TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN
Chuyên ngành: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THUẬT TỐN SYMBIOTIC CUCKOO SEARCH ALGORITHM (CSA)
TRONG BỐ TRÍ TUA-BIN GIĨ

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Ths. Nguyễn Đăng Khoa

Nguyễn Thanh Phục - B1806842

TIEU LUAN MOI download :


Cần Thơ – 2021
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

ĐỒ ÁN HỆ THỐNG ĐIỆN
Chuyên ngành: ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

THUẬT TOÁN SYMBIOTIC CUCKOO SEARCH ALGORITHM (CSA)
TRONG BỐ TRÍ TUA-BIN GIĨ

Giảng viên hướng dẫn:

Sinh viên thực hiện:

Ths. Nguyễn Đăng Khoa

Nguyễn Thanh Phục - B1806842

TIEU LUAN MOI download :


Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án điện hệ thống điện, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,
đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Nguyễn Đăng Khoa, giảng viên Khoa
Công Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong
suốt quá trình làm đồ án.

i
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Lời mở đầu
LỜI MỞ ĐẦU
Nhu cầu về năng lượng trong thời đại khoa học kỹ thuật không ngừng gia tăng. Tuy
nhiên các nguồn năng lượng truyền thống đang được khai thác như: than đá, dầu mỏ,

khí đốt, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện…đang ngày càng cạn kiệt. Không những
thế chúng cịn có tác hại xấu đối với mơi trường như: gây ra ô nhiễm môi trường, ô
nhiễm tiếng ồn, mưa axit, trái đất ấm dần lên, thủng tầng ozon... Do đó, việc tìm ra và
khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân, năng lượng địa nhiệt,
năng lượng gió và năng lượng mặt trời là rất cần thiết. Việc nghiên cứu năng lượng gió
ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu, nhất là trong tình trạng thiếu
hụt nghiêm trọng năng lượng hiện nay. Năng lượng gió là nguồn năng lượng sạch, dồi
dào, không gây ô nhiễm môi trường và không gây ô nhiễm tiếng ồn …Hiện nay gió là
một trong những dạng năng lượng phát triển nhanh nhất trên thế giới cũng như có tiềm
năng lớn ở Việt Nam. Để tăng hiệu suất và tiết kiệm chi phí của các trang trại gió thì
việc lắp đặt vị trí các tua-bin tối ưu là rất quan trọng. Bởi vì, việc che chắn gió giữa
các tua-bin với nhau sẽ ảnh hưởng đến ít nhiều đến cơng suất trang trại gió. Vì vậy,
cần có một phương pháp nào đó để tối ưu vị trí của của các tua-bin gió. Do đó em đã
chọn đề tài: “THUẬT TỐN SYMBIOTIC CUCKOO SEARCH ALGORITHM
(CSA) TRONG BỐ TRÍ TUA-BIN GIĨ”. Đề tài này được trình bày trong 3 chương:
- Chương I: Giới thiệu chung.
- Chương II: Mơ hình bài tốn.
- Chương III: Phương pháp Cuckoo Search.
Trong q trình thực hiện đồ án hệ thống điện, em đã cố gắng tìm tịi, học hỏi và
nghiên cứu kiến thức để hoàn thành bản đồ án. Do kinh nghiệm và kiến thức của bản
thân còn nhiều hạn chế nên báo cáo đồ án điện cơng nghiệp này của em khó tránh khỏi
những thiếu sót. Vậy em rất mong nhận được sự góp ý từ phía thầy để em hồn thiện
thêm kiến thức cho bản thân. Qua đây em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo
ThS. Nguyễn Đăng Khoa đã hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đồ án
hệ thống điện.
2
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :



Lời mở đầu

3
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Lời mở đầu

4
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Mục lục

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN............................................................................................................... i
LỜI MỞ ĐẦU.............................................................................................................. ii
MỤC LỤC................................................................................................................... iii
MỤC LỤC HÌNH........................................................................................................ v
MỤC LỤC BẢNG...................................................................................................... vi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG......................................................................... 1
1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng điện gió.....................................1
1.2 Sự cần thiết phát triển điện gió......................................................................... 2
1.3 Hướng tiếp cận vấn đề bố trí tối ưu vị trí tua – bin trong trang trại gió........3
1.4 Mục tiêu, phạm vi và đối tượng nghiên cứu..................................................... 4

1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu.................................................................................... 4
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu...................................................................................... 5
1.4.3 Đối tượng nghiên cứu................................................................................... 5
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH BÀI TỐN................................................... 6
2.1 Tua-bin gió và tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam................................6
2.1.1 Tua-bin gió.................................................................................................... 6
2.1.2 Tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam................................................. 7
2.2 Mơ hình che chắn gió (wake modeling)............................................................ 7
2.3 Đặc tuyến tua-bin gió....................................................................................... 11
2.4 Thuật tốn tìm kiếm......................................................................................... 13
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP CUCKOO SEARCH............................................ 15
3.1 Hành vi sinh sản chim cúc cu.......................................................................... 15
3.2 Cơ chế di chuyển “Lévy flight”....................................................................... 15
iii
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Mục lục
3.3 Thuật tốn cuckoo search................................................................................ 16
3.3.1 Tạo mơi trường sống ban đầu cho chim cúc cu....................................... 18
3.3.2 Kiểu đẻ trứng của chim cúc cu.................................................................. 19
3.3.3 Sự nhập cư của chim cu............................................................................. 19
3.3.4 Tính hội tụ của chim cúc cu...................................................................... 20
3.4 Ứng dụng thuật tốn trong trong trang trại gió............................................. 21
KẾT LUẬN................................................................................................................ 23
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 24

iv

SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Mục lục hình
MỤC LỤC HÌNH
Hình 1. 1: Cơng suất điện gió lắp đặt trên tồn thế giới............................................... 7

Hình 2. 1: Tuabin gió Cypress của General Electric (GE)............................................ 6
Hình 2. 2: Vùng nhiễu loạn gió phía sau tua-bin.......................................................... 8
Hình 2. 3:Mơ hình hiệu ứng Wake của Jensen.............................................................. 9
Hình 2.4: Đặc tuyến tua-bin gió 1.5MW - FUHRLÄNDER FL MD 77.......................11
Hình 2.5: Đặc tuyến tua-bin gió 2MW - VESTAS V80-2.0MW.................................... 12
Hình 2.6: Đặc tuyến tua-bin gió 2.5MW - GE WIND ENERGY GE 2.5......................12

Hình 3. 1: Minh họa di chuyển của chuyến bay Lévy.................................................. 16
Hình 3. 2: Đẻ trứng ngẫu nhiên trong ELR, sao đỏ trung tâm là môi trường sống ban
đầu của chim cúc cu với 5 quả trứng; những ngôi sao hồng là tổ mới của trứng.......18
Hình 3. 3: Di trú của một con chim cúc cu mẫu về môi trường sống mục tiêu............19

v
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Mục lục bảng
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 2. 1: Tiềm năng gió ở Việt Nam.......................................................................... 12


vi
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 1: Giới thiệu chung
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Tổng quan về tình hình sử dụng năng lượng điện gió
Năng lượng là một trong các điều kiện thiết yếu của đời sống con người. Từ thế
kỷ 20, con người đã sử dụng năng lượng hóa thạch, năng lượng hạt nhân, bước đầu sử
dụng năng lượng tái tạo để phát điện nhằm phục vụ sản xuất và cải thiện đời sống cho
nhân loại. Ngày nay trữ lượng than, dầu, khí đang ngày càng cạn kiệt. Mặt khác, khi
dùng chúng phát điện sẽ thải khí nhà kính vào khí quyển làm cho Trái Đất ngày càng
nóng lên, gây biến đổi khí hậu toàn cầu. Xây dựng các nhà máy điện bằng sức gió là
một giải pháp nhanh chóng nâng cao sản lượng điện, đáp ứng nhu cầu điện năng trong
một thời gian khơng lâu.
Các máy phát điện sử dụng sức gió đã được sử dụng nhiều ở các nước Châu Âu,
Châu Mỹ và các nước công nghiệp phát triển khác. Sau thảm họa Chernobyl (Ukraine
1986), cuộc đấu tranh đòi hủy bỏ các nhà máy điện nguyên tử tại Đức diễn ra ngày
càng mãnh liệt nên điện bằng sức gió phát triển rất mạnh, sản lượng đã vượt xa sản
lượng thủy điện và trở thành nguồn năng lượng đáng kể trên cường quốc cơng nghiệp
này.
Tổng cơng suất của tất cả các tua-bin gió lắp đặt trên tồn thế giới tính đến cuối
năm 2018 đã đạt gần đến 597.000 MW (theo số liệu thống kê của WWEA), với công
suất tăng thêm 50.100 MW trong năm 2018 và trong năm 2017 là 52.552 MW. Trong
đó, Trung Quốc là nước có cơng suất lắp đặt tua bin gió lớn nhất trên thế giới là
216.870 MW và là nước đầu tiên trên thế giới đạt công suất lắp đặt tua bin gió lớn hơn
200.000 MW; Hoa Kỳ là nước có cơng suất lắp đặt tua bin gió lớn thứ nhì thế giới là

96.363 MW và sẽ sớm trở thành là nước thứ hai đạt công suất lắp đặt tua bin gió lớn
hơn 100.000 MW sau Trung Quốc. Hiện nay, cơng suất điện gió đã tăng nhanh đến
597 GW vào cuối năm 2018, và năng lượng điện gió sản xuất chiếm gần 6% nhu cầu
điện năng trên toàn thế giới, và sẽ tiếp tục phát triển nhanh chóng trong các năm tới.

1
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 1: Giới thiệu chung

Hình 1. 1: Cơng suất điện gió lắp đặt trên tồn thế giới
Tại Việt Nam, Trong thời gian gần đây, đã có tổng cộng 106 nhà máy điện gió
với tổng cơng suất 5755,5 MW gửi văn bản và hồ sơ đăng ký chương trình đóng điện
và hịa lưới, thử nghiệm, đề nghị cơng nhận vận hành thương mại (COD). Trong số
106 nhà máy điện gió này, đến thời điểm hết ngày 31/10/2021 đã có 69 nhà máy điện
gió với tổng cơng suất 3298,95 MW đã được công nhận vận hành thương mại COD.
Như vậy, nếu bao gồm cả 15 nhà máy điện gió đã được cơng nhận COD và vào
vận hành từ trước đây, thì trong hệ thống điện quốc gia đã có tổng cộng 84 nhà máy
điện gió với tổng cơng suất 3.980,27 W được công nhận vận hành thương mại COD.
1.2 Sự cần thiết phát triển điện gió.
Điện gió là một trong những ngành phát triển nhanh nhất thế giới. Chỉ tính riêng
năm 2017, tổng vốn đầu tư tồn cầu cho điện gió đạt mức 107 tỷ USD với hơn 1,15
triệu lao động trên tồn thế giới.
Đơng Nam Á có đầy đủ các yếu tố cơ bản để trở thành thị trường điện gió lớn.
Với dân số đang gia tăng, GDP ngày càng cao, nhu cầu năng lượng tăng cao hơn bao
2
SVTH: Nguyễn Thanh Phục


TIEU LUAN MOI download :


Chương 1: Giới thiệu chung
giờ hết cùng với những lo ngại về an ninh năng lượng, điện gió đang hỗ trợ đáp ứng
nhu cầu năng lượng ngày càng cao của khu vực theo phương thức duy trì hàm lượng
carbon thấp, tiết kiệm chi phí và mang lại lợi ích kinh tế cho địa phương.
Việt Nam là một trong những quốc gia tiềm năng nhất trong khu vực về cả gió
trên bờ và trên biển. Đường bờ biển dài 3.000 km giúp Việt Nam có được nguồn tài
nguyên tốt nhất cho cả gió trên bờ và trên biển, và đây là quốc gia duy nhất trong khu
vực đã phát triển điện gió trên biển với 99 MW đã được lắp đặt, trở thành quốc gia dẫn
đầu trong lĩnh vực điện gió trong khu vực.
Ngày càng nhiều thị trường lựa chọn điện gió làm nguồn cung năng lượng, bởi
đây là lựa chọn sản xuất điện chi phí hiệu quả nhất. Năm 2017, tại hơn 30 quốc gia,
điện từ nguồn năng lượng tái tạo, khi chưa được trợ giá, có giá thấp hơn điện từ nguồn
nhiên liệu hóa thạch.
Tới năm 2025, điện gió có thể trở thành động lực phát triển chính hướng tới
tương lai năng lượng bền vững và sẽ là tình hình chung của hầu hết các quốc gia trên
thế giới.
Dự án điện gió đã tạo ra động lực thúc đẩy thị trường năng lượng gió của Việt
Nam và thu hút một loạt các dự án khác. Hiện đã có 5755 MW cơng suất điện gió
được lắp đặt.
Như vậy, việc phát triển nguồn năng lượng điện gió nói riêng và năng lượng tái
tạo nói chung nhằm “đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo tồn tài
nguyên năng lượng, giảm thiểu tác động tiêu cực tới môi trường trong sản xuất điện”.
1.3 Hướng tiếp cận vấn đề bố trí tối ưu vị trí tua – bin trong trang trại gió
Thiết kế một số nhà máy điện thơng thường có thể kiểm soát và điều khiển được
nhiên liệu đầu vào như nhà máy nhiệt điện, nhà máy thủy điện, nhà máy điện hạt nhân.
Tuy nhiên, thiết kế nhà máy điện gió có nhiều khác biệt hơn so với các nhà máy trên.

“Nhiên liệu” đầu vào của nhà máy điện gió phụ thuộc vào năng lượng gió ln biến
đổi theo tốc độ gió. Do đó, việc giải quyết vấn đề bố trí tối ưu vị trí tua-bin
3
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 1: Giới thiệu chung
trong trang trại gió nhằm thu được công suất phát tối đa được đặc biệt quan tâm.
Nhiều cơng trình nghiên cứu bố trí tối ưu vị trí tua-bin trong trang trại gió đã
được thực hiện và hầu hết áp dụng các thuật tốn tìm kiếm (metaheuristic algorithms)
để giải quyết vấn đề với nhiều hàm mục tiêu khác nhau. Nhiều cơng trình nghiên cứu
sử dụng các thuật toán phổ biến như GA và PSO đã cho ra các kết quả nghiên cứu rất
khả quan.
Phần mềm thương mại bố trí tối ưu vị trí tua-bin trong trang trại gió hiện đang
được sử dụng rộng rãi trên thế giới hiện nay là WindPRO được dự đoán sử dụng thuật
toán heuristic placement algorithm. Vấn đề của thuật toán heuristic algorithm là khơng
thể tìm thấy tối ưu ở một số bài tốn và do đó khơng tìm được tối ưu cục bộ cũng như
không cung cấp thước đo chất lượng của giải pháp. Nhược điểm quan trọng của thuật
tốn là khơng thể thực hiện giải bài tốn nhanh chóng vì tại cùng thời điểm chỉ có thể
di chuyển được một tua-bin.
Ngày càng có nhiều thuật tốn tìm kiếm (metaheuristic algorithms) được công bố
và áp dụng như một phương pháp kỹ thuật chính để đạt được giải pháp tối ưu thiết kế
các vấn đề thực tế. Theo đó, một thuật tốn có thể rất hiệu quả trong việc giải quyết
một nhóm các vấn đề này nhưng lại kém hiệu quả trong một số các vấn đề khác. Và
đây là cơ sở để nhiều thuật tốn tìm kiếm mới liên tiếp được cơng bố trên thế giới.
Từ các lý do trên, đề tài đồ án đã nghiên cứu một thuật toán mới được cơng bố
gần đây để giải quyết việc bố trí tối ưu vị trí tua-bin gió khi nâng cơng suất hoặc mở
rộng trang trại gió hiện hữu.

1.4 Mục tiêu, phạm vi và đối tượng nghiên cứu
1.4.1 Mục tiêu nghiên cứu
Đối với trang trại gió được thiết kế mới, việc bố trí tối ưu vị trí tua bin gió đã là
một vấn đề phức tạp và hiện đang được nhiều nhà nghiên cứu đề xuất các thuật tốn bố
trí tối ưu đáp ứng theo nhu cầu thực tế. Tuy nhiên, đối với một trang trại gió hiện hữu
khi cần mở rộng hoặc nâng cơng suất, việc bố trí tối ưu các vị trí tua bin lắp mới trên
cơ sở phối hợp với các tua-bin đã lắp đặt trước đó của trang trại gió hiện hữu đang là
một vấn đề khá phức tạp và đáng quan tâm xem xét giải quyết do phải xử lý
4
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 1: Giới thiệu chung
vấn đề hiệu ứng che chắn gió giữa các tua-bin.
Từ các lý do trên, đề tài đồ án đã nghiên cứu một thuật toán mới được cơng bố
gần đây là thuật tốn Cuckoos Search (CS) để giải quyết việc bố trí tối ưu vị trí tua-bin
gió để nâng cơng suất hoặc mở rộng trang trại gió hiện hữu.
1.4.2 Phạm vi nghiên cứu
Đồ án đề xuất nghiên cứu trên cơ sở tìm hiểu về lý thuyết thuật tốn
Cukoos Search.
Mục đích nghiên cứu của đề tài là có thể ứng dụng thuật toán CS để giải bài toán
tối ưu hóa vị trí tua-bin để nâng cơng suất trại gió hiện hữu.
1.4.3 Đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết: thu thập các tài liệu có trước về thuật tốn CS và các ứng
dụng trước đây, nghiên cứu về tua bin gió, nhà máy điện gió và chi phí của tua-bin gió
khi tham gia vào hệ thống.

5

SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 2: Xây dựng mơ hình bài tốn
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH BÀI TỐN
2.1 Tua-bin gió và tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam.
2.1.1 Tua-bin gió
Tua-bin gió là máy dùng để biến đổi động năng của gió thành cơ năng. Máy năng
lượng này có thể được dùng trực tiếp như trong trường hợp của cối xay bằng sức gió,
hay biến đổi tiếp thành điện năng như trong trường hợp máy phát điện bằng sức gió.

Hình 2. 1: Tuabin gió Cypress của General Electric (GE)
Cơng suất phát điện của tua bin gió được tính theo cơng thức:
Pw =

1

3
2 . ρ . A .C p .(vw ) (2.1)

6
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 2: Xây dựng mơ hình bài tốn
Đặc điểm làm việc của tua-bin gió là cơng suất phát thay đổi theo tốc độ gió

trong ngày và theo mùa trong năm, khi đầu tư xây dựng nhà máy điện gió cần khảo sát
chi tiết đặc điểm của gió tại vị trí sẽ xây dựng nhà máy, trong đó quan trọng là phải có
lịch sử dữ liệu tốc độ gió của nhiều năm trước để tính tốn được vận tốc của gió của
năm tiếp theo.
2.1.2 Tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam
Việt Nam nằm trong vung khí hậu nhiệt đới gió mùa, có đường bờ biển trải dài
hơn 3.000 km, vì vậy tiềm năng phát triển năng lượng gió tại Việt Nam vô cùng lớn.
Theo đanh gia cua Ngân hàng Thế giới, Việt Nam là nước có tiềm năm gió lớn
nhất trong bốn nước của khu vực, với hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước
tính là có tốc độ gió trung bình hằng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65 m, tương đương
công suất 512 GW.
Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65 m:
Bảng 2. 1: Tiềm năng gió ở Việt Nam
Tốc độ gió TB

Diện tích đất
(km2)
% Tổng diện tích
MW tiềm năng

2.2 Mơ hình che chắn gió (wake modeling)
Khi hoạt động, tua-bin gió tạo ra hai vùng bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng che chắn
gọi là “vùng ảnh hưởng gần” (near wake) và “vùng ảnh hưởng xa” (far wake). Vùng
ảnh hưởng gần có khoảng cách từ 2-3 đường kính rơ-to phía sau tua-bin, là vùng mà
các tua-bin trực tiếp làm nhiễu loạn gió. Vùng ảnh hưởng xa nằm ở phía sau vùng ảnh
hưởng gần, có khoảng cách từ 3-7 đường kính rơ-to, thường là vùng bị tác động nằm
7
SVTH: Nguyễn Thanh Phục



TIEU LUAN MOI download :


Chương 2: Xây dựng mơ hình bài tốn
trong trang trại gió lớn. Trong vấn đề tối ưu hóa vị trí tua-bin, vùng ảnh hưởng xa trở
nên quan trọng hơn vùng ảnh hưởng gần. Điều này càng quan trọng hơn đối với việc
lắp đặt thêm tua-bin mới khi muốn nâng công suất hoặc mở rộng trại gió hiện hữu. Do
đó, phương pháp đơn giản để giải quyết, phân tích vấn đề là khai thác bản chất tương
tự của vùng ảnh hưởng xa nhằm mơ hình hóa vùng nhiễu loạn gió.
Các vùng gió bị ảnh hưởng sau tua bin được thể hiện như hình sau:

Hình 2. 2: Vùng nhiễu loạn gió phía sau tua-bin
Mơ hình vùng ảnh hưởng xa được chia thành hai nhóm cơ bản là Kinematic
models và Field and Wake added turbulence models. Larsen wake model, Frandsen
and Jensen’s wake model thuộc nhóm Kinematic model.
Một trong những mơ hình đầu tiên lâu đời nhất và được sử dụng rộng rãi nhất
được phát triển bởi N.O. Jensen, và được cải tiến bởi Katic. Mơ hình khá đơn giản,
được giả định tuyến tính mở rộng với việc suy giảm vận tốc chỉ phụ thuộc vào khoảng
cách phía sau rơ-to tua-bin.
Jensen xử lý vùng ảnh hưởng sau tua-bin như một sự nhiễu loạn gió và bỏ qua
ảnh hưởng gió xốy, vốn chỉ ảnh hưởng đến vùng gần tua-bin.

8
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 2: Xây dựng mơ hình bài tốn
Theo mơ hình của Jensen như trong Hình 2.3, gió thổi từ trái sang phải với tốc độ v0

và đập vào tua-bin, bán kính quét của cánh quạt là r0. Tại một khoảng cách x nằm phía sau
tua-bin, tốc độ sẽ là v1 và bán kính bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng Wake là :
rx = αx + r0.

(2.2)

Đại lượng α thể hiện mức độ mở rộng hiệu ứng Wake và được xác định theo cơng thức:
0.5
z
(2.3) ln
α =

z

0

trong đó:
z là chiều cao tua-bin gió
z0 là độ nhám bề mặt.

Hình 2. 3:Mơ hình hiệu ứng Wake của Jensen
Gọi i là vị trí tua-bin phía trước tạo ra hiệu ứng Wake, j là vị trí tua-bin phía sau bị
ảnh hưởng, v0 là biên độ tốc độ gió, vj là tốc độ gió tại vị trí j. Ta có:
vJ=v0 ¿)

(2.4)

Trong đó, vdij là vận tốc hao hụt tại vị trí j khi bị ảnh hưởng hiệu ứng Wake của
tua-bin ở vị trí i, vdij được xác định như sau:


vdij=

Hệ số α được gọi là hệ số điện kháng dọc trục và được xác định như sau:
α =0,5 (1−√1−CT )(2.6)

9
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 2: Xây dựng mơ hình bài tốn
Trong đó, CT là hệ số đẩy của tua-bin, có mối quan hệ với điện kháng dọc trục như
sau:
CT=4α ¿1-α)

Trong đó, rd là bán kính qt của rotor phía sau:
=

rd rr

√

Trong đó: xij là khoảng cách giữa vị trí i và j.
Trong một trang trại máy phát gió, hiệu ứng Wake bị giao nhau và các tua-bin phía
sau đều bị ảnh hưởng cùng một lúc. Theo mơ hình của Jensen, vận tốc bị hao hụt vd ef
(j) tại vị trí thứ j sẽ bị ảnh hưởng theo công thức sau:

vd ( j)=
ef


√

∑w(j)

i ∈

vd 2 (2.9)
ij

Trong đó W(j) là tập hợp các tua-bin bị ảnh hưởng hiệu ứng Wake bởi tua-bin vị trí
i.
Theo giả thuyết của Mosetti , tổng chi phí đầu tư cho một tua-bin là 1, thì đầu tư
cho mỗi tua-bin tiếp theo chỉ cịn 1/3. Như vậy, tổng chi phí trên một năm của một
trang trại gió được tính như sau:
Cost=N

(23 +13 exp

−0,00174 N 2

)(2.10)

Hiệu suất của trang trại máy phát điện gió được tính như sau:
Efficiency =
Để tính tốn cơng suất trong một trang trại máy phát điện gió, các công thức được
đề xuất từ Mosetti như sau:
Đối với 01 tua-bin gió có xét đến hiệu suất:
Power produced = η


1
3
2 ρA u (2.12)

Trong đó, η là hiệu suất tổng thể của tua-bin gió; ρlà mật độ khơng khí (kg/m3); và
A

là diện tích qt của tua-bin gió
2

(m ); Cơng suất của tua-bin được đề xuất
theo là:
Power produced = 40%
10
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

1
2 3
2 .1,2 π 20 u (2.13)


TIEU LUAN MOI download :


Chương 2: Xây dựng mơ hình bài tốn
Power produced =301u3(watt)
2.3 Đặc tuyến tua-bin gió
Đặc tuyến tua-bin gió được xác định bởi các nhà sản xuất tua-bin giúp cho việc
ước tính sản lượng điện gió tại khu vực trại gió. Việc mơ hình chính xác đặc tuyến tuabin có vai trị rất quan trọng trong việc ước đoán năng lượng điện gió và hỗ trợ việc
nâng cơng suất hoặc mở rộng trang trại gió.

Nhiều phương pháp tiếp cận đối với đặc tuyến tua-bin gió đã được giới thiệu,
trong đó có phương pháp xấp xỉ đa thức. Trong đề tài này, mô hình đa thức bậc 9 được
áp dụng vì được xem là phù hợp nhất. Mơ hình đa thức bậc 9 như sau:
f ( x )= p1 x9+ p2 x8 + p3 x7 + p4 x6 + p5 x5 + p6 x4 + p7 x3 + p8 x2+ p9 x + p10 (2.15)

Hình 2.4, Hình 2.5, Hình 2.6 cho thấy so sánh giữa mơ hình đa thức và đặc
tuyến tua-bin gió thực tế đề xuất của đề tài luận văn. Quan sát cho thấy đặc tuyến mơ
hình rất gần với đặc tuyến tua-bin thực tế áp dụng.

Hình 2.4: Đặc tuyến tua-bin gió 1.5MW - FUHRLÄNDER FL MD 77

11
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 2: Xây dựng mơ hình bài tốn

Hình 2.5: Đặc tuyến tua-bin gió 2MW - VESTAS V80-2.0MW

Hình 2.6: Đặc tuyến tua-bin gió 2.5MW - GE WIND ENERGY GE 2.5
Theo đó, đặc tuyến tua-bin gió được viết lại:
f

(

v

)=


<

{0 , vi

vcut ∈¿ ,vi> vcut out ¿ f

( )∈
x

( )

(

Eq 6 , vcut ∈¿
)

Cùng với đặc tuyến tua-bin gió, đặc tuyến Ct (thrust coefficient) có vai trị rất quan
trọng trong việc tính tốn hiệu ứng che chắn gió trong trang trại gió và hiệu suất của
trại gió. Đặc tuyến này có thể được cung cấp từ các nhà sản xuất tua-bin gió hoặc
tra cứu trong thư viện của các phần mềm WAsP và WindPRO.

12
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :


Chương 2: Xây dựng mơ hình bài tốn

2.4 Thuật tốn tìm kiếm
Trong những năm gần đây, các thuật tốn tìm kiếm ngẫu nhiên đã được sử dụng
như là kỹ thuật chính để đạt được giải pháp tối ưu trong việc giải quyết các vấn đề
thực tế. Các thuật toán như vậy chủ yếu đạt được tối ưu từ việc khai thác ngẫu nhiên
làm cho các thuật toán này khác biệt so với các phương pháp xác định. Thuật toán xác
định đáng tin cậy sẽ đưa ra câu trả lời giống nhau cho một vấn đề nhất định với một
điểm khởi đầu giống nhau. Tuy nhiên, hành vi này dễ dẫn đến “cạm bẫy” tối ưu cục
bộ, nó có thể xem như một bất lợi cho các kỹ thuật tối ưu xác định. Sự trì trệ tối ưu
cục bộ đề cập đến cạm bẫy của thuật toán trong giải pháp cục bộ và kết quả là sự thất
bại trong việc tìm kiếm tối ưu toàn cầu thực sự. Khi gặp những vấn đề thực tế có số
lượng lớn các giải pháp cục bộ, các thuật toán xác định sẽ mất đi độ tin cậy trong việc
tìm kiếm tối ưu tồn cầu.
Thuật toán tối ưu ngẫu nhiên (metaheuristic algorithms) đề cập đến giả định các
thuật toán khai thác ngẫu nhiên bao gồm các thuật tốn tiến hóa (evolutionary
algorithm). Đặc tính ngẫu nhiên là đặc điểm chính của thuật tốn ngẫu nhiên. Chúng
sử dụng việc khai thác ngẫu nhiên khi tìm kiếm để đạt được tối ưu tồn cầu trong
khơng gian tìm kiếm.
Mặc dù bản chất ngẫu nhiên của các kỹ thuật như vậy có thể làm các thuật tốn
này khơng đáng tin cậy trong việc có được một giải pháp tương tự trong mỗi lần chạy,
các thuật tốn này có thể tránh được giải pháp cục bộ dễ dàng hơn nhiều so với các
thuật toán xác định. Các hành vi ngẫu nhiên cũng đạt được kết quả trong việc đưa ra
các giải pháp khác nhau cho một vấn đề nhất định trong mỗi lần chạy.
Thuật tốn tiến hóa tìm kiếm tối ưu tồn cầu trong một khơng gian bằng cách tạo
ra một hoặc nhiều giải pháp ngẫu nhiên cho một vấn đề nhất định. Tập hợp này được
gọi là được gọi là tập hợp các giải pháp “ứng cử”. Tập hợp này được cải thiện sau các
vòng lặp cho đến khi đạt điều kiện dừng. Những cải tiến có thể được coi như việc tìm
kiếm một xấp xỉ chính xác hơn về tối ưu tồn cầu so với những dự đốn ngẫu nhiên
ban đầu. Cơ chế này mang đến cho các thuật tốn tiến hóa một số thuận lợi thực sự:
vấn đề độc lập, độc lập về nguồn gốc, tránh tối ưu cục bộ và sự đơn giản.

13
SVTH: Nguyễn Thanh Phục

TIEU LUAN MOI download :