Chương 1: Giới thiệu tong quan vé van dé trong luan van, vé muc tiéu va phạm vi nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Giới thiệu tong quan về bài toán OPF cũng như các phương pháp đã được áp dụng để giải quyết bài toán. Chương 3: Mô hình toán của bài toán OPF. Chương 4: Giới thiệu giải thuật COA và áp dụng giải thuật này vào bài toán OPF trong hệ thống điện.
Chương 5: Kết quả mô phỏng ứng dụng thuật toán COA vào bài toán OPF trong hệ thông điện chuẩn IEEE 30 nút, IEEE 57 nút và IEEE 118 nút. Kết qua được so sánh với các bài báo khác để thấy được tính ưu việt của thuật toán COA. Trang 3 Chương 6: Đánh giá thuật toán thông qua kết quả mô phỏng của thuật toán, nêu ra những van đê tôn động và đưa ra hướng nghiên cứu tiêp theo. Trang 4 Chương II TÔNG QUAN 2.1 TONG QUAN VE BÀI TOÁN OPF Một trong những yêu cầu quan trọng nhất trong vận hành hệ thống điện(HTĐ) là đảm bảo tính kinh tế trong việc sản xuất, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng.
Đề thực hiện yêu cầu đó cần đảm bảo cho HTD làm việc với chi phí thấp nhất, muốn vậy cần phải giảm đến mức tối thiểu chi phí nhiên liệu và ton thất điện năng. - Giảm chi phí nhiên liệu: Sử dụng hiệu quả các nguồn nước của thủy điện, phối hợp sử dụng nước của thủy điện với sử dụng các nhà máy nhiệt điện và phối hợp giữa các nhà máy nhiệt điện với nhau.sao cho chi phí sản xuất điện năng là nhỏ nhất. - Giảm tốn thất điện năng: Giảm ton thất điện năng có ý nghĩa rất lớn trong vận hành HTD. Giảm tốn thất điện bao gom thiét lap chế độ sử dụng điện, lựa chọn cơ cau thiết bị vận hành hợp lý và phân bố công suất tối ưu giữa các phan tử trong HTD.
Trong đó bài toán phân bố công suất tối ưu (OPF) là bai toán có ý nghĩa quan trọng trong vận hành HTD. Do tính chất đặc thù điện năng gần như không thé lưu trữ được và trào lưu công suất trên các đường dây truyền tải liên tục thay đối theo thời gian. Chăng hạn như tại một thời điểm nào đó trong hệ thống điện có những đường dây bị quá tải trong khi các đường dây khác lại non tải và ngược lại. Vì thế việc sử dụng hiệu quả và tối ưu các nguồn cung cấp nhằm thay đổi trào lưu công suất mà không làm quá tải trong khi vẫn đảm bảo được cung cấp điện tin cậy của hệ thống điện.
OPF được sử dụng rộng rãi trong vận hành và quy hoạch hệ thống điện. Modul OPF là dòng tải thông minh sử dụng các kỹ thuật để tự động điều chỉnh sự thiết lập điều khiến hệ thống điện trong khi thỏa mãn được các điều kiện vận hành và dòng phân bô tải với các ràng buộc cụ thê. Trang 5 Bài toán OPF được xem như là bài toán ghép đôi của điều phối sự phát công suất tác dụng( Economic Dispatch Problem-EDP)[3] và điều phối công suất phản kháng. Mục tiêu chính của bai toán EDP là xác định kế hoạch phát công suất để cực tiêu hóa tong chi phí vận hành hệ thống mà không vi phạm bat cứ ràng buộc vận hành nào của hệ thống như quá tải đường dây hay độ sai lệch điện áp nút.
Trong khi đó mục tiêu của điều phối công suất phản kháng là dé nâng cao 6n định điện áp và giảm tốn thất công suất truyền tải trong hệ thống điện mà thỏa mãn tất cả các ràng buộc vận hành. Mục tiêu cơ bản của bài toán OPF là cực tiểu tổng chi phí nhiên liệu máy phát trong khi vẫn đảm bảo độ an toàn hệ thống. Từ quan điểm của bài toán OPF, sự duy trì độ an toàn hệ thông đòi hỏi mỗi thiết bị trong hệ thống điện phải được giữ hoạt động trong giới han cho phép dé đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và 6n định. Nó bao gồm giới hạn công suất đầu ra máy phát trong khoảng lớn nhất và nhỏ nhất, dòng công suất lớn nhất trên đường dây truyền tải và MBA cũng như giữ điện áp mỗi nút trong khoảng giới hạn an toàn.
Mục tiêu thứ hai của bài toán OPF là dé xác định dữ liệu chi phí biên của hệ thống. Lời giải bài toán OPF tuy khó hơn nhưng vẫn có nhiều thuận lợi hơn so với bài toán điều phối kinh tế cô điển trong hệ thống điện. Bài toán OPF có khả năng thực hiện các chức năng điều khiến cần thiết trong khi bài toán điều phối kinh tế(ED) chỉ điều khiển công suất ngõ ra máy phát| 16]. Bài toán OPF còn có khả năng giám sát sự an toàn của hệ thống bao gồm quá tải đường dây và vẫn đề điện áp thấp, điện áp cao.
Hau hết các phương pháp cổ điển và các phương pháp thông thường đều gặp phải 3 van dé chính: Một là, các phương pháp này có thé không đưa ra được lời giải tối ưu hoặc thường bị kẹt ở lời giải tối ưu. Hai là, tất cả các phương pháp này đều dựa trên giả định hàm mục tiêu là hàm liên tục và khả vi mà không đúng đối với hệ thống thực tế. Ba là, các phương pháp này đều không thể áp dụng cho các biến rời rạc. Trang 6 Vì thế kỹ thuật tối ưu mới dựa trên trí thông minh nhân tạo và tiễn hóa được giới thiệu ở đây mà điển hình là phương pháp PSO mới phù hợp với loại bài toán OPF phức tap này và loại trừ bỏ được các van dé khó khăn trên.
*Cơ sở phát triển của bài toán OPF Bài toán phân bố công suất tôi ưu trong HTD ban đầu chỉ với mong muốn tối thiểu chi phí vận hành nguồn phát và tải cho trước(bài toán điều độ kinh tế truyền théng- Economic Dispatch). Hon 25 năm trước nhà khoa hoc Carpentier đã dé xuất mô hình qui hoạch phi tuyến tổng quát bài toán điều độ kinh tế bao hàm các ràng buộc về điện áp, về công suất và các điều kiện ràng buộc vận hành khác[1 1]. Từ đó các phương pháp mới ra đời để giải quyết bài toán OPF như ngày nay. Bài toán OPF chuẩn có thé được viết dưới dạng sau: Min F(x, u) (2.1) Phụ thuộc vào: g(x, u) = 0 h(x,u) < 0 Trong đó: F(x, u) là hàm mục tiêu x là vector các biến phụ thuộc bao gồm: công suất tác dụng nút chuẩn Pc¡.
điện áp nút tải Ứ„, công suất phan kháng ngõ ra máy phát Ợc và công suất trên đường dây truyền tải Š¡, vì thế x? = [Pe;, V¿. @c, 51] u: là vector các biến độc lập bao gồm: điện áp máy phát V,, công suất tác dụng ngõ ra máy phat Pe trừ nút chuân P¿¿ và chỉ số chỉnh định MBA T, vì thế ul = [Wạ,Pc, T] g(x, u) là các ràng buộc dang thức va thay thé cho các phương trình dòng phân bố tai. h(x, u) là các ràng buộc bat đăng thức va thay thé cho các ràng buộc vận hành hệ thống bao gồm: các ràng buộc về sự phát công suất, ràng buộc về điện áp, ràng buộc về độ an toàn hệ thống và ràng buộc về chỉ số chỉnh định MBA. Trang 7 Bản chất của bài toán phân bố công suất tối ưu thể hiện qua việc làm đơn giản hàm mục tiêu và đồng thời thỏa mãn các phương trình dòng phân bố tải(ràng buộc dang thức) mà không vi phạm các ràng buộc bat đăng thức.2 TÔNG QUAN VÉ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÃ ĐƯỢC ÁP DỤNG ĐÈ GIẢI BÀI TOÁN OPF 2.1 Phương pháp cô điển 2.1 Phương pháp Newton-Raphson| 8] Dang tổng quát của bài toán OPF được định nghĩa như (2.
Trong phương pháp Newton-Raphson hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc được cụ thé như sau: - Ham muc tiéu: Xét bai toan trong hé thong điện có N nút va NG máy phát. Mục tiêu là cực tiêu hóa tông chi phí vận hành của nhà máy điện có đặc tính hàm chỉ phí sau: NG Fetotal = > Pat gi+ , (7) $ (2.2) i=1 - Rang buộc dang thức: + Điều kiện cân bang công suất tác dụng trong mạng: P.(VỊ,ð) — Psi — Poadi =0 với i=1,2,.3) Trong đó: P, là công suất tác dụng bơm vào tại nút thứ i và là hàm của |V|, 6. Đối với nút tải thì i= (NG + 1),(NG + 2),.¡=0 + Điều kiện cân bang công suất phản kháng trong mạng điện: Q;VỊ, 6) — Qz¡ — Qioaai =O vớii= (NG + 1),(NG +2),.N (2) Trong đó: Q;: công suất phản kháng bơm vào nút tải thứ ¡ và là hàm của |VỊ, 6 Qz¡: công suất phản kháng phát tại nút i - Rang buộc bat dang thức: Rang buộc vé an toan trong van hanh hé thong dién. Trang 8 + Giới hạn về sự phát công suất thực: Poi min S Poi S Poi max với i=1,2,.5) + Giới han về sự phát công suất phản kháng: Qgi mịn S Qgi S Qgi max VO! 1= 1,2,.7) + Giới hạn về góc điện áp: Ôi min = 9) S Simax VỚI i= 1,2,.8) Công suất phản kháng bơm vào nút i: N Q¡ = > IW.9) k=1 Bài toán tôi ưu hóa có ràng buộc có thê được chuyên sang bài toán tôi ưu hóa không ràng buộc băng cách làm tăng ràng buộc dòng tải vào hàm mục tiêu.
Ham Lagrange: NG N L(Pz, |VỊ, 6) = » F.10) i=NG+1 Bài toán tôi ưu hóa được giải quyét nêu các phương trình sau được thỏa man điều kiện tôi ưu: SH OP,, nói OP, PL”=0 2.NG aL wy. apk ` ôQ k ‘ k=1 K=eNG+1 : Với ¡ = 2,3,.N Trong đó: Àpk› Àak: các hăng sô Lagrange Trang 9 2.2 Phương pháp TS[3.,17] dụng rộng rãi trong các bài toán tối ưu hóa hệ thông điện với kết quả đạt được ấn tượng. Sự thuận lợi của thuật toán TS là việc nó sử dụng sự ghi nhớ uyễn chuyển của lịch sử tìm kiếm dé ngăn ngừa dao động và tránh bị kẹt ở giá tri tối ưu cục bộ. TS có thé giải quyết được các bài toán không lôi, không phăng.
* Mô hình toán hoc cua phương pháp TS Dang tổng quát của bài toán OPF được định nghĩa như trong (2. Trong phương pháp TS hàm mục tiêu và các điều kiện ràng buộc được cụ thể như sau: - Hàm mục tiêu: Bài toán phân bố công suất tối ưu nhằm cực tiểu hóa hàm mục tiêu trong hệ thống điện trong khi các ràng buộc đắng thức và bất đăng thức được thỏa mãn.13) Trong đó: J: hàm mục tiêu cần cực tiêu hóa. Dạng tong quát hàm mục tiêu trong bài toán OPF là hàm tổng chi phí nhiên liệu máy phát. f¡ : hàm chi phí nhiên liệu của máy phát thứ ¡.