Ứng dụng giải thuật ga kết hợp Newton - Raphson để tìm vị trí bù tối ưu trong hệ thống điện
ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT GA KẾT HỢP NEWTON – RAPHSON ĐỂ TÌM VỊ
TRÍ BÙ TỐI ƢU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN
APPLICATION OF COMBINED GA SOLUTION NEWTON - RAPHSON TO
FIND THE OPTIMAL POSITION IN THE POWER SYSTEM
Trƣơng Đình Nhơn1, Nguyễn Văn Chính2
1Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM
2Trường Cao đẳng Công Nghệ Tây Nguyên
TÓM TẮT
Nội dung nghiên cứu của bài báo tìm hiểu về thuật toán di truyền (GA) và áp dụng trong tính toán
tối ưu dung lượng bù cho hệ thống điện dựa trên nguyên tắc hệ thống mạch vòng và yêu cầu vận
hành hình tia, nhằm mục đích giảm tổn thất công suất, tổn thất điện áp, nâng cao chất lượng điện
năng của hệ thống điện. Tìm hiểu về phương pháp giải Newton-Raphson ứng dụng trong hệ thống
điện. Mô phỏng hệ thống điện 30-bus ứng dụng thuật toán di truyền (GA) trong bù công suất phản
kháng. Mô phỏng hệ thống điện 30-bus ứng dụng thuật toán di truyền (GA) kết hợp với Newton –
Raphson để tìm vị trí bù tối ưu trong hệ thống điện. Kiểm tra và so sánh độ chính xác của thuật
toán trên lưới điện mẫu của IEEE (hệ thống 30-bus).
Từ khóa: Lưới điện chuẩn IEEE 30-bus, thuật toán di truyền (GA), Newton – Raphson, bù tối
ưu.
ABSTRACT
The research content of the article explores genetic algorithms (GA) and applies to the optimal
calculation of compensation capacity for electrical systems based on the principle of the loop
system and requires the operation of rays, in order to purpose to reduce power loss, voltage loss,
improve power quality of electrical system. Learn about the Newton-Raphson solution method
applied in electrical systems. Simulation of 30-bus power system using genetic algorithm (GA) in
reactive power compensation. Simulation of 30-bus power system using genetic algorithm (GA)
combined with Newton - Raphson to find the optimal compensation position in the electrical
system.Check and compare the accuracy of IEEE's grid pattern algorithm (30-bus system).
Keywords: IEEE 30-bus, Genetic Algorithms (GA), Newton – Raphson, optimal compensation.
1. GIỚI THIỆU
nhiều cấu trúc mạch vòng, trái với hệ thống
truyền tải điện trước đây có nhiều cấu trúc
hình tia, cung cấp công suất từ máy phát đến
phụ tải xác định.
Hệ thống truyền tải điện ngày nay là một
mạng phức tạp. Đường dây truyền tải điện kết
nối tất cả các nhà máy điện và tất cả các điểm
phụ tải chính trong hệ thống điện. Các đường
dây truyền tải nguồn công suất lớn theo
hướng đi mong muốn theo sự kết nối của hệ
thống truyền tải để đạt được sự phân bố công
suất mong muốn. Hơn nữa, đặc điểm chính
của hệ thống truyền tải điện ngày nay là có
Việc truyền tải công suất ở trạng thái
tĩnh có thể bị giới hạn bởi sự phân bố công
suất song song hoặc mạch vòng. Việc phân bố
đó thường xảy ra trong hệ thống mạng nhiều
phát tuyến, kết nối hệ thống điện, dẫn đến các
đường dây bị quá tải dưới các vấn đề về dạng
nhiệt hoặc giới hạn điện áp. Hệ thống điện
làm việc có sự đồng bộ đối với việc phát công
suất điện. Nó là yêu cầu cơ bản để phát hết
công suất của tất cả các; máy phát trong vận
hành hệ thống điện với việc duy trì tần số
chung. Tuy nhiên, hệ thống điện chịu tác
động của các thay đổi nhiễu loạn động, nhiễu
loạn có thể là nguyên nhân của sự thay đổi
đột ngột sự cân bằng công suất tác dụng và
phản kháng trong hệ thống và hậu quả của
việc hư hỏng trong máy phát. Khả năng của
hệ thống điện để phục hồi từ các nhiễu loạn
và xác lập trở lại trạng thái đồng bộ mới dưới
các điều kiện tác động ngẫu nhiên trở thành
việc thiết kế giới hạn vận hành đối với khả
năng truyền tải. Khả năng này thường là đặc
tính giới hạn ổn định hệ thống. Theo các vấn
đề đã được vấn đề trước đây, khả năng của hệ
thống điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải được
giới hạn chính bằng hai chỉ số: phân bố công
suất trên các đường dây và các giới hạn ổn
định của hệ thống điện. Trong chương này
chúng ta quan tâm đến các vấn đề cơ bản của
việc kiểm soát hệ thống điện và khả năng ổn
định, quan tâm đến việc điều khiển công suất
và các giới hạn ổn định.
Hình 1.Nguyên lý hoạt động của STATCOM
Trong chế độ hoạt động ổn định điện áp
phát ra bởi STATCOM V2 là cùng pha với
V1 (δ = 0), do đó chỉ có công suất phản
kháng truyền tải. Bằng cách điều khiển điện
áp V2 tạo ra bởi bộ VSC cùng pha với điện
áp V1 của hệ thống nhưng có biên độ lớn hơn
khiến dòng phản kháng (Iq) chạy từ
STATCOM vào hệ thống, lúc này dòng điện
Iq hoạt động như một điện dung cung cấp
công suất phản kháng đến hệ thống, qua đó
nâng cao điện áp hệ thống lên. Ngược lại, nếu
điện áp V2 tạo ra bởi bộ VSC có biên độ thấp
hơn điện áp V1 của hệ thống khiến dòng phản
kháng (Iq) chạy từ hệ thống vào STATCOM,
lúc này dòng điện Iq hoạt động như một điện
cảm tiêu thụ công suất phản kháng từ hệ
thống, qua đó hạn chế quá điện áp trên lưới
điện. Nếu điện áp V2 tạo ra bởi bộ VSC và
điện áp hệ thống V1 bằng nhau thì không có
trao đổi công suất phản kháng.
2.2Giải thuật di truyền
Hoạt động của GA khá đơn giản, nó
chỉ sao chép các chuổi và trao đổi các phần
khác nhau của chuổi bằng ba thuộc tính cơ
bản của di truyền là tái sản sinh, lai ghép, và
đột biến. Cá thể, nhiễm sắc thể: kết hợp từ
nhiều gien. Quần thể: một tập các lời giải của
một bài toán. Chọn lọc: Chọn những cá thể
tốt nhất theo hàm thích nghi. Lai ghép: Ghép
chéo giữa các nhiễm sắc thể tốt nhất khác
dạng với nhau. Đột biến: Tạo ngẫu nhiên các
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Giới thiệu về STATCOM
nhiễm sắc thể mới từ việc thay đổi các gen
nghiệm của phương trình phi tuyến
trong chúng.
f(x)=0
Bắt đầu
Nhận các tham số
của bài toán
Khởi tạo quần thể
ban đầu
Tính giá trị thích nghi
Điều kiện
dừng
Hình 3: Mô tả quá trình hội tụ của giải thuật
2.4 Mô hình hệ thống điện chuẩn IEEE 30 bus
Sinh sản
Hệ thống điện được sử dụng trong bài
báo này tác giả sử dụng hệ thống điện chuẩn
IEEE 30 bus có sơ đồ như trong hình 4.
Thông số đường dây và thông số tải
Lai ghép
Lựa chọn giải pháp tốt
nhất
Đột biến
G
G
1
2
5
7
28
Area 1
3
Kết
8
4
6
thúc
9
11
Hình 2. Lưu đồ giải thuật
2.3 Phương pháp Newton-Raphson
G
13
12
10
16
G
17
27
Trong các phương pháp số giải phương
18
14
20
19
22
21
trình phi
tuyến,
phương
pháp
G
15
30
Newton-Raphson có vị trí quan trọng.
Hình 3 minh họa quá trình giải cho
trường hợp một phương trình f(x)=0.
Xuất phát từ điểm xấp xỉ thứ nhất (x1 f1),
hàm f(x) được tuyến tính hóa bởi đường
tiếp tuyến tại điểm này, từ đó xác định
nghiệm của phương trình tuyến tính hóa,
và ta được xấp xỉ thứ hai (x2 f2) tốt hơn.
Area 2
G
24
25
29
23
Area 3
26
Hình 4.Sơ đồ hệ thống điện 30 bus
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3
Kết quả tính toán giá trị biên độ điện áp và
góc pha tại các bus của hệ thống điện chuẩn
IEEE 30 bus sử dụng giải thuật
Quá trình được tiếp tục và hội tụ đến Newton-Raphson được xuất ra trên màn hình
Matlab như trong bảng 3. Trong đó bao gồm
thông tin về biên độ điện áp và góc pha của
điện áp. Để thuận tiện trong việc so sánh,
hình 5 biểu diễn biên độ điện áp của 30 bus.
Có thể nhận thấy từ hình 5 rằng điện áp của
bus 26 và 30 dưới 1 p.u.
1
0.8
0.6
0.4
0.2
1.2
1
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
0.8
Hình 6. Biên độ điện áp của 30 bus sau khi bù
4.2. Tính toán tối ưu công suất phát sử dụng
thuật toán di truyền. Ngoài ra, để thấy được
tính ưu việt của giải thuật di truyền, trong
phần tiếp theo tác giả sẽ tiến hành tính toán
tối ưu chi phí phát cho các máy phát mà vẫn
đảm bảo tính ổn định cho hệ thống điện
nghiên cứu trong hai trường hợp trước và sau
khi bù với thông số về chi phí của các máy
phát được cho như bảng sau:
0.6
0.4
0.2
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
Bus
Hình 5. Biên độ điện áp của 30 bus khi chưa
bù.
Để nâng cao độ ổn định điện áp trên 1
p.u. Phần tiếp theo tác giả tiến hành tính toán
dung lượng và vị trí của STATCOM để bù tối
ưu cho hệ thống bằng cách ứng dụng giải
thuật đề xuất GA kết hợp Newton-Raphson.
Kết quả mô phỏng về biên độ và góc pha điện
áp được trình bày trong Bảng 4.4 và Bảng 4.5
cho ta kết quả của giá trị và vị trí bù của
STATCOM sau khi kết thúc quá trình. Từ kết
quả này ta có thể thấy rằng biên độ điện áp
của tất cả các bus đã nằm trên 1 p.u. như thể
hiện trong hình 6.
Kết quả quá trình chạy giải thuật GA cho hệ
thống điện IEEE 30 bus nhằm tối ưu chi phí
phát điện cho các nhà máy được thể hiện
trong hình 4.4 và 4.5 cũng như công suất phát
của các máy phát được cho trong Bảng 4.5 và
được biểu diễn trong hình 4.6. Từ bảng này ta
thấy được lượng công suất tiết kiệm được
0,3647. Mặc dù đây không phải là số lượng
đáng kể nhưng cũng cho thấy được tầm quan
trọng của việc bù công suất phản kháng. Đặc
biệt với STATCOM thì ngoài việc nâng cao
biên độ điện áp còn giúp cho hệ thống giảm
được tổn hao.
x 105
Best: 825.018 Mean: 827.669
Hình 4.5. Kết quả chạy giải thuật GA sau khi
đặt các dung lượng bù của STATCOM vào
bus 26 và bus 30.
15
Best fitness
Mean fitness
10
5
4
KẾT LUẬN
Bài báo đã trình bày khả năng ứng dụng
và đề xuất một giải pháp để nâng cao hiệu
quả bù công suất phản kháng trên lưới điện
nhằm tối ưu chi phí vận hành bằng cách kết
hợp giải thuật di truyền và phương pháp
Newton Raphson. Thiết bị STATCOM đề
xuất được lắp đặt ở 2 vị trí bus có điện áp
thấp nhất nhằm nâng cao biên độ điện áp giúp
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Generation
Hình 4.4. Kết quả chạy giải thuật GA cho hệ
thống điện IEEE 30 bus nhằm tối ưu chi phí
phát điện cho các nhà máy
nâng cao độ ổn định cho hệ thống. Kết quả
mô phỏng được thực hiện trên phần mềm
Matlab cho thấy khả năng ứng dụng giải thuật
Newton Raphson và việc tính toán công suất
bù tối ưu cho hệ thống điện. Có thể kết luận
từ kết quả đạt được trong bài báo việc ứng
dụng giải thuật di truyền sẽ giúp nâng cao
khả năng hội tụ cho giải thuật Newton
Raphson nhằm tìm đươc vị trí và dung lượng
bù cho STATCOM trong lưới điện chuẩn
IEEE 30 bus nhằm cải thiện chất lượng điện
năng trong hệ thống điện.
x 106
Best: 802.569 Mean: 815.896
5
Best fitness
Mean fitness
4
3
2
1
0
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Yong Hua Song and Allan T Johns - Flexible AC Transmission Systems (FACTS).
[2] Hồ Văn Hiến “Hệ Thống Điện Truyền Tải Và Phân Phối” NXB ĐH Quốc GiaTp.HCM.
[3] TS. Quyền Huy Ánh “Giáo trình giải tích mạng” (trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM)
[4] Nguyễn Văn Nhờ “Giáo trình điện tử công suất 1” Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí
Minh 2002.
[5] H. M. I. Pousinho, Student Member, IEEE, V. M. F. Mendes and J. P. S. Catalão, Member,
IEEE“ Hybrid PSO-ANFIS Approach for Short-Term Electricity Prices Prediction “
[6] Holland JH. Adaptation in natural and artificial systems. Ann Arbor, MI: The University of
Michigan Press; 1975.
[7] Goldberg E. Genetic algorithms in search, optimization & machine learning. Reading, MA:
Addison-Wesley; 1989.
Thông tin liên hệ tác giả chính (người chịu trách nhiệm bài viết):
Họ tên: Nguyễn Văn Chính
Đơn vị: Trường cao đẳng công nghệ Tây nguyên
Điện thoại: 0945 966 677
Email: [email protected]m
BÀI BÁO KHOA HỌC
THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ
Bài báo khoa học của học viên
có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn
Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ
Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.
Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý
của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!
Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
7 trang
09/01/2024
19800
Free
Bạn đang xem tài liệu "Ứng dụng giải thuật ga kết hợp Newton - Raphson để tìm vị trí bù tối ưu trong hệ thống điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- ung_dung_giai_thuat_ga_ket_hop_newton_raphson_de_tim_vi_tri.pdf
