Ứng dụng mạng nơron và logic mờ vào nhận dạng đánh giá trong hệ thống điện

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------------

TRẦN HỒNG LĨNH

ỨNG DỤNG
MẠNG NƠRON VÀ LOGIC MỜ
VÀO NHẬN DẠNG ĐÁNH GIÁ
TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Thành phố Hồ Chí Minh – 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------------

TRẦN HOÀNG LĨNH

ỨNG DỤNG
MẠNG NƠRON VÀ LOGIC MỜ
VÀO NHẬN DẠNG ĐÁNH GIÁ
HỆ THỐNG NĂNG LƯNG
Chuyên ngành mạng và hệ thống điện
Mã số : 2.06.07
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1 - GS.TSKH NGUYỄN THÚC LOAN
2 - PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ

Thành phố Hồ Chí Minh – 2008


2

LỜI CẢM ƠN
Xin chân thành cảm ơn cố GS.TSKH NGUYỄN THÚC LOAN, xin
chân thành cảm ơn PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ đã tận tình hướng dẫn
em hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn các thầy trong bộ môn HỆ THỐNG ĐIỆN, các thầy cô
trong KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ và PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC đã
có những động viên đóng góp rất quý báu và tạo điều kiện giúp tôi hoàn
thành luận văn.Xin cảm ơn gia đình và bè bạn đã luôn quan tâm động viên
giúp đỡ tôi trong suốt thời gian làm luận văn này.
TP HCM, tháng 2 năm 2008
Tác giả luận án
TRẦN HOÀNG LĨNH


3

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nghiên cứu và trình bày trong luận văn này
là của tôi, những nghiên cứu này chưa từng có ai công bố trước đây.Các số
liệu và kết quả nêu ra trong luận văn là trung thực.

Tác giả luận án

4
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... 2
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... 3
MỤC LỤC

................................................................................................. 4

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU........................................................... 11
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................ 12
SƠ LƯC VỀ NỘI DUNG LUẬN ÁN....................................................... 17
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA MẠNG
NƠRON VÀ LOGIC MỜ TRONG HỆ THỐNG NĂNG
LƯNG. ................................................................................ 20
1.1. Mở đầu......................................................................................... 20
1.2. Sơ lược về mạng nơron ................................................................ 23
1.3. Sơ lược về kỹ thuật logic mờ ....................................................... 34
1.4. Những ứng dụng của mạng nơron và logic mờ trong hệ thống
điện ......................................................................................................
..................................................................................................... 38
1.5. Thống kê những ứng dụng mạng nơron và logic mờ trong trong hệ
thống điện ........................................................................................ 40
1.5.1. Dự báo phụ tải ........................................................................ 40
1.5.2. Cảnh báo, chẩn đoán sự cố .................................................. 41
1.5.3. Bảo vệ rơle ............................................................................ 43
1.5.4. Điều khiển ............................................................................. 44
1.5.5. Điều khiển ổn đònh ............................................................... 45
1.5.6. Ổn đònh quá độ ...................................................................... 45

5
1.5.7. Nhận dạng và biểu diễn ....................................................... 46
1.5.8. Mô phỏng .............................................................................. 46
1.5.9. Phân bố công suất ................................................................. 47
1.5.10. Tối ưu ..................................................................................... 47
1.5.11. An toàn động ......................................................................... 49
1.5.12. Sẵn sàng phục vụ .................................................................. 50
1.6. Các kỹ thuật mạng nơron được áp dụng vào hệ thống điện: ....... 50
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH MẠNG NƠ RON SONG TUYẾN VÀ GIẢI
THUẬT HUẤN LUYỆN MẠNG NƠ RON .......................... 55
2.1. Mở đầu......................................................................................... 55
2.2. Khảo sát mạng nơron với mô hình song tuyến ........................... 55
2.3. Khảo sát gia số huấn luyện mạng nơron và một giải thuật mới
cho việc huấn luyện mạng [246] ..................................................... 61
2.3.1. Tóm lược về hướng nghiên cứu gia số huấn luyện mạng
nơron: ................................................................................................ 61
2.3.2. Khảo sát việc chọn hệ số học ban đầu η0: ............................ 62
2.3.3. Giải quyết vấn đề ................................................................. 64
2.3.4. Các kết quả nghiên cứu về hệ số huấn luyện mạng nơron 66
2.3.4.1. Khảo sát các giá trò η0 khác nhau trên mạng Widrow: ...... 67
2.3.4.2. Khảo sát với các giá trị η0 khác nhau trên mạng nơron áp
dụng thuật toán học cải tiến .............................................................. 68
2.3.4.3. So sánh quá trình học theo các thuật toán khác nhau: ....... 70
2.3.4.4. Khảo sát đặc tính của hệ số học η: ....................................... 72
2.4. Kết luận ........................................................................................ 72


6
CHƯƠNG 3: HỆ MỜ THÍCH NGHI TRONG BÀI TOÁN DỰ BÁO PHỤ
TẢI ĐIỆN .............................................................................. 74

3.1. Mở đầu......................................................................................... 74
3.2. Xây dựng giải thuật huấn luyện hệ mờ thích nghi...................... 74
3.2.1. Xây dựng phương pháp xác đònh trọng số wk ...................... 76
3.2.2. Kỹ thuật huấn luyện hàm liên thuộc trong hệ logic mờ..... 78
3.3. Giải thuật tổng qt khi ứng dụng vào bài tốn dự báo phụ tải ..... 80
3.4. Kết luận ........................................................................................ 81
CHƯƠNG 4: MẠNG NƠ RON VỚI CẤU TRÚC HỌC THÍCH NGHI
TRONG BÀI TOÁN DỰ BÁO PHỤ TẢI ĐIỆN .................. 82
4.1. Mở đầu: ....................................................................................... 83
4.2. Khảo sát sự tham gia của thành phần nhiệt độ môi trường vào bài
toán dự báo phụ tải áp dụng mạng nơron adaline. ......................... 86
4.3. Mạng nơron mờ với cấu trúc học thích nghi mờ ......................... 88
4.4. Phân tích đồ thò phụ tải hệ thống điện miền nam: ...................... 92
4.5. Xây dựng tập dữ liệu đầu vào: .................................................... 96
4.6.Các kết quả nghiên cứu và nhận xét.................................................. 98
CHƯƠNG 5: MẠNG NƠRON TỒN PHƯƠNG SONG TUYẾN VÀ ỨNG
DỤNG TRONG BÀI TỐN DỰ BÁO PHỤ TẢI ................ 104
5.1. Mở đầu....................................................................................... 104
5.2.Mơ hình tồn phương song tuyến mơ tả hệ thống ........................... 104
5.3.Nhận dạng hệ thống dùng mạng nơron ........................................... 107
5.4.Ứng dụng mạng nơron song tuyến trong bài tốn dự báo phụ tải .... 108
5.4.1. Dự báo trong 45 ngày: ......................................................... 117


7
5.4.2. Dự báo trong 35 ngày tiếp theo: .......................................... 117
5.5.Xây dựng cấu trúc mạng cụ thể và kết quả khảo sát........................ 125
5.6.Nhận xét và đánh giá ...................................................................... 129
CHƯƠNG 6. DỰ BÁO PHỤ TẢI NGẮN HẠN CHO HỆ THỐNG ĐIỆN
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ............................................. 130

6.1. Mở đầu....................................................................................... 130
6.2.Phân tích bài tốn dự báo phụ tải .................................................... 130
6.3.Nhận xét và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng trong bài tốn dự báo phụ
tải ................................................................................................... 133
6.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thứ tự ngày đến bài tốn dự
báo phụ tải ......................................................................................... 134
6.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của yếu tố thời tiết đến bài tốn dự báo
phụ tải .............................................................................................. 140
6.3.3. Xây dựng tập dữ liệu huấn luyện mạng nơron dự báo phụ tải ..
.............................................................................................. 142
6.4.Kết quả khảo sát ............................................................................. 144
6.4.1. Khảo sát ảnh hưởng của thành phần nhiệt độ ...................... 144
6.4.2. Ảnh hưởng của thành phần song tuyến nhiệt độ đến kết quả
dự báo .............................................................................................. 146
6.4.3. Ảnh hưởng của thành phần độ ẩm đến kết quả dự báo........ 149
6.5.Khảo sát với mạng hiệu chỉnh có cấu trúc đơn tuyến và cấu trúc song
tuyến .............................................................................................. 151
6.6.Nhận xét kết quả............................................................................. 156
CHƯƠNG 7. KẾT LUẬN ......................................................................... 157
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .............. 160
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................... 162


8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1. 1: Cấu trúc của một nơron ................................................................ 24
U

U

Hình 1. 2: Mô hình mạng nơron tuyến tính thích nghi ................................. 28
U

U

Hình 1. 3: Sơ đồ mạng nơron với các thành phần trễ đầu vào .................... 29
U

U

Hình 1. 4: mạng nơron hồi quy ...................................................................... 29
U

U

Hình 1. 5: Mô hình hình học biểu diễn khoảng cách Ơclid ......................... 31
U

U

Hình 1. 6: Cấu trúc một hệ mờ ...................................................................... 36
U

U

Hình 1. 7: Dạng hàm liên thuộc tuyến tính của biến x, (a) hàm liên thuộc
U

dạng hình thang, (b) hàm liên thuộc dạng tam giác. ................. 36

U

Hình 2. 1: sơ đồ mạng nơron song tuyến ...................................................... 58
U

U

Hình 2. 2: Sơ đồ khối tính toán trọng số hiệu chỉnh W ................................ 60
U

U

Hình 2. 3: Đặc tính sai số bình phương E theo hệ số học η0 ...................... 63
U

U

Hình 2. 4: Đặc tính E (N) cực tiểu với các giá trị η0 cố định khác nhau khi sử
U

dụng thuật tốn Widrow-Hoff cổ điển.......................................... 68
U

Hình 2. 5: Đặc tính E (N) cực tiểu với các giá trị η0 cố định khác nhau khi sử
U

dụng thuật tốn (2.12) ................................................................... 69
U

Hình 2. 6: Đặc tính E(N) cực tiểu với các thuật toán huấn luyện khác nhau.

U

U

....................................................................................................... 71
Hình 2. 7: Đặc tính η (N) ............................................................................... 72
U

U

Hình 3. 1: cấu trúc hệ mờ thích nghi ............................................................. 77
U

U

Hình 3. 2: Dạng hàm liên thuộc ban đầu ...................................................... 79
U

U

Hình 3. 3: Dạng hàm liên thuộc sau khi hiệu chỉnh ..................................... 79
U

U


9
Hình 3. 4: Các khoảng thời gian lấy dữ liệu................................................. 80
U

U

Hình 4. 1: Mô hình mạng nơron mờ .............................................................. 91
U

U

Hình 4. 2: đồ thò phụ tải trung bình của hệ thống điện miền Nam ............. 93
U

U

Hình 4. 3: Đồ thò phụ tải ngày trong năm 2000 ............................................ 94
U

U

Hình 4. 4: Đồ thò phụ tải ngày trong năm 2001 ............................................ 95
U

U

Hình 4. 5: Đồ thò phụ tải trung bình ngày trong các năm 1998, 1999, 2000
U

....................................................................................................... 95
Hình 4. 6: kết quả dự báo bằng mạng nơron mờ ........................................ 100
U

U

Hình 4. 7: kết quả dự báo bằng mạng nơron mờ ........................................ 100
U

U

Hình 4. 8: kết quả dự báo bằng mạng nơron mờ ........................................ 101
U

U

Hình 4. 9: kết quả dự báo bằng mạng nơron mờ ........................................ 101
U

U

Hình 4. 10: kết quả dự báo bằng mạng nơron mờ...................................... 102
U

U

Hình 4. 11: kết quả dự báo phụ tải sử dụng mạng nơron song tuyến ....... 103
U

U

Hình 4. 12: kết quả dự báo phụ tải sử dụng mạng nơron mờ ................... 103
U

U

Hình 5. 1: Mơ tả chuỗi dữ liệu tuần tự theo thời gian................................... 109
U

U

Hình 5. 2: Sơ đồ cấu trúc một mạng nơron đơn tuyến dự báo phụ tải.......... 113
U

U

Hình 5. 3: Mơ hình dự báo có hiệu chỉnh dựa trên sai số ............................. 115
U

U

Hình 5. 4: Kết quả dự báo ............................................................................. 120
U

U

Hình 5. 5: Ngày dự báo có sai số cực tiểu .................................................... 120
U

U

Hình 5. 6: Ngày dự báo có sai số cực đại...................................................... 121
U

U

Hình 5. 7: Mơ hình mạng nơron hiệu chỉnh dựa trên sai số ......................... 122
U

U

Hình 5.8: Cấu trúc mạng n ơron trong các khảo sát dự báo phụ tải ngày hệ
U

thống điện thành phố Hồ Chí Minh ............................................ 128
U

Hình 6. 1: Đồ thị biểu diễn điện năng tiêu thụ hàng ngày từ 1/5/2005 đến
U

28/9/2005 .................................................................................... 134
U

U


10
Hình 6. 2: Đồ thị phụ tải ngày thứ hai (20/6/2005) và thứ ba (21/6/2005)... 136
U

U

Hình 6. 3: Đồ thị phụ tải ngày thứ hai (25/7/2005) và thứ ba (26/7/2005)... 136
U

U

Hình 6. 4: Đồ thị phụ tải ngày thứ hai (22/8/2005) và thứ ba (23/8/2005)... 137
U

U

Hình 6. 5: Đồ thị phụ tải ngày thứ hai (10/10/2005) và thứ ba (10/10/2005)
U

U

..................................................................................................... 137
Hình 6. 6: Đồ thị phụ tải ngày thứ năm (16/6/2005) và thứ sáu (17/6/2005)138
U

U

Hình 6. 7: Đồ thị phụ tải ngày thứ năm (7/7/2005) và thứ 6 (8/7/2005) ...... 138
U

U

Hình 6. 8: Đồ thị phụ tải ngày thứ năm (12/8/2005) và thứ sáu (13/8/2005)139
U

U

Hình 6. 9: Đồ thị phụ tải ngày thứ năm (7/9/2005) và thứ sáu (8/9/2005) ... 139
U

U

Hình 6. 10.a,b,c: Đồ thị biểu diễn điện năng tổng tiêu thụ, nhiệt độ và độ ẩm
U

trung bình hàng ngày khu vực thành phố Hồ Chí Minh từ 5/2/2006
đến 30/5/2006 ............................................................................. 141
U


11

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
Bảng 4. 1: Sai số giữa số liệu dự báo áp dụng mạng nơron mờ và các thông
U

số thực........................................................................................... 99
U

Bảng 5. 1: Kết quả sai số dự báo theo các phương pháp khác nhau ............. 119
U

U

Bảng 5. 2: Sai số dự báo tính theo phần trăm ............................................... 121
U

U

Bảng 5. 3: Cấu trúc mạng nơron đơn tuyến .................................................. 122
U

U

Bảng 5. 4: Kết quả sai số dự báo (%)............................................................ 123
U

U

Bảng 5. 5: Các cấu trúc mạng nơron song tuyến trong tính tốn hiệu chỉnh sai
U

số và các kết quả sai số tuyệt đối trung bình .............................. 124
U

Bảng 6. 1: Tổng bình phương sai ốs dự báo tính theo % trong ngày từ
U

14/2/2006 đến 13/3/2006 ............................................................ 146
U

Bảng 6. 2: Tổng bình phương sai ốs dự báo tính theo % trong ngày từ
U

14/3/2006 đến 10/5/2006 ............................................................ 148
U

Bảng 6. 3: Tổng bình phương sai ốs dự báo tính theo % trong ngày từ
U

14/3/2006 đến 10/5/2006, khảo sát ảnh hưởng của thành phần độ
ẩm................................................................................................ 150
U

Bảng 6. 4: Tổng bình phương sai ốs dự báo tính theo % trong ngày từ
U

14/2/2006 đến 10/5/2006, khảo sát theo hai cấu trúc mạng hiệu
chỉnh............................................................................................ 152
U

Bảng 6. 5: Sai số % dự báo tính theo mạng nơron chưa hiệu chỉnh trong 10
U

ngày làm việc từ ngày 28/3/2006 đến 10/4/2006 ....................... 154
U

Bảng 6. 6: Sai số % dự báo đã qua mạng nơron có hiệu chỉnh tính trong 10
U

ngày làm việc từ ngày 28/3/2006 đến 10/4/2006 ....................... 155
U


12

LỜI NÓI ĐẦU
• ĐỊNH HƯỚNG ĐỀ TÀI:
Trong vòng hai thập niên trở lại đây rất nhiều công trình nghiên cứu

đã ứng dụng mạng nơron và logic mờ để giải các bài tốn trong hệ thống
điện, những công trình này đã được công bố trong nhiều tạp chí khoa học
trên thế giới.Mạng nơron và logic mờ là hai phương pháp tính hiện đại thích
hợp cho việc lập trình trên máy tính do tính đơn giản của chương trình, các
phương pháp tính này chứng tỏ được tính ưu việt khi giải quyết các bài toán
phức tạp của hệ thống điện.Qua các công trình nghiên cứu cho thấy hầu hết
các vấn đề trong hệ thống điện đều có thể ứng dụng mạng nơron hoặc logic
mờ, hoặc kết hợp với các phương pháp tính toán khác để tăng hiệu quả tính
toán và xử lý.Mặt khác mạng nơron và logic mờ rất thích hợp để giải các
bài toán có tính chất phi tuyến.Vì những đặc điểm trên, mạng nơron và
logic mờ là những phương pháp tính mang tính thời sự trong việc giải các
bài toán trong hệ thống điện.
Một đặc điểm của mạng nơron và logic mờ là khả năng thay đổi linh
hoạt nhiều cấu trúc khác nhau nên dễ dàng áp dụng vào các bài toán cụ
thể.Bản thân các thuật toán mạng nơron và logic mờ mang tính cấu trúc nên
việc lập trình tính toán đơn giản.Mạng nơron và logic mờ rất dễ dàng điều
chỉnh thay đổi cấu trúc và cấu trúc có thể thay đổi ngay trong lúc chạy
chương trình. Việc tổng hợp các nghiên cứu về mạng nơron và logic mờ ứng


13
dụng trong hệ thống điện sẽ cho một bức tranh tổng quát về các xu hướng
nghiên cứu ứng dụng trong các lónh vực của hệ thống điện hiện đại.
Luận án này tập trung vào nghiên cứu cải tiến cấu trúc các mạng
nơron và logic mờ nhằm xây dựng những giải thuật tính tốn có những tính
chất ưu việt hơn các thuật tốn trước đây để áp dụng vào hệ thống điện cũng
như các ngành khoa học khác.Do tính chất đặc thù của hệ thống điện, nhiều
thông số điều khiển trong hệ thống điện cần phải dự báo.Việc vận hành hệ
thống điện có tốt hay không cũng phụ thuộc vào nhiều vào những thông số
dự báo này, vì vậy các nghiên cứu lý thuyết ở đây được áp dụng để kiểm

chứng cụ thể là bài tốn đánh giá và dự báo phụ tải cho hệ thống điện Miền
nam và hệ thống điện thành phố Hồ Chí Minh.
• MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI:
Đề tài thực hiện nhằm những mục đích sau:
1. Đưa ra cái nhìn tổng quan về những ứng dụng của mạng nơron
và logic mờ trong hệ thống điện.Trong luận án này trình bày tổng quan về
những nghiên cứu áp dụng mạng nơron và logic mờ của các nhà khoa học
trên thế giới trong lónh vực hệ thống điện, các cấu trúc mạng nơron và
logic mờ áp dụng vào các bài toán.
2. Đưa ra những đề xuất mới về mô hình mạng nơron và cấu trúc
hệ logic mờ theo hướng cải tiến cấu trúc của mạng nơron và hệ logic mờ.
3. Dùng bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn trong hệ thống điện để
chứng minh cho những đề xuất nói trên.


14
• ĐỐI TƯNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU:
Đối tượng nghiên cứu trong luận án là xem xét các cấu trúc và thuật
toán áp dụng trong mạng nơron và hệ logic mờ nhằm cải tiến các cấu trúc
này, để ứng dụng vào bài toán đánh giá và dự báo phụ tải ngắn hạn trong hệ
thống điện.Để chứng minh tính ưu việt cho các cấu trúc mới xây dựng, các
cấu trúc này được áp dụng vào giải các bài tốn thực tế cụ thể là bài tốn dự
báo phụ tải cho hệ thống điện Miền nam và hệ thống điện thành phố Hồ Chí
Minh.
Phạm vi nghiên cứu trong công trình này:
Về lý thuyết: Nghiên cứu các cấu trúc và thuật tốn liên quan đến mạng
nơron song tuyến, mạng nơron tồn phương, nghiên cứu về hệ số học tập của
mạng nơron và những cải tiến hệ số học nhằm cải thiện q trình huấn luyện
mạng nơron, nghiên cứu về mạng nơron mờ thích nghi.
Về ứng dụng thực tế: Nghiên cứu được áp dụng vào bài tốn đánh giá

và dự báo phụ tải ngắn hạn trong hệ thống điện, các số liệu thực tế sử dụng
trong nghiên cứu này được lấy từ nguồn số liệu lưu trữ của hệ thống điện
Miền nam, hệ thống điện thành phố Hồ Chí Minh và các thơng số liên quan
đến khu vực thành phố Hồ Chí Minh.
- Dựa trên những công trình được công bố từ trước đến nay, phân tích
những vấn đề liên quan đến việc áp dụng mạng nơron và logic mờ
trong hệ thống điện.


15
- Đề xuất cấu trúc mới về mạng nơron song tuyến, mô hình mạng
nơron song tuyến xây dựng trên cơ sở mạng nơron hồi quy, mô hình
này được triển khai phát triển từ các nghiên cứu [1], [2].
- Đề xuất hệ logic mờ thích nghi.
- Nghiên cứu xây dựng giải thuật mới cho việc huấn luyện mạng nơron
theo hướng thích nghi, thực hiện những khảo sát quá trình huấn
luyện mạng nơron theo các giải thuật huấn luyện khác nhau để so
sánh.
- Áp dụng mạng nơron mờ RBF trong bài toán dự báo phụ tải.
- Nghiên cứu xây dựng cấu trúc mới về mạng nơron tồn phương.
- Đề xuất thuật tốn hiệu chỉnh trong bài tốn dự báo ứng dụng mạng
nơron
- Dùng những phương pháp đã đề xuất để giải bài toán dự báo phụ
tải ngắn hạn trong hệ thống điện.


16
• Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA LUẬN ÁN:
Công trình nghiên cứu này đưa ra những cấu trúc mới về mạng nơron
và logic mờ, đây là những đề xuất hồn tồn mới chưa được ai nghiên cứu

trước đây:
1. Mạng nơron song tuyến
2. Cải tiến thuật toán thích nghi huấn luyện mạng nơron
3. Hệ logic mờ có tính chất thích nghi
4. Mạng nơron tồn phương
5. Giải bài tốn dự báo phụ tải sử dụng mạng nơron tồn phương có hiệu
chỉnh
• Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN:
Những nghiên cứu lý thuyết được ứng dụng vào giải bài toán đánh giá
và dự báo phụ tải ngắn hạn trong hệ thống điện Miền nam và hệ thống điện
thành phố Hồ Chí Minh.Qua các khảo sát đối chiếu với các số liệu thực tế đã
cho thấy các kết quả dự báo đạt độ chính xác cao, thời gian tính tốn nhanh và
bài tốn ln hội tụ.


17
SƠ LƯC VỀ NỘI DUNG LUẬN ÁN
Luận án gồm 7 chương:
Chương 1: Tổng quan về những ứng dụng của mạng nơron và
logic mờ trong hệ thống điện
Trong chương này trình bày tổng quan về những nội dung:
• Những đặc điểm của hệ thống điện và những tính chất của các bài
toán trong trong hệ thống điện, đặc điểm của mạng nơron và logic
mờ dùng trong tính toán, sơ lược về những ứng dụng mạng nơron và
logic mờ trong hệ thống điện.
• Sơ lược về mạng nơron và logic mờ, ở đây nêu ra những đặc điểm cơ
bản nhất về mạng nơron và logic mờ.
• Nghiên cứu tổng hợp về những công trình từ trước đến nay đã áp
dụng mạng nơron và logic mờ trong hệ thống điện.Trong phần này
các nội dung được trình bày theo từng lónh vực, mỗi lónh vực bao

gồm tất cả các ứng dụng mạng nơron và logic mờ cho lónh vực
đó.Phần các ứng dụng liên quan đến mạng nơron thường được giới
thiệu trước, sau đó đến các ứng dụng về logic mờ và cuối cùng là
các ứng dụng kết hợp sử dụng mạng nơron và logic mờ, hoặc kết hợp
giữa mạng nơron, logic mờ và các kỹ thuật tính toán khác.
Chương 2: Mô hình mạng nơron song tuyến và giải thuật huấn
luyện mạng nơron.
Trong chương này trình bày tập trung trình bày hai đề xuất mới:


18
1. Mạng nơron song tuyến, đây là mô hình mạng nơron có cấu
trúc mới, cấu trúc song tuyến của mạng nơron là sự cải tiến cấu
trúc của mạng nơron ngun thủy tạo nên các mối quan hệ giữa
đầu vào và đầu ra.
2. Giải thuật huấn luyện mạng nơron mới làm rút ngắn thời gian
huấn luyện mạng và những nghiên cứu liên quan đến việc huấn
luyện mạng nơron.
Chương 3: Hệ mờ thích nghi trong bài toán dự báo phụ tải điện
ngắn hạn.
Trong chương này đưa ra giải thuật hệ logic mờ có tính chất thích
nghi.Trình bày các vấn đề liên quan đến phương pháp xác đònh các hệ số
trọng lượng và các hàm liên thuộc trong một hệ thống mô phỏng cho dự
báo phụ tải điện sử dụng hệ mờ thích nghi, các hệ số trọng lượng trong hệ
thống được hiệu chỉnh theo phương pháp xác đònh biến trạng thái còn các
hàm liên thuộc được hiệu chỉnh theo các phương pháp đánh giá. Điểm mới
của nghiên cứu trình bày trong chương này là giải thuật thích nghi áp dụng
trong hệ mơ.ø
Chương 4: Mạng nơron mờ với cấu trúc học thích nghi mờ trong
bài toán dự báo phụ tải điện ngắn hạn.

Trong chương tập trung vào nghiên cứu cấu trúc mạng nơron mờ trên
cơ sở mạng RBF, Mạng nơron mờ với cấu trúc học thích nghi mờ, khảo sát
sự tham gia của thành phần nhiệt độ môi trường vào bài toán dự báo phụ


19
tải áp dụng mạng nơron adaline.Một phần của chương này trình bày những
phân tích đồ thò phụ tải hệ thống điện Miền nam từ đó làm căn cứ xây dựng
tập dữ liệu đầu vào cho bài tốn huấn luyện mạng nơron mờ dự báo phụ tải.
Chương 5: Mạng nơron tồn phương song tuyến và ứng dụng
trong bài tốn dự báo phụ tải ngắn hạn.
Trong chương này tập trung vào trình bày đề xuất mới về mạng nơron
tồn phương và những khảo sát tính ưu việt của mạng nơron này, khảo sát
được thực hiện ứng dụng với số liệu thực tế hệ thống điện thành phố Hồ Chí
Minh.Trong chương này cũng đưa ra nghiên cứu cải tiến bài tốn dự báo phụ
tải trên cơ sở áp dụng q trình hiệu chỉnh bằng mạng nơron tồn phương nhằn
lảm tăng độ chính xác của kết quả dự báo.
Chương 6: Dự báo phụ tải ngắn hạn cho hệ thống điện thành phố
Hồ Chí Minh
Chương này đưa ra những phân tích đặc thù về phụ tải của hệ thống
điện thành phố Hồ Chí Minh, khảo sát các yếu tố tác động đến việc tiêu thụ
phụ tải khu vực thành phố kết hợp nghiên cứu các cấu trúc mạng nơron khác
nhau để từ đó xây dựng được cấu trúc phù hợp nhất cho bài tốn dự báo phụ
tải ngắn hạn.
Chương 7: Kết luận:
Chương này trình bày những điểm mới của luận án và các đề xuất
cho hướng nghiên cứu tiếp theo.


20

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA
MẠNG NƠRON VÀ LOGIC MỜ TRONG HỆ
THỐNG NĂNG LƯNG.
1.1.Mở đầu
Điện là nguồn năng lượng không thể thiếu trong xã hội con người.Xã
hội ngày càng phát triển càng phải cần nhiều năng lượng nhất là năng
lượng điện,vì vậy hệ thống điện cũng ngày một phát triển và mở
rộng.Hiện nay trên thế giới có nhiều hệ thống điện có quy mô rất lớn và
phát triển rất nhanh chóng.Để đáp ứng nhu cầu phát triển của xã hội thì
tốc phát triển của hệ thống điện thường phải lớn hơn tốc độ phát triển kinh
tế chung của tồn xã hội.Theo quy luật đó, hệ thống điện Việt nam cũng
phát triển rất nhanh với tốc độ phát triển bình quân lên đến trên 15% mỗi
năm.Với sự phát triển nhanh và mở rộng của hệ thống điện như vậy, việc
kiểm sốt, điều khiển và vận hành ngày càng phức tạp, thơng thường để đảm
bảo vận hành hệ thống cần phải giải một loạt các bài tốn liên quan đến các
chế độ làm việc của hệ thống, khi hệ thống điện càng phức tạp thì các bài
toán liên quan cũng ngày một phức tạp thêm do cần phải đưa thêm vào các
thông số, các điều kiện, các đặc tính, tính chất của các phần tử trong hệ
thống.


21
Phần lớn các bài toán trong hệ thống điện đều là các bài toán có
khối lượng tính toán lớn nên nhất thiết phải sử dụng máy tính và các
chương trình tính toán, đồng thời do các tính chất đặc thù của hệ thống
điện là hoạt động liên tục tức thời nên cần phải áp dụng các kỹ thuật cao
trong điều khiển.Một đặc điểm nữa của hệ thống điện đang hoạt động là
có một khối lượng lớn các thông tin về hoạt động của hệ thống luôn được

thu thập và cập nhật nên việc xử lý số liệu cũng là một vấn đề quan trọng
để giúp giải chính xác các bài toán.
Các phần tử trong trong hệ thống điện đều có tính phi tuyến làm cho
các bài toán phức tạp thêm gây khó khăn khi thực hiện giải các bài
toán.Các thông số hệ thống và thông số chế độ gắn kết với nhau khi có
yêu cầu độ chính xác của bài toán tăng lên thì tính phức tạp của bài toán
cũng tăng lên, Để làm giảm tính phức tạp của bài toán có một số những
giả thiết được đưa vào nhưng cũõng có thể dẫn đến những kết quả không
chính xác như mong muốn.Vì vậy bài toán trong hệ thống điện thường là
các bài toán lớn và phải giải trên các hệ thống máy tính có công suất lớn.
Trong hệ thống điện điện đang hoạt động có rất nhiều yếu tố ngẫu
nhiên, bất ngờ xảy ra.Đây cũng là một tính chất đặc thù của hệ thống
điện.Có rất nhiều nguyên nhân gây ra những sự kiện ngẫu nhiên bất
ngờ.Những sự kiện ngẫu nhiên này thường làm giảm tính chính xác của
các lời giải và trong các bài toán của hệ thống điện có thể coi đây là ảnh
hưởng của nhiễu bên ngoài.


22
Một số lượng lớn các bài toán trong hệ thống điện là các bài toán
mang tính chất dự báo và phải áp dụng các tính toán hoặc các phương pháp
có tính chất thống kê.Hầu hết các bài toán này đều ít nhiều liên quan đến
các quá trình vận hành phát triển của hệ thống điện hoặc các phần tử trong
hệ thống.
Rất nhiều bài toán trong hệ thống điện là bài toán đa mục tiêu nhất
là các bài toán có các yếu tố kinh tế.Việc giải bài toán đa mục tiêu thường
phức tạp và có thể cần phải kết hợp nhiều phương pháp tính toán khác
nhau để giải một bài toán có nhiều hàm mục tiêu, hiện nay có nhiều
phương pháp tính toán mới được áp dụng.Các bài toán có liên quan đến
kinh tế trong hệ thống điện thường được xem xét là bài toán tối ưu đa mục

tiêu.
Tính chất quan trọng đặc thù của hệ thống điện là tức thời, những sự
kiện xảy ra trong hệ thống điện rất nhanh chóng vì vậy cần phải tính toán
xử lý thật nhanh và một số bài toán cần phải giải trong thời gian thực nhất
là các bài toán điều khiển.
Mỗi hệ thống điện đều có tính đặc thù riêng biệt, vì vậy các tính
toán của mỗi hệ thống khác nhau cũng khác nhau và phải được điều chỉnh
phù hợp theo những tính chất của từng hệ thống điện.Mỗi bài toán tính cho
mỗi hệ thống điện được lập ra theo hướng sử dụng tối ưu nhất cho hệ thống
điện đó.Những đặc điểm riêng phụ thuộc vào vùng khí hậu, phụ thuộc vào
thời tiết, một số những đặc điểm khác phụ thuộc vào các tính chất hoạt
động xã hội.


23
Mạng nơ ron và logic mờ được áp dụng tính toán cho nhiều bài toán
khác nhau trong hệ thống điện, từ các bài toán dự báo phụ tải ngắn hạn,
trung hạn dài hạn đến các bài toán có thể giải bằng các phương pháp khác
như phân bố công suất, xác đònh điện áp…Hiện nay những bài toán liên
quan đến các quá trình tác động nhanh như bảo vệ role, phát hiện sự cố,
điều khiển tự động đã áp dụng các thuật toán có cấu trúc của mạng nơron
và logic mờ.
Chương này trình bày những nội dung mang tính tổng quan làm cơ sở
cho những nghiên cứu trong luận án gồm những mơ tả sơ lược về mạng
nơron, logic mờ và đưa ra những liệt kê các ứng dụng mạng nơron và logic
mờ trong hệ thống điện.
1.2. Sơ lược về mạng nơron
Mô hình mạng nơron được Mcculoch và Pitts đưa ra lần đầu tiên vào
năm 1943 [2], từ đó đến nay các thuật toán mạng nơron đã được nghiên
cứu, phát triển và được ứng dụng vào nhiều lónh vực khác nhau.Hơn một

thập kỷ qua, những nghiên cứu về mạng nơron ứng dụng để giải các bài
toán trong hệ thống điện cũng đã chứng minh được tính ưu việt của phương
pháp này. [4], [5], [6]
Ưu điểm của mạng nơron chính là sự đơn giản trong cấu trúc liên hệ
giữa các biến đầu vào và kết quả đầu ra, mối quan hệ giữa ma trận đầu
vào và ma trận kết quả đầu ra không phải là các hằng số và các hệ phương
trình cố đònh mà là những mối liên hệ có cấu trúc và phi tuyến.Đối với
mạng nơron các mối liên hệ vào ra được xác đònh và điều chỉnh liên tục


24
qua quá trình học của mạng.Mạng nơron có đặc tính đơn giản trong mô
hình nhưng lại có tính cấu trúc cao.Cấu trúc của mạng nơron rất thích hợp
để giải các bài toán phi tuyến.
Mạng nơron có các đặc tính:
-Đặc tính phi tuyến, tính chất này được tạo thành do sự liên kết giữa
các nơron phi tuyến với nhau và được tạo ra bằng chính các thông số véc
tơ đầu vào và đầu ra.
-Đặc tính thích nghi: mạng nơron mang tính chất này trong bản thân
cấu trúc của mạng, các mối liên hệ bên trong mạng được biểu diễn bằng
các trọng số, các trọng số này dễ dàng thay đổi trong quá trình huấn luyện
nâng cấp và mạng nơron đáp ứng phù hợp theo sự biến đổi của môi trường
mà nó mô phỏng.
x1

Wk1

x2

Wk2

.
.
.

xM

.
.
.
WkM

Σ

bk

uk

ϕ(.)

θ0

x0
Hình 1. 1: Cấu trúc của một nơron

yk