Lực hấp dẫn Mọi vật trong vũ trụ đều húc nhau với một lực gọi là lực hấp dẫn
Định luật vạn vật hấp dẫn
Lực hấp dẫn giữa hai chất điểm bất kỳ tỉ lệ thuận với tích của các khối lượng giữa chúng và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.
Hình 2. 7 Lực hấp dẫn giữa 2 chất điểm
Khối lượng hấp dẫn và quán tính được tính theo đánh giá hàm mục tiêu (fitness). Một khối lượng nặng hơn có nghĩa là agent hiệu quả hơn. Điều này có nghĩa
là các agent tốt hơn sẽ hấp dẫn và di chuyển chậm hơn. Giả sử khối lượng hấp dẫn
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
3.1 Giới thiệu
LĐPP có cấu hình mạch vịng nhưng vận hành hình tia vì nó làm giảm dịng ngắn mạch và đảm bảo độ tin cậy. Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng đang đặt ra
sức ép lên hệ thống điện phải đảm bảo cung cấp điện với chất lượng điện năng ngày
càng cao. Vì vậy, việc nghiên cứu về LĐPP sẽ có ý nghĩa rất quan trọng trong thực tế vận hành và thi cơng, trong đó bài tốn giảm tổn thất điện năng hay giảm tổn thất
công suất tác dụng được chú ý hơn cả và là chỉ tiêu hàng đầu trong ngành điện. Trong
các phương pháp giảm tổn thất cơng suất thì tái cấu hình LĐPP (Distribution Network Reconfiguration - DNR) nhằm giảm tổn thất cơng suất tác dụng với hiệu quả cao vì khơng cần tốn chi phí đầu tư hay cải tạo [19]. Do đó, việc nghiên cứu cải
tiến DNR trong điều kiện thực tế sẽ mang lại hiệu quả kinh tế và ý nghĩa thực tế rất
quan trọng, đặc biệt là trong vấn đề LĐPP không cân bằng (KCB) [20].
Những năm gần đây cấu hình LĐPP được xem xét rất nhiều, nhưng hầu hết các nghiên cứu tập trung cho LĐPP cân bằng nhằm hoạch định kế hoạch lâu dài và
giảm tổn thất công suất tác dụng. Nhưng thực tế, LĐPP đang vận hành hầu như trong
điều kiện KCB vì thế tổn thất là rất lớn [11]. Vấn đề DNR được xem xét nhằm giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng trên LĐPP cũng như việc giảm thiểu thời gian tính
tốn là một yêu cầu cần thiết hiện nay. DNR được thực hiện bằng cách thay đổi đóng/mở các khóa điện để cải thiện hiệu suất của mạng điện giảm tổn thất công suất
tác dụng, cân bằng tải và giảm thiểu vi phạm ràng buộc [21]. Nhiều phương pháp đã
phương pháp DNR siêu hình dựa trên các thuật tốn tìm kiếm thơng minh như thuật
toán di truyền (Genetic Algorithm GA) [23], thuật toán thần kinh nhân tạo (Artificial
Neural Network - ANN) [6], thuật tốn tối ưu hóa dịng hạt (Particle Swarm
Optimization Algorithm - PSO) [24]… Trong các phương pháp tối ưu hóa tốn học, mơ hình DNR thường được xây dựng dưới dạng các vấn đề lập trình tuyến tính [25],
[26] lập trình bậc hai [26] hoặc lập trình phi tuyến [27].
Thực tế, LĐPP được vận hành với mức độ mất cân bằng có thể quan sát được
do tải khơng đồng đều, cấu hình mạng khơng đối xứng và sự xuất hiện của các công
nghệ. Để giải quyết vấn đề này, trong [2] đề xuất thuật tốn tái cấu hình KCB quy mơ lớn nhằm giảm thiểu tổn thất công suất tác dụng. Trong [20] phương pháp heuristic áp dụng cho cả LĐPP cân bằng và KCB để giảm thiểu tổn thất công suất. Phương pháp này phù hợp hơn với các mạng cân bằng. Tuy nhiên đối với LĐPP KCB, hiệu quả phụ thuộc vào mức độ mất cân bằng hệ thống. Trong [28] thuật tốn
cấu hình lại 2 giai đoạn cho cả cân bằng và KCB nhưng thời gian tính tốn lớn. Như
vậy, yêu cầu cần phải có phương pháp giải bài tốn DRN trong LĐPP KCB tối ưu toàn cục và giảm thiểu thời gian giải [29].
Hiện nay, có 2 nhóm phương pháp hueristic và meta-hueristic trong tối ưu. Hueristic thường cho kết quả rơi vào cực trị địa phương, trong khi đó meta-
hueristic
cho kết quả cực trị toàn cục nên được áp dụng rộng rãi trong các bài toán tối ưu. Thuật tốn meta-hueristis cơng cụ sử dụng tính tốn phân bố cơng suất là
Newton-
Raphson (NT) hoặc Gauss-Seidel (Gauss) hay Jacobi, Dishonest, FDPF... Tùy vào phương pháp tính phân bố cơng suất thì hiệu quả là khác nhau [30].
Hình 3.1 Mơ hình đường dây LĐPP KCB [31]
đường
đối xứng (thường chỉ có tải khơng đối xứng) gọi là mạch ba pha khơng đối xứng. Khi tải khơng đối xứng thì dịng điện và điện áp trên các pha khơng đối xứng.
Có hai trường hợp Trong thực tế, tải tiêu thụ là khơng đối xứng. Khi đó, trên dây trung tính sẽ có dịng điện IN chạy qua. Tổn thất điện áp trên từng pha cũng khơng giống nhau. Khi đó, ta cần phải tính tốn tổn thất điện áp của pha tải nặng nhất để kiểm tra chất lượng điện áp.
Hình 3. 2 Mạng điện ba pha
Với những lưới điện này, để giảm chi phí vận hành và tránh gây mất điện khi
chuyển tải, các điều độ viên chỉ cho phép thay đổi cấu hình lưới của LĐPP khi thật cần thiết như chống q tải, tái cấu hình để khơi phục lưới sau sự cố. Vì vậy, mục tiêu điều khiển LĐPP trong trường hợp này là Xác định cấu hình lưới điện khơng thay đổi trong suốt thời gian khảo sát nhằm để tổn thất năng lượng A trên toàn lưới
điện bé nhất.
Hơn nữa khi xuất hiện thị trường điện bán lẻ, dự kiến áp dụng vào Việt Nam năm 2025 theo kế hoạch của EVN, lúc này có thể xuất hiện các máy phát điện phân
tán công suất bé của các doanh nghiệp từ nguồn diezel hay năng lượng tái tạo… tham
30
gia vào q trình vận hành LĐPP. Khi đó bài tốn tái cấu hình lưới điện cần phải bổ
sung thêm yếu tố tác động của các máy phát điện phân tán trên LĐPP.
3.2 Mô tả bài tốn
Cơng suất tác dụng P của mạch ba pha bằng tổng công suất tác dụng của các
pha. Gọi PA, PB, PC tương ứng là công suất tác dụng của pha A, B, C P = PA + PB + PC
P = UAIAcosφA + UBIBcosφB + UCICcosφC Mạch ba pha đối xứng
UA = UB = UC = Up IA = IB = IC = Ip
Với cosA = cosB = cosC = cos
P = 3UpIpcos P = 3I Rp
Thay đại lượng pha bằng đại lượng dây - Nối sao
Id = Ip; Ud = √3Up
- Nối tam giác
Id = √3Ip; Ud = Up
Công suất tác dụng ba pha viết theo đại lượng dây P = √3UdIdcosφ (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) (3.5) (3.6) (3.7) (3.8) (3.9)
Công suất phản kháng Q của mạch ba pha bằng tổng công suất phản kháng của các
pha. Gọi QA, QB, QC tương ứng là công suất phản kháng của pha A, B, C Q = QA + QB + QC
Q = UAIAsinφA + UBIBsinφB + UCICsinφC
(3.10) (3.11) Thay đại lượng pha bằng đại lượng dây
Nối sao Id = Ip; Ud = √3Up; Nối tam giác Id = √3Ip; Ud = Up
Cơng suất tồn phần S của mạch ba pha
S = P + Q
Mạch ba pha đối xứng S = 3UpIp; S = √3UdId
Công suất mạch ba pha không đối xứng Đối với mạch ba pha khơng đối xứng
thì hệ thống điện ba pha là tập hợp ba mạch điện một pha, nên công suất chung của
hệ thống là tổng công suất của các pha P3p = PA + PB + PC
Q3p = QA + QB + QC
(3.12) (3.13)
S3p = P + Q (3.14)
Trong đó các P, Q thành phần được tính theo cơng thức P = UpIpcosφ; Q = UpIpsinφ
Cho mạch điện ba pha hình sao (Y)
IC → ∆PC IB → ∆PB IA → ∆PA (3.15) SA SB SC P∑ + jQ∑ ∆PN = I RN Hình 3. 3 Mạng điện ba pha KCB Ta có SA = PA + jQA ; SB = PB + jQB ; SC = PC + jQC
Do tải không đối xứng, lúc này trên dây trung tính sẽ xuất hiện dịng điện có
giá trị IN = IA + IB + IC
Dựa theo giản đồ vector thể hiện mối quan hệ giữa ba pha A, B, C, ta suy ra được cơng thức
32 UA PA QC UC PC QB QA PB UB
Hình 3. 4 Sơ đồ chuyển đổi công suất P∑ = PA – PB – PC –
QB
√ + QC √
Q∑ = QA – QB – QC + PB√ – PC √
Như vây, tổn thất cơng suất trên tồn lưới điện KCB là ∑∆P = ∆PA + ∆PB + ∆PC + ∆PN(3.16)
3.3 Phương pháp đề xuất
a. Giới thiệu
Từ hàm tổn thất công suất trên lưới điện lưới hình tia đơn giản có cơng thức như biểu thức 3.1.
P
2
2 ro L
Trong đó P tổn thất công suất Udm điện áp vận hành
r0 điện trở trên 1 km của dây dẫn L chiều dài dây dẫn
Pn, Qn công suất tác dụng và phản kháng truyền trên nhánh 3 pha
b . Phương pháp đề xuất
Hàm mục tiêu F = ∑∆P (3.17)
P 2 2 ro L
Như vậy, khi cấu hình thay đổi thì R thay đổi theo do đó hàm F cũng thay đổi R ( tức là thay đổi theo chiều dài dây).
Trong đó
∑∆P tổn thất cơng suất trên tồn lưới điện KCB. ∑∆P = ∆PA + ∆PB + ∆PC + ∆PN
Khi cấu Với điều kiện ràng buộc
Điện áp các nút phải được giữ trong giới hạn vận hành cho phép
Vmin Vi Vmax; i = 1, 2,.. Nbus (3.18)
Dịng điện chạy qua các nhánh phải ln nằm trong giới hạn cho phép của đường dây 0 Ii Imax,i; i = 1, 2,.. Nbr (3.19) P n Q n U dm P n Q n U dm
34
Như vậy, có thể thấy rằng việc xác định cấu hình thay đổi theo phụ tải để đạt mục
tiêu là chi phí bé nhất có thể thực hiện bằng kỹ thuật trao đổi nhánh.Giải thuật chuyển
đổi nhánh trong vịng kín sử dụng PM PSS ADAPT để mơ phỏng. Các bước thực hiện như sau
Bước 1 Xác định vịng kín có chứa khóa mở ban đầu ở cấu hình vận hành bình
thường.
Bước 2 Thay thế khóa đang mở trong vịng kín bằng một khóa khác trong vịng
kín, để tạo các cấu hình có thể khơi phục ban đầu.
Bước 3 Giải bài tốn phân bố cơng suất, tính tốn hàm mục tiêu giảm thiểu tổn thất công suất, chống quá tải, ràng buộc về điện áp.
Bước 4 Xét từng cấu hình i khơi phục ban đầu.
Bước 5 Xét từng khóa điện j trong cấu hình khơi phục ban đầu đang xét. Bước 6 Thay khóa điện đang xét bằng các khóa điện trong vịng kín tương ứng.
Bước 7 Giải bài tốn phân bố cơng suất, tính tốn hàm mục tiêu giảm thiểu tổn thất công suất, chống quá tải, ràng buộc về điện áp.
Bước 8 Xác định cấu hình có hàm mục tiêu tốt nhất khi thay khóa mở bằng các khóa ở vịng kín tương ứng.
Bước 9 Cập nhật cấu hình cấu hình khơi phục ban đầu đang xét bằng cấu hình
lựa chọn tốt nhất khi thay đổi khóa điện.
Bước 10 Thay thế và cập nhật cấu hình tốt nhất có lựa chọn.
Bước 11 Lặp lại bước 7 cho đến khi các khóa điện trong cấu hình lựa chọn ban
đầu đang xét được thay thế hết.
Bước 12 Lặp lại bước 6 cho đến khi các cấu hình lựa chọn ban đầu được xét hết.
Bắt đầu
Xác định vịng kín có chứa khóa mở ban đầu
Thay thế các khóa đang mở trong vịng kín bằng một khóa khác để tạo thành một cấu hình mới
Giải bài tốn phân bố cơng suất tính tốn hàm mục tiêu với chi phí là bé nhất
i =1
j =1
Thay đổi khóa điện đang mở thứ j trong cấu hình ban đầu thứ i bằng các vịng kín tương ứng
Giải bài tốn phân bố cơng suất tính tốn hàm mục tiêu với chi phí là bé nhất
Xác định cấu hình có hàm mục tiêu tốt nhất khi thay đổi khóa mở thứ j bằng các khóa trong vịng kín tương ứng
Thay thế và cập nhật cấu hình tốt nhất
j =j+1
j> số khóa mở ban đầu
Đúng i = i+1
i> số cấu hình khơi phụ ban đầu Đúng Xuất kết quả tốt nhất Kết thúc Hình 3. 5 Lưu đồ giải thuật Sai Sai
36
CHƯƠNG 4 VÍ DỤ KIỂM TRA
4.1 Lưới điện 3 pha KCB 1 nguồn,7 khóa điện
Lưới điện 3 pha KCB có 1 vịng kín như Hình 3.4 gồm 7 khóa điện là 1-3; 3- 5; 5-7; 7-9; 9-11; 11-13; 13-1. Với điện trở các nhánh là 0.15 và các phụ tải tại các
nút 3, 5, 7, 9, 11, 13. Số liệu phụ tải như ở Bảng 4.1.
Hình 4. 1 Mạng 1 nguồn có 7 nhánh Bảng 4. 2 Số liệu của phụ tải
Tải Nút PA (kW) QA (kVAR) PB (kW) QB (kVAR) PC (kW) QC (kVAR) 1 3 150 70 300 100 250 120 2 5 200 100 250 140 400 230 3 7 180 85 200 80 125 130 4 9 60 40 50 20 100 90 5 11 320 200 160 80 150 70 6 13 100 60 90 40 80 50
Dùng Giải thuật chuyển đổi nhánh trong vịng kín, sử dụng PM PSS ADAPT để mô phỏng cụ thể như sau
Ở điều kiện vận hành bình thường thì có khóa 5-7 là khóa mở. Để tìm cấu hình tối ưu cho LĐPP, cần thực hiện chuyển đổi nhánh để mở các khóa điện thay thế
trong vịng kín của lưới điện
+ Khi thực hiện khóa mở ban đầu 5-7, cấu hình lưới ban đầu thì tổn thất là 17,7KW như Bảng 4.2.
Bảng 4. 3 Tổn thất trên các nhánh khi mở khóa 5-7
+ Khi thực hiện khóa mở ban đầu 7-9 như Hình 4.7, với cấu hình lưới khi mở khóa 7-9 thì tổn thất là 12,038kW, như Bảng 4.3. Đường dây Từ nút Đến nút ΔP (W) Line 3-5 3 5 94 Line 5-7 5 7 0 Line 7-9 7 9 628 Line 9-11 9 11 3286 Line 11-13 11 13 5575 Line 1-3 1 3 1198 Line 1-13 1 13 6918 Tổng 17700
38
Hình 4. 2 Cấu hình lưới ở khi mở khóa 7-9 Bảng 4. 4 Tổn thất trên các nhánh khi mở khóa 7-9
Đường dây Từ nút Đến nút ΔP (W) Line 3-5 3 5 1143 Line 5-7 5 7 611 Line 7-9 7 9 0 Line 9-11 9 11 1108 Line 11-13 11 13 2528 Line 1-3 1 3 3156 Line 1-13 1 13 3492 Tổng 12038
+ Khi thực hiện khóa mở ban đầu 9 -11 như Hình 4.3, với cấu hình lưới khi mở khóa
9-11 thì tổn thất như Bảng 4.4.
Hình 4. 3 Cấu hình lưới ở khi mở khóa 9-11 Bảng 4. 5 Tổn thất trên các nhánh khi mở khóa 9-11
Đường dây Từ nút Đến nút ΔP (W) Line 3-5 3 5 4354 Line 5-7 5 7 3257 Line 7-9 7 9 1109 Line 9-11 9 11 0 Line 11-13 11 13 352 Line 1-3 1 3 7515 Line 1-13 1 13 730 Tổng 17317
40
+ Khi thực hiện khóa mở ban đầu 11 -13 như Hình 4.4, với cấu hình lưới khi mở khóa 11 -13 thì tổn thất là 26,713KW như Bảng 4.5.
Hình 4. 4 Cấu hình lưới ở khi mở khóa 11-13 Bảng 4. 6 Tổn thất trên các nhánh khi mở khóa 11-13
Đường dây Từ nút Đến nút ΔP (W) Line 3-5 3 5 7047 Line 5-7 5 7 5579 Line 7-9 7 9 2558 Line 9-11 9 11 360 Line 11-13 11 13 0 Line 1-3 1 3 11084 Line 1-13 1 13 85 Tổng 26713
+ Khi thực hiện khóa mở ban đầu 1-13 như hình 4.5, với cấu hình lưới khi mở khóa 1-13 thì tổn thất là 33017 kW như Bảng 4.6.
Hình 4. 5 Cấu hình lưới ở khi mở khóa 1-13 Bảng 4. 7 Tổn thất trên các nhánh khi mở khóa 1-13
Đường dây Từ nút Đến nút ΔP (W) Line 3-5 3 5 8615 Line 5-7 5 7 6986 Line 7-9 7 9 3572 Line 9-11 9 11 755 Line 11-13 11 13 89 Line 1-3 1 3 13000 Line 1-13 1 13 0
42
Tổng 33017
+ Khi thực hiện khóa mở ban đầu 1-3 như Hình 4.6, với cấu hình lưới khi mở khóa