I. Tổng quan
Hệ thống lưới điện phân phối đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp điện đến hộ tiêu thụ. Theo thống kê của Điện lực Việt Nam, tổng tổn thất điện năng khoảng từ 10-15% sản lượng điện sản xuất, trong đó lưới điện phân phối chiếm 5-7%. Việc tái cấu trúc lưới điện nhằm giảm tổn thất công suất là một vấn đề cấp bách, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra cấu trúc lưới điện phân phối theo hình tia tối ưu cho mục đích giảm tổn thất công suất tác dụng, sử dụng giải thuật cá voi (WOA). Điều này không chỉ giúp tăng lợi ích kinh tế cho các doanh nghiệp mà còn cho người tiêu dùng.
1.1. Tính cấp thiết của luận văn
Hệ thống điện phân phối là cầu nối giữa nhà máy điện và người tiêu dùng. Việc tìm ra cấu trúc lưới phân phối hiệu quả nhất sẽ mang lại lợi ích to lớn, đặc biệt là giảm tổn thất công suất. Các biện pháp hiện tại như bù công suất phản kháng hay nâng cao điện áp đều tốn kém. Do đó, tái cấu trúc lưới điện thông qua việc đóng/mở các cặp khoá điện là một giải pháp khả thi và tiết kiệm chi phí.
1.2. Mục tiêu và nhiệm vụ của luận văn
Mục tiêu nghiên cứu là tìm ra giải thuật tối ưu cá voi (WOA) để tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất. Nhiệm vụ bao gồm việc đọc và phân loại các bài báo liên quan, đánh giá các phương pháp, đề xuất một phương pháp mới, xây dựng hàm mục tiêu và kiểm chứng trên lưới điện mẫu.
II. Cơ sở lý thuyết
Lưới điện phân phối (LĐPP) chuyển tải điện năng từ các trạm biến thế đến khách hàng. Cấu trúc lưới điện thường là hình tia, nhưng có thể được tái cấu trúc để giảm tổn thất công suất. Tổn thất điện năng chiếm tỷ lệ lớn trong tổng tổn thất của hệ thống, do đó việc cải thiện hiệu suất lưới điện là rất cần thiết. Các phương pháp như giải thuật di truyền (GA), giải thuật đàn kiến (ACS), và giải thuật bầy đàn (PSO) đã được nghiên cứu, nhưng giải thuật cá voi (WOA) được đề xuất là một giải pháp mới với nhiều ưu điểm.
2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối
LĐPP có cấu trúc phức tạp với nhiều loại phụ tải khác nhau. Việc thay đổi cấu trúc lưới điện thông qua thao tác đóng/cắt các khoá điện giúp giảm tổn thất năng lượng. Hàm mục tiêu trong quá trình vận hành là tối thiểu hóa chi phí vận hành và tổn thất năng lượng.
2.2. Thực trạng lưới phân phối của Việt Nam
LĐPP của Việt Nam chủ yếu hoạt động ở các cấp điện áp 15, 22, và 35 kV. Trong những năm gần đây, lưới điện đã phát triển mạnh mẽ, tuy nhiên, tổn thất điện năng vẫn còn cao. Việc áp dụng giải thuật cá voi (WOA) trong tái cấu trúc lưới điện sẽ góp phần nâng cao hiệu quả và giảm tổn thất.
III. Giải thuật đề nghị
Giải thuật cá voi (WOA) được phát triển dựa trên hành vi săn mồi của cá voi. Giải thuật này có khả năng tìm kiếm tối ưu và khai thác hiệu quả, giúp giảm tổn thất công suất trong lưới điện phân phối. Cơ chế bao vây con mồi và phương pháp tấn công bubble-net là hai yếu tố chính trong giải thuật này. Việc áp dụng WOA vào bài toán tái cấu trúc lưới điện cho thấy khả năng hội tụ nhanh và hiệu quả cao trong việc giảm tổn thất công suất.
3.1. Cơ chế bao vây con mồi
Cơ chế này cho phép giải thuật WOA tìm kiếm các giải pháp tối ưu bằng cách bao vây các vị trí tiềm năng. Điều này giúp tăng khả năng tìm kiếm và giảm thiểu tổn thất công suất trong lưới điện.
3.2. Đánh giá giải thuật WOA
Đánh giá khả năng khai thác và tìm kiếm của WOA cho thấy giải thuật này có thể thoát khỏi cực trị địa phương và đạt được kết quả tối ưu. Phân tích độ hội tụ cho thấy WOA có khả năng tìm ra giải pháp nhanh chóng và hiệu quả hơn so với các phương pháp khác.
IV. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy giải thuật WOA có thể giảm tổn thất công suất trong các lưới điện mẫu. Các mô hình lưới điện 3 nguồn 16 nút, 1 nguồn 33 nút và 1 nguồn 69 nút đều cho thấy sự cải thiện rõ rệt về hiệu suất. Việc áp dụng WOA không chỉ giúp giảm tổn thất mà còn nâng cao độ tin cậy của lưới điện.
4.1. Lưới điện 3 nguồn 16 nút
Mô phỏng cho thấy tổn thất công suất giảm đáng kể khi áp dụng WOA. Kết quả này chứng minh tính khả thi của giải thuật trong việc tối ưu hóa lưới điện.
4.2. Lưới điện 1 nguồn 33 nút
Kết quả mô phỏng cho thấy WOA có thể cải thiện hiệu suất lưới điện, giảm tổn thất công suất và nâng cao độ tin cậy trong cung cấp điện.
V. Kết luận
Luận văn đã đề xuất một giải thuật mới trong việc tái cấu trúc lưới điện phân phối nhằm giảm tổn thất công suất tác dụng. Việc áp dụng giải thuật cá voi (WOA) cho thấy nhiều ưu điểm, bao gồm khả năng tìm kiếm tối ưu và giảm chi phí vận hành. Kết quả nghiên cứu có giá trị thực tiễn cao, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và khả năng vận hành lưới điện tại Việt Nam.
5.1. Giá trị thực tiễn
Giải thuật WOA không chỉ giúp giảm tổn thất công suất mà còn nâng cao chất lượng điện năng và khả năng truyền tải. Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất lưới điện phân phối tại Việt Nam.
5.2. Hướng phát triển
Nghiên cứu có thể mở rộng để áp dụng WOA vào các bài toán khác trong lĩnh vực điện lực, từ đó nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tổn thất trong các hệ thống điện.
