Quy hoạch lưới phân phối áp dụng giải thuật di truyền

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -o0o - HUỲNH QUANG MINH QUY HOẠCH LƯỚI PHÂN PHỐI ÁP DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN CHUYÊN NGÀNH : MẠNG & HỆ THỐNG ĐIỆN MÃ SỐ NGÀNH : 2.06.07 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH 07 - 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : TSKH HỒ ĐẮC LỘC Cán chấm nhận xét 1: ……………………………………………………………………………………………….………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: ……………………………………………………………………………………………….………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngày ……… Tháng ……… năm 2005 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA o0o Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghóa Việt Nam Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc o0o NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên : Huỳnh Quang Minh Ngày tháng năm sinh: 04 - 04 - 1980 Chuyên Ngành : Mạng Và Hệ Thống Điện Mã Số : 2.06.07 Phái : Nam Nơi Sinh : Tp.HCM I Tên đề tài : QUY HOẠCH LƯỚI PHÂN PHỐI ÁP DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN II Nhiệm vụ nội dung : Tìm hiểu lý thuyết quy hoạch lưới phân phối Tìm hiểu lý thuyết giải thuật di truyền ứng dụng giải thuật hệ thống điện Ứng dụng giải thuật di truyền vào toán quy hoạch lưới phân phối III Ngày giao nhiệm vụ : 09 – 02 – 2005 IV Ngaøy hoaøn thaønh : 30 – 06 – 2005 V Họ tên CB hướng dẫn : TSKH HỒ ĐẮC LỘC Cán Bộ Hướng Dẫn Chủ Nhiệm Ngành Bộ Môn Quản Lý Ngành - - - Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua Phòng Đào Tạo SĐH Ngày …… tháng …… Năm 2005 Khoa Quản Lý Ngành LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Hồ Đắc Lộc, người tận tình trực tiếp hướng dẫn thực hoàn thành luận án tốt nghiệp Xin chân thành cám ơn đến tất q Thầy, Cô Trừơng Đại Học Bách Khoa trang bị cho khối lượng kiến thức bổ ích, đặc biệt xin chân thành biết ơn Thầy Cô Bộ môn Hệ Thống Điện tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho nhiều trình học tập, công tác thời gian làm luận án Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến bạn bè, đồng nghiệp gia đình giúp đỡ cho nhiều, tạo cho niềm tin nỗ lực cố gắng để hoàn thành luận án TP.Hồ Chí Minh , tháng 07 năm 2005 Người thực Huỳnh Quang Minh MỤC LỤC Chương – GIỚI THIỆU 1.1 Khái niệm 1.2 Mục đích nhiệm vụ luận văn 1.3 Phạm vi tổ chức luận văn Chương – TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 2.1 Quy hoạch lưới phân phối 2.2 Mục đích quy hoạch lưới phân phối 2.3 Bài toán động 2.4 Thoâng tin không chắn 2.5 Kết luận Chương – LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA BÀI TOÁN QUY HOẠCH 10 3.1 Bài toán tối ưu hệ thống góc nhìn lý thuyết định 11 3.2 Các phương pháp làm giảm độ phức tạp toán 14 3.3 Tiêu chuẩn định 14 3.4 Các phương pháp xác suất 15 3.5 Phương pháp Monte-Carlo 16 3.6 Toång quan giải thuật tối ưu áp dụng quy hoạch lưới phân phối 17 3.7 Phương pháp định đa mục tiêu 20 3.8 Kết luận 20 Chương – PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT 22 4.1 Phương pháp tính toán tiêu kinh tế 23 4.2 Phương pháp mô hình tải 23 4.3 Phương pháp mô hình tải xác suất 24 4.4 Phương pháp đánh giá độ tin cậy 25 4.5 Chaát lượng điện 28 4.6 Các ràng buộc 28 4.7 Kết luận 28 Chương – GIẢI THUẬT DI TRUYỀN 30 5.1 Mở đầu 31 5.2 Sự tương quan thuật toán di truyền trình tiến hóa sinh vật 31 5.3 Thuật toán di truyền 31 5.4 Caùc toaùn tử di truyền 40 5.5 Các toán tử cao caáp 45 5.6 Kết hợp thuật toán di truyền với phương pháp tối ưu cục khác 51 5.7 Sự khác thuật toán di truyền thuật toán tìm kiếm truyền thống 52 5.8 Các ứng dụng thuật toán di truyeàn 52 5.9 Kết luận 53 Chương – ỨNG DỤNG CỦA GIẢI THUẬT DI TRUYỀN TRONG QUY HOẠCH HỆ THỐNG ĐIỆN 54 6.1 Lịch sử ứng dụng giải thuật di truyền quy hoạch hệ thống điện 55 6.2 Bài toán tối ưu đa mục tiêu 55 6.3 Phương pháp lai thuật toán di truyền lập trình động 57 Chương – THUẬT TOÁN ĐỀ XUẤT 58 7.1 Bài toán đề nghị 59 7.2 Lưu đồ giải thuật 60 7.3 Tiêu chuẩn ngừng lặp 61 7.4 Thuật toán mã hoá 61 7.5 Ứng dụng vào toán cụ thể 61 7.6 Kết luận 69 Chương – KẾT LUẬN 70 8.1 Kết luận chung 71 8.2 Hướng phát triển cho đề tài 72 PHUÏ LUÏC 74 Hàm toán 75 Hàm mục tiêu toán 78 Hàm tính phân bố công suất 85 Các hàm thực thuật toán di truyền 94 Hướng dẫn : TSKH Hồ Đắc Lộc Thực : Huỳnh Quang Minh Chương GIỚI THIỆU Đề tài : Quy hoạch lưới phân phối áp dụng giải thuật di truyền Trang Hướng dẫn : TSKH Hồ Đắc Lộc Thực : Huỳnh Quang Minh 1.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN Phát triển tương lai vận hành hệ thống điện phải thoả mãn nhiều mục tiêu khác Trước hết, hệ thống điện phải kinh tế, cung cấp tin cậy không ảnh hưởng đến môi trường Ngoài ra, có nhiều mục tiêu tiêu chuẩn phụ Đồng thời, vận hành phát triển hệ thống điện bị ảnh hưởng yếu tố không chắn ngẫu nhiên Vì vậy, chiến lược phát triển chọn nhiều phương án Hiển nhiên, số phương án người lập kế hoạch phải chọn phương án tốt nhất, hay phương án tối ưu Vì vậy, độ phức tạp toán quy hoạch hệ thống điện đa mục tiêu, thông tin không chắn số lượng biến số lớn Ở ta quy hoạch cho phần hệ thống điện, lưới phân phối Tuy nhiên, nhiều vấn đề phát sinh thực quy hoạch chung ngoại trừ đặc trưng đối tượng (cấp điện áp, kích thước …) Vì vậy, phương pháp dùng cho quy hoạch hệ thống khác hệ thống điện Khi phát triển hệ thống điện, người ta đổ nhiều công sức để tìm chiến lược quy hoạch lưới tối ưu Nhiều phương pháp ứng dụng vào thực tế kết tốt Tuy nhiên, dễ dàng thấy phương pháp cải tiến Sự phát triển phương pháp hiệu ngày nhiều đầu tư lớn để tăng cường vận hành lưới Gần nửa vốn đầu tư ngành điện công nghiệp dùng cho lưới phân phối Ngoài ra, năm gần đây, sóng cải cách giới làm thay đổi nhiều vấn đề hệ thống điện, kể vận hành lưới phân phối Bãi bỏ quy định, thị trường mở, sử dụng nguồn lượng kỹ thuật liên lạc … nhân tố chính, mặt làm tăng độ không chắn, mặt khác đem lại nhiều lựa chọn cho toán quy hoạch 1.2 MỤC ĐÍCH VÀ NHIỆM VỤ CỦA LUẬN VĂN Mục đích luận văn đóng góp vào phát triển quy hoạch lưới phân phối Để đạt mục tiêu này, cần có: • Chọn mục tiêu quy hoạch phản ánh hiệu phương án Trong trường hợp chung tiêu chuẩn hiệu biểu diễn thông số số học phân bố xác suất lợi nhuận (hay tổn thất) mong muốn, tính cách lấy tích phân hàm phân bố xác suất nhiều chiều Đề tài : Quy hoạch lưới phân phối áp dụng giải thuật di truyền Trang Hướng dẫn : TSKH Hồ Đắc Lộc Thực : Huỳnh Quang Minh • Chọn phương pháp để ước lượng thuộc tính ứng với mục tiêu tổ chức tính toán tối ưu Để ước lượng thuộc tính, ta sử dụng phương pháp Monte-Carlo Tính toán tối ưu dựa giải thuật gien Để cải thiện hiệu suất giải thuật này, ta sử dụng phương pháp lấy mẫu quan trọng, phương pháp số ngẫu nhiên chung giải thuật gien có hiệu chỉnh với giải thuật tìm kiếm đồng thời tập tối ưu Pareto • Áp dụng vào lưới thực tế Phân tích nhiệm vụ thực tế quy hoạch lưới phân phối Dựa phân tích này, ta thấy thuật toán đề nghị khả thi ứng dụng thực tế 1.3 PHẠM VI VÀ TỔ CHỨC CỦA LUẬN VĂN - Chương giới thiệu lưới phân phối phần quan trọng hệ thống điện Nêu mục tiêu chính: cực tiểu tổn thất, vốn đầu tư, chi phí bảo trì thời gian điện lưới Sự phức tạp toán quy hoạch lưới phân phối đa mục tiêu, nhiều biến, không chắn thông tin ban đầu chất động toán Sự phát triển kỹ thuật đưa nhiều hội để cải thiện hệ thống, đồng thời làm phức tạp thêm cho trình quy hoạch - Chương giới thiệu lý thuyết toán quy hoạch Bài toán trình bày dạng Lý thuyết định Bayesian Tuy nhiên, khó khăn lập hàm mục tiêu làm ta áp dụng trực tiếp phương pháp Bayesian Quyết định thúc đẩy không kỳ vọng lợi nhuận (hay tổn thất) mà nguy không đạt giá trị Chương đưa vài công cụ làm giảm độ phức tạp toán mô hình chặt chẽ Các khó khăn phức tạp toán giải đơn giản hóa, áp dụng phương pháp Monte-Carlo cải tiến, mờ, kỹ thuật gien lập trình động - Chương trình bày phương pháp đánh giá thông số cần thiết trình quy hoạch - Chương giới thiệu thuật toán di truyền, công cụ mạnh mẽ hiệu để giải toán tối ưu Nội dung chương gồm phần sau: • Lịch sử phát triển nguyên lý thuật toán di truyền • Lưu đồ giải thuật, phương pháp mã hóa bước thực để giải toán cụ thể thuật toán di truyền • Các toán tử di truyền mô trình tiến hóa bao gồm toán tử toán tử cao cấp thuật toán di truyền Đề tài : Quy hoạch lưới phân phối áp dụng giải thuật di truyền Trang Hướng dẫn : TSKH Hồ Đắc Lộc Thực : Huyønh Quang Minh [m,n]=size(pt); for i=1:m tam=pt(i,:); while tam(n)==0 tam(n)=[]; tam=[0 tam]; end pt(i,:)=tam; end pt; % -U=zeros(m,n); lamdacuoinhanh=zeros(m,n); rcuoinhanh=zeros(m,n); ENS=zeros(m,1); for i=1:m lamdacuoinhanh(i,n)=lamda(pt(i,n)); rcuoinhanh(i,n)=r(pt(i,n)); U(i,n)=lamdacuoinhanh(i,n)*rcuoinhanh(i,n); ENS(n)=U(i,n)*chisonut(pt(i,n),mangvanhanh,nguon); for j=n-1:-1:1 if pt(i,j)~=0 lamdacuoinhanh(i,j)=lamdacuoinhanh(i,j+1)+lamda(pt(i,j)); rcuoinhanh(i,j)=(rcuoinhanh(i,j+1)*lamdacuoinhanh(i,j+1)+r(pt(i,j) )*lamda(pt(i,j)))/lamdacuoinhanh(i,j); U(i,j)=U(i,j+1)+lamdacuoinhanh(i,j)*rcuoinhanh(i,j); Đề tài : Quy hoạch lưới phân phối áp dụng giải thuật di truyền Trang 83 Hướng dẫn : TSKH Hồ Đắc Lộc Thực : Huỳnh Quang Minh ENS(i)=ENS(i)+U(i,j)*congsuatnut(chisonut(pt(i,j),mangvanhanh,nguo n),5); congsuatnut(chisonut(pt(i,j),mangvanhanh,nguon),5)=0; else break; end end end ENSht(k+1)=sum(ENS); %Tinh ham muc tieu ket hop giua chi phi dau tu, van hanh, chi phi ton that %va den bu (do biet truoc thi phu tai-> biet Tmax, Tomax Csuat nut de tinh ton that la Csuat max) Z(k+1)=0.1*(avh+atc)*chiphi(k+1)+0.45*giadien*tonthatCS(k+1)*Tomax +0.45*ENSht(k+1)*giadien*hangso; else Z(k+1)=vocung; chiphi(k+1)=vocung; tonthatCS(k+1)=vocung; ENSht(k+1)=vocung; end k=k+1; end ObjVal=Z'; chiphi=chiphi'; tonthatCS=tonthatCS'; ENSht=ENSht'; Đề tài : Quy hoạch lưới phân phối áp dụng giải thuật di truyền Trang 84 Hướng dẫn : TSKH Hồ Đắc Lộc Thực : Huỳnh Quang Minh [ObjValmin,index] = min(ObjVal); chiphiHMTmin=chiphi(index); tonthatHMTmin=tonthatCS(index); ENSHMTmin=ENSht(index); HÀM TÍNH PHÂN BỐ CÔNG SUẤT - PBCS : tính phân bố công suất theo phương pháp Newton – Raphson function [SLT,Vm,e,Snhanh,converge] PBCS(busdata,linedata,basemva,accuracy,maxiter) = j=sqrt(-1); i = sqrt(-1); nl = linedata(:,1); nr = linedata(:,2); R = linedata(:,3); X = linedata(:,4); Bc = j*linedata(:,5); a = linedata(:, 6); nbr=length(linedata(:,1)); nbus = max(max(nl), max(nr)); Z = R + j*X; y= ones(nbr,1)./Z; %branch admittance for n = 1:nbr if a(n)