Ứng dụng thuật toán đàn kiến để giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối quận liên chiểu thành phố đà nẵng

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRẦN NGUN DỖN ỨNG DỤNG THUẬT TỐN ĐÀN KIẾN ĐỂ GIẢI BÀI TỐN Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS TRẦN VINH TỊNH Phản biện 1: PGS.TS Ngô Văn Dưỡng TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI QUẬN LIÊN CHIỂU THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG Phản biện 2: PGS.TS Nguyễn Hồng Anh Chuyên ngành: Mạng Hệ thống ñiện Mã số: 60.52.50 Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ k ỹ t h u ậ t họp Đại học Đà Nẵng vào ngày 11 tháng năm 2011 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Học liệu, Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng – Năm 2011 - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU Lý chọn ñề tài Trong hệ thống ñiện, tổn thất lưới ñiện phân phối (LĐPP) Nội dung phương pháp thay ñổi nhánh Heuristic tính tốn thay đổi tổn thất cơng suất việc đóng cắt cặp (đóng nhánh mở nhánh thời ñiểm) chiếm tỷ lệ ñáng kể Theo thống kê Điện lực Việt Nam Mơ hình dịng tối ưu tổng tổn thất ñiện khoảng từ 10-15% sản lượng điện sản xuất, Nội dung mơ hình dịng cơng suất tối ưu mở lưới ñiện phân phối chiếm 5-7% Vì giảm tổn thất điện nhánh mà có giá trị dịng ñiện nhỏ mạch kín lưới phân phối có ý nghĩa định việc giảm tỷ lệ tổn * Thuật toán Merlin Back – kỹ thuật vịng kín thất chung tồn hệ thống điện Có nhiều phương pháp để Nội dung: Đóng tất khố điện, tạo thành lưới ñiện kín làm giảm tổn thất ñiện lưới ñiện phân phối như: nâng cao Sau ñó tiến hành giải tốn phân bố cơng suất mở ñiện áp vận hành, cải tạo, thay dây dẫn, giảm truyền tải cơng suất khóa điện có dịng chạy qua bé khơng cịn mạch phản kháng lưới ñiện cách ñặt tụ bù Các biện pháp vịng tạo thành lưới điện phân phối hình tia địi hỏi chi phí đầu tư lớn phải có thời gian để thực Trong luận văn nghiên cứu giảm tổn thất lưới phân * Các thuật tốn dựa trí tuệ nhân tạo Thuật toán di truyền phối thuật giải tái cấu trúc Ta biết thay ñổi cấu trúc Thuật tốn di truyền kỹ thuật tối ưu hóa tìm kiếm ngẫu lưới điện cách đóng mở cặp thiết bị đóng cắt (khóa điện) nhiên có định hướng, dựa vào khái niệm từ thuyết tiến hóa dẫn đến phân bố dịng, áp lưới thay ñổi, dẫn ñến tổn thất tự nhiên Thuật tốn hình thành quan điểm cho lưới thay ñổi theo Tái cấu trúc lưới điện phân phối góp q trình tiến hóa tự nhiên trình hợp lý tự mang phần đáng kể việc giảm tổn thất mà khơng u cầu nhiều chi tính tối ưu Q trình tiến hóa thể tính tối ưu chỗ hệ sau phí đầu tư cải tạo lưới ñiện phát triển hơn, hoàn thiện hệ trước quy luật Hơn nữa, việc tái cấu trúc lưới điện cịn cân cơng suất đấu tranh sinh tồn tuyến ñường dây, giảm sụt áp cuối đường dây, giảm bớt khả Thuật tốn đàn kiến (Ant colony algorithm – ACA) tải thiết bị lưới, giảm thiểu số lượng hộ tiêu thụ bị Trong vịng 10 năm gần đây, có nhiều tốn tối ưu tổ hợp điện cố Hiện nay, có nhiều thuật tốn giải tốn tái cấu trúc lưới ñiện phân phối ñể giảm ∆P * Các thuật toán dựa phương pháp Heuristic Phương pháp thay ñổi nhánh ñơn giản ñược giải thuật tốn đàn kiến (Ant colony Algorithm) Thuật tốn kiến mơ hành vi đàn kiến tự nhiên nhằm tìm kiếm đường ngắn tổ kiến nguồn thức ăn dựa lượng dấu chân (Pheromone) mà kiến ñể lại ñường ñi 5 Hiệu thuật toán kiến ñã ñược thể so sánh với Bố cục luận văn Bố cục luận văn phần mở ñầu kết luận chung, nội thuật toán tiếng khác thuật tốn di truyền (GA), mơ luyện kim (Simulated Annealing) dung luận văn ñược biên chế thành chương: Hiện có nghiên cứu giải toán tái cấu trúc Chương 1: Cơ sở lý thuyết giải toán tái cấu trúc LĐPP nhiều thuật toán khác thuật toán di truyền, kỹ thuật vịng Chương 2: Thuật tốn đàn kiến kín … Để có nhìn tổng qt so sánh ñối chiếu kết Chương 3: Xây dựng chương trình tính tốn tái cấu trúc LĐPP thuật tốn với nhau, làm tiền ñề cho hướng nghiên cứu lai sử dụng thuật tốn đàn kiến ghép thuật tốn với nhau, để giảm thời gian tính tốn, nhanh đến kết tối ưu Chương 4: Tính tốn tái cấu trúc cho LĐPP quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng Với lý nêu trên, ñề tài luận văn chọn thuật toán ñàn kiến để áp dụng tính tốn cho tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất cơng suất tác dụng Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT GIẢI BÀI TỐN TÁI CẤU TRÚC LĐPP 1.1 Đặc điểm lưới ñiện phân phối Đối tượng phạm vi nghiên cứu Lưới ñiện phân phối dùng ñể chuyển tải trực tiếp ñiện từ Đối tượng nghiên cứu trọng tâm đề tài thuật tốn đàn kiến lưới truyền tải ñến hộ tiêu thụ Lưới ñiện phân phối thường có cấp nhằm giải tốn tái cấu trúc lưới ñiện phân phối giảm tổn thất công ñiện áp từ 6÷35kV Cấu trúc lưới điện phân phối phức tạp bao suất tác dụng ∆P, áp dụng tính tốn cụ thể cho lưới ñiện phân phối gồm nhiều nhánh, nhiều nút có khối lượng lớn quận Liên Chiểu - thành phố Đà Nẵng Sử dụng phần mềm Trên xuất tuyến lưới điện phân phối ngồi thiết bị PSS/ADEPT để tính tốn kiểm tra đóng cắt đầu xuất tuyến người ta cịn đặt nhiều thiết bị đóng cắt Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu để phân đoạn trục nhánh rẽ Cơ sở lý thuyết giải toán tái cấu trúc LĐPP ñể giảm tổn thất Giữa xuất tuyến với mạch vòng người ta Nghiên cứu lý thuyết thuật tốn đàn kiến đặt thiết bị đóng cắt vận hành vị trí thường mở, gọi thiết Nghiên cứu thành lập toán tái cấu trúc LĐPP giảm tổn thất bị liên lạc thuật tốn đàn kiến Lập chương trình tính tốn ngơn ngữ Matlab Ứng dụng tính tốn cụ thể cho lưới ñiện phân phối quận Liên Trong thực tế người ta thường thiết kế xây dựng lưới ñiện phân phối tạo thành mạch vịng kín xuất tuyến với vận hành hở Chiểu thành phố Đà Nẵng Sử dụng phần mềm PSS/ ADEPT ñể tính tốn kiểm tra Việc vận hành lưới phân phối ln phải thoả mãn điều kiện: Cấu trúc vận hành hình tia Tất phụ tải ñều ñược cung Theo tác giả [1], tốn nêu trên, tốn 6: cấp điện, tổn thất ñiện áp nằm trong phạm vi cho phép Các hệ Xác ñịnh cấu trúc LĐPP ñể giảm tổn thất cơng suất tác dụng thống bảo vệ relay phải thay ñổi phù hợp Đường dây, máy biến áp xem toán quan trọng nhất, làm tảng cho hầu hết thiết bị khác khơng bị q tải tốn khác hệ thống toán tái cấu trúc LĐPP 1.2 Các lý ñể vận hành hình tia lưới ñiện phân phối 1.5 Các nghiên cứu khoa học tái cấu trúc lưới ñiện phân phối 1.3 Tái cấu trúc lưới ñiện phân phối Tái cấu trúc lưới điện q trình vận hành khóa điện để thay đổi phương thức nhằm giảm chi phí vận hành mà thoả mãn ràng buộc ñã nêu Đối với lưới phân phối, chi phí chủ yếu tối thiểu hố chi phí tổn thất điện 1.4 Các tốn tái cấu trúc LĐPP góc độ vận hành Các tốn vận hành lưới điện phân phối mơ tả hàm mục tiêu tái cấu trúc lưới ñiện sau: - Bài tốn 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo ñồ thị phụ tải khoảng thời gian để chi phí vận hành bé - Bài tốn 2: Xác ñịnh cấu trúc lưới ñiện theo ñồ thị phụ tải khoảng thời gian ñể tổn thất lượng bé 1.5.1 Mơ hình tốn học lưới điện phân phối 1.5.2 Bài tốn 1: Tái cấu trúc lưới điện để cực tiểu chi phí vận hành 1.5.3 Bài tốn 2: Tái cấu trúc lưới điện để giảm tổn thất lượng 1.5.4 Bài toán 3: Cân cơng suất đường dây trạm biến áp 1.5.5 Bài tốn 4: Tái cấu trúc để khơi phục lưới ñiện phân phối sau cố cân tải 1.5.6 Bài toán 5: Tái cấu trúc lưới ñiện theo hàm ña mục tiêu 1.5.7 Bài toán 6: Tái cấu trúc lưới điện để giảm tổn thất cơng suất tác dụng - Bài toán 3: Tái cấu trúc lưới điện cân tải (giữa Có nhiều phương pháp tái cấu trúc giảm ∆P theo [1], ñường dây, máy biến nguồn trạm biến áp) để nâng cao khả phương pháp chia thành loại giải thuật tải lưới điện kết hợp tối ưu hóa heuristic (kỹ thuật vịng kín), giải thuật - Bài tốn 4: Khơi phục lưới điện sau cố hay cắt ñiện sửa chữa túy dựa vào heuristic (Kỹ thuật chuyển nhánh) giải thuật dựa vào trí tuệ nhân tạo (thuật toán di truyền) - Bài toán 5: Xác ñịnh cấu trúc lưới theo nhiều mục tiêu như: 1.5.7.1 Kỹ thuật vịng kín tổn thất cơng suất bé nhất, mức ñộ cân tải cao nhất, số lần 1.5.7.2 Kỹ thuật đổi nhánh chuyển tải nhất, sụt áp cuối lưới bé ñồng thời xảy 1.5.7.3 Thuật tốn di truyền (Hàm đa mục tiêu) - Bài tốn 6: Xác định cấu trúc lưới điện thời điểm để tổn thất cơng suất bé 1.6 Kết luận Phần lớn toán tái cấu trúc theo mục tiêu khác nhau, chuyển sử dụng tốn xác định cấu trúc 10 LĐPP giảm tổn thất công suất tác dụng làm modun suốt 2.3 Các lý thuyết cải tiến thuật tốn để tiếp cận tốn tái q trình lặp [1] Vì vậy, đề tài chọn tốn để thực cấu trúc lưới ñiện phân phối luận văn 2.3.1 Giới thiệu tốn tối ưu tổ hợp định lý chứng Chương THUẬT TỐN ĐÀN KIẾN minh độ hội tụ thuật tốn Năm 2002 M.Dorigo T.Stuzle chứng minh tính hội 2.1 Sự đời thuật toán tụ hai biến thể quan trọng thuật tốn Max – Min 2.2 Giới thiệu thuật tốn Điều khiến cho thuật tốn đàn kiến có sở lý thuyết Ban đầu, số kiến tổ kiến để tìm ñường ñến nơi có thức ăn Từ tổ kiến có nhiều đường khác để đến nơi có thức ăn, nên kiến chọn ngẫu nhiên đường đến nơi có thức ăn Quan sát loài kiến, người ta nhận thấy vững vàng mở loạt nghiên cứu ñầy hứa hẹn tham số ñiều khiển thuật tốn Sau xem xét phát biểu hình thức tốn tổ hợp, giải thuật tính hội tụ giải thuật [5] chúng tìm kiếm dựa vào dấu chân mà chúng ñể lại ñường − Cho (S, f, Ω) ñó ñi (hay gọi dấu chân kiến ñể lại) Sau thời gian lượng dấu − S: tập hợp lời giải chân (pheromone) chặng ñường khác Do tích lũy − f: Hàm đánh giá f: S->R dấu chân chặng ñường khác ñồng thời với bay − Ω: ñiều kiện ràng buộc dấu chân ñoạn ñường kiến ñi Sự khác ảnh − Cần tìm lời giải tối ưu S* thoả f(S*) hưởng ñến di chuyển kiến sau đoạn Trong ACA tốn tối ưu tổ hợp (S, f, Ω) ñược giải ñường Nếu dấu chân để lại đường nhiều có khả qua sơ đồ gồm thành phần sau: thu hút kiến khác di chuyển đường đó, chặng Tập hữu hạn C = {C1, C2 CNc} ñỉnh cần duyệt đường cịn lại khơng thu hút lượng kiến di chuyển có xu q trình tìm kiếm Tập hữu hạn X trạng thái kết tìm hướng bay dấu chân sau thời gian qui định Điều đặc biệt tốn q trình tìm kiếm: cách hành xử lồi kiến lượng dấu chân đường có tích lũy x ∈X = lớn đồng nghĩa với việc đoạn đường ngắn từ Tập S~ lời giải - phận X (S ⊆ X) tổ kiến ñến nơi có thức ăn Tập X ⊆ X trạng thái thoả mãn Ω Phương pháp ñưa để giải tốn có khơng S* ≠ φ: ~tập lời giải tối ưu gian nghiệm lớn để tìm lời giải có nghiệm tối ưu S* ⊆ X S* ⊆⊆ S không gian nghiệm với thời gian cho phép hay khơng tìm cấu Dựa vào thành phần kể trên, thành phần kiến xây trúc tối ưu dừng dựng lời giải cách thực di chuyển qua ñỉnh 11 12 ñồ thị G = (C, L, T) Trong đỉnh ñược gắn giá trị thuộc C, L cung nối cặp đỉnh (khơng có đỉnh lập), T tập • Jk(i) tập hợp điểm cịn lại mà kiến thứ k từ điểm i đến; • α, β hệ số xác ñịnh tương quan pheromone pheromone L Các định lý hội tụ thuật tốn: Định lý 1, Định lý 2, Định lý 3, Định lý 4, Định lý khoảng cách Biểu thức (2-1) nói lên nguyên lý chuyển trạng thái thiên 2.3.2 Nguyên lý chuyển trạng thái nguyên lý cập nhật cục bộ, tồn cục di chuyển đến điểm kết nối đường ngắn có lượng pheromone lớn Bằng hướng dẫn cường ñộ dấu chân, kiến lựa chọn đường thích hợp Cuối cùng, đường ưa thích giàu pheromone trở thành hành trình tốt nhất, lời giải cho vấn đề Khái niệm nói lên xuất phương pháp ACA: Đầu tiên, kiến ñàn kiến ñược ñặt trạng thái xuất phát, thành viên xây dựng trọn vẹn ñường ñi từ ñiểm bắt ñầu cho ñến * Nguyên lý cập nhật cục toàn cục: Trong xây dựng hành trình, kiến làm thay đổi pheromone ñoạn ñường ñi qua nguyên lý cập nhật cục toàn cục Nguyên lý cập nhật cục ñược biểu diễn biểu thức gán sau: điểm kết thúc thơng qua việc áp dụng lặp ñi lặp lại nguyên lý chuyển trạng thái Trong xây dựng hành trình, kiến làm thay ñổi lượng pheromone ñoạn ñường ñã ñi qua cách áp dụng nguyên lý cập nhật cục Khi tất kiến hồn thành hành trình chúng, lượng pheromone đường hiệu τ(i, j) = (1 − ρ)τ(i, j) (2-2) Trong ñó: ρ hệ số biểu diễn bay pheromone Ngun lý cập nhật tồn cục biểu diễn biểu thức gán sau: s τ(i, j) = τ(i, j) + ∑∆τ(i, j)(k) chỉnh trở lại theo nguyên lý cập nhật toàn cục k=1 (2-3) * Nguyên lý chuyển trạng thái:  [ τ(i, j)]α [ η(i, j)]β , j∈Jk (i)  α β pk (i, j) =  ∑ [ τ(i,m)] [ η(i,m)] m∈J (i)  , j∉Jk (i) 0 Trong đó: • ∆τ(i,j)(k) lượng pheromone ñọng lại kiến thứ k ñi qua đoạn đường i-j k (2-1) Trong đó: • τ lượng pheromone ñọng lại ñường ñi từ ñiểm i ñến ñiểm j; • η nghịch ñảo khoảng cách từ i đến j; • s số lượng kiến đàn 2.4 Mơ hình cách giải tốn tái cấu trúc lưới ñiện phân phối áp dụng thuật tốn đàn kiến Khi giải tốn tái cấu trúc áp dụng thuật tốn đàn kiến, phần tử kiến nhân tạo ñược ñưa vào thực ñầy ñủ bước tính 13 tốn mơ theo hoạt động ñàn kiến tự nhiên 14 Ban ñầu phải tạo khơng gian tìm kiếm nghiệm Về bản, bước tính tốn lời giải chưa cách tạo số cấu trúc lưới ñiện, ứng với cấu trúc hồn chỉnh (phép thử), bước thay đổi cấu trúc (mỗi cấu trúc tượng trưng cho ñoạn ñường ñi kiến ñể lại lượng tượng trưng cho ñoạn ñường ñi hoàn chỉnh kiến) cho ñến cuối pheromone ñoạn ñường ñi qua xây dựng ñược cấu trúc tối ưu, ñáp ứng ñược yêu cầu hàm mục tiêu Thay đổi cấu trúc thay đổi trạng thái đóng cắt thiết bị liên lạc, phân ñoạn lưới ñiện Mỗi thiết bị liên lạc, phân ñoạn (ký hiệu – S) biểu thị Trong q trình khám phá tổ chức đàn kiến, tiêu chí mà phần tử kiến lựa chọn đường bước nguyên lý chuyển trạng thái, bao gồm thông tin mức pheromone thông tin khám phá Cụ thể phần tử kiến k đặt vị trí xij(k) nút ij (nút đóng cắt) có xác suất lựa chọn pij ñược cho biểu thức: [τ hai trạng thái đóng mở (1,0) p (t ) = k ij ][ ] α ij ( t ) η ij n ∑ [τ k =1 β ( t ) ] [η ik ] α ik β (2-4) Trong đó: • τ ma trận pheromone, mơ tả rõ phần Ngay sau phần tử kiến xây dựng lời giải, để lại lượng pheromone đoạn đường qua hướng dẫn phần tử kiến ñể ñi ñến lời giải cuối Quá trình ñược lặp lại cho ñến thỏa mãn ñiều kiện dừng (chẳng hạn số bước lặp tối đa cho phép) Cách giải tốn ñịnh thông tin sau: Mật ñộ dấu chân kiến để lại (pheromone) Thơng tin khám phá Hàm mục tiêu ñiều kiện ràng buộc Các nguyên lý cập nhật * Mô tả lời giải: • ηj thơng tin khám phá liên quan với nút j, • α, β hệ số tỉ lệ (0 ≤ α, β ≤ 1) * Ma trận pheromone (Ma trận dấu chân): Ma trận pheromone ma trận kích thước m x n, m hàng biểu diễn cho vị trí đóng cắt, n cột biểu diễn cho ñoạn ñường ñi phần tử kiến Những phần tử ma trận pheromone τi,j ñược gán giá trị mức pheromone mơ tả khả đóng mở thiết bị đóng cắt * Q trình cập nhật pheromone tốn tái cấu trúc: Sau tất phần tử kiến hồn thành nhiệm vụ để tạo cấu trúc lưới ñiện, vệt pheromone ñược cập nhật Hai kiện quan trọng ñược ñưa q trình cập nhật: Sự bay đọng lại pheromone 15 16 Sự bay làm giảm mức pheromone tất phần tử • xj(k) vị trí thiết bị đóng cắt, cho lời giải tìm phần ma trận pheromone, thể qua biểu thức gán sau: τ(i, j) = (1 − ρ)τ(i, j) • Lt(k) giá trị tổng tổn thất cơng suất mạng điện (2-5) tử kiến k 2.5 Sơ đồ cấu trúc tổng qt thuật tốn đàn kiến Trong đó: • ρ hệ số biểu diễn bay pheromone, giá trị nằm khoảng ≤ ρ ≤ 1; 2.6 Kết luận Thuật tốn đàn kiến tìm lời giải tối ưu xây dựng dựa nguyên lý bản: nguyên lý chuyển trạng thái (nguyên lý xác • i = 1, , m j = 1, , n; suất), nguyên lý cập nhật cục nguyên lý cập nhật toàn cục với Sự bay pheromone giúp hạn chế lượng pheromone gia tăng mức ñoạn ñường Vì vậy, có tác dụng ngăn lời giải ban đầu hồn tồn ngẫu nhiên hệ số tương quan người dùng thiết lập tùy theo điều kiện tốn ngừa hội tụ đến lời giải tối ưu cục toán đặt Thơng qua việc tìm hiểu lý thuyết thuật tốn áp dụng để cách qui định giải pháp nhằm qn định khơng xây dựng mơ hình giải tốn tái cấu trúc lưới ñiện phân phối ñã tốt khứ mở phương pháp ñể giải tốn tối ưu hóa Sau bay hơi, tiếp tục xảy tích tụ pheromone, phần tử kiến để lại pheromone ma trận τ thơng qua biểu thức gán: trình vận hành hệ thống điện Chương XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN s τ(i, j) = τ(i, j) + ∑ ∆τ(i, j) (k ) (2-6) TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI SỬ DỤNG k =1 THUẬT TOÁN ĐÀN KIẾN 3.1 Giới thiệu Trong đó: • i = 1, , s j = 1, , m; Chương trình bày việc áp dụng thuật tốn đàn kiến vào • s số lượng kiến đàn; tốn tái cấu trúc LĐPP để giảm tổn thất cơng suất Bài tốn tái cấu • ∆τ(i,j) trúc ñược thực cách ban ñầu tạo cấu trúc mạng phân (k) lượng pheromone ñọng lại phần tử τ(i,j) phối cách ngẫu nhiên, cấu trúc ứng với ñường ñi kiến thứ k, ñược cho bởi: K (k)  L(k) , i = x j ∆τ(i, j) =  t 0 , i ≠ x (k) j  (k) • K số kiến Các kết ñạt ñược sau tái cấu trúc ñược so sánh với (2-7) kết trước tái cấu trúc để chứng minh tính khả giải tốn thuật tốn đàn kiến Kết đạt so sánh với kết thực toán phần mềm PSS/ADEPT-phần mềm tính tốn lưới phân phối ñang ñược áp dụng rộng rãi EVN 17 18 Việc tính tốn tái cấu trúc LĐPP xây dựng ngơn ngữ lập trình Matlab phần mềm có thư viện hàm tốn học hết * Ràng buộc việc tải dây dẫn: Dòng ñiện (công suất) chạy nhánh phải nhỏ mức cho phép Ii j ≤ Icp sức phong phú hỗ trợ mạnh phép toán xử lý ma trận 3.2 Thành lập toán * Ràng buộc tải trạm trung gian nguồn máy 3.2.1 Hàm mục tiêu ràng buộc phát Hàm mục tiêu cần tối thiểu tổn thất công suất tác dụng f = (∆P) ∆P = N ∑R ij = (3-4) ij  Pij2 + Q ij2   V ij2   =   (3-1) ∑ [Re (S N ij = ij + S ji )] Vì thiết bị liên lạc hay phân đoạn lưới điện có hai trạng thái đóng (gán tương ứng giá trị bít ‘1’ mở (gán giá (3-2) trị bít ‘0’) nên sử dụng phương pháp biểu diễn nhị phân ñể biểu biễn cấu trúc lưới ñiện (tương ứng với ñoạn ñường ñi phần Và ñiều kiện ràng buộc: Điện áp nút i(j) : 3.2.2 Biểu diễn nghiệm tốn (các cấu trúc lưới điện) Vi(j)min ≤ Vi(j) ≤ Vi(j)max Dịng điện nhánh ij ∈ N: Iij ≤ Iijmax tử kiến) Ví dụ: 1 0 Hình 3-1: Biểu diễn cấu trúc lưới mã nhị phân (thể với: trạng thái đóng cắt thiết bị liên lạc hay phân ñoạn) Rij: Điện trở nhánh nối nút i j Vi, Vj: Điện áp nút i j 3.2.3 Ma trận dấu chân (Ma trận pheromone ) Sij, Sji: Cơng suất truyền từ nút i đến j ngược lại Ma trận pheromone ma trận kích thước m x n, m hàng Bài tốn tái cấu trúc LĐPP phải thỏa mãn ràng buộc sau biểu diễn cho vị trí đóng cắt thiết bị liên lạc (Phân ñoạn), n cột biểu diễn cho ñoạn ñường ñi phần tử kiến Những phần tử đây: *Ràng buộc cấu trúc hình tia LĐPP ma trận pheromone τi,j ñược gán giá trị mức * Ràng buộc việc tất phụ tải ñều ñược cấp ñiện pheromone mơ tả khả đóng mở thiết bị ñóng cắt * Ràng buộc chất lượng ñiện 3.2.4 Tạo số cấu trúc ban ñầu cho cho mạng phân phối Thơng thường, điện áp đầu nguồn thường Bài tốn tái cấu trúc thực cách, ban ñầu tạo chỉnh 1,05Uñm Đối với ñiện áp cuối nguồn theo luật Điện lực, cấu trúc mạng phân phối cách ngẫu nhiên, cấu trúc ứng điều kiện bình thường, độ lệch khơng q 5% với đường kiến chuỗi nhị phân Sau cấu Như vậy, ñiều kiện ràng buộc cường ñộ ñiện áp nút i trúc (là phương án) ñược kiểm tra ràng buộc ñiều kiện tất phụ tải ñều ñược cấp ñiện Nếu thỏa mãn đưa vào cấu trúc là: 0,95 U dm ≤ Vi ≤ 1,05 U dm (3-3) ban ñầu Quá trình lặp lại đủ số cấu trúc ñã cho trước 19 20 Tmax: Cường ñộ dấu chân lớn ma trận dấu chân Φ in : Khả đóng mở khóa vịng, giá trị 3.3 Thành lập ma trận tổng dẫn nút lưới điện (Ybus) 3.4 Giải tích mạng điện theo phương pháp NEWTON-RAPHSON 3.5 Kiểm tra ñiều kiện ràng buộc 3.6 Sơ đồ thuật tốn tốn tái cấu trúc LĐPP ñể giảm ∆P Các bước ñể tạo thuật giải đàn kiến áp dụng cho tốn tái ∈ [0,1] Bước 5: Nếu thời gian cho phép cịn cấu trúc chọn cịn ta quay lại bước Bước 6: Nếu thời gian cho phép chấm dứt hay cấu trúc ñược cấu trúc lưới ñiện phân phối: Bước 1: Ban ñầu tạo số cấu trúc mạng phân phối (tạo ngẫu nhiên) thỏa mãn ñiều kiện ràng buộc Bước 2: Mỗi cấu trúc tượng trưng cho ñoạn ñường ñi mà kiến chọn khơng cịn ta dừng chương trình xuất kết 3.7 Chương trình tái cấu trúc lưới ñiện phân phối thuật toán ñàn kiến Nội dung chương trình (phụ lục) tính tốn hàm mục tiêu (∆P) Các file chương trình bao gồm: chươngtrinhchinh, Bước 3: Mỗi cấu trúc ñược cập nhật vào ma trận dấu cautruc_bandau, tinhtoan_hammuctieu, capnhat_bayhoi, ktra_colap, chân theo công thức T ijxy ( k + 1) = T ijxy ( k ) + ∆ P (3-26) Tijxy (k ) : Dấu chân kiến chặng ñường xy kiến thứ i∈x kiến thứ j∈y, lần lập thứ i Sau cấu trúc ban ñầu tạo ñã cập nhật vào ma trận dấu chân, ta chọn ñược cấu trúc tốt số cấu trúc ban đầu, cấu trúc cịn lại ta làm bay dấu chân cấu trúc công thức: Tijxy ( k + 1) = ρ * Tijxy ( k ) + Tijxy ( ) Bước 4: Dựa vào ma trận dấu chân ta xây dựng ñược danh sách cấu trúc chọn theo cơng thức Φ = T ij xy T max ,i ∈ x; Ngoại trừ chương_trinh_chinh, chương trình cịn lại viết dạng hàm lưu thành m.file ñể thuận tiện sử dụng 3.8 Kết luận Chương trình tính tốn xác định ñược cấu trúc tối ưu có ∆P nhỏ lưới điện phân phối thuật tốn đàn kiến Lưới ñiện phân phối sau tái cấu trúc ñể giảm ∆P thỏa mãn ñiều kiện ràng buộc ñã ñưa ra, ñiện áp nằm giới hạn cho phép Chương (3-27) ρ: Xác suất bay dấu chân kiến ñi qua ñể lại Tijxy (0) : Dấu chân ban ñầu ñược tạo cho ñoạn đường n i kiemtra_vong, kiemtra_quatai, kiemtra_ap TÍNH TỐN TÁI CẤU TRÚC CHO LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI QUẬN LIÊN CHIỂU THÀNH PHỐ ĐÀ NẴNG 4.1 Giới thiệu sơ lược quận Liên chiểu - thành phố Đà Nẵng 4.2 Tổng quan lưới ñiện phân phối quận Liên Chiểu TP Đà Nẵng (3-28) Tijxy : Cường ñộ dấu chân lớn hàng thứ thứ i∈x 4.2.1 Nguồn ñiện 4.2.2 Lưới ñiện phân phối 21 4.2.3 Mô tả liên lạc phân ñoạn các xuất tuyến Liên lạc xuất tuyến (các vị trí thường mở): - Xuất tuyến 472-ELC liên lạc với xuất tuyến 473-ELC vị trí C-01/5 (Vị trí mở lèo) - Xuất tuyến 473-ELC liên lạc với xuất tuyến 471-ELC vị 22 4.3 Tính tốn phương thức vận hành Sơ đồ thay tính tốn lưới điện phân phối quận Liên Chiểu hình vẽ phụ lục số Kết tính tốn cơng suất xuất tuyến tổn thất công suất phương án phụ lục số Bảng 4.3: Công suất xuất tuyến tổn thất phương trí dao cách ly DCL128 Liên lạc với xuất tuyến 472–E9 vị trí cột thức vận hành lưới điện phân phối quận Liên chiểu Công suất Tổn thất Xuất tuyến P (MW) Q (MAr) ∆P (MW) ∆Q (MVAr) C27 (Vị trí mở lèo) Liên lạc với xuất tuyến 474-E9 Tuyến 471-ELC 47,582 20,270 vị trí dao cắt có tải LBS 48.1 Liên lạc với xuất tuyến 473-E9 qua hai Tuyến 472ELC 11,500 4,899 vị trí cột C-06 C31.1 Tuyến 473ELC 14,012 5,969 Phân ñoạn xuất tuyến (các vị trí thường đóng): Tuyến 475ELC 12,415 5,289 - Phân ñoạn xuất tuyến 471-ELC qua 03 vị trí: Phân đoạn Tuyến 472E9 32,338 13,776 máy cắt Recloser vị trí cột C99, dao cách ly DCL 30- Tuyến 473E9 43,286 18,440 4ĐS3, dao cách ly DCL 48.44 Tuyến 474E9 41,290 17,589 trí C-13 (Vị trí mở lèo) - Xuất tuyến 471-ELC liên lạc với xuất tuyến 475-ELC vị 0,57735 1,68765 - Phân ñoạn xuất tuyến 475-ELC dao cách ly DCL128A 4.4 Tái cấu trúc lưới ñiện quận Liên Chiểu chương trình - Phân đoạn xuất tuyến 474-E9 qua 02 vị trí: Phân đoạn PSS/ADEPT máy cắt Recloser dao cắt có tải LBS 86A.4 - Phân ñoạn xuất tuyến 473-E9 dao cách ly DCL 144ĐS3 4.4.1 Giới thiệu chương trình PSS/ADEPT 4.4.2 Mơ LĐPP chương trình PSS/ADEPT 4.4.3 Xây dựng sở liệu thơng số cấu trúc LĐPP Hiện lưới điện quận Liên chiểu có 14 thiết bị liên lạc liên quan ñến việc thay ñổi phương thức vận hành, ñó thiết bị liên lạc thường mở, thiết bị liên lạc TBLL thường đóng Vị trí thiết bị liên lạc lưới bảng số 4.1 Sơ ñồ nguyên lý kết lưới lưới ñiện phân phối quận Liên Chiểu 4.4.4 Tính tốn tìm điểm mở tối ưu (TOPO) Phương thức vận hành lưới ñiện sau tái cấu trúc : Nội dung Cấu trúc ban đầu Khóa mở S1, S2, S6, S8, S9, S11, S14 thành phố Đà Nẵng phụ lục số Khóa đóng ∆P (kW) PSS/ADEPT S1, S2, S3, S5, S3, S4, S5, S7 S6, S11, S14 S4, S7, S8, S9 S10, S12, S13 577,354 S10, S12, S13 456,770 23 24 Bảng 4.5: Công suất xuất tuyến tổn thất sau tái cấu trúc lưới ñiện phân phối quận Liên chiểu chương trình PSS/Adept Xuất tuyến Cơng suất Tổn thất ∆P (MW) ∆Q (MVAr) Công suất Xuất tuyến P (MW) Q (MAr) Tuyến 471-ELC 47,582 20,270 P (MW) Q (MAr) Tuyến 472ELC 11,500 4,899 Tuyến471-ELC 47,582 20,270 Tuyến 473ELC 14,012 5,969 Tuyến 472ELC 11,500 4,899 Tuyến 475ELC 12,415 5,289 Tuyến 473ELC 14,012 5,969 Tuyến 472E9 32,338 13,776 Tuyến 475ELC 12,415 5,289 Tuyến 473E9 43,286 18,440 Tuyến 472E9 32,338 13,776 Tuyến 474E9 41,290 17,589 Tuyến 473E9 43,286 18,440 Tuyến 474E9 41,290 17,589 0,456770 1,453947 Tổn thất ∆P (MW) ∆Q (MVAr) 0,4627123 1,476023 4.5 Tái cấu trúc lưới ñiện quận Liên Chiểu thuật tốn đàn kiến Sơ đồ thay tính tốn lưới ñiện phân phối quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng hình vẽ phụ lục số Thơng số tính tốn file liệu nút busdata file liệu nhánh linedata lấy thơng số chương trình PSS/Adept Phương thức vận hành lưới điện sau tái cấu trúc : Nội dung Cấu trúc ban đầu Chương trình Khóa mở Khóa đóng ∆P (kW) S1, S2, S6, S8, S9, S11, S14 S1, S2, S3, S5, S3, S4, S5, S7 S6, S11, S14 S4, S7, S8, S9 S10, S12, S13 577,354 S10, S12, S13 462,7123 Bảng 4.6: Công suất xuất tuyến tổn thất sau tái cấu trúc lưới ñiện phân phối quận Liên chiểu Hình 4-2: Đặc tính hội tụ toán tái cấu trúc LĐPP quận Liên Chiểu TP Đà Nẵng 4.6 Nhận xét Cấu trúc lưới ñiện sau thực tái cấu trúc chương trình PSS/Adept thuật tốn cho kết giống 25 26 Theo kết tính tốn phương án có tổn thất cơng suất tác khơng chứng minh phương án tối ưu tối ưu toàn cục, dụng bé nhất, ñáp ứng ñiều kiện ràng buộc S3, S5 mở S8, kết tính tốn thuật giải chấp nhận được, giảm khả S9 đóng Tuy nhiên, hai vị trí S8, S9 chưa có thiết bị rơi vào cực trị cục Bên cạnh ưu ñiểm, giải thuật liên lạc (đây vị trí mở lèo) Để giảm công suất tác dụng LĐPP bộc lộ nhược điểm thời gian tính tốn kết phụ 22kV quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng, cần thiết phải khảo sát thuộc nhiều vào các cấu trúc ban ñầu Do vậy, cần phải thực lắp ñặt bổ sung thiết bị liên lạc hai vị trí thử nghiệm chương trình nhiều lần lưới ñiện cụ thể ñể KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Tái cấu trúc lưới ñiện tốn tối ưu hóa phức tạp với hàm mục tiêu phi tuyến phải thỏa mãn nhiều ràng buộc Tái cấu trúc lưới điện phân phối giúp tìm phương án vận hành tối ưu lưới ñiện theo hàm mục tiêu cụ thể Có nhiều hàm mục tiêu tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất tác dụng tốn quan trọng nhất, modul cho hầu hết toán tái cấu trúc khác Thuật toán ñàn kiến trình bày luận văn phương pháp để giải tốn tái cấu trúc lưới ñiện phân phối, giảm tổn thất công suất tác dụng ban ñầu thu ñược số kết ñáng khích lệ Kết thực phù hợp với kết thực phương pháp ñã ñược nghiên cứu áp dụng trước Tổn thất cơng suất tác dụng sau tái cấu trúc ñã giảm lượng đáng kể Áp dụng thuật tốn đàn kiến để tính toán tái cấu trúc LĐPP quận Liên Chiểu thành phố Đà Nẵng tìm phương án vận hành tối ưu phương án Thuật tốn đàn kiến ñơn giản, dễ dàng áp dụng vào nhiều toán tái cấu trúc LĐPP với hàm mục tiêu khác Mặc dù ñúc kết kinh nghiệm lựa chọn tham số nhằm nâng cao tốc ñộ hội tụ chất lượng giá trị hàm mục tiêu tìm ñược Kiến nghị Do khả thời gian có hạn, đề tài chưa khảo sát phân loại ñược công suất lưới ñiện chế ñộ thấp điểm, bình thường ngày, chế ñộ theo mùa nắng, mưa, chế ñộ cố, ñể tìm cấu trúc tối ưu linh hoạt cho chế độ Hơn nữa, giải thuật kiến có thời gian thực lớn Tuy nhiên, việc tìm hiểu giải thuật mới, xây dựng chương trình tính tốn kết dùng để tham khảo tạo ñiều kiện thuận lợi việc so sánh ñối chiếu kết thuật toán với nhau, làm tiền ñề cho hướng nghiên cứu lai ghép thuật tốn, để giảm thời gian tính tốn, nhanh đến kết tối ưu  ... lý để vận hành hình tia lưới điện phân phối 1.5 Các nghiên cứu khoa học tái cấu trúc lưới ñiện phân phối 1.3 Tái cấu trúc lưới ñiện phân phối Tái cấu trúc lưới ñiện trình vận hành khóa điện để. .. thất sau tái cấu trúc lưới ñiện phân phối quận Liên chiểu Hình 4-2: Đặc tính hội tụ toán tái cấu trúc LĐPP quận Liên Chiểu TP Đà Nẵng 4.6 Nhận xét Cấu trúc lưới ñiện sau thực tái cấu trúc chương... tài thuật tốn đàn kiến lưới truyền tải ñến hộ tiêu thụ Lưới ñiện phân phối thường có cấp nhằm giải tốn tái cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất cơng điện áp từ 6÷35kV Cấu trúc lưới điện phân