Sử dụng thuật toán PGPSO giải bài toán điều độ công suất phản kháng

i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện Luận văn này ñã
ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn ñã ñược chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)


Trần Quang Khải










ii

LỜI CÁM ƠN

Trước hết, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc ñến TS. Võ Ngọc ðiều - người thầy
ñã hướng dẫn tôi tận tình, chu ñáo và ñộng viên, khích lệ tôi trong quá trình làm
luận văn. ðược làm việc với thầy là một vinh dự cho tôi - Thầy ñã truyền cho tôi
những kinh nghiệm làm việc qu

ý báu.

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo và cán bộ Khoa ðiện – ðiện tử
Trường ðại học Kỹ thuật công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh ñã giúp ñỡ tôi trong
những năm học tập vừa qua.
Chân thành cám ơn thầy Tiến sĩ Võ Ngọc ðiều và ñồng nghiệp ñã hỗ trợ và giúp
ñỡ cho tôi hoàn thành kết quả luận văn tốt nghiệp chuyên ngành kỹ thuật ñiện. Qua ñây
kính chúc gia ñình thầy dồi dào sức khỏe trong công tác ñào tạo.

Xin chân thành cám ơn
Học viên thực hiện Luận văn

(Ký và ghi rõ họ tên)


Trần Quang Khải




iii
TÓM TẮT
ðề tài luận văn này ñề xuất một hướng giả (pseudo-gradient) dựa trên thuyết
tiến hóa bầy hạt (PGPSO) ñể giải quyết vấn ñề tối ưu hóa công suất kháng. ðề xuất
PGPSO là tối ưu hóa bầy hạt với hệ số co thắt bằng hướng giả ñể có tìm kết quả tốt

hơn. Thực hiện hướng giả trong PSO là xác ñịnh hướng phù hợp các hạt ñảm bảo rằng
nó có thể dịch chuyển nhanh ñến giải pháp tối ưu nhất trong tổng thể. ðề xuất PGPSO
ñã ñược thực hiện giải quyết vấn ñề ñiều ñộ công suất kháng với các mục tiêu khác
nhau cũng như tối thiểu hóa tổn thất công suất, cải thiện ñiện áp cục bộ, tăng khả năng
ổn ñịnh ñiện áp ñáp ứng các hạn chế giới hạn công suất kháng máy phát, bộ ñiều khiển
tụ nhưng giới hạn ñiện áp, thời gian chuyển biến áp và giới hạn truyền tải. Phương
pháp ñề xuất này ñã ñược thử nghiệm trên hệ thống IEEE 30 bus và ñã nhận kết quả so
với các kết quả từ các PSO biến thể và các phương pháp khác. Các kết quả so sánh chỉ
ra rằng phương pháp ñề xuất có thể nhận tổng tổn thất công suất, ñộ lệch ñiện áp hay
chỉ số ổn ñịnh ñiện áp thấp hơn các phương pháp khác cùng thử nghiệm. Do ñó,
phương pháp PGPSO có thể là một phương pháp thuận lợi ñể giải quyết vấn ñề ñiều ñộ
công suất kháng.
ðiều ñộ công suất kháng (ORPD) là xác ñịnh các biến ñiều khiển cũng như ñộ
lớn ñiện áp máy phát, ñiều khiển tụ bù và cài ñặt thời gian chuyển ñổi biến áp mà hàm
mục tiêu tối thiểu ñáp ứng ổn ñịnh máy phát và hệ thống ñiện [1]. Trong vấn ñề ORPD,
mục tiêu có thể tổng tổn thất công suất, ñộ lệch ñiện áp trên thanh cái ñể cải thiện ñiện
áp riêng lẻ [2] hay chỉ số ổn ñịnh ñiện nhằm tăng cường ổn ñịnh ñiện áp [3].
Vấn ñề ñã ñược giải quyết bằng nhiều phương pháp thông thường dựa trên các
phương pháp trí tuệ nhân tạo. Một số phương pháp thông thường ñã cung cấp ñể giải
quyết vấn ñề như lập trình tuyến tính (LP) [4], lập trình số nguyên hỗn hợp (MIP) [5],
phương pháp ñiểm bên trong (IPM) [6], lập trình ñộng (QP) [8]. Những phương pháp
này dựa trên tuyến tính hóa và sử dụng gradient cho nghiên cứu các hướng. Các
phương pháp tối ưu hóa thông thường có thể gặp khó khăn xác ñịnh hàm mục tiêu bậc


iv

hai và các khó khăn khác. Tuy nhiên, có thể khó khăn trong cực tiểu cục bộ của vấn ñề
ñộ công suất với nhiều cực tiểu [9]. Gần ñây, các phương pháp nghiên cứu dựa trên
kinh nghiệm trở nên thông dụng ñể giải quyết ORPD do có thuận lợi là thực hiện ñơn

giản và khả năng tìm giải pháp tối ưu gần nhất cho các vấn ñề tối ưu phức tạp. Các
phương pháp này ñã ñược áp dụng ñể giải quyết vấn ñề cũng như lập trình tiến hóa
(EP) [9], thuật toán di truyền (GA) [3], thuật toán tối ưu nội ñịa (ACOA) [10], khác
biệt tiến hóa (DE) [11], nghiên cứu hài hòa (HS) [12]…Những phương pháp này có thể
cải tiến giải pháp tối ưu cho vấn ñề ñiều ñộ thông dụng nhất ñược so sánh với phương
pháp thông thường nhưng hiệu suất thấp. Trong số các phương pháp nghiên cứu, tối ưu
hóa bầy hạt (PSO) là thông dụng nhất ñể giải quyết bài toán ñiều ñộ công suất kháng
gồm một số thay ñổi cũng như PSO nhiều tác nhân [13], PSO tăng cường [2], PSO
song song [14], PSO học hiểu [15] Phương pháp PSO thường thực hiện ñơn giản
nhất, khả năng nghiên cứu mạnh mẽ và nhanh so với các phương pháp nghiên cứu khác
dẫn ñến chất lượng giải pháp tối ưu ñược cải thiện. Thêm nữa các phương pháp ñơn
giản, phương pháp lai cũng ñược cải tiến rộng rãi ñể giải quyết vấn ñề như lai GA [16],
lai Ep [17], lai PSO [18]…ñể sử dụng thuận lợi ñơn giản . Phương pháp lai thường
nhận chất lượng hơn phương pháp ñơn nhưng thời gian thực hiện CPU kéo dài hơn.
.









v

ABSTRACT
This topic proposes a pseudo gradient based particle swarm optimization
(PGPSO) method for solving optimal reactive power dispatch (ORPD) problem. The
proposes PGPSO is the particle swarm optimization with constriction factor guided by

pseudo-gradient for better search ability. The implementation of the pseudo-gradient in
PSO is to detemine the suitable direction for particles to guarantee that they can quickly
move to global optimal solution. The proposed PGPSO has been implemented for the
ORPD problem with different objectives such as minimizing the real power losses,
improving the voltage profile, and enhancing the voltage stability satisfying various
constrains of reactive power limits of generators, switchable capacitor banks, but
voltage limits, transformer tap changer limits, and transmission line limits. The
proposed method has been tested to the IEEE 30-bus system and the obtained results
are compared to those from other PSO variants and other methods in the literature. The
result comparison has indicated that the proposed method can obtain total power loss,
voltage deviation or voltage stability index less than the others for the considered cases.
Therefore, the proposed PGPSO can be a favorable solution method for dealing the
ORPD problem.
Optimal reactive power dispatch (ORPD) is to determine the control variables
such as genarator voltage magnitudes, switchable VAR compensators and transformer
tap settting so that the objective function of the problem is minimized while satisfying
the unit and system constrains [1]. In the ORPD problem, the objective can total
power loss, voltage deviation at load buses for voltage profile improvement [2], or
voltage stability index for voltage stability enhancement [3]
The problem has been solved by various techniques ranging from conventional
methods to artificial intelligence based methods. Several conventional methods have
been applied for solving the problem such as linear programming (LP) [4], mixed
integer programming (MIP) [5], interior point method (IPM) [6], dynamic


vi

programming (QP) [8]. These methods are based on successive linearization and use
gradient as search directions. The conventional optimization methods can properly deal
with the optimization problems of deterministic quadratic objective function and

differential constrains. However, they can be trapped in local minima of the ORPD
problem with multiple minima [9]. Recently, meta – heuristic search methods have
become popular for solving the ORPD problem due to their advantages of simple
implementation and ability to find near optimum solution for complex optimization
problems. Various meta-heuristic methods have been applied for solving the problem
such as evolutionary programming (EP) [9], genetic algorithm (GA) [3], ant colony
optimization algorithm (ACOA) [10], differential evolution (DE) [11], harmony search
(HS) [12] etc These methods can improve optimal solutions for the most popular one
for the ORPD problem compared to the conventional methods but with relatively slow
performance. Among the meta-heuristic search methods, particle swarm optimization
(PSO) is the most popular one for solving the ORPD problem including many variants
such as multiagent-based PSO [13], enhanced PSO [2], parallel PSO [14],
comprehensive learning PSO [15], etc. The PSO methods are generally simpler
implementation, more powerful search ability, and faster performance then other meta-
heuristic search methods, leading to solution quality for optimization problems
considerably improved. In addition the single methods, hybrid methods have been also
widely implemented for solving the problem such as hybrid GA [16], hybrid Ep [17],
hybrid PSO [18], etc to utilize the advantages of the single methods. The hybrid
methods usually obtain better solution quality than the single methods but they also
suffer longer computational time.






vii

MỤC LỤC
Trang số

TÓM TẮT iii
ABSTRACT v
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT x
DANH MỤC CÁC BẢNG xi
DANH MỤC CÁC HÌNH xii
Chương 1: MỞ ðẦU 1
1.1 GIỚI THIỆU 1
1.1.1 ðặt vấn ñề 1
1.1.2 Tính cấp thiết của ñề tài 2
1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3
1.2.1 Mục tiêu của ñề tài nghiên cứu 3
1.2.2 Nội dung ñề tài nghiên cứu 4
1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 4
1.3TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 5
1.4 CẤU TRÚC LUẬN VĂN 6
Chương 2 7
TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG 7
VÀ ðIỀU ðỘ CÔNG SUẤT KHÁNG 7
2.1. Giới thiệu tổng quan về công suất kháng 7
2.1.1 Lưới phân phối 7
2.1.1.1 Vai trò của lưới phân phối 7
2.1.1.2 Phân phối theo một cấp ñiện áp trung áp 7
2.1.1.3 Phân phối theo hai cấp ñiện áp trung áp 8
2.1.1.4 ðặc ñiểm chung của lưới phân phối 9
2.1.1.5 ðặc ñiểm của lưới phân phối Việt Nam hiện nay 10
2.1.2 Công suất phản kháng 11
2.1.2.1 Công suất phản kháng của ñiện cảm 11

viii
2.1.2.2 Công suất phản kháng của ñiện dung 12
2.1.3 Các nguồn phát công suất phản kháng 14
2.1.3.1 Máy ñiện ñồng bộ 14
2.1.3.2 ðường dây tải ñiện 15
2.1.3.3 Tụ ñiện tĩnh 15
2.1.4 Nhu cầu công suất phản kháng ở một số phụ tải ñiện 17
2.1.4.1 ðộng cơ không ñồng bộ 17
2.1.4.2 Máy biến áp 17
2.1.4.3 ðèn huỳnh quang 18
2.2 Bù công suất phản kháng cho phụ tải 18
2.3 Các lợi ích khi thực hiện bù công suất phản kháng: 20
Chương 3 22
PHƯƠNG PHÁP TỐI ƯU HÓAVÀ SỬ DỤNG THUẬT TOÁN 22
PGPSO ðỂ GIẢI BÀI TOÁN ðIỀU ðỘ CÔNG SUẤT KHÁNG 22
3.1. Các phương pháp tối ưu hóa ñiều ñộ công suất phản kháng 22
3.2. Sử dụng thuật toán PGPSO giải quyết bài toán ñiều ñộ công suất kháng 23
3.3. Phương pháp tối ưu hóa bằng thuật toán tiến hóa bầy hạt 26
3.3.1.Thuật toán tiến hóa bầy hạt 26
3.3.2. Khái niệm Pseudo -Gradient 29
3.3.3. Thuật toán bầy hạt hướng giả (PGPSO) 31
3.4 Các bước thực hiện phương pháp PGPSO 33
Chương 4 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN 37
4.1 Dữ liệu ban ñầu 37
4.2 Kết quả tính toán 40
4.2.1 Kết quả với mục tiêu tổn thất công suất Ploss nhỏ nhất 40
4.2.2 Kết quả với mục tiêu ñộ lệch ñiện áp nhỏ nhất 43
4.2.3 Kết quả với mục tiêu chỉ số ổn ñịnh ñiện áp nhỏ nhất 47
CHƯƠNG 5 52
KẾT LUẬN – THẢO LUẬN 52

ix

THUẬT NGỮ VÀ ðỊNH NGHĨA: 53
TÀI LIỆU THAM KHẢO 53
PHỤ LỤC 56
Chương trình thực hiện hệ thống tổn thất công suất của PGPSO 56


















x

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HPSO-TVAC: Hierarchical Paricle Swarm Optimizer with Time–varying
acceleration coefficients
HTð: Hệ thống ñiện
ORPD: Optimmal Reactive Power Dispatch
PGPSO: Pseudo- gradient Guided by Paricle Swarm Optimization
PSO-CF:Paricle Swarm Optimization with constriction factor
TVAC: Time –varying acceleration coefficients
TVIW: Time – varying inertia weight
VSI: Voltage Stability Index










xi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4. 1. ðặc tính hệ thống 30 bus 38

Bảng 4. 2. Thông số cơ bản hệ thống 30 bus 37

Bảng 4. 3 Thông số tải thống 30 bus 38

Bảng 4. 4Thông số các phương pháp PSO 39

Bảng 4. 5 Kết quả so sánh về tổn thất công suất của các PSO hệ thống 30 bus 40

Bảng 4. 6 Giải pháp tốt nhất về tổn thất công suất bởi các PSO hệ thống 30 bus 41

Bảng 4. 7.Kết quả ñộ lệch ñiện áp của các PSO với hệ thống 30 bus 43

Bảng 4. 8 Giải pháp tốt nhất về ñộ lệch ñiện áp bởi các PSO với hệ thống 30 bus 44

Bảng 4. 9 Kết quả chỉ số ổn ñịnh ñiện áp của các PSO 47

Bảng 4. 10 Giải pháp tốt nhất về chỉ số ổn ñịnh ñiện áp bởi các PSO 47

Bảng 4. 11 Kết quả tốt nhất so sánh với các PSO với hệ thống 30 bus 50












xii

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1 1. Hệ thống ñiện 500kV Việt Nam 3

Hình 2. 1. Phân phối theo một cấp ñiện áp trung áp 8

Hình 2. 2 Phân phối theo hai cấp ñiện áp trung áp 8

Hình 2. 3 Mạch ñiện với tải có tính ñiện cảm 11

Hình 2. 4 Quan hệ giữa P và Q ở mạch tải có tính ñiện cảm 12

Hình 2. 5. Mạch ñiện với tải có tính ñiện dung 13

Hình 2. 6 Quan hệ giữa P và Q ở mạch tải có tính ñiện dung 13

Hình 2. 7. Sự giảm CSPK của mạch ñiện nhờ có Q
C
14

Hình 2. 8 Lưới ñiện khi chưa ñặt thiết bị bù 19

Hình 2. 9 Lưới ñiện ñã ñặt tụ bù 20

Hình 4. 1. Sơ ñồ hệ thống IEEE 30 bus 37
Hình 4. 2 ðặc tính hội tụ tổn thất ñiện năng của hệ thống 30 bus 42

Hình 4. 3Thực hiện 50 bước PGPSO với tổn thất công suất hệ thống 30 bus 43

Hình 4. 4.ðặc tính hội tụ ñộ lệch ñiện áp của hệ thống 30 bus 46

Hình 4. 5Thực hiện 50 bước PGPSO với ñộ lệch ñiện áp hệ thống 30 bus 46

Hình 4. 6 ðặc tính hội tụ chỉ số ổn ñịnh ñiện áp của hệ thống 30 bus 49

Hình 4. 7. Thực hiện 50 bước PGPSO với chỉ số ổn ñịnh ñiện áp hệ thống 30 bus.50



1

Chương 1: MỞ ðẦU
1.1 GIỚI THIỆU
1.1.1 ðặt vấn ñề
Hiện nay hệ thống ñiện (HTð) Việt Nam ñã phát triển tương ñối ñầy ñủ và
quy mô ngày càng tăng. ðể ñảm bảo nhu cầu ñiện năng cho phát triển kinh tế – xã
hội hầu như tất cả nguồn tài nguyên năng lượng ñất nước ñã ñược huy ñộng. Ngoài
ra, trong thời gian gần ñây hệ thống ñiện Việt Nam ñã có mối liên kết trao ñổi với
các nước trong khu vực. Cùng với sư lớn lạnh của HTð, những nội dung nghiên
cứu tối ưu phát triển HTð cũng ñã ñược ngành ñiện và các nhà khoa học trong nước
nghiên cứu hoàn thiện cả về phương pháp luận và các thuật toán mô hình, phần
mềm tính toán. Nhiều chương trình tính toán tối ưu phát triển hệ thống năng lượng
nói chung và HTð nói riêng ñã ñược nhập khẩu như: Dự báo nhu cầu năng lượng:
MAED (trong tổ hợp ENPEP); MEDEE-S; DDAS (trong tổ hợp ETB); Cân bằng
cung/cầu: BALANCE (trong tổ hợp ENPEP); EFOM-ENV; ESPS (trong tổ hợp
ETB); và Quy hoạch nguồn ñiện: WASP (trong tổ hợp ENPEP); ESP (trong tổ hợp
ETB).v.v…ðiều ñáng lưu ý là các chương trình nhập khẩu không cho phép giải
quyết các nội dung ñặc thù cơ bản của HTð Việt Nam hiện tại, nên kết quả thu
ñược chưa ñáp ứng ñược yêu cầu nên thường phải lấy ý kiến chuyên gia ñể xử lý và
phân tích lựa chọn kết quả.
Từ góc ñộ khai thác tối ưu, ngoài những ñặc ñiểm chung như ở các nước phát
triển, HTð Việt Nam có những ñặc thù trong việc giải quyết các vấn ñề về phương
pháp luận tối ưu như sau:
HTð toàn quốc với 3 trung tâm phụ tải lớn phía Bắc – Trung – Nam ñã ñược

hợp nhất bằng ñường dây truyền tải 500kV- 2 mạch, trọng tâm phụ tải (chiếm 80%
phụ tải toàn quốc) lại tập trung nhiều ở miền Nam và miền Bắc, cách xa nhau
khoảng 2000km. Cho nên, khi nghiên cứu bài toán tối ưu phát triển và tối ưu vận


2

hành HTð trong mô hình tối ưu bắt buộc phải chú ý ñến khả năng truyền tải giữa
các miền với nhau.
Do sự tăng lên về quy mô và sự phức tạp trong hệ thống ñiện Việt Nam với sự
trao ñổi công suất lớn giữa miền Bắc và miền Nam thông qua ñường dây liên kết từ
Bắc ñến Nam, vấn ñề tối ưu trong quy hoạch và khai thác hệ thống ñiện trở nên
thiết yếu. ðể ñảm bảo chất lượng cung cấp ñiện, sự an toàn và tính kinh tế trong các
ñiều kiện vận hành khác nhau, chiến lược ñiều khiển tối ưu là cấn thiết. Vì vậy, ñề
tài này trình bày ứng dụng của chương trình tối ưu ñiều ñộ công suất khángvới các
mục tiêu khác nhau ñối với hệ thống ñiện (HTð) Việt Nam như là ñiều ñộ kinh tế,
ñiều khiển ñiện áp/công suất phản kháng và các chiến lược ñiều khiển nhằm tránh
sự nguy hiểm của việc không ổn ñịnh ñiện áp.
1.1.2 Tính cấp thiết của ñề tài
ðối với hệ thống ñiện Việt Nam cụ thể có ñường dây truyền tải 500kV từ Hòa
Bình ñến Phú Lâm ñược xây dựng (1.483 km như hình 1) ñể tải công suất từ miền
Bắc (với tổng công suất 1.920 MW của nhà máy Thủy ñiện Hòa Bình) ñến HTð
miền Trung và miền Nam trong suốt mùa mưa. Vào mùa khô, ñường dây này ñược
dùng ñể tải công suất từ miền Nam ñến miền Trung và Miền Bắc. ðường dây
500kV từ Hòa Bình ñến Phú Lâm ñược bù bởi kháng bù ngang (70%) và tụ bù dọc
(60%). ðối với HTð Việt Nam, nhu cầu tải ñỉnh khoảng 9.000 MW.
Sắp ñến, hai trạm trung gian ñặt tại Di Linh và Tân ðịnh ñược thêm vào dọc
theo ñường dây truyền tải 500kV mạch 2 từ Pleiku ñến Phú Lâm. Phần từ Pleiku ñi
Di Linh và từ Di Linh ñến Tân ðịnh ñược bù bởi kháng bù ngang (70%) và tụ bù
dọc (60%). Trạm Di Linh sẽ nhận khoảng 300MW từ Nhà máy thủy ñiện ðại Ninh.

Trong giai ñoạn này, ñường dây truyền tải 500kV thứ 3 và thứ 4 từ Phú Lâm tới
Phú Mỹ thông qua Nhà Bè và từ Phú Lâm ñến Ômôn (600 MW) thông qua Nhà Bè,
sẽ ñược xây dựng. Trạm 500kV Phú Mỹ sẽ nhận khoảng 3.600 MW từ nhà máy
ñiện Phú Mỹ. Do ñó với ñề tài
“Sử dụng thuật toán PGPSO cho bài toán ñiều ñộ


3

công suất phản kháng”
góp phần trong việc giải quyết nhanh chóng vấn ñề ñiều ñộ
công suất kháng trong hệ thống ñiện Việt Nam hiện hữu như giảm tối thiểu tổn thất
ñiện năng, cải tiến trạng thái ổn ñịnh ñiện áp, giới hạn công suất phản kháng của
máy phát và có khả năng ñiều chỉnh công suất tụ bù, giới hạn ñiện áp, giới hạn thay
ñổi của máy biến áp và các giới hạn của vấn ñề truyền tải…


Hình 1 1. Hệ thống ñiện 500kV Việt Nam

1.2 MỤC TIÊU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.2.1 Mục tiêu của ñề tài nghiên cứu
Xây dựng và giải quyết bài toán ñiều ñộ công suất phản kháng lưới ñiện phân
phối trên cơ sở ứng dụng thuật toán nhằm giải quyết bài toán ñiều ñộ công suất


4

phản kháng ñể ổn ñịnh hệ thống truyền tải hệ thống lưới ñiện, chất lượng giải pháp
tốt hơn so với các phương pháp khác, giảm chi phí vận hành hệ thống ñiện
1.2.2 Nội dung ñề tài nghiên cứu

Nội dung ñề tài nghiên cứu là tìm hiểu tối ưu hóa bài toán ñiều ñộ công suất
phản kháng hệ thống ñiện, nhằm xác ñịnh các thay ñổi trong quá trình ñiều khiển
cũng như ñộ lớn ñiện áp máy phát, khả năng bù công suất phản kháng, cài ñặt dòng
rò máy biến áp vì thế hàm tiêu của vấn ñề giảm thiểu nhỏ nhất ñáp ứng cho máy
phát và hệ thống bị hạn chế . Trong vấn ñề ñiều ñộ công suất phản kháng, mục tiêu
ñề ra là giảm tổng tổn thất ñiện năng, ñộ sai lệch ñiện áp ở các thanh cái ñể cải tiến
ñiện áp hệ thống hay chỉ số ổn ñịnh ñiện áp nhằm tăng khả năng ổn ñịnh ñiện áp.
ðiều ñộ công suất phản kháng là vấn ñề tối ưu hóa phức tạp với qui mô lớn nhưng
hạn chế mục tiêu phi tuyến tính. Trong vận hành hệ thống ñiện, vai trò chính của
ñiều ñộ công suất phản kháng là duy trì ñiện áp trên thanh cái truyền tải trong phạm
vi giới hạn ñể cung cấp chất lượng ñiện năng ñến khách hàng.
1.2.3 Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu là sử dụng thuật toán PGPSO ñể giải bài toán ñiều ñộ
công suất kháng trên hệ thống lưới ñiện. Vấn ñề tối ưu ñiều ñộ công suất kháng
(ORPD) với các chức năng là hướng tới mục ñích khác nhau ñối với hệ thống ñiện
như là ñiều ñộ kinh tế, ñiều khiển ñiện áp/công suất phản kháng và các chiến lược
ñiều khiển ñể tranh nguy cơ mất ổn ñịnh ñiện áp. Phương pháp tối ưu dựa trên chỉ
số mất ổn ñịnh ñiện áp ñược ñề cập và phát triển.
Phương pháp thuật toán ñề xuất ñể giải quyết vấn ñề ñiều ñộ công suất phản
kháng. Trong vấn ñề tối ưu, sự thay ñổi ñược ñề cập bao gồm biến ñiều khiển và
trạng thái thay ñổi. Các biến ñiều khiển bao gồm công suất tác dụng, ñiện áp ở
thanh cái máy phát ñiện, tỉ số của máy biến áp và công suất tác dụng bởi các bộ tụ
ñiện. Thay ñổi trạng thái của gồm công suất máy phát ñiện ở thanh cái, ñiện áp


5

thanh cái, công suất tác dụng của máy phát, công suất truyền tải. Hơn nữa, vấn ñề
ñiều ñộ công suất kháng cũng có quan hệ tương ñương với các phương trình và
không quan hệ với giới hạn các biến ñiều khiển và và trạng thái thay ñổi.

1.3 TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Vấn ñề nghiên cứu về tối ưu hóa hệ thống ñiện ñã ñược giải quyết bằng các kỹ
thuật khác nhau từ các phương pháp thông thường ñến các phương pháp phức tạp
như dựa vào trí tuệ nhân tạo. Một số phương pháp thông thường ñã ñược áp dụng ñể
giải quyết các vấn ñề như lập trình tuyến tính, lập trình tổ hợp số nguyên, phương
pháp ñiểm, lập trình ñộng và bậc hai. Các phương pháp dựa trên tuyến tính nối tiếp
và sử dụng gradient ñể tìm hiểu về hướng. Các phương pháp tối ưu hóa thông
thường có thể ñúng với vấn ñề tối ưu hóa hàm mục tiêu bậc hai với qui mô khác
nhau. Tuy nhiên, có thể không giải quyết bài toán cực tiểu với nhiều loại cực tiểu
cục bộ khác nhau. Gần ñây, các phương pháp này ñược khám phá ñã trở thành
thông dụng trong việc giải quyết vấn ñề ñiều ñộ công suất phản kháng nhờ các ñiểm
thuận lợi của nó như thực hiện ñơn giản và có khả năng tương ñương giải pháp tối
ưu cho các vấn ñề tối ưu hóa phức tạp hơn. Một vài phương pháp ñột phá ñược áp
dụng ñể giải quyết vấn ñề như Lập trình tiến hóa (EP), thuật toán di truyền (GA),
thuật toán tối ưu hóa bản ñịa (ACOA), tiến hóa khác nhau (DE), nghiên cứu hòa
hợp (HS)….Các phương pháp này có thể cải thiện các giải pháp tối ưu cho vấn ñề
ORPD ñược so sánh với các phương pháp thông thường nhưng có hiệu suất tương
ñối chậm.
Trong những năm gần ñây ñã có nhiều công trình nghiên cứu xác ñịnh vị trí
tối ưu tụ bù trong lưới phân phối sử dụng thuật toán mờ (gọi tắt là phương pháp
mờ). Phương pháp giải quyết bài toán xác ñịnh vị trí của tụ bù trong lưới phân phối
sử dụng phương pháp tìm kiếm thực nghiệm. Bài toán xác ñịnh vị trí tụ bù tối ưu
trong lưới phân phối sử dụng thuật toán di truyền – mờ ….



6

1.4 CẤU TRÚC LUẬN VĂN
Tên ñề tài:

“Sử dụng thuật toán PGPSO ñể giải bài toán ñiều ñộ công suất
kháng”
Chương 1. Mở ñầu
Chương 2: Tổng quan về công suất phản kháng và ñiều ñộ công suất kháng
Chương 3: Phương pháp tối ưu hóa và sử dụng thuật toán PGPSO ñể giải bài
toán ñiều ñộ công suất kháng
Chương 4: Kết quả tính toán
Chương 5: Kết luận – thảo luận.











7

Chương 2
TỔNG QUAN VỀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG
VÀ ðIỀU ðỘ CÔNG SUẤT KHÁNG
2.1. Giới thiệu tổng quan về công suất kháng
ðề cập ñến một số vấn ñề:
- Lưới phân phối
- Công suất phản kháng
- Các phụ tải ñiện
- ðiều ñộ công suất phản kháng cho phụ tải

2.1.1 Lưới phân phối
2.1.1.1 Vai trò của lưới phân phối
Lưới phân phối thực hiện nhiệm vụ phân phối ñiện cho một ñịa phương (thành
phố, quận, huyện …v v), có bán kính cung cấp ñiện nhỏ ( thường dưới 50 km).
Lưới phân phối nhận ñiện từ các trạm phân phối khu vực, gồm:
- Lưới ñiện có các cấp ñiện áp 110/35 kV; 110/22 kV; 110/10 kV; 110/6 kV.
- Lưới ñiện có các cấp ñiện áp 35/22 kV; 35/10 kV; 35/6 kV
Phương thức cung cấp ñiện của lưới phân phối thường có hai dạng: Phân phối
theo một cấp ñiện áp trung áp và phân phối theo hai cấp ñiện áp trung áp.
2.1.1.2 Phân phối theo một cấp ñiện áp trung áp



8

- Trạm nguồn có thể là trạm tăng áp của các nhà máy ñịa phương hoặc
trạm phân phối khu vực có các dạng CA/TA (110/35-22-10-6 kV)
- Trạm phân phối nhận ñiện từ trạm nguồn qua lưới trung áp, sau ñó ñiện
năng ñược phân phối tới các hộ phụ tải qua mạng ñiện hạ áp, có dạng TA/HA (35-
22-10-6/0.4 kV).

Hình 2. 1. Phân phối theo một cấp ñiện áp trung áp
2.1.1.3 Phân phối theo hai cấp ñiện áp trung áp

Hình 2. 2 Phân phối theo hai cấp ñiện áp trung áp
- Trạm nguồn là trạm tăng áp của các nhà máy ñiện ñịa phương hoặc trạm
phân phối khu vực, thường có các dạng CA/TA (110/35 kV) hoặc TA
1
/TA
2

(35/22-10-6 kV).
- Trạm phân phối trung gian có dạng TA
1
/TA
2
(35/22-10-6 kV).
Mạng phân phối 1 và phân phối 2
Trạm
nguồn
Trạm phân
phối hạ áp
Hộ phụ tải
Mạng phân phối
1

Trạm phân
phối trung
gian
Mạng phân phối 2
Mạng hạ áp
Mạng trung áp
(Trạm nguồn)
Trạm phân
phối
Mạng hạ áp
(Hộ phụ tải)
Mạng trung áp
Mạng hạ áp

9

- Trạm phân phối hạ áp có dạng TA/HA (22-10-6/0.4 kV).
Kết cấu lưới phân phối có ảnh hưởng rất lớn tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật
của toàn hệ thống ñiện như:
- ðộ tin cậy cung cấp ñiện
- ðộ dao ñộng ñiện áp tại các hộ phụ tải
- Tổn thất ñiện năng: ở lưới phân phối thường có tổn thất ñiện năng gấp 3
tới 4 lần ở lưới truyền tải
- Chi phí ñầu tư xây dựng: chi phí ñầu tư xây dựng ở lưới phân phối thường
từ 1.5 tới 2.5 lần so với lưới truyền tải
- Xác suất ngừng cung cấp ñiện: Xác suất ngừng cung cấp ñiện ở lưới phan
phối thường lớn hơn nhiều lần ở lưới truyền tải do kết cấu lưới phân phối rất phức
tạp.
2.1.1.4 ðặc ñiểm chung của lưới phân phối
Lưới phân phối có một số ñặc ñiểm chung như sau:
- Phụ tải của lưới phân phối ña dạng và phức tạp.
- Lưới phân phối thường có dạng hinh tia. Chế ñộ vận hành bình thường
của lưới phân phối là vận hành hở.
- ðể tăng cường ñộ tin cậy cung cấp ñiện người ta có thể sử dụng cấu trúc
mạch vòng nhưng thường vận hành ở chế ñộ hở. Trong mạch vòng các ñường dây
thường ñược liên kết với nhau bằng dao cách ly, hoặc máy cắt ñiện. Các thiết bị này
vận hành ở vị trí mở. Khi cần sửa chữa hoặc sự cố thì việc cung cấp ñiện không bị
gián ñoạn lâu dài nhờ việc chuyển ñổi phương thức cung cấp ñiện.


10
- So với mạng hình tia, mạng mạch vòng có chất lượng ñiện tốt hơn. Tuy
nhiên mạch vòng lại tồn tại nhiều vấn ñề phức tạp về bảo vệ rơle và hiệu quả khai

thác mạch vòng kín so với mạch hình tia thấp hơn với cùng lượng vốn ñầu tư.
- Trong những năm gần ñây, do sự phát triển nhanh chóng các thiết bị có
công nghệ cao và các thiết bị tự ñộng, việc giảm bán kính cung cấp ñiện – tăng tiết
diện dẫn và bù công suất phản kháng nên chất lượng ñiện năng trong mạng hình tia
ñã ñược cải thiện ñáng kể. Kết quả của các công trình nghiên cứu và thống kê từ
thực tế vận hành cho thấy rằng hiện nay lưới phân phối hình tia vẫn còn ñược sử
dụng phổ biến.
2.1.1.5 ðặc ñiểm của lưới phân phối Việt Nam hiện nay
Do lịch sử phát triển, lưới phân phối Việt Nam hiện nay còn tồn tại rất
nhiều cấp ñiện áp phân phối như 35, 22, 10, 6 kV làm cho kết cấu lưới rất phức tạp.
Phương thức cấp ñiện hỗn hợp cả hai mô hình một cấp ñiện áp và hai cấp ñiện áp
trung áp cũng góp phần tăng thêm ñộ phức tạp của lưới phân phối. Ngoài ra quy
hoạch và phát triển lưới ñiện chưa có ñược mô hình tổng thể và sự thống nhất. Do
vậy chất lượng cung cấp ñiện còn thấp: ðộ sụt áp và các loại tổn thất lớn, sự cố xảy
ra nhiều.
Các thiết bị ñiện, phụ tải ñiện vận hành trên lưới chưa ñược quy ñịnh chặt
chẽ về các chỉ tiêu kỹ thuật ( các thông số kỹ thuật, hiệu suất, hệ số công suất, chế
ñộ làm việc, sóng hài, các chương trình quản lý, …v v ) ñể ñảm bảo chất lượng
lưới.
Các ñường dây thường có khoảng cách lớn, mang tải lớn vượt quá khả năng
tải của cấp ñiện áp ñang sử dụng.
Những ñặc ñiểm nêu trên dẫn tới chất lượng cung cấp ñiện chưa cao, chất
lượng ñiện năng không ñảm bảo: ðộ sụt áp lớn, sóng hài cao, tổn thất lớn, sự cố xảy
ra nhiều.


11
Vì vậy việc nghiên cứu tổng thể về lưới phân phối hiện nay là rất cần thiết,
trong ñó nghiên cứu việc bù công suất phản kháng ñể giảm tổn thất công suất, giảm
tổn thất ñiện năng, cải thiện ñiện áp, hệ số công suất, hạn chế các dao ñộng ñiện áp

lớn và các nhiễu loạn trên lưới ñiện nhằm cải thiện chất lượng cung cấp ñiện và
tăng hiệu quả kinh tế, từ ñó ñưa ra những quy hoạch phát triển chi tiết, tổng thể ñể
ñảm bảo và ñáp ứng tốt tốc ñộ tăng trưởng kinh tế là công việc ñang ñược ngành
ñiện quan tâm.
2.1.2 Công suất phản kháng
2.1.2.1 Công suất phản kháng của ñiện cảm
Trong mạch ñiện có tải là ñiện trở và ñiện cảm (Hình 2.3) ñược cung cấp bởi
ñiện áp
u = U
m
sinωt
, dòng ñiện
i
chậm pha sau so với ñiện áp
u
góc
ϕ

i
=
I
m
.sin(ωt-ϕ)
(2.1)
i
=
I
m
(sinωt.cosϕ - sinϕ.cosωt)
(2.2)

i
=
i
a
+ i
r

(2.3)


Hình 2. 3 Mạch ñiện với tải có tính ñiện cảm
Trong ñó:
i
a
= I
m
cosϕ.sinωt
(2.4)
i
r
= - I
m
.sinϕ.cosωt = I
m
.sinϕ.sin(ωt - π/2)
(2.5)
Có thể coi dòng ñiện i là tổng của hai thành phần:

R

u

L

i




12
+
i
a
có biên ñộ
I
m
cosϕ
cùng pha với ñiện áp
u
, ñược hiểu là thành phần tác
dụng của dòng ñiện.
+
i
r
có biên ñộ
I
m
sinϕ
chậm pha với ñiện áp
u

góc π/2, ñược hiểu là thành
phần phản kháng của dòng ñiện.
Công suất tương ứng với thành phần
i
a
:
P = UIcosϕ
gọi là công suất tác dụng, ñặc trưng cho cường ñộ của quá trình
tiêu tán năng lượng.
Công suất tương ứng với thành phần
i
r
:
ϕ
sin
.
.
I
U
Q
=
, (với
0
>
ϕ
nên
0
>
Q
) gọi là công suất phản kháng của ñiện

cảm, ñặc trưng cho cường ñộ của quá trình dao ñộng năng lượng giữa nguồn với từ
trường của ñiện cảm.
Biểu diễn quan hệ
P
và
Q
L
như hình 2.4




Hình 2. 4 Quan hệ giữa P và Q ở mạch tải có tính ñiện cảm
2.1.2.2 Công suất phản kháng của ñiện dung
Trong mạch ñiện có tải là ñiện trở và ñiện dung (
Hình 2.5
) ñược cung cấp
bởi ñiện áp
u = U
m
sinωt
, dòng ñiện
i
vượt trước so với ñiện áp
u
góc ϕ
i = I
m
.sin(ωt+ϕ)
(2.6)

0
>
ϕ
U
r

I
r


I
U
S
.
=


ϕ
cos
.
.
I
U
P
=


ϕ
sin

IUQ
L
=



13
i = I
m
(sinωt.cosϕ + sinϕ.cosωt)
(2.7)
i = ia + ir
(2.8)


Hình 2. 5. Mạch ñiện với tải có tính ñiện dung
Trong ñó:
i
a
= I
m
.cosϕ.sinωt
(2.9)
i
r
= I
m
.sinϕ.cosωt = I
m
sinϕ.sin(ωt + π/2)

(2.10)
Có thể coi dòng ñiện i là tổng của hai thành phần:
+
i
a
có biên ñộ
I
m
.cosϕ
cùng pha với ñiện áp
u
, ñược hiểu là thành phần tác
dụng của dòng ñiện.
+
i
r

có biên ñộ
I
m
.sinϕ
vượt trước so với ñiện áp
u
góc
π/2
, ñược hiểu là
thành phần phản kháng của dòng ñiện.
Công suất tương ứng với thành phần
i
a

:
P = U.I.cosϕ
gọi là công suất tác dụng, ñặc trưng cho cường ñộ của quá
trình tiêu tán năng lượng.



Hình 2. 6 Quan hệ giữa P và Q ở mạch tải có tính ñiện dung

R

u

C

i



0
<
ϕ

U
r

I
r

I
U
S
.
=


ϕ
cos
.
.
I
U
P
=


ϕ
sin.I.UQ
C
=