Ứng dụng thuật toán PSO cho phân bố tối ưu công suất trong hệ thống điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ ĐÌNH LƯƠNG ỨNG DỤNG THUẬT TỐN PSO CHO PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CHUYÊN NGÀNH : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH : 60.52.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2009 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TS Vũ Phan Tú (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngày tháng năm TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ ĐÌNH LƯƠNG Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 29-10-1983 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Thiết bị Mạng Nhà máy điện MSHV: 01807284 1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG THUẬT TỐN PSO CHO PHÂN BỐ TỐI ƯU CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Nghiên cứu thuật toán PSO  Nghiên cứu toán điều phối cơng suất ELD tốn phân bố cơng suất tối ưu hệ thống điện OPF  Ứng dụng thuật tốn PSO giải tốn điều phối cơng suất ELD  Ứng dụng thuật toán PSO giải tốn phân bố cơng suất tối ưu hệ thống điện OPF 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 02-02-2009 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 03-07-2009 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS VŨ PHAN TÚ Nội dung đề cương Luận văn thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NG ÀNH (Họ tên chữ ký) i KHOA QL CHUYÊN NG ÀNH (Họ tên chữ ký) Tóm tắt luận văn TĨM TẮT LUẬN VĂN Luận văn trình bày thuật tốn PSO ứng dụng vào tính tốn tối ưu lĩnh vực hệ thống điện Hai phần ứng dụng PSO hệ thống điện thể luận văn là:  Bài tốn điều phối cơng suất ELD: trình bày phương pháp cải tiến thuật toán PSO áp dụng vào toán ELD cho kết tốt giải thuật khác phương pháp cải tiến khác PSO Hai loại hàm chi phí nhiên liệu xét tốn ELD là: hàm chi phí trơn dạng bậc hai theo kiểu truyền thống hàm chi phí có xét đến ảnh hưởng vị trí van điều khiển công suất phát Ứng với loại hàm chi phí thuật tốn ứng dụng kiểm tra số mạng điện kết so sánh với phương pháp khác cho thấy kết có từ phương pháp đề xuất hiệu đáng tin cậy  Bài tốn phân bố cơng suất tối ưu OPF: trình bày ứng dụng thuật toán PSO vào số mạng điện chuẩn thực tế: mạng nút, nút 30 nút IEEE Phương pháp giải thể tính linh hoạt khả ứng dụng thuật toán PSO để giải vấn đề mơ hình hóa dạng tốn tối ưu có ràng buộc, kết tính toán kiểm tra so sánh với thuật toán khác trình bày báo trước Kết mà nghiên cứu đạt ứng dụng kỹ thuật tính tốn tiến hóa mà điển hình thuật toán PSO vào giải toán tối ưu phức tạp hệ thống điện đạt kết khả quan phương pháp truyền thống khác Đối với toán này, phương pháp truyền thống dẫn đến kết sai kết tính tốn khơng tối ưu iii Mục lục MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn Thạc sĩ i Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Mục lục iv Danh mục bảng luận văn vii Danh mục hình luận văn ix Chữ viết tắt luận văn x Chương 1: Tổng quan 01 1.1 Đặt vấn đề 01 1.2 Tóm tắt số báo liên quan 02 1.3 Nhận xét chung hướng tiếp cận 07 1.4 Mục tiêu đề tài 08 1.5 Điểm đề tài 08 Chương 2: Bài tốn điều phối cơng suất ELD 10 2.1 Giới thiệu 10 2.2 Bài toán điều phối kinh tế cổ điển 10 2.2.1 Hàm mục tiêu 11 2.2.2 Ràng buộc đẳng thức 12 2.2.3 Ràng buộc bất đẳng thức 12 2.3 Bài toán điều phối kinh tế với hàm chi phí nhiên liệu khơng trơn 13 2.3.1 Đặc điểm toán điều phối kinh tế với điểm van công suất 13 iv Mục lục 2.3.2 Biểu thức điều phối kinh tế với điểm van công suất 14 Chương 3: Bài tốn phân bố cơng suất tối ưu OPF 16 3.1 Bài tốn phân bố cơng suất 16 3.1.1 Cơ sở toán học 16 3.1.2 Bài tốn phân bố cơng suất mạng điện 20 3.1.2.1 Các phương trình liên hệ 20 3.1.2.2 Giải tốn phân bố cơng suất 22 3.1.2.3 Lưu đồ giải thuật 26 3.2 Bài tốn phân bố cơng suất tối ưu cực tiểu hàm chi phí 28 3.2.1 Lịch sử phát triển lý thuyết 28 3.2.2 Sơ lược phương pháp giải toán OPF 31 Chương 4: Thuật toán PSO 35 4.1 Khái niệm chung PSO 35 4.2 Biểu thức thuật toán PSO 37 4.3 Giải thuật PSO 39 4.3.1 Giải thuật PSO nguyên thủy 40 4.3.2 Giải thuật PSO đề xuất 40 4.3 Thuật toán PSO cải tiến 42 Chương 5: Ứng dụng thuật toán PSO giải toán ELD 45 5.1 Phương pháp giải toán ELD dùng thuật toán PSO 45 5.2 Giải tốn ELD với hàm chi phí trơn 49 5.3 Giải tốn ELD với hàm chi phí khơng trơn 52 5.3.1 Hệ thống nhà máy 52 v Mục lục 5.3.2 Hệ thống 13 nhà máy 55 5.3.3 Hệ thống 40 nhà máy 58 5.4 Kết luận 62 Chương 6: Ứng dụng thuật toán PSO giải toán OPF 63 6.1 Giải thuật đề nghị 64 6.2 Phân bố công suất tối ưu mạng điện nút 67 6.3 Phân bố công suất tối ưu mạng điện nút 72 6.4 Phân bố công suất tối ưu mạng điện IEEE 30 nút 78 6.5 Kết luận 88 Chương 7: Tổng kết hướng phát triển đề tài 89 7.1 Tổng kết đề tài 89 7.2 Hướng phát triển đề tài 90 7.3 Lời kết 91 Phụ lục 92 Tài liệu tham khảo 95 Tóm tắt lý lịch trích ngang 103 vi Danh mục bảng luận văn DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 3.1 Một số loại nút hệ thống điện 22 Bảng 3.2 Phân loại tốn tối ưu phân bố cơng suất 29 Bảng 5.1 Dữ liệu cho trường hợp kiểm tra hệ thống nhà máy 50 Bảng 5.2 So sánh kết tính tốn dùng phương pháp EPSO NPSO hệ thống nhà máy 51 Bảng 5.3 Dữ liệu cho trường hợp kiểm tra hệ thống nhà máy có tính đến ảnh hưởng điểm van công suất 53 Bảng 5.4 So sánh kết tính tốn phương pháp (hệ thống nhà máy) có tính đến ảnh hưởng điểm van công suất 54 Bảng 5.5 Dữ liệu cho trường hợp kiểm tra hệ thống 13 nhà máy có tính đến ảnh hưởng điểm van công suất 55 Bảng 5.6 Phân bố công suất tối ưu nhà máy chi phí tương ứng hệ thống 13 nhà máy có tính đến ảnh hưởng điểm van công suất 56 Bảng 5.7 So sánh kết tính tốn phương pháp hệ thống 13 nhà máy có tính đến ảnh hưởng điểm van công suất 57 Bảng 5.8 Dữ liệu cho trường hợp kiểm tra hệ thống 40 nhà máy có xét ảnh hưởng điểm van công suất 58 Bảng 5.9 So sánh kết tính toán phương pháp trường hợp hệ thống 40 nút có xét ảnh hưởng điểm van cơng suất 60 Bảng 5.10 Cơng suất phát chi phí trường hợp hệ thống 40 nhà máy có xét ảnh hưởng điểm van công suất 60 Bảng 6.1 Thông số máy phát mạng điện nút 67 Bảng 6.2 Thông số đường dây mạng điện nút 68 Bảng 6.3 Thông số tải mạng điện nút 68 vii Danh mục bảng luận văn Bảng 6.4 Điện áp nút mạng điện nút 68 Bảng 6.5 Các hệ số chi phí tính tốn mạng điện nút 69 Bảng 6.6 Kết phân bố công suất tối ưu mạng điện nút 71 Bảng 6.7 Thông số máy phát mạng điện nút 72 Bảng 6.8 Thông số đường dây mạng điện nút 73 Bảng 6.9 Thông số tải mạng điện nút 73 Bảng 6.10 Điện áp nút mạng điện nút 73 Bảng 6.11 Các hệ số chi phí tính tốn mạng điện nút 74 Bảng 6.12 Kết phân bố công suất tối ưu mạng điện nút 77 Bảng 6.13 Giới hạn điện áp công suất mạng IEEE 30 nút 78 Bảng 6.14 Các hệ số chi phí mạng IEEE 30 nút 79 Bảng 6.15 So sánh kết phân bố công suất tối ưu phương pháp mạng IEEE 30 nút 85 viii Danh mục hình luận văn DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN Hình 2.1 Đường cong chi phí phổ biến nhà máy nhiệt điện 11 Hình 2.2 Hàm chi phí nhiên liệu nhà máy nhiệt điện với van nạp 14 Hình 3.1 Mơ hình π cho đường dây hay máy biến áp 21 Hình 4.1 Bầy đàn tự nhiên 36 Hình 4.2 Ngun lý thay đổi vị trí thuật tốn PSO khơng gian 2-chiều 39 Hình 4.3 Giải thuật PSO 41 Hình 4.4 So sánh hệ số  phương pháp 43 Hình 5.1 Code mẫu hiệu chỉnh công suất phát 47 Hình 5.2 Sự hội tụ NPSO trường hợp kiểm tra hệ thống nhà máy 51 Hình 5.3 Sự hội tụ NPSO trường hợp kiểm tra hệ thống nhà máy có tính đến ảnh hưởng điểm van công suất 54 Hình 5.4 Sự hội tụ NPSO trường hợp kiểm tra hệ thống 13 nhà máy có tính đến ảnh hưởng điểm van công suất 57 Hình 5.5 Sự hội tụ NPSO trường hợp kiểm tra hệ thống 40 nhà máy có xét ảnh hưởng điểm van cơng suất 62 Hình 6.1 Lưu đồ giải thuật PSO ứng dụng vào toán OPF 66 Hình 6.2 Sơ đồ mạng điện nút 67 Hình 6.3 Sơ đồ mạng điện nút 72 Hình 6.4 Mối quan hệ chi phí theo số lượng vịng lặp mạng điện nút 76 Hình 6.5 Sơ đồ mạng điện IEEE 30 nút 80 Hình 6.6 Cấu hình điện áp hệ thống IEEE 30 nút 86 Hình 6.7 Mối quan hệ chi phí theo số lượng vịng lặp mạng IEEE 30 nút 87 ix ... suất ELD tốn phân bố cơng suất tối ưu hệ thống điện OPF  Ứng dụng thuật toán PSO giải tốn điều phối cơng suất ELD  Ứng dụng thuật tốn PSO giải tốn phân bố cơng suất tối ưu hệ thống điện OPF 3-... điện MSHV: 01807284 1- TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN PSO CHO PHÂN BỐ TỐI ƯU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:  Nghiên cứu thuật toán PSO  Nghiên cứu tốn điều phối cơng suất. ..nh áp dụng thuật toán PSO vào tính tốn phân bố cơng suất tối ưu cho mạng điện đưa nhận xét so sánh tương ứng cho toán để thể rõ ưu điểm kết tính toán luận văn Trang 63 Chương 6: Ứng dụng thuật to