Luận văn thạc sĩ về qui hoạch và phát triển lưới điện truyền tải tại HCMUTE

Tổng hợp kiến thức Qui hoạch và phát triển lưới điện truyền tải tại HCMUTE, tiếp cận khoa học, hỗ trợ học tập và nghiên cứu hiệu quả trong chuyên

• Tác giả: Võ Quốc Kha
• Người hướng dẫn: PGS. Trương Việt Anh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử
• Đề tài: Qui Hoạch Và Phát Triển Lưới Điện Truyền Tải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Tính cấp thiết của luận văn
• 1.2. Các nghiên cứu đã công bố về mở rộng lưới điện
• 1.3. Mục tiêu của luận văn
• 1.4. Nhiệm vụ của luận văn
• 1.5. Phạm vi của luận văn
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.7. Nội dung của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Tổng quan các nghiên cứu mở rộng lưới
• 2.2. Tổng quan phương pháp quy hoạch nguồn
• 2.3. Tổng quan phương pháp dùng thiết bị Facts
• 2.4. Tổng quan phương pháp thêm đường dây mới
• 2.5. Tổng quan phương pháp quy hoạch nguồn kết hợp lắp đặt thêm đường dây mới
• 2.6. Tổng quan các phương pháp đã được áp dụng
• 2.6.1. Phương pháp tìm kiếm Tabu
• 2.6.2. Phương pháp heuristic lai
• 2.6.3. Phương pháp ACO
• 2.6.4. Phương pháp Keruel-Oriented
• 2.6.5. Phương pháp DE
• 2.6.6. Phương pháp PSO
• 2.6.7. Phương pháp SA
• 2.6.8. Giải thuật Genetic Algorithm (GA)
• 2.6.8.1. Các kỹ thuật trong giải thuật di truyền GA
• 2.6.8.2. Khởi tạo quần thể
• 2.6.8.3. Hàm mục tiêu
• 2.6.8.4. Phép chọn lọc
• 2.6.8.5. Phép lai ghép
• 2.6.8.6. Phép đột biến
• 2.6.8.7. Lựa chọn ứng viên
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP LUẬN
• 3.1. Các đại lượng mô tả hệ thống
• 3.2. Các loại nút trong hệ thống điện
• 3.3. Ma trận tổng dẫn nút Ybus và ma trận tổng trở nút Zbus
• 3.4. Phương trình toán các thành phần hệ thống điện
• 3.5. Phương trình dòng công suất
• 3.6. Phương trình công suất trên đường dây và các tổn thất
• 3.7. Bài toán phân bố công suất
• 3.8. Phương trình dòng tải
• 3.9. Giới hạn truyền tải
• 3.10. Giới hạn phân bố công suất truyền tải
• 3.11. Ràng buộc điện áp
• 3.12. Ràng buộc công suất
• 3.13. Hàm mục tiêu
• 3.14. Hàm phạt vi phạm điện áp nút
• 3.15. Hàm phạt vi phạm công suất truyền trên nhánh
• 3.16. Hàm chi phí xây dựng đường dây mới
• 3.17. Hàm mục tiêu của bài toán
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Cấu trúc hệ thống điện 30 nút tiêu chuẩn của IEEE
• 4.2. Kết quả chống nghẽn mạch bằng cách thêm đường dây mới
• 4.3. Kết quả chống nghẽn mạch bằng cách thêm đường dây siêu nhiệt
• 4.4. Kết quả phương pháp tăng đường dây mới sử dụng thuật toán GA
• 4.5. Đánh giá hiệu quả giải pháp thay dây dựa trên GA khi tăng tải
• 4.6. Các kiến nghị và hướng phát triển của đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội tại Thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu về điện năng ngày càng tăng cao. Qui hoạch lưới điện trở thành một nhiệm vụ cấp thiết nhằm đảm bảo cung cấp điện ổn định và hiệu quả. Luận văn này tập trung vào việc phát triển lưới điện truyền tải tại HCMUTE, với mục tiêu tối ưu hóa chi phí đầu tư và nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện. Việc mở rộng lưới điện không chỉ đáp ứng nhu cầu tiêu thụ mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành điện. Các phương pháp hiện có như xây dựng thêm nhà máy phát điện hay sử dụng thiết bị FACTS đều có những ưu nhược điểm riêng. Tuy nhiên, việc kéo thêm đường dây mới được xem là giải pháp hợp lý nhất trong bối cảnh hiện tại.

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Sự gia tăng dân số và phát triển các khu công nghiệp, thương mại đã tạo ra áp lực lớn lên hệ thống điện. Quy hoạch điện cần được thực hiện một cách kịp thời và hiệu quả để đáp ứng nhu cầu này. Việc mở rộng lưới điện không chỉ giúp giảm thiểu tình trạng quá tải mà còn nâng cao khả năng truyền tải điện năng. Theo nghiên cứu, việc quản lý lưới điện hiệu quả sẽ giúp giảm thiểu tổn thất điện năng và tối ưu hóa chi phí vận hành. Do đó, việc nghiên cứu và áp dụng các phương pháp mới trong quy hoạch lưới điện là rất cần thiết.

II. Tổng quan về các phương pháp quy hoạch lưới điện

Có nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng trong việc phát triển lưới điện. Các phương pháp này bao gồm việc sử dụng các thuật toán tối ưu như Genetic Algorithm (GA) và các phương pháp heuristic khác. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và hạn chế riêng. Ví dụ, phương pháp GA cho phép tìm kiếm giải pháp tối ưu trong không gian lớn, trong khi các phương pháp khác có thể nhanh hơn nhưng không đảm bảo tính tối ưu. Việc áp dụng các phương pháp này trong quy hoạch lưới điện sẽ giúp nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí đầu tư. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc kết hợp nhiều phương pháp có thể mang lại kết quả tốt hơn trong việc giải quyết các bài toán phức tạp liên quan đến lưới điện truyền tải.

2.1 Phương pháp Genetic Algorithm

Genetic Algorithm (GA) là một trong những phương pháp tối ưu hóa hiệu quả được sử dụng trong quy hoạch lưới điện. Phương pháp này dựa trên nguyên lý chọn lọc tự nhiên và di truyền, cho phép tìm kiếm giải pháp tối ưu thông qua quá trình tiến hóa. GA đã được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu về phát triển lưới điện, giúp tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy GA có khả năng tìm ra các giải pháp tối ưu cho bài toán mở rộng lưới điện, đồng thời đáp ứng các ràng buộc về kỹ thuật và kinh tế.

III. Kết quả mô phỏng và phân tích

Kết quả mô phỏng trên hệ thống điện IEEE 30 nút cho thấy phương pháp GA có tính khả thi cao trong việc quy hoạch lưới điện. Các chỉ số như điện áp, công suất và tổn thất điện năng đều được cải thiện đáng kể sau khi áp dụng phương pháp này. Việc thêm đường dây mới không chỉ giúp giảm thiểu tình trạng nghẽn mạch mà còn nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Các kết quả này chứng minh rằng việc phát triển lưới điện truyền tải là một giải pháp hiệu quả để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Hơn nữa, việc áp dụng các công nghệ mới trong quản lý lưới điện sẽ giúp tối ưu hóa chi phí và nâng cao hiệu quả vận hành.

3.1 Đánh giá hiệu quả giải pháp

Đánh giá hiệu quả của giải pháp mở rộng lưới điện cho thấy rằng việc áp dụng GA không chỉ giúp tối ưu hóa chi phí mà còn nâng cao khả năng truyền tải điện năng. Các chỉ số về điện áp và công suất đều đạt yêu cầu, cho thấy tính khả thi của phương pháp. Hơn nữa, việc sử dụng phần mềm Matlab trong mô phỏng đã giúp phân tích và đánh giá kết quả một cách chính xác. Điều này khẳng định rằng qui hoạch lưới điện truyền tải tại HCMUTE là một bước đi đúng đắn trong việc phát triển hệ thống điện bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải (Transmission Network Expansion Planning - TNEP) là một bài toán tối ưu phi tuyến phức tạp, tập trung vào việc xác định cấu trúc tối ưu để hệ thống điện vận hành ổn định với chi phí đầu tư thấp nhất. Theo ước tính, nhu cầu điện năng tại các khu công nghiệp, trung tâm thương mại và khu dân cư ngày càng tăng do sự phát triển kinh tế - xã hội, đòi hỏi hệ thống truyền tải phải được mở rộng kịp thời và hiệu quả. Việc mở rộng lưới điện truyền tải không chỉ giúp loại bỏ nghẽn mạch mà còn đảm bảo độ tin cậy và ổn định của hệ thống.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là mở rộng hệ thống lưới truyền tải điện 30 nút chuẩn IEEE nhằm loại bỏ nghẽn mạch, đồng thời tối thiểu hóa chi phí đầu tư cho các đường dây mới, thỏa mãn các ràng buộc kỹ thuật và vận hành. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào mô hình toán học bài toán TNEP, sử dụng phần mềm Matlab và thuật toán di truyền (Genetic Algorithm - GA) để giải quyết bài toán trên hệ thống điện chuẩn IEEE 30 nút. Thời gian nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn đến năm 2018 tại Thành phố Hồ Chí Minh.

Ý nghĩa của nghiên cứu được thể hiện qua việc cung cấp giải pháp tối ưu cho bài toán mở rộng lưới điện truyền tải, giúp giảm thiểu chi phí đầu tư, nâng cao hiệu quả vận hành và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho các khu vực phụ tải. Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng trong quy hoạch phát triển hệ thống điện quốc gia và các dự án mở rộng lưới điện tương tự.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết tối ưu hóa phi tuyến: Bài toán TNEP được mô hình hóa dưới dạng bài toán tối ưu phi tuyến với hàm mục tiêu là chi phí đầu tư và các ràng buộc kỹ thuật như giới hạn công suất truyền tải, điện áp các nút, và ràng buộc vận hành hệ thống.

• Mô hình phân bố công suất (Power Flow): Sử dụng phương trình dòng công suất phi tuyến để mô phỏng phân bố điện áp và công suất trên các đường dây truyền tải, từ đó xác định vị trí nghẽn mạch và đánh giá hiệu quả các phương án mở rộng.

• Giải thuật di truyền (Genetic Algorithm - GA): GA là thuật toán tiến hóa dựa trên cơ chế chọn lọc tự nhiên và di truyền, được sử dụng để tìm kiếm giải pháp tối ưu cho bài toán TNEP. Các khái niệm chính bao gồm: mã hóa nhiễm sắc thể, khởi tạo quần thể, hàm mục tiêu, phép chọn lọc, lai ghép và đột biến.

• Khái niệm nghẽn mạch (Congestion): Nghẽn mạch xảy ra khi công suất truyền tải trên một đường dây vượt quá giới hạn thiết kế, gây ra hiện tượng quá tải và mất ổn định hệ thống.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được sử dụng là hệ thống điện chuẩn IEEE 30 nút, với các thông số phụ tải, máy phát và đường dây truyền tải được lấy từ các bảng thông số chuẩn. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Xây dựng mô hình toán học: Mô hình hóa bài toán TNEP với hàm mục tiêu là tối thiểu hóa chi phí đầu tư đường dây mới, đồng thời thỏa mãn các ràng buộc kỹ thuật về công suất, điện áp và vận hành.

• Thuật toán giải quyết: Áp dụng giải thuật di truyền (GA) để tìm kiếm cấu trúc lưới điện tối ưu. Quá trình này bao gồm khởi tạo quần thể, đánh giá độ thích nghi qua hàm mục tiêu, chọn lọc cá thể, lai ghép và đột biến để tạo ra các thế hệ mới.

• Mô phỏng và phân tích: Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng phân bố công suất và điện áp trên hệ thống điện 30 nút, đánh giá hiệu quả các phương án mở rộng lưới.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ năm 2017 đến tháng 4 năm 2018, bao gồm thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, lập trình thuật toán, chạy mô phỏng và phân tích kết quả.

Cỡ mẫu nghiên cứu là toàn bộ hệ thống điện 30 nút chuẩn IEEE, được lựa chọn do tính đại diện và phổ biến trong các nghiên cứu quy hoạch lưới điện. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng toàn bộ hệ thống với các kịch bản mở rộng khác nhau. Phương pháp phân tích chính là phân tích kết quả mô phỏng dựa trên các chỉ số kỹ thuật và chi phí đầu tư.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Xác định vị trí nghẽn mạch: Qua mô phỏng phân bố công suất trên hệ thống điện 30 nút, phát hiện đường dây 3-5 bị nghẽn mạch với công suất truyền tải vượt quá công suất định mức thiết kế. Đây là điểm nghẽn chính cần được xử lý để đảm bảo vận hành ổn định.

2. Hiệu quả của việc thêm đường dây mới: Việc thêm các đường dây mới vào hệ thống giúp giảm tải cho đường dây nghẽn mạch. Kết quả mô phỏng cho thấy, sau khi thêm các đường dây mới, điện áp tại các nút phụ tải được cải thiện, công suất truyền tải trên các đường dây được phân bố lại hợp lý, giảm nguy cơ quá tải. Ví dụ, khi thêm đường dây 1-3, 1-5 và 2-4, công suất trên đường dây 3-5 giảm đáng kể, đảm bảo không vượt quá giới hạn.

3. Ứng dụng giải thuật di truyền (GA): GA được áp dụng để tìm kiếm cấu trúc lưới tối ưu với chi phí đầu tư thấp nhất. Kết quả cho thấy GA có khả năng hội tụ nhanh, tìm ra các phương án mở rộng hợp lý, giảm chi phí đầu tư so với các phương pháp heuristic truyền thống. Biểu đồ hàm chi phí vận hành qua các lần lặp cho thấy sự giảm dần rõ rệt, minh chứng cho hiệu quả của GA.

4. Đánh giá khả năng mở rộng khi tải tăng: Khi tải tăng từ 10% đến 30%, các phương án mở rộng dựa trên GA vẫn duy trì được điện áp và công suất truyền tải trong giới hạn cho phép, chứng tỏ tính bền vững và khả năng thích ứng của giải pháp trong điều kiện tải biến động.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của nghẽn mạch là do sự tăng trưởng phụ tải vượt quá khả năng truyền tải của các đường dây hiện hữu, đặc biệt tại các nút trung tâm như nút 3-5. Việc thêm đường dây mới giúp phân tán tải, giảm áp lực lên các nhánh quá tải, đồng thời nâng cao độ tin cậy hệ thống.

So sánh với các nghiên cứu trước đây sử dụng các phương pháp PSO, heuristic hay Tabu Search, giải thuật GA trong nghiên cứu này cho kết quả khả quan hơn về mặt chi phí và thời gian hội tụ. Điều này phù hợp với nhận định trong ngành rằng GA có ưu điểm trong việc tránh cực tiểu địa phương và tìm kiếm giải pháp gần tối ưu trong thời gian ngắn.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ phân bố điện áp và công suất trên các đường dây trước và sau khi mở rộng, cũng như bảng thống kê chi phí đầu tư và các chỉ số vận hành. Điều này giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của các phương án mở rộng và hỗ trợ việc ra quyết định trong quy hoạch thực tế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai áp dụng giải thuật GA trong quy hoạch mở rộng lưới điện: Khuyến nghị các đơn vị quản lý và thiết kế hệ thống điện áp dụng giải thuật GA để tối ưu hóa chi phí đầu tư và nâng cao hiệu quả vận hành. Thời gian thực hiện trong vòng 1-2 năm cho các dự án quy hoạch mới.

2. Tăng cường giám sát và phân tích tải trọng các đường dây truyền tải: Định kỳ kiểm tra và đánh giá tình trạng vận hành để phát hiện sớm các điểm nghẽn mạch, từ đó có kế hoạch mở rộng hoặc nâng cấp kịp thời. Chủ thể thực hiện là các công ty truyền tải điện, với tần suất kiểm tra hàng quý.

3. Kết hợp mở rộng đường dây với các giải pháp công nghệ như thiết bị FACTS: Mặc dù phương pháp kéo thêm đường dây mới là ưu tiên, việc sử dụng thiết bị FACTS có thể hỗ trợ nâng cao khả năng truyền tải và ổn định điện áp trong ngắn hạn. Thời gian triển khai song song với các dự án mở rộng lưới.

4. Đào tạo và nâng cao năng lực cho đội ngũ kỹ sư quy hoạch: Tổ chức các khóa đào tạo về ứng dụng thuật toán tối ưu và phần mềm mô phỏng như Matlab để nâng cao chất lượng quy hoạch. Chủ thể thực hiện là các trường đại học, viện nghiên cứu và các công ty điện lực, với kế hoạch đào tạo liên tục hàng năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách ngành điện: Giúp hiểu rõ các phương pháp tối ưu hóa chi phí đầu tư mở rộng lưới điện, từ đó xây dựng các chính sách phát triển bền vững và hiệu quả.

2. Kỹ sư và chuyên gia quy hoạch hệ thống điện: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình toán học, thuật toán di truyền và ứng dụng thực tiễn trong quy hoạch mở rộng lưới điện.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện: Là tài liệu tham khảo quý giá cho các nghiên cứu tiếp theo về tối ưu hóa hệ thống điện và phát triển thuật toán giải quyết bài toán phức tạp.

4. Các công ty truyền tải và phân phối điện: Hỗ trợ trong việc lập kế hoạch mở rộng lưới điện, nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu rủi ro nghẽn mạch, đảm bảo cung cấp điện ổn định cho khách hàng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn hệ thống điện IEEE 30 nút để mô phỏng?
   Hệ thống IEEE 30 nút là mô hình chuẩn, đại diện cho một hệ thống điện trung bình với cấu trúc và thông số được chuẩn hóa, giúp dễ dàng so sánh và đánh giá các phương pháp quy hoạch mở rộng.

2. Giải thuật di truyền (GA) có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   GA có khả năng tìm kiếm toàn cục, tránh bị kẹt ở cực tiểu địa phương, đồng thời có thể xử lý các bài toán tối ưu phi tuyến phức tạp với nhiều ràng buộc, giúp tìm ra giải pháp gần tối ưu trong thời gian ngắn.

3. Làm thế nào để xác định vị trí nghẽn mạch trong hệ thống?
   Thông qua mô phỏng phân bố công suất và điện áp trên hệ thống, các đường dây có công suất truyền tải vượt quá giới hạn thiết kế được xác định là điểm nghẽn mạch cần xử lý.

4. Chi phí đầu tư mở rộng lưới điện được tính toán như thế nào?
   Chi phí bao gồm chi phí xây dựng đường dây mới, chi phí vận hành và bảo trì, được mô hình hóa trong hàm mục tiêu của bài toán tối ưu nhằm tìm ra phương án có tổng chi phí thấp nhất.

5. Giải pháp mở rộng lưới điện có thể áp dụng cho các hệ thống lớn hơn không?
   Có, phương pháp và thuật toán được đề xuất có thể mở rộng và điều chỉnh để áp dụng cho các hệ thống điện lớn hơn với số nút và đường dây nhiều hơn, tuy nhiên cần điều chỉnh tham số và tăng cường tính toán.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình toán học và áp dụng giải thuật di truyền để giải bài toán quy hoạch mở rộng lưới điện truyền tải trên hệ thống IEEE 30 nút.
• Kết quả mô phỏng chứng minh hiệu quả của phương pháp trong việc loại bỏ nghẽn mạch và tối thiểu hóa chi phí đầu tư.
• Giải thuật GA cho thấy khả năng hội tụ nhanh và tìm ra các phương án mở rộng hợp lý, bền vững khi tải tăng.
• Đề xuất các giải pháp thực tiễn nhằm ứng dụng kết quả nghiên cứu trong quy hoạch và vận hành hệ thống điện.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu cho các hệ thống lớn hơn, kết hợp với các công nghệ mới và đào tạo nhân lực chuyên môn cao.

Hãy áp dụng các kết quả nghiên cứu này để nâng cao hiệu quả quy hoạch và vận hành hệ thống điện, góp phần phát triển ngành điện bền vững và ổn định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ QUỐC KHA QUI HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN LƯỚI ÐIỆN TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202 S K C0 0 5 8 7 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ QUỐC KHA QUI HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ VÕ QUỐC KHA QUI HOẠCH VÀ PHÁT TRIỂN LƢỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS. Trƣơng Việt Anh Tp.

Hồ Chí Minh, tháng 04/2018 Luan van i Luan van ii Luan van iii Luan van iv Luan van v Luan van vi Luan van vii Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Võ Quốc Kha Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/08/1989 Nơi sinh: Long An Quê quán: Mộc Hóa, Long An Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 180 Cao Lỗ, Phƣờng 4, Quận 8, Tp, HCM Điện thoại cơ quan: (028) 3850. 5520 Điện thoại nhà riêng: Fax: [phone] E-mail: voquockhak@gmail.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: 2. Đại học: Hệ đào tạo: Đại học Thời gian đào tạo từ 10/2008 đến 10/ 2012 Nơi học (trƣờng, thành phố): Trƣờng Đại học Công nghệ Sài Gòn, Tp. HCM Ngành học: Điện – Điện tử Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “TÌM HIỂU LOGO VÀ ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN NHIỆT ĐỘ” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 8/2012, Trƣờng Đại học Công nghệ Sài Gòn Ngƣời hƣớng dẫn: ThS.

Trần Văn Lợi III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ năm 2013 Trƣờng Đại học Công nghệ Sài Gòn Nhân viên P. HCQT đến nay viii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn (Ký và ghi rõ họ tên) Võ Quốc Kha ix Luan van LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian học tập tại Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật TP. HCM, đƣợc sự giúp đỡ và hƣớng dẫn của quý thầy cô, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo sau đại học của Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật TP.

HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu và thực hiện tốt đề tài trong thời gian qua. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS, TS. Trƣơng Việt Anh, Thầy đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thƣc hiện luận văn tốt nghiệp. Chân thành cảm ơn quý thầy, cô đã tận tâm chỉ dẫn, truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tại Trƣờng.

Xin gửi lời cảm ơn đến các thành viên Hội đồng phản biện đã góp ý để tôi hoàn thiện luận văn của mình. Cảm ơn các bạn học viên trong lớp cao học Kỹ thuật điện KDD16A đã cùng nhau đoàn kết, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập tại Trƣờng. Trân trọng! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2018 Học viên Võ Quốc Kha x Luan van TÓM TẮT Quy hoạch mở rộng mạng lƣới truyền tải (TNEP) là bài toán tối ƣu hóa phi tuyến rất phức tạp, tập trung chính vào việc tìm ra cấu trúc tối ƣu để hệ thống điện vận hành ổn định với chi phí đầu tƣ thấp nhất trong hệ thống điện. Trong luận văn này, việc mở rộng lƣới đƣợc thực hiện bằng cách xem xét thêm một hay một vài đƣờng dây để loại bỏ nghẽn mạch trên đƣờng dây truyền tải.

Đã có nhiều công bố về vấn đề này đƣợc đƣa ra trong những năm gần đây, nhiều phƣơng pháp đƣợc áp dụng nhƣ các phƣơng pháp PSO kinh điển, GA kinh điển, phƣơng pháp Heuristic tiến, Heuristic lùi… Các phƣơng pháp này đều cho kết quả khả quan khi áp dụng vào bài toán chống nghẽn mạch lƣới truyền tải. Tuy nhiên, đây là vấn đề quan trọng trong vận hành tối ƣu hệ thống, nên vẫn cần thêm các phƣơng pháp tối ƣu khác để làm tham chiếu đánh giá lựa chọn phƣơng án hợp lý nhất cho một dự án lớn với chi phí cao nhƣ xây dựng đƣờng dây truyền tải điện. Trong luận văn, phƣơng pháp di truyền (GA) đƣợc đề xuất áp dụng trong bài toán này. Để đánh giá kết quả đạt đƣợc, hệ thống điện IEEE 30 nút đƣợc dùng để mô phỏng và ghi nhận kết quả trên phần mềm Matlab.

Qua kết quả thu nhận đƣợc đã chứng minh phƣơng pháp đƣợc đề xuất có tính khả thi cao khi áp dụng vào bài toán tối ƣu chi phí mở rộng lƣới điện trong hệ thống điện đƣợc mô phỏng. xi Luan van ABSTRACT Transmission network expansion planning (TNEP) is an extremely complex nonlinear optimization problem. Its main focus is to find the optimal structure for the stable operation of the system with the minimum cost transmission investment in the power system. In this thesis, network expansion is performed by considering adding one or few lines to eliminate congestion on the transmission line.

There have been many publications on this issue in recent years, many methods are applied such as PSO classic, GA classic, forward heuristic, backward heuristic and so on. These methods create the satisfactory results when applied to the problem of congestion eliminated of transmission network. However, this is an important issue in the optimal operation of the system, so it is still necessary to add other optimal methods, reference to evaluate and select the most reasonable planning for a large project with high costs like the construction of power transmission line. In this thesis, the hybrid Genetic Algorithm (GA) method is considered to apply to this problem.

To evaluate achieved results, IEEE 30 bus test system is used to simulate and record results on MATLAB software. The obtained results show that the proposed method is highly feasible when applying to the cost of optimal problem of power network expansion in the simulated power system. xii Luan van MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LỜI CAM ĐOAN. ix LỜI CẢM ƠN .xii MỤC LỤC.

xiii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. xvi DANH SÁCH CÁC HÌNH .xvii DANH SÁCH CÁC BẢNG. xix Chƣơng 1 GIỚI THIỆU. Tính cấp thiết của luận văn:.

Các nghiên cứu đã công bố về mở rộng lƣới điện:. Mục tiêu của luận văn:. Nhiệm vụ của luận văn:. Phạm vi của luận văn:.

Phƣơng pháp nghiên cứu:. Nội dung của luận văn:. 4 Chƣơng 2 TỔNG QUAN .1 Tổng quan các nghiên cứu mở rộng lƣới. Tổng quan phƣơng pháp quy hoạch nguồn:.

Tổng quan phƣơng pháp dùng thiết bị Facts:. Tổng quan phƣơng pháp thêm đƣờng dây mới:. Tổng quan phƣơng pháp quy hoạch nguồn kết hợp lắp đặt thêm đƣờng dây mới:. Tổng quan các phƣơng pháp đã đƣợc áp dụng:.

8 xiii Luan van 2.1 Phƣơng pháp tìm kiếm Tabu:. Phƣơng pháp heuristic lai:. Phƣơng pháp ACO:. Phƣơng pháp Keruel- Oriented:.

Phƣơng pháp DE:. Phƣơng pháp PSO:. Phƣơng pháp SA:. Giải thuật Genetic Algorithm (GA):.

Các kỹ thuật trong giải thuật di truyền GA: .2 Khởi tạo quần thể.3 Hàm mục tiêu .4 Phép chọn lọc .5 Phép lai ghép.6 Phép đột biến. Lựa chọn ứng viên:. 22 Chƣơng 3 PHƢƠNG PHÁP LUẬN. Các đại lƣợng mô tả hệ thống:.

Các loại nút trong hệ thống điện:. Ma trận tổng dẫn nút Ybus và ma trận tổng trở nút Zbus:. Phƣơng trình toán các thành phần hệ thống điện:. Phƣơng trình dòng công suất:.

Phƣơng trình công suất trên đƣờng dây và các tổn thất:. Bài toán phân bố công suất:. Phƣơng trình dòng tải:. Giới hạn truyền tải:.

Giới hạn phân bố công suất truyền tải:. 32 xiv Luan van 3. Ràng buộc điện áp:. Ràng buộc công suất:.

Hàm mục tiêu:. Hàm phạt vi phạm điện áp nút:. Hàm phạt vi phạm công suất truyền trên nhánh:. Hàm chi phí xây dựng đƣờng dây mới:.

Hàm mục tiêu của bài toán:. 36 Chƣơng 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG .1 Cấu trúc hệ thống điện 30 nút tiêu chuẩn của IEEE.2 Kết quả chống nghẽn mạch bằng cách thêm đƣờng dây mới .3 Kết quả chống nghẽn mạch bằng cách thêm đƣờng dây siêu nhiệt.4 Kết quả phƣơng pháp tăng đƣờng dây mới sử dụng thuật toán GA.5 Đánh giá hiệu quả giải pháp thay dây dựa trên GA khi tăng tải. Các kiến nghị và hƣớng phát triển của đề tài. 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

84 xv Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Viết tắt ACO Ant Colony Optimization AFC All Feasible Candidates AGC All Good Candidates APC All Possible Candidates DE Differential Evolutions FACTS Flexible Alternating Current Transmission System GA Genetic Algorithm GEP Generation Expansion Planning LSM Least Square Monte Carlo OPF Optimal Power Flow PGPSO Pseudo-Gradient Particle Swarm Optimization SA Simulated Annealing TEP Transmission Expansion Planning TNEP Transmission Network Expansion Planning TS Tabu Search xvi Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2 1: Sơ đồ khối thuật toán di truyền .16 Hình 2 2: Lai ghép cho chuỗi số nguyên hoán vị .19 Hình 2 3: Lai ghép cho chuỗi nhị phân .19 Hình 2 4: Lai ghép ở hai vị trí khác nhau.20 Hình 2 5: Đột biến hai gen gần nhau.21 Hình 2 6: Đột biến hai gen cách xa nhau .21 Hình 2 7: Đột biến ba gen cách biệt nhau .21 Hình 2 8: Đột biến bằng cách dịch chuyển .22 Hình 2 9: Đột biến bằng đảo ngƣợc chuỗi con .22 Hình 2 10: Hệ thống thử nghiệm .23 Hình 2 11: Hệ thống bị quá tải ở nút 3 - 5 .23 Hình 2 12: Các đƣờng dây có thể thêm vào hệ thống .24 Hình 2 13: Các đƣờng dây đƣợc thêm vào hệ thống.25 Hình 3 1: Mô hình khảo sát một nút bất kỳ trong hệ thống .27 Hình 3 2: Mô hình đƣờng dây truyền tải để tính phân bố công suất trên đƣờng dây .28 Hình 3 3: Lƣu đồ thuật toán thêm đƣờng dây mới .36 Hình 3 4: Lƣu đồ thuật toán thay dây siêu dẫn .38 Hình 3 5: Lƣu đồ thuật toán thay dây bằng giải thuật GA .40 Hình 4 1: Cấu trúc của hệ thống điện IEEE 30 nút .