Đặt vấn đề Với nhịp độ tăng trƣởng của nền kinh tế và sự gia tăng dân số toàn cầu, nhu cầu sử dụng năng lƣợng không ngừng tăng lên trong đó năng lƣợng điện đóng vai trò then chốt. Song song đó, hệ thống điện cũng liên tục đƣợc mở rộng và phát triển cả về nguồn và các đƣờng dây truyền tải. Trong khi đó vấn đề khủng hoảng năng lƣợng và môi trƣờng là hai bài toán cần đƣợc xem xét hàng đầu khi phát triển nguồn năng lƣợng điện. Bên cạnh phát triển thêm nguồn mới thì việc vận hành các tổ máy sao cho hiệu quả và tin cậy nhất cũng là bài toán vô cùng quan trọng.
Vận hành và điều khiển tốt hệ thống điện không chỉ mang lại hiệu quả về mặt kinh tế mà càng giúp phát triển bền vững cho nền năng lƣợng vua này. Do đặc điểm phân bố và nhu cầu phụ tải ở nƣớc ta là không đồng đều về không gian và thời gian. Phụ tải tập trung ở các thành phố lớn và các khu công nghiệp, thƣa thới ở nông thôn và miền núi. Cho nên dòng phân bố công suất trên đƣờng dây truyền tải cũng không đồng đều và thay đổi liên tục theo thời gian.
Theo số liệu quan sát từ các công ty điện lực thì cùng một thời điểm trên hệ thống truyền tải có một số đƣờng dây bị quá tải trong khi các đƣờng dây khác vận hành non tải. Vì vậy ngƣời ta đặc ra bài toán phân bố công suất tối ƣu trong hệ thống điện.Đó là bài toán mà ngành điện lực phải tìm cách giải quyết từ rất lâu và đã dùng nhiều giải thuật khác nhau. Thông qua sự phát triển vƣợt bậc của công nghệ thông tin xuất hiện nhiều giải thuật khác nhau,giải thuật ACO, đây là giải thuật có nhiều ƣu điểm và đã đƣợc ứng dụng vào nhiều lĩnh vực, một trong những ứng dụng của thuật toán ACO là trong hệ thống điện. 1 HVTH: Nguyễn Tấn Dƣơng Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phan Thị Thanh Bình Do vậy, việc sử dụng các thuật toán vận hành tối ƣu tổn thất công suất trong hệ thống điện đang là hƣớng nghiên cứu rất đƣợc nhiều ngƣời quan tâm.Tóm tắt sơ lƣợc các bài báo khoa học có liên quan đến đề tài: Optimal Power Flow Solution Using Ant Manners for Electrical Network. Boumediène ALLAOUA, Abdellah LAOUFI Bechar University, BP471BECHAR 08000 algeria elec_allaoua2bf@yahoo.fr [2] Bài báo này trình bày cách kiến và thông tin tập thể cho mạng lƣới điện. Giải pháp cho vấn đề tối ƣu dòng phân bố công suất của một hệ thống điện thông qua thuật toán ACO metaheuristic. Mục tiêu giảm tổng chi phí nhiên liệu của các máy phát.
Bài báo đã chứng minh đƣợc kết qủa mô phỏng trên mạng điện IEEE 30 nút. Ƣu điểm của thuật toán. Bài báo cho thấy phƣơng pháp tối ƣu đàn kiến hội tụ một cách nhanh chóng để tối ƣu toàn cầu. So sánh kết quả và đóng góp của bài báo Bảng 1.1: Bảng so sánh kết quả với các phƣơng pháp khác Pmin Pmax Genetic- EP-OPF ACO-OPF [MW] [MW] OPF Pg1 [MW] 50 200 178.4 20 2 HVTH: Nguyễn Tấn Dƣơng Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phan Thị Thanh Bình Hình 1.1: Biểu diễn mức điện áp ở mỗi nút của mạng IEEE 30 nút. Ant Colony Optimization Applied on Combinatorial Problem for Optimal Power Flow Solution(của tác giả Brahim GASBAOUI and Boumediène ALLAOUA. Phƣơng pháp đề xuất sử dụng thuật toán tối ƣu đàn kiến(ACO) để tối ƣu thiết lập các biến kiểm soát vấn đề OPF. Hàm mục tiêu khác nhauđã đƣợc xem xét để giảm thiểu chi phí nhiên liệu, điện áp vàđể tăng cƣờng ổn định điện áp.
Phƣơng pháp đề xuất đã đƣợc thử nghiệm và kiểm tra vớimục tiêu khác nhau để chứng minh hiệu quả và mạnh mẽ của thuật toán. Kết quả xác nhậntiềm năng của phƣơng pháp đề xuất và cho thấy hiệu quả và tính ƣu việt của phƣơng pháp so với phƣơng pháp cổ điển và thuật toán di truyền.Phƣơng pháp đề xuất đã đƣợc kiểm tra và thử nghiệm trên hệ thống tiêu chuẩn IEEE 57 bus, với 7 máy phát. Ƣu điểm của giải thuật mà tác giả đã đề cập là độ an toàn và nhanh chóng hội tụ, thời gian thực hiện kết nối thấp hơn so với các giải thuật khác. So sánh kết quả và đóng góp của bài báo Áp dụng thuật toán ACO vào hệ thống điện IEEE 57 nút.
3 HVTH: Nguyễn Tấn Dƣơng Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình Bảng1. 2: Comparison of the ACO-OPF with different evolutionary methods of optimization, viewpoint cost, losses and times of convergence Min Max Results Genetic-OPF ACO-OPF limit limit Pg1[MW] 0.2: Biểu diễn mức điện áp cho mạng điện IEE 57 nút Từ việc so sánh kết quả về chi phí nhiên liệu, công suất máy phát, tổn thất công suất và thời gian xử lý thuật toán ACO với thuật toán di truyền (GA) đã thể hiện đƣợc những ƣu điểm của thuật toán ACO. 4 HVTH: Nguyễn Tấn Dƣơng Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phan Thị Thanh Bình Optimal Power Flow of the Algerian Electrical Network using an Ant Colony Optimization Method (của tác giả Tarek BOUKTIR and Linda SLIMANI) [4]. Bài báo này trình bày giải pháp vấn đề tối ƣu dòng công suất(OPF) của hệ thống điện thông qua phƣơng pháp Mata-heuristic tối ƣu đàn kiến(ACO). Mục tiêu là để giảm thiểu tổng chi phi nhiên liệu của các máy phát điện. kết quả mô phỏng trên mạng điện Algerian cho thấy phƣơng pháp ACO hội tụ nhanh chóng.3:So sánh kết quả và đóng góp của bài báo.
Genetic method ACO method Pg1 70.7 Ant Colony System-Based Algorithm for Constrained Load Flow Problem. Hatziargyriou, Senior Member, IEEE, and Kwang Y. Lee, Fellow, IEEE [31] Bài báo trình bày phƣơng pháp hệ thống kiến ACS(ant colony system) cho vấn đề tối ƣu hóa mạng lƣới điện. Phát triển thuật toán trào lƣu công suất có ràng 5 HVTH: Nguyễn Tấn Dƣơng Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phan Thị Thanh Bình buộc nhƣ một vấn đề tối ƣu tổ hợp. Là thuật toán phân phối bao gồm một tập hợp các đàn kiến nhân tạo gọi là các kiến sự hợp tác giữa chúng để tìm giải pháp tối ƣu cho vấn đề trào lƣu công suất có ràng buộc. Một ma trận pheromone đóng vai trò bộ nhớ toàn cầu cung cấp sự hợp tác giữa các kiến. Thuật toán ACS áp dụng cho mạng điện IEE 14 –bus và mang điện IEE 136-bus.
Kết quả đƣợc so sánh với với phƣơng pháp khác đã thể hiện tính ƣu việt và linh hoạt của thuật toán. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, bên cạnh các phƣơng pháp cổ điển thì sự ra đời và phát triển của phƣơng pháp trí tuệ nhân tạo đã và đang đƣợc áp dụng để giải quyết bài toán phân bố công xuất tối ƣu (OPF) nhƣ: Linear Programming,Nonlinear Programming,Newton – Raphson,Genetic Algorilthm,Ant Colony Optimization, PSO (Particle Swarm Optimization). Thuật toán DE( Differential Evolution) …Trong sự phát triển không ngừng của các phƣơng pháp trí tuệ nhân tạo,thuật toán ACO (Ant Colony Optimization) đã đƣơc đề xuất bởi Marco Dorigo trong luận án tiến sĩ vào năm 1992. Qua một số bài báo ở trên cho thấy các nhà khoa học đã ứng dụng thuật toán ACO vào trong hệ thống điện và đã cho ra những kết quả khả quan so với các giải thuật khác.
Đa số các bài báo thƣờng dùng thuật toán ACO để phân bố công suất thực trong mạng điện và thƣờng kiểm tra trên mô hình mạng điện IEEE chuẩn 14nút, 30 nút, 57 nút. Ƣu điểm của ACO là giải thuật đơn giản, số biến điều khiển nhỏ, chƣơng trình chạy nhanh, giúp hệ thống vận hành ổn định và tối ƣu. Ý nghĩa khoa học và điểm mới của luận văn. Qua nghiên cứu thực tiễn các nhà khoa học đả đƣa ra các ƣu điểm của thuật toán ACO khi áp dụng vào giải bài toán OPF: * Thuật toán đơn giản và dễ dàng thực hiện * Hàm cập nhật giúp cho chuơng trình chạy nhanh hơn * ACO sử dụng hàm mục tiêu không liên tục, không khả vi tồn tại trong hệ thống điện.
6 HVTH: Nguyễn Tấn Dƣơng Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS. Phan Thị Thanh Bình 1. Phạm vi nghiên cứu của luận văn. Nghiên cứu các phƣơng pháp giải bài toán tối ƣu công suất trong hệ thống điện.
Cơ sở lý thuyết và tính hiệu quả của phƣơng pháp ACO khi áp dụng vào thực tế để giải bài toán OPF trong hệ thống điện. Ứng dụng vào hệ thống điện chuẩn 30 nút. So sánh kết quả thu đƣợc của phƣơng pháp ACO với các phƣơng pháp khác để thấy đƣợc ƣu điểm của thuật toán. Mục tiêu cần đạt đƣợc của luận văn.
Trình bày cơ sở lý thuyết và ứng dụng của thuật toán ACO. Áp dụng vào giải trong hệ thống điện chuẩn IEEE 30 nút. So sánh kết quả đạt đƣợc của thuật toán. 7 HVTH: Nguyễn Tấn Dƣơng Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.
Phan Thị Thanh Bình CHƢƠNG 2 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN OPF TRONG HỆTHỐNG ĐIỆN 2. Giới thiệu Một trong những yêu cầu quan trọng nhất trong vận hành hệ thống điện (HTD) là đảm bảo tính kinh tế trong quá trình sản xuất, công tác truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng.Để thực hiện tốt yêu cầu đó cần đảm bảo cho hệ thống điện làm việc với giá chi phí thấp nhất,muốn vậy cần phải giảm đến mức tốt thiểu chi phí nhiên liệu, giảm tối thiểu tổn thất điện năng. Việc giảm chi phí nhiên liệu: Sử dụng hiệu quả các nguồn nƣớc của các nhà máy thủy điện, phối hợp hài hòa việc điều độ công suất phát giữa các nhà máy thủy điện với các nhà máy nhiệt điện cũng nhƣ giữa các nhà máy nhiệt điện với nhau v. sao cho chi phí sản xuất điện năng là nhỏ nhất.
Việc giảm tổn thất điện năng:Giảm tổn thất điện năng có ý nghĩa rất lớn trong vận hành hệ thống điện. Giảm tổn thất điện năng bao gồm thiết lập chế độ sử dụng điện, lựa chọn các thiết bị vận hành hợp lý và phân bố dòng công suất tối ƣu giữa các phần tử trong hệ thống điện. Trong bài toán phân bố dòng công suất tối ƣu OPF( optimal power plow) là bài toán có ý nghĩa hết sức quan trọng trong vận hành hệ thống điện. Bài toán tối ƣu dòng phân bố công suất OPF ban đầu đƣợc áp dụng trong hệ thống điện với mong muốn tối thiểu chi phí vận hành nguồn phát với tải cho trƣớc.
Vào năm 1962,Carpentier đề xuất mô hình qui hoạch phi tuyến tổng quát bài toán điều độ kinh tế bao hàm ràng buộc điện áp và các ràng buộc vận hành khác. Bài toán OPF vào đầu những năm 60 thế kỷ 20, thì xét đến sự thay đổi các ràng buộc vận hành và điều khiển. Thƣờng chỉ xét mục tiêu chi phí vận hành nhỏ nhất. Ngày nay bài toán điều độ kinh tế đƣợc xem xét dƣới các khía cạnh sau: * Tối thiểu ô nhiễm.
8 HVTH: Nguyễn Tấn Dƣơng Luận văn thạc sĩ GVHD: PGS.