Luận án TS: Điều độ tối ưu hệ thống điện có gió bằng thuật toán bầy đàn - Lê Anh Dũng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỖ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ ANH DUNG ÁP DỤNG CÁC THUẬT TOÁN DỰA TREN TÌM KIEM BẢY DAN DE TÍNH TOÁN DIEU ĐỘ TOI UU TRONG HE THONG DIEN CO XET DEN NGUON NANG LUONG GIO LUAN AN TIEN SI KY THUAT TP. HO CHI MINH NAM 2019 | | ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỖ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ ANH DUNG ÁP DỤNG CÁC THUẬT TOÁN DỰA TREN TÌM KIEM BẢY DAN DE TÍNH TOÁN DIEU ĐỘ TOI UU TRONG HE THONG DIEN CO XET DEN NGUON NANG LUONG GIO Chuyén nganh: Mang va hé thong dién Mã số chuyên ngành: 62525005 NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC 1.

Dinh Hoàng Bach TP. HO CHÍ MINH NAM 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỖ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ ANH DỮNG ÁP DỤNG CÁC THUẬT TOÁN DỰA TREN TÌM KIEM BẢY DAN DE TÍNH TOÁN DIEU ĐỘ TOI UU TRONG HE THONG DIEN CO XET DEN NGUON NANG LUONG GIO Chuyén nganh: Mang va hé thong dién Mã số chuyên ngành: 62525005 Phản biện độc lập 1: GS-TS. Lê Kim Hùng Phản biện độc lập 2: PGS-TS.

Quyền Huy Ánh Phản biện 1: PGS-TS. Võ Viết Cường Phản biện 2: TS. Nguyễn Trung Nhân Phản biện 3: PGS-TS. Phạm Đình Anh Khôi NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC 1.

Dinh Hoàng Bach TP.HO CHÍ MINH NĂM 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan báo cáo luận án nay là công trình nghiên cứu của tự bản thân. Cac két quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, và không sao chép từ bat kỳ một nguồn nao và dưới bat kỳ hình thức nào. Trong nghiên cứu này, việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dân và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng qui định. Tác giả Lê Anh Dũng TÓM TẮT LUẬN ÁN Hiện nay thị trường điện đang được nhiều nước trên thế giới áp dụng do có nhiều ưu điểm, Việt Nam cũng đang bắt đầu hình thành và vận hành thị trường điện trên cả nước.

Một trong các yếu tố quan trọng khi vận hành hệ thống điện theo thị trường điện là phải tính được công suất phát của các NMPĐ và giá thành điện năng theo yêu cầu của phụ tải từng giờ trước khi tham gia phát điện. Hơn nữa, hệ thống điện vận hành cần đến các yếu tố quan trọng như: tối ưu kinh tế, tối ưu phân bố công suất, tối ưu công suất phản kháng dé hệ thống phát điện với chi phí thấp nhất va vận hành 6n định nhất. Năng lượng gió ngày nay được sử dụng nhiều trên thế giới do đây là nguồn năng lượng tái tạo không ô nhiễm môi trường và không tốn chi phí nhiên liệu, tuy nhiên năng lượng gió có chi phí đầu tư cao và khi tham gia vào vận hành hệ thống điện sẽ làm thay đổi các chế độ vận hành đặc biệt là các van dé về tối ưu vận hành hệ thống điện. Do đó nghiên cứu tập trung giải quyết các bài toán chính như sau: điều độ kinh tế hệ thống điện (ED), điều độ tối ưu phân bố công suất (OPF) và điều độ tối ưu công suất phan kháng (ORPD) của hệ thống điện có sự tham gia của nhà máy điện gió (NMDG) theo yêu cầu của phụ tai 24 giờ trước khi phát điện.

Các bai toán này nhằm tính giải quyết các yêu cầu chính: công suất phát của các nhà máy với chỉ phí thấp nhất, công suất ti ưu truyền tải trên đường dây, điện áp và tụ bu tại các nút trong hệ thống, ton thất công suất thấp, nâng cao ôn định điện áp tại các nút. Từ kết quả tính được lựa chọn các nha máy có công suất phát tối ưu, giá bán điện thấp và các điều kiện về ôn định điện áp, công suất truyền tải, tốn thất công suất tốt nhất dé tham gia vào hệ thống. Trong báo cáo chuyên dé 1 đã trình bay áp dụng thành công các phương pháp tìm kiếm bây đàn cho bài toán tối ưu với các hàm số chuẩn, từ đó lựa chọn các thông sỐ cài đặt tốt nhất cho các phương pháp tìm kiếm bay dan khi giải bài toán tối ưu. Trong báo cáo chuyên dé 2 tiếp tục phát triển các phương pháp tìm kiếm bay đàn dé áp dụng giải các bài toán ED, OPE và ORPD cho hệ thống điện chuẩn IEEE 30 nút không có tham gia của năng lượng gió, lập trình sử dụng phần mềm Matlab.

Từ các kết quả của ii chuyên dé 1 và chuyên dé 2, nghiên cứu tiếp tục thực hiện áp dụng các phương pháp tìm kiếm bay đàn dé giải bài toán ED, OPF và ORPD cho hệ thống điện chuẩn IEEE 30 nút có sự tham gia của NMDG và yêu cau của phụ tải 24 giờ. Kết quả sau khi tính toán có so sánh với các kết quả của các nghiên cứu được công bồ trong ngoài nước về vận hành tối ưu hệ thong điện có sự tham gia cua NMDG. Nghiên cứu khoa học gồm các phân chính sau: Chương 1: Mở đầu. Chương 2: Tổng quan.

Chương 3: Các phương pháp tìm kiếm tối ưu. Chương 4: Điều độ kinh tế trong hệ thong dién. Chương 5:Phân bố tối ưu công suất trong hệ thông điện. Chương 6: Điều độ tối ưu công suất phản kháng trong hệ thống điện.

Chương 7: Kết luận và hướng phát triển. lil ABSTRACT Electricity deregulation is a popular issue of developed countries. Vietnam will operate electricity deregulation in near future years. The important problems in power deregulation system operation are power output of generations, load demands, cost of generators, power loss, power flow with compulsive constraints in system.

Three main subjects relate to this problems which are economic dispatch (ED), optimization power flow (OPF) and optimization reactive power dispatch (ORPD). Moreover, operational parameters of electricity system should calculate 24 hours load before a day, because power load can change following hours per day. Although wind farms have high investment cost however, wind energy has many advantages characteristics such as environmental friendly, non-emission, non-fuel operation. In future, Vietnam should build many new wind farms because Vietnamese geography position has long beach and convenient weather condition to build wind farms.

The targets of this research solve three problems about operational optimization of power system with wind farm and 24 hours load demand. Three problems are economic dispatch, optimization power flow and optimization reactive power dispatch. The research find out particle swarm optimization algorithms which can solve these problems with the best results which are power output of thermal generators, power output of wind turbines, minimum operation cost of thermal power plants and wind farms, 24 hours load demand, power flow, voltage of all bus in system, capacity of capacitor banks, minimum power loss and voltage stability index increasing. The research reports four particle swarm optimization algorithms to solve ED, OPF and ORPD problems.

Four algorithms are particle swarm optimization time varying acceleration coefficients (PSO-TVAC), pseudo gradient particle swarm optimization (PG-PSO), pseudo gradient particle swarm optimization constriction factor (PG- PSOCF) and cuckoo search (CS). These algorithms can help to solve ED, OPF, ORPD problems of power system with wind farms connecting and supply 24 hours load demand. Combination of these methods and Matlab programming calculate the IEEE iV 30 bus system with wind farm. Final results also are compared to scientific reports in international technique journals.

Chapter 1 introduces the subject of the research. Chapter 2 reviews former reports about power system optimization and algorithms in solving ED, OPF and ORPD problems in power system. In chapter 2, give assessment, comparison and definition for researching direction. Chapter 3 shows particle swarm optimization methods such as PSO-TVAC, PG-PSOCE and CS.

This chapter details setting parameters for these methods to program exactly and best results. Chapter 3 presents and draws the PSO, PSO improvement, CS flowcharts. Chapter 4 collects 24 hours wind data from Phuyen province — Vietnam and builds wind power function, wind cost function following wind speed. This chapter programs ED problem by IEEE 30 bus system with wind farm connecting.

The result of ED problem was compared and analyzed to select the best method. From wind data and wind cost function of chapter 4, chapter 5 and chapter 6 continue to program and show the results OPF and ORPD problems of IEEE 30 bus system with wind farm combination. The results of OPF and OPRD problems have been assessed and compare with scientific public report. Chapter 7 generalizes all content of this research and analyzes results in chapter 4,5 and chapter 6.

In this chapter, includes particle swarm optimization algorithms application in ED, OPF and ORPD in Vietnam power system and larger electricity system in future. The author would like to thank Associate Professor — Doctor Dieu Ngoc Vo, Doctor Bach Hoang Dinh, all Lecturers and Staffs of Hochiminh City University of Technology for advice and support during my study period and this thesis completion. LOI CAM ON Tôi xin chân thành cảm ơn Phó giáo sư -Tién si Võ Ngọc Điều, Tiến sĩ Dinh Hoang Bách đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi định hướng nghiên cứu thu thập và tham khảo các tài liệu quí chuyên ngành trong ngoài nước, chỉ dẫn soạn thảo và hoàn chỉnh luận án này của tôi. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các Thầy Cô 1a giáo viên Bộ môn Hệ thống điện và Khoa Điện Điện tử - Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã trao đôi và đóng góp nhiều ý kiến quí giá để hoàn thành luận án này.

Tôi cũng xin cảm ơn các Quí Thầy Cô công tác tại Phòng Đào tạo sau Đại học - Trường Dai học Bách Khoa Thành phố Hỗ Chí Minh đã tận tình trao đối, cung cấp và hướng dẫn tham khảo các biểu mẫu biên soạn theo đúng qui định, cũng như giúp đỡ tôi trong các công tác liên quan đê hoàn thành báo cáo luận án. Sau cùng tôi cũng xin chân thành biết ơn tất cả tập thể giáo viên Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hỗ Chí Minh đã day dé và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian là nghiên cứu sinh tại Trường. VỊ MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HINH VẼP. - G- S12 21 91 111g HH nh Hà HT TH rưchọ X DANH MỤC CAC BANG BIEU.

QG S1 re XI DANH MỤC CÁC LƯU ĐÔ.-:c 55c 2+2 tre xiii DANH MỤC CAC TỪ VIET TAT uu.ccececccccccescesseceececsecsscesceccseseceecsesscsaceasavaceaceeeees XỈV DANH MỤC CAC KY HIFU.1 Lý do chọn để tài.2 Mule dich nghién CUu oe.3 Đối tượng và phạm vi nghiên CỨU.1 Đối tượng nghiên cứỨu.2 Phạm vi nghiÊn CỨU .4 Phương pháp nghiÊn CỨU. -- -- << << 5 << c3 31311111111 11 ng nhe 3 CHƯƠNG 2 TONG QUAN. CS S121 5 5111 1 11 31511111 111101 111101 11T rệt 4 QL Con m'IẶI'ĂÃ.2 Thuật toán tìm kiếm bay đàn và tối ưu hóa.3 Tua bin gió và tiềm năng điện gió ở Việt Nam. Tua DIN BIÓ.4 Điều độ tối ưu trong hệ thống 3:0.1 Điều độ kinh tế hệ thống điện oo.2 Điêu độ phân bô tôi ưu công Suât.3 Điêu độ tôi ưu công suât phản kháng .5_ Điều độ tối ưu hệ thống điện có tham gia của NMDG .1 __ Điều độ kinh tế có tham gia của NMĐG.

Điêu độ phan bô tôi ưu công suât có tham gia của NMDĐG.