Áp dụng thuật toán cuckoo search để xác định tải tối đa của hệ thống
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.65 MB, 65 trang )
Luận Văn Tốt Nghiệp
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
ĐẶNG NGỌC ẨN
ÁP DỤNG THUẬT TOÁN CUCKOO SEARCH ĐỂ XÁC
ĐỊNH TẢI TỐI ĐA CỦA HỆ THỐNG
Chuyên ngành : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số
: 605250
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP HCM, Tháng 06 Năm 2014
Luận Văn Tốt Nghiệp
Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : ..................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
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…………
Luận Văn Tốt Nghiệp
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Đặng Ngọc Ẩn
MSHV: 12214282
Ngày, tháng, năm sinh: 04/02/1988
Nơi sinh: Phú Khánh
Chuyên ngành: Thiết Bị, Mạng và Nhà Máy Điện
Mã số : 605250
I. TÊN ĐỀ TÀI:
ÁP DỤNG THUẬT TOÁN CUCKOO SEARCH XÁC ĐỊNH TẢI TỐI ĐA CỦA HỆ
THỐNG
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-
Tìm hiểu thuật tốn Cuckoo Search.
-
Cách áp dụng thuật toán Cuckoo Search xác định tải tối đa.
-
Mơ phỏng bài tốn tìm tải tối đa bằng thuật toán Cuckoo Search vào các hệ thống
IEEE chuẩn.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) : 10/02/2014
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) : 20/06/2014
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
Tp. HCM, ngày 19 tháng 06 năm 2014.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
TRƯỞNG KHOA……
(Họ tên và chữ ký)
Luận Văn Tốt Nghiệp
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gởi lờn cảm đến TS. Võ Ngọc Điều , người đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong
suốt thời gian làm luận văn này.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô ở Khoa Điện Điện Tử cũng như các
thầy ở trường Đại học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, là những người truyền đạt
kiến thức, định hướng nghiên cứu và giúp tôi học tập tại trường.
Tôi cũng nhận được sự giúp đỡ của các bạn cùng khóa, cùng lớp. Xin cám ơn các bạn
đã đóng góp cho tơi những ý kiến và những tài liệu giá trị.
Cuối cùng, tơi xin kính gởi đến gia đình lịng biết ơn chân thành, sâu sắc nhất, những
người đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá
trình học tập và nghiên cứu.
TP HCM, 19 tháng 06 năm 2014
Nguời thực hiện
Đặng Ngọc Ẩn
Luận Văn Tốt Nghiệp
TĨM TẮT LUẬN VĂN
Với mong muốn tìm ra lời giải tốt cho bài toán xác định tải tối đa của hệ thống. Một
thuật tốn tối ưu hóa Cuckoo Search ra đời vào năm 2009 [1], [2] xin được áp dụng để
tìm lời giải cho bài tốn.
Nội dung chính của luận văn sẽ được trình bài như sau:
- Chương 1: Giới thiệu chung: Giới thiệu chung về bài toán xác định tải tối đa trong hệ
thống điện, mục tiêu của đề tài, tầm quan trọng của việc tìm ra lời giải bài toán này và
phạm vi nghiên cứu của luận văn.
- Chương 2: Tổng quan: Trình bài tổng quan về bài toán xác định tải tối đa trong hệ
thống điện và một số phương pháp giải tiêu biểu trước đây.
- Chương 3: Thành lập bài toán: Thành lập bài tốn tìm tải tối đa của hệ thống với
nhiều ràng buộc khác nhau.
- Chương 4: Phương pháp luận giải quyết bài toán. Giới thiệu thuật toán Cuckoo
Search cũng như cách thức áp dụng thuật toán Cuckoo Search vào bài tốn tìm tải tối
đa.
- Chương 5: Kết quả tính tốn với các hệ thống điện chuẩn IEEE. Trình bày kết quả bài
tốn tìm tải tối đa của hệ thống bằng thuật toán Cuckoo Search được viết bằng
Matpower/Matlab cho:
+ Hệ thống IEEE 14 Bus
+ Hệ thống 30 Bus.
+ Hệ thống IEEE 57 Bus.
+ Hệ thống IEEE 118 Bus.
Luận Văn Tốt Nghiệp
- Chưong 6: Tổng kết và hướng nghiên cứu. Trình bài kết luận về kết quả thu được
bằng phương pháp Cuckoo Search, nhận xét kết quả thu được so với các phương pháp
khác, từ đó đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo. Và kết luận rằng thuật toán CS đã cho
thấy hiệu quả trong giải quyết bài toán xác định tải tối đa của hệ thống với kết quả tốt
hơn.
----------------------
Luận Văn Tốt Nghiệp
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng 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.
Tác giả
Đặng Ngọc Ẩn
Luận Văn Tốt Nghiệp
MỤC LỤC
Nhiệm vụ luận văn Thạc Sĩ
Lời cảm ơn
Tóm tắc luận văn
Lời cam đoan
MỤC LỤC .................................................................................................................................. i
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT......................................................................................... iv
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU .................................................................................................. v
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH............................................................................................. vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................................... viii
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG ....................................................................................... 1
1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT....................................................................................... 1
1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI. ......................................................................................... 5
1.4 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI. ........................................................................ 5
1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU. ......................................................................................... 6
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ..................................................................................................... 7
2.1 MÔ TẢI BÀI TỐN TÌM TẢI CỰC ĐẠI. ................................................................ 7
2.2 TƠNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ ÁP DỤNG. ............................................. 9
2.2.1 Phương pháp tốn học. ........................................................................................ 9
2.2.2 Phương pháp tiến hóa. ........................................................................................10
2.3 TĨM TẮC. .................................................................................................................11
CHƯƠNG 3:THÀNH LẬP BÀI TỐN TÌM TẢI TỐI ĐA CỦA HỆ THỐNG ................... 12
3.1 MƠ TẢ BÀI TỐN TỐI ƯU.....................................................................................12
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
i
Luận Văn Tốt Nghiệp
3.2 HÀM MỤC TIÊU CHO BÀI TOÁN TÌM TẢI TỐI ĐA..........................................13
3.3 CÁC RÀNG BUỘC CỦA BÀI TỐN. .....................................................................14
3.3.1 Ràng buộc cân bằng : ..........................................................................................14
3.3.2 Ràng buộc không cân bằng: ...............................................................................14
3.4 XỬ LÝ CÁC RÀNG BUỘC CỦA BÀI TOÁN. ........................................................15
3.4.1 Hiệu chuẩn hệ số tải λ: ........................................................................................16
3.4.2 Xử lý các ràng buộc: ...........................................................................................16
4.1 CÁC THỨC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ. ......................................................................19
4.2.1 Thuật tốn. ..........................................................................................................19
4.2.2 Đặc tính Levy Flight...........................................................................................21
4.2.3 Thuật tốn Cuckoo Search. ...............................................................................21
4.3 THUẬT TỐN CUCKOO SEARCH ÁP DỤNG VÀO BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH
TẢI TỐI ĐA CỦA HỆ THỐNG. ....................................................................................24
4.4 LẬP TRÌNH THUẬT TỐN ĐỂ GIẢI QUYẾT BÀI TỐN TÌM TẢI TỐI ĐA
CỦA HỆ THỐNG. ...........................................................................................................25
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TỐN VỚI CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN IEEE CHUẨN ...... 31
5.1 HỆ THỐNG IEEE 14 BUS ........................................................................................32
5.2 HỆ THỐNG 30 BUS. ................................................................................................33
5.3 HỆ THỐNG IEEE 57 BUS. .......................................................................................33
5.4 HỆ THỐNG IEEE 118 bus.......................................................................................34
5.5 MƠ PHỎNG KẾT QUẢ ............................................................................................34
5.5.1 Mơ phỏng kết quả xác định tải tối đa cho hệ thống chuẩn IEEE 14 Bus ..........34
5.5.2 Mô phỏng kết quả xác định tải tối đa cho hệ thống case30 Bus. ......................37
5.5.3 Mô phỏng kết quả xác định tải tối đa cho hệ thống chuẩn IEEE 57 Bus. .........39
5.5.4 Mô phỏng kết quả xác định tải tối đa cho hệ thống chuẩn IEEE 118 Bus. .......41
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
ii
Luận Văn Tốt Nghiệp
5.6 SO SÁNH TẢI TỐI ĐA XÁC ĐỊNH BẰNG CS VỚI CÁC PHƯƠNG PHÁP
KHÁC. .............................................................................................................................42
5.6.1 So sánh tải tối đa của hệ thống IEEE 14 Bus. ....................................................42
5.6.2 So sánh tải tối da của hệ thống 30 Bus. ..............................................................43
5.6.3 So sánh tải tối đa của hệ thống IEEE 57 Bus. ....................................................44
5.6.4 So sánh tải tối đa của hệ thống IEEE 118 Bus. .................................................44
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU....................................................... 45
6.1 TỔNG KẾT ĐỀ TÀI.................................................................................................45
6.2 HƯỚNG NGHIÊN CỨU ..........................................................................................45
TÀI LIỆU THAM KHÁO ....................................................................................................... 47
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ..................................................................................................... 50
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
iii
Luận Văn Tốt Nghiệp
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT
IEEE
: Institute of Electrical and Electronics Engineers
CS
: Cuckoo Search
CPF
: Continuation Power Flow
SQP
: Successive Quadractic
IP
: Interior Point
QSS
: Quasi Steady State
GA
: Genetic Algorithms
PSO
: Particle Swarm Optimization
HPSO
: Hybird Particle Swarm Optimization
MAHPSO
: Multi Agent Hybird Particle Swarm Optimization
MAPSO
: Multi Agent Particle Swarm Optimization
TR
: Trust Region
CAPSO
: Co-ordinated Aggregation Particle Swarm Optimization
DEPSO
: Differential Evolution Particle Swarm Optimization
FVS
: Fast Voltage Stability
ACO
: Ant Colony Optimization
BA
: Bee Algorithm
FA
: Firefly Algorithm
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
iv
Luận Văn Tốt Nghiệp
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU
[…]
: Tài liệu tham khảo
(…)
: Biểu thức toán học
i
: Chỉ số của Bus
λ
: Thông số tải
λmax
: thông số tải lớn nhất
λmin
: Thông số tải nhỏ nhất
Nb
: Tổng số Bus hệ thống
Np
: Số tổ Cuckoo Search
Nmax
: Số lần lặp tối đa
Fpi,Fqi
: Các giá trị mismatch
Vi
: Điện áp Bus thứ i
Vimax
: Điện áp lớn nhất ở Bus thứ i
Vimin
: Điện áp nhỏ nhất ở Bus thứ i
Vm
: Biên độ điện áp
Delta
: Góc điện áp
K1 , K2
: Hệ số phạt
Kp
: Hệ số phạt công suất tác dụng của máy phát
Kq
: Hệ số phạt công suất phản kháng của máy phát
Kv
: Hệ số phạt điện áp
Pgi
: Công suất tác dụng của máy phát ở bus thứ i
Pdi
: Công suất tác dụng của tải cầu ở bus thứ i
Pdo
: Công suất tác dụng ban đầu của tải
Pgimax
: Công suất tác dụng lớn nhất của máy phát
Pgimin
: Công suất tác dụng nhỏ nhất của máy phát.
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
v
Luận Văn Tốt Nghiệp
Qgimax
: Công suất phản kháng lớn nhất của máy phát.
Qgimin
: Công suất phản kháng nhỏ nhất của máy phát
Qgi
: Công suất phản kháng của máy phát ở Bus thứ i
Qdi
: Công suất phản kháng của tải ở bus thứ i
Qdo
: Công suất phản kháng ban đầu của tải
θij
: Góc lệch điển áp của hai bus i và j
δi, δj
: Góc lệch điện áp ở bus i, bus j.
Vi, Vj
: Điện áp ở bus i, bus j
Yij
: Tổng dẫn ở hai Bus i, Bus j
f(x)
: Hàm mục tiêu
g(x)
: Các ràng buộc cân bằng.
Bij
: Dung dẫn giữa hai Bus i, j
Gij
: Điện dẫn giữa hai bus i, j
∑Pdmax
: Tổng công suất lớn nhất của tải.
FQi
: Giá trị phạt công suất phản kháng
FPi
: Giá trị phạt công suất tác dụng
FVi
: Giá trị phạt điện áp
α
: Là bước tính
Pa
: Xác suất tổ bị bỏ
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
vi
Luận Văn Tốt Nghiệp
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1
: Mơ hình các vấn đề ổn định trong hệ thống điện
Hình 1.2
: Các phương pháp tìm ổn định điện áp.
Hình 2.1
: Vị trí của điểm tải cực đại.
Hình 2.2
: Phương pháp CPF.
Hình 3.1
: Tính giá trị hàm phạt
Hình 3.2
: Tính giá trị hàm phạt điện áp
Hình 4.1
: Hành vi của chim Cuckoo
Hình 4.2
: Lưu đồ giải thuật thuật tốn Cuckoo Search
Hình 4.3
: Lưa đồ CS áp dụng vào bài tốn tìm tải tối đa
Hình 5.1
: Hệ thống IEEE 14 Bus.
Hình 5.2
: Hệ thống IEEE 57 Bus.
Hình 5.3
: Hệ thống IEEE 118 Bus.
Hình 5.4
: Sự hội tụ kết quả sau 100 lần lặp của hệ thống IEEE 14 Bus
Hình 5.5
: Sự hội tụ kết quả sau 100 lần lặp của hệ thống 30 Bus
Hình 5.6
: Sự hội tụ kết quả sau 100 lần lặp của hệ thống IEEE 57 Bus
Hình 5.7
: Sự hội tụ kết quả sau 100 lần lặp của hệ thống IEEE 118 Bus
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
vii
Luận Văn Tốt Nghiệp
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 5.1: Kết quả điện áp và góc ở tải tối đa của hệ thống IEEE 14 Bus
Bảng 5.2: Kết quả công suất tối đa và thời gian thực hiện của hệ thống IEEE 14 Bus
Bảng 5.3: Kết quả điện áp và góc ở tải tối đa của hệ thống 30 Bus
Bảng 5.4: Kết quả công suất tối đa và thời gian thực hiện của hệ thống 30 Bus
Bảng 5.5: Kết quả điện áp và góc ở tải tối đa của hệ thống IEEE 57 Bus
Bảng 5.6: Kết quả công suất tối đa và thời gian thực hiện của hệ thống IEEE 57 Bus
Bảng 5.7: Kết quả công suất tối đa và thời gian thực hiện của hệ thống IEEE 118 Bus
Bảng 5.8 : So sánh tải tối đa cho hệ thống IEEE 14 Bus
Bảng 5.9 : So sánh điện áp ở tải tối đa của phương pháp CS và phương pháp.DEPSO.
Bảng 5.10 : So sánh tải tối đa cho hệ thống 30 Bus
Bảng 5.11: So sánh tải tối đa cho hệ thống IEEE 57 Bus
Bảng 5.12: So sánh tải tối đa cho hệ thống IEEE 118 Bus
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
viii
Luận Văn Tốt Nghiệp
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT.
- Các yếu tố cơ bản của hệ thống điện bao gồm 4 thành phần chính: Máy phát, đường
dây truyền tải, đường dây phân phối, tải. Năng lượng điện được sản xuất tại các nhà
máy điện và phân phối đến nơi tiêu thụ thông qua đường dây truyền tải, một hệ thống
điện hoạt động tốt phải đảm bảo cung cấp điện an tồn và liên tục. Nhìn chung hệ
thống điện cần có những đặc điểm chính sau:
+ Khả năng đáp ứng tải liên tục thay đổi một cách liên tục theo nhu cầu phụ tải.
+ Quản lý cung cấp năng lượng ở chi phí cực tiểu và tác động sinh thái.
+ Duy trì chất lượng cung cấp điện ( duy trì tần số, điện áp và các thơng số khác trong
trong giới hạn ổn định).
- Trong vận hành và thiết kế, bài toán được đặt ra là làm sao hệ thống hoạt động liên
tục đáp ứng các yêu cầu về phụ tải nhưng vẫn đảm bảo được tính ổn định của hệ thống
điện.
- .Cùng với phát triển của khoa học máy tính, con người khơng ngừng tìm tịi ra các
phương pháp với mong muốn giải quyết vấn đề nhanh hơn, chính xác hơn. Các phương
pháp càng về sau có những ưu điểm nổi trội hơn so với các phương pháp trước như
giải thuật đơn giản, số biến đầu vào nhỏ, chương trình tính tốn nhanh, giải thuật tìm
kiếm trên tồn bộ khơng gian làm việc để tìm lời giải tối ưu tồn cục,… và phải thích
hợp với hàm mục tiêu phức tạp tồn tại trong hệ thống điện.
1.2 . GIỚI THIỆU BÀI TỐN TÌM TẢI TỐI ĐA CỦA HỆ THỐNG.
- Hệ thống điện đóng vai trị quan trọng đối với sự phát triển kinh tế của mỗi quốc gia
vì nó là một trong những cơ sở hạ tầng quan trọng nhất của nền kinh tế quốc dân. Do
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
1
Luận Văn Tốt Nghiệp
sự phát triển kinh tế và các áp lực về môi trường, sự cạn kiệt tài nguyên thiên nhiên,
cũng như sự tăng nhanh nhu cầu phụ tải, sự thay đổi theo hướng thị trường hóa ngành
điện lực làm cho hệ thống điện ngày càng trở lên rộng lớn về quy mơ, phức tạp trong
tính tốn thiết kế, vận hành. Do đó, mà hệ thống điện được vận hành rất gần với giới
hạn về ổn định. Và đặc biệt là các hệ thống điện rất “nhạy cảm” với các sự cố có thể
xảy ra. Theo kết quả nghiên cứu, hệ thống điện có thể bị sụp đổ là do sự mất ổn định
trong hệ thống. Một số sự cố tan rã hệ thống điện gần đây trên thế giới gây ra những
hậu quả to lớn là những ví dụ sinh động cho luận điểm này.
- Ổn định hệ thống điện là khả năng của hệ thống điện duy trì hoạt động ở điều kiện
ban đầu hoặc lấy lại trạng thái hoạt động cân bằng sau những sự cố về vật lý. Với hầu
hết các thông số nằm trong giới hạn cho phép, những sự cố ở đây là ngắn mạch, thay
đổi tải, mất điện, sụp đỗ điện điện áp... Ổn đinh hệ thống điện có thể phân ra thành : Ổn
định góc Rotor, Ổn định điện áp, ổn định tần số.
+ Ổn định góc Rotor : Là khả năng của hệ thống điện có thể duy trì tính đồng bộ
khi chịu một sự xáo trộn hoặc sự cố. Góc rotor của máy phát phụ thuộc vào cân
bằng giữa momen điện và momen cơ. Duy trì tính đồng bộ nghĩa là momen điện
thực sự cân bằng với momen cơ. Nếu trong vài tổ máy mà cân bằng giữa momen
điện và momen cơ bị xáo trộn sẽ dấn đến dao động góc Rotor.
+ Ổn định tần số: Đề cập đến khả năng hệ thống điện có thể duy trì tần số ổn
định sau một sự cố nghiêm trọng giữa máy phát và tải. Nó phụ thuộc vào khả năng
phục hồi trạng thái cân bằng giữa hệ thống máy phát và tải. Mất ổn định tần số có
thể dẫn đến biến động về duy trì tần số liên tục, làm cho các tổ máy hoặc tải ngừng
hoạt động..
+ Ổn định điện áp : Ổn định điện áp liên quan đến khả năng của hệ thống điện
có thể duy trì điện áp chấp nhận được để duy trì trạng thái cân bằng ở điều kiện
hoạt động bình thường hoặc trạng thái phục hồi sau một thời gian xảy ra sự cố
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
2
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 1.1: Mơ hình các vấn đề ổn định hệ thống điện
- Mất ổn định điện áp xảy ra khi hệ thống hoạt động ngoài ranh giới của điểm hoạt
động và điểm sụp đỗ điện áp. Mất ổn định điện áp hay sụp đổ điện áp là sự cố nghiêm
trọng trong vận hành hệ thống điện, làm mất điện trên một vùng hay trên cả diện rộng,
gây thiệt hại rất lớn về kinh tế, chính trị, xã hội. Nên ổn định điện áp là một vấn đề
quan trọng trong hoạt động của hệ thống điện. Có nhiều phương pháp xác định ổn định
điện áp như đường cong PV, đường cong QV, Tiêu chuẩn BM…..một trong số đó là
phương pháp xác định tải tối đa của hệ thống điện.
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
3
Luận Văn Tốt Nghiệp
Đường
cong PV
Đường
cong QV
ổn định
điện áp
Tiêu
chuẩn
Bm...
Tìm tải
tối đa
Hình 1.2: Các phương pháp tìm ổn định điện áp
- Phụ tải điện không ngừng được phát triển và mở rộng, dẫn đến hệ thống điện không
thể đáp ứng nhu cầu của phụ tải, hệ thống sẽ bị quá tải và dần dần mạng lưới điện
hoạt động gần hơn với điểm sụp đỗ điện áp, hệ thống mất cân bằng và không thể hoạt
động thêm được nửa. Để giải quyết vấn đề này người ta có thể mở rộng hệ thống điện,
tuy nhiên nó lại bị ràng buộc mở mơ trường và kinh phí… Do đó tái cơ cấu đã được đề
xuất nhưng nó lại phát sinh vấn đề mới là ổn định điện áp.
- Các yếu tố khác gây ra mất ổn định là máy phát đường dây, máy biến áp, thanh cái,
giảm sản xuất điện, điện áp suy yếu... Nhưng yếu tố chính gây nên mất ổn định điện áp
là khả năng của hệ thống không thể đáp ứng yêu cầu của phụ tải nên ổn định điện áp
cũng có thể được gọi là ổn định tải. Ước lượng khả năng tải tối đa là một phương pháp
tiếp cận tìm ổn định điện áp để tránh mất ổn định điện áp và dẫn đến sụp đỗ điện áp vì
hệ thống điện hoạt động trong điểm này không kinh tế và dễ xuất hiện sụp đỗ điện áp,
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
4
Luận Văn Tốt Nghiệp
do đó nghiên cứu một cách nghiêm túc và cẩn thận để vấn đề này đảm bảo hệ thống có
thể đáp ứng phát triển nhu cầu phát triển phụ tải và hoạt động trong giới hạn an toàn.
- Xác định tải tối đa là một vấn đề được quan tâm của cả người quy hoạch và vận hành
trong nhiều năm nay. Khả năng mang tải tối đa là một vấn đề phi tuyến với các biến
liên tục và rời rạc. Với mục đích là tăng độ chính xác trong các quá trình lặp. Xác định
tải tối đa được xem như một vấn đề tối ưu với các ràng buộc cân bằng và không cân
bằng. Ràng buộc cân bằng là các phương trình cân bằng cơng suất, ràng buộc không
cân bằng là giới hạn trên và giới của công suất máy phát, điện áp của các Bus, đầu
phân áp của Máy Biến Áp….
- Gần đây tối ưu hoá hoạt động của hệ thống điện trở thành một vấn đề thiết yếu và nó
cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của các chương trình tính tốn cho mục đích này. Áp
dụng thuật toán Cuckoo Search vào bài toán xác định tải tối đa của hệ thống là một các
tiếp cận mới mang lại độ chính xác cao so với các phương pháp trước. Kết quả của bài
tốn phân bố cơng suất là lời giải khi tăng công suất của hệ thống truyền tải cho đến
khi hệ thống đạt đến điểm sụp đỗ điện áp và không quy phạm các điều kiện ràng buộc
1.3 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI.
- Tìm lời giải cho bài toán xác định tải tối đa của hệ thống bằng thuật tốn thơng minh
Cuckoo Search. Kết quả của nghiên cứu này có thể cung cấp thơng tin các giá trị của
hệ thống ở tải tối qua đó có thể giúp thiết kế và vận hành hệ thống điện để cải thiện
khả năng của hệ thống.
- Nâng cao khả năng tải tối đa của hệ thống.
1.4 TẦM QUAN TRỌNG CỦA ĐỀ TÀI.
- Hiện chưa có luận văn, cơng trình nghiên cứu về áp dụng thuật tốn Cuckoo Search
vào bài tốn tìm tải tối đa của hệ thống điện. Điều này cho thấy tầm quan trọng của nó
trong việc tìm ra một lời giải tốt nhất và tối ưu nhất..
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
5
Luận Văn Tốt Nghiệp
1.5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU.
- Tìm hiểu các phương pháp đã áp dụng vào bài tốn tìm tải tối đa cửa hệ thống điện.
- Tìm hiểu thuật tốn Cuckoo Search.
- Áp dụng thuật tốn thơng minh Cuckoo Search vào bài toán xác định tải tối đa của hệ
thống.
- Giải quyết bài toán ở các hệ thống IEEE chuẩn điển hình.
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
6
Luận Văn Tốt Nghiệp
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
2.1 MÔ TẢI BÀI TỐN TÌM TẢI CỰC ĐẠI.
- Sự phức tạp của hệ thống điện thì gia tăng liên tục bởi vì sự gia tăng số lượng nhà
máy và tải tiêu thụ, hệ thống điện trở nên bị căng thẳng bởi vì sự tăng tải trên đường
dây truyền tải,và khó khăn trong việc tái cấu trúc và xây dựng nhà máy điện gần trung
tâm tải. Tất cả vấn đề trên dẫn đến vấn đề ổn định điện áp trong hệ thống điện, có
nhiều sự cố trong những năm vừa qua được chuẩn đoán như là vấn đề ổn định điện áp
do sự tăng tải và giảm giới hạn ổn định. Khi giới hạn ổn định giảm, hệ thống tiếp cận
rất gần điểm tới hạn, nếu có sự cố bất ngờ rất có thể dẫn đến sụp đỗ điện áp. Trong
những năm gần đây có nhiều phương pháp đã đưa ra để xác định ổn định điện áp.
- Để tìm ổn định điện áp, tìm tải cực đại là một cách tiếp cận, giới hạn tải tối đa là
vùng nằm trong điểm hoạt động và điểm tải tối đa, vấn đề tải tối đa được xem như một
vấn đền tối ưu phi tuyến với hỗn hợp các biến rời rạc và liên tục.
- Có nhiều phương pháp đã được đưa ra để tim tải tối đa của hệ thống các phương pháp
kỹ thuật toán học như CPF, SQP, IP… Tuy nhiên việc giải bài tốn bằng các phương
pháp này sẽ gặp khó khăn đối với những hệ thống lớn và phức tạp. Gần đây, cùng với
sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và khoa học máy tính, các phương pháp tối ưu có
khuynh hướng nghiên về dạng mạng nơron và dạng metaheuristic có nhiều tối ưu hơn
.Tuy nhiên các phương pháp này vẫn có khuyết điểm chung đó là số lần lặp lớn và bị
ảnh hưởng bởi các thông số điều khiển liên quan một số phương pháp tiêu biểu đã
đưa ra để giải bài tốn tìm tải tối đa như GA, PSO, QSS, HPSO..
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
7
Luận Văn Tốt Nghiệp
Hình 2.1: Vị trí của điểm tải cực đại.
- Gần đây, cùng với sự phát triển của trí tuệ nhân tạo và khoa học máy tính, các
phương pháp tối ưu có khuynh hướng nghiên về dạng mạng nơron và dạng
metaheuristic do những lợi ích nó đem lại. Qua tìm hiểu về thuật tốn tối ưu hóa, một
phương pháp mới mang tên Cuckoo Search được hai nhà toán học Xin-She Yang và
Suash Deb phát triển năm 2009 [1][2], phương pháp lấy cảm hứng từ việc ký gởi con
cái của chim Cuckoo cho chim khác nuôi bằng cách đẻ trứng của nó vào tổ chim khác
cùng giống. Qua đó, xin đề xuất dùng phương pháp CS này để giải quyết bài tốn tìm
tải tối đa của hệ thống điện và sau đó so sánh kết quả với các phương pháp hiện đã
nghiên cứu trước đây cũng như đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
8
Luận Văn Tốt Nghiệp
2.2 TÔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ ÁP DỤNG.
Nhiều phương pháp đã được đưa ra để giải quyết bài tốn tìm tải cực đại của hệ thống
ta có thể chia làm 2 loại là phương pháp tốn học và phương pháp tiến hóa.
2.2.1 Phương pháp tốn học.
- SPQ (successive quadratic programming ) [5]: Lập trình tiếp nối bậc 2 sử dụng đạo
hàm cấp hai để cải thiện sự hội tụ, tiến tình thì dựa vào phương pháp Newton với xấp
xỉ ma trận Hessian của hàm Lagrang. Ma trận Hessian rất dày đặc và rắc rối nên làm
cho phương pháp này chậm khi các biến điều khiển nhiều
- Poll’s Conjugate Direction Method [6]: Phương pháp hướng liên hợp Powell lấy đạo
hàm của ma trận trong phương trình cân bằng cơng suất, kích cỡ của ma trận phụ thuộc
vào kích cỡ của hệ thống điện, phương pháp này yêu cầu 3n (n+1) hàm đánh giá cho n
biến , kết quả là tính tốn trở nên phức tạp cho hệ thống điện lớn.
- IP (interior point) [7]: Phương pháp điểm bên trong do Irisarri et al đề xuất năm 1997.
Phương pháp này tính tốn hiệu quả, nhưng nếu trình tự kích cở các bước khơng được
chọn đúng dẫn đến có nhiều hạn chế quan trọng trong việc xử lý phi tuyến, hàm không
liên tục và gián đoạn, Phương pháp này bị giới hạn bởi điều kiện bắt đầu và điều kiện
kết thúc.
- QSS (Quasi-Steady-State ) [8] : Phương pháp bán trạng thái ổn định bị giới hạn bởi
các giả định ngầm như: Sau sự cố hệ thống mất ổn định trong khoảng thời gian ngắn,
nhưng các pha không được mô phỏng trong một thời gian dài hơn trong quá trình mơ
phỏng xấp xỉ QSS. Trình tự của q trình điều khiển phụ thuộc q trình hoạt động liên
tục, có thể khơng được xác định một cách chính xác từ mơ hình QSS đơn giản hóa.
- CPF (Countinous power flow ) [9]: Phương pháp dịng cơng suất liên tục do hai ông
Ajjarapu và Chrity đưa ra vào năm 1992, phương pháp này sữ dụng rộng rải, nhưng sẽ
cho kết quả không chính xác nếu chiều dài của bước lặp lớn hơn. Nếu hệ thống gần với
điểm tải cực đại thì phương pháp CPF đối mặt với một số vấn đề về hội tụ.và kích
thước bước phụ thuộc vào kinh nghiệm người sử dụng.
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
9
Luận Văn Tốt Nghiệp
- Đường cong PV [10] : Điện áp tải được xem như một hàm của công suất thực yêu cầu
hoặc tổng công suất yêu cầu. 2 giải pháp điện áp đã được đưa ra là giải pháp dòng cao áp thấp và dòng thấp - áp cao, Hệ thống hoạt động ở phần trên của đương cong PV
nghĩa là phần dòng thấp- áp cao. Điểm của đường cong PV là điểm tải tối đa, điểm tới
hạn trùng với điểm sụp đỗ điện áp.
Hình 2.2 Phương pháp CPF
2.2.2 Phương pháp tiến hóa.
-GA (Genetic Algorithms) [11]: Thuật tốn di truyền, do Acharjee đưa ra, hàm mục
tiêu đưa ra phù hợp với hàm mục tiêu xác định mỗi Gen của Nhiễm Sắc Thể, kết quả
đưa ra trên nhiều Bus cùng một lúc.
-PSO: (Particle swarm optimization) [12] thuật toán tối ưu bầy đàn, một dạng
Metaheuratic, giải quyết bài toán phi tuyến ,có thể dẫn đến hội tụ sớm, phương pháp
đơn giản để xác định khả năng tải tối đa. Không sữ dụng các thơng số liền tục mà tìm
trực tiếp để xác định điểm tới hạn của hệ thống.
HVTH: Đặng Ngọc Ẩn
10
