Luận án tái cấu hình lưới điện phân phối sử dụng giải thuật tối ưu - Nghiên cứu tại Đại học Bách Khoa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGUYỄN THANH THUẬN TÁI CẤU HÌNH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI SỬ DỤNG CÁC GIẢI THUẬT TÌM KIẾM TỐI ƯU NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 62140101 Hướng dẫn khoa học: 1. Trương Việt Anh 2. Phùng Anh Tuấn Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: LÝ LỊCH CÁ NHÂN I. THÔNG TIN CÁ NHÂN Họ và tên: Nguyễn Thanh Thuận Ngày sinh: 05/11/1983 Nơi sinh: Hà Nội Nam/Nữ: Nam Địa chỉ: 62/2 Khu phố Trung Thắng, Phường Bình Thắng, Thị xã Dĩ An, Tỉnh Bình Dương Điện thoại: 0916.com Cơ quan - nơi làm việc: Trường Cao đẳng Công nghệ cao Đồng An.

Địa chỉ cơ quan: Phường Bình Thắng, Thị xã Dĩ An, Tỉnh Bình Dương; Điện thoại: 02743. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ 2002 – 2006: Sinh viên ngành Kỹ thuật điện, Truờng Cao đẳng Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long. - Từ 2006 – 2008: Sinh viên ngành Điện công nghiệp, Truờng Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. - Từ 2010 – 2012: Học viên cao học ngành Kỹ thuật điện, Truờng Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.

- Từ 2014 – nay: Nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật điện, Truờng Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ 2008 - nay: Giáo viên Trường Cao đẳng Công nghệ cao Đồng An Tp. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2017 Nguyễn Thanh Thuận i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp.

Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2017 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Thanh Thuận ii CẢM TẠ Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trương Việt Anh, người thầy đã đề ra phương hướng, hết lòng chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Phùng Anh Tuấn, người thầy đã luôn động viên và đóng góp những ý kiến hết sức quý báu trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận án.TS Quyền Huy Ánh, người thầy đã luôn chỉ bảo, giúp đỡ và đóng góp cho em những ý kiến hết sức quý báu trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Nguyễn Minh Tâm, người thầy đã luôn động viên, và tạo những điều kiện tốt nhất cho em trong suốt quá trình học tập tại trường. Võ Viết Cường, người thầy đã hướng dẫn em đồ án tốt nghiệp đại học.

Ban Giám Hiệu, phòng Đào Tạo đã luôn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn cho em trong quá trình học tập tại trường. Ban chủ nhiệm và các thầy/cô giáo trong Khoa Điện-Điện Tử đã luôn tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất về vật chất và tinh thần để em có thể hoàn thành luận án. Thầy Trần Hữu Lịch, người thầy đã luôn giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em được theo học và hoàn thành luận án. Thầy Bùi Huy Quỳnh, người thầy đã luôn động viên, giúp đỡ em trong trong suốt quá trình công tác và học tập.

Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp những người đã luôn động viên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2017 Nguyễn Thanh Thuận iii TÓM TẮT Luận án trình bày các phương pháp giải bài toán tái cấu hình lưới điện phân phối (LĐPP) dựa trên các giải thuật heuristic tổng quát. Trong đó, bài toán tái cấu hình giảm tổn thất công suất tác dụng được thực hiện dựa trên thuật toán cuckoo search (Cuckoo Search Algorithm - CSA). Ý tưởng của CSA dựa trên tập tính ký sinh nuôi dưỡng của một số loài chim tu hú duy trì nòi giống bằng cách đẻ trứng vào tổ của các loài chim khác.

Kết quả so sánh với thuật toán di truyền (Genetic Algorithm - GA) và bầy đàn trên các LĐPP 33, 69 và 119 nút cho thấy, CSA là phương pháp hiệu quả để giải bài toán tái cấu hình LĐPP, đặc biệt là trên các LĐPP có quy mô lớn. Trong khi đó, bài toán tái cấu hình đa mục tiêu giảm tổn thất công suất, chỉ số cân bằng tải, chỉ số cân bằng giữa các xuất tuyến, độ lệch điện áp nút và số lần chuyển khóa đã được giải dựa trên thuật toán Runner-Root (Runner-Root Algorithm - RRA). Ý tưởng của RRA dựa trên sự nhân giống của một số loài thực vật có thân bò lan. Kết quả kiểm tra trên hai hệ thống 33 và 70 nút cho thấy RRA nhiều ưu điểm so với GA và CSA.

Ngoài ra, ảnh hưởng của vị trí và công suất của nguồn điện phân tán (Distributed Generation - DG) đến bài toán tái cấu hình trong các trường hợp khác nhau như chỉ thực hiện tái cấu hình, chỉ thực hiện tối ưu vị trí và công suất DG, tái cấu hình sau khi lắp đặt DG, lắp đặt DG sau khi tái cấu hình, tái cấu hình kết hợp với tối ưu công suất DG đồng thời và tái cấu hình kết hợp với tối ưu vị trí và công suất DG đã được xem xét. Kết quả cho thấy bài toán tái cấu hình kết hợp với tối ưu vị trí và công suất DG cho phép thu được cấu hình lưới có tổn thất công suất bé nhất và chất lượng điện áp tốt nhất. Luận án cũng đã trình bày phương pháp tái cấu hình LĐPP có xét đến DG giảm tổn thất năng lượng trong khoảng thời gian khảo sát áp dụng cho các LĐPP có chi phí chuyển tải cao và các LĐPP gặp khó khăn trong quá trình thu thập đồ thị phụ tải. Phương pháp đề xuất dựa trên công suất trung bình của phụ tải và công suất phát trung bình của DG trong thời gian khảo sát.

Ưu điểm của phương pháp là không yêu cầu đồ thị phụ tải cũng như công suất phát của DG tại iv mỗi thời điểm trong thời gian v khảo sát. Kết quả tính toán cho thấy, có thể sử dụng công suất trung bình của phụ tải và DG để xác định cấu hình vận hành LĐPP giảm tổn thất năng lượng và phương pháp đề xuất có ưu điểm vượt trội về thời gian tính toán so với phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải và đồ thị công suất phát của DG. Bên cạnh đánh giá trên các LĐPP mẫu, phương pháp và bài toán đề nghị đã được áp dụng thành công trên LĐPP trung áp thực tế của huyện Chư Prông, tỉnh Gia Lai. Kết quả tính toán cho thấy, có thể sử dụng các phương pháp đã nghiên cứu làm tài liệu tham khảo khi vận hành LĐPP Chư Prông.

vi ABSTRACT The thesis presents methods for solving the distribution network reconfiguration (DNR) problem based on metaheuristic algorithms. In particular, the DNR problem for active power losses reduction is solved based on the cuckoo search algorithm (CSA). The CSA is inspired from the obligate brood parasitism of some cuckoo species which lay their eggs in the nests of other host birds of other species. The results of comparison with genetic algorithm (GA) and particle swarm optimization in the 33, 69 and 119 nodes show that CSA is an effective method to solve DNR problem, especially apply for large scale systems.

Meanwhile, the multi- objective DNR problem for minimizing real power loss, load balancing among the branches, load balancing among the feeders as well as number of switching operations and node voltage deviation is solved based on the Runner- Root algorithm (RRA). The idea of the RRA is inspired from the plants propagated through runners. The test results on both 33 and 70 nodes system indicate that RRA are more advantageous than GA and CSA. In addition, the influence of location and capacity of distributed generations (DG) to the DNR problem in different cases such as reconfiguration only, optimization of location and size of DG only, reconfiguration after installing placement of DG, placement of DG after reconfiguration, simultaneous reconfiguration with optimization size of DG and simultaneous reconfiguration with optimization location and size of DG are considered.

The results show that DNR problem combined with optimization location and size of DG is the most efficient solution for minimizing power loss and enhancing voltage profile. The thesis also proposes an effective method to optimize distribution network topology in the presence of DG for energy loss over a given time period applied for the networks which have high cost when changing the status of switches and the practical networks that are difficult for obtaining load curves. The proposed method based on vii average power of each load node and average generation power of each DG in the surveyed period. The advantages of the method are without requiring load curves and generation curves of DG.

The calculated results show that the average power of load and DG can be used to determine the operating configuration which has minimum energy loss and the proposed method has the advantage of computational time compared with the method using load curves and generation curves of DG. The proposed methods and problems have been also successfully applied in the practical medium voltage system in Chu Prong district, Gia Lai province. The calculated results show that the studied methods can be used as reference materials when operating the Chu Prong network. viii MỤC LỤC LÝ LỊCH CÁ NHÂN.i LỜI CAM ĐOAN.

ii CẢM TẠ.iv MỤC LỤC. viii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT.xi DANH SÁCH CÁC HÌNH.xiii DANH SÁCH CÁC BẢNG.xvii Chương 1 GIỚI THIỆU. Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài. Giới hạn của đề tài.

Phương pháp nghiên cứu. Đóng góp của luận án. Bố cục của luận án.4 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ TÁI CẤU HÌNH LĐPP. Mô hình bài toán tái cấu hình LĐPP cổ điển.

Một số phương pháp tái cấu hình LĐPP. Phương pháp kỹ thuật vòng kín. Phương pháp trao đổi nhánh. Phương pháp dòng công suất tối ưu.

Phương pháp dòng công suất tối ưu cải tiến. Giải thuật di truyền. Giải thuật tối ưu bầy đàn. Giải thuật tối ưu trọng trường.

Giải thuật tìm kiếm lùi.26 ix Chương 3 TÁI CẤU HÌNH LĐPP SỬ DỤNG CÁC GIẢI THUẬT TÌM KIẾM TỐI ƯU. Tái cấu hình LĐPP giảm tổn thất công suất. Mô hình bài toán. Phương pháp giải bài toán.

Ví dụ kiểm tra. Tái cấu hình LĐPP đa mục tiêu. Mô hình bài toán. Phương pháp giải bài toán.

Kết quả tính toán. Nhận xét và kết luận.81 Chương 4 TÁI CẤU HÌNH LĐPP CÓ XÉT ĐẾN MÁY PHÁT ĐIỆN PHÂN TÁN. Ảnh hưởng của DG đến bài toán tái cấu hình LĐPP. Mô hình toán.

Tái cấu hình LĐPP có xét đến DG sử dụng thuật toán CSA. Kết quả tính toán. Tái cấu hình LĐPP giảm tổn thất năng lượng có xét đến máy phát điện phân tán. Mô hình toán.

Kết quả kiểm tra. Nhận xét và kết luận.119 Chương 5 ỨNG DỤNG TÁI CẤU HÌNH LĐPP CHƯ PRÔNG - ĐIỆN LỰC GIA LAI. Đặc điểm LĐPP Chư Prông. Kết quả áp dụng phương pháp đề xuất.

Tái cấu hình giảm tổn thất công suất. Tái cấu hình sử dụng hàm đa mục tiêu. Tái cấu hình LĐPP có xét đến DG giảm tổn thất công suất.132 Chương 6 KẾT LUẬN. Kết quả đạt được.