Áp dụng các thuật toán pso cải tiến tính toán phân bố công suất tối ưu trong hệ thống điện có kể đến thiết bị facts
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.94 MB, 149 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------------
TRƯƠNG NHƯ LINH
ÁP DỤNG CÁC THUẬT TỐN PSO CẢI TIẾN TÍNH TỐN
PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI ƯU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
CĨ KỂ ĐẾN THIẾT BỊ FACTS
Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số: 605251
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014
Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Võ Ngọc Điều
Cán bộ chấm nhận xét 1: ...........................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: ...........................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1................................................................................
2................................................................................
3................................................................................
4................................................................................
5................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Trang i
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-----------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Trương Như Linh
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 12/09/1985
Nơi sinh: Cần Thơ
Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
Mã số: 605251
1- TÊN ĐỀ TÀI: ÁP DỤNG CÁC THUẬT TỐN PSO CẢI TIẾN TÍNH
TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI ƯU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ KỂ
ĐẾN THIẾT BỊ FACTS
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
-
Trình bày bài tốn phân bố cơng suất tối ưu trong hệ thống điện.
-
Trình bày tổng quan về thiết bị FACTS.
-
Xây dựng giải thuật cho các thuật toán PSO cải tiến.
-
Áp dụng các thuật tốn PSO cải tiến tính tốn phân bố cơng suất tối ưu trong hệ
thống điện có kể đến thiết bị FACTS.
-
So sánh kết quả đạt được với các thuật toán khác.
-
Kết luận và đưa ra hướng phát triển của đề tài.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Võ Ngọc Điều
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang ii
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy Võ Ngọc Điều,
người đã tận tình hướng dẫn, cung cấp những tài liệu vơ cùng q giá và giúp đỡ em
trong suốt q trình nghiên cứu thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô khoa Điện – Điện Tử, trường Đại học
Bách Khoa TP Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt tri thức khoa học và
giúp em trưởng thành trong suốt khóa học cũng như trong cuộc sống.
Cảm ơn tất cả các bạn bè, các quý đồng nghiệp đã giúp đỡ tơi trong suốt
khóa học đến khi hồn thành luận văn.
Cuối cùng, tơi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất đến Cha
Mẹ và các thành viên trong gia đình đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho
tôi trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn này.
Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm thực tế, thời gian thực
hiện đề tài, nên không tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót. Kính mong Thầy hướng
dẫn, q Thầy, Cơ cùng các bạn học viên góp ý để luận văn này được hoàn thiện
hơn.
Chân thành cảm ơn./.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014
Trương Như Linh
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang iii
TĨM TẮT
Trong luận văn này, thuật tốn PSO cải tiến (IPSO) được đề xuất để giải
quyết bài toán tối ưu hóa phân bố trong hệ thống điện. Tiến hành so sánh thuật toán
IPSO với các thuật toán khác như GA, EP, ACO, IEP, TS/SA, DEHS. Từ đó nhận
thấy ưu thế của thuật toán IPSO và áp dụng thuật toán này để tính tốn phân bố
cơng suất tối ưu trong hệ thống điện có kể đến thiết bị FACTS. Các thiết bị FACTS
được xem xét là: TCSC, SVC và TCPS.
Ngoài ra, luận văn có áp dụng kết quả lời giải tập hợp nhánh của thuật toán
min-cut [29] vừa mới được công bố trong thời gian gần đây để xác định nguyên tắc
lựa chọn vị trí thích hợp lắp đặt TCSC để từ đó áp dụng thuật IPSO để tìm kiếm
thơng số điều khiển TCSC cùng với lời giải thông số điều khiển khác của bài toán
OPF. Kết quả kiểm tra của thuật toán IPSO được áp dụng trên mạng điện chuẩn
IEEE 30 nút, IEEE 30 nút hiệu chỉnh, IEEE 57 nút và IEEE 118 nút. Kết quả tính
tốn cho thấy thuật tốn đã thành cơng trong việc tìm điểm tối ưu với tốc độ hội tụ
nhanh chóng, khả năng linh hoạt, mạnh mẽ của thuật toán IPSO trong việc xác định
lời giải tối ưu tồn cục và lợi ích của thiết bị FACTS được sử dụng trong hệ thống
điẹn.
Cuối cùng là phần vạch ra những hướng phát triển nghiên cứu, hướng tiếp
cận mới để tiếp tục cải thiện thuật toán IPSO đưa đến kết quả tốt hơn, cũng như ứng
dụng vào các bài toán khác trong hệ thống điện.
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang iv
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tơi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2014
Tác giả luận văn
Trương Như Linh
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang v
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ.............................................................................i
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................. ii
TĨM TẮT................................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN........................................................................................................iv
MỤC LỤC.................................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH................................................................................................... xii
DANH MỤC BẢNG................................................................................................. xiv
Chương 1..................................................................................................................... 1
GIỚI THIỆU CHUNG................................................................................................. 1
1.1 Giới thiệu khái quát và hướng tiếp cận của đề tài................................................. 1
1.1.1 Đặt vấn đề......................................................................................................................................1
1.1.2 Hướng tiếp cận của đề tài.......................................................................................................2
1.2 Mục tiêu của đề tài................................................................................................. 2
1.3 Phạm vi nghiên cứu............................................................................................... 3
1.4 Tóm lược các bài báo có liên quan đến đề tài.......................................................4
Chương 2..................................................................................................................... 8
TỔNG QUAN VỀ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU..........................................8
2.1 Giới thiệu chung..................................................................................................... 8
2.2 Một số phương pháp giải bài toán OPF............................................................... 10
2.2.1 Phương pháp Newton-Raphson................................................................... 10
2.2.2 Phương pháp TS (Tabu Search)....................................................................13
2.2.3 Phương pháp DE (Differential Evolution)....................................................15
2.2.4 Phương pháp GA (Genetic Algorithm).........................................................18
2.2.5 Phương pháp ACO (Ant Colony Optimization)..........................................21
2.2.6 Giới thiệu thuật toán PSO và một số dạng cải tiến của thuật toán PSO..... 23
2.2.6.1 Tổng quan về thuật toán PSO................................................................ 23
2.2.6.2 Thuật toán PSO cơ bản.......................................................................... 25
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang vi
2.2.6.3 Một số cải tiến trong quá trình phát triển của PSO............................... 27
Chương 3................................................................................................................... 30
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ FACTS.......................................................................30
3.1 Khái niệm thiết bị FATCS................................................................................... 30
3.2 Lợi ích của thiết bị FACTS.................................................................................. 31
3.3 Phân loại thiết bị FACTS..................................................................................... 32
3.4 Ngun lý điều khiển dịng cơng suất..................................................................33
3.4.1 Ngun lý điều khiển dịng cơng suất...........................................................33
3.4.2 Các phương pháp bù và điều khiển góc pha................................................35
3.5 Thiết bị FACTS và mơ hình.................................................................................39
3.5.1 SVC (Static Var Compensators)................................................................... 39
3.5.2 TCSC (Thyristor Controlled Series Capacitors)...........................................42
3.5.3 TCPS (Thyristor Controlled Phase Shifter)..................................................45
3.6 Lắp đặt thiết bị FACTS trong hệ thống điện....................................................... 47
Chương 4................................................................................................................... 50
GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN PSO CẢI TIẾN - PSEUDO GRADIENT PSO VÀ
ÁP DỤNG ĐỂ TÍNH TỐN PHÂN BỐ CƠNG SUẤT TỐI ƯU TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN CĨ KỂ ĐẾN THIẾT BỊ FACTS......................................................50
4.1 Thành lập bài tốn OPF trong hệ thống điện....................................................... 50
4.1.1 Giới thiệu.......................................................................................................50
4.1.2 Thành lập bài toán OPF.................................................................................51
4.2 Thuật toán PSO cải tiến Pseudo – Gradient PSO................................................ 55
4.2.1 Khái niệm Pseudo – Gradient....................................................................... 55
4.2.2 Thuật toán Pseudo – Gradient PSO.............................................................. 56
4.2.3 Các bước thuật toán PGPSO để giải bài toán OPF.......................................58
4.3 Áp dụng thuật toán Pseudo-Gradient PSO tính tốn phân bố cơng suất tối ưu
trong hệ thống điện có kể đến thiết bị FACTS.......................................................... 60
4.3.1 Áp dụng thuật toán PGPSO để giải bài toán OPF........................................ 60
4.3.2 Kết quả tính tốn........................................................................................... 63
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang vii
Chương 5................................................................................................................... 64
KẾT QUẢ TÍNH TỐN............................................................................................64
5.1 Mạng điện IEEE 30 nút và IEEE 57 nút.............................................................. 65
5.1.1 Cấu trúc mạng điện IEEE 30 nút.................................................................. 65
5.1.2 Cấu trúc mạng điện IEEE 57 nút.................................................................. 66
5.2 Kết quả tính tốn trong hệ thống điện khơng có thiết bị FACTS........................68
5.2.1 Trường hợp mạng điện IEEE 30 nút.............................................................68
5.2.1.1 Xét hàm chi phí nhiên liệu máy phát là hàm bậc hai............................ 68
5.2.1.2 Trường hợp hàm chi phí máy phát là hàm bậc 2 có điểm valve công
suất......................................................................................................................72
5.2.2 Trường hợp mạng điện IEEE 57 nút.............................................................77
5.3 Kết quả tính tốn trong hệ thống điện có thiết bị FACTS...................................81
5.3.1 Trường hợp mạng điện IEEE 30 nút với TCSC........................................... 81
5.3.2 Trường hợp mạng điện IEEE 30 nút với SVC..............................................83
5.3.3 Trường hợp mạng điện IEEE 30 nút với TCPS:...........................................86
5.3.4 Trường hợp mạng điện IEEE 30 nút với nhiều loại thiết bị FACTS........... 89
5.4. Xác định vị trí lắp đặt thiết bị FACTS................................................................92
5.4.1 Giới thiệu hệ thống điện IEEE 30 nút hiệu chỉnh và xác định vị trí lắp đặt
thiết bị FACTS:...................................................................................................... 92
5.4.2 OPF với hàm mục tiêu là cực tiểu tổng chi phí máy phát............................ 92
5.4.3 OPF với hàm mục tiêu cực tiểu tổng tổn thất công suất tác dụng...............96
5.4.4 Giải bài toán OPF với mạng điện chuẩn IEEE 118 nút................................98
5.4.4.1 Sơ đồ đơn tuyến......................................................................................98
5.4.4.2 Giải bài toán OPF trong hệ thống IEEE 118 nút có thiết bị FACTS.. 100
Chương 6................................................................................................................. 105
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI....................................... 105
6.1. Kết luận..............................................................................................................105
6.2 Hướng phát triển của đề tài................................................................................ 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................107
PHỤ LỤC A: DỮ LIỆU MẠNG ĐIỆN IEEE–30 NÚT......................................... 110
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang viii
PHỤ LỤC B: DỮ LIỆU MẠNG ĐIỆN IEEE–57 NÚT..........................................115
PHỤ LỤC C: DỮ LIỆU MẠNG ĐIỆN IEEE 30 NÚT HIỆU CHỈNH.................. 122
PHỤ LỤC D: DỮ LIỆU MẠNG ĐIỆN IEEE–118 NÚT....................................... 124
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG......................................................................................135
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang ix
DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1 Ngun lý thay đổi vị trí của cá thể trong khơng gian 2 chiều.................. 26
Hình 3.1 Các loại thiết bị FACTS cơ bản.................................................................. 32
Hình 3.2 Một trạm điện có trang bị SVC...................................................................33
Hình 3.3 Mơ hình đơn giản của hệ thống điện......................................................... 33
Hình 3.4 Đặc tuyến truyền cơng suất......................................................................... 34
Hình 3.5 Mơ hình hệ thống điện đơn giản có bù ngang giữa đường dây..................35
Hình 3.6 Đặc tuyến truyền tải cơng suất có bù ngang............................................... 36
Hình 3.7 Mơ hình đơn giản của hệ thống có bộ bù dọc.............................................36
Hình 3.8 Đặc tuyến truyền tải cơng suất với bộ bù dọc............................................ 37
Hình 3.9 Mơ hình đơn giản của hệ thống có bộ dịch pha.........................................38
Hình 3.10 Đặc tính truyền tải cơng suất với bộ dịch pha.......................................... 38
Hình 3.11 Sơ đồ các thành phần cơ bản của SVC..................................................... 39
Hình 3.12 Mơ hình cơ bản của TCR.......................................................................... 40
Hình 3.13 Mơ hình cơ bản của TSC.......................................................................... 40
Hình 3.14 Ngun lý điều khiển cơng suất của thiết bị FACTS bù ngang............... 41
Hình 3.15 Mơ hình của SVC trong phân bố cơng suất..............................................42
Hình 3.16 Cấu tạo TCSC cơ bản................................................................................43
Hình 3.17 Ngun lý điều khiển cơng suất của thiết bị FACTS nối tiếp..................44
Hình 3.18 Mơ hình đường dây với TCSC..................................................................44
Hình 3.19 Sơ đồ cấu tạo của TCPS............................................................................46
Hình 3.20 Mơ hình của TCPS trong phân bố cơng suất............................................ 46
Hình 3.21: Tập hợp nhánh xung yếu tìm được từ chương trình max-flow............... 49
Hình 4.1 Hàm chi phí nhiên liệu dạng bậc hai...........................................................58
Hình 4.2 Hàm chi phí nhiên liệu với điểm van cơng suất......................................... 58
Hình 5.1 Sơ đồ đơn tuyến mạng điện IEEE 30 nút................................................... 66
Hình 5.2: Sơ đồ đơn tuyến mạng điện IEEE 57 nút.................................................. 67
Hình 5.3 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát........................................69
Hình 5.4: Đồ thị thống kê chi phí nhiên liệu máy phát..............................................69
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang x
Hình 5.5 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát có điểm vale cơng suất..74
Hình 5.6: Đồ thị thống kê chi phí nhiên liệu máy phát..............................................74
Hình 5.7 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát........................................78
Hình 5.8 Đồ thị thống kê chi phí nhiên liệu máy phát..............................................78
Hình 5.9 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát........................................82
Hình 5.10 Đồ thị thống kê chi phí nhiên liệu máy phát............................................82
Hình 5.11 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát......................................85
Hình 5.12 Đồ thị thống kê chi phí nhiên liệu máy phát............................................85
Hình 5.13 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát......................................88
Hình 5.14 Đồ thị thống kê chi phí nhiên liệu máy phát............................................88
Hình 5.15 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát......................................91
Hình 5.16 Đồ thị thống kê chi phí nhiên liệu máy phát............................................91
Hình 5.17 Đồ thị hàm cực tiểu tổng tổn thất công suất tác dụng máy phát trong
trường hợp khơng có thiết bị FACTS........................................................................ 97
Hình 5.18 Đồ thị hàm cực tiểu tổng tổn thất công suất tác dụng máy phát trong
trường hợp có thiết bị FACTS....................................................................................97
Hình 5.19 : Sơ đồ đơn tuyến mạng điện IEEE–118 nút............................................ 99
Hình 5.20 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát trong hệ thống IEEE 118
nút khơng có thiết bị FACTS................................................................................... 102
Hình 5.21 Đồ thị hàm cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát trong hệ thống IEEE 118
nút có thiết bị FACTS.............................................................................................. 102
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang xi
DANH MỤC BẢNG
Bảng 5.1 Kết quả phân bố công suất tối ưu............................................................... 68
Bảng 5.2 Giới hạn các ràng buộc tính tốn................................................................70
Bảng 5.3 So sánh kết quả phân bố cơng suất giữa thuật toán PGPSO và các phương
pháp khác.................................................................................................................... 71
Bảng 5.4 So sánh kết quả phân bố công suất giữa thuật toán PGPSO và các thuật
toán PSO khác............................................................................................................ 71
Bảng 5.5 Kết quả phân bố công suất tối ưu............................................................... 73
Bảng 5.6 Giới hạn các ràng buộc tính tốn................................................................75
Bảng 5.7 So sánh phân bố công suất giữa PGPSO và các phương pháp khác..........76
Bảng 5.8 Kết quả phân bố công suất tối ưu............................................................... 77
Bảng 5.9 Giới hạn các ràng buộc tính tốn................................................................79
Bảng 5.10 So sánh kết quả phân bố công suất giữa thuật toán PGPSO và các
phương pháp khác.......................................................................................................80
Bảng 5.11 Kết quả phân bố công suất........................................................................81
Bảng 5.12 So sánh kết quả phân bố cơng suất giữa thuật tốn PGPSO và các
phương pháp khác trong trường hợp có TCSC..........................................................83
Bảng 5.13 Kết quả phân bố công suất........................................................................84
Bảng 5.14 So sánh kết quả phân bố công suất giữa thuật toán PGPSO và các
phương pháp khác trong trường hợp có SVC............................................................ 86
Bảng 5.15 Kết quả phân bố công suất........................................................................87
Bảng 5.16 So sánh kết quả phân bố công suất giữa thuật toán PGPSO và các
phương pháp khác trong trường hợp có TCPS.......................................................... 89
Bảng 5.17 Kết quả phân bố cơng suất........................................................................90
Bảng 5.18 Kết quả tối ưu chi phí máy phát đối với mạng IEEE 30 nút hiệu chỉnh..93
Bảng 5.19 Công suất truyền tải trên các tuyến trong các trường hợp....................... 93
Bảng 5.20 Tập hợp hữu hạn các tuyến theo Min-cut và tập hợp các tuyến lân cận
với tuyến quá tải......................................................................................................... 95
Bảng 5.21 Kết quả phân bố công suất........................................................................96
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang xii
Bảng 5.22 Kết quả phân bố công suất tối ưu........................................................... 100
Bảng 5.23 Công suất truyền tải trên các tuyến đường dây trong hệ thống IEEE 118
trong các trường hợp................................................................................................ 103
Bảng A.1 Dữ liệu máy phát mạng điện IEEE–30 nút..............................................110
Bảng A.2 Hệ số chi phí máy phát hàm bậc hai mạng điện IEEE–30 nút................110
Bảng A.3 Hệ số chi phí máy phát với điểm van công suất mạng điện IEEE–30 nút
...................................................................................................................................110
Bảng A.4 Thông số đường dây mạng điện IEEE–30 nút........................................ 111
Bảng A.5 Thơng số tải mạng điện IEEE–30 nút......................................................113
Bảng A.6: Dịng công suất cực đại đường dây truyền tải mạng điện IEEE–30 nút114
Bảng B.1 Dữ liệu máy phát mạng điện IEEE–57 nút.............................................115
Bảng B.2 Hệ số chi phí máy phát hàm bậc hai mạng điện IEEE–57 nút................115
Bảng B.3 Thông số đường dây mạng điện IEEE–57 nút........................................ 116
Bảng B.4 Thông số tải mạng điện IEEE–57 nút......................................................119
Bảng B.5 Dịng cơng suất cực đại đường dây truyền tải mạng điện IEEE–57 nút. 121
Bảng C.1: Dữ liệu máy phát mạng điện IEEE–30 nút hiệu chỉnh...........................122
Bảng C.2 Hệ số chi phí máy phát hàm bậc hai mạng điện IEEE–30 nút hiệu chỉnh
...................................................................................................................................122
Bảng C.3 Dịng cơng suất cực đại đường dây truyền tải mạng điện IEEE–30 nút
hiệu chỉnh..................................................................................................................123
Bảng D.1 Dữ liệu máy phát mạng điện IEEE–118 nút...........................................124
Bảng D.2 Dịng cơng suất cực đại đường dây truyền tải mạng điện IEEE 118 nút
...................................................................................................................................125
Bảng D.3 Thông số tải mạng điện IEEE 118 nút.................................................... 126
Bảng D.4 Thông số đường dây mạng điện IEEE 118 nút....................................... 130
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 1
Chương 1
GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu khái quát và hướng tiếp cận của đề tài
1.1.1 Đặt vấn đề
Điện năng là nguồn năng lượng chủ yếu là cho sự phát triển kinh tế - xã hội.
Một quốc gia phát triển vững mạnh thì tất yếu phải chú trọng phát triển nguồn năng
lượng điện. Từ trước đến nay, điện năng được sản xuất từ các nguồn năng lượng cơ
bản khác nhau nhưng chủ yếu từ những nguồn nhiên liệu hoá thạch (dầu mỏ, khí đốt,
than đá,…), đây là nguồn nhiên liệu không thể tái tạo, ngày càng khan hiếm và dần
bị cạn kiệt. Với thực trạng này, nhiều nhà khoa học và nhà nghiên cứu đã đưa ra
nhiều giải pháp khác nhau như tìm nguồn năng lượng mới thay thế, cải tạo lưới điện
hiện hữu thành lưới điện thông minh...Tuy nhiên, việc sử dụng nguồn năng lượng
hiện có một cách tiết kiệm và hiệu quả nhất, nhằm đảm bảo cung cấp điện an toàn
và tin cậy lại là vấn đề quan tâm trước nhất đối với các nhà khoa học.
Do sự phát triển kinh tế - xã hội không đồng đều giữa các vùng miền, khu
vực nên nhu cầu tiêu thụ điện năng ở các khu vực trong từng thời điểm là khác nhau,
làm cho trào lưu công suất trên các tuyến đường dây truyền tải liên tục thay đổi theo
thời gian, điều này thường dẫn đến hiện tượng trong cùng một thời điểm trên hệ
thống có những đường dây bị quá tải trong khi các đường dây khác non tải và
ngược lại. Do đó, việc sử dụng hiệu quả và tối ưu các nguồn cung cấp nhằm thay
đổi trào lưu công suất, không làm quá tải mà vẫn đảm bảo được nhu cầu phụ tải một
cách tin cậy, không cần phải cải tạo nâng cấp hệ thống điện hiện có đang trở thành
vấn đề cấp thiết cho các nhà khoa học để tìm ra lời giải tối ưu nhất đối với vấn đề
trên.
Vì thế bài tốn phân bố cơng suất tối ưu (Optimal Power Flow - OPF) đã
được thiết lập nhằm nâng cao khả năng vận hành, giảm thiểu chi phí cũng như đáp
ứng được nhiều điều kiện ràng buộc của hệ thống điện mà không cần phải mở rộng
phát triển thêm nguồn phát và hệ thống truyền tải. Bài tốn OPF đã có lịch sử phát
triển từ rất sớm được đề xuất bởi Carpentier vào năm 1962 [1].
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 2
1.1.2 Hướng tiếp cận của đề tài
Mặc dù bài toán OPF được ra đời từ những năm đầu thập niên 60 của thế kỷ
XX nhưng với những ưu điểm của nó mang lại đã làm cho nhiều nhà khoa học phải
tiêu tốn nhiều thời gian và công sức để tìm ra thuật tốn giải quyết bài tốn OPF. Để
giải bài tốn OPF đã có nhiều phương pháp và thuật toán đã được thực hiện từ các
thuật toán cổ điển đến trí tuệ nhân tạo hiện đại: Quadratic programming [1], phương
pháp Newton-Raphson [1], Linear Programming [1], Nonlinear Progrmaming [1],
Interior Point Methods [1], Mixed-Integer Programming [1], Network Flow
Programming [1], TS-Tabu Search [2], SA-Simulated Annealing [2], GA-Genetic
Algorithm [2], DE-Differential Evolution [2], ACO-Ant Colony Optimization [2],
PSO-Particle Swarm Optimization [2]…Trong đó, phương pháp PSO được James
Kennedy và Russell C. Eberhart đề xuất vào năm 1995 tại hội nghị của IEEE. PSO
là thuật toán tối ưu bầy đàn, là một trong những thuật toán xây dựng dựa trên khái
niệm trí tuệ bầy đàn, sự mơ hình hóa việc đàn chim bay hoặc đàn cá bơi đi tìm kiếm
thức ăn, sử dụng sự tương tác giữa các cá thể trong một quần thể để khám phá
không gian tìm kiếm, qua đó tìm kiếm lời giải cho các bài tốn tối ưu hóa trên một
khơng gian tìm kiếm nào đó. Mặc dù từ khi đề xuất cho đến nay chưa được 20 năm
nhưng thuật toán PSO và các dạng PSO cải tiến đã có nhiều ứng dụng quan trọng
trong nhiều lĩnh vực mà ở đó địi hỏi phải giải quyết các bài toán tối ưu. Thuật toán
PSO được áp dụng trong lĩnh vực hệ thống điện, đặc biệt là hệ thống điện có thiết bị
FACTS bởi quy tập nhiều ưu điểm như: thuật toán đơn giản, dễ thực hiện, chương
trình chạy nhanh hơn và kết quả chính xác hơn một số phương pháp khác và đây
cũng chính là lý do tôi chọn đề tài “Áp dụng các thuật tốn PSO cải tiến tính tốn
phân bố cơng suất tối ưu trong hệ thống điện có kể đến thiết bị FACTS” làm đối
tượng nghiên cứu cho luận văn này.
1.2 Mục tiêu của đề tài
Như đã biết mục tiêu chính của bài tốn OPF là cực tiểu các chi phí của hệ
thống điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải nhưng phải duy trì độ an tồn của hệ thống,
phải giữ cho mỗi thiết bị của hệ thống nằm trong phạm vi vận hành mong muốn ở
chế độ xác lập. Điều này sẽ tính đến cơng suất phát cực đại và cực tiểu của máy
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 3
phát, dịng cơng suất biểu kiến cực đại trên đường dây truyền tải và máy biến áp
đồng thời giữ điện áp nút của hệ thống nằm trong giới hạn xác định. Do đó bài tốn
OPF có ý nghĩa rất quan trọng trong quy hoạch và điều khiển hệ thống điện. Vì thế
đã có nhiều cơng trình nghiên cứu để tìm kiếm lời giải cho bài tốn OPF ngày càng
tối ưu hơn. Nhưng từ khi có sự xuất hiện của các thiết bị FACTS trên hệ thống điện,
điểm van công suất hoặc hàm chi phí đa nhiên liệu làm cho bài toán OPF trở nên
phức tạp hơn với nhiều điều kiện ràng buộc hơn, chẳng hạn như: Đảm bảo tính hội
tụ, lời giải tối ưu đối với bài toán OPF khơng lồi dạng tổng qt, độ tin cậy của
thuật tốn mà các phương pháp cổ điển và hiện tại chưa giải quyết được.
Áp dụng thuật toán PSO cho bài OPF đã khắc phục được các hạn chế mà các
phương pháp khác mắc phải như:
-
Các phương pháp khác có thể khơng đưa ra được lời giải tối ưu hoặc
thường bị kẹt ở lời giải tối ưu.
-
Tất cả các phương pháp khác đều dựa trên giả định hàm mục tiêu là hàm
liên tục và khả vi, không đúng đối với hệ thống thực tế.
-
Các phương pháp khác không thể áp dụng cho các biến rời rạc.
Do đó mục tiêu của đề tài này giới thiệu các thuật toán PSO cải tiến và áp
dụng chúng để giải bài toán OPF trong hệ thống điện có kể đến thiết bị FACTS.
Thuật tốn được áp dụng trên mạng điện chuẩn IEEE 30 nút và IEEE 57 nút và
IEEE 118 nút. So sánh kết quả đạt được với các phương pháp khác đã và đang được
sự dụng phổ biến hiện nay như GA, TS, DE, …
1.3 Phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài này giới thiệu các thuật toán IPSO và áp dụng để giải bài
tốn OPF trong hệ thống điện có kể đến thiết bị FACTS, các thiết bị FACTS được
xét đến là SVC, TCSC và TCPS. Hàm mục tiêu của bài toán OPF với thiết bị
FACTS là cực tiểu tổng chi phí nhiên liệu máy phát với các điều kiện ràng buộc có
xét đến hàm bậc hai chi phí nhiên liệu, điểm van công suất, cực tiểu tổn hao, tổng
độ lệch điện áp...Thuật toán được áp dụng trên mạng điện chuẩn IEEE 30 nút,
IEEE 57 nút, IEEE 118 nút và sử dụng phần mềm Matlab để giải các thuật toán tối
ưu.
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 4
1.4 Tóm lược các bài báo có liên quan đến đề tài
* A Comparison Of Particle Swarm Optimization and The Genetic Algorithm
(Nhóm tác giả Rania Hassan, Babak Cohanim, Olivier de Weck, Gerhard
Venter) [3]
Bài báo trình bày nội dung so sánh phương pháp PSO và GA để tìm lời giải
tối ưu một số loại hàm mục tiêu chuẩn bằng cách phân tích thống kê, kiểm tra giả
thuyết chính thức và kết quả cho rằng giải thuật PSO có cùng hiệu quả (tìm ra lời
giải tối ưu tồn cục thật sự) như là giải thuật di truyền GA, nhưng với hiệu quả tính
tốn tốt hơn đáng kể, so sánh hiệu suất của GA và PSO được thực hiện bằng cách
sử dụng một tập hợp của các vấn đề chuẩn như kiểm tra Benchmark cũng như các
vấn đề tối ưu hóa trong hai không gian hệ thống thiết kế.
* Optimal Reactive Power Dispatch by Pseudo- Gradient Guided Particle
Swarm Optimization (tác giả Dung Le Anh and Dieu Ngoc Vo) [4]
Bài báo trình bày cách giải quyết bài toán tối ưu hoá điều độ cơng suất phản
kháng (ORPD) bằng cách sử dụng thuật tốn Pseudo- Gradient Guided Particle
Swarm Optimization (PGPSO). Thuật toán PGPSO là một dạng của bài toán tối ưu
hoá bầy đàn (PSO) với hệ số co và tốc độ được tăng cường theo pseudo-gradient
làm cho khả năng tìm kiếm tốt hơn. Việc áp dụng pseudo-gradient trong bài toán
PSO được xác định là phù hợp cho các phần tử đảm bảo tiến nhanh về lời giải tối ưu
tồn cục. Thuật tốn PGPSO được đề xuất để giải bài toán ORDP với nhiều mục
tiêu khác nhau như cực tiểu tổn thất công suất thực, cải thiện điện áp, và nâng cao
độ ổn định điện áp thoả mãn nhiều điều kiện ràng buộc như giới hạn cơng suất phản
kháng của máy phát, đóng cắt giàn tụ bù, giới hạn điện áp nút, giới hạn tap điều
chỉnh máy biến áp, và giới hạn đường dây truyền tải. Giải thuật đưa ra được kiểm
tra trên hệ thống IEEE 30 nút, kết quả thu được được so sánh với các phương pháp
khác. Kết quả so sánh đã cho thấy giải thuật này có thể đạt được tổng tổn thất công
suất, độ lệch điện áp thấp hơn các giải pháp khác trong trường hợp tương tự.
* Hybrid Particle Swarm Optimization With Wavelet Mutation and Its
Industrial Applications (tác giả S. H. Ling, H. H. C. Iu, K. Y. Chan, H. K.
Lam, Benny C. W. Yeung, and Frank H. Leung) [5]
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 5
Bài báo trình bài một dạng thuật tốn PSO lai mới kết hợp với lý thuyết
wavelet dựa trên thuật toán đột biến (HPSOWM). Thuật toán áp dụng lý thuyết
wavelet để làm tăng khả năng tìm kiếm khơng gian lời giải. Kết quả mơ phỏng cho
thấy thuật tốn đề xuất HPSOWM là một cơng cụ hữu ích để giải quyết các bài tốn
tối ưu. Nhờ các đặc tính của wavelet, độ ổn định và chất lượng lời giải của thuật
toán PSO được cải thiện như đạt kết quả tốt hơn, tốc độ hội tụ nhanh hơn so với các
dạng PSO khác như SPSO, HGAPSO…
* Stochastic Weight Trade-off Particle Swarm Optimization for Nonconvex
Economic Dispatch (tác giả Chalermchaiarbha, Saksorn, Ongsakul and
Weerakorn) [6]
Bài báo đề xuất thuật toán Stochastic Weight Trade-off Particle Swarm
Optimization (SWT-PSO) để giải bài tốn điều độ kinh tế khơng lồi. Thuật toán này
giữ sự cân bằng giữa giá trị dị tìm tồn cục và giá trị dị tìm cục bộ qua đó cải thiện
khả năng tìm kiếm. Kỹ thuật tăng tính đa dạng của cá thể trong bầy đàn cũng được
kết hợp nhằm tránh sự hội tụ sớm. Thuật toàn này được kiểm nghiệm trên bốn hệ
thống điều độ kinh tế. Kết quả kiểm tra cho thấy thuật toán này có thể tìm được lời
giải có chất lượng cao hơn và chắc chắn hơn.
* Economic Power Dispatch of Power System with Pollution Control using
Multiobjective Artificial Bee Colony Optimization with FACTS devices (tác giả:
Linda Slimani and Tarek Bouktir) [7]
Bài báo trình bày lời giải cho bài tốn phân bố cơng suất tối ưu (OPF) áp
dụng trên mạng điện chuẩn IEEE 30 nút bằng thuật toán Artificial Bee Colony
(ABC). Hàm mục tiêu của bài tốn là cực tiểu tổng chi phí nhiên liệu và ô nhiễm
môi trường đối với các máy phát sử dụng nhiên liệu hóa thạch, các điều kiện ràng
buộc về công suất tác dụng và phản kháng của máy phát, điện áp tại nút, dịng cơng
suất trên đường dây truyền tải vẫn nằm trong giới hạn xác định. Bài báo đề xuất lắp
đặt thiết bị FACTS vào hệ thống nhằm nâng cao độ tin cậy và đồng thời làm giảm
tổn thất công suất trên hệ thống.
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 6
Trong bài báo này, thời gian tính tốn của CPU có thể giảm do việc phân
tách các điều kiện ràng buộc về tối ưu hóa hệ thống điện. Điều khiển các ràng buộc
chủ động bằng thuật toán ABC và duy trì các ràng buộc bị động trong giới hạn.
Ngồi ra bài báo này còn điều tra việc sử dụng các thiết bị FACTS song song,
thiết bị SVC từ điểm biên của tải và độ nhạy thay đổi của công suất phản kháng
nhằm nâng cao độ ổn định điện áp. Hơn nữa nó cịn minh họa vị trí lắp đặt tối ưu
của thiết bị FACTS nhằm nâng cao độ tin cậy cho hệ thống điện bằng cách giảm
thiểu quá tải trên đường dây và giới hạn vi phạm điện áp.
*A New Method to Incorporate Facts Devices in Optimal Power Flow Using
Particle Swarm Optimization (tác giả K.Chandrasekaran, K.arul Jeyaraj ,
L.Sahayasenthamil and DR. M. Saravanan) [8]
Bài báo trình bày việc sử dụng thuật tốn PSO để giải bài tốn OPF có sử
dụng thiết bị FACTS điều khiển. Hai loại thiết bị FACTS được xét đến là TCSC và
TCPS. Giải bài toán OPF với các ràng buộc có xét đến các điều kiện ràng buộc điều
khiển dịng cơng suất của thiết bị FACTS. Phân tích độ nhạy để xác định vị trí của
lắp đặt tối ưu của thiết bị FACTS. Phương pháp này tạo ra một giải pháp làm tăng
tính kinh tế với việc sử dụng thiết bị FACTS điều khiển.
Thuật toán được áp dụng trên hệ thống điện chuẩn IEEE 30 nút và kết quả
được so sánh với thuật toán GA để thấy được tính khả thi và tìm năng của thuật toán
PSO.
*Optimal Power Flow Incorporating Facts Devices Using Particle Swarm
Optimization (tác giả M. M. Al-Hulail and M. A. Abido) [9]
Bài báo trình bày việc áp dụng thuật tốn PSO để giải bài tốn OPF có kể
đến thiết bị FACTS và ba loại thiết bị FACTS được xét đến là SVC, TCSC, TCPS.
Các thiết bị FACTS cung cấp các biến điều khiển mới và dịng cơng suất thêm vào
các ràng buộc của bài toán OPF .
Thuật toán được áp dụng trên hệ thống điện chuẩn IEEE – 30 nút. Kết quả
cho thấy việc sử dụng thuật toán PSO để thực hiện cực tiểu hóa chi phí nhiên liệu
của máy phát và thấy được vị trí lắp đặt của thiết bị FACTS là một nhân tố rất quan
trọng và góp phần tiết kiệm chi phí nhiên liệu.
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 7
* Áp dụng giải thuật Differential Evolution (DE) giải các bài tốn phân bố tối
ưu cơng suất trong hệ thống điện (Luận văn thạc sĩ, 2012, Thư viện đại học
quốc gia tác giả Huỳnh Tiến Sĩ) [10]
Luận văn này giới thiệu thuật toán DE, đề xuất phương pháp cải tiến của DE,
ứng dụng chúng để giải các bài toán OPF có xét đến trường hợp có và khơng có
thiết bị FACTS. So sánh kết quả thu được với các phương pháp khác. Các loại thiết
bị FACTS được xem xét là: TCSC, SVC và TCPS. Thuật toán được thử nghiệm
trên hệ thống IEEE 30 nút và IEEE 57 nút chuẩn.
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 8
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU VÀ CÁC PHƯƠNG
PHÁP ĐỂ GIẢI BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU
2.1 Giới thiệu chung
Một trong những yêu cầu quan trọng trong vận hành hệ thống điện là đảm
bảo tính kinh tế trong việc sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng. Để
thực hiện yêu cầu đó cần đảm bảo cho hệ thống điện làm việc với chi phí thấp nhất,
muốn vậy cần phải giảm đến mức tối thiểu chi phí nhiên liệu và tổn thất điện năng.
- Giảm chi phí nhiên liệu: Sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng cơ bản
(nhiên liệu hoá thạch, thuỷ năng,..), kết hợp các loại hình sản xuất điện năng với
nhau như sử dụng nước của thủy điện với sử dụng các nhà máy nhiệt điện, phối hợp
giữa các nhà máy nhiệt điện với nhau…sao cho chi phí sản xuất điện năng là nhỏ
nhất.
- Giảm tổn thất điện năng: bao gồm thiết lập chế độ sử dụng điện, lựa chọn
cơ cấu thiết bị vận hành hợp lý và phân bố công suất tối ưu giữa các phần tử trong
hệ thống điện.
Với tính chất đặc thù điện năng gần như không thể lưu trữ được và trào lưu
công suất trên các đường dây truyền tải liên tục thay đổi theo thời gian. Chẳng hạn
như tại một thời điểm nào đó trong hệ thống điện có những đường dây bị quá tải
trong khi các đường dây khác lại non tải và ngược lại. Vì thế, việc sử dụng hiệu quả
và tối ưu các nguồn cung cấp nhằm thay đổi trào lưu công suất mà không làm quá
tải trong khi vẫn đảm bảo được cung cấp điện tin cậy của hệ thống điện.
Trong đó bài tốn phân bố cơng suất tối ưu (OPF) có ý nghĩa quan trọng và
được sử dụng rộng rãi trong vận hành và quy hoạch hệ thống điện. Mục tiêu của bài
tốn OPF là tìm các thơng số tối ưu cho vận hành hệ thống, tối ưu các hàm mục tiêu
của hệ thống như tổng chi phí phát điện, tổn thất, độ lệch điện áp, công suất phát
của các tổ máy phát, điều khiển và sa thải phụ tải trong khi vẫn thoả mãn được cân
bằng dòng công suất, an ninh hệ thống và giới hạn vận hành của thiết bị với nhiều
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 9
biến điều khiển khác nhau như điều khiển công suất thực của máy phát, điện áp,
thay đổi tap máy biến áp, chuyển đổi pha, đóng cắt tụ bù và kháng. Một số hàm mục
tiêu và các điều kiện ràng buộc thường được đặt ra trong bài toán OPF liên quan
đến các vấn đề sau:
-
Điều phối kinh tế (cực tiểu chi phí nhiên liệu, tổn hao truyền dẫn).
-
Điều phối về mơi trường.
-
Tối đa cơng suất truyền tải, cực tiểu hóa tổn hao.
-
Các ràng buộc đảm bảo an ninh hệ thống điện.
-
Kết hợp vận hành nhà máy nhiệt điện, thủy điện và các loại hình khác.
Tuỳ theo việc lựa chọn hàm mục tiêu và điều kiện ràng buộc nên có nhiều
hàm tốn học khác nhau cho bài tốn OPF, và có thể được phân loại đại thể như sau:
-
Bài toán tuyến tính với hàm mục tiêu và điều kiện ràng buộc tuyến tính
với biến điều khiển liên tục.
-
Bài tốn phi tuyến với hàm mục tiêu hoặc điều kiện ràng buộc phi tuyến
với biến điều khiển liên tục.
-
Bài tốn tuyến tính hỗn tạp khi biến điều khiển rời rạc và liên tục.
*Cơ sở phát triển của bài toán OPF
Bài toán OPF đã có lịch sử phát triển từ rất sớm vào năm 1962 và được đề
xuất bởi Carpentier. Bài toán phân bố công suất tối ưu trong hệ thống điện ban đầu
chỉ với mong muốn tối thiểu chi phí vận hành nguồn phát và tải cho trước (bài toán
điều độ kinh tế truyền thống - Economic Dispatch). Để giải quyết yêu cầu này,
Carpentier đã đề xuất mơ hình qui hoạch phi tuyến tổng quát bài toán điều độ kinh
tế bao hàm các ràng buộc về điện áp, về công suất và các điều kiện ràng buộc vận
hành khác [11]. Từ đó các phương pháp mới ra đời để giải quyết bài toán OPF như
ngày nay.
Bài tốn OPF chuẩn có thể được viết dưới dạng sau:
Min F ( x, u )
phụ thuộc vào:
(2.1)
g ( x, u ) 0
h ( x, u ) 0
Trong đó:
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 10
F ( x, u ) : là hàm mục tiêu
x: là vector các biến phụ thuộc bao gồm: công suất tác dụng nút chuẩn PG1,
điện áp nút tải VL, công suất phản kháng ngõ ra máy phát QG và cơng suất trên
đường dây truyền tải Sl, vì thế X T [ PG1 ,VL , QG , S L ]
u: là vector các biến độc lập bao gồm: điện áp máy phát VG, công suất tác
dụng ngõ ra máy phát PG trừ nút chuẩn PG1 và chỉ số chỉnh định MBA T, vì thế
u T [VG , PG , T ]
g(x, u) là các ràng buộc đẳng thức và thay thế cho các phương trình dịng
phân bố tải.
h(x,u) là các ràng buộc bất đẳng thức và thay thế cho các ràng buộc vận hành
hệ thống bao gồm: các ràng buộc về sự phát công suất, ràng buộc về điện áp, ràng
buộc về độ an toàn hệ thống và ràng buộc về chỉ số chỉnh định MBA.
Bản chất của bài toán OPF thể hiện qua việc làm đơn giản hàm mục tiêu và
đồng thời thỏa mãn các phương trình dịng phân bố tải (ràng buộc đẳng thức) mà
khơng vi phạm các ràng buộc bất đẳng thức.
2.2 Một số phương pháp giải bài toán OPF
2.2.1 Phương pháp Newton-Raphson
Phương pháp Newton-Raphson (NR) [12] là phương pháp có lịch sử phát
triển từ rất lâu với ưu điểm nổi trội đối với giải tích chế độ xác lập của hệ thống
điện lớn là tốc độ và khả năng hội tụ cao. Số bước lặp yêu cầu của phương pháp này
thường chỉ khoảng 2-5 bước và hầu như khơng phụ thuộc vào kích thước của lưới
điện. Do đó phương pháp NR thường được dùng phổ biến cho các hệ thống điện lớn
và phức tạp
Tuy nhiên phương pháp NR cũng có trở ngại là phỏng đoán ban đầu phải gần
với lời giải để cho phương pháp hội tụ, nhưng điều này khơng quan trọng vì dựa
vào kinh nghiệm vẫn có thể đưa ra được những phỏng đốn tốt. Mơ hình của
phương pháp NR được trình bày như sau:
Hàm mục tiêu
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
Trang 11
Giả sử xem xét bài toán trong hệ thống điện có N nút và NG máy phát. Mục
tiêu là cực tiểu tổng chi phí vận hành của nhà máy điện có hàm chi phí như sau:
NG
$ / h
Fc total i Pgi2 i Pgi i
(2.2)
i 1
Hàm ràng buộc đẳng thức
Điều kiện cân bằng công suất tác dụng, công suất phản kháng
Pi ( V , ) Pgi Pload i 0
Với : i = 1,2,....N
Qi ( V , ) Q gi Qload i 0
Với : i = (NG + 1), (NG +2),...N
(2.3)
(2.4)
Trong đó:
Pi: Cơng suất tác dụng bơm vào nút i và là hàm của V , . Đối với nút tải thì
i = (NG +1), (NG + 2),..., N và Pgi = 0.
Qi : Công suất phản kháng bơm vào nút i và là hàm của V , .
Qgi : Công suất phản kháng phát tại nút i.
Hàm ràng buộc bất đẳng thức
Giới hạn về phát công suất tác dụng:
Pgi min Pgi Pgi max
với : i = 1,2,...NG
(2.5)
Giới hạn về phát công suất phản kháng:
Q gi min Q gi Q gi max
với : i = 1,2,...NG
(2.6)
với : i = (NG + 1), (NG + 2),...N
(2.7)
với : i = 1,2,...N
(2.8)
Giới hạn về biên độ điện áp nút tải:
Vi
min
Vi Vi
max
Giới hạn về góc pha điện áp:
i min i i max
Công suất phản kháng bơm vào nút i:
N
Qi Vi .Vk Gik sin( i k ) Bik cos( i k )
(2.9)
k 1
Bài tốn tối ưu hóa có ràng buộc có thể được chuyển sang bài tốn tối ưu hóa
khơng ràng buộc bằng cách làm tăng ràng buộc dịng tải vào hàm mục tiêu.
CBHD: TS Võ Ngọc Điều
HVTH: Trương Như Linh
