Chương III: PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN TRÀO LƯU CÔNG SUẤT 3.1. Xây dựng các hệ phương trình
4.2. Thuật toán tái cấu trúc lưới điện phân phối
(i) Giai đoạn 1:
Thuật toán bắt đầu bằng việc đóng tất cả các khóa điện trong lưới. Lúc này lưới có dạng vòng kín và có tổng tổn thất nhỏ nhất. Để thu được cấu trúc lưới hình tia hoàn toàn (đây là kết quả cuối cùng của bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối), ta cần tiến hành mở các khóa điện. Với mỗi khóa điện được mở ra, tổng tổn thất công suất của lưới sẽ tăng. Do đó, khóa điện được mở là khoá ứng với tổng tổn thất công suất tăng lên ít nhất.
Ban đầu, một danh sách các khóa trong lưới sẽ được thiết lập. Danh sách khóa này phải bao gồm tất cả n khóa sử dụng trong quá trình tối ưu hóa lưới. Mỗi khóa được mở ra, một cấu hình lưới sẽ được thiết lập, các cấu hình lưới khác nhau có chế độ làm việc khác nhau, tổn thất công suất tác dụng cũng khác nhau. Tương ứng với n khóa trong danh sách, n cấu hình lưới sẽ được xét đến với điều kiệu chỉ duy nhất một khóa i ( i ≤ n) được mở, trong khi các khóa còn lại đóng. Các cấu hình được đặc trưng bởi số lượng khóa được mở ra. Mỗi khi một khóa i được mở ra, nếu kết nối của lưới được thỏa mãn ( các phụ tải đều được cung cấp điện) thì ta tiến hành tính toán trào lưu công suất lưới. Nếu lưới không kết nối hay bất cứ một điều kiện giới hạn nào bị vi phạm (giới hạn điện áp hoặc giới hạn công suất), lưới được cho là không thỏa mãn và thuật toán sẽ chuyển sang mở khóa tiếp theo.
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 43 Với những lưới (khi mở khóa thứ i) đảm bảo điều kiện kết nối và thỏa mãn các điều kiện giới hạn, ta tiến hành tính toán tổng tổn thất công suất tác dụng của lưới và lưu kết quả vào danh sách phân loại tổn thất. Sau đó khóa i sẽ được đóng lại, đồng thời các bước trên được lặp đi lặp lại cho đến khi tất cả n cấu hình lưới được xét.
Khi đã hoàn thành việc xét n cấu hình này, ta dựa vào bảng kết quả ghi tổn thất công suất tác dụng trong từng lần mở khóa để quyết định khóa được mở hoàn toàn.
Khóa k cho tổn thất công suất nhỏ nhất sẽ được mở. Danh sách khóa cũng được kiểm tra để xác định hai khóa liền kề của k cho kết quả tổn thất gần nhỏ nhất. Hai khóa này sẽ được lưu trong danh sách khóa liền kề để thu thập dữ liệu cho giai đoạn hai. Hai khóa liền kề này được xác định bởi hai điều kiện sau:
- Khóa được nối với một trong hai nút của khóa k.
- Cho tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất: trong các khóa liền kề của khóa k, hai khóa cho tổng tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất sẽ được lưu vào danh sách khóa liền kề.
Sau khi khóa k được mở hoàn toàn, một cấu hình lưới mới được thiết lập: khóa k mở và một vòng kín được mở ra. Để mở tất cả các vòng kín và đưa lưới về dạng hình tia hoàn toàn, các khóa tiếp theo mở ra được xác định tương tự như khóa đầu tiên, với lưới ban đầu chính là lưới vừa được thiết lập. Danh sách các khóa cũng cần được cập nhật.
Khóa k vừa được mở ra không có trong lưới mới nên sẽ bị loại khỏi danh sách các khóa. Khi một vòng kín được mở ra, thường sẽ xuất hiện các khóa thuộc vòng kín đó mà không thuộc bất kỳ vòng kín nào khác. Nếu ta mở các khóa này, lưới sẽ không thỏa mãn điều kiện kết nối (không đảm bảo cung cấp điện cho tất cả các nút) nên các khóa
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 44 này cũng phải loại ra khỏi danh sách. Các bước trên được lặp lại để xác định khóa sẽ được mở tiếp theo.
Quá trình trên được thực hiện cho đến khi danh sách khóa rỗng. Điều này có nghĩa là tất cả các mạch vòng kín đã được mở, lưới điện trở thành hình tia. Đến đây ta kết thúc giai đoạn thứ nhất.
(ii) Giai đoạn 2:
Trong giai đoạn thứ nhất, các khóa được mở ra đã được chọn theo nguyên tắc mở khóa cho tổng tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất. Tuy nhiên ở mỗi bước, cấu hình lưới là khác nhau và khác cấu hình lưới cuối cùng của bài toán, mỗi khi một khóa mới được mở ra, cấu trúc của lưới lại thay đổi cho nên kết quả của các bước trước chỉ mang tính chất tương đối. Để tối ưu hóa lời giải cho bài toán, giai đoạn hai cần được xét đến.
Giai đoạn hai được thực hiện nhằm tìm ra khóa mở cho tổn thất công suất tác dụng bé hơn các khóa đã được lựa chọn mở trong giai đoạn một. Trong một số trường hợp, ta có thể tìm được cấu hình lưới tốt hơn.
Giai đoạn hai của thuật toán được thực hiện bằng cách trao đổi trạng thái khóa k với lần lượt hai khóa liền kề của k (khóa k là khóa cho tổn thất công suất nhỏ nhất tìm thấy trong giai đoạn một). Sở dĩ ta lựa chọn trao đổi trạng thái khóa k với khóa liền kề của nó (hai khóa liền kề của k đã được lưu lại trong giai đoạn thứ nhất) vì:
- Khi trao đổi trạng thái của k với khóa liền kề của nó, cấu hình lưới sẽ bị thay đổi không đáng kể do khóa liền kề có vị trí nằm ngay gần khóa k (cùng nối tới một nút). Điều này đảm bảo bài toán cho kết quả tối ưu hoặc gần tối ưu.
- Khóa liền kề được chọn là khóa cho tổn thất nhỏ nhất, đảm bảo mục tiêu của bài toán là tối thiểu hóa tổn thất công suất tác dụng của lưới điện.
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 45 Khóa k được đóng lại và khóa liền kề được mở ra với điều kiện lưới hình tia và điều kiện kết nối vẫn được đảm bảo. Với mỗi lần trao đổi trạng thái khóa, kết quả tổng tổn thất công suất tác dụng sẽ được so sánh với kết quả tổn thất công suất trong giai đoạn một. Nếu một trong hai cấu hình lưới cho kết quả tổn thất công suất tác dụng nhỏ hơn cấu hình lưới khi mở k thì ta chọn mở hoàn toàn khóa liền kề đó và khóa k được đóng lại.
Khi trao đổi trạng thái khóa có thể xảy ra các trường hợp sau:
- Khóa liền kề với khóa k là một khóa đã được chọn mở ra ở các bước sau bước mở khóa k, khi đó ta không thu được một cấu hình lưới mới.
- Sau khi trao đổi trạng thái khóa, lưới thu được có thể xuất hiện mạch vòng kín hoặc là một lưới không đảm bảo điều kiện kết nối.
Các trường hợp trên sẽ được bỏ qua, ta thực hiện các bước trao đổi tiếp theo.
Thứ tự trao đổi trạng thái khóa mở với các khóa liền kề được thực hiện lần lượt theo thứ tự các khóa đã được mở trong giai đoạn một. Nếu ta tiến hành không đúng theo thứ tự này, bài toán sẽ cho kết quả không tối ưu. Giả sử trong giai đoạn một, ta mở được m khóa để thu được cấu trúc lưới hình tia với thứ tự các khóa mở từ 1 đến m. Kết quả tính toán công suất khi mở khóa thứ 2 sẽ phụ thuộc vào cấu hình lưới trước đó ( khi ta đã mở hoàn toàn khóa thứ 1). Tương tự kết quả tính toán công suất khi mở khóa thứ 3 sẽ phụ thuộc vào cấu hình lưới khi mở hoàn toàn khóa thứ 2… Điều này có nghĩa là cấu hình lưới hình tia cuối cùng (khi đã mở tất cả m khóa) phụ thuộc vào (m-1) quá trình mở khóa trước đó.
Khóa nào được mở ra trước trong giai đoạn thứ nhất sẽ được tiến hành tráo đổi trạng thái trước vì các khóa được mở ra trước là các khóa tối ưu nhất, cho tổn thất công suất tác dụng nhỏ nhất nên nó được điều chỉnh trước. Nếu các khóa mở sau được xét
Học viên thực hiện: Phạm Đình Sáng Trang 46 trước, giả sử việc trao đổi trạng thái khóa thành công, cấu hình lưới đã bị thay đổi thì việc xét các khóa được mở trước (có tính chất quan trọng hơn) sẽ không còn nhiều ý nghĩa, có thể dẫn đến kết quả bài toán bị sai. Thêm nữa là các khóa mở sau được chọn dựa vào cấu hình lưới mà đã mở các khóa trước đó, phụ thuộc vào các khóa đã được mở là khóa nào. Nếu các khóa mở trước được xét sau thì việc xét các khóa mở sau (được thực hiện trước) là vô nghĩa, kết quả có thể bị sai.