Chương 4. ÁP DỤNG THUẬT TOÁN HSOS CHO BÀI TOÁN OCP
4.3. Áp dụng giải thuật HSOS để tối ưu vị trí và dung lượng tụ bù cho lưới điện phân phối chuẩn IEEE 33 nút và 69 nút
4.3.2. Lưới phân phối IEEE 69 nút
Lưới điện phân phối IEEE 69 nút với dữ liệu phụ tải và đường dây được tham khảo từ [62]. Tổng nhu cầu phụ tải của hệ thống là 3.8 MW và 2.69 MVAr tại điện áp 12.66 kV. Điện áp thấp nhất và cao nhất được đặt lần lượt là 0.95 và 1.05 p.u (đơn vị tương đối). Tổn thất công suất tác dụng trước khi bù ở các mức tải 50 %, 75 % và 100
% lần lượt là 51.6064 kW, 121.0301 kW và 225.0006 kW, ứng với hệ số công suất là 0.81844, 0.81984 và 0.82134. Giá trị điện áp thấp nhất trước khi bù (xét trường hợp hệ thống vận hành 100 % tải) là 0.9102 p.u tại nút 65.
Sau khi tính toán bù tối ưu công suất phản kháng bằng giải thuật HSOS, vị trí lắp tụ bù tối ưu được xác định tại nút 18 và 61 tương ứng với dung lượng bù ở mức mức tải 100 % là 250 và 1250 kVAr. Tổn thất công suất tác dụng sau khi bù ở các mức tải 50 %, 75 % và 100 % lần lượt là 34.3729 kW, 79.7648 kW và 148.9086 kW, ứng với hệ số công suất là 0.96051, 0.95868 và 0.93893. Giá trị điện áp thấp nhất sau khi bù (xét trường hợp hệ thống vận hành 100 % tải) là 0.9278 p.u tại nút 65. Các kết quả về điện áp và hệ số công suất đều thỏa mãn các ràng buộc tại Bảng 4.2. Chi phí vận hành hàng năm của hệ thống trước khi bù là 76,349.9 USD/năm. Sau khi bù chi phí
này chỉ còn 57,596.7 USD/năm. Tiết kiệm ròng hàng năm là 18,753.2 USD/năm, đạt tỷ lệ 24.56 % so với chi phí vận hành hàng năm.
Vị trí và dung lượng tụ bù tối ưu thu được bằng giải thuật đề xuất HSOS của hệ thống phân phối IEEE 69 nút ứng với ba mức phụ tải 50 %, 75 % và 100 % được trình bày tại bảng 4.5.
Bảng 4.5. Vị trí và dung lượng tối ưu của tụ bù lắp đặt cho hệ thống IEEE 69 nút với các mức phụ tải khác nhau.
Mức tải Phương pháp Vị trí và dung lượng tối ưu (kVAr)
Tổng (kVAr)
Tổng nhu cầu công suất phản
kháng của hệ thống (kVAr)
50%
CSA [35] (21, 0); (62, 600) 600
1347.3
IHA [49] (21, 0); (61, 550) 550
FPA [50] (17, 0); (61, 550) 550
HSOS (18, 200); (61, 650) 850
75%
CSA [35] (21, 0); (62, 950) 950
2020.95
IHA [49] (21, 0); (61, 900) 900
FPA [50] (17, 0); (61, 900) 900
HSOS (18, 250); (61, 1050) 1300
100%
CSA [35] (21, 250); (62, 1200) 1450
2694.6
IHA [49] (21, 350); (61, 1350) 1700
FPA [50] (17, 300); (61, 1250) 1550
HSOS (18, 250); (61, 1250) 1500
Kết quả bù tối ưu của phương pháp HSOS
Bù tĩnh: (18, 200); (61, 650) Bù động: (18, 50); (61, 600)
Bảng 4.6. So sánh kết quả trước và sau bù của hệ thống 69 nút với các mức tải khác nhau.
Mức tải Đại lượng so sánh
Trước khi bù
Sau khi bù
CSA [35] IHA [49] FPA [50] HSOS
50%
Vmin, pu 0.9567 0.966 0.9652 0.965 0.9664
Ploss, kW 51.6064 35.89 35.9451 36.5235 34.3729
PFoverall 0.8184 0.93 0.9218 0.9218 0.9605
75%
Vmin, pu 0.9335 0.9486 0.949 0.9506 0.9491
Ploss, kW 121.0301 83.19 82.57 82.5706 79.7648
PFoverall 0.8198 0.94 0.93 0.9299 0.9587
100%
Vmin, pu 0.9092 0.930 0.937 0.95 0.9278
Ploss, kW 225.0006 147.95 145.3236 145.14 148.9086
PFoverall 0.8213 0.95 0.9656 0.9559 0.9389
Tổng chi phí hàng năm
$76349.9 $58074.59 $58165.60 $57753.11 $57596.66 Tiết kiệm ròng hàng
năm
- $18239.60 $18184.30 $18596.79 $18753.23
Tỷ lệ tiết kiệm (%) - 23.89 23.82 24.36 24.56
Số lần lặp - - - - 13
Hình 4.9. Đường đặc tuyến hội tụ tổng chi phí của hệ thống IEEE-69 nút.
Hình 4.10. Biên độ điện áp các nút trước và sau khi bù của hệ thống IEEE-69 nút.
0.86 0.88 0.9 0.92 0.94 0.96 0.98 1
50% 75% 100%
Điện áp lưới (p.u)
Mức tải
Trước khi bù Bù bằng CSA Bù bằng IHA Bù bằng FPA Bù bằng HSOS
Hình 4.11. Điện áp thấp nhất của hệ thống IEEE-69 nút trước khi bù và sau khi bù bằng HSOS, có so sánh với các giải thuật khác.
0 50 100 150 200 250
50% 75% 100%
Công suất tổn thất (kW)
Mức tải
Trước khi bù Bù bằng CSA Bù bằng IHA Bù bằng FPA Bù bằng HSOS
Hình 4.12. Tổn thất công suất tác dụng của hệ thống IEEE-69 nút trước khi bù và sau khi bù bằng HSOS, có so sánh với các giải thuật khác.
0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1
50% 75% 100%
Hệ số công suất lưới
Mức tải
Trước khi bù Bù bằng CSA Bù bằng IHA Bù bằng FPA Bù bằng HSOS
Hình 4.13. Hệ số công suất của hệ thống IEEE-69 nút trước khi bù và sau khi bù bằng HSOS, có so sánh với các giải thuật khác.
Nhận xét: Bù công suất phản kháng tối ưu bằng giải thuật HSOS có những nhược điểm nhỏ so với các giải thuật so sánh (xét ở mức 100% tải) như giá trị điện áp nút Vmin thấp hơn, hệ số công suất thấp hơn và tổn thất công suất tác dụng lớn hơn. Tuy nhiên, xét về tổng thể theo hàm mục tiêu thì phương pháp HSOS có ưu điểm là chi phí cho bù công suất phản kháng thấp nhất, dẫn đến tiền tiết kiệm hàng năm cao nhất trong các phương pháp được so sánh. Một ưu điểm khác của phương pháp HSOS là cho kết quả hội tụ nhanh (đối với hệ thống 33 nút ở mức 100% tải là 23 lần lặp; Hệ thống 69 nút ở mức 100% tải là 13 lần lặp).
Kết luận Chương 4:
Chương 4 đã trình bày nghiên cứu về giải thuật HSOS và áp dụng vào bài toán xác định vị trí và dung lượng tụ bù công suất phản kháng tối ưu cho lưới điện mẫu IEEE-33 nút và IEEE-69 nút. Kết quả tính toán bằng giải thuật HSOS cũng đã được so sánh với một số giải thuật khác như CSA, IHA, FPA để làm nổi bật ưu điểm của phương pháp HSOS. Đó là chi phí cho việc bù công suất phản kháng thấp nên tiền tiết kiệm hàng năm cao hơn các phương pháp so sánh. Mặt khác, kết quả hội tụ của phương pháp HSOS cũng rất nhanh.
Chương 4 cũng cho thấy rằng, giải thuật HSOS phù hợp với bài toán tối ưu vị trí và dung lượng tụ bù trong lưới điện phân phối. Các kết quả thu được từ các mô hình lưới điện mẫu rất khả quan. Từ đó, luận văn sẽ có cơ sở để áp dụng giải thuật HSOS vào bài toán tối ưu hóa trong lưới điện thực tế, cụ thể là bài toán tối ưu vị trí và dung lượng tụ bù cho lưới điện trung thế 22 kV và phần này sẽ được trình bày trong chương 5.