Chương 1: Giới thiệu tổng quan về vấn đề trong luận văn, về mục tiêu, tầm quan trọng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. Chương 2: Giới thiệu tổng quan về bài toán SCOPF và các phương pháp đã được áp dụng để giải quyết bài toán. Chương 3: Thành lập bài toán SCOPF dưới dạng toán học. Chương 4: Giới thiệu phương pháp PSO cải tiến và áp dụng phương pháp vào bài toán SCOPF trong hệ thống điện.
Chương 5: Mô phỏng ứng dụng phương pháp PSO cải tiến vào bài toán SCOPF trong mạng điện IEEE 30 nút và IEEE 57 nút. Kết quả được so sánh với các bài báo khác để thấy được tính ưu việt của phương pháp PSO cải tiến. Chương 6: Đánh giá thuật toán thông qua kết quả mô phỏng của thuật toán, nêu ra những vấn đề tồn động và đưa ra hướng nghiên cứu tiếp theo. 3 Chương 2: Tổng quan CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.
BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU CÓ RÀNG BUỘC AN NINH 2. Tổng quan về bài toán phân bố công suất tối ưu (Optimal power flow): 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. Để thực hiện yêu cầu đó cần đảm bảo cho HTĐ làm việc với chi phí thấp nhất, muốn vậy cần phải giảm đến mức tối thiểu chi phí nhiên liệu và tổn 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 tổn thất điện năng: Giảm tổn thất điện năng có ý nghĩa rất lớn trong vận hành HTĐ. Giảm tổn thất điện bao gồm thiết lập chế độ sử dụng điện, lựa chọn cơ cấu thiết bị vận hành hợp lý và phân bố công suất tối ưu giữa các phần tử trong HTĐ. Trong đó bài toán phân bố công suất tối ưu (Optimal power flow - OPF) là bài toán có ý nghĩa quan trọng trong vận hành HTĐ. Do tính chất đặc thù điện năng gần như không thể lưu trữ được và trào lưu công suất trên các đường dây truyền tải liên tục thay đổi theo thời gian.
Chẳng 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. Module OPF là dòng tải thông minh sử dụng các kỹ thuật để tự động điều chỉnh sự thiết lập điều khiển hệ thống điện trong khi thỏa mãn được các điều kiện vận hành và dòng phân bố tải với các ràng buộc cụ thể.
4 Chương 2: Tổng quan 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 bài toán EDP là xác định kế hoạch phát công suất để cực tiểu hóa tổng chi phí vận hành hệ thống mà không vi phạm bất 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 để nâng cao ổn định điện áp và giảm tổn 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 thống đòi hỏi mỗi thiết bị trong hệ thống điện phải được giữ hoạt động trong giới hạn cho phép để đảm bảo hệ thống hoạt động an toàn và ổn 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 máy biến áp (MBA) cũng như giữ điện áp mỗi nút trong khoảng giới hạn an toàn. Mục tiêu thứ hai của bài toán OPF là để 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 cổ điển trong hệ thống điện.
Bài toán OPF có khả năng thực hiện các chức năng điều khiển cần thiết trong khi bài toán điều phối kinh tế (ED) chỉ điều khiển công suất ngõ ra máy phát. Bài toán OPF còn có khả năng giám sát sự an toàn của hệ thống bao gồm quá tải đường dây và vấn đề điện áp thấp, điện áp cao. Hầu hết các phương pháp cổ điển và các phương pháp thông thường đều gặp phải 3 vấn đề chính: Một là, các phương pháp này có thể 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. Vì thế kỹ thuật tối ưu mới dựa trên trí thông minh nhân tạo và tiến hóa được giới thiệu ở đây mà điển hình là phương pháp PSO mới phù hợp với loại bài toán OPF phức tạp này và loại trừ bỏ được các vấn đề khó khăn trên. 5 Chương 2: Tổng quan *Cơ sở phát triển của bài toán OPF Bài toán phân bố công suất tối ưu trong HTĐ 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 thống - Economic Dispatch). Hơn 25 năm trước nhà khoa học Carpentier đã đề 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 [5].
Từ đó các phương pháp mới ra đời để giải quyết bài toán OPF như ngày nay. Bài toán OPF chuẩn có thể được viết dưới dạng sau: Min F (x,u) (2.1) Phụ thuộc vào: g(x,u) = 0 (2.3) Trong đó: F (x,u) là hàm mục tiêu x là vector các biến phụ thuộc bao gồm: công suất tác dụng nút chuẩn PG1, điện áp nút tải VL, công suất phản kháng ngõ ra máy phát QG và công suất trên đường dây truyền tải Sl u: là vector các biến độc lập bao gồm: điện áp máy phát VG, công suất tác dụng ngõ ra máy phát PG (trừ nút chuẩn PG1) và chỉ số chỉnh định MBA T. g(x,u) là các ràng buộc bằng nhau và thay thế cho các phương trình dòng phân bố tải. h(x,u) là các ràng buộc không bằng nhau và thay thế 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.
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 bằng nhau) mà không vi phạm các ràng buộc không bằng nhau. 6 Chương 2: Tổng quan 2. Các chức năng chính của an ninh hệ thống điện [6] An ninh hệ thống điện có thể được chia thành ba chức năng chính được thực hiện trong trung tâm điều khiển vận hành: - Hệ thống giám sát. - Phân tích sự cố - Phân bố công suất tối ưu có ràng buộc an ninh.
* Hệ thống giám sát: + Hệ thống giám sát cung cấp cho người vận hành của hệ thống điện những thông tin cập nhật phù hợp về các điều kiện của hệ thống điện. Nói chung, nó là chức năng quan trọng nhất của ba chức năng nêu trên. Hệ thống đo đạc những giá trị từ xa và truyền về trung tâm xử lý, được gọi hệ thống đo đạc từ xa, nó có thể theo dõi điện áp, dòng điện, dòng công suất và tình trạng của bộ đóng ngắt, và các thiết bị chuyển mạch trong mỗi trạm biến áp trên hệ thống mạng điện truyền tải. + Ngoài ra, các thông tin quan trọng như tần số, công suất ngõ ra máy phát và vị trí máy biến áp cũng được đo đạc từ xa.
Với rất nhiều thông tin đo đạc từ xa cùng một thời điểm, không có người vận hành nào có thể kiểm tra tất cả thông tin truyền đến. Vì vậy, máy tính thường được cài đặt tại các trung tâm xứ lý để thu thập các dữ liệu từ xa, xử lý chúng, và đặt chúng trong cơ sở dữ liệu mà từ đó người vận hành có thể hiển thị thông tin trên màn hình hiển thị lớn. Quan trọng hơn, máy tính có thể kiểm tra thông tin truyền đến vượt quá giới hạn (quá tải hay quá áp) và báo động cho người vận hành. + Hệ thống thường kết hợp với các hệ thống điều khiển giám sát cho phép người vận hành kiểm soát bộ phận đóng cắt và ngắt kết nối thiết bị chuyển mạch và biến áp chỉnh định từ xa.
Các hệ thống này thường được gọi là hệ thống SCADA. * Phân tích sự cố + Phân tích sự cố (contingency analysis - CA) là một dạng “Phân tích an ninh” được áp dụng trong kiểm soát hệ thống điện. Với mục đích phân tích hệ 7 Chương 2: Tổng quan thống điện để xác định các quá tải và các sự cố xẩy ra. Trong hệ thống điện, có nhiều vấn đề có thể gây ra những sự cố nghiêm trọng trong khi thời gian không đủ để người vận hành có thể xử lý.
+ Phân tích sự cố là phân tích điều kiện bất thường trong hệ thống điện. Nó đặt toàn bộ hệ thống hoặc một phần hệ thống điện trong các điều kiện bắt buộc. Sự cố xẩy ra có thể do dây truyền tải bất ngờ bị mất điện (outage), máy phát bị dừng hoặc đột ngột thay đổi, việc thay đổi các giá trị của tải. Phân tích sự cố cung cấp các công cụ cho việc quản lý, thiết lập, phân tích, tổng hợp các báo cáo của sự cố bất ngờ và các vi phạm liên quan.
* Phân bố công suất có ràng buộc an ninh (Security Constraint Optimal Power Flow – SCOPF).
