OPTIMAL PLACEMENT OF CAPACITORS IN DISTRIBUTION SYSTEMS USING HYBRID SYMBIOTIC ORGANISM SEARCH AND APPLICATION TO DISTRIBUTION SYSTEM IN BINH CHANH DISTRICT

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ NGỌC TÚ ĐỀ TÀI: ĐẶT TỐI ƯU TỤ BÙ TRÊN LƯỚI TRUNG THẾ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM CƠ CẤU CỘNG SINH LAI VÀ ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI BÌNH CHÁNH OPTIMAL PLACEMENT OF CAPACITORS IN DISTRIBUTION SYSTEMS USING HYBRID SYMBIOTIC ORGANISM SEARCH AND APPLICATION TO DISTRIBUTION SYSTEM IN BINH CHANH DISTRICT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - LÊ NGỌC TÚ ĐỀ TÀI: ĐẶT TỐI ƯU TỤ BÙ TRÊN LƯỚI TRUNG THẾ SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM CƠ CẤU CỘNG SINH LAI VÀ ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI BÌNH CHÁNH OPTIMAL PLACEMENT OF CAPACITORS IN DISTRIBUTION SYSTEMS USING HYBRID SYMBIOTIC ORGANISM SEARCH AND APPLICATION TO DISTRIBUTION SYSTEM IN BINH CHANH DISTRICT Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SỸ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2019 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Ngọc Điều Chữ ký: Cán chấm nhận xét 1: PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi Chữ ký: Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Huỳnh Châu Duy Chữ ký: Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 31 tháng 08 năm 2019 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: TS Trần Hoàng Lĩnh Thư ký: TS Lê Thị Tịnh Minh PB1: PGS.TS Phạm Đình Anh Khôi PB2: PGS.TS Huỳnh Châu Duy UV: TS Đinh Hoàng Bách Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Ngọc Tú MSHV: 1670840 Ngày, tháng, năm sinh: 15/12/1983 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Giới thiệu đề tài Tổng quan lưới điện phân phối phương pháp đặt tối ưu tụ bù - Xây dựng toán CAPO ứng dụng thuật toán HSOS để giải tốn CAPO Kết mơ hệ thống mạng điện chuẩn IEEE 33 nút, 69 nút lưới thực 40 nút - Kết luận đề xuất III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 08/04/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15/08/2019 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS Võ Ngọc Điều Tp.HCM, ngày CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) tháng năm 2019 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) LỜI CÁM ƠN Để thực hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp này, nhận hỗ trợ, giúp đỡ quan tâm, động viên từ nhiều quan, tổ chức cá nhân Nghiên cứu khoa học hoàn thành dựa tham khảo, học tập kinh nghiệm từ kết nghiên cứu liên quan, sách, báo chuyên ngành nhiều tác giả trường Đại học, tổ chức nghiên cứu, tổ chức trị…Đặc biệt hỗ trợ, hướng dẫn giảng dạy cán bộ, giảng viên trường Đại học Bách Khoa TPHCM Trước hết, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Võ Ngọc Điều – người trực tiếp hướng dẫn khoa học dành nhiều thời gian, cơng sức hướng dẫn tơi suốt q trình thực nghiên cứu hoàn thành đề tài luận văn tốt nghiệp Tuy có nhiều cố gắng, đề tài luận văn tốt nghiệp không tránh khỏi thiếu sót Tơi kính mong Q thầy cơ, chuyên gia, người quan tâm đến đề tài, đồng nghiệp tiếp tục có ý kiến đóng góp, giúp đỡ để đề tài hoàn thiện Một lần xin chân thành cám ơn! HỌC VIÊN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI LÊ NGỌC TÚ TÓM TẮT Đề tài trình bày phương pháp mơ cộng sinh lai (HSOS) để giải tốn tối ưu vị trí dung lượng lắp đặt tụ bù (CAPO) Hàm mục tiêu đặt cực tiểu tổn thất công suất tác dụng thông qua hàm tổn thất công suất, hàm độ lệch điện áp với điều kiện ràng buộc số lượng dung lượng tụ bù, giới hạn điện áp nút Phương pháp HSOS đề xuất thử nghiệm hệ thống IEEE33 IEEE69 so sánh với phương pháp trí tuệ nhân tạo khác giải thuật tối ưu hóa bầy đàn (PSO), từ áp dụng tính tốn lưới điện phân phối Bình Chánh Qua thấy HSOS phương pháp thuận lợi hiệu để giải vấn đề tối ưu hóa vị trí dung lượng lắp đặt tụ bù lưới điện phân phối Tóm tắt nội dung Chương 1: Giới thiệu đề tài Chương 2: Tổng quan Chương 3: Xây dựng toán CAPO ứng dụng thuật toán HSOS để giải tốn CAPO Chương 4: Kết mơ Chương 5: Kết luận đề xuất ABSTRACT This topic presents a new method Symbiosis Organism Search algorithm (HSOS) for solving Capacitor Placement Optimization (CAPO) problem The proposed HSOS has been implemented for the CAPO problem with objective is minimizing the power loss and improving voltage profile with bus voltage limited and capacitor quantity, reactive power limited This proposed HSOS method has been tested on the IEEE 33-bus and IEEE 69-bus and the obtained results are compared to another method like Optimal Swarm Optimization (PSO), then apply for distribution system in Binh Chanh district From that, HSOS is an advantageous and effective method to solve the problem of optimizing the location and size of the capacitor in the power distribution system Synopsis of the main content Chapter 1: Introducing the topic Chapter 2: The overview Chapter 3: A CAPO math formulation and HSOS algorithm application to solve CAPO math Chapter 4: Simulation results Chapter 5: Conclusion and proposals LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Lê Ngọc Tú DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT HSOS Symbiosis Organism Search algorithm HSO Human learning optimization CAPO Optimal capacitor placement DE Differential Evolution ACO Ant Colony Optimization CS Cuckoo Search PSO Particle Swarm Optimization PG - PSO Pseudo-Gradient Particle Swarm Optimization PSO – TVIW Particle Swarm Optimization- Time Varying Inertial Weight PSO – TVAC Particle Swarm Optimization - Time Varying Acceleration Coefficients Ploss Power loss IEEE Institute of Electrical And Electronics Engineers CSPK Công suất phản kháng MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH TỒN BỘ NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1- Đặt vấn đề 1.2- Tính cần thiết đề tài 1.3- Mục tiêu nghiên cứu 1.4- Phạm vi nghiên cứu 1.5- Đối tượng nghiên cứu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1- Tổng quan hệ thống lưới điện 2.1.1- Một số đặc điểm lưới điện 2.1.2- Một số mơ hình lưới điện 2.2- Các thông số lưới điện có liên quan đến tổn thất 2.2.1- Điện trở đường dây (R) 2.2.2- Điện kháng đường dây (X) 2.2.3- Điện dẫn tác dụng đường dây (G) 2.2.4- Điện dẫn phản kháng đường dây (Q) 10 2.2.5- Sơ đồ thay đường dây 11 2.6.3- Phương pháp ACO (ANT COLONY OPTIMIZATION) 33 2.6.4- Phương pháp ABC (ARTIFICIAL BEE COLONY) 37 2.6.5- Phương pháp CS (CUCKOO SEARCH) 41 2.6.6- Phương pháp PSO (PARTICLE SWARM OPTIMIZATION) 44 2.6.7- Phương pháp HLO 48 2.6.8- THUẬT TỐN TÌM KIẾM CƠ CẤU CỘNG SINH LAI (HSOS) 49 2.6.8.1- Thuật toán Symbiotic Organism Search (SOS) 49 2.6.8.2- Thuật toán Hybrid Symbiotic Organism Search (HSOS) 50 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG BÀI TOÁN CAPO VÀ ỨNG DỤNG 52 THUẬT TOÁN HSOS ĐỂ GIẢI BÀI TỐN CAPO 3.1- Bài tốn CAPO cần giải 52 3.2- Áp dụng thuật toán HSOS vào toán 53 3.2.1- Giai đoạn tương sinh 54 3.2.2- Giai đoạn hội sinh 55 3.2.3- Giai đoạn ký sinh 55 3.2.4- Phương pháp nội suy đơn giản 56 3.2.5- Phương pháp đề xuất 56 3.2.6- CODE phương pháp HSOS 57 3.2.7- Sơ đồ khối phương pháp HSOS 59 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 61 4.1- Giả thiết, thông số điều kiện ràng buộc 61 4.2- Hệ thống điện chuẩn IEEE 33 nút 62 4.2.1- Cấu trúc 62 4.2.2- Kết mô 63 4.3- Hệ thống điện chuẩn IEEE 69 nút 65 4.3.1- Cấu trúc 65 4.3.2- Kết mô 66 4.4- Áp dụng tuyến dây Kênh B thuộc quản lý Cơng ty Điện lực Bình Chánh 69 4.4.1- Các điều kiện ràng buộc 71 4.4.2- Kết mô 72 4.5- Đánh giá kết mô 74 4.5.1- Trường hợp hệ thống 33 nút 74 4.5.2- Trường hợp hệ thống 69 nút 75 4.5.1- Trường hợp hệ thống 40 nút (tuyến dây thực tế Kênh B) 75 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 77 5.1- Đánh giá Kết luận 77 5.2- Hướng phát triển đề tài 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO LÝ LỊCH TRÍCH NGANG DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Chi phí lượng, mua, vận hành, bảo trì 61 Bảng 4.2: Thơng số cài đặt điều kiện ràng buộc 62 Bảng 4.3: Vị trí tối ưu dung lượng tụ bù hệ thống 33 nút nút tải khác 63 Bảng 4.4: So sánh kết hệ thống 33 nút trước sau gắn tụ bù 64 Bảng 4.5: So sánh kết hệ thống 69 nút trước sau gắn tụ bù 66 Bảng 4.6: So sánh kết mạng 69 nút với phương pháp 67 Bảng 4.7: Các thông số điều kiện ràng buộc tính tốn cho tuyến Kênh B 71 Bảng 4.8: Vị trí tối ưu dung lượng tụ bù sau dùng HSOS cho tuyến dây Kênh B 72 Bảng 4.9: Kết tính tốn cho tuyến Kênh B 73 x DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ hình tia Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống vịng phía cao áp – hình tia phía hạ áp Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống chọn lọc phía cao áp – hình tia phía hạ áp Hình 2.4: Sơ đồ hệ thống hai nguồn phía cao áp – hình tia phía hạ áp Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống mạng phân phối nửa kín Hình 2.6: Sơ đồ thay đường dây 12 Hình 2.7: Sơ đồ đường dây có phụ tải 14 Hình 2.8: Giản đồ vecto điện áp 14 Hình 2.9: Giản đồ véctơ tổn thất điện áp vectơ U1 U2 đồng trục 17 Hình 2.10: Tổn thất điện áp đường dây có phụ tải phân bố 18 Hình 2.11: Tổn thất điện áp đường dây có phụ tải phân bố 19 Hình 2.12: Đồ thị phụ tải 23 Hình 2.13: Sơ đồ thuật tốn DE 33 Hình 2.14: Sơ đồ thuật tốn ACO 36 Hình 2.15: Sơ đồ thuật tốn ABC 40 Hình 2.16: Sơ đồ thuật tốn Cuckoo Search 43 Hình 2.17: Sơ đồ thuật tốn PSO 45 Hình 2.18: Sơ đồ thuật tốn HLO 49 Hình 3.1: Sơ đồ khối phương pháp HSOS 59 Hình 4.1: Sơ đồ mạng điện IEEE 33 nút 63 Hình 4.2: Đường cong hội tụ sử dụng phương pháp HSOS mạng 33 nút 65 Hình 4.3: Sơ đồ mạng điện IEEE 69 nút 66 Hình 4.4: Đường cong hội tụ mạng 69 nút dùng thuật toán HSOS 68 Hình 4.5: Sơ đồ tuyến dây Kênh B 70 Hình 4.6: Đường cong hội tụ tuyến Kênh B dùng thuật toán HSOS 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M M Aman, G B Jasmon, A H A Bakar, H Mokhlis, and M Karimi, “Optimum shunt capacitor placement in distribution system—A review and comparative study," Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol 30, pp 429-439, 2014/02/01/ 2014 [2] H N Ng, M M A Salama, and A Y Chikhani, "Classification of capacitor allocation techniques,"IEEE Transactions on Power Delivery, vol 15, pp 387-392, 2000 [3] H Dura, "Optimum Number, Location, and Size of Shunt Capacitors in Radial Distribution Feeders A Dynamic Programming Approach," IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems, vol PAS-87, pp 1769-1774, 1968 [4] R A Jabr, "Optimal placement of capacitors in a radial network using conic and mixed integer linear programming," Electric Power Systems Research, vol 78, pp 941-948, 2008/06/01/ 2008 [5] R Baldick and F F Wu, "Efficient integer optimization algorithms for optimal coordination of capacitors and regulators," IEEE Transactions on Power Systems, vol 5, pp 805-812, 1990 [6] J Vuletić and M Todorovski, "Optimal capacitor placement in radial distribution systems using clustering based optimization," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol.62, pp 229-236, 2014/11/01/ 2014 [7] S Segura, R Romero, and M J Rider, "Efficient heuristic algorithm used for optimal capacitor placement in distribution systems," International Journal of Electrical Power & Energy Systems,vol 32, pp 71-78, 2010/01/01/ 2010 [8] M Chis, M M A Salama, and S Jayaram, "Capacitor placement in distribution systems using heuristic search strategies," IEE Proceedings Generation, Transmission and Distribution, vol 144, pp 225-230, 1997 [9] I C d Silva, S Carneiro, E J d Oliveira, J d S Costa, J L R Pereira, and P A N Garcia, "A Heuristic Constructive Algorithm for Capacitor Placement on Distribution Systems," IEEE Transactions on Power Systems, vol 23, pp 1619-1626, 2008 [10] A Hamouda and S Sayah, "Optimal capacitors sizing in distribution feeders using heuristic search based node stability-indices," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 46, pp 56-64, 2013/03/01/ 2013 [11] G Levitin, A Kalyuzhny, A Shenkman, and M Chertkov, "Optimal capacitor allocation in distribution systems using a genetic algorithm and a fast energy loss computation technique," IEEE Transactions on Power Delivery, vol 15, pp 623-628, 2000 [12] D Das, "Reactive power compensation for radial distribution networks using genetic algorithm,"International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 24, pp 573-581, 2002/10/01/2002 [13] M r Haghifam and O P Malik, "Genetic algorithm-based approach for fixed and switchable capacitors placement in distribution systems with uncertainty and time varying loads," IET Generation, Transmission & Distribution, vol 1, pp 244-252, 2007 [14] P Dulce Fernao, A G Martins, and C H Antunes, "A multiobjective model for VAR planning in radial distribution networks based on tabu search," IEEE Transactions on Power Systems, vol 20, pp 1089-1094, 2005 [15] S P Singh and A R Rao, "Optimal allocation of capacitors in distribution systems using particle swarm optimization," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 43, pp.1267-1275, 2012/12/01/ 2012 [16] A A El-fergany and A Y Abdelaziz, "Capacitor allocations in radial distribution networks using cuckoo search algorithm," IET Generation, Transmission & Distribution, vol 8, pp 223-232, 2014 [17] E S Ali, S M Abd Elazim, and A Y Abdelaziz, "Improved Harmony Algorithm and Power Loss Index for optimal locations and sizing of capacitors in radial distribution systems," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 80, pp 252-263, 2016/09/01/ 2016 [18] A Y Abdelaziz, E S Ali, and S M Abd Elazim, "Flower Pollination Algorithm for Optimal Capacitor Placement and Sizing in Distribution Systems," Electric Power Components and Systems,vol 44, pp 544-555, 2016/03/15 2016 [19] A A El-Fergany and A Y Abdelaziz, "Artificial Bee Colony Algorithm to Allocate Fixed and Switched Static Shunt Capacitors in Radial Distribution Networks," Electric Power Components and Systems, vol 42, pp 427-438, 2014/04/04 2014 [20] S Sultana and P K Roy, "Optimal capacitor placement in radial distribution systems using teaching learning based optimization," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 54, pp 387-398, 2014/01/01/ 2014 [21] A A El-fergany, "Optimal capacitor allocations using evolutionary algorithms," IET Generation, Transmission & Distribution, vol 7, pp 593601, 2013 [22] R S Rao, S V L Narasimham, and M Ramalingaraju, "Optimal capacitor placement in a radial distribution system using Plant Growth Simulation Algorithm," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 33, pp 1133-1139, 2011/06/01/ 2011 [23] A Askarzadeh, "Capacitor placement in distribution systems for power loss reduction and voltage improvement: a new methodology," IET Generation, Transmission & Distribution, vol 10, pp.3631-3638, 2016 [24] D B Prakash and C Lakshminarayana, "Optimal siting of capacitors in radial distribution network using Whale Optimization Algorithm," Alexandria Engineering Journal, vol 56, pp 499-509, 2017/12/01/ 2017 [25] M.-Y Cheng and D Prayogo, "Symbiotic Organisms Search: A new metaheuristic optimization algorithm," Computers & Structures, vol 139, pp 98-112, 2014/07/15/ 2014 [26] S Nama, A Kumar Saha, and S Ghosh, "A Hybrid Symbiosis Organisms Search algorithm and its application to real world problems," Memetic Computing, vol 9, pp 261-280, September 01 2017 [27] M E Baran and F F Wu, "Network reconfiguration in distribution systems for loss reduction and load balancing," IEEE Transactions on Power Delivery, vol 4, pp 1401-1407, 1989 [28] M E Baran and F F Wu, "Optimal capacitor placement on radial distribution systems," IEEE Transactions on Power Delivery, vol 4, pp 725734, 1989 [29] D Zhang, Z Fu, and L Zhang, "An improved TS algorithm for lossminimum reconfiguration in large-scale distribution systems," Electric Power Systems Research, vol 77, pp 685-694, 4// 2007 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Lê Ngọc Tú Ngày, tháng, năm sinh: 15/12/1983 Nơi sinh: Thanh Hóa Địa liên lạc: Chung cư The Star, Phường Tân Tạo, Quận Bình Tân, TPHCM Q TRÌNH ĐÀO TẠO: Từ 2001 - 2006: Học đại học trường Đại học Bách Khoa TPHCM Từ 2016 - 2019: Học cao học trường Đại học Bách Khoa TPHCM Q TRÌNH CƠNG TÁC: Từ tháng năm Đến tháng năm 6/2007 – 11/2008 11/2008 – Làm việc gì, đâu Chức vụ Cơng tác Phịng Kỹ thuật, Cơng ty Điện Cán Bộ Kỹ Thuật lực Củ Chi – Tổng Công ty Điện lực TPHCM Công tác Công ty Điện lực Bình Chánh - Chun viên Tổng Cơng ty Điện lực TPHCM Tổ trưởng ... PHÂN PHỐI BÌNH CHÁNH OPTIMAL PLACEMENT OF CAPACITORS IN DISTRIBUTION SYSTEMS USING HYBRID SYMBIOTIC ORGANISM SEARCH AND APPLICATION TO DISTRIBUTION SYSTEM IN BINH CHANH DISTRICT Chuyên ngành:... for distribution system in Binh Chanh district From that, HSOS is an advantageous and effective method to solve the problem of optimizing the location and size of the capacitor in the power distribution. .. 2005 [15] S P Singh and A R Rao, "Optimal allocation of capacitors in distribution systems using particle swarm optimization," International Journal of Electrical Power & Energy Systems, vol 43,