ĐẶT VẤN ĐỀ Điện năng là một nguồn năng lượng trung gian cơ bản để biến đổi thành tất cả các dạng năng lượng khác, là nền tảng cho sự phát triển kinh tế, xã hội của một đất nước. Để phát triển các ngành công nghiệp khác thì ngành Điện phải đi trước một bước. Tuy nhiên, để đáp ứng nhu cầu phát triển của nền kinh tế, ngành Điện đã đẩy mạnh việc khai thác, tìm kiếm các nguồn nhiên liệu, năng lượng tự nhiên để biến đổi thành năng lượng điện. Hệ quả tất yếu là các nguồn nhiên liệu chủ yếu cho nhiệt điện như than đá, dầu diesel, khí đốt,…đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt.
Do đó, để phát triển lâu dài thì một mặt phải đầy mạnh việc tìm kiếm các nguồn năng lượng mới và gần như vô tận như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, địa nhiệt,…để có thể khai thác, biến đổi thành năng lượng điện để sử dụng lâu dài, một mặt phải sử dụng thật tiết kiệm các nguồn nhiên liệu hiện có. Hướng thứ nhất là việc khai thác năng lượng gió, năng lượng mặt trời, địa nhiệt,… để biến đổi thành năng lượng điện đã được thực hiện và đưa vào sử dụng, tuy nhiên chi phí đầu tư cho việc khai thác này là thường khá cao cho nên và sự đóng góp của chúng so với các dạng năng lượng truyền thống vẫn còn rất ít, chủ yếu là được phát triển ở các quốc gia có nền kinh tế phát triển tương đối cao. Vì vậy, công việc chủ yếu vẫn là phải sử dụng các nguồn nhiên liệu truyền thống một cách tiết kiệm và hiệu quả để biến đổi thành năng lượng điện. Điện là một dạng năng lượng đặc biệt, nó gắn liền từ khâu phát điện đến khâu truyền tải phân phối và sử dụng điện.
Việc dự trữ năng lượng điện là gần như không thể thực hiện được. Do đó việc phát điện phải điều chỉnh sao cho đáp ứng đúng nhu cầu sử dụng của phụ tải, để tránh gây lãng phí nhiên liệu. Bài toán đặt ra là căn cứ vào nhu cầu công suất của phụ tải, ngành Điện phải huy động các trạm phát điện như thế nào để đáp ứng được nhu cầu phụ tải với chi phí nhiên liệu thấp nhất. Đó chính là việc giải quyết bài toán điều độ kinh tế lưới Luận văn cao học HVTH: Đặng Quốc Việt (11824123) Sử dụng thuật toán GSA để giải bài toán ED -2/98- CBHD : TS.
Võ Ngọc Điều điện (Economic Dipatching – ED). Trong những thập niên gần đây, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học trong lĩnh vực khoa trí khôn nhân tạo, các nhà khoa học đã liên tục đưa ra các giải pháp để giải bài toán điều độ kinh tế nhằm tìm kiếm một lời giải tối ưu cho việc vận hành các máy phát điện với chi phí tối thiểu nhưng phải đảm bảo nhu cầu phụ tải, đồng thời vẫn thỏa mãn các điều kiện ràng buộc như : thỏa mãn điều kiện ramp rate, thỏa điều kiện vùng cấm. Bài toán điều độ kinh tế các máy phát điện là huy động, vận hành các máy phát điện với lịch trình phù hợp, thỏa các điều kiện vận hành của máy phát để đáp ứng nhu cầu phụ tải với tổng chi phí vận hành là bé nhất. Trước đây đã có rất nhiều công trình nghiên cứu xung quanh vấn đề điều độ kinh tế các máy phát điện, tuy nhiên mỗi công trình đều có những ưu điểm riêng và những mặt hạn chế nhất định.
Do đó việc cố gắng tìm ra một giải pháp tốt hơn, khắc phụ các nhược điểm của các giải pháp hiện hữu là một nhu cầu cấp thiết. Một trong những thuật toán mới được giới thiệu gần đây đó là thuật toán GSA – Gravitational Search Algorithm, được áp dụng để giải lại bài toán điều độ kinh tế các máy phát điện với mục đích là chứng minh đây là một giải pháp giải quyết bài toàn điều độ kinh tế các máy phát nhiệt điện tốt hơn các giải pháp hiện hữu khác. Luận văn này trình bày việc áp dụng thuật toán GSA – Gravitational Search Algorithm để giải bài toán điều độ kinh tế các máy phát nhiệt điện, với mục đích chứng minh rằng thuật toán GSA là một giải pháp tốt, có thể ứng dụng trong việc tìm ra kết quả tốt cho bài toán điều độ kinh tế. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG LIÊN QUAN: a.
Trong nước : - Hiện chưa có nghiên cứu ứng dụng của thuật toán GSA. Tóm tắt sơ lược các bài báo khoa học ứng dụng có liên quan đến đề tài: Luận văn cao học HVTH: Đặng Quốc Việt (11824123) Sử dụng thuật toán GSA để giải bài toán ED -3/98- CBHD : TS. Võ Ngọc Điều Gravitational Search Algorithm for Economic Dispatch with Valve- point Effects (của tác giả S.Yorukeren, International Review of Electrical Engineering, vol 5, no. Bài báo đưa ra ứng dụng của thuật toán Gravitational Search Algorithm trong việc giải bài toán điều độ kinh tế với hiệu ứng điểm van (valve-point effect) cho một hệ thống từ 3 đến 13 đơn vị máy phát, kết quả đạt được của thuật toán GSA có so sánh với một số thuật toán khác như GA, PS, PSO,… Solution of Economic Dispatch Problem using Gravitational Search Algorithm (của tác giả S.Duman – Khoa giáo dục kỹ thuật – Đại học Duzce, Thổ Nhĩ Kỳ, A.
Yorukeren – Khoa Kỹ Thuật – Đại học Kocaeli – Thổ Nhĩ Kỳ, 7th International Conference on Electrical anh Electronics Engineering (ELECO 2011), pages 54-59). Bài báo trình bày sự ứng dụng của của thuật toán Gravitational Search Algorithm trong bài toán điều độ kinh tế công suất tối ưu và được kiểm tra qua ba hệ thống điện khác nhau cho kết quả tốt. Từ kết quả đạt được, tác giả nhận định thuật toán GSA là thuật toán giải bài toán điều độ kinh tế hiệu quả trong hệ thống điện. Application of Gravitational Search Algorithm for Optimal Reactive Power Dispatch Problem (của tác giả của tác giả S.Duman – Khoa giáo dục kỹ thuật – Đại học Duzce, Thổ Nhĩ Kỳ, Y.
Sonmez – Khoa Kỹ Thuật Điện – Đại học Gazi – Thổ Nhĩ Kỳ, U. Guvenc – Khoa Kỹ Thuật – Đại học Duzce – Thổ Nhĩ Kỳ, N. Yorukeren – Khoa Kỹ Thuật – Đại học Kocaeli – Thổ Nhĩ Kỳ, International Symposium on Innovations in Intelligent systems and Application (INISTA 2011), pages 519-523). Bài báo đưa ra ứng dụng của thuật toán Gravitational Search Algorithmtrong việc giải bài toán điều độ kinh tế công suất phản kháng tối ưu trong hệ thống điện.
Kết quả mô phỏng bằng chương trình Matlab cho thấy thuật Luận văn cao học HVTH: Đặng Quốc Việt (11824123) Sử dụng thuật toán GSA để giải bài toán ED -4/98- CBHD : TS. Võ Ngọc Điều toán giải bài toán điều độ kinh tế công suất phản kháng trong hệ thống điện hiệu quả và nhanh chóng. A New Intelligence Solution for Power System Economic Load Dispatch ( của tác giả Shaik Affijulla và Sushil Chauhan, Khoa Kỹ Thuật Điện, NIT Hamirpur (HP), Ấn Độ, 10th International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), 2011, pages 1-5). Tác giả giới thiệu thuật toán GSA – Gravitational Search Algorithm là một giải pháp thông minh mới cho việc giải bài toán điều độ kinh tế hệ thống điện và đã thực hiện mô phỏng trên 03 hệ thống điện cho kết quả tốt.
Bên cạnh đó, tác giả có so sánh kết quả của thuật toán GSA với kết quả từ các thuật toán PSO, DE, GA, SQP. Gravitational Search Algorithm Optimization for Economic Dispatch of Power System (của các tác giả Hamed Maskani, Mehran Taghipour, Ali Darzi, Alireza Moradi, Hamid Falaghi – Khoa Kỹ Thuật – Đại học Birjand – Iran, Mohammad Yazdani-Asrami – Đại học Kỹ thuật Babol – Iran). A modified gravitational search algorithm for slope stability analysis (của tác giả Mohammad Khajehzadeh, Mohd Raihan Taha, Ahmed El-Shafie Khoa Kiến trúc và Xây dựng – Đại học Kebangsaan – Malaysia, Mahdiyeh Eslami – Khoa Kỹ Thuật Điện – Đại học Kebangsaan – Malaysia). Tác giả đưa ra một sự hiệu chỉnh thuật toán GSA bằng cách giới hạn vận tốc lớn nhất của các vật thể sau mỗi vòng lặp.
Kết quả cho thấy MGSA (modified – gravitational search algorithm) đạt được sự hội tụ nhanh hơn MGSA (standard gravitational search algorithm). A new hybrid PSOGSA Algorithm for function Optimization (của tác giả Seyedali Mirjalili, Siti Zaiton Mohd Hashim Khoa Hệ thống thông tin và Khoa học máy tính – Đại học Teknologi – Malaysia). Luận văn cao học HVTH: Đặng Quốc Việt (11824123) Sử dụng thuật toán GSA để giải bài toán ED -5/98- CBHD : TS. Võ Ngọc Điều Tác giả đưa ra việc ứng dụng kết hợp hai thuật toán SGA – Gravitational Search Algorithm và PSO – Particle Swarm Optimization trong việc giải bài toán tối ưu hóa.
Kết quả cho thấy PSOGSA đạt được sự hội tụ nhanh hơn GSA và PSO thông thường. NHẬN XÉT CHUNG: Qua nghiên cứu ở trên cho thấy thuật toán GSA có một số lợi thế sau: - Thuật toán đơn giản và dễ lập trình - Kết quả hội tụ nhanh, thuật toán không tốn bộ nhớ máy tính. - Dễ dàng kết hợp với các thuật toán khác như PSO, … để cho ra kết quả hội tụ nhanh và tối ưu hơn. - GSA sử dụng các hàm mục tiêu và hàm tính toán độ phù hợp để trả về trực tiếp kết quả.
GSA thích hợp với những hàm mục tiêu không liên tục, không khả vi tồn tại phổ biến trong hệ thống điện. - GSA có khả năng tìm kiếm trong những vùng không gian phức tạp, không chắc chắn để tìm ra lời giải tối ưu toàn cục do đó nó linh hoạt và tốt hơn các phương pháp truyền thống khác. - Có khả năng giải quyết bài toán với các biến rời rạc chẳng hạn như đầu phân áp máy biến áp. PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN: Luận văn này thực hiện nghiên cứu thuật toán GSA để giải bài toán ED với hàm chi phí nhiên liệu không liên tục với hiệu ứng điểm van công suất (valve point).
MỤC TIÊU CẦN ĐẠT ĐƯỢC CỦA LUẬN VĂN Chứng minh thuật toàn GSA là một lời giải tốt cho bài toán ED với hàm chi phí nhiên liệu không liên tục hiệu ứng điểm valve công suất, sử dụng nhiều loại nhiên liệu của máy phát. Luận văn cao học HVTH: Đặng Quốc Việt (11824123) Sử dụng thuật toán GSA để giải bài toán ED -6/98- CBHD : TS. Võ Ngọc Điều VI. ĐIỂM MỚI CỦA LUẬN VĂN Trong nước chưa có đề tài nào nghiên cứu ứng dụng thuật toán GSA giải bài toán ED với hàm chi phí nhiên liệu không liên tục có hiệu ứng điểm van công suất.
Luận văn này đề xuất ứng dụng mới : ứng dụng thuật toán GSA để giải bài toán ED với hàm chi phí nhiên liệu không liên tục với hiệu ứng điểm van công suất và không có hiệu ứng điểm valve công suất. Luận văn cao học HVTH: Đặng Quốc Việt (11824123) Sử dụng thuật toán GSA để giải bài toán ED -7/98- CBHD : TS.
