Phân bố công suất tối ưu trong hệ thống điện có thiết bị FACTS sử dụng thuật toán lai DE-HS

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết dựa trên cơ sở định lý luồng cực đại lát cắt cực tiểu (min-cut max-flow) và thuật toán DE, đồng thời cải tiến thuật toán DE trong thuật toán mới DE-HS giúp đưa ra các giải pháp ứng dụng trong bài toán lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị FACT vào hệ thống điện và bài toán OPF của hệ thống điện có thiết bị FACTS với các hàm mục tiêu khác nhau nhanh chóng và chuẩn xác.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân bố công suất tối ưu trong hệ thống điện có thiết bị FACTS sử dụng thuật toán lai DE-HS

PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 297 PHÂN BỐ CÔNG SUẤT TỐI ƯU TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ THIẾT BỊ FACTS SỬ DỤNG THUẬT TOÁN LAI DE-HS Võ Ngọc Điều1, Huỳnh Tiến Sỹ2, Lý Phúc Lạc3 1 Bộ môn Hệ thống điện, Trường Đại học Bách khoa TP. HCM; 2 Tổng công ty Điện lực miền Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam; 3 Công ty Truyền tải điện 4, Tổng công ty Truyền tải điện Quốc gia Tóm tắt: Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu nâng cao tính ổn định và linh hoạt hệ thống điện qua việc lắp đặt bổ sung phần cứng của hệ thống điện, trong đó có ứng dụng công nghệ truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS). Ngoài các công trình về phần cứng còn có các nghiên cứu ứng dụng phần mềm để tính toán điều khiển qua việc hỗ trợ hệ thống mạng diện rộng (WAMS). Tuy nhiên, việc sử dụng các giải thuật trí tuệ nhân tạo có ưu thế hiện nay như DE, DE-HS… để xem xét lựa chọn vị trí lắp đặt FACTS, loại bỏ tình trạng tắc nghẽn hệ thống là rất khó khăn vì không gian tìm kiếm rộng đối với hệ thống có số lượng nút như hệ thống điện nước ta. Ngoài ra, các kỹ thuật tính toán cổ điển và một số phương pháp trí tuệ nhân tạo khác như GA, TS, PSO…, trong tính toán tối ưu phân bố công suất (OPF) cũng chưa thực sự mạnh mẽ. Bài báo dựa trên cơ sở định lý luồng cực đại lát cắt cực tiểu (min-cut max-flow) và thuật toán DE, đồng thời cải tiến thuật toán DE trong thuật toán mới DE-HS giúp đưa ra các giải pháp ứng dụng trong bài toán lựa chọn vị trí lắp đặt thiết bị FACT vào hệ thống điện và bài toán OPF của hệ thống điện có thiết bị FACTS với các hàm mục tiêu khác nhau nhanh chóng và chuẩn xác. Từ khóa - áp dụng DE, DE-HS giải bài toàn OPF có kể đến thiết bị FACTS. 1. GIỚI THIỆU Trong quá trình phát triển lưới điện, để đảm bảo ổn định trong truyền tải, tăng khả năng truyền tải, đảm bảo ổn định điện áp tại các nút trong vận hành bình thường và kể cả trong trường hợp quá độ, đảm bảo mức đầu tư kinh tế nhất là yêu cầu và mục tiêu mà hệ thống điện hướng tới. Giải pháp đầu tư các thiết bị bù linh hoạt để giải quyết các điểm nghẽn cục bộ trong hệ thống là lựa chọn tối ưu trong giai đoạn lưới điện chưa hoàn thiện. Để tính toán nhanh và đưa ra giải pháp vận hành tối ưu, kinh kế thì có rất nhiều thuật toán được đưa ra để giải quyết bài toán OPF, tuy nhiên với thực tiễn của hệ thống năng lượng được quản lý thông qua thị trường kinh tế hiện nay đã làm bài toán OPF trở nên phức tạp. Như đã biết, nhiều nghiên cứu trên thế giới đã áp dụng thuật toán DE vào trong hệ thống điện và đã cho những kết quả khả quan so với các giải thuật khác. Ngoài ra phương pháp HS đã được sử dụng thành công để giải quyết một loạt các vấn đề tối ưu hóa.
298 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Thuật toán lai DE-HS được đề xuất bằng cách kết hợp các cơ chế của DE và HS. Thứ nhất, các hoạt động điều chỉnh độ cao của HS ban đầu được phối hợp với cơ chế đột biến vi phân để nâng cao khả năng tìm kiếm. Thứ hai, việc xem xét bộ nhớ và tăng cường hoạt động của tỷ lệ lựa chọn giá trị lân cận đều sử dụng để tăng cường khả năng tìm kiếm. So với HS thông thường, việc sử dụng các cơ chế đột biến vi phân và trao đổi chéo có thể tăng cường khả năng tìm kiếm khai thác trong DE-HS. Đây là phiên bản cải tiến mới của DE được Rainer Storn và Kenneth Price đề xuất ban đầu và đã ứng dụng thành công cho nhiều bài toán tối ưu ở các lĩnh vực khác nhau và là một trong những công cụ mạnh mẽ để giải bài toán với hàm mục tiêu cực tiểu hóa các hàm phi tuyến, không khả vi trong không gian liên tục. Giải thuật DE, DE-HS được sử dụng để giải bài toán OPF có thiết bị FACTS. Thuật toán đề xuất sẽ được kiểm tra trên hệ thống IEEE 30 nút với thiết bị FACTS tại vị trí được lựa chọn trước theo phương pháp hệ số độ nhạy, min-cut với chế độ sự cố, vận hành bình thường và chế độ tình trạng khẩn cấp N-1. 2. THIẾT BỊ FACTS Mô hình thiết bị FACTS được đề xuất trong bài toán là mô hình TCPST. Hình 1: Sơ đồ cấu tạo của TCPST Một máy biến thế nối shunt từ mạng sau đó cung cấp tới máy biến thế nối tiếp để có được một điện áp bơm tại nhánh nối tiếp. Cả 2 máy biến thế được điều chỉnh điện áp bởi bộ điểu khiển thyristor. TCPST có thể được mô hình bởi biến áp dịch pha với tham số điều khiển p như Hình 2. Hình 2: Mô hình của TCPST trong phân bố công suất
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 299 | |2 | | = 2 − ( cos( ) + sin( )) (1) −| | 2 | | = 2 − ( sin( ) + cos( )) (2) 2 | | = − ( cos( ) − sin( )) (3) | | = −| |2 + ( sin( ) + cos( )) (4) trong đó = ( ), = + 3. PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN VỊ TRÍ ĐẶT THIẾT BỊ FACTS Xét theo điều kiện kinh tế, việc lắp đặt thiết bị FACTS ở vị trí nào trong các nút của hệ thống mới là vấn đề cần quan tâm. Do đó với những dao động phụ tải bất kỳ, sự thay đổi nguồn và gia tăng phụ tải thường xuyên trong tương lai dẫn tới điểm nghẽn mạch trong mạng cũng sẽ bị thay đổi nên không thể lắp đặt thiết bị bù trên tất cả các nhánh của lưới điện để đảm bảo chống nghẽn mạch khi có những thay đổi như trên. Vì vậy cần thiết phải xác định được tập hợp những nhánh có nhiều khả năng gây quá tải thường xuyên cho hệ thống. Đây là tập hợp những điểm xung yếu nhất còn được gọi là điểm nút thắt cổ chai (bottle-neck). Việc lắp đặt thiết bị FACTS tại những vòng có chứa tập hợp những nhánh xung yếu này sẽ khắc phục được quá tải đáng kể cho hệ thống. Ngoài ra, hệ thống điện thường được lên quy hoạch và vận hành dựa trên tiêu chuẩn an ninh (N-1). Sự cố làm tách một vài tổ máy phát hoặc phụ tải tăng đột biến sẽ gây một số tác động đáng kể lên các phần tử trong hệ thống điện như quá tải cục bộ trên một số đường dây và điện áp một số nút trạm giảm thấp. Về vấn đề này, điều phối lại công suất phát của các nhà máy, điều phối lại tải và tiếp tục loại/giảm khẩn cấp quá tải đường dây truyền tải là một vấn đề quan trọng trong vận hành hệ thống điện. Thiết bị FACTS sẽ huy động hết khả năng các phần tử non tải hiện có để có thể loại bỏ/giảm bớt quá tải trên đường dây tải điện. Nhiều công trình nghiên cứu trước đây về ứng dụng của FACTS trong vận hành và điều khiển hệ thống điện nhằm đạt được những mục tiêu đề ra như:  Sử dụng giải thuật Gen kết hợp với các phương pháp PSO [1], DE hoặc TS/SA để tìm kiếm giải pháp tối ưu với sự hỗ trợ của phần mềm máy tính, vị trí đặt, chủng loại, số lượng được mã hoá cùng các thông số của mạng điện để giải bài toán OPF. Điều này làm không gian tìm kiếm quá lớn, thời gian chạy của máy tính quá lâu, khó khả thi khi giải bài toán OPF trong hệ thống điện có số nút lớn.  Sử dụng các phương pháp như phân tích độ nhạy LI (loss senssivity index), hệ số PI (performace index) [4,5], Contingency Capacity Index (CCI), Thermal Capacity Index (TCI) [6] có thể làm giảm không gian tìm kiếm.
300 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017  Sử dụng “phương pháp thử sai” (trial and error method) để tìm vị trí tối ưu của thiết bị FACTS trong mạng điện. Nghĩa là lần lượt thử đặt thiết bị FACTS vào từng nhánh của hệ thống cho phân bố lại công suất để tìm ra vị trí và dung lượng thích hợp cho thiết bị FACTS trong hệ thống điện… Một phương pháp mới để xác định vị trí đặt tối ưu của TCSC trong hệ thống điện đã được công bố [3] dựa vào định lý luồng cực đại lát cắt cực tiểu (min-cut max-flow). Định lý này được chứng minh bởi P. Elias, A. Feinstein và C. E. Shannon năm 1956 và cũng năm đó, nó được chứng minh một cách độc lập bởi L. R. Ford, Jr. và D. R. Fulkerson. Định lý luồng cực đại lát cắt cực tiểu là một phát biểu trong ngành lý thuyết tối ưu hóa về các luồng cực đại trong các mạng vận tải (flow network). Định lý phát biểu rằng: “Lượng cực đại của một luồng bằng khả năng thông qua của một lát cắt tối thiểu”. Ý tưởng của thuật toán là: tồn tại một đường đi từ nguồn (nút bắt đầu) đến điểm xả (nút cuối), với điều kiện tất cả các cung trên đường đi đó vẫn còn khả năng thông qua, thì ta sẽ gửi đi một luồng dọc theo đường đi đó. Sau đó chúng ta tìm một đường đi khác và tiếp tục như vậy. Một đường đi còn khả năng thông qua là một đường đi có khả năng mở rộng thêm hay một đường đi mà luồng qua đó còn khả năng tăng thêm - gọi tắt là đường tăng. Trong hình học Topo, mặt cắt được định nghĩa là một lát cắt, cắt đứt các nhánh sao cho phân topo thành 2 phần nguồn và tải, giá trị thông qua của mặt cắt là tổng khả năng thông qua của các nhánh trong mặt cắt và mặt cắt tối thiểu là mặt cắt có giá trị thông qua bé nhất. Như vậy, mặt cắt tối thiểu có khả năng chỉ ra được vị trí cổ chai của bất cứ một hệ thống vận chuyển nào. Trong một hệ thống điện hiện hữu hoặc vừa thiết kế luôn tồn tại tập hợp các nhánh xung yếu có khả năng dẫn đến quá tải trong hệ thống điện khi có bất kỳ sự tăng tải nào trong tập các phụ tải. Tập hợp các nhánh có khả năng quá tải được gọi là nút cổ chai của hệ thống điện và mặt cắt tối thiểu sẽ chỉ ra nút cổ chai này như hình 3. Vi S1 Vj Z1 Nút nguồn S2 Nút tải Z2 Sm Zm F=minc Hình 3: Tập hợp nhánh xung yếu tìm được từ chương trình max-flow Khi xảy ra quá tải trong trạng thái phân bố công suất thông thường do sự tăng tải vào giờ cao điểm, tăng trưởng phụ tải theo thời gian hay các sự cố về máy phát, các nhánh quá tải phải nằm trong mặt cắt tối thiểu. Vì vậy để có thể phần luồng lại các dòng công suất qua nhánh quá tải cần phải tìm các nhánh nằm trong tập của mặt cắt tối thiểu
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 301 đi qua, vì các nhánh nằm ngoài tập hợp này đều chỉ truyền công suất cho tải từ các nhánh thuộc tập mặt cắt tối thiểu hay từ máy phát nối đến các nhánh này. Hay nói cách khác, việc đặt TCSC hiệu quả là đặt TCSC trên các nhánh nằm trong mặt cắt tối thiểu. Trên cơ sở kết quả được trình bày ở [3] ta có được kết luận quan trọng trong việc xác định vị trí đặt thích hợp của TCSC giải quyết tình trạng tắc nghẽn trong hệ thống điện “Vị trí đặt thích hợp của TCSC để giải quyết tình trạng tắc nghẽn trong hệ thống là tại vị trí nhánh lân cận (nhánh được liệt kê có trong danh sách xác định bằng thuật toán min – cut) với nhánh bị quá tải”. Từ đó với việc tìm kiếm tập hợp những nhánh có khả năng gây nghẽn mạch hệ thống là nhanh chóng, chính xác, giúp cho việc giới hạn phạm vi không gian tìm kiếm lời giải hiệu quả hơn khắc phục được những hạn chế của những phương pháp trước đây như giải thuật Gen, phương pháp liệt kê hoặc thử sai… Bài viết dựa trên danh sách các nhánh tìm được theo thuật toán min – cut của hệ thống IEEE30 nút hiệu chỉnh sẽ được sử dụng kết quả của [3]. Việc tìm kiếm thông số điều khiển thiết bị FACTS ở [3] được tính toán điều chỉnh theo từng nấc 1% chưa thực hiện bằng cách tìm kiếm ngẫu nhiên nên thuật toán DE-HS sẽ áp dụng giải bài toán OPF trong đó thông số điều khiển của TCSC sẽ được tìm kiếm ngẫu nhiên với các biến điều khiển khác xét trong tình trạng bình thường, tình trạng khẩn cấp với hàm mục tiêu cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát và giải bài toán OPF với hàm mục tiêu cực tiểu tổng tổn hao, cực tiểu tổng độ lệch điện áp, cải thiện độ dự trữ ổn định điện áp. 4. GIẢI BÀI TOÁN OPF HỆ THỐNG IEE30 VỚI THUẬT TOÁN DE VÀ DE-HS Hệ thống mạng điện IEEE 30 nút được sử dụng vào bài toán OPF để kiểm tra thuật toán đề xuất DE và DE-HS. Hệ thống mạng IEEE 30 nút bao gồm 6 máy phát đặt tại nút 1, 2, 5, 8, 11 và 13 và 41 đường dây truyền tải, 4 MBA đặt trên các đường dây 6-9, 6-10, 4-12 và 28-27 và tại các nút 10 và 24 có đặt các giàn tụ bù công suất phản kháng. Công suất cơ bản của mạng IEEE 30 nút được chọn là 100 MVA. Sơ đồ như hình 4. Hệ thống mạng IEEE 30 nút hiệu chỉnh được thay đổi dựa trên hệ thống IEEE 30 nút chuẩn, sẽ bao gồm 6 máy phát đặt tại nút 1, 2, 22, 27, 23 và 13 và 41 đường dây truyền tải và tại các nút 5 và 24 có đặt các tụ bù công suất phản kháng. Nút 5 không có tải, các thông số chi tiết về dữ liệu nút, dữ liệu đường dây được lấy từ [39, 48] được giới thiệu trong phần phụ lục giống như hệ thống IEEE30 chuẩn. Các hệ số chi phí máy phát điện và giới hạn công suất truyền tải của đường dây theo bảng C.1 và bảng C.2 ở phần phụ lục của các tài liệu này. Để xác định vị trí lắp đặt thích hợp TCSC, thực hiện việc giải các bài toán OPF cực tiểu hóa chi phí nhiên liệu máy phát như sau:  Giải bài toán OPF không có TCSC bỏ qua giới hạn công suất truyền tải.
302 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017  Giải bài toán OPF không có TCSC.  Giải bài toán OPF với TCSC với vị trí thích hợp. Từ đó thực hiện các bước như sau:  Bước 1: Xác định đường dây quá tải từ lời giải OPF không có TCSC bỏ qua giới hạn công suất truyền tải.  Bước 2: Xác định tập hợp đường dây lân cận với đường dây quá tải.  Bước 3: Xác định tập hợp hữu hạn các đường dây theo min-cut.  Bước 4: Đối chiếu danh sách các đường dây lân cận với đường dây quá tải và tập danh sách các nhánh tìm được theo min – cut tìm nhánh trùng lặp giữa hai danh sách để đặt TCSC.  Bước 5: Áp dụng DE-HS giải bài toán OPF với vị trí đặt đã được xác định.  Bước 6: Đối chiếu và so sánh. Hình 4: Hệ thống mạng IEEE 30 nút chuẩn Ngoài ra, để xác định hiệu quả của vị trí TCSC vừa tìm được, bài toán OPF với các hàm mục tiêu tổng tổn hao công suất tác dụng, cải thiện độ lệch điện áp, cải thiện độ ổn định điện áp cũng sẽ được xác định để thử nghiệm. Số biến điều khiển của hệ thống ở trường hợp này là 17 bao gồm công suất tác dụng của 05 máy phát ngoài trừ công suất tác dụng của nút cân bằng, điện áp 6 máy
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 303 phát, thông số chỉnh định điện áp của 04 máy biến áp và công suất bù phản kháng của 02 giàn tụ bù. 4.1. Xét ở chế độ vận hành bình thường, hàm mục tiêu cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát Bảng 1. Kết quả của lời giải tối ưu hệ thống IEEE30 hiệu chỉnh của giải thuật DE-HS ở các trường hợp Máy phát OPF OPF bình OPF với TCSC tại line 8-28 không line limit thường và line 10-22 1 46.1623 22.9432 45.9355 2 80.0000 80.0000 80.0000 22 50.0000 35.3390 50.0000 23 16.2808 40.8224 16.5270 27 0.0000 13.3500 0.0000 13 0.0000 0.0000 0.0000 Tổng chi phí ($/h) 1700.0729 1795.1791 1700.4088 TCSC8-28 56.4256% TCSC10-22 46.2261% Bảng 2. Công suất truyền qua của các đường dây hệ thống IEEE30 hiệu chỉnh ở các trường hợp có xuất hiện quá tải Line i-j MVA limit OPF OPF với TCSC tại line 8-28 không line limit và line 10-22 6 8 32 35.6926 31.931 21 22 32 34.9116 31.9615 Bảng 3. Danh sách các đường dây thích hợp để xem xét lắp đặt TCSC hệ thống IEEE30 hiệu chỉnh Line Tập hợp các nhánh Nhánh Nhánh được xem xét đặt theo min-cut [3] quá tải TCSC 38 27-30 37 27-29 10 6-8 6-8 Nhánh lân cận với nhánh 40 8-28 6-8 bị quá tải 16 13-12 35 25-27 28 10-22 21-22 Nhánh lân cận với nhánh 29 21-22 21-22 bị quá tải
304 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 140 Slmax Slopf without Linelimit 120 100 Line power flow 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Branch Hình 5: Công suất truyền tải qua các nhánh hệ thống IEEE30 ở trạng thái OPF không xét đến giới hạn công suất truyền tải đường dây 140 Slmax Slopf 120 100 Line power flow 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Branch Hình 6: Công suất truyền tải qua các nhánh hệ thống IEEE30 ở trạng thái OPF có xét đến giới hạn công suất truyền tải đường dây Quan sát thấy rằng từ bảng 1 tổng chi phí của nhiên liệu của bài toán OPF khi không xét giới hạn truyền tải của đường dây đã giảm 5,3% so với trường hợp OPF bình thường. Tuy nhiên, tình trạng tắc nghẽn truyền tải xảy ra trong đường dây 10(6-8) và 29(21-22) như thể hiện trong bảng 2 (cột 3) tô đậm. Lời giải OPF thu được ở trường hợp này là tối ưu nhưng không được bảo đảm vận hành.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 305 140 Slmax Slopf TCSC 120 100 Line power flow 80 60 40 20 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Branch Hình 7: Công suất truyền tải qua các nhánh hệ thống IEEE30 ở trạng thái OPF có TCSC 6 x 10 Max = 5593496.0802, Min = 1700.4088 6 5 4 Fitness function 3 2 1 0 0 1 2 3 10 10 10 10 Number of iterations = 300 Hình 8: Đặc tuyến hội tụ bài toán OPF có TCSC hệ thống IEEE30 Bảng 4. So sánh kết quả tìm kiếm lời giải của DE-HS Máy phát Lời giải theo [3] Vị trí đặt TCSC theo min-cut và tính toán lời giải theo DE-HS 1 46.26 45.9355 2 80.0000 80.0000 22 50.0000 50.0000 23 16.22 16.5270 27 13 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 Tổng chi phí ($/h) 1700.42 1700.4088 TCSC 60%(line 8-28) 56.4256% (line 8-28) TCSC 46.66% (line 10-22) 46.2261% (line 10-22)
306 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Khi đó, TCSC đặt tại vị trí thích hợp bằng cách sử dụng giải thuật min-cut có thể loại bỏ trường hợp bị quá tải trên đường dây 10(6-8) và 29(21-22). Từ bảng 3 ta có tập hợp các nhánh được tìm thấy theo giải thuật min-cut là 8 nhánh và các nhánh 28(10-22) và nhánh 40(8-28) là 02 nhánh đặt TCSC phù hợp nhất vì các nhánh 28(10-12) và nhánh 40(8-28) một mặt vừa là các nhánh có trong danh sách đã được xác định theo giải thuật min-cut, mặt khác vừa là các nhánh lân cận tương ứng với các nhánh 10(6-8) và 29(21-22) bị quá tải. Thật vậy, kết quả lời giải khi có TCSC đặt tại các nhánh 28 và 40 theo bảng 1 ta thấy không những chi phí nhiên liệu máy phát tiết kiệm được là 5,28% (gần bằng với giá trị của lời giải OPF không kể đến giới hạn công suất truyền tải của đường dây) mà còn loại bỏ được tình trạng tắc nghẽn các đường dây 10(6-8) và 29(21-22). Về công suất tải của đường dây khi có TCSC:  10(6-8) giảm từ 111,54% xuống còn 98,78%  29(21-22) giảm từ 109% xuống còn 99,87% Khả năng tải công suất của các đường dây khi có TCSC:  28(10-22) tăng lên từ 7,64497MVA (23,89%) lên 11,0276MVA (34,91%)  40(8-28) tăng từ 11,1695MVA (34,9%) lên 14,7328MVA (46,04%). 4.2. Xét ở chế độ tình trạng khẩn cấp, hàm mục tiêu cực tiểu chi phí nhiên liệu máy phát Bảng 5. Công suất truyền qua các đường dây hệ thống IEEE30 ở trường hợp OPF bỏ qua giới hạn công suất truyền tải đường dây cho thấy các nhánh outage Line i-j 6 8 21 22 Outage (32MVA limit) (32MVA limit) 2-4 35.4605 35.5296 23-24 35.4567 37.6236 4-6 35.0660 37.4117 15-18 35.6774 36.5827 2-6 35.1731 35.7942
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 307 Bảng 6. Công suất truyền qua các đường dây hệ thống IEEE30 ở trạng thái OPF có TCSC cho thấy các nhánh outage Line i-j 6 8 21 22 Outage (32MVA limit) (32MVA limit) 2-4 31.9482 31.9922 23-24 31.0467 31.7347 4-6 31.4197 31.9307 15-18 31.5447 31.9473 2-6 31.8063 31.9937 Bảng 7. Kết quả lời giải OPF với TCSC trong trường hợp mất điện các đường dây Nhánh outage 2-4 23-24 4-6 15-18 2-6 TCSC10-22 45.064% 58.9342% 58,5373% 54.084% 56.8439% TCSC8-28 55.0543% 67.0822% 52,6972% 63.2006% 51.6477% Tổng chi phí ($/h) 1707.9501 1702.6463 1703.2668 1701.5198 1709.4763 Tổng chi phí OPF khi 1995.5612 1937.3675 1808.8607 1941.0185 1912.3473 không có FACTS ($/h) Tiết kiệm % 14,41% 12,13% 5,83% 12,33% 10,6% Từ bảng 5, có thể thấy rằng nhánh 6-8 và 21-22 đã bị quá tải trong các trường hợp mất điện các đường dây 2-4, 23-24, 4-6, 15-18 và 2-6 (các nhánh quá tải đã được trình bày trong in đậm). Tuy nhiên, các đường dây quá tải sẽ được loại bỏ hoặc giảm bớt bằng cách đặt TCSC tại các nhánh 8-28 và 10-22 tương ứng theo quy luật min-cut. Từ bảng 6 và bảng 7, quan sát thấy rằng quá tải trên đường dây truyền tải được loại bỏ bằng cách đặt TCSC tại các đường dây 8-28 và 10-22 cho hầu hết các trường hợp mất điện đường dây với thông số điều khiển của TCSC là:  45.064%, 55.0543% khi đường dây 2-4 mất điện và chi phí tiết kiệm được là 14,41%;  58.9342%, 67.0822% khi nhánh 23-24 mất điện và chi phí tiết kiệm được là 12,13%%;  58,5373%, 52,6972% khi nhánh 4-6 mất điện và chi phí tiết kiệm được là 5,83%;  54.084%, 63.2006% khi nhánh 15-18 mất điện và chi phí tiết kiệm được là 12,33%;  56.8439%, 51.6477% khi nhánh 2-6 mất điện và chi phí tiết kiệm được là 10,6%.
308 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Bằng cách áp dụng phương pháp min-cut để tìm vị trí thích hợp của TCSC thì phạm vi tìm kiếm số đường dây cần phải được xem xét để xác định vị trí đặt FACTS đã được giảm đáng kể, chỉ có một số đường dây trong mặt cắt tối thiểu cần được xem xét. 4.3. Xét ở chế độ vận hành bình thường, hàm mục tiêu cực tiểu tổng tổn hao công suất tác dụng Bảng 8. Kết quả lời giải OPF OPF với TCSC tại line 8-28 OPF không TCSC và line 10-22 Pg1 (MW) 4.6660 6.4604 Pg2 (MW) 52.0293 55.2318 Pg22 (MW) 30.9772 41.0052 Pg23(MW) 46.0319 31.5136 Pg27 (MW) 17.4071 16.6726 Pg13 (MW) 40.0000 40.0000 Vg1 (pu) 1.0246 1.0384 Vg2 (pu) 1.0275 1.0376 Vg5 (pu) 1.0318 1.0431 Vg8 (pu) 1.0688 1.0595 Vg11 (pu) 1.0434 1.0517 Vg13 (pu) 1.0868 1.0872 Qc5 (MVar) 0.1300 0.0000 Qc24 (MVar) 0.0000 0.0000 TCSC10-22 49.2986% TCSC8-28 30.0116% Ploss (MW) 1.9115 1.6836 Tổng chi phí ($/h) 2100.2413 2043.8132 Total Voltage deviation 0.5647 0.7075 Max Voltage stability index 0.0508 0.0484 Nhận xét: Đặc tuyến hội tụ của hàm mục tiêu theo hình 9 và kết quả lời giải theo bảng 8 ta thấy khi có TCSC tại vị trí đường dây 8-28 và đường dây 10-22 làm cho tổng tổn hao của hệ thống giảm đi khoảng 11.924%.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 309 OPF with object Ploss 2.1 WITHOUT FACTS 2.05 TCSC 2 1.95 Fitness function 1.9 1.85 1.8 1.75 1.7 1.65 2.5 2.6 10 10 Number of iterations Hình 9: Kết quả đặc tuyến hội tụ của hàm mục tiêu 4.4. Xét ở chế độ vận hành bình thường, hàm mục tiêu cực tiểu tổng độ lệch điện áp Bảng 9. Kết quả lời giải OPF OPF với TCSC tại line OPF không TCSC 8-28 và line 10-22 Pg1 (MW) 28.5836 4.5594 Pg2 (MW) 23.8752 80.0000 Pg22 (MW) 20.9317 32.1518 Pg23(MW) 54.8132 45.2793 Pg27 (MW) 23.7686 0.0000 Pg13 (MW) 40.0000 29.8897 Vg1 (pu) 1.0092 1.0147 Vg2 (pu) 1.0164 1.0274 Vg5 (pu) 1.0173 1.0119 Vg8 (pu) 1.0294 1.0273 Vg11 (pu) 1.0087 1.0125 Vg13 (pu) 1.0419 1.0323
310 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 OPF với TCSC tại line OPF không TCSC 8-28 và line 10-22 Qc5 (MVar) 0.0600 0.0000 Qc24 (MVar) 0.0000 0.0000 TCSC10-22 49.2804% TCSC8-28 45.3948% Ploss (MW) 0.1404 0.1347 Tổng chi phí ($/h) 2.7723 2.6802 Total Voltage deviation 2280.9133 1894.5089 Max Voltage stability index 0.0528 0.0507 OPF with object voltage deviation 0.154 WITHOUT FACTS 0.152 TCSC 0.15 0.148 Fitness function 0.146 0.144 0.142 0.14 0.138 0.136 0.134 2.5 2.6 10 10 Number of iterations Hình 10: Kết quả đặc tuyến hội tụ của hàm mục tiêu Nhận xét: Đặc tuyến hội tụ của hàm mục tiêu theo hình 10 và kết quả lời giải theo bảng 9 ta thấy khi có TCSC tại vị trí đường dây 8-28 và đường dây 10-22 làm cho tổng độ lệch điện áp của hệ thống giảm đi khoảng 4.060%.
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 311 4.5. Xét ở chế độ vận hành bình thường, hàm mục tiêu cải thiện độ ổn định điện áp Bảng 10. Kết quả lời giải OPF OPF không TCSC OPF với TCSC tại line 8-28 và line 10-22 Pg1 (MW) 31.3932 9.4410 Pg2 (MW) 24.1217 49.5887 Pg22 (MW) 20.2875 20.5716 Pg23(MW) 54.6227 52.0600 Pg27 (MW) 23.3771 21.0005 Pg13 (MW) 37.8841 38.9752 Vg1 (pu) 1.0499 1.0500 Vg2 (pu) 1.0532 1.0597 Vg5 (pu) 1.0506 1.0555 Vg8 (pu) 1.0633 1.0556 Vg11 (pu) 1.0511 1.0701 Vg13 (pu) 1.0786 1.0661 Qc5 (MVar) 0.1600 0.0300 Qc24 (MVar) 0.0100 0.0000 TCSC10-22 49.9667% TCSC8-28 50.0000% Ploss (MW) 0.0490 0.0463 Tổng chi phí ($/h) 2264.5334 2162.0270 Total Voltage deviation 2.4863 2.4371 Max Voltage stability index 0.8650 0.9378
312 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017 Hình 11: Kết quả đặc tuyến hội tụ của hàm mục tiêu Nhận xét: Đặc tuyến hội tụ của hàm mục tiêu theo hình 11 và kết quả lời giải theo bảng 10 ta thấy khi có TCSC tại vị trí đường dây 8-28 và đường dây 10-22 làm cho độ ổn định điện áp được cải thiện hơn 5.510%. 5. KẾT LUẬN Qua xem xét phân tích hệ thống IEEE30 hiệu chỉnh có bố trí lại vị trí các máy phát, thay đổi lại giới hạn truyền tải công suất truyền tải của đường dây thì xảy ra điểm tắc nghẽn của hệ thống nên việc huy động các nhà máy có mức chi phí rẻ hơn sẽ bị hạn chế, dẫn đến tổng chi phí nhiên liệu máy phát sẽ tăng cao để đáp ứng nhu cầu công suất của phụ tải. Tuy nhiên, khi có thiết bị FACTS - TCSC đặt ở vị trí thích hợp trong hệ thống ta thấy sẽ loại bỏ tình trạng tắc nghẽn của các đường dây không những trong điều kiện bình thường mà còn trong điều kiện khi có sự cố mất điện 01 đường dây N-1, do việc điều phối luồng công suất của nhà máy được thực hiện dễ dàng, thuận lợi hơn. Nghiên cứu phát triển giải thuật min – cut và các phương pháp sử dụng hệ số độ nhạy cũng như các hệ số đánh giá có liên quan khác để xác định vị trí đặt tối ưu của nhiều loại thiết bị FACTS trong mạng điện có số lượng nút lớn hơn nhằm giảm không gian tìm kiếm để từ đó kết hợp sử dụng các giải thuật trí tuệ nhân tạo có ưu thế hiện nay như DE, DE-HS,… tìm kiếm lời giải của các bài toán OPF đa mục tiêu. Áp dụng thuật toán DE-HS để tìm kiếm thông số điều khiển của thiết bị FACTS cùng lúc với các thông số điều khiển khác để có được trạng thái tối ưu OPF. Từ đó nhận thấy rằng tăng cường an ninh hệ thống điện bằng cách phân bố công suất tối ưu trong trường hợp vận hành bình thường và trong trường hợp tình trạng khẩn cấp với thông số
PHÂN BAN TRUYỀN TẢI ĐIỆN | 313 điều khiển FACTS thích hợp giúp làm giảm dòng công suất của đường dây quá tải, loại bỏ tình trạng quá tải, nâng cao hiệu suất hệ thống. Ngoài ra khi xét các bài toán OPF với hàm mục tiêu khác như tổng tổn hao công suất tác dụng, cải thiện độ lệch điện áp, cải thiện độ dự trữ ổn định điện áp, thì hệ thống có TCSC đã loại bỏ được tình trạng tắc nghẽn của hệ thống và chứng tỏ hiệu quả của thiết bị FACTS trong việc cải thiện yếu tố kỹ thuật có liên quan của hệ thống điện. Kết quả tính toán đã được trình bày trong bài viết chứng minh hiệu quả và khả năng mạnh mẽ của phương pháp tìm kiếm lời giải của giải thuật DE-HS. Kết quả được so sánh với những bài báo đã được công bố khẳng định tiềm năng hiệu quả và ưu việt của nó hơn các kỹ thuật tính toán cổ điển và một số phương pháp trí tuệ nhân tạo khác như GA, TS, PSO. Từ đây, DE-HS sẽ là công cụ hữu hiệu để áp dụng phân tích, tính toán các bài toán có liên quan của hệ thống điện. Tuy nhiên, thuật toán đề xuất DE cũng như DE-HS có nhược điểm giống như các phương pháp dựa vào trí tuệ nhân tạo khác là chưa có cơ sở toán học vững chắc (chủ yếu dựa vào lý thuyết xác suất), kết quả tính toán phụ thuộc nhiều vào các thông số cài đặt ban đầu, kinh nghiệm và vì thế phải mất nhiều thời gian, sử dụng nhiều máy tính mới thuận lợi cho việc thử nghiệm và kiểm tra nhiều lần nhằm xác định thông số cài đặt hiệu quả, để đạt lời giải tốt và thời gian tính toán nhanh cho từng loại bài toán OPF khác nhau. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M. M. Al-Hulail, M. A. Abido. “Optimal Power Flow Incorporating Facts Devices using Particle Swarm Optimization”. [2] K. Shanmukha Sundar, H.M. Ravikumar. “Selection of TCSC location for secured optimal power flow under normal and network contingencies. Electrical Power and Energy Systems 34 (2012) 29–37. [3] ThanhLong Duong, Yao JianGang, Viet Anh Truong. “A new method for secured optimal power flowunder normal and network contingencies via optimal location of TCSC”. Electrical Power and Energy Systems 52 (2013) 68–80. [4] A. Arunya Revathi, N.S. Marimuthu, P.S.Kannan and V. Suresh Kumar. “Optimal Active Power Flow with Facts Devices Using Efficient Genetic Algorithm”. [5] Nuttachai Puttanon. “Optimal Power Flow With Facts Devices By Particle Swarm Optimization”. M.Eng. Thesis Unpublished, AIT, Thailand, May 2007. [6] Rainer Storn, Kenneth Price. “Differential Evolution – A Simple and Efficient Heuristic for Global Optimization over Continuous Spaces”. [7] MATPOWER, a MATLAB Power System Simulation Package, Version 4. 1, Available at: http://www.pserc.cornell.edu/matpower [8] Pandian Vasant. ”Meta-Heuristics Optimization Algorithms in Engineering, Business, Economics, and Finance. PETRONAS University of Technology, Malaysia.