1.2 .Cỏc tiờu chuẩn về chất lượng điện năng
2.4. Tỏi cấu trỳc lưới điện giảm tổn thất điện năng
2.4.1. Giới thiệu chung về tỏi cấu trỳc lưới điện
Trong mạng phõn phối điện, phụ tải trờn mạng phõn phối điện ngày càng tăng
nhưng sựgia tăng phụ tải phải nằm trong giới hạn cho phộp, trong khi đú cấu trỳc của mạng lại khụng thay đổi. Từđú sẽ làm cho tổn thất của mạng phõn phối điện tăng lờn
nếu cấu trỳc mạng vẫn giữ nguyờn. Muốn giảm tổn thất người ta sẽdựng cỏc phương phỏp như: đặt tụ bự tại cỏc vị trớ thớch hợp, cải tạo lại lưới điện… nhưng nếu làm như
thế sẽđũi hỏi phải cần đầu tư rất nhiều mà hiệu quả giảm tổn thất điện năng lại khụng
đỏng kể. Vỡ vậy, khi phụ tải tăng trong giới hạn cho phộp của mạng phõn phối, ta cú thểdựng phương phỏp tỏi cấu trỳc để làm giảm tổn thất trờn đường dõy.
Mạng phõn phối đặc trưng là mạng vũng nhưng vận hành hở cú nghĩa là mạng
vận hành phải là mạng hỡnh tia. Vấn đề tiếp theo là phải đúng mở cỏc khúa trong mỗi
vũng sao cho tổn thất trờn mạng phõn phối đặc trưng là nhỏ nhất. Để làm được điều
này ta cần phải cú hàm mục tiờu để cú thể tỡm kiếm cấu trỳc cho tổn thất nhỏ nhất.
Hàm mục tiờu của bài toỏn tỏi cấu trỳc cho mạng phõn phối đặc trưng:
- Tổng tổn thất trờn cỏc nhỏnh của lưới phõn phối:
∑ 𝐼𝐼𝑛𝑛 𝑖𝑖2.𝑅𝑅𝑖𝑖.𝑥𝑥𝑖𝑖
𝑖𝑖=1 (2.7)
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 16
𝐼𝐼𝑖𝑖 dũng điện trờn nhỏnh i
𝑅𝑅𝑖𝑖 điện trở của nhỏnh i
𝑥𝑥𝑖𝑖 giỏ trị trạng thỏi của khúa i
(Khúa đúng 𝑥𝑥𝑖𝑖=1, khúa mở𝑥𝑥𝑖𝑖=0)
n số nỳt
- Khảnăng cấp điện cho phụ tải:
∑ 𝑆𝑆𝑛𝑛 𝑖𝑖𝑖𝑖 =𝐷𝐷𝑖𝑖 +𝐿𝐿𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
𝑖𝑖=1 (2.8)
Trong đú:
𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖 cụng suất chảy trờn nhỏnh ij
𝐷𝐷𝑖𝑖 phụ tải tại nỳt j
- Cụng thức thể hiện đường dõy khụng bị quỏ tải cụng suất:
𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖 ≤ 𝑆𝑆𝑖𝑖𝑖𝑖.𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 (2.9)
- Yờu cầu điện ỏp rơi trờn đường dõy:
∆𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖 ≤ ∆𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖.𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 (2.10)
Trong đú:
∆𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖 điện ỏp rơi trờn nhỏnh ij ∆𝑉𝑉𝑖𝑖𝑖𝑖.𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 điện ỏp rơi max trờn nhỏnh ij
∑ 𝑆𝑆𝑓𝑓𝑡𝑡 =𝑆𝑆𝑓𝑓𝑡𝑡,𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 (2.11)
𝑆𝑆𝑓𝑓𝑡𝑡 cụng suất chảy vào nhỏnh
𝑆𝑆𝑓𝑓𝑡𝑡,𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 cụng suất max chảy vào nhỏnh ft
𝑓𝑓𝑓𝑓 nhỏnh được cấp nguồn từ mỏy biến ỏp t
Việc giảm thiểu tổn thất trong lưới này cú thể hỡnh dung ngay bằng cỏch vận hành tối ưu trạng thỏi cỏc khúa chuyển mạch (𝑥𝑥𝑖𝑖) ta sẽthu được lưới tối ưu về mặt tổn thất ứng với mỗi nhu cầu phụ tải điện trờn lưới. Để cú thể giải được lưới điện phõn phối với sốlượng gia tăng khụng ngừng của cỏc khúa chuyển mạch thỡ vấn đề cần giải quyết là cụng cụ tớnh toỏn phải đủ mạnh.
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 17
2.4.2. Phương phỏp thực nghiệm
2.4.2.1. Giải thuật di truyền (Genetic Algorithms – GA)
Giải thuật di truyền cú tư tưởng chớnh là ban đầu phỏt sinh ra 1 lỳc nhiều lời
giải khỏc nhau song song. Trong những lời giải được tạo ra chọn những lời giải tốt nhất đểlàm cơ sở phỏt sinh ra những lời giải sau với nguyờn tắc ‘càng về sau’ càng tốt
hơn. Quỏ trỡnh đú cứ tiếp diễn cho đến khi tỡm được lời giải tối ưu trong thời gian cho phộp. Mục tiờu chớnh của giải thuật di truyền khụng nhằm đưa ra lời giải chớnh xỏc mà
đưa ra lời giải tương đối chớnh xỏc trong thời gian cho phộp. Giải thuật di truyền tuy
dựa trờn tớnh ngẫu nhiờn nhưng ngẫu nhiờn cú sựđiều khiển.
Giải thuật này thớch hợp cho việc tỡm kiếm cỏc bài toỏn cú khụng gian nghiệm
lớn. Bờn cạnh đú, bài toỏn tỏi cấu trỳc mạng phõn phối điện với sốlượng khúa vụ cựng
lớn nờn khụng gian nghiệm của bài toỏn này rất lớn, bài toỏn này đũi hỏi phải tỡm ra
được cấu trỳc tối ưu trong thời gian nhanh nhất. Từý tưởng và đặc điểm của giải thuật di truyền, ta nhận xột giải thuật này rất thớch hợp để giải bài toỏn tỏi cấu trỳc.
- Bước 1: chọn ra 1 số cấu trỳc ngẫu nhiờn cú thể tỡm được trong mạng phõn
phối điện.
- Bước 2: kớ hiệu cỏc khúa đúng (sectionalize switches) trong mạng phõn phối
là 0; cỏc khúa thường mở (tie switches) là 1.
- Bước 3: tỡm hệ số thớch nghi và hàm mục tiờu cho từng cấu trỳc đó được tạo ra
ban đầu.
- Bước 4: chọn ra được cấu trỳc tốt nhất dựa vào hàm mục tiờu, tiếp theo đem
cấu trỳc này thay đổi 1 số vị trớ hay cũn gọi là đột biến để tạo ra cấu trỳc mới.
- Bước 5: tớnh cỏc hệ số thớch nghi và hàm mục tiờu cho cỏc cấu trỳc vừa mới
tạo ra, và loại bỏ cỏc cấu trỳc cú hàm mục tiờu nhỏhơn.
- Bước 6: nếu chưa hết thời gian cho phộp thỡ lặp lại bước 4 để tỡm cấu trỳc mới.
- Bước 7: nếu thời gian cho phộp chấm dứt thỡ dừng chương trỡnh tỡm kiếm và
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 18
2.4.2.2. Giải thuật mạng Nơron (Neural Networks)
Mạng Nơron được ứng dụng rất nhiều trong hệ thống điện ngày nay và nú
khụng nằm ngoài trong cỏc nghiờn cứu về tỏi cấu trỳc lưới điện. Với những thành tựu
chung trong nghiờn cứu lý thuyết và ứng dụng thực tế về mạng Nơron trong cỏc lĩnh
vực khỏc nhau, khi ứng dụng vào ngành điện cũng cú thểứng dụng trong nhiều khõu,
quỏ trỡnh. Cụng nghệ mạng Nơron giỳp chỳng ta cú thể lập bản đồ về mối quan hệ
giữa cỏc sơ đồ cấp điện với yờu cầu giảm thiểu tổn thất trờn đường dõy.
2.4.2.3. Giải thuật kiến
Ban đầu, số con kiến bắt đầu từ tổ kiến để đi tỡm đường đến nơi cú thức ăn. Từ
tổ kiến sẽ cú rất nhiều con đường khỏc nhau để đi đến nơi cú thức ăn, nờn 1 con kiến
sẽ chọn ngẫu nhiờn một con đường đi đến nơi cú thức ăn. Quan sỏt loài kiến, người ta
nhận thấy chỳng tỡm kiếm nhau dựa vào dấu chõn mà chỳng để lại trờn đường đi (hay
cũn gọi là dấu chõn kiến để lại). Sau 1 thời gian lượng dấu chõn của mỗi chặng đường
sẽ khỏc nhau. Do sựtớch lũy dấu chõn của mỗi chặng đường cũng khỏc nhau đồng thời
với sự bay hơi của dấu chõn ở đoạn đường kiến ớt đi. Sự khỏc nhau này sẽ ảnh hưởng
đến sự di chuyển của những con kiến sau đi trờn mỗi đoạn đường. Nếu dấu chõn để lại
trờn đường đi nhiều thỡ sẽ cú khảnăng thu hỳt cỏc con kiến khỏc di chuyển trờn đường
đi đú, những chặng đường cũn lại do khụng thu hỳt được lượng kiến di chuyển sẽ cú
xu hướng bay hơi dấu chõn sau 1 thời gian qui định. Điều đặc biệt trong cỏch hành xử
loài kiến là lượng dấu chõn trờn đường đi cú sự tớch lũy càng lớn thỡ cũng đồng nghĩa
với việc đoạn đường đú là ngắn nhất từ tổ kiến đến nơi cú thức ăn. Từ khi Giải thuật kiến trở thành 1 lý thuyết vững chắc trong việc giải cỏc bài toỏn tỡm kiếm tối ưu toàn
cục đó cú nhiều ứng dụng thực tế cho giải thuật này như: tỡm kiếm cỏc trang wed cần tỡm trờn mạng, kế hoạch sắp xếp thời khúa biểu cho cỏc y tỏ trong bệnh viện, cỏch hỡnh
thành cỏc màu khỏc nhau dựa vào cỏc màu tiờu chuẩn cú sẵn, tỡm kiếm đường đi tối ưu
cho những người lỏi xe hơi… núi túm lại phương phỏp này đưa ra để giải quyết cỏc bài
toỏn cú khụng gian nghiệm lớn để tỡm ra lời giải cú nghiệm là tối ưu nhất trong khụng
gian nghiệm đú với thời gian cho phộp hay khụng tỡm ra cấu trỳc tối ưu hơn thỡ dừng.
Phương phỏp này cũng rất thớch hợp để giải bài toỏn tỏi cấu trỳc để cú thể tỡm ra trong cỏc cấu trỳc cú thể của mạng phõn phối cú 1 cấu trỳc cú cụng suất tổn thất là nhỏ nhất.
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 19
Cỏc bước để tạo ra giải thuật kiến ỏp dụng cho bài toỏn tỏi cấu:
Bước 1: 1 số cấu trỳc của mạng phõn phối sẽđược tạo ra ban đầu
Bước 2: mỗi cấu trỳc tượng trưng cho đoạn đường đi mà kiến đó đi này sẽ được
tớnh toỏn hàm mục tiờu
Bước 3: mỗi cấu trỳc này sẽ được cập nhật vào ma trận dấu chõn (ban đầu cỏc
ma trận dấu chõn này sẽ bằng nhau) theo cụng thức:
𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑥𝑥(𝑘𝑘+ 1) = 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑥𝑥(𝑘𝑘) +𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑄𝑄(𝑘𝑘) (2.12)
Trong đú
𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑥𝑥(𝑘𝑘): dấu chõn của kiến trờn chặng đường xy của con kiến thứ i∈x và con kiến thứ j∈y, ở lần lập thứ i
Q : giỏ trị hằng số
Ρ :xỏc suất bay hơi dấu chõn của những con kiến đi qua để lại
𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑥𝑥(0): dấu chõn ban đầu được tạo ra cho mỗi đoạn đường
Sau khi cỏc cấu trỳc ban đầu tạo ra đó cập nhật vào ma trận dấu chõn, ta sẽ chọn
ra được cấu trỳc tốt nhất trong số cỏc cấu trỳc ban đầu, cỏc cấu trỳc cũn lại thỡ ta sẽ làm
bay hơi dấu chõn của cỏc cấu trỳc này bằng cụng thức:
𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑥𝑥(𝑘𝑘+ 1) = ρ ∗ 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑥𝑥(𝑘𝑘) +𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑥𝑥(0) (2.13)
Bước 4: dựa vào ma trận dấu chõn ta sẽ xõy dựng được danh sỏch cỏc cấu trỳc
được chọn theo cỏc cụng thức: ∅𝑖𝑖𝑛𝑛 =𝑇𝑇𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑥𝑥𝑥𝑥 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑥𝑥;𝑖𝑖𝑖𝑖𝑥𝑥 (2.14) Trong đú: 𝑇𝑇𝑖𝑖𝑖𝑖𝑚𝑚𝑥𝑥 : Cường độ dấu chõn lớn nhất của hàng thứ i∈X 𝑇𝑇𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 : Cường độ dấu chõn lớn nhất của ma trận dấu chõn
∅𝑖𝑖𝑛𝑛 : khảnăng đúng mở của cỏc khúa trong từng vũng, giỏ trị này ∈[0, 1]
Bước 5: nếu thời gian cho phộp vẫn cũn và cỏc cấu trỳc chọn vẫn cũn thỡ ta quay lại bước 2.
Bước 6: nếu thời gian cho phộp chấm dứt hay cấu trỳc được chọn khụng cũn thỡ
Học viờn Phan Đức Hiển Lớp 11BKTĐHTĐ 20
2.4.2.4. Giải thuật dựa trờn hệ thống chuyờn gia
Hệ thống chuyờn gia là một chương trỡnh mỏy tớnh được lập trỡnh với những
biểu hiện đặc biệt về một số đối tượng để đưa ra những lời khuyờn. Hệ thống chuyờn
gia được con người tạo nờn dựa trờn kinh nghiệm tớch lũy của cỏc chuyờn gia đầu
ngành để giải quyết nhanh cỏc bài toỏn. Taylor và Lubkeman đó đề xuất một hệ thống
chuyờn gia cho tỏi cấu trỳc lưới điện phõn phối dựa trờn những quy tắc của Civanlar,
Grainger. Hệ thống này của hai ụng hoạt động cú thể trỏnh được sự làm việc quỏ tải
của mỏy biến ỏp, quỏ tải đường dõy, và sựkhụng bỡnh thường về điện ỏp. Cỏc chuyờn
gia đó xõy dựng hệ thống online sử dụng cho điều độ viờn trờn mụi trường SCADA. Hệ thống đưa ra những lời khuyờn cho người vận hành dựa trờn cỏc số liệu thu thập
được trờn hệ thống.