ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HUỲNH TIẾN SỸ ÁP DỤNG GIẢI THUẬT DIFFERENTIAL EVOLUTION (DE) GIẢI CÁC BÀI TOÁN PHÂN BỐ TỐI ƢU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN. Chuyên ngành : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN. LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.
HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2013. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: HUỲNH TIẾN SỸ MSHV : 09180082. Ngày, tháng, năm sinh: 02/02/1981 Nơi sinh : Ninh Thuận. Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số : 605250.
TÊN ĐỀ TÀI:Áp dụng giải thuật Differential Evolution (DE) giải các bài toán phân bố tối ƣu công suất trong hệ thống điện. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu tổng quan các phƣơng pháp tính toán trong hệ thống điện. - Khảo sát mô hình toán học, nguyên lý điều khiển của các thiết bị FACTS vào tính toán phân bố công suất trên lƣới điện. - Tìm hiểu nguyên lý, phƣơng pháp của thuật toán Differential Evolution (DE) và phƣơng án cải tiến Differential Evolution – Harmony Search (DEHS).
- Xây dựng bài toán tính toán phân bố công suất tối ƣu cho lƣới điện không có và có FACTS áp dụng thuật toán DE và DEHS để tính toán và so sánh. - Sử dụng ngôn ngữ lập trình MATLAB viết chƣơng trình để giải bài toán nêu trên. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 21/01/2013. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 21/06/2013.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) Võ Ngọc Điều TRƢỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ (Họ tên và chữ ký) Công trình đƣợc hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán bộ hƣớng 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 đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. 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. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi muốn nói là tôi xin chân thành cảm ơn sự hƣớng dẫn tận tìnhcủa thầy TS.
Võ Ngọc Điều, ngƣời thầy hƣớng dẫn tôi thực hiện luận văn này. Thầy đã cung cấp cho tôi những tài liệu cần thiết cho đề tài. Trong suốt thời gian thực hiện luận văn, mặc dù rất bận rộn trong công việc nhƣng thầy vẫn dành rất nhiều thời gian và tâm huyết trong việc hƣớng dẫn tôi. Trong quá trình thực hiện luận văn với những sự chỉ dẫn, nhắc nhở gợi ý của thầy cho tôi thêm ý tƣởng mới, giúp tôi không bị lạc lối trong biển kiến thức mênh mông.
Cho đến hôm nay, luận văn của tôi đã đƣợc hoàn thành, cũng chính là nhờ sự nhắc nhở, đôn đốc, sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy. Xin cảm ơn quý thầy cô giáo trƣờng Đại học Bách khoa TP.HCM đã tận tình chỉ dạy cho tôi những kiến thức quý báu trong những năm tháng học tập tại trƣờng. Với vốn kiến thức đƣợc tiếp thu trong quá trình học không chỉ là nền tảng cho quá trình nghiên cứu mà còn là hành trang quí báu để tôi bƣớc vào đời một cách vững chắc và tự tin. Xin cảm ơn gia đình, những ngƣời thân yêu và bạn bè đồng nghiệp đã luôn là nguồn cỗ vũ động viên, tạo điều kiện và chăm lo cho tôi về cả vật chất lẫn tinh thần để tôi có thể yên tâm thực hiện tốt việc học tập.
Cảm ơn những ngƣời bạn đã luôn bên tôi những khó khăn, cùng chia sẽ, trao đổi kiến thức, kinh nghiệm trong suốt quá trình học tập, cũng nhƣ trong quá trình làm luận văn này. Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Cô dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2013 Ngƣời thực hiện Huỳnh Tiến Sỹ TÓM TẮT Trong luận văn này, giải thuật DE đƣợc đề xuất để giải quyết bài toán tối ƣu hóa trong hệ thống điện. Trên cơ sở thuật toán DE, nghiên cứu cải tiến thuật toán DE bằng cách kết hợp nó với thuật toán tối ƣu phù hợp để tạo ra các thuật toán mới DEHS.
Kiểm tra các thuật toán DE và DEHS ứng dụng vào trong bài toán OPF của hệ thống điện với các hàm mục tiêu khác nhau. Tiến hành so sánh thuật toán DE vàthuật toán cải tiến DEHS chỉ ra rằng lời giải bài toán OPF của giải thuật DE và DEHS cho giá trị tổng chi phí nhiện liệu máy phát nhỏ hơn một số giải thuật khác nhƣ EP, IEP, TS/SA, PSO và giải thuật DEHS có lời giải tốt hơn giải thuật DE. Từ đó nhận thấy ƣu thế của giải thuật DEHS và áp dụng DEHS giải bài toán OPF có kể đến thiết bị FACTS. Ba thiết bị FACTS đƣợc 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 [52] đối với hệ thống IEEE30 hiệu chỉnh vừa mới đƣợc công bố trong thời gian gần đây để xác định nguyên tắc lựa chọn vị trí thích hợp của TCSC để từ đó áp dụng DEHS để tìm kiếm thông số điều khiển TCSC cùng với lời giải thông số điều khiển khác của bài toán OPF. Kết quả cho thấy ƣu thế và triển vọng của việc kết hợp giải thuật min-cut do [52] đề xuất và giải thuật DEHS để lựa chọn vị trí lắp đặt, tìm kiếm thông số điều khiển thiết bị FACTS trong hệ thống điện thỏa mãn mục tiêu đề ra. Cuối cùng là phần vạch ra những hƣớng phát triển nghiên cứu, hƣớng tiếp cận mới để tiếp tục cải thiện thuật toán DE đƣa đến kết quả tốt hơn, cũng nhƣ ứng dụng vào các bài toán khác trong hệ thống điện. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn này hoàn toàn do tôi thực hiện đƣợc thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của Tiến sĩ Võ Ngọc Điều.
Các đoạn trích dẫn trong luận văn đều đƣợc dẫn nguồn và có độ chính xác cao nhất trong phạm vi hiểu biết của tôi. Kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong các công trình khác. Học viên Huỳnh Tiến Sỹ MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC MỤC DANH MỤC HÌNH TRONG LUẬN VĂN. i DANH MỤC BẢNG TRONG LUẬN VĂN.
iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. vi CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU. Tóm tắt một số bài báo công trình nghiên cứu có liên quan. Tầm quan trọng của vấn đề nghiên cứu.
Nhận xét chung và hƣớng tiếp cận. Mục tiêu của đề tài. Phạm vi và giới hạn:. Cấu trúc luận văn.12 CHƢƠNG 2 TỔNG QUAN CÁC BÀI TOÁN PHÂN BỐ TỐI ƢU CÔNG SUẤT VÀ PHƢƠNG PHÁP ÁP DỤNG.
Tổng quan về bài toán OPF. Vấn đề OPF với kỹ thuật tối ƣu cổ điển :. Vấn đề OPF với kỹ thuật tối ƣu dựa trên trí tuệ nhân tạo: .15 CHƢƠNG 3 GIỚI THIỆU THIẾT BỊ FACTS, NGUYÊN LÝĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT VÀ PHƢƠNG PHÁP LỰA CHỌN VỊ TRÍ THÍCH HỢP ĐẶT THIẾT BỊ FACTS - TCSC .2 Vấn đề điều khiển dòng công suất .1 Vấn đề bù ngang .2 Vấn đề bù dọc .3 Vấn đề điều khiển góc pha .3 Thiết bị FACTS và mô hình .1 Mô hình của SVC .2 Mô hình của TCSC .3 Mô hình TCPST .4 Phƣơng pháp lựa chọn vị trí đặt thích hợp thiết bị FACTS - TCSC .33 CHƢƠNG 4 THÀNH LẬP BÀI TOÁN OPF TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .2 Hàm mục tiêu .1 Cực tiểu hóa chi phí phát điện .2 Cải thiện độ lệch điện áp .3 Giảm tổn hao truyền dẫn .4 Cải thiện độ ổn định điện áp .5 Các ràng buộc của bài toán OPF .6 Các ràng buộc đẳng thức .7 Các ràng buộc bất đẳng thức .8 Xử lý ràng buộc của bài toán OPF .44 CHƢƠNG 5 GIỚI THIỆU GIẢI THUẬT DIFFERENTIAL EVOLUTION, DIFFERENTIAL EVOLUTION - HARMONY SEARCH .2 Thuật toán DE .2 Các bƣớc chính của giải thuật DE : .3 Lựa chọn các thông số điều khiển: .3 Giải thuật DE cải tiến Differential Evolution – Harmony Search .2 Thuật toán DEHS .4 Áp dụng thuật toán DE, DEHS để giải các bài toán phân bố công suất tối ƣu trong hệ thống điện .1 Trình tự các bƣớc thực hiện của giải thuật DE.2 Trình tự các bƣớc thực hiện của giải thuật DEHS .62 CHƢƠNG 6 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN .2 Xét hệ thống IEEE 30 nút .1 Cấu trúc hệ thống IEEE 30 nút .2 Trƣờng hợp 1 : .3 Trƣờng hợp 2 .3 Xét hệ thống IEEE 57 nút .1 Cấu trúc hệ thống IEEE57 nút .2 Trƣờng hợp 3 .4 Xét hệ thống IEEE 30 nút có FACTS .1 Trƣờng hợp 4 .1 OPF với TCSC .2 OPF với SVC .3 OPF với TCPS .4 OPF với nhiều loại thiết bị FACTS .5 Trƣờng hợp 5 : Bài toán OPF của lƣới điện IEEE30 nút hiệu chỉnh với vị trí lắp đặt TCSC thích hợp.2 Xét ở chế độ vận hành bình thƣờng, hàm mục tiêu cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát.3 Xét ở chế độ tình trạng khẩn cấp, hàm mục tiêu cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát.4 Xét ở chế độ vận hành bình thƣờng, hàm mục tiêu cực tiểu tổng tổn hao công suất tác dụng.5 Xét ở chế độ vận hành bình thƣờng, hàm mục tiêu cực tiểu tổng độ lệch điện áp.6 Xét ở chế độ vận hành bình thƣờng, hàm mục tiêu cải thiện độ ổn định điện áp.102 CHƢƠNG 7 TỔNG KẾT VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI .1 Tổng kết đề tài.2 Hƣớng phát triển .107 TÀI LIỆU THAM KHẢO .113 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .123 i DANH MỤC HÌNH TRONG LUẬN VĂN STT Số hình Tên hình Trang 1 Hình 1.1 Ứng dụng thiết bị FACTS trong lƣới điện. 1 Ứng dụng thiết bị điện tử công suất trong các lĩnh 2 Hình 1.3 Lợi ích kỹ thuật của các thiết bị FACTS.
3 Tiến trình phát triển của các phƣơng pháp tối ƣu 4 Hình 2.1 Mô hình đơn giản của hệ thống điện.2 Đặc tuyến truyền tải công suất. 23 Mô hình của hệ thống đơn giản có bù ngang ở giữa 7 Hình 3. Đặc tuyến truyền tải công suất có bù ngang ở giữa 8 Hình 3.5 Mô hình đơn giản của hệ thống với bộ bù dọc.6 Đặc tuyến truyền tải công suất với bộ bù dọc. 26 Mô hình đơn giản của hệ thống điện với bộ dịch 11 Hình 3.
