BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

NGUYỄN TÙNG LINH

XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TRÍ TUỆ NHÂN TẠO

CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 62.52.02.16

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

Hà Nội - 2018

2

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Theo thống kê của Tập đoàn Điện lực Việt Nam thì tổng tổn thất điện năng những năm

gần đây khoảng từ 9-15% sản lượng điện sản xuất, trong đó lưới điện phân phối chiếm 5-7%.

Do đó việc nghiên cứu các biện pháp giảm tổn thất điện năng trên lưới phân phối là một nhu

cầu cần thiết. Tái cấu trúc lưới điện là một trong nhưng phương pháp giảm tổn thất được

nghiên cứu nhiều.

Hiện nay đề giải quyết bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối là bài toán tối ưu thuộc lớp

NP-khó, do đó để giải quyết bài toán này, có các phương pháp tiếp cận để giải quyết vấn đề:

- Tìm kiếm theo phương pháp tối ưu toán học

- Tìm kiếm heuristic để tìm lời giải đủ tốt.

- Tìm lời giải gần đúng nhờ các thuật toán mô phỏng tự nhiên như: Mô phỏng luyện kim,

giải thuật di truyền, tối ưu bầy đàn,…

2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận án

Đề xuất thuật toán theo phương pháp Heuristic áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới

điện với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất xét trong trường hợp có/không có nguồn điện

phân tán kết nối vào lưới điện phân phối.

Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện phân tán khi kết nối vào lưới điện phân phối,

ảnh hưởng đến bài toán tái cấu trúc lưới điện.

Đề xuất thuật toán theo phương pháp Meta Heuristic pháp mới cho bài toán tái cấu

trúc lưới điện với hàm mục tiêu giảm tổn thất điện năng trong các trường hợp có/ không có và

trường hợp có xét đến vị trí và dung lượng của nguồn điện phân tán khi kết nối lưới điện phân

phối.

3. Phạm vi nghiên cứu:

Bài toán tái cấu trúc với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất trong trường hợp

có/không có nguồn điện phân tán kết nối vào lưới.

Bài toán tái cấu trúc lưới điện có xét đến vị trí và công suất của nguồn điện phân tán

khi kết nối vào lưới điện phân phối với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất.

4. Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu áp dụng phương pháp Heuristic và các thuật toán trí tuệ nhân tạo cho bài

toán tái cấu trúc lưới điện phân phối.

Sử dụng phương pháp mô phỏng để kiểm tra độ chính xác của các thuật toán đề xuất

thông qua việc kiểm tra trên các bài toán mẫu của IEEE

5. Điểm mới của luận án: Luận án đã đạt được một số nội dung nghiên cứu sau:

Đề xuất phương pháp cho bài toán tái cấu trúc lưới điện dựa trên luật kinh nghiệm

“Heuristic” với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất và xét trong 2 trường hợp, không có kết

nối nguồn điện phân tán và có kết nối nguồn điện phân tán.

Đề xuất cải tiến giải thuật mô phỏng luyện kim cho bài toán tái cấu trúc lưới điện với

hàm hàm mục tiêu giảm tổn thất điện năng.

3

Đề xuất sử dụng giải thuật di truyền cho bài toán tái cấu trúc xét đến vị trí và công

suất của nguồn điện phân tán khi kết nối với lưới điện phân phối với hàm mục tiêu giảm tổn

thất công suất.

6. Giá trị thực tiễn của luận án: Các kết quả nghiên cứu của luận án đạt được có giá trị

thực tiễn trong vấn đề nghiên cứu về bài toán tái cấu trúc và áp dụng thực tế:

Phương pháp đề xuất theo hướng nghiên cứu Heuristic một lần nữa khẳng định được

việc áp dụng các luật kinh nghiệm và phương pháp tối ưu cho các bài toán tối ưu vẫn được sử

dụng tốt trong một số trường hợp.

Phương pháp nghiên cứu theo hướng MetaHeuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

tác giả đề xuất sử dụng thuật toán mô phỏng luyện kim và thuật toán di truyền cho bài toán tái

cấu trúc lưới điện với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất trong trường hợp có nguồn điện

phân tán và không có nguồn điện phân tán và trường hợp có xét đến vị trí, dung lượng nguồn

điện phân tán kết nối với lưới phân phối

Là công cụ hỗ trợ ra quyết định cho việc thiết kế, vận hành lưới điện phân phối khi

tham gia vào thị trường điện cạnh tranh.

7. Bố cục luận án: Luận án được chia làm 4 chương

Chương 1: Tổng quan lưới điện phân phối và bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

Chương 2: Phương pháp Heuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

Chương 3: Phương pháp MetaHeuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

Chương 4: Thuật toán di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối có xét đến quy

hoạch nguồn điện phần tán

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

VÀ BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

1.1 Giới thiệu tổng quan lưới điện phân phối

1.1.1 Đặc điểm lưới điện phân phối

Lưới điện phân phối là thành phần đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện từ

nơi sản xuất đến các hộ tiêu thụ điện, được trải rộng trên toàn bộ lãnh thổ của các quốc gia.

Lưới điện phân phối có thể được thiết kế có cấu trúc mạch vòng hoặc cấu trúc hình tia, tuy

nhiên vì lý do kỹ thuật và điều kiện vận hành nên nó được vận hành theo cấu trúc hình tia.

Nhờ cấu trúc vận hành hở mà hệ thống relay bảo vệ chỉ cần sử dụng loại relay quá dòng.

Các điều kiện vận hành lưới phân phối luôn phải thoả mãn các điều kiện:

- Cấu trúc vận hành hở

- Tất cả các phụ tải đều được cung cấp điện, sụt áp trong phạm vi cho phép

- Các hệ thống bảo vệ relay phải thay đổi phù hợp

- Đường dây, máy biến áp và các thiết bị khác không bị quá tải

1.1.2 Giới thiệu bài toán tái cấu trúc lưới điện

a. Giới thiệu bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối:

Bài toán tái cấu trúc lưới điện là bài toán điều khiển trạng thái của các thiết bị đóng/ cắt

trên lưới điện phân phối, trong các trường hợp vận hành nhằm đảm bảo một số mục tiêu.

b. Phân loại bài toán tái cấu trúc lưới điện

4

*Phân loại theo hàm mục tiêu:

Bài toán 1: Xác định cấu trúc lưới điện theo đồ thị phụ tải trong 1 thời đoạn để chi phí vận

hành bé nhất.

Bài toán 2: Xác định cấu trúc lưới điện không thay đổi trong thời đoạn khảo sát để tổn thất

năng lượng bé nhất.

Bài toán 3: Xác định cấu trúc lưới điện tại 1 thời điểm để tổn thất công suất bé nhất.

Bài toán 4: Tái cấu trúc lưới điện cân bằng tải (giữa các đường dây, máy biến thế nguồn ở các

trạm biến áp) để nâng cao khả năng tải của lưới điện.

Bài toán 5: Khôi phục lưới điện sau sự cố hay cắt điện sửa chữa.

Bài toán 6: Xác định cấu trúc lưới điện theo nhiều mục tiêu như: tổn thất công suất bé nhất,

mức độ cân bằng tải cao nhất, số lần chuyển tải ít nhất, sụt áp cuối lưới bé nhất cùng đồng

thời xảy ra, ảnh hưởng của nguồn điện phân tán đến tái cấu trúc lưới điện phân phối…vv

Bài toán 7: Xác định cấu trúc lưới điện để đảm bảo mục tiêu giảm năng lượng ngừng cung

cấp hay nâng cao độ tin cậy cung cấp điện.

*Phân loại theo phương pháp nghiên cứu:

Hình 1.3 Phân loại bài toán tái cấu trúc theo phương pháp nghiên cứu

* Một số kết quả nghiên cứu của các bài toán tái cấu trúc

Bài toán 3 – Xác định cấu trúc lưới giảm P là bài toán quan trọng nhất

Bài toán xác định cấu trúc lưới giảm tổn thất công suất tác dụng – bài toán 3 là một bài

toán quan trọng, được xem như một module để giải quyết các bài toán khác trong hệ thống

các bài toán tái cấu trúc lưới. Điều này được chứng minh qua các thuật toán của các nghiên

cứu từ trước đến nay.

Bài toán 1 - Cực tiểu hàm chi phí vận hành

Hàm mục tiêu này rất phù hợp với lưới điện phân phối có chi phí chuyển tải thấp, linh

hoạt trong vận hành, cấu trúc lưới có thể thay đổi nhiều lần trong ngày.

Hàm mục tiêu này rất phù hợp với lưới điện phân phối có chi phí chuyển tải thấp, linh hoạt

trong vận hành, cấu trúc lưới có thể thay đổi nhiều lần trong ngày.

Bài toán 2 - Cực tiểu hàm tổn thất năng lượng

Trong thực tế, ngay cả ở những nước công nghiệp tiên tiến, chi phí chuyển tải ảnh hưởng

rất lớn đến quyết định thay đổi cấu trúc lưới. Vì đôi khi chi phí này lớn hơn nhiều lợi ích thu

được.

Vì vậy xuất hiện bài toán 2 - Xác định cấu trúc lưới điện không đổi trong thời gian khảo

sát để tổn thất năng lượng bé nhất.

Bài toán 4 - Cân bằng công suất giữa các đường dây và trạm biến áp

Thuật toán này áp dụng phù hợp cho những khu vực thường xuyên bị quá tải hay có phụ

tải không ổn định. Trong [91], Tim Taylor, …

Phân loại phương pháp giải bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

Phương pháp toán

học giải tích

Phương pháp Heuristic

(luật kinh nghiệm)

Phương pháp Meta Heuristic

(sử dụng các thuật toán AI)

5

Bài toán 5 – Tái cấu trúc lưới điện phân phối sau sự cố

Đây là mục tiêu được đông đảo các nhà khoa học đề cập trong các nghiên cứu của mình.

Bài toán 6 - Tái cấu trúc lưới theo hàm đa mục tiêu

Trong vận hành lưới điện phân phối có rất nhiều mục tiêu vận hành mà người điều độ viên

phải lựa chọn sao cho phù hợp với các đặc tính của lưới điện tại khu vực.

1.1.3 Hiện trạng lưới điện phân phối Việt Nam

Đặc điểm hiện trạng của lưới điện Việt Nam

- Do lịch sử phát triển, ở mỗi miền đất nước có nhiều cấp điện áp phân phối và giữa các

miền các cấp điện này cũng khác nhau (6.6, 10, 15, 22, 35 kV)…

- Recloser và máy cắt có tải (LBS) không được điều khiển từ xa và có số lượng không

đáng kể nên chí phí đóng/cắt lớn và thời gian chuyển tải lâu..…

Các bài toán trong quá trình vận hành lưới điện Việt Nam được mô tả trong các bài toán 1

đến bài toán 7

1.1.4 Mô hình bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

a. Mô hình toán học lưới điện phân phối

Về mặt toán học, tái cấu trúc lưới là bài toán qui hoạch phi tuyến rời rạc theo dòng công

suất chạy trên các nhánh, tại [78] mô hình được trình bày:

Cực tiểu hàm F =

n

i

n

j

ijij

n

i

n

j

ijijij LCRIC1 11 1

2 (1.4)

thoả mãn:

n

1i

jijDS (1.5)

Sij Sij max (1.6)

DVij DVij max (1.7)

max.tf

n

tftfSS

(1.8)

1

tf

tf

(1.9)

Hàm mục tiêu bị gián đoạn, rất khó để giải bài toán tái cấu trúc bằng phương pháp giải

tích toán học truyền thống [11].

b. Một số giả thiết để đơn giản bài toán tái cấu trúc lưới

Bù công suất phản kháng khi xem xét bài toán tái cấu trúc lưới

Ross Baldick [49]: “Có thể bỏ qua các thiết bị bù công suất phản kháng trên lưới khi giải

bài toán xác định cấu trúc lưới điện phân phối.”

Một số giả thiết khác cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

- Thao tác đóng/cắt để chuyển tải, không gây mất ổn định của hệ thống điện

- Điện áp tại các nút tải không thay đổi và có giá trị gần bằng Uđm

- Khi giải bài toán phân bố công suất trên lưới hình tia, bỏ tổn thất công suất.

- Độ tin cậy cung cấp điện của lưới điện phân phối được xem là không đổi khi cấu trúc lưới

thay đổi.

6

1.2 Tổng quát các nghiên cứu giải bài toán tái cấu trúc với hàm mục tiêu giảm tổn thất

điện năng

1.2.1 Kết hợp heuristics và tối ưu hóa

a. Thuật toán của Merlin và Back – kỹ thuật vòng kín

b. Các thuật toán khác

1.2.2 Các thuật toán thuần túy dựa trên Heuristics

a. Thuật toán của Civanlar và các cộng sự – kỹ thuật đổi nhánh

b. Một số thuật toán khác

1.2.3 Các thuật toán dựa trên trí tuệ nhân tạo

a. Sử dụng ANN tái cấu trúc lưới điện phân phối

b. Tái cấu trúc lưới bằng thuật toán gen

c. Tái cấu trúc lưới bằng thuật toán mô phỏng luyện kim

d. Tái cấu trúc lưới bằng thuật toán đàn kiến (Ant Colony Algorithm – ACS)

e. Tái cấu trúc lưới bằng phương pháp tìm kiếm TABU (Tabu Search – TS)

f. Tái cấu trúc lưới bằng phương pháp logic mờ (Fuzzy Logic)

g. Tái cấu trúc lưới bằng thuật toán bầy đàn

h. Tái cấu trúc lưới bằng hệ chuyên gia

1.3. Nhận xét và đánh giá

1.3.1 Các bài toán tái cấu trúc lưới điện với mục tiêu điều khiển lưới điện

- Phần lớn các bài toán tái cấu trúc theo các mục tiêu khác nhau, nhưng đều sử dụng bài

toán 3 – xác định cấu trúc lưới điện phân phối giảm tổn thất công suất tác dụng làm modul

chính trong suốt quá trình giải lặp.

- Khi giải bài toán 3, các thuật toán đều dựa trên phương án tìm kiếm theo kỹ thuật đổi

nhánh của Civanlar [17] hay kỹ thuật vòng kín của Merlin và Back [65] nên hay bị rơi vào

cực tiểu địa phương và sử dụng các thuật toán trí tuệ nhân tạo, tiến hóa mà có hiệu quả nhất là

thuật toán Gen và thuật toán mô phỏng luyện kim

- Các thuật toán trong bài toán 3 đều tìm các phương án giảm trực tiếp giá trị hàm tổn

thất công suất tác dụng tính cho toàn lưới, nên tiêu tốn khá nhiều thời gian vì phải giải bài

toán phân bố công suất nhiều lần trong quá trình lặp.

1.3.2 Các kỹ thuật giải bài toán tái cấu trúc lưới điện

- Khi tiếp cận các bài toán tái cấu trúc lưới điện, các nhà khoa học đều cho rằng phương

pháp giải tích toán học không hiệu quả bằng các thuật toán tìm kiếm.

- Các thuật toán tìm kiếm được sử dụng trong bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

có thể chia thành 3 hướng chính như sau: thuật toán tìm kiếm heuristic kết hợp với thuật toán

tối ưu; thuật toán chỉ dùng qui tắc heuristic trong hệ chuyên gia; sử dụng trí tuệ nhân tạo bao

gồm có hệ chuyên gia, thuật toán di truyền, mạng noron…

- Hầu hết các thuật toán tái cấu trúc lưới không chỉ ra được cấu trúc lưới có cực tiểu tổn

thất công suất, không chứng tỏ được điểm tìm được điểm cực tiểu toàn cục.

Với những lý do trên, trong nghiên cứu của mình, tác giả đề xuất nghiên cứu bài toán tái

cấu trúc lưới điện theo 2 hướng: Nghiên cứu theo hướng sử dụng phương pháp Heuristic và

MetaHeuristic với hàm mục tiêu là giảm tổn thất công suất.

7

CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP HEURISTIC CHO BÀI TOÁN

TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1 Phương pháp Heuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

2.1.1 Giới thiệu

Thuật toán Heuristic là một sự mở rộng khái niệm thuật toán. Nó thể hiện cách giải bài

toán với các đặc điểm sau:

- Thường tìm được lời giải tốt (nhưng không chắc là lời giải tốt nhất)

- Giải bài toán theo thuật toán Heuristic thường dễ dàng và nhanh chóng đưa ra kết quả

hơn so với thuật toán tối ưu.

- Thuật toán Heuristic thường thể hiện khá tự nhiên, gần gũi với cách suy nghĩ và hành

động của con người

Trong bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối, các thuật toán Heuristic được sử dụng từ

rất lâu. Từ những năm 1975 đến nay có gần 80 công trình nghiên cứu về bài toán này sử dụng

phương pháp Heuristic được đăng tải trên các tạp chí uy tín.

2.1.2 Mô hình bài toán tái cấu trúc lưới điện

Mô tả lưới điện và các qui ước:

Quy ước: - IPi, IQi là dòng điện tác dụng và phản kháng của nhánh i; Ri điện trở nhánh i,

- Gọi k là số khoá điện cần mở để đảm bảo lưới điện vận hành hở. Trên nhánh có khoá

điện mở thứ j có ký hiệu là MNj với j = 1...k.

Quy ước chọn tập các vòng độc lập sao cho mỗi vòng độc lập chỉ đi qua duy nhất một khoá

điện mở MNj; chiều dương ngược với chiều kim đồng hồ như hình 2.1. Ở đây:

- Vjh là tập các nhánh giao giữa vòng j và vòng h;

- Vjj là tập các nhánh thuộc vòng j;

- Rj vòng là điện trở vòng j;

- MNj là nhánh có khoá mở của vòng thứ j.

Chỉ số Aij thể hiện tương quan giữa chiều vòng thứ j và chiều phân công suất tự nhiên nhánh

thứ i trong lưới hở:

Aij = 1: khi chiều vòng j cùng chiều với IPi và IQi;

Aij = -1: khi chiều vòng j ngược chiều với IPi và IQi;

Aij = 0: khi nhánh thứ i không thuộc vòng j.

b. Mô tả toán học thao tác phân bố lại phụ tải. Theo hình vẽ 2.3

Xét một lưới điện phân phối đơn giản gồm: một nguồn và một vòng đơn có khoá đang mở

tại vị trí nhánh MN như hình 2.3 (hay tại nhánh MN có IPMN = 0 và IQ

MN = 0). Chúng ta cần

xác định khoá cần mở (trên mạch vòng) để tổn thất công suất tác dụng bé nhất (khoá mở có

thể bao gồm cả khoá đang mở). Giả sử kết quả nhận được là đóng khoá trên nhánh MN và mở

khoá trên nhánh AB, khi đó sự thay đổi phân bố phụ tải có thể nhận được tương tự như việc

bơm vào/rút ra tại 2 cực của khoá trên nhánh MN một dòng điện là QPXjIII cho đến khi

dòng điện trên nhánh AB bằng 0

8

c. Điều kiện để tổn thất công suất bé nhất sau khi phân bố lại phụ tải nhánh

P trên các nhánh của lưới điện sau khi phân bố lại phụ tải là:

K

j

MNj

MN

Qj

K

j

MNj

MN

Pj

i

n

i

L

l

K

j

MN

Qjij

DG

QlilQii

n

i

L

l

K

j

MN

Pjij

DG

PlilPi

sau

RIRI

RIAIBIRIAIBIP

1

2

1

2

2

1 1 1

2

1 1 1

..

2.1.3 Nhận xét đánh giá

- Với lưới điện phân phối bất kỳ, xuất phát từ một cấu hình hở nào đó (không tối ưu), nếu

bơm vào/rút ra tại các khoá mở một dòng điện tính theo công thức (2.11), (2.12), tạo thành

dòng vòng chạy qua các nhánh, thì hàm mục tiêu tổn thất P sẽ bé nhất.

- Trị số dòng vòng phụ thuộc khóa chọn trên mạch vòng để bơm vào/rút ra một dòng điện. Về

lý thuyết, nếu khóa chọn được để dòng vòng cần bơm vào rút ra bằng 0 thì đó là điểm tối ưu.

- Biểu thức (2.13) chính là tổng điện áp rơi trên các nhánh thuộc mạch vòng độc lập thứ j nếu

mạch thuần trở (hoặc mạch điện đồng nhất). Điều này cho thấy giá trị tối ưu dòng điện nhận

được theo (2.11) và (2.12) chính là dòng nhánh của lưới điện phân phối kín. Khi đóng tất cả

các khoá điện thì tổn thất P trong lưới điện phân phối là bé nhất.

- Khi có các nguồn DG tham gia vào lưới điện phân phối thì biểu thức tối ưu của dòng điện

nhận được sẽ có thêm thành phần thứ 2 (trong biểu thức (2.11) và (2.12).

2.2 Đề xuất thuật toán Heuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

2.2.1 Hàm mục tiêu của bài toán

Hàm mục tiêu của bài toán

K

j

K

j

jvòng

j

optMN

j

jvong

j

optMN

Qj

jvong

j

optMN

Pj RIRIRIG1 1

2)(2)(2)( min.. (2.15)

2.2.2 Đề xuất thuật toán mới: Trình tự các bước thực hiện theo 2 giai đoạn như sau:

Thuật toán này có các đặc điểm sau: Hàm mục tiêu trình bày trong phần này có xét đến yếu

tố điện trở của vòng độc lập. Đây là hàm mục tiêu mới (các nghiên cứu trước đây thường là

giảm trực tiếp hàm P = I2R, hoặc chỉ đơn thuần đi tìm nhánh có dòng bé nhất). Hàm G có ý

nghĩa như là một chỉ tiêu so sánh nên việc tìm cấu hình lưới điện phân phối có mức tăng P ít

nhất thực chất đã được đưa về bài toán xác định hàm suất tăng tổn thất công suất (hàm G) trên

phạm vi toàn lưới điện phân phối. Điều này đã giúp thuật toán mạnh hơn và nhanh hơn trong

việc tìm cấu hình tối ưu có mức P tăng ít nhất so với lưới kín.

Hàm G vừa xét được giá trị tổn thất P, vừa xét đến yếu tố điện trở của lưới điện phân phối

(Rvòng), do đó xét được độ ảnh hưởng qua lại giữa các khoá điện và của DG đến toàn lưới

điện phân phối. Đây là sự khác biệt so với các nghiên cứu trước đây. Bởi vì nếu bỏ qua yếu tố

điện trở (độ "xa" của khoá điện so với nguồn cấp) chúng ta thường lựa chọn những nhánh có

dòng bé nhất trong lưới điện phân phối để mở trước Điều này dẫn đến có thể phải mở những

khoá điện ở phía xa nguồn, mà trong thực tế những khoá điện này thường không được mở (vì

nếu mở chúng thì những phụ tải phía sau sẽ không có điện). Do đó việc tìm P tối ưu cho

phép tránh được cực tiểu địa phương và không mất thời gian kiểm tra lại xem tất cả các phụ

(2.5)

9

tải có được cấp điện hay không. Ngoài ra nó còn có ý nghĩa khi so sánh giá trị hàm G khi

trong lưới điện phân phối có rất nhiều cặp khoá cạnh tranh.

Hình 2.7 Sơ đồ thuật toán tái cấu trúc lưới điện có DG tìm P bé nhất

2.3 Mô phỏng và đánh giá kết quả nghiên cứu

2.3.1 Mô phỏng kết quả nghiên cứu

Xét lưới điện phân phối 16 nút có 21 nhánh; có 6 khoá đang mở; có 2 máy phát DG do

G.Celli đề xuất tại [39] mô tả ở hình 2.7.

a. Mô tả quá trình tìm kiếm cấu hình lưới điện khi không có DG

b. Mô tả quá trình tìm kiếm cấu hình lưới điện khi có 2 DG tại nút 9 và nút 13

c. Mô tả quá trình tìm kiếm cấu hình lưới điện khi có 1 máy phát DG tại nút 9

d. Mô tả quá trình tìm kiếm cấu hình lưới điện khi có 1 máy phát DG tại nút 13

10

e. Đánh giá kết quả mô phỏng: Sau khi thực hiện mô phỏng trên lưới điện mẫu và so sánh

với một số phương pháp nghiên cứu khác được tổng hợp trong bảng 2.7

Bảng 2.7. Kết quả tổng kết khảo sát trên lưới điện phân phối 16 nút

TT Khoá mở P

(kW) PP

DG1 –

nút 9

(kW)

DG2 – nút

13

(kW)

Ghi chú

1 2, 8, 9, 15, 16, 20 144.17 G. Celli [51] 0 0

Không

có DG

2 2, 17, 16, 20, 10, 19 92.3 TOPO 0 0

3 2, 17, 16, 20, 10, 19 92.3 PP đề xuất 0 0

4 2, 8, 10, 15, 18, 20 76.1 G. Celli [51] 450 630 Có cả 2

DG 5 2, 17, 18, 20, 10, 19 66.3 TOPO 450 630

6 2, 17, 18, 20, 10, 19 66.3 PP đề xuất 450 630

7 2, 8, 10, 15, 16, 20 102.6 G. Celli [51] 450 0 DG1 làm

việc và

DG2

nghỉ

8 2, 17, 16, 20, 10, 19 83.7 TOPO 450 0

9 2, 17, 16, 20, 10, 19 83.7 PP đề xuất 450 0

10 2, 9, 10, 15, 18, 20 82.9 G. Celli [51] 0 630 DG1

nghỉ và

DG2 làm

việc

11 2, 17, 18, 20, 10, 19 74.3 TOPO 0 630

12 2, 17, 18, 20, 10, 19 74.3 PP đề xuất 0 630

Xét ví dụ trên lươi điện mẫu IEEE với lưới điện 1 nguồn 33 nút của Baran, thông số được

thể hiện trong [11], sử dụng 4 DG [11].

Bảng 2.9 Bảng so sánh trước và sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện

Phương pháp Tổn thất (kW) Khóa mở Vòng

lặp

Hệ thống không có DG

Ban đầu 203.679 SW33, SW34, SW35, SW36, SW37 -

Phương pháp đề xuất 136.87 SW7, SW9, SW14, SW32, SW37 8

R. Srinivasa [75] 136.87 SW7, SW9, SW14, SW32, SW37 -

Tính toán trên phần mềm

PSS/ADEPT 136.87 SW7, SW9, SW14, SW32, SW37

Hệ thống có kết nối DG (cả 4 DG cùng kết nối)

Ban đầu 173 SW33, SW34, SW35, SW36, SW37 -

Phương pháp đề xuất 111.45 SW7, SW9, SW14, SW28, SW32 12

R. Srinivasa [75] 111.45 SW7, SW9, SW14, SW28, SW32 -

Tính toán trên phần mềm

PSS/ADEPT 111.45 SW7, SW9, SW14, SW28, SW32

Xét lưới điện phân phối 69 nút bao gồm, 73 nhánh, 5 khóa thường mở và tổng công suất

phụ tải là 3.802 + j 3.696 MW

Bảng 2.10 Bảng so sánh trước và sau khi thực hiện tái cấu trúc lưới điện.

Phương pháp Tổn thất (kW) Khóa mở Vòng

lặp

Hệ thống không có DG

Ban đầu 224.95 {73, 73, 70, 69, 71} -

Phương pháp đề xuất 99.75 {69, 14, 70, 55, 62} 24

R. Srinivasa [75] 101,32 {69, 14, 70, 57, 61} -

11

Tính toán trên phần mềm

PSS/ADEPT 99.75 {69, 14, 70, 55, 62}

Hệ thống có kết nối DG (cả 3 DG cùng kết nối)

Ban đầu 274.4 {73, 73, 70, 69, 71} -

Phương pháp đề xuất 40.21 {69, 70, 12, 55, 62} 24

R. Srinivasa [75] 40.21 {69, 70, 12, 55, 62} -

Tính toán trên phần mềm

PSS/ADEPT 40.21 {69, 70, 12, 55, 62}

2.3.2 Đánh giá kết quả mô phỏng:

Cấu hình lưới điện phân phối trong 2 trường hợp không có DG và có DG do thuật toán đề

xuất có kết quả tương tự như các kết quả của module TOPO trong PSS/ADEPT 5.0, nhưng

mức giảm P tốt hơn so với phương pháp đề xuất của G. Celli hay R. Srinivasa [4] là (11,5 -

18,8)%. Hàm suất tăng tổn thất công suất G mô tả đầy đủ mối quan hệ giữa các khoá điện và

dòng điện nhánh trong lưới điện phân phối nên xem xét được tất cả các vòng độc lập cùng

một lúc nên số lần thao tác ít và đi thẳng đến cấu hình có cực tiểu P.

Kết quả trên được tính toán với một mức tải và công suất DG cố định. Khi công suất DG

và tải thay đổi theo thời gian, quá trình tính được lặp lại tương tự, khi đó sẽ có rất nhiều tổ

hợp các cặp khoá điện trên lưới. Lúc này cần xác định tổ hợp cặp khoá điện cho P bé nhất,

hoặc vận hành với cấu hình thay đổi liên tục. Như vậy, khi đó cần có các thông tin chính xác

về dự báo phụ tải, công suất DG ở các thời điểm tương lai, và bài toán vận hành trực tuyến

lưới điện phân phối có thể sẽ được tính đến để giảm thiệt hại do mất điện khi phân bố lại phụ

tải.

Kết luận: Trong kết quả nghiên cứu này tác giả đã xây dựng được biểu thức tường minh về

ảnh hưởng của DG đến bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối để mức tăng P ít nhất. Hàm

mục tiêu G được đề xuất thành lập, với hàm mục tiêu này, cấu hình một lưới điện phân phối

được đảm bảo có P bé nhất có thể, thể hiện được ảnh hưởng của DG đến phân bố dòng điện

trên các xuất tuyến của lưới điện phân phối. Hàm G làm nền tảng cho bài toán tái cấu hình

lưới điện phân phối có DG để giảm P và ứng dụng rất tốt cho vận hành trực tuyến. Kết quả

nghiên cứu cho thấy:

Phương pháp đề xuất luật kinh nghiệm cho bài toán tái cấu trúc

Luật 1: Đóng tất cả các khóa tạo thành lưới kín khi đó tổn thất đi qua vòng kín là bé nhất

Luật 2: Tính hàm G theo (2.14) và G theo (2.16), lập danh sách có G giảm dần và

chọn mở một cặp khoá điện ở vòng độc lập, bắt đầu từ vòng có G lớn nhất

Luật 3: Khi đóng/mở 1 khóa trong vòng độc lập, để giảm tiếp được P thì sẽ mở khóa có

dòng điện chạy qua là bé nhất, đóng khóa có dòng điện chạy qua là lớn nhất.

Việc tính toán hàm G không phức tạp và nhanh chóng hơn việc tính trực tiếp P. Việc áp

dụng hàm G cho phép chỉ ra được cấu hình sau cùng có mức tăng P ít nhất so với lưới kín,

do có sự so sánh hàm G ở tất cả các vòng độc lập trên toàn lưới điện phân phối

Do tính chất giảm giá trị từng bước của hàm G, nên có thể phát triển hàm này để giải

quyết các bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối có DG như: xác định cấu hình lưới điện

phân phối vận hành trực tuyến, bài toán khôi phục cung cấp điện, cân bằng tải và hạn chế số

lần phân bố lại phụ tải.

Thuật toán đề xuất phù hợp với phương thức vận hành trực tuyến lưới điện phân phối có

DG trên cơ sở so sánh độ lệch c.A với chi phí đóng cắt. Khi có thông tin về dự báo phụ tải,

DG cũng như tỷ lệ % phụ tải công nghiệp và thời gian phân bố lại phụ tải sẽ giúp điều độ viên

của Điện lực có quyết định thay đổi cấu hình lưới điện phân phối hay không.

12

Phương pháp đề xuất đã được kiểm tra trên hệ thống lưới mẫu của IEEE và so sánh với

các phương pháp khác với cùng bộ dữ liệu cho thấy kết quả nghiên cứu đáng tin cậy và chính

xác.

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP META HEURISTIC

CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

3.1 Phương pháp sử dụng thuật toán mô phỏng luyện kim (SA) cho bài toán tái cấu trúc

lưới điện phân phối

3. 1.1 Giới thiệu thuật toán mô phỏng luyện kim

Giới thiệu

Ứng dụng thuật toán SA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

Thuật toán SA được đề xuất lần đầu áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

từ những năm 1990 bởi nhóm nghiên cứu Chiang and Jumeau [46 Chang and Kuo [47], Jiang

and Baldick [30] và Su and Lee [89], Jeon et al. [56], Chen et al. [26], Jeon and Kim [57],

Augugliaro et al [4] và Su et al [88], Jeon and Kim [57], Augugliaro et al [4], Su et al

[88]…vv. Nhận xét thấy qua các nghiên cứu của các công trình nghiên cứu về việc áp dụng

thuật toán SA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện được áp dụng cho với nhiều hàm mục tiêu

khác nhau và việc cải tiến thuật toán cũng được tập trung vào quá trình tăng tốc độ tính toán,

nhằm mục tiêu đáp ứng được thời gian thực, các quá trình này tập trung vào hai giai đoạn của

thuật toán đó là quá trình giảm nhiệt độ quá trình Metropolits và điều kiện dừng của thuật

toán.

3.1.2 Đề xuất cải tiến thuật toán SA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

a. Áp dụng thuật toán SA trong trường hợp không kết nối nguồn điện phân tán

* Hàm mục tiêu của bài toán

Hàm mục tiêu của giảm tổn thất được xác định theo dòng công suất như sau: 2 2NL

i i

i i 2i=1

i

P +QMin f= k R

V

với i NL (3.1)

* Phương pháp đề xuất

Một số khái niệm:

Trạng thái ban đầu của lưới điện: Trạng thái ban đầu trước khi cấu hình lại được chọn như

trạng thái ban đầu.

Nhiệt độ ban đầu: Theo điều kiện Metropolis, nhiệt độ ban đầu T0 được tính như sau [87]:

𝑇0 = −∆𝐶/𝑙𝑛(0,95) (3.8)

Tỉ số chấp nhận

Theo [87] ta thực hiện quá trình Metropolis với số lần bằng 10n với n là tổng số khóa trong

hệ thống và kiểm tra tỉ số chấp nhận ở mỗi nhiệt độ. Nếu tỉ số chấp nhận tại một trạng thái

nhỏ hơn 0,1 thì trạng thái đó là trạng thái cân bằng tại nhiệt độ đang khảo sát. Ngược lại, quá

trình Metropolis được thực hiện tiếp tục theo công thức (3.9)

𝑇ỷ𝑠ố𝑐ℎấ𝑝𝑛ℎậ𝑛 = 𝑇ổ𝑛𝑔𝑠ố𝑡𝑟ươ𝑛𝑔ℎợ𝑝đượ𝑐𝑐ℎấ𝑝𝑛ℎậ𝑛

𝑇ổ𝑛𝑔𝑠ố𝑞𝑢á𝑡𝑟ì𝑛ℎ𝑀𝑒𝑡𝑟𝑜𝑝𝑜𝑙𝑖𝑠đã𝑡ℎự𝑐ℎ𝑖ệ𝑛(3.9)

Cơ chế nhiễu loạn.

Từ đây, cơ chế nhiễu loạn TPM [105] được đề nghị để lựa chọn các khóa tie và sec thông

qua xác suất lựa chọn. (closed open) được tính:

13

loop

Lj

i

Lj

j

SSW

S (3.10)

Hàm giá: Hàm giá được xác định theo công thức sau:

os

os

( )( )

1 ( )

l s s

s l s s

P A x B x n LC x

n L P A x B x n L

(3.11)

Quá trình giảm nhiệt độ: Quá trình giảm nhiệt độ được đề xuất công thức giảm nhiệt độ:

2

101 .

ii iT e T (3.12)

Điều kiện hết thúc:

Nếu trong quá trình giảm nhiệt độ, biểu thức sau được thỏa mãn:

2 1k k kT T T T T T

C x C x C x

T T T

(3.13)

Với là một số rất nhỏ có thể được chọn tùy ý,

kT T

C x

T

là trị tuyệt đối của đạo hàm

b. Áp dụng thuật toán SA với hàm mục tiêu giảm tổn thất có xét đến kết nối nguồn điện phân

tán (DG) vào lưới. Hàm mục tiêu của bài toán os , os , os( ) ( )l se RO L se DG L seMin P Min P P

(3.18)

Các điều kiện ràng buộc: (3.19), (3.20), (3.21),( 3.22)

Bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối trở thành tìm nghiệm: x=(x1,x2,x3,x4,…xn, PDG1,

PDG2…PDGm) để hàm mục tiêu (3.10) đạt giá trị min. Thuật toán đề xuất hình 3.5

3. 2 Kiểm tra và đánh giá kết quả trên lưới mẫu IEEE

a. Xét ví dụ trong trường hợp không có nguồn điện phân tán kết nối.

Xét sơ đồ lưới điện mẫu 33 nút của IEEE như hình 3.6 của Baran và Wu [11]. Lựa chọn các

thông số α = 1000; β = 1000; ε = 0,1; δ = 1; Kết quả được mô tả

Hình 3.8 Đặc tính hội tụ của thật toán Hình 3.9 Đồ thị điện áp của các nút

Bảng 3.2: So sánh thuật toán SA với các thuật toán khác

Phương pháp Tổn thất (kW) Umin (p.u) Các khóa mở

Cấu trúc ban đầu 202.68 0.913 s33, s34, s35, s36, s37

Phương pháp (SA) 136.57 0.932 s7, s9, s14, s32, s37

Phương pháp Heuristc 136.57 0.931 s7, s9, s14, s32, s37

Gomes [37] 136.57 0.928 s7, s9, s14, s32, s37

HSA [45] 137.07 0.928 s7, s9, s14, s32, s37

Shirmohammadi [80] 136.66 0.921 s7, s10, s14, s32, s37

Zhu [106] 139,52 0.934 s11, s28, s32, s32, s33

HR[25] 137.54 0.921 s33, s14, s7, s36, s28

14

Hình 3.3: Sơ đồ thuật toán SA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

15

Hình 3.5. Sơ đồ thuật toán SA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện có xét DG

b. Kiểm tra trên ví dụ mẫu của IEEE với lưới điện 16 nút có DG kết nối.

Kiểm tra trên lưới điện 16 nút có trong [23]. Lựa chọn các thông số α = 750; β = 800; γ

=0,1; ε = 0,1; δ = 1;

16

Hình 3.11 Quá trình hội tụ của thuật toán SA Hình 3.12 Đồ thị điện áp của các nút.

Bảng 3.3: Bảng tổng hợp so sánh phương pháp đề xuất với phương pháp khác

Xét ví dụ 1 nguồn IEEE 33 nút phụ tải có thông số được thể hiện trong [23],

(a) (b)

Hình 3.14 Quá trình hội tụ của lưới điện 33 nút không có các DG (a)

Hình 3.15 Quá trình hội tụ của lưới điện 33 nút có các DG (b)

Bảng 3.5 So sánh thuật toán SA với PSO và PSS/ADEPT trên lưới 33 nút

Phương pháp Tổn thất (kW) Khóa mở Vòng lặp

Hệ thống không có DG

Cấu hình ban đầu 203.679 25-29, 18-33, 9-15, 12-22, 8-21 -

PSO [54] 138.876 7-8, 25-29, 8-9, 14-15, 32-33 23

SA 138.876 7-8, 25-29, 8-9, 14-15, 32-33 5

PSS/ADEPT 111.45 7-8, 28-29, 9-10, 14-15, 32-33 -

Hệ thống có kết nối DG

PSO [54] 111.45 7-8, 28-29, 8-9, 14-15, 32-33 15

SA 111.45 7-8, 28-29, 9-10, 14-15, 32-33 12

PSS/ADEPT 111.45 7-8, 28-29, 9-10, 14-15, 32-33 -

3.3 Nhận xét và đánh giá:

Ý nghĩa thuật toán: Trong kết quả nghiên cứu này tác giả đã đề xuất sử dụng thuật toán SA

cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối trong hai trường hợp là không có kết nối nguồn

điện phân tán và có kết nối nguồn điện phân tán. Trong nội dung trình bày, các đóng góp của

nghiên cứu là đã cải tiến phần nào thuật toán SA để kết quả tốt hơn, cụ thể: Trong cơ chế

nhiễu loạn, việc lựa chọn vòng kín để mở, đã sử dụng bậc của khóa để thực hiện quá trình

đóng/mở vòng kín, hàm giá của hệ thống được đưa vào (3.10) đảm bảo được hàm mục tiêu

STT Khóa mở ∆𝑃kW Phương pháp DG1

Nút 9

DG2 Nút

13

Ghi chú

1 2;8;9;15;16;20 144.17 G Celli[39] 0 0 Không kết

nối DG 2 2;16;17;10;20;19 92.3 TOPO [83] 0 0

3 2;16;17;10;20;19 92.3 SA 0 0

4 2;8;10;15;18;20 81.93 G Celli[39] 450 630 Kết nối cả 2

DG 5 2;17;18;20;10;19 66.3 TOPO [83] 450 630

6 2;17;18;20;10;19 66.3 SA 450 630

7 2;8;10;15;16;20 84.74 G Celli[39] 450 0 DG1 làm

việc, DG2

dừng 8 2;17;16;20;10;19 83.7 TOPO [83] 450 0

9 2;17;16;20;10;19 83.7 SA 450 0

10 2;9;10;15;18;20 99.04 G Celli[39] 0 630 DG1 làm

việc, DG2

dừng 11 2;17;18;20;10;19 74.3 TOPO [83] 0 630

12 2;17;18;20;10;19 74.3 SA 0 630

17

(3.1) đạt giá trị min và đảm bảo được các yếu tố ràng buộc của bài toán, thông qua các hệ số

“phạt’, quá trình giảm nhiệt độ được nhóm tác giả đề xuất sử dụng theo (3.13), rút ngắn được

thời gian khi nhiệt độ đang ở mức cao thì giảm nhanh và khi đến một mức nhiệt độ có thể đạt

được cấu hình tối ưu thì nhiệt độ sẽ giảm chậm, đảm bảo không bị sai sót (lỗi) và tạo điều

kiện để cho điểm cực tiểu cục bộ dễ dàng thoát ra khỏi điểm tối ưu cục bộ để tiến tới tối ưu

toàn cục trong quá trình hình thành cấu trúc. Nghiên cứu cũng đề xuất tiêu chuẩn dừng của hệ

thống khi đạt được cấu trúc tối ưu (3.14) để bài toán hội tụ.

18

CHƯƠNG 4

THUẬT TOÁN DI TRUYỀN CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC LƯỚI ĐIỆN PHÂN

PHỐI CÓ XÉT ĐẾN QUY HOẠCH NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN

4.1 Phương pháp sử dụng thuật toán di truyền (GA) cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

phân phối.

4.1.1 Giới thiệu thuật toán di truyền

4.1.2 Một số tính chất của thuật toán di truyền

4.1.3 Một số nghiên cứu liên quan

Thông qua việc nghiên cứu một số các công bố liên quan, ta có được nhận xét

Nhận xét: Nhìn chung có các phương pháp xác định vị trí và dung lượng DG trong các nghiên

cứu khoa học hiện nay có thể tóm tắt thành 4 nhóm như sau:

(1) Xác định vị trí và công suất của các nguồn phân tán tối ưu trên lưới điện phân phối hình

tia ban đầu bằng các thuật toán tối ưu. Sau đó sử dụng các thuật toán tối ưu để xác định cấu

trúc lưới có tổn thất công suất bé nhất.

(2) Xác định cấu trúc lưới có tổn thất bé nhất bằng các thuật toán tối ưu. Sau đó, Xác định

vị trí và công suất của các nguồn phân tán tối ưu trên lưới điện phân phối có cấu trúc hình tia

tối ưu.

(3) Xác định vị trí của các nguồn phân tán dựa trên các chỉ số như độ ổn định điện áp, độ

nhạy điện áp các nút…. Sau đó sử dụng các thuật toán tối ưu để xác định dung lượng, kết hợp

với bài toán tái cấu trúc lưới.

(4) Sử dụng các thuật toán tối ưu để giải bài toán xác định vị trí, công suất nguồn phân tán

và xác định cấu trúc vận hành hình tia tối ưu.

4.2 Áp dụng thuật toán di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

4.2.1 Mô tả bài toán và hàm mục tiêu

Bài toán: Hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất trên lưới điện phân phối, tối đa công suất

phát của các nguồn phân tán cũng được xem như hàm mục tiêu thành phần của đa mục tiêu:

𝐹 = min(𝑎 ∑ 𝑘𝑖 . 𝑅𝑖. |𝐼𝑖|2𝑁𝑏𝑟

𝑖=1 + (1 − a)∑ (1 −𝑃𝐷𝐺𝑗

𝑃𝐷𝐺𝑗𝑚𝑎𝑥)

𝑁𝐷𝐺𝑗=1 ) (4.3)

Các điều kiện ràng buộc: (4.4), (4.5), (4.6), (4.7)

4.2.2 Đề xuất phương pháp sử dụng thuật toán GA cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

phân phối

Phương pháp 1: Phương pháp tìm kiếm đồng thời vị trí, dung lượng của DG và cấu trúc tối

ưu, dựa trên việc chọn lọc, lai ghép của thuật toán di truyền. Các bước phương pháp 1 được

đề xuất theo các bước như trong hình vẽ 4.3

Phương pháp 2:Bài toán xác định vị trí và dung lượng của các DG có hể chia thành 2 giai

đoạn như sau: Giai đoạn 1: Xác định vị trí và dung lượng của các DG để hàm mục tiêu (4.3)

trên lưới điện phân phối kín là bé nhất bằng cách đóng tất cả các khóa điện đang ở trạng thái

mở, tạo thành cấu trúc lưới điện phân phối kín có DG

Giai đoạn 2: Xác định cấu hình vận hành của lưới điện phân phối hở có tổn hao công suất bé

nhất từ cấu trúc lưới điện phân phối kín có DG

Mô tả hàm mục tiêu và các ràng buộc

Hàm mục tiêu cho giai đoạn 1 tương tự như mục tiêu tại biểu thức (4.3)

Hàm mục tiêu cho giai đoạn 2 được biểu diễn như biểu thức (4.24)

𝑃𝑙𝑜𝑠𝑠 = ∑ 𝑘𝑖∆𝑃𝑖𝑁𝑏𝑟𝑖=1 = ∑ 𝑘𝑖 . 𝑅𝑖 . |𝐼𝑖|

2𝑁𝑛𝑟𝑖=1 = ∑ 𝑘𝑖𝑅𝑖

𝑃𝑖2+𝑄𝑖

2

𝑉𝑖2

𝑁𝑏𝑟𝑖=1 (4.25)

19

Phương pháp đề xuất: Phương pháp đề xuất được chia làm 2 giai đoạn

Giai đoạn 1: Các biến cần tối ưu là vị trí và công suất các nguồn điện phân tán, vì vậy vector

biến điều khiển có dạng như sau:

𝑋𝑖 = [𝑉𝑇1𝑖, … , 𝑉𝑇𝑚

𝑖 , 𝐷𝐺1𝑖 , … , 𝐷𝐺𝑚

𝑖 ] (4.29)

Giai đoạn 2: Các biến cần tối ưu là các khóa điện mở trong hệ thống, vì vậy véc tơ biến điều

khiển có dạng như sau:

𝑋𝑖 = [𝑆1𝑖 , 𝑆2

𝑖 … , 𝑆𝑁𝑂𝑖 ] (4.30)

Thuật toán được trình bày trong hình 4.5

Bắt đầu

Đọc thông số lưới, Xác định không gian tìm kiếm các khóa mở;

Chọn các thông số: kích thước quần thể N, số biến cần tối ưu, tỉ lệ đột biến Xm, và tỉ lệ

chọn lọc Xkeep, Số thế hệ Itermax

- Khởi tạo ngẫu nhiên quần thể nhiễm sắc thể N

[khóa mở,…, vị trí DG,..., công suất DG,...]

Giải bài toán phân bố công suất và tính toán tổn thất công suất cho mỗi nhiễm sắc thể

- Giữ lại các nhiễm sắc thể tốt nhất dựa trên tỉ lệ chọn lọc Xkeep

- Chọn các cặp nhiễm sắc thể để ghép chéo

Xuất nhiễm sắc thể tốt nhất (có tổn thất công suất nhỏ nhất) bao gồm

[khóa mở, vị trí DG, công suất DG]

Iter <= Itermax

đúng

sai

- Chọn ngẫu nhiên một gen trong mỗi cặp nhiễm sắc thể cha mẹ

- Thay thể gen được chọn bằng một gen mới

- Thực hiện ghép chéo sử dụng phương pháp đơn điểm

Chọn lọc

Ghép chéo

- Xác định số lượng gen cần đột biến Xm: (N-1) x Nts x Xm

- Thay thể ngẫu nhiên một số gen được chọn

- Kiểm tra các giới hạn ràng buộc của các nhiễm sắc thể mới

Đột biến

Kết thúc

Iter = Iter + 1

Hình 4.3 Lưu đồ thuật toán của thuật toán GA để thực hiện

4.3 Kiểm tra và đánh giá kết quả trên lưới mẫu IEEE

* Kiểm tra trên lưới điện phân phối mẫu IEEE với 3 nguồn cung cấp như hình 4.6

Mô phỏng theo phương pháp 1:

Mô phỏng theo phương pháp 2:

Bảng 4.1 Kết quả thực hiện bằng hai phương pháp trên hệ thống 16 nút

Thông số Phương

pháp 1

Phương pháp 2

Giai đoạn 1 Giai đoạn 2

Vị trí DG (nút) 10 10 10

20

Công suất DG (MW) 5 5 5

Khóa mở 14 12 6 Không có khóa mở

(LĐPP kín)

14 12 6 (lưới điện

phân phối hình tia)

Tổn thất (kW) 261.81 261.81 261.81

Điện áp nhỏ nhất 0.98355 0.98555 0.98355

Điện áp lớn nhất 1 1 1

Giá trị hàm mục tiêu 259.32 256.5459 259.32 Bắt đầu

Chọn thông số: quần thể N, số biến (vị trí, dung lượng DG), tỉ lệ

đột biến Xm, và tỉ lệ chọn lọc Xkeep, Số vòng lặp lớn nhất Itermax,1

- Khởi tạo ngẫu nhiên quần thể nhiễm sắc thể N

[vị trí DG,..., công suất DG,...]

Giải bài toán phân bố công suất và tính toán tổn thất công suất cho mỗi nhiễm sắc thể

- Giữ lại các nhiễm sắc thể tốt nhất dựa trên tỉ lệ chọn lọc Xkeep

- Chọn các cặp nhiễm sắc thể để ghép chéo

Xuất nhiễm sắc thể tốt nhất (có tổn thất công suất nhỏ nhất)

[vị trí DG, công suất DG]

Iter1 <= Itermax,1

đúng

sai

Thực hiện ghép chéo sử dụng phương pháp đơn điểm

- Thay thể ngẫu nhiên một số gen được chọn dựa trên Xm

- Kiểm tra các giới hạn ràng buộc của các nhiễm sắc thể mới

Kết thúc

Iter1 = Iter1 + 1

Đóng các khóa điện

Chọn thông số: quần thể N, số biến (số khóa điện mở), tỉ lệ đột

biến Xm, và tỉ lệ chọn lọc Xkeep, Số vòng lặp lớn nhất Itermax,2

- Khởi tạo ngẫu nhiên quần thể nhiễm sắc thể N

[s1, s2, …, sn]

Giải bài toán phân bố công suất và tính toán tổn thất công suất cho mỗi nhiễm sắc thể

- Giữ lại các nhiễm sắc thể tốt nhất dựa trên tỉ lệ chọn lọc Xkeep

- Chọn các cặp nhiễm sắc thể để ghép chéo

Xuất nhiễm sắc thể tốt nhất (có tổn thất công suất nhỏ nhất) bao gồm

[các khóa mở]

Iter2 <= Itermax,2

đúng

sai

Thực hiện ghép chéo sử dụng phương pháp đơn điểm

- Thay thể ngẫu nhiên một số gen được chọn dựa trên Xm

- Kiểm tra các giới hạn ràng buộc của các nhiễm sắc thể mới

Iter2 = Iter2 + 1

Cập nhật thông số DG vào thông số lưới

Hình 4.5 Lưu đồ thuật toán GA với 2 giai đoạn

Bảng 4.2 Kết quả thực hiện trên hệ thống 16 nút

Thông số Kết quả

Vị trí DG (nút) 10

Công suất DG (MW) 5

21

Khóa mở 14 12 6

Tổn thất (kW) 261.81

Điện áp nhỏ nhất (pu) 0.98355

Điện áp lớn nhất (pu) 1

Giá trị hàm mục tiêu 259.32

Thời gian tính toán (giây) 10.1869

(a) (b)

Hình 4.7 Điện áp trước và sau khi thực hiện tối ưu (a)

Hình 4.8 Đặc tính hội tụ của thuật toán di truyền (b)

*Kiểm tra trên lưới điện phân phối 33 nút, 1 nguồn hình 4.9

Mô phỏng kết quả theo phương pháp 1: Kết quà mô phỏng trên các biểu đồ

Mô phỏng theo phương pháp 2: Kết quà mô phỏng trên các biểu đồ

Hình 4.11 Điện áp các nút trước và sau khi thực hiện phương pháp 1

Hình 4.12 Tổn thất công suất trên các nhánh của phương pháp 1

Bảng 4.3 Kết quả thực hiện trên mạng 33 nút bằng phương pháp 1

Trường hợp Thành phần Kết quả

Ban đầu

Vị trí lắp đặt DG Không

Công suất DG (MW) Không

Khóa điện mở 33, 34, 35, 36, 37

Tổn thất công suất (kW) 202.68

Điện áp nhỏ nhất (p.u) 0.9108

Điện áp lớn nhất (p.u) 1

Tối ưu với hàm

đơn mục tiêu

giảm tổn thất

công suất

Vị trí lắp đặt DG 25, 15, 7

Công suất DG (MW) 1.48049, 0.630801, 1.01291

Khóa điện mở 33, 34, 11, 32, 28

Tổn thất công suất (kW) 52.9432

Điện áp nhỏ nhất (p.u) 0.97191

Điện áp lớn nhất (p.u) 1

0 5 10 15 20 25 30 340.9

0.91

0.92

0.93

0.94

0.95

0.96

0.97

0.98

0.99

1

Nut

Die

n a

p (

p.u

.)

Toi uu

Ban dau

5 10 15 20 25 30 350

0.005

0.01

0.015

0.02

0.025

0.03

0.035

0.04

0.045

0.05

Nhánh

To

n th

at (M

W)

Ban dau

Toi uu

22

Bảng 4.4 Kết quả thực hiện hai giai đoạn trên hệ thống 33 nút

Giai đoạn 1 Giai đoạn 2

Vị trí DG (nút) 32, 8, 25 32, 8, 25

Công suất DG (MW) 0.8234, 1.1047, 1.1073 0.8234, 1.1047, 1.1073

Khóa mở Không có khóa mở 33, 34, 11, 30, 28

Tổn thất (kW) 41.9082 (Lưới điện kín) 53.4274 (Lưới điện hở)

Điện áp nhỏ nhất (pu) 0.9832 0.9685

Điện áp lớn nhất (pu) 1 1

Giá trị hàm mục tiêu 41.9082 53.4274

(a) (b)

Hình 4.14 Đặc tính hội tụ của thuật toán di truyền giai đoạn 1 - phương pháp 2 (a)

Hình 4.15 Đặc tính hội tụ của thuật toán di truyền giai đoạn 2 - phương pháp 2 (b)

(a) (b)

Hình 4.16 Điện áp các nút trong hai giai đoạn tính toán bằng phương pháp 2 (a)

Hình 4.17 Điện áp trước và sau khi tối ưu lưới điện bằng phương pháp 2 (b)

Bảng 4.5 So sánh kết quả thực hiện với cấu trúc ban đầu

Lưới điện phân phối ban

đầu không có DG

Lưới điện phân phối hở có

DG – đề xuất

Vị trí DG (nút) Không 32, 8, 25

Công suất DG (MW) Không 0.8234, 1.1047, 1.1073

Khóa mở 33, 34, 35, 36, 37 33, 34, 11, 30, 28

Tổn thất (kW) 202.68 53.4274

Điện áp nhỏ nhất (pu) 0.9108 0.9685

Điện áp lớn nhất (pu) 1 1

Giá trị hàm mục tiêu Không 53.4274

Thời gian tính toán (giây) Không 39.54

23

Đánh giá phương pháp đề xuất:

Bảng 4.6 So sánh kết quả thực hiện với một số phương pháp

Thông số Phương

pháp 1

Phương

pháp 2

HSA

[76]

FWA

[9]

CSA

[33]

Vị trí DG (nút) 25, 15, 7 32, 8, 25 32, 31, 33 32, 29, 18 18, 25, 7

Công suất DG

(MW)

1.48049,

0.630801,

1.01291

P∑=3.12421

0.8234,

1.1047,

1.1073

P∑=3.0354

0.5258,

0.5586,

0.5840

P∑=1.6684

0.5367,

0.6158,

0.5315

P∑=1.684

0.8968,

1.4381,

0.9646

P∑=3.2995

Khóa mở 33, 34, 11,

32, 28

33, 34, 11,

30, 28

7, 14, 10,

32, 28

7, 14, 11,

32, 28

33, 34, 11,

31, 28

Tổn thất (kW) 52.9432 53.43 73.05 67.11 53.21

Điện áp nhỏ

nhất (pu) 0.97191 0.9685 0.9700 0.9713 0.9806

*Kiểm tra trên lưới điện phân phối 69 nút, 1 nguồn

Xét lưới điện phân phối 69 nút bao gồm, 73 nhánh, 5 khóa thường mở và tổng công suất

phụ tải là 3.802 + j 3.696 MW. Sơ đồ đơn tuyến được trình bày tại Hình 4.19 và thông số hệ

thống được cho ở [20]. Trong điều kiện vận hành bình thường các khóa điện {69, 70, 71, 72

và 73} được mở.

Bảng 4.7. Kết quả thực hiện hai giai đoạn trên lưới điện phân phối 69 nút

LĐPP ban đầu Giai đoạn – I Giai đoạn – II

Vị trí DG (nút) - 50, 21, 61 50, 21, 61

PDG (MW) -

0.7431, 0.6778,

1.6224

0.7431, 0.6778,

1.6224

Khóa mở 69, 70, 71, 72, 73 Không có khóa mở 69, 70, 12, 55, 62

Tổn thất (kW) 224.89 28.8883 39.332

Umin(pu) 0.9092 0.9881 0.9841

Umax (pu) 1 1 1

Giá trị hàm thích

nghi - 28.8883 39.332

Giá trị lớn nhất hàm

thích nghi - 28.9766 39.332

Giá trị trung bình

hàm thích nghi - 28.9241 39.332

Độ lệch chuẩn - 0.0233 6e-11

Thời gian tính toán

trung bình (giây) - 806.47 214.95

Bảng 4.8 So sánh kết quả thực hiện với các phương pháp trên LĐPP 69 nút

Phương pháp đề

nghị HSA [76] FWA [9] CSA [33]

Vị trí DG

(nút) 50, 21, 61 61, 60, 62 61, 62, 65 61, 62, 65

24

PDG(MW)

0.7431, 0.6778,

1.6224

P∑=3.0433

1.0666, 0.3525,

0.4257

P∑=1.8448

1.1272,

0.2750, 0.4159

P∑=1.8181

1.7496,

0.1566, 0.4090

P∑= 2.3152

Khóa mở 69, 70, 12, 55,

62 69, 17, 13, 58, 61

69, 70, 13, 55,

63

69, 70, 12, 58,

61

ΔP (kW) 39.332 40.3 39.25 40.49

Umin (p.u.) 0.9841 0.9736 0.9796 0.9873

Hình 4.20. Đặc tính hội tụ của GA trong

giai đoạn – I trên lưới điện 69 nút

Hình 4.21. Đặc tính hội tụ của GA trong

giai đoạn – II trên lưới điện 69 nút

Kết luận: Thông qua các kết quả đã thực hiện, có một số kết luận như sau:

- Với sự hỗ trợ mạnh của các thuật toán tối ưu như GA, tối ưu vị trí và công suất các nguồn

phân tán có thể được thực hiện đồng thời.

- Việc tối ưu vị trí, công suất các nguồn phân tán kết hợp với tối ưu các khóa điện mở có thể

thu được mức tổn giảm tổn thất công suất tối ưu.

- Việc tối đa công suất của các nguồn phân tán, có thể thu được mức giảm tổn thất công suất

không tối ưu, nhưng đảm bảo huy động được tối đa khả năng của các nguồn phân tán, giảm

nguồn công suất nhận từ hệ thống.

- Với sự phát triển của các nguồn các nguồn điện phân tán nhỏ, việc tôi ưu công suất phát và

điểm kết nối các nguồn điện trên vào hệ thống phân phối hiện hữu là vấn đề khả thi và cần

được quan tâm.

- Phương pháp đề nghị thực hiện hàm mục tiêu: Có tốc độ hội tụ nhanh hơn các phương

pháp khác mặc dù có độ chính xác không cao và có tổn thất lệch nhưng không đáng kể.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 200028

30

32

34

36

38

40

Vong lap

Ha

m th

ich

ng

hi

Mean

Min

Max

Giai doan - I

0 50 100 150

40

45

50

55

60

Vong lap

Ha

m th

ich

ng

hi

Min

Max

Mean

Giai doan - II

25

KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

1. KẾT LUẬN

Thông qua việc nghiên cứu bài toán tái cấu trúc lưới điện với hàm mục tiêu giảm tổn thất

công suất với các điều kiện ràng buộc được xét trong các trường hợp không có nguồn điện

phân tán kết nối và có nguồn điện phân tán kết nối, cũng như với hàm mục tiêu giảm tổn thất

công suất kèm theo điều kiện xác định vị trí và dung lượng của nguồn điện phân tán kết nối

vào lưới điện phân phối, luận án đã hoàn thành được các nội dung nghiên cứu sau:

- Đề xuất thuật toán sử dụng luật kinh nghiệm “Heuristic cho bài toán tái cấu trúc lưới

điện phân phối với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất

- Cải tiến thuật toán mô phỏng luyện kim cho áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện

phân phối với hàm mục tiêu giảm tổn thất công suất

- Đề xuất sử dụng thuật toán di truyền cho bài toán tái cấu trúc lưới điện với hàm mục

tiêu giảm tổn thất công suất có xét đến bài toán vị trí và dung lượng của nguồn điện phân tán

khi kết nối vào lưới điện phân phối

- Các kết quả nghiên cứu được mô phỏng trên các lưới điện mẫu của IEEE và được so

sánh với các phương pháp nghiên cứu khác.

2. ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI

- Tiếp tục nghiên cứu tiếp hướng ứng dụng trí tuệ nhân tạo trong các bài toán hệ thống

điện đặc biệt là bài toán tái cấu trúc lưới điện phân phối

- Nghiên cứu bài toán tái cấu trúc lưới điện kết hợp với hệ thống SCADA trong vận hành

online hệ thống điện phân phối.

26

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

[CT1] Nguyen Tung Linh, Trinh Trong Chuong, Truong Viet Anh “A Study on the

Effect of Distributed Generation of the Reconfiguration of Distribution Networks”

Journal of Electrical Engineering & Technology, 2017; 12(4): 1435-1441; ISSN(Print)

1975-0102; ISSN(Online) 2093-7423; Doi.org/10.5370/JEET.2017.12.4.1435 (SCIE).

[CT2] Nguyễn Tùng Linh, Phạm Thượng Cát, “Áp dụng giải thuật luyện kim cho bài

toán tái cấu trúc lưới điện phân phối” Hội nghị Toàn quốc lần thứ 7 về Cơ điện tử -

VCM, pp 484-492 (2014)

[CT3] Linh Tung Nguyen, Thuan Thanh Nguyen, Cat Thuong Pham, Anh Viet

Truong, “Applications of Simulated Annealing-Based Approaches to Network

Reconfiguration in Distribution Systems” Journal Mitteilungen Klosterneuburneuburg,

Vo.65.8 pp 138-154

[CT4] Nguyễn Tùng Linh, Phạm Thượng Cát, “Áp dụng thuật toán mô phỏng luyện

kim cho bài toán tái cấu trúc lưới điện có xét đến ảnh hưởng của nguồn điện phân

tán” Hội nghị toàn quốc lần thứ 3 về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA-2015, pp

167-176 DOI: 10.15625/vap.2015.0025

[CT5] Nguyễn Tùng Linh, Trương Việt Anh, Nguyễn Thanh Thuận, “Cải tiến thuật

toán di truyền áp dụng cho bài toán tái cấu trúc lưới điện có xét đến vị trí và công suất

của nguồn điện phân tán kết nối vào lưới điện phân phối” Journal of science anh

technology University of Da Nang ISSN 1859 – 1531. Vo 7 (116) pp 56 – 61 (2017).

[CT6] Nguyen Tung Linh, Truong Viet Anh, Trinh Trong Chuong, “A combination

of Simulation annaealing algorthm and Genetic algorithm for reconfiguration of

Distribution network”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Công nghiệp, Số 38 pp

121-125. (02/2017).

[CT7] Nguyen Tung Linh, Pham Thuong Cat “Application of Hopfield Neural

network for Distribution network’s Reconfiguration”, Journal of Computer Science

and Cybernetics, pp 81–92.V.30, N.2 (2014),