BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VŨ TRỌNG BẢO ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN LAI GA – HS CHO BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN S K C 0 0 3 9 5 9 NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 2 0 2 Tp. Hồ Chí Minh, 2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VŨ TRỌNG BẢO ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN LAI GA – HS CHO BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2014 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VŨ TRỌNG BẢO ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN LAI GA – HS CHO BÀI TOÁN PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TRONGHỆ THỐNG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 605250 Hƣớng dẫn khoa học: TS NGÔ CAO CƢỜNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2014 Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I.
LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lê Vũ Trọng Bảo Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06/11/1988 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Hải Lăng, Quảng Trị Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc khi học tập, nghiên cứu: Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 54/5 – Đƣờng Quang Trung – Tổ 4 - KP 5 – Phƣờng Tăng Nhơn Phú B – Quận 9 – TP.222 E-mail: levutrongbao@gmail. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính Quy Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 03/ 2011 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điện, Điều khiển lập trình nâng cao, Chuyên đề tốt nghiệp ĐKC. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 01/2011 – Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.
Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 10/2012 đến 05/ 2014 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Ứng Dụng Thuật Toán Lai GA-HS Cho Bài Toán Phân Bố Công Suất Trong Hệ Thống Điện. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án: 20/4/2014 – Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. HCM i Luan van Ngƣời hƣớng dẫn: TS: Ngô Cao Cƣờng 3.
Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ): B1 4. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi cấp: Kỹ sƣ – Kỹ thuật Điện Công Nghiệp, Số bằng: 00368298 Ngày cấp: 25/04/2011 Nơi cấp: Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm IV. CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ: ………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… Ngày tháng 04 năm 2014 Ngƣời khai ký tên ii Luan van LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là đề tài 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 đề tài 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 LÊ VŨ TRỌNG BẢO iii Luan van LỜI CÁM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến các cá nhân đã giúp tôi hoàn thành tốt và đúng thời hạn luận văn Thạc sĩ, cụ thể: - Thầy TS. NGÔ CAO CƢỜNG – Trƣởng Phòng Tổ Chức Trƣờng Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ Tp.HCM, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn luận văn.s Lê Đình Lƣơng và Thầy Th.s Nguyễn Vinh Quan đã tận tình giúp đỡ tôi trong thời gian thực hiện Luận văn.
- Các thầy cô đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu trong quá trình học cao học tại trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. - Ban giám hiệu, Phòng Đào Tạo - Sau đại học và Khoa Điện – Điện Tử Trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ, cung cấp thông tin và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập. - Các Anh/Chị em, bạn bè luôn đồng hành tôi trong suốt trời gian thực hiện luận văn.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2013 Ngƣời thực hiện Lê Vũ Trọng Bảo iv Luan van TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong Luận văn này, một phƣơng pháp lai đƣợc phát triển bằng cách sử dụng thuật toán di truyền (GA) và thuật toán tìm kiếm hòa hợp (HS), đƣợc gọi tên là GA- HS. Thuật toán này dùng để giải quyết bài toán điều độ kinh tế có xét các hiệu ứng van điểm.
Thuật toán HS là một thuật toán meta-heuristic phát triển gần đây, và đã rất thành công trong một loạt các vấn đề tối ƣu hóa. Cách tìm kiếm giải pháp của thuật toán HS rất dễ rơi vào giải pháp tối ƣu địa phƣơng khi giải quyết vấn đề phức tạp. Tuy nhiên, các hoạt động lựa chọn, lai tạo và đột biến trong thuật toán GA tạo ra các giải pháp đa dạng, có thể tránh đƣợc khả năng cực tiểu địa phƣơng. Xác suất chiến lƣợc cập nhật dựa trên thuật toán HS cho bộ nhớ hài hòa cao hơn trong giai đoạn ban đầu để đẩy nhanh tốc độ tìm kiếm và khả năng của chiến lƣợc cập nhật dựa trên GA là cao hơn trong giai đoạn cuối cùng để thoát khỏi giải pháp tối ƣu địa phƣơng.
Phƣơng pháp GA-HS đƣợc ứng dụng vào để giải bài toán Điều độ kinh tế với hiệu ứng điểm van. Kết quả tính toán cho thấy thuật toán lai đề xuất có hiệu quả và hội tụ rất tốt. v Luan van ABSTRACT In this paper, a hybrid heuristic method is developed using the Genetic Algorithm (GA) and Harmony Search (HS), called GA/HS. In this algorithm to solved the economic power dispatch with valve-point effects.
The HS algorithm is a recently developed meta-heuristic algorithm, and has been very successful in a wide variety of optimization problems. Refresh strategy of solution vectors is so simple that HS algorithm is easy to fall into local optimum solution when complex problem is solved. However, selection, crossover and mutation operations in GA can generate diverse solutions, so premature stagnation behavior can be avoided in some extent. The probability of update strategy based on HS algorithm for harmony memory is higher during the initial stage in order to accelerate the searching speed, and the probability of update strategy based on GA is higher during the final stage in order to escape from local optimum solution.
Calculation results show that the proposed hybrid algorithm is effective and it converges well. vi Luan van MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC. i LỜI CAM ĐOAN. iv TÓM TẮT LUẬN VĂN.
vi MỤC LỤC .vii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT. x DANH SÁCH CÁC HÌNH. xi DANH SÁCH CÁC BẢNG .xii Chƣơng 1 TỔNG QUAN .1TỔNG QUAN CHUNG .2MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI .3NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI VÀ GIỚI HẠN ĐỀ TÀI .4PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. 5 Chƣơng2 BÀI TOÁN ĐIỀU PHỐI CÔNG SUẤT ED.2BÀI TOÁN ĐIỀU PHỐI KINH TẾ CỔ ĐIỂN .1Hàm mục tiêu.2Ràng buộc đẳng thức .3Ràng buộc bất đẳng thức .3BÀI TOÁN ĐIỀU PHỐI KINH TẾ VỚI HÀM CHI PHÍ NHIÊN LIỆU KHÔNG TRƠN .Đặc điểm của bài toán điều phối kinh tế với điểm van công suất .Biểu thức điều phối kinh tế với điểm van công suất.
9 Chƣơng 3 THUẬT TOÁN DI TRUYỀN.1GIỚI THIỆU CHUNG. 10 vii Luan van 3.2TƢƠNG QUAN GIỮA THUẬT TOÁN GEN VÀ QUÁ TRÌNH TIẾN HÓA CỦA SINH VẬT .3THUẬT TOÁN DI TRUYỀN .Cấu trúc tổng quát của thuật toán di truyền .Các thành phần cơ bản của thuật toán di truyền .Các phƣơng pháp mã hóa .Xác định độ phù hợp (Fitness) .Điều chỉnh độ phù hợp (Fitness scaling) .Phƣơng pháp ánh xạ tuyến tính .Phƣơng pháp xác định độ phù hợp theo thứ tự giá trị hàm mục tiêu (Ranking) .Tiêu chuẩn ngừng lặp .4CÁC TOÁN TỬ DI TRUYỀN .Chọn lọc cá thể (Selection) .Phƣơng pháp bánh xe Roulette.Phƣơng pháp lấy mẫu ngẫu nhiên .Toán tử lai cho phƣơng pháp mã hóa nhị phân và thập phân .Toán tử lai cho biến điều khiển biểu diễn bằng số thực. 21 Chƣơng 4 THUẬT TOÁN TÌM KIẾM SỰ HÀI HÒA (HS) .1GIỚI THIỆU CHUNG .2GIẢI THUẬT CỦA THUẬT TOÁN HS .3ƢU VÀ NHƢỢC ĐIỂM THUẬT TOÁN HS .1 Ƣu điểm của HS .2Nhƣợc điểm của HS.4 PHÂN TÍCH VÍ DỤ. 29 Chƣơng 5 THUẬT TOÁN LAI GA-HS VÀ ỨNG DỤNG GIẢI BÀI TOÁN ED VỚI HIỆU ỨNG ĐIỂM VAN.
31 viii Luan van 5.THUẬT TOÁN LAI GA-HS .2 Các bƣớc của phƣơng pháp lai 2 thuật toán GA – HS .1Lƣu đồ HS cho bài toán ED với hiệu ứng điểm van .2Lƣu đồ GA-HS cho bài toán ED với hiệu ứng điểm van .3ỨNG DỤNG THUẬT TOÁN LAI GA-HS GIẢI BÀI TOÁN ED VỚI HIỆU ỨNG ĐIỂM VAN. 42 Chƣơng 6 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN .2HƢỚNG NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN. 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 52 ix Luan van DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT DE Differential Evolution.
ED Economic Dispatch. fw Fret Width. GA Genetic algorithm. HM Harmony Memory.
HMCR Harmony Memory Considering Rate. HMS Harmony Memory Size. HS Harmony Search. IFEP Improved Fast Evolutionary Program.
IHS Improved Harmony Search. LP Linear programming. MPPSO Mean personal-best oriented PSO. NLP Nonlinear programming.
PAR Pitch Adjusting Rate. PPSO Personal best-oriented PSO. PSO Particle Swarm Optimization. x Luan van DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Đƣờng cong chi phí phổ biến của nhà máy nhiệt điện .2: Hàm chi phí nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện với 3 van nạp.1: Cơ chế hoạt động của thuật toán di truyền .2: Lƣu đồ giải thuật của thuật toán di truyền.3: Các không gian làm việc của thuật toán di truyền .1: Harmony Search mối tƣơng đồng giữa hài hòa âm nhạc và tối ƣu trong kỹ thuật.2: Sơ đồ khối đơn giản của thuật toán HS.3: Sơ đồ chi tiết thuật toán HS.4: Đồ thị hàm số Himmelblau.5: Đồ thị kết quả của hàm Himmelblau.1: Lƣu đồ giải thuật HS cho bài toán Valve point.2: Lƣu đồ giải thuật GA - HS cho bài toán Valve point.3: Đặc tính hội tụ của mạng điện 13 máy phát.4: Đặc tính hội tụ của mạng điện 40 máy phát.
45 xi Luan van DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 5.1: Thông số của hệ thống 13 nút với hiệu ứng điểm van.2: Công suất phát ra của hệ thống 13 máy phát .3: Kết quả so sánh của hệ thống 13 máy phát có xét ảnh hƣởng của điểm van công suất .4: Thông số của hệ thống 40 nút với hiệu ứng điểm van.5: Công suất phát ra của hệ 40 máy phát .