Đặt vấn đề: Trên thế giới và trong nước, vấn đề năng lượng đang là vấn đề rất nóng. Kinh tế càng phát triển nhu cầu năng lượng càng lớn. Điện năng cũng không ngoại lệ. Vì vậy, các hệ thống điện ngày càng liên tục mở rộng cả về tải, nguồn tiêu thụ và công suất truyền tải điện năng.
Tuy nhiên, tiêu thụ năng lượng điện càng nhiều, ô nhiễm môi trường ngày càng tăng cao. Với những hiểm họa có thể thấy được, năng lượng xanh đã ngày càng được ưa chuộng và chú trọng phát triển, trong đó điện gió có những mức tăng trưởng vượt bậc đặc biệt trong 2 thập niên qua. Tuy nhiên, với đặc thù là công suất nhỏ, nguồn phân tán và khó chủ động được công suất phát, năng lượng gió đã làm phát sinh nhiều vấn đề mới trong hệ thống điện. Đặc biệt là vấn đề điều độ công suất cũng như điều độ kinh tế khi có yếu tố gió thay đổi.2 Giới thiệu đề tài: Luận văn trình bày thuật toán PSO cải tiến và ứng dụng tính toán điều độ kinh tế khi có sự ảnh hưởng của các nhà máy năng lượng gió.
Với sự tăng trưởng không ngừng của năng lượng gió trên thế giới năm 1996 là 6,1 GW đến năm 2010 là 194,4 GW (theo Wikipedia). Điều này cho thấy năng lượng gió ngày càng phổ biến và ảnh hưởng ngày càng lớn.1: Biểu đồ năng lượng gió theo các năm Điều độ kinh tế xem xét đến điện gió sử dụng phương pháp PSO cải tiến Page 8 Học viên: Vũ Đình Tâm GV hướng dẫn : TS Võ Ngọc Điều Cũng theo wikipedia trích từ nguồn “GWEC, Global Wind Report Annual Market Update 2010” (Global Wind Power Cumulative Capacity with Forcast) đự báo tích lũy năng lượng gió toàn cầu được dự báo đến năm 2030 cho thấy sự tăng trưởng không ngừng của năng lượng gió trên toàn cầu Hình 1.2: Biểu đồ dự báo năng lượng gió trong tương lai Điều độ kinh tế trong hệ thống điện là vấn đề đã được rất nhiều nhà nghiên cứu đào sâu mở rộng. và có rất nhiều công trình đã được công bố. Điều độ kinh tế có xét đến ảnh hưởng của năng lượng gió cũng vậy.
Luận văn này trình bày 1 phương pháp khác trong quá trình điều độ kinh tế có xét đến ảnh hưởng của điện gió đó là phương pháp PSO đã được cải tiến. Mục tiêu của đề tài: luận văn tìm hiểu về điều độ kinh tế khi có sự ảnh hưởng của năng lượng gió đồng thời xem xét, ứng dụng phương pháp PSO vào trong bài toán điều độ kinh tế. Sau đó tiến hành cải tiến phương pháp PSO và ứng dụng giải bài toán điều độ kinh tế Trong lĩnh vực khoa học máy tính, tối ưu hóa bầy đàn (PSO) là một phương pháp tính toán tối ưu hóa một vấn đề bằng cách lặp đi lặp lại cố gắng để cải thiện một giải pháp đám đông liên quan đến biện pháp cải thiện chất lượng của chúng. PSO tối ưu hóa một vấn đề bằng giải pháp cá thể của đám đông, đây gọi là các hạt, và các hạt di chuyển xung quanh để tìm kiếm không gian theo công thức toán học đơn giản thông qua vị trí và tốc độ của hạt.
Điều độ kinh tế xem xét đến điện gió sử dụng phương pháp PSO cải tiến Page 9 Học viên: Vũ Đình Tâm GV hướng dẫn : TS Võ Ngọc Điều Chuyển động của mỗi hạt bị ảnh hưởng bởi vị trí tốt nhất của hạt và cũng được hướng dẫn đến với các vị trí tốt nhất trong không gian tìm kiếm, vì vậy vị trí tốt nhất được tìm thấy bởi các hạt khác sẽ luôn được cập nhật. Điều này sẽ di chuyển các hạt của cả bầy đàn đến giải pháp tốt nhất. PSO dùng để mô phỏng hành vi xã hội, điển hình là hành vi của đàn cá hoặc bầy chim. Các thuật toán đã được đơn giản hóa và tối ưu hóa cho việc thi hành.
Trong cuốn sách của Kennedy và Eberhart mô tả nhiều khía cạnh thú vị của triết học như ” những hoạt động của cuộc sống có thể lập trình vào máy tính, nơi mà các quy tắc được lập đi lập lại với một tốc độ cao. Hiệu ứng trên màn hình luôn quyến rũ, luôn thay đổi và không bao giờ lặp lại và nhiều chương trình mô phỏng có nhiều chức năng đã được xem xét đến các khía cạnh của cuộc sống”.[17] Điều độ kinh tế xem xét đến điện gió sử dụng phương pháp PSO cải tiến Page 10 Học viên: Vũ Đình Tâm GV hướng dẫn : TS Võ Ngọc Điều Chương II: Tổng quan II.1 Tổng quan về bài báo đã được nghiên cứu: Bài báo: Optimal wind–thermal coordination dispatch based on risk reserve constraints.[1] Tác giả: Wei Zhou, Yu Peng and Hui Sun Bài báo trình bày về mô hình DED (dynamic economic dispatch) với sự thâm nhập lớn của điện gió vào hệ thống. Sự mất ổn định gây ra do việc ngừng phát điện bắt buộc cùng với sự thay đổi của tốc độ gió và những lỗi khi dự báo tải đều được xem xét để đáp ứng bất kỳ sự thiếu hụt nào về nguồn phát. Bài báo nghiên cứu với mục đích tạo ra 1 lịch hoạt động phù hợp cho các máy phát điện gió và nhiệt điện với các điều kiện rằng buộc về ngưỡng rủi ro của hệ thống cùng với các rằng buộc khác về mặt kỹ thuật, với giả định gió thổi bình thường và những lỗi dự báo về tải.
Mô hình DED trong bài báo này đưa ra giải pháp với phương pháp nonlinear primal-dual interior-point (IP) và ứng dụng vào mô hình gồm 10 máy phát điện và 1 cánh đồng gió cho kết quả tốt. Bài báo: A Newly Improved Particle Swarm Optimization for Economic Dispatch with Valve Point Loading Effects.[2] Tác giả: Vo Ngoc Dieu, Peter Schegner, Weerakorn Ongsakul Bài báo đề xuất phương pháp NIPSO để giải quyết vấn đề điều độ kinh tế với ảnh hưởng của van công suất .NIPSO là phương pháp PSO được cải tiến với các hệ số tăng tốc biến thiên theo thời gian (time-varying ac-celeration coefficients(PSO-TVAC)).với việc sử dụng hàm sigmoid vào các biến ngẫu nhiên của hệ số trọng lượng để hướng dẫn các phần tử và chương trình bậc hai cho những điều kiện ban đầu Phương pháp NIPSO thử nghiệm trên mô hình hệ thống có 13 và 40 đơn vị hệ thống và cho thấy kết quả tốt nhất khi so với các phương pháp khác trong bài báo này. Điều độ kinh tế xem xét đến điện gió sử dụng phương pháp PSO cải tiến Page 11 Học viên: Vũ Đình Tâm GV hướng dẫn : TS Võ Ngọc Điều Bài báo: Economic Load Dispatch Optimization of Renewable Energy in Power System Using Genetic Algorithm. Bradley Bài báo đề xuất phương pháp GA cho điều độ kinh tế trong hệ thống điện với hệ thống được đính kèm một số lượng công suất đáng kể của năng lượng tái tạo.
Năng lượng tái tạo đã đóng góp một phần công suất đáng kể trong hệ thống điện, công suất phát của chúng thường phi tuyến làm cho hệ thống mất sự cân bằng khi nguồn và tải không phù hợp. Bài báo tập trung vào việc điều độ ngắn hạn với sự tham gia của năng lượng tái tạo trong thị trường điện. Bài báo : Economic dispatch using particle swarm optimization.[4] Tác giả: Amita Mahor , Vishnu Prasad , Saroj Rangnekar Bài báo trình bày những công việc cơ bản đầu tiên và những điểm quan trọng cần lưu ý cho việc ứng dụng PSO cho việc điều độ kinh tế trong hệ thống điện. Bài báo chỉ ra trong điều độ kinh tế trong hệ thống điện thường gặp phải các hàm mục tiêu không tuyến tính cùng với các đẳng thức và bất đẳng thức rằng buộc rất khó và trình bày về phương pháp PSO cùng với phương pháp cải tiến PSO của những bài báo trước đó.
Đây là bài báo quan trọng đầu tiên sử dụng cho các học giả muốn tìm hiểu về PSO cho hệ thống điện Bài báo : An Economic Dispatch Model Incorporating Wind Power.[5] Tác giả : John Hetzer, David C. Yu , a nd Kalu Bhattarai. Bài báo phát triển mô hình bao gồm hệ thống điện có xem xét đến ảnh hưởng của gió trong vấn đề điều độ kinh tế, và được bổ sung vào hệ số điều độ kinh tế chuẩn mực, hệ số này tính toán cho cả 2 trường hợp năng lượng gió được đánh giá quá cao và đánh giá quá thấp trong hệ thống điện. Với những nghiên cứu các thành phần về hàm năng lượng gió đựa trên các dự báo của hàm weibul vấn đề tối ưu được giải quyết cho trường hợp 2 máy phát quy ước và 2 máy phát điện gió.
Giải pháp tối ưu này giải quyết những giá trị khác nhau của thông số đầu vào và những giải pháp được mô tả mà sự phân phối dung lượng các máy phát điện trong hệ thống có thể ảnh hưởng nhiều đến hệ thống điện. Điều độ kinh tế xem xét đến điện gió sử dụng phương pháp PSO cải tiến Page 12 Học viên: Vũ Đình Tâm GV hướng dẫn : TS Võ Ngọc Điều Bài báo : An Improved Particle Swarm Optimization for Economic Dispatch with Valve-Point Effect. Bài báo đề xuất cải tiến phương pháp PSO với những dãy số ngẫu nhiên. PSO là phương pháp hữu hiệu cho việc tìm được điểm tối ưu toàn cục.
ứng dụng những dãy số ngẫu nhiên trong phương pháp PSO là 1 trong những chiến lược cải tiến khả năng tìm kiếm và tìm được điểm tối ưu. Để chứng minh cho kết luận trên bài báo đã so sánh cho 2 hệ thống mẫu khác nhau kết quả cho thấy rằng phương pháp IPSO tiên tiến hơn trong việc giải quyết vấn đề điều độ kinh tế với ảnh hưởng của điểm van công suất. Bài báo : DIFFERENTIAL EVOLUTION APPROACH FOR OPTIMAL POWER FLOW SOLUTION. Bài báo trình bày ứng dụng thuật toán DE vào để giải bài toán OPF.
Hàm mục tiêu có dạng hàm bậc 2 dùng để tính toán giá trị nhỏ nhất cho chi phí nhiên liệu của máy phát cùng với việc ràng buộc công suất thực, công suất phản kháng, điện áp, đầu phân áp và các dòng công suất trên đường dây. Phương pháp DE được ứng dụng để mô phỏng mạng điện IEEE 30 nút và kết quả được so sánh với các phương pháp EP,TS,SA và cho thấy hiêu quả tốt hơn về mặt chi phí nhiên liệu. Bài báo: Optimal Power Flow Solution Using Ant Manners for Electrical Network [8] Tác giả : Boumediène ALLAOUA, Abdellah LAOUFI. Bài báo trình bày phương pháp tính toán đựa trên hoạt động của bầy kiến và cách thu thập thông tin từ chúng.
Phương pháp này được ứng dụng vào để giải bài toán OPF với mục tiêu là tìm được giá trị nhỏ nhất cho phí nhiên liệu đầu vào với các rằng buộc về công suất thực của máy phát, công suất phản kháng, điện áp nút, đầu phân áp, tụ bù và dòng công suất trên đường dây.
