Chương 3. THÀNH LẬP BÀI TOÁN TỐI ƯU VỊ TRÍ TỤ ĐIỆN (OCP)TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
3.3. Một số phương pháp đã được sử dụng để giải bài toán OCP
3.3.2. Giải thuật Hòa âm cải tiến (Improved Harmony Algorithm - IHA)
Giải thuật Tìm kiếm hòa âm (Harmony Search – HS) được giới thiệu vào năm 2001 bởi Geem. HS lấy cảm hứng từ sự ngẫu hứng của những người chơi nhạc. Các vector giải pháp tối ưu hóa được trình bày bởi sự hài hòa, và các tìm kiếm địa phương và toàn cục được giới thiệu theo sự ngẫu hứng của nhạc sĩ. Giải thuật này liên quan đến
giải thuật Bộ nhớ Hòa âm (Harmony Memory – HM) xem xét tỷ lệ và tỷ lệ điều chỉnh cao độ để tìm giải pháp tối ưu. Đó là một giải thuật đơn giản, ít tham số và dễ áp dụng.
Nó đã được sử dụng thành công cho một số bài toán tối ưu hóa. Các bước thực hiện của giải thuật này như sau:
Bước 1. Khởi tạo một quá trình tối ưu hóa và các thông số thuật toán. Quá trình tối ưu hóa được định nghĩa là tối thiểu hóa J(x) tuân theo xi ∈ Xi, i = 1,…, n.
Với J(x) là hàm mục tiêu, xil ≤ Xi ≤ xiu là tập hợp của mọi vector giải pháp, xil và xxu là giới hạn nhỏ nhất và lớn nhất của mỗi biến số, và n là số biến số. Ở đây, kích thước bộ nhớ hòa âm (hms), tốc độ bộ nhớ hòa âm (hmcr), tốc độ điều chỉnh cao độ (par), băng thông khoảng cách (bw) và số lần lặp tối đa được xác định.
Bước 2. Khởi tạo HM chứa các giá trị ngẫu nhiên bằng các hms.
Bước 3. Sự ngẫu nhiên của một hòa âm mới theo sự cân nhắc của bộ nhớ, par, và sự lựa chọn ngẫu nhiên. Biến số giải pháp được cập nhật theo xác suất của par. Quy tắc sửa đổi như sau:
xi = xi ± r.bw (3.22) Bước 4. Cập nhật HM. Nếu một bản hòa âm mới tốt hơn bất kỳ bản hòa âm nào hiện có, thì thay thế nó.
Bước 5. Lặp lại các bước 3 và 4 cho đến khi đạt tiêu chí dừng.
3.3.2.2. Giải thuật Hòa âm cải tiến
Giải thuật Hòa âm cải tiến là giải thuật được cải tiến từ giải thuật Harmony Search, lấy cảm hứng từ sự ngẫu hứng của những người chơi nhạc [49]. Giải thuật này có nhiều hiệu quả và tính ưu việt của nó được khẳng định trong các bài toán kỹ thuật khác nhau. Trong bài toán tối ưu, vị trí của các tụ điện shunt thu được ban đầu bằng cách kiểm tra các nút có chỉ số tổn thất công suất cao hơn (PLI). Sau đó, IHA được giới thiệu để quyết định các vị trí tối ưu và xác định dung lượng của tụ điện từ các nút được chỉ định. Ngoài ra, tổng chi phí được hợp nhất trong hàm mục tiêu đề xuất. Hơn nữa, các giá trị của tụ điện được biểu diễn ở một dạng rời rạc. Thuật toán IHA được đề
xuất để sửa đổi tốc độ điều chỉnh cao độ (pitch adjusting rate – par) và băng thông khoảng cách (distance bandwidth – bw) trong bước ứng biến thay vì các giá trị không đổi của chúng trong Harmony Search để nâng cao hiệu quả của nó. Các thông số được sửa đổi như sau:
k K
par par par
k
par
min max min )
( (3.23)
k
K bw bw bw
k
bw max
min
max
ln exp )
(
(3.24) Trong đó: K là số lần ứng biến tối đa; k là số lần ứng biến hiện tại; parmin là tốc độ điều chỉnh cao độ thấp nhất; parmax là tốc độ điều chỉnh cao độ tối đa.
IHA được giới thiệu như là một giải thuật tối ưu hóa mới để giải nhiều bài toán trong hệ thống điện. Trong đó có bài toán tìm vị trí và dung lượng tối ưu của tụ bù trong những hệ thống điện phân phối khác nhau.
Chỉ số tổn thất công suất (PLI) cũng được sử dụng để đề cử những nút ứng viên để lắp đặt tụ bù. Khu vực tìm kiếm bị giảm đáng kể và do đó thời gian bị tiêu tốn trong quá trình tối ưu hóa. Nó được yêu cầu để biểu diễn dòng tải và xác định mức giảm trong tổn thất công suất tác dụng bằng cách bơm vào công suất phản kháng tại mỗi nút.
PLI được xác định như sau:
min max
) min
) (
( lr lr
lr i i lr
PLI
(3.25) Trong đó, lr(i) là mức giảm công suất tác dụng tại nút thứ i; lrmin là mức giảm công suất tác dụng nhỏ nhất; lrmax là mức giảm công suất tác dụng lớn nhất.
Các nút của PLI lớn hơn sẽ được ưu tiên là nút ứng viên để vào không gian tìm kiếm bằng IHA để lắp đặt thiết bị bù.
Hàm mục tiêu được đề xuất cho bài toán tối ưu vị trí tụ bù để cực tiểu tổng chi phí được xác định bởi phương trình sau:
Cost K P T D K CB K Q KoCB
CB
i Ci C
I Loss
P
(3.26)
Trong đó Kp là giá mỗi kWh; PLoss là tổn thất công suất tác dụng; T là thời gian (giờ); D là hệ số khấu hao; KI là chi phí lắp đặt; CB là số nút đặt tụ; KC là giá mỗi kVAr; QCi là giá trị công suất phản kháng lắp đặt (kVAr); Ko là chi phí vận hành.
Phương trình (3.26) được cực tiểu hóa khi thỏa mãn các điều kiện ràng buộc phương trình và bất phương trình.
Các hàm ràng buộc:
- Cân bằng công suất tác dụng và phản kháng
N
q L
i
Lineloss
Swing P i Pd q
P
1 1
) ( )
( (3.27)
N
q L
i
Lineloss CB
b C
Swing Q b Q i Qd q
Q
1 1
1
) ( )
( )
( (3.28) - Giới hạn về điện áp
Vmin Vi Vmax (3.29) - Ràng buộc về tổng công suất phản kháng
N
q CB
b
C b Qd q
Q ( ) ( )
1
(3.30) - Ràng buộc hệ số công suất
PFmin PFsys PFmax (3.31) - Ràng buộc công suất đường dây
SLi SLi(rated) (3.32) - Ràng buộc dung lượng tụ bù
QcminQc Qcmax (3.33) Trong đó PSwing là công suất tác dụng của nút dao động; L là số đường dây truyền tải trong hệ thống phân phối; PLineloss(i) là tổn thất công suất tác dụng trên đường dây thứ i, N là tổng số nút; Pd(q) là nhu cầu công suất tác dụng tại nút q, Qd(q) lànhu
cầu công suất phản kháng tại nút q; là công suất phản kháng của nút dao động; QC(b) là là lượng công suất phản kháng bơm vào tại nút thứ b; PLineloss(i) và QLineloss(i) là tổn thất công suất tác dụng và phản kháng tại nhánh thứ i; Vi là diện áp tại nút thứ i; Vmin và Vmax lần lượt là điện áp nhỏ nhất và lớn nhất tại nút thứ i; PFsys là hệ số công suất tại nút dao động; PFmin và PFmax lần lượt là hệ số công suất nhỏ nhất và lớn nhất; SLi là công suất thực tế trên đường dây i; SLi(rated) là công suất định mức của đường dây i;
Qcmin và Qcmax lần lượt là công suất phản kháng thêm vào nhỏ nhất và lớn nhất.