Bài viết này đề xuất giải thuật Cuckoo Optimazation Algorithm (COA) đã được đề xuất và áp dụng để giải bài toán tối ưu cực đại lợi nhuận xã hội thông qua xác định vị trí và dung lượng hợp lý của TCSC. Phương pháp đề nghị được kiểm tra trên trên hệ thống IEEE 14 nút và kết quả mô phỏng được so sánh với các giải thuật Genetic Algorithm (GA) Grey Wolf Optimization (GWO) đã cho thấy, COA cũng là một trong những phương pháp hữu ích để tối ưu lắp đặt TCSC để cực đại lợi nhuận xã hội. Mời các bạn cùng tham khảo!
Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Số 38, 2019 NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƯỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA DƢƠNG THANH LONG, NGUYỄN THANH THUẬN Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh; duongthanhlong@iuh.edu.vn Tóm tắt Thị trƣờng điện đời mang lại nhiều lợi nhuận xã hội Tuy nhiên, làm cho hệ thống thƣờng xuyên bị nghẽn mạch Nghẽn mạch làm ảnh hƣởng trực tiếp đến hợp đồng giao dịch, làm giảm lợi nhuận xã hội Vì vậy, để giảm nghẽn mạch, cực đại lợi nhuận xã hội, cần phải xây dựng đƣờng dây truyền tải Điều thƣờng gặp nhiều khó khăn từ việc điều tiết sách nhà nƣớc mơi trƣờng Do đó, việc cân lại công suất hệ thống cách sử dung thiết bị Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC) để nâng cao khả truyền tải cực đại lợi nhuận xã hội vấn đề quan trọng ngƣời vận hành hệ thống điện Để giài vấn đề này, số giải thuật tìm kiếm bầy đàn đƣợc đề xuất nghiên cứu trƣớc Tuy nhiên, việc áp dụng giải thuật Cuckoo Optimazation Algorithm (COA) để giải vấn đề chƣa đƣợc nhóm nghiên cứu đề xuất trƣớc Vì vậy, báo này, giải thuật Cuckoo Optimazation Algorithm (COA) đƣợc đề xuất áp dụng để giải toán tối ƣu cực đại lợi nhuận xã hội thông qua xác định vị trí dung lƣợng hợp lý TCSC Phƣơng pháp đề nghị đƣợc kiểm tra trên hệ thống IEEE 14 nút kết mô đƣợc so sánh với giải thuật Genetic Algorithm (GA) Grey Wolf Optimization (GWO) cho thấy, COA phƣơng pháp hữu ích để tối ƣu lắp đặt TCSC để cực đại lợi nhuận xã hội Từ khóa Lợi nhuận xã hội, nghẽn mạch, thị trƣờng điện, TCSC, FACTS ENHANCING SOCIAL WELFARE IN ELECTRICITY MARKET WITH TCSC DEVICE USING CUCKOO OPTIMAZATION ALGORITHM Abstract The creating electricity market has brought much social welfare However, it also causes the system to frequently congestion Congestion has a direct impact on trading contracts and reduces social welfare Therefore, in order to eliminate congestion, maximum social welfare, need to build new transmission lines This is often difficult from regulating state and environmental policies Thus, rebalancing power flow by using TCSC to improve its transfer capability and maximization social welfare is on of important problems for operator system In order to solve this problem, many algorithms metaheuristic have been proposed in previous reseach However, the application of Cuckoo Optimazation Algorithm (COA) to solve this problem hasn’t been proposed by the research groups before Thus, in this paper, COA has proposed and applicated to solve the OPF problem for maximization the social welfare via optimal installation of TCSC devices The method proposed is tested with IEEE 14 bus test systems Result simulations are compared with GA and GWO show that the COA also is one of the useful methods for TCSC installation to maximum social welfare Keywords Congestion, Social Welfare, Electricity market, TCSC, FACTS GIỚI THIỆU Xu hƣớng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cấu theo chiều dọc sang thị trƣờng điện cạnh tranh diễn mạnh mẽ nhiều nƣớc giới Tại Việt Nam, lộ trình cho việc áp dụng thị trƣờng điện đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt Hiện nay, áp dụng bƣớc thí điểm sau tiến tới xây dựng thị trƣờng điện cạnh tranh Việc xuất thị trƣờng điện làm tăng nhu cầu tiêu thụ điện mang lại nhiều lợi nhuận xã hội Tuy nhiên, điều làm cho hệ thống thƣờng xuyên bị nghẽn mạch gia tăng nhu cầu tiêu thụ điện giao dịch công suất phát sinh kế hoạch định trƣớc Nghẽn mạch làm cho giá điện khác đáng kể vùng với Đây nguyên nhân © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 49 làm méo dạng thị trƣờng giảm lợi nhuận xã hội, mục tiêu thị trƣờng điện nâng cao lợi nhuận xã hội Vì vậy, để giải vấn đề này, cần phải xây dựng đƣờng dây truyền tải Nhƣng việc thƣờng gặp nhiều khó khăn sách nhà nƣớc mơi trƣờng Do đó, nâng cao khả truyền tải lƣới điện hữu bẳng cách sử dụng thiết bị (Flexible Alternating Current Transmission System) FACTS để đáp ứng đầy đủ giao dịch công suất thị trƣờng điện trở thành thách thức cho ngƣời vận hành hệ thống điện Trong số thiết bị FACTS [1], Thyristor Controlled Series Compensator (TCSC) thiết bị hiệu việc điều khiển phân bố lại dịng cơng suất hệ thống, giúp hệ thống hữu nâng cao khả truyền tải Vì vậy, việc lắp đặt TCSC hệ thống truyền tải giải pháp thay tốt để giải nghẽn mạch cực đại lợi nhuận xã hội Một số cơng trình nghiên cứu tối ƣu hóa lợi nhuận xã hội sử dụng FACTS đƣợc đề nghị Lin et al [2] sử dụng phƣơng pháp điểm nội để mở rộng hệ thống với UPFC để tối đa hóa lợi nhuận xã hội quản lý tắc nghẽn Yu et al [3] sử dụng chƣơng trình phi tuyến tính hỗn hợp để xác định vị trí tối ƣu FACTS để tối đa hóa lợi nhuận xã hội dựa nhiều khoảng thời gian Giải thuật di truyền [4] đƣợc sử dụng để tối ƣu hóa lắp đặt TCSC để quản lý nghẽn mạch cực đại lợi nhuận xã hội Trong [5] để nghị giải thuật (Fuzzy-GA) để cực đại lợi nhuận xã hội thơng qua tối ƣu hóa lắp đặt TCSC Giải thuật GA GWO đƣợc đề nghị [6] để cực đại lợi nhuận xã hội có thiết bị TCSC Gần đây, giải thuật tìm kiếm bầy đàn gọi Cuckoo Optimization Algorithm (COA) đƣợc đề xuất Rajabioun, R [7] Giống nhƣ giải thuật CSA [8], COA bắt đầu quần thể ban đầu Quần thể chim Cuckoo môi trƣờng sống khác bao gồm đối tƣợng chim Cuckoo trứng Trong suốt trình đấu tranh sinh tồn số Cuckoo trứng bị tiêu diệt, số cịn lại di chuyển tới mơi trƣờng sống tốt tiếp tục trình sinh sản đặt trứng Qúa trình thích nghi với mơi trƣờng sống chim Cuckoo hội tụ lại môi trƣờng sống tốt Tuy nhiên, khác với giải thuật CSA, COA sử dụng bán kính đặt trứng để tìm nghiệm tối ƣu thay sử dụng hƣớng bay nhƣ CSA Ứng dụng giải thuật COA đƣợc thử nghiệm hàm toán học chuẩn cho thấy khả giải vấn đề tối ƣu hóa có mức độ khó cao giải thuật [7] Tuy nhiên, việc áp dụng giải thuật COA đƣợc giới thiệu toán phân bố cơng suất tối ƣu [9-10] Do đó, báo này, tác giả trình bày chi tiết cách thực giải thuật COA để giải toán tối ƣu với nhiều ràng buộc phƣơng trình bất phƣơng trình để cực đại lợi nhuận xã hội thơng qua tối ƣu lắt đặt TCSC Phƣơng pháp đề nghị đƣợc kiểm tra trên hệ thống IEEE 14 nút kết mô đƣợc so sánh với giải thuật GA [6] GWO [6] cho thấy, COA phƣơng pháp hữu ích để tối ƣu lắp đặt TCSC để cực đại lợi nhuận xã hội MƠ HÌNH TĨNH CỦA TCSC Bus i Bus j r ij jx ij jxTCSC jBsh jBsh Hình 1: Mơ hình hóa đường dây truyền tải có TCSC Ảnh hƣởng TCSC mạng điện đƣợc xem nhƣ điện kháng điều khiển thêm vào đƣờng dây truyền tải liên quan Việc giảm tổng trở nối tiếp đƣợc thực cách giảm phần điện kháng đƣờng dây Do cơng suất truyển tải đƣợc tăng lên Mơ hình mạng điện có TCSC đƣợc thể Hình TCSC đƣợc xem xét nhƣ điện kháng –jXTCSC dƣới trạng thái tĩnh © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 50 TCSC đƣợc tích hợp tốn OPF cách hiệu chỉnh lại thông số đƣờng dây Dung lƣợng bù lớn TCSC đƣợc giới hạn 70% điện kháng đƣờng dây chƣa bù mà TCSC đƣợc lắp đặt Theo [11], điện kháng đƣờng dây đƣợc viết nhƣ sau XNew = Xij – XTCSC (1) XNew = (1- K)Xij (2) Trong K = XTCSC/Xij mức độ bù nối tiếp Xij điện kháng đƣờng dây ij Phƣơng trình dịng cơng suất đƣờng dây có điện kháng nhƣ sau: P ij V i2 G ij V i V j (G ij cos ij B ij sin ij ) (3) Q ij V i2 B ij V i V j (G ij sin ij B ij cos ij ) (4) P ji V 2j G ij V i V j (G ij cos ij B ij sin ij ) (5) Q ji V 2j B ij V i V j (G ij sin ij B ij cos ij ) (6) Trong G ij R ij R ij2 X 2New Bij X New R ij2 X2New (7) THỰC HIỆN VẤN ĐỀ 3.1 Hàm mục tiêu lợi nhuận xã hội Mục tiêu thị trƣờng điện tạo cạnh tranh cung cầu để tất ngƣời tham gia, tức công ty sản xuất điện khách hàng tiêu thụ điện nâng cao lợi nhuận họ Lợi nhuận sản xuất đƣợc biết đến nhƣ chênh lệch tiền nhận đƣợc từ việc bán điện chi phí sản xuất Giá bán điện giá yêu cầu tối thiểu mà công ty phát điện chấp nhận để cung cấp lƣợng điện cụ thể Trong khi, lợi nhuận khách hàng chênh lệch giá khách hàng lòng trả giá thực trả cho việc tiêu thụ lƣợng điện cụ thể Công ty vận hành hệ thống điện chịu trách nhiệm thực hợp đồng mua bán điện công ty phát điện khách hàng dựa giá cung cầu cho mục tiêu cực đại lợi nhuận xã hội Lợi nhuận xã hội đƣợc xem nhƣ tổng lợi nhuận sản xuất lợi nhuận khách hàng, đƣợc trình bày nhƣ công thức (8) Fobj Wi ( Pg i ) W j ( Pd j ) iN iN d g (8) Trong Wj(Pdj) lợi nhuận khách hàng có đƣợc từ việc sử dụng điện sau trừ chi phí mua điện đƣợc trình bày nhƣ cơng thức (9) W j Pd j B j Pd j Pd j (9) Wi(Pgi) lợi nhuận thu đƣợc từ việc bán điện công ty phát điện sau trừ chi phí sản xuất đƣợc trình bày nhƣ cơng thức (10) Wi Pg i Pg i Ci Pg i (10) Ci Pg iP a gi Pgì2 bgi Pgi c gi B j Pd Pj adj Pdj2 bdj Pdj cdj hàm chi phí vận hành máy phát hàm lợi nhuận khách hàng Pgi, Pdj công suất máy phát công suất tiêu thụ khách hàng λ giá bán mua cho MW Giá ngƣời bán chấp nhận bán ngƣời mua đồng ý mua © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 51 ag($/MW2h), bg($/MWh), cg hệ số chi phí máy phát ad($/MW2h), bd($/MWh), cd hệ số lợi nhuận khách hàng Từ phƣơng trình (8-10) hàm mục tiêu lợi nhuận xã hội viết lại nhƣ sau Fobj B j ( Pd j ) Ci ( Pg i ) iN iN g d (11) Vấn đề tối ƣu cần giải báo cực đại hàm mục tiêu (11) Mục tiêu cực đại lợi nhuận xã hội đƣợc xác định cách giải vấn đề tối ƣu phân bố công suất cho thỏa mãn ràng buộc phƣơng trình bất phƣơng trình Ràng buộc - Phƣơng trình cân cơng suất Pi (V , ) Pdi Pgi i 1, , N b (12) Qi (V , ) Qdi Qgi i 1, , N b (13) - Giới hạn công suất máy phát Pgimin Pgi Pgimax gi Q Qgi Q max gi i 1, , N g (14) i 1, , N g (15) - Giới hạn điện áp Vi Vi Vi max i 1, , N b (16) - Giới hạn công suất chạy đƣờng dây Sl Sl ,max l 1, , N l (17) 3.2 Ảnh hưởng TCSC đến lợi nhuận xã hội Xét hệ thống đơn giản có nút, máy phát nút tải nút [12].Giới hạn đƣờng dây nút Plimit, tổn thất đƣờng dây nhỏ Đồ thị cung cầu đƣợc Hình Giá ($/MWh) C Lợi nhuận xã hội Đƣờng cung Lợi nhuận khách hàng A D λ* Lợi nhuận sản xuất B Đƣờng cầu Chi phí sản xuất o P* Cơng suất tiêu thụ (MW) Hình Lợi nhuận sản xuất lợi nhuận khách hàng trường hợp khơng có ràng buộc Khi bỏ qua ràng buộc đƣờng dây, điểm cân λ* ($/MWh) P* (MW) Tuy nhiên, xét giới hạn đƣờng dây nhƣ Hình 3, xuất chênh lệch giá hai nút Tại nút máy phát, giá giảm nút tải, giá tăng Kết làm giảm lợi nhuận sản xuất lợi nhuận khách hàng nhƣ Hình Điều gây tổn thất xã hội Bởi giá đƣợc xác định nút máy phát nút tải tƣơng ứng Kết tạo thặng dƣ cho ngƣời vận hành thị trƣờng Thặng dƣ đƣợc biết đến nhƣ phí nghẽn mạch Nó đƣợc sử dụng để bù vào tổn thất bù vào việc huy động lƣới truyền tải chuyển đến cho thành viên tham gia dựa quy luật thị trƣờng © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 52 NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA ($/MWh) C λ load Lợi nhuận khách hàng Đƣờng cung Phí nghẽn mạch Tổn thất Xã hội λ* A D gen λ Lợi nhuận sản xuất Đƣờng cầu B Chi phí sản xuất O Plimit P* Cơng suất tiêu thụ (MW) Hình Thặng dư tiêu thụ khách hàng trường hợp có ràng buộc khơng có TCSC ($/MWh) C TCSC E I K TCSC gen J L gen λ O A M λ load λ Đƣờng cung G load λ D N B Đƣờng cầu F H Plimit P* Công suất tiêu thụ (MW) Hình Thặng dư trường hợp có xét ràng buộc có TCSC Khi TCSC đƣợc lắp đặt vị trí hợp lí với dung lƣợng phù hợp nghẽn mạch đƣợc giảm, kết mô hệ thống nút Hình Nhƣ thấy Hình 4, cơng suất lớn chuyển tải qua đƣờng dây khơng có TCSC Plimit giá nút máy phát nút tải λgen λload tƣơng ứng Phí nghẽn mạch mà ngƣời vận hành nhận đƣợc đƣợc cho vùng EGHFE, chênh lệch giá nhân với lƣợng công suất lớn chạy qua đƣờng dây kết nối; Plimit x (λload - λgen) Thặng dƣ tiêu thụ sản xuất đƣợc cho vùng tam giác EGCE FHOF tƣơng ứng TCSC nhanh chóng cân lại cơng suất cách điều khiển dịng công suất chạy qua nhánh không bị tải, nâng cao khả truyền tải để loại bỏ nghẽn mạch Nó load đƣợc cho P Giá vị trí thay đổi Giá nút tải đƣợc giảm đến TCSC giá nút TCSC gen máy phát tăng đến TCSC , giá nút tồn hệ thống nhỏ Ảnh hƣởng làm cho thặng dƣ tiêu thụ sản xuất tăng lên đƣợc cho vùng IMCI JNOJ tƣơng ứng Phí nghẽn mạch thay đổi đƣợc thể vùng IMNJI Trƣớc lắp đặt TCSC, phí nghẽn mạch vùng EGHFE mà lớn vùng IMNJI Thặng dƣ xã hội đƣợc tăng lên sử dụng TCSC đƣơc vùng GMNHG ÁP DỤNG GIẢI THUẬT COA GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN CỰC ĐẠI LỢI NHUẬN XÃ HỘI 4.1 Giới thiệu Cuckoo Optimization Algorithm (COA) Giải thuật COA đƣợc phát triển dựa đời sống quần thể chim Cuckoo [7] Những điểm đặc biệt cách sinh sống, cách đẻ trứng phát triển chúng tảng cho việc phát triển COA Chim Cuckoo đẻ trứng nhƣng không ấp trứng nuôi dƣỡng chim non, sau đẻ trứng chúng gắp trứng bỏ vào tổ loài chim khác, không bị phát chim Cuckoo non đƣợc ấp ni dƣỡng lồi chim khác Giống nhƣ giải thuật tiến hóa khác, COA bắt đầu quần thể ban đầu © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 53 Quần thể Cuckoo môi trƣờng sống khác bao gồm hai đối tƣợng chim Cukoo trứng Trong suốt trình đấu tranh sinh tồn số Cuckoo trứng bị tiêu diệt, số cịn lại di chuyển tới môi trƣờng sống tốt tiếp tục q trình sinh sản đặt trứng Sự thích nghi với môi trƣờng sống chim Cuckoo hy vọng hội tụ lại môi trƣờng sống tốt Các bƣớc thực thuật toán COA để giải tốn tối ƣu điển hình đƣợc thực nhƣ sau: 4.1.1 Khởi Tạo Quần Thể Cukoo Ban Đầu Để giải toán tối ƣu, việc cần thiết phải đƣa biến dƣới dạng mảng Mảng giải thuật GA đƣợc gọi nhiễm sắc thể (Chromosome), PSO đƣợc gọi vị trí bầy đàn (Particle Position), cịn COA đƣợc gọi mơi trƣờng sống (Habitat) Bài tốn tối ƣu hóa N chiều với N số lƣợng biến cần tối ƣu hóa Một mơi trƣờng sống (Habitat) mảng 1xN biểu thị cho môi trƣờng sống Cuckoo, đƣợc định nghĩa bởi: Môi trƣờng sống = [x1, x2, , xNvar ] (18) Mỗi tập hợp biến (x1, x2,…, xNvar) biến số thực Giá trị hàm thích nghi mơi trƣờng sống đƣợc cho hàm thích nghi fp nhƣ sau: Hàm thích nghi = fp(x1, x2, , xNvar ) (19) Bắt đầu Khởi tạo quần thể chim Cuckoos ban đầu Những chim có xu hƣớng bay chim có giá trị lợi nhuận lớn Chim Cuckoos đẻ đặt trứng vào tổ loài chim khác S Điều kiện dừng hài lòng Một số trứng chim bị phát bị giết chết Đ Kết thúc Giữ lại số lƣợng trứng chim (N_max) có lợi nhuận cao Mơi trƣờng sống nằm giới hạn xét Đ Tính giái trị lợi nhuận vị trí trứng chim S Di chuyển môi trƣờng sống giới hạn Hình Lưu đồ giải thuật Cuckoo Optimization Algorithm 4.1.2 Q trình đặt trứng chim Cuckoo Một thói quen khác chim Cuckoo thƣờng đặt trứng bán kính định gọi bán kính đặt trứng ELR (Egg Laying Radius) Giá trị ELR đƣợc cho công thức sau: numbercuckoo' s eggs (20) varhi varlow Total Number of egg Với α là số nguyên dùng để điều khiển cực đại ELR, tỉ số số lƣợng trứng chim Cuckoo tổng số trứng tất Cuckoo Varhi varlow giới hạn lớn nhỏ biến cần tối ƣu hóa 4.1.3 Sự cân sinh thái quần thể chim Cuckoo Chim Cuckoo non sống sót sau thời gian tiếp tục phát triển Tuy nhiên điều kiện cân sinh thái, điều kiện môi trƣờng sống nguồn thức ăn có hạn nên có số lƣợng tối đa Nmax chim Cuckoo non nơi tốt (có giá trị lợi nhuận cao) phát triển thành chim Cuckoo trƣởng thành Số lƣợng Cuckoo lại nằm vùng xấu (giá trị lợi nhuận thấp) bị tiêu diệt ELRi * © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 54 4.1.4 Sự di chuyển tới môi trường sống tốt chim Cuckoo Trong số chim Cuckoo trƣởng thành có sống mơi trƣờng tốt (có giá trị lợi nhuận cao nhất) Những Cuckoo trƣởng thành khác di chuyển đến gần môi trƣờng sống tốt Khi đến mùa sinh sản, chim tiếp tục lặp lại chu trình đẻ trứng đặt trứng Cứ nhƣ thế, sau nhiều lần lặp lặp lại, quần thể Cuckoo hội tụ lại môi trƣờng sống tốt 4.2 Trình tự thực COA tốn cực đại lợi nhuận xã hội Bƣớc 1: Khởi động biến chọn thông số COA X id Pg PgNg , Pd PdNd ,Vg1 VgNg , NTCSC , KTCSC - Giá trị khởi động Xid đƣợc xác định nhƣ sau: X id X idmin rand1* X idmax X idmin (21) (22) - Một vị trí mục tiêu chim cuckoo đƣợc khởi tạo cách ngẫu nhiên nhƣ sau: GoalPo int X idmin rand1 * X idmax X idmin (23) Với: rand1 giá trị ngẫu nhiên khoảng [0,1] Bƣớc 2: tính toán số lƣợng trứng cho chim cuckoo Numbercuckoo' seggs (MaxEggs MinEggs ) * rand MinEggs Bƣớc 3: tính bán kính đặt trứng cho chim Cuckoo đặt trứng (24) numbercuckoo' s eggs X idmax X idmin RadiusCoef f Total Number of egg max i ELR ELRi ELR max i (25) rand (26) - Để đặt trứng ta cần tính giá trị sai lệch vị trí chim cuckoo di chuyển bay gây ra, giá trị đƣợc tính nhƣ sau: Add i 1 rand4 ELRi cos inangles ELRi sinangles (27) - Cập nhật vị trí cho trứng chim Cuckoo theo nhƣ dƣới X id1 X id Add i (28) Mỗi Xid1 ứng viên cho lời giải toán cực đại lợi nhuận xã hội, sau bƣớc cập nhật lại giá trị cận cận dƣới cho Xid1 trình đặt trứng hoàn tất Bƣớc 4: Tiêu diệt trứng nằm chung tổ - Vì tổ có trứng chim có hội sống sót bƣớc ta kiểm tra giá trị Xid1 giống tiêu diệt giữ lại ứng viên Việc làm có mục đích làm giảm thời gian tính tốn lặp lại khơng cần thiết Bƣớc 5: Thực phân bố công suất theo Newton-Raphson Bƣớc 6: đánh giá hàm thích nghi ( Fobj ) cho ứng cử viên Xid NB NB NB NL i 1 i 1 i 1 i 1 F f Fobj k p ( Pgi Pgilim ) k q (Qgi Qgilim ) kV (Vi Vi lim ) k S (sli S limax ) (29) Bƣớc 7: Cân sinh thái quần thể chim cuckoo - Để đạt đƣợc trạng thái cân sinh học quần thể chim cuckoo mới, ta giữ lại số lƣợng chim cukoo tối đa tồn khoảng thời gian tiêu diệt lại Bƣớc 8: Di chuyển tới điểm mục tiêu - Các chim cuckoo lại bay tới gần điểm mục tiêu (GointPoint) theo công thức sau: X id2 Goalpo int X id1 rand MotionCoef f X id1 Bƣớc 9: Cập nhật lại quần thể chim cuckoo - Vị trí quần thể chim cuckoo đƣợc cập nhật thành Xid2 - Lƣu giá trị GoalPoint Bestcost Bƣớc 10: Kiểm tra điều kiện dừng © 2019 Trƣờng Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh (30) NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 55 - Kiểm tra điều kiện dừng, Iter < Itermax Iter = Iter + trở lại bƣớc số Ngƣợc lại dừng chƣơng trình MƠ PHỎNG TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN IEEE 14 NÚT Hệ thống IEEE 14 nút [11] bao gồm máy phát 20 đƣờng dây nhƣ Hình Các nút 1, 2, 3, vị trí đặt máy phát G1, G2, G3, G4 Các nút 4, 5, đến 14 vị trí phụ tải Thơng tin chi tiết thơng số tham khảo [13] bảng phụ lục - Thiết lập thông số cho giải thuật COA - NumCuckoos: Số cá thể quần thể ban đầu = - Itermax: Số bƣớc lập tối đa = 100 - MinEggs: Số lƣợng trứng tối thiểu = - MaxEggs: Số lƣợng trứng tối đa = - MotionCoeff: Hệ số điều khiển hƣớng tới điểm mục tiêu chim cuckoo = 1.2 - MaxCuckoos: Số lƣợng cá thể chim Cukoo thể sống thời điểm xét điều kiện đảm bảo cân sinh thái = - RadiusCoeff: Hệ số bán kính điều khiển q trình đặt trứng chim Cuckoo = 18 - Npar: Số lƣợng biến tối ƣu hóa, số lƣợng biến điều khiển = 21 - Các ràng buộc cận dƣới biến tối ƣu - Hệ số phạt chung cho tất ràng buộc cân công suất, đƣờng dây truyền tải, điện áp nút máy phát, chọn K =106 13 14 12 G 10 11 G C G G Generator C Synchronous Condensers G Hình Hệ thống IEEE 14 nút Kết lợi nhuận xã hội, công suất phát máy phát công suất tiêu thụ khách hàng trƣờng hợp có khơng có TCSC đƣợc trình bày Bảng 1-4 Từ Bảng thấy rằng, tổng công suất phát máy phát tổng công suất tiêu thụ nút tải (chữ in đậm) trƣờng hợp sử dụng giải thuật COA cao so với giải thuật GA [6] GWO [6] Hơn nữa, phân bố công suất tiêu thụ nút tải giải thuật COA so với GA, GWO khác phản ánh đƣợc giá trị cực đại lợi nhuận xã hội giải thuật đề xuất nhƣ thấy Bảng Từ Bảng thấy rằng, lợi nhuận xã hội giải thuật GA[6], GWO [6] tƣơng ứng 1501.81 ($/h), 1551.12 ($/h) COA 1557.30 ($/h) So sánh với giải thuật GA GWO, lợi nhuận xã hội giải thuật COA cao 3.56% so với giải thuật GA cao 0.39% so với giải thuật GWO Ngoài ra, thấy từ Hình 6, Hình 7, cơng suất nhánh điện áp nút sử dụng giải thuật COA thỏa mản giới hạn cho phép © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 56 Bảng 1: So sánh công suất phát công suất tiêu thụ giải thuật GA, GWO COA trường hợp TCSC hệ thống IEEE 14 nút Máy phát Tổng Tải Bus no V (pu) 1.1 1.089 1.095 1.035 1.09 10 11 12 13 14 0.997 0.991 1.039 1.019 1.01 0.998 1.01 1.009 Tổng GA [6] P Q (MW) (Mvar) 94.97 45.43 100.0 100.0 52.08 347.0 110.9 131.3 5.01 20.82 18.19 18.51 14.42 12.07 331.3 56.58 29.86 7.22 25.28 164.67 53.75 63.61 2.43 10.08 8.81 8.97 6.98 5.85 160.49 GWO [6] P Q (MW) (Mvar) 97.55 43.51 V (pu) 1.1 1.089 1.095 1.035 1.09 100.0 100.04 50.31 347.9 110.9 117.6 5.02 11.15 29.92 31.35 5.63 19.51 331.16 0.998 0.994 1.04 1.022 1.0 0.978 1.01 0.998 54.57 29.18 15.29 25.21 167.76 53.73 56.99 2.43 5.4 14.49 15.18 2.73 9.45 160.39 V (pu) 1.1 1.091 1.100 1.027 1.086 0.998 0.993 1.045 1.034 1.015 0.993 0.970 1.002 COA P (MW) 97.675 Q (Mvar) 39.895 100.00 100.00 52.176 349.8 110.11 118.79 5.0015 13.897 28.420 31.485 5.0000 332.83 59.818 34.050 10.825 24.995 169.58 53.330 57.536 2.4223 6.7306 13.764 15.249 2.4216 161.20 Bảng 2: So sánh công suất phát công suất tiêu thụ giải thuật GA, GWO COA trường hợp có TCSC hệ thống IEEE 14 nút Máy phát Bus no Tổng Tải Tổng 10 11 12 13 14 V (pu) 1.1 GA [6] P Q (MW (Mvar) 98.37 53.65 1.089 100.1 1.095 100.0 1.035 64.25 1.09 362.8 0.997 125.4 0.995 129.1 1.039 5.0 1.019 20.12 1.007 20.48 0.995 27.99 1.012 10.5 1.016 7.69 346.3 53.66 30.1 7.92 25.49 170.82 60.74 62.54 2.42 9.74 9.92 13.55 5.09 3.72 167.74 V (pu) 1.1 1.089 1.095 1.035 1.09 0.999 0.994 1.036 1.019 1.001 0.981 1.002 0.985 GWO [6] P Q (MW) (Mvar) 93.83 44.26 101.1 101.1 49.8 344.8 102.8 118.7 5.0 14.46 26.95 27.71 8.57 24.14 328.37 © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 52.95 28.42 15.42 26.0 344.87 49.79 57.71 2.42 7.0 13.05 13.42 4.15 11.69 159.04 V (pu) 1.1 1.093 1.099 1.051 1.092 1.000 0.997 1.038 1.019 1.014 1.014 1.019 0.996 COA P (MW) 94.903 Q (Mvar) 32.391 100.03 100.00 49.492 344.43 116.8 117.6 5.001 22.14 20.13 22.03 11.45 22.85 328.1 59.480 28.517 19.235 24.987 164.61 56.60 56.97 2.422 10.72 9.749 10.67 5.546 11.06 158.88 NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 57 Bảng 3: So sánh lợi nhuận xã hội giải thuật COA với giải thuật GA[6] GWO[6] Máy phát Khơng có TCSC GWO COA [31] 1408.93 1415.50 1424.87 Tải 2910.75 2966.62 2982.17 3014.85 2969.66 3022.30 Lợi nhuận xã hội 1501.81 1551.12 1557.30 1520.08 1568.03 1581.21 Vị trí TCSC Dây 1-5 Dây 6-13 Dây 7-9 Dung lƣợng TCSC (pu) -0.2315 -0.49 GA [31] GA [31] Có TCSC GWO [31] COA 1494.77 1401.62 1396.48 -0.693 Hình 6: Đồ thị điện áp trường hợp có khơng có TCSC Hình 7: Đồ thị cơng suất nhánh trường hợp có khơng có TCSC © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 58 Bảng 4: Kết điểu độ công suất máy phát điểu độ tải trường hợp có khơng có TCSC sử dụng giải thuật COA Bus numbers Máy phát Tổng Tải Tổng Hình 8: TCSC Voltage (pu) 1.1 1.0911 1.1000 1.0271 1.0862 10 11 12 13 14 0.9983 0.9932 1.0456 1.0343 1.0151 0.9939 0.9700 1.0027 0.9905 Khơng có TCSC Real Reactive power power (MW) (Mvar) 97.6759 39.8956 100.0001 59.8188 100.0003 34.0500 52.1765 10.8259 24.9951 349.8529 169.5854 110.1130 53.3301 118.7988 57.5369 0 5.0015 2.4223 13.8970 6.7306 28.4203 13.7646 31.4859 15.2493 5.0000 2.4216 20.1220 9.7455 332.8384 161.2010 Voltage (pu) 1.1 1.0935 1.0999 1.0511 1.0924 1.0050 1.0011 1.0521 1.0410 1.0227 1.0178 0.9954 1.0255 1.0063 Có TCSC Real Reactive power power (MW) (Mvar) 94.9034 32.3914 100.0353 59.4800 100.0024 28.5171 49.4929 19.2359 24.9875 344.4340 164.6120 103.1062 49.9366 115.3352 55.8594 0 5.0037 2.4234 22.2554 10.7788 19.7659 9.5731 30.8817 14.9567 5.0174 2.4301 26.6867 12.9250 328.0524 158.8830 So sánh tốc độ hội tụ giải thuật COA với giải thuật PSO BOA trường hợp khơng có © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 59 Hình 9: So sánh tốc độ hội tụ giải thuật COA với giải thuật PSO BOA trường hợp có TCSC Cơng suất phát công suất tiêu thụ nút trƣờng hợp có TCSC giải thuật COA đƣợc trình bày Bảng TCSC phân bố lại luồng công suất đƣờng dây, nâng cao lợi nhuận xã hội Vị trí tối ƣu TCSC đƣờng dây 7-9 với dung lƣợng XTCSC = -0.693pu sử dụng giải thuật COA Từ Hình 2, Hình thấy rằng, dịng cơng suất nhánh hệ thống đƣợc phân bố lại cân hơn, điện áp nút nằm giới hạn sau lắp đặt TCSC Lợi nhuận xã hội giải thuật GA, GWO COA có TCSC đƣợc trình bày Bảng (Chữ in đậm) Từ bảng thấy rằng, lợi nhuận xã hội có TCSC giải thuật COA cao 3.86% so với giải thuật GA có TCSC cao 0.83% so với giải thuật GWO có TCSC Kết điểu độ cơng suất máy phát điểu độ tải trƣờng hợp có khơng có TCSC sử dụng giải thuật COA đƣợc trình bày Bảng Từ bảng thấy rằng, tổng công suất phát tổng công suất tiêu thụ nút trƣờng hợp có TCSC nhỏ so với trƣờng hợp khơng có TCSC, nhiên lợi nhuận xã hội trƣờng hợp có TCSC lại cao so với khơng có TCSC nhƣ Bảng Điều cho thấy TCSC nâng cao lợi nhuận xã hội TCSC phân bố lại luồng công suất, nâng cao khả truyền tải, nút tải mà có hệ số lợi nhuận cao có xu hƣớng tăng cơng suất tiêu thụ nhƣ thấy Bảng (nút 10, nút 14), nút tải mà có hệ số lợi nhuận thấp có xu hƣớng giảm cơng suất tiêu thụ nhƣ thấy Bảng (nút 11, nút 4), lợi nhuận khách hàng đƣợc tăng lên kết lợi nhuận xã hội trƣờng hợp có TCSC cao 1.51% so với khơng có TCSC Ngoài ra, thấy đƣợc khả hội tụ giải thuật COA so với giải thuật khác, báo chạy giải thuật Particle Swarm Optimization (PSO) Butterfly Optimization Algorithm (BOA) để so sánh Từ Hình 8, Hình thấy rằng, COA có khả hội tụ nhanh so với PSO BOA Điều cho thấy giải thuật COA có khả tìm vị trí dung lƣợng hợp lý TCSC để nâng cao lợi nhuận xã hội thị trƣờng điện nhƣ khả hội tụ giải thuật COA đề xuất KẾT LUẬN Sƣ xuất thị trƣờng điện mang lại nhiều lợi nhuận cho thành viên tham gia thị trƣờng, nhiên tạo nhiều thách thức cho ngƣời vận hành việc đảm bảo an ninh hệ thống Để giải vấn đề mà không cần phải xây dựng đƣờng dây mới, việc sử dụng thiết bị TCSC giải pháp thay hiệu Bài báo trình bày chi tiết cách thực giải thuật COA để giải toán tối ƣu với nhiều ràng buộc phƣơng trình bất phƣơng trình để cực đại lợi nhuận xã hội thông qua tối ƣu lắt đặt TCSC Từ kết phân tích, thấy lợi nhuận xã hội phụ thuộc vào điều độ tối ƣu công ty phát điện, nhu cầu sử dụng điện khách hàng khả truyền tải hệ thống Những kết mô từ phƣơng pháp đề nghị đƣợc so sánh với giải thuật GA GWO cho thấy COA phƣơng pháp hữu ích để tối ƣu lắt đặt TCSC để cực đại lợi nhuận xã hội © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 60 Appendix A Table A1: Generator data for IEEE 14-bus test system Gen no Bus P (MW) Q (MVAR) Generator cost factor Max Min Max Min a($/MW2h) b($/MWh) c($/h) G1 100 20 50 -40 0.0245 G2 500 100 60 -40 0.0351 G3 500 100 40 -40 0.0389 G4 100 20 24 -6 0.0372 G5 - - 26 -6 - - Cgm ( Pgm ) am Pgm bm Pgm cm Table A2: Load data for IEEE 14-bus test system P (MW) Load no Bus L1 L2 Q (MVAR) Customer profit factor Max Min Max Min a($/MW2h ) b($/MWh) c($/h) 200 200 50 50 200 200 -200 -200 - 0.015 - 0.015 10 10 0 L3 100 200 -200 - 0.010 L4 10 100 200 -200 - 0.015 10 L5 L6 11 12 100 100 5 200 200 -200 -200 - 0.015 - 0.018 10 12 0 L7 13 100 200 -200 - 0.018 12 L8 14 100 200 -200 - 0.018 12 Bdn ( Pdn ) an Pdn2 bn Pdn cn TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hingorani, N.G Power electronics in electric utilities: role of power electronics in future power systems Proc IEEE 1988, 76, 481-482 [2] Lin Whei-Min, Chen shi-Jaw and Su Yuh-Sheng., An application of interior-point based OPF for system expansion with FACTS devices in a deregulated environment, in Proc IEEE conference (0-7803-63388/00/$10) 2000 [3] Yu Zuwei and Lusan D., Optimal placement of FACTS devices in deregulated systems considering line losses, Electrical power and energy systems, vol 26 (2004) 813-819 [4] Nabavi SMH, Kazemi A and Masoum MAS Social welfare maximization with fuzzy based genetic algorithm by TCSC and SSSC in double sided auction market Scientia Iranica 2012; 19: 745–758 © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 61 [5] Seyed Mohammad Hosseini Nabavi, Nazanin Alsadat Hosseinipoor, Somayeh Hajforoosh Social Welfare Maximization by Optimal Locating and Sizing of TCSC for Congestion Management in Deregulated PowerMarkets International Journal of Computer Applications (2010 ) 0975 – 8887 [6] Saswati Kumari Behera.; Nalin Kant Mohanty Social welfare maximization with thyristor-controlled series compensator using grey wolf optimization algorithm International Journal of Electrical Engineering Education, DOI: 10.1177/0020720918822754, (2019) 1-14 [7] Rajabioun R Cuckoo optimization algorithm Applied Soft Computing 11 (7) (2011) [8] Yang, X.S Deb, S Engineering optimisation by cuckoo search Int J Math Model Num Optim 2010, 1, 330343 [9] Nguyen Tu Le Anh and Dieu Ngoc Vo Cuckoo optimization algorithm for optimal power flow Springer International Publishing Switzerland Vol 3, pp 319-337 2015 [10] Duong Thanh Long and Cao Văn Tuấn Optimal power flow with TCSC using Cuckoo algorithm Journal of Science and Technology Vol 11, 2016 [11] Thanh Long Duong, Yao Jian Gang, Truong Viet Anh A new method for secured optimal power flow under normal and network contingencies via optimal location of TCSC International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 52, (2013) 68–80 [12] Shrestha GB and Feng W Effect of series compensation on spot price power markets Electric Power Energy Syst 2005; 27: 428–436 [13] Zimmermann RD, Murillo-Sa´ nchez CE and Thomas RJ MATPOWER, a MatlabVR power system simulation package, User’s Manual, Version 3.2, 2007 Ngày nhận bài:07/03/2019 Ngày chấp nhận đăng:22/11/2019 © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh ...NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 49 làm méo dạng thị trƣờng giảm lợi nhuận xã hội, mục tiêu thị trƣờng điện nâng cao lợi nhuận xã hội. .. 158.88 NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT COA 57 Bảng 3: So sánh lợi nhuận xã hội giải thuật COA với giải thuật GA[6] GWO[6] Máy phát Khơng có TCSC. .. độ hội tụ giải thuật COA với giải thuật PSO BOA trường hợp khơng có © 2019 Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh NÂNG CAO LỢI NHUẬN XÃ HỘI TRONG THỊ TRƢỜNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ TCSC SỬ DỤNG