ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- NGUYỄN HỮU THIÊN ÂN ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƯU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ONE RANK CUCKOO SEARCH Chuyên ngành : Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: 605251 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 6 năm 2015 i CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG –HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: PGS. Võ Ngọc Điều Cán bộ chấm nhận xét 1:.
Cán bộ chấm nhận xét 2:. Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------------------ ----------------- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên học viên: NGUYỄN HỮU THIÊN ÂN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/05/1989 Nơi sinh: Khánh Hòa Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: 605251 1- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƢU SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ONE RANK CUCKOO SEARCH. 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Tìm hiểu về bài toán điều độ công suất phản kháng tối ƣu và các phƣơng pháp giải bài toán.
- Nghiên cứu thuật toán One Rank Cuckoo Search (ORCS). - Áp dụng thuật toán ORCS giải bài toán điều độ công suất phản kháng tối ƣu. - So sánh kết quả đạt đƣợc với các thuật toán khác. - Kết luận và đƣa ra hƣớng phát triển của đề tài.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 19/01/2015 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 20/11/2015 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS. Võ Ngọc Điều Tp. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TRƢỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin chân thành cám ơn Thầy Võ Ngọc Điều, ngƣời đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và cung cấp những tài liệu vô cùng quí giá cho em trong suốt quá trình nghiên cứu để em hoàn thành tốt luận văn.
Xin chân thành cám ơn quý Thầy Cô Khoa Điện – Điện Tử trƣờng Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức và giúp em trƣởng thành trong suốt khóa học. Tôi cám ơn tất cả bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình đã không ngừng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn. Chân thành cám ơn! Tp.
Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015 Nguyễn Hữu Thiên Ân CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân iv LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu này là của tôi. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2015 Tác giả Nguyễn Hữu Thiên Ân CBHD: PGS.
Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân v TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài nghiên cứu “Điều độ công suất phản kháng tối ƣu sử dụng thuật toán One Rank Cuckoo Search”. Hàm mục tiêu đƣợc đặt ra là cực tiểu tổn thất công suất tác dụng thông qua các hàm tổn thất công suất, hàm về độ lệch điện áp và hàm về ổn định điện áp với các điều kiện ràng buộc về công suất phát và điện áp máy phát, các chỉ số chỉnh định của máy biến áp, công suất truyền tải trên đƣờng dây và công suất phản kháng của các dãy tụ. Thuật toán ORCS đƣợc dựa trên thuật toán Cuckoo search và đƣợc cải tiến nhằm nâng cao khả năng giải quyết bài toán tối ƣu và tốc độ hội tụ. Ứng dụng giải bài toán ORPD trên các mạng điện chuẩn IEEE-30 nút, IEEE- 118 nút và kết quả đƣợc so sánh với các phƣơng pháp tối ƣu hoá khác.
ABSTRACT MASTER THESIS This thesis proposes a one rank cuckoo search algorithm (ORCSA) for solving optimal reactive power dispatch (ORPD) problem. The proposed ORCSA can deal with different objectives of the problem such as minimizing the real power losses, improving the voltage profile, and enhancing the voltage stability and properly handle various constraints for reactive power limits of generators and switchable capacitor banks, bus voltage limits, tap changer limits for transformers, and transmission line limits. The ORCSA method is created based on the conventional CSA method so as to improve optimal solution and speed up convergence. In the ORCSA method, new eggs generated via Lévy flights are replaced partially and the newly generated eggs are then evaluated and ranked at once.
On the other hand, there is a bound by best solution technique proposed for replacing the invalid dimension in order to improve convergence rate and performance. The proposed method has been tested on the IEEE 30-bus and IEEE 118- bus systems and the obtained results are compared to that from other methods reported in the thesis has indicated that the proposed method is very efficient for the optimal reactive power optimization problems. Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ. II LỜI CẢM ƠN .III LỜI CAM ĐOAN.
IV TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ……….V DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH. VIII DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU. IIX DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT. XI CHƢƠNG 1 .1 GIỚI THIỆU CHUNG.
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI. PHẠM VI NGHIÊN CỨU. NỘI DUNG LUẬN VĂN .4 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU ĐỘ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TỐI ƢU.
CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÃ SỬ DỤNG GIẢI BÀI TOÁN ORPD. Phương pháp EP (Evolutionary Programming)[17, 2]. Phương pháp DE (Differential Evolution)[18, 2]. Phương pháp ACO (Ant Colony Optimization)[11, 2].
Phương pháp GA (Genetic Algorithm)[19, 2]. Phương pháp PSO (Particle Swarm Optimization)[12, 2] .17 THÀNH LẬP BÀI TOÁN ORPD TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN. Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân vii 3. BÀI TOÁN ORPD.
HÀM MỤC TIÊU VÀ CÁC ĐIỀU KIỆN RÀNG BUỘC[22] .20 ÁP DỤNG THUẬT TOÁN ORCS GIẢI BÀI TOÁN ORPD. THUẬT TOÁN CUCKOO SEARCH (CS) [14, 15]. Hành vi chim Cuckoo. Đặc tính Lévy Flight.
Thuật toán Cuckoo search. THUẬT TOÁN ONE RANK CUCKOO SEARCH. ÁP DỤNG THUẬT TOÁN ORCS VÀO BÀI TOÁN ORPD .29 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. MẠNG ĐIỆN CHUẨN IEEE-30 NÚT.
MẠNG ĐIỆN CHUẨN IEEE-118 NÚT .45 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI. HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .47 TÀI LIỆU THAM KHẢO .59 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG. Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân viii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 2.1: Sơ đồ thuật toán DE Hình 2.2: Sơ đồ thuật toán ACO Hình 2.3: Sơ đồ thuật toán GA Hình 4.1: Chim cuckoo con lớn hơn cả chim chủ tổ Hình 4.2: Lƣu đồ thuật toán CS Hình 5.1: Sơ đồ đơn tuyến mạng điện IEEE–30 nút Hình 5.2: Biểu đồ tần suất xuất hiện của biến số Ploss mạng IEEE-30 nút Hình 5.3: Sự hội tụ của hàm cực tiểu Ploss mạng IEEE-30 nút Hình 5.4: Biểu đồ tần suất xuất hiện của biến số VD mạng IEEE-30 nút Hình 5.5: Sự hội tụ của hàm cực tiểu VD mạng IEEE-30 nút Hình 5.6: Biểu đồ tần suất xuất hiện của biến số Lmax mạng IEEE-30 nút Hình 5.7: Sự hội tụ của hàm cực tiểu Lmax mạng IEEE-30 nút Hình 5.8: Sơ đồ mạng điện IEEE-118 nút Hình 5.9: Biểu đồ tần suất xuất hiện của biến số Ploss mạng IEEE-118 nút Hình 5.10: Sự hội tụ của hàm cực tiểu Ploss mạng IEEE-118 nút Hình 5.11: Biểu đồ tần suất xuất hiện của biến số VD mạng IEEE-118 nút Hình 5.12: Sự hội tụ của hàm cực tiểu VD mạng IEEE-118 nút Hình 5.13: Biểu đồ tần suất xuất hiện của biến số Lmax mạng IEEE-118 nút Hình 5.14: Sự hội tụ của hàm cực tiểu Lmax mạng IEEE-118 nút CBHD: PGS. Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân ix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 5.1: Đặc tính hệ thống IEEE-30 nút dùng để kiểm tra Bảng 5.2: Thông số cơ bản hệ thống IEEE-30 nút dùng để kiểm tra Bảng 5.3: Kết quả so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu tổn thất công suất so với tài liệu tham khảo Bảng 5.4: Kết quả so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu độ lệch điện áp so với tài liệu tham khảo Bảng 5.5: Kết quả so sánh thuật toán ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu chỉ số ổn định điện áp so với tài liệu tham khảo Bảng 5.6: Kết quả so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với các hàm mục tiêu so với tài liệu tham khảo Bảng 5.7: Đặc tính hệ thống IEEE-118 nút dùng để kiểm tra Bảng 5.8: Thông số cơ bản hệ thống IEEE-118 nút dùng để kiểm tra Bảng 5.9: Kết quả so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu tổn thất công suất so với tài liệu tham khảo Bảng 5.10: Kết quả so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu độ lệch điện áp so với tài liệu tham khảo Bảng 5.11: Kết quả so sánh thuật toán ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu chỉ số ổn định điện áp so với tài liệu tham khảo Bảng 5.12: Kết quả so sánh phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với các hàm mục tiêu so với tài liệu tham khảo Bảng A1: Dòng công suất cực đại đƣờng dây truyền tải mạng điện IEEE–30 nút Bảng A2: Những kết quả tốt nhất bằng phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất (Ploss) Bảng A3: Những kết quả tốt nhất bằng phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu độ lệch điện áp (VD) Bảng A4: Những kết quả tốt nhất bằng phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-30 nút với hàm mục tiêu chỉ số ổn định điện áp (Limax) CBHD: PGS.
Võ Ngọc Điều HVTH: Nguyễn Hữu Thiên Ân x Bảng A5: Những kết quả tốt nhất bằng phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất (Ploss) Bảng A6: Những kết quả tốt nhất bằng phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu độ lệch điện áp (VD) Bảng A7: Những kết quả tốt nhất bằng phƣơng pháp ORCS cho mạng IEEE-118 nút với hàm mục tiêu chỉ số ổn định điện áp (Limax) CBHD: PGS.
