ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------

NGUYỄN PHƯỚC TRÍ

ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP SYMBIOTIC ORGANISMS
SEARCH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TỐI ƯU NGUỒN PHÂN TÁN
ĐỂ GIẢM TỔN THẤT TRÊN LƯỚI TRUNG THẾ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số:

60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2016


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. TRẦN HOÀNG LĨNH
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. DƯƠNG THANH LONG
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 07 tháng 01 năm 2017
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. PGS. TS. Phan Thị Thanh Bình (Chủ tịch)
2. TS. Trần Hoàng Lĩnh (Phản biện 1)
3. TS. Dương Thanh Long (Phản biện 2)
4. TS. Phạm Đình Anh Khơi (Ủy viên)

5. TS. Huỳnh Quốc Việt (Thư ký)
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


Trang i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

NGUYỄN PHƯỚC TRÍ

MSHV:

7141150

Ngày, tháng, năm sinh:

12/09/1992


Nơi sinh:

Vĩnh Long

Chuyên ngành:

Kỹ thuật điện

Mã số:

60520202

TÊN ĐỀ TÀI: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP SYMBIOTIC ORGANISMS

I.

SEARCH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ TỐI ƯU NGUỒN PHÂN TÁN ĐỂ GIẢM TỔN
THẤT TRÊN LƯỚI TRUNG THẾ
II.

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 Nghiên cứu phương pháp Newton – Raphson để giải phân bố công suất LĐPP
 Nghiên cứu hệ số độ nhạy (LSF) để xác định vị trí nút ứng viên kết nối DG
 Áp dụng thuật tốn SOS để tìm dung lượng tối ưu của DG
 Khảo sát với hai hệ thống điện chuẩn IEEE 33 nút và IEEE 69 nút

III.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 04/07/2016


IV.

NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016

V.

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. VÕ NGỌC ĐIỀU
Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)
PGS. TS. Võ Ngọc Điều

(Họ tên và chữ ký)
PGS. TS. Võ Ngọc Điều
TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang ii

LỜI CẢM ƠN
Lời nói đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến thầy Võ

Ngọc Điều, người thầy đã hướng dẫn khoa học cho luận văn này của em. Thầy đã cung
cấp cho em rất nhiều tài liệu quý báu đặc biệt là các bài báo khoa học liên quan, giúp
em có nhiều ý tưởng hơn trong quá trình thực hiện luận văn. Cũng nhờ sự đơn đốc và
sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy mà em đã hoàn thành luận văn này.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy, Cô của Khoa Điện – Điện
tử, trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM. Nhờ sự tận tình truyền đạt của quý Thầy, Cô
mà em đã tiếp thu được những kiến thức vơ cùng mới mẽ và bổ ích. Đây sẽ là những
hành trang quý giá cho em sau này.
Bên cạnh đó, em cũng xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã
quan tâm, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi để em thực hiện luận văn.
Em xin chân thành cảm ơn./.
Tp. HCM, ngày 04 tháng 12 năm 2016
Học viên

Nguyễn Phước Trí

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang iii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nguồn phân tán (DG) ngày càng được sử dụng rộng rãi cho lưới điện phân phối
(LĐPP). Việc sử dụng DG sẽ góp phần cải thiện hiệu suất của hệ thống về chất lượng
điện áp, giảm tổn thất công suất, cải thiện chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp
điện. Bên cạnh đó, sự hiện diện của DG còn giúp giảm gánh nặng về đầu tư nâng cấp
lưới điện, chi phí nhiên liệu, chi phí vận hành và các dịch vụ phụ trợ. Tuy nhiên, các
đơn vị DG nếu đặt mà khơng tính tốn hợp lý thì sẽ dẫn đến giảm hiệu suất của hệ

thống. Do đó, vấn đề đặt ra là phải tính tốn tối ưu hóa dung lượng và vị trí của DG
trước khi tích hợp chúng vào LĐPP.
Trong luận văn này đề xuất một thuật tốn hồn tồn mới – thuật tốn cộng sinh
(SOS) để giải quyết bài tốn tối ưu hóa dung lượng và vị trí của DG (OPDG) với hàm
mục tiêu là tối thiểu tổn thất công suất tác dụng (CSTD) đồng thời đáp ứng các ràng
buộc về cân bằng công suất tại mỗi nút, giới hạn điện áp nút, giới hạn công suất phát
của mỗi đơn vị DG và giới hạn về tổng công suất phát của DG. Hệ số độ nhạy (LSF)
được sử dụng để xác định các nút ứng viên cho vị trí kết nối các đơn vị DG. Thuật tốn
SOS được sử dụng để tìm dung lượng tối ưu của DG. Thuật toán đề xuất được áp dụng
trên hai hệ thống điện chuẩn IEEE – 33 nút và IEEE – 69 nút. Ba dạng bài toán OPDG
khác nhau lần lượt được khảo sát như sau:
 Bài toán thứ nhất, bài toán OPDG với hàm đơn mục tiêu, được khảo sát với hai
trường hợp tương ứng với hai loại DG khác nhau. Đối với mỗi trường hợp, lần
lượt khảo sát với số lượng DG thay đổi từ một đến ba. Kết quả thu được từ việc
áp dụng thuật toán SOS được so sánh với các thuật toán khác như GA, PSO,
REPSO, HPSO, TLBO và HSA.
 Bài toán thứ hai, cũng là bài toán OPDG với hàm đơn mục tiêu. Tuy nhiên, yêu
cầu của bài toán này là xác định số lượng DG tối ưu đáp ứng các ràng buộc về
vận hành. Kết quả về số lượng DG tối ưu tìm được từ thuật tốn SOS được so
sánh với kết quả của thuật toán PSO.
CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang iv

 Bài toán thứ ba, bài toán OPDG với hàm đa mục tiêu, bài toán được thành lập
bao gồm mục tiêu về tối thiểu tổn thất CSTD cùng với mục tiêu về tối thiểu chi
phí. Phương pháp trọng số đã được sử dụng để xử lý hàm đa mục tiêu. Ngoài ra,

lý thuyết tập mờ cũng được sử dụng để đưa ra lời giải thỏa thiệp tốt nhất. Kết
quả tìm được từ thuật tốn SOS được so sánh với kết quả của thuật toán PSO.

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang v

ABSTRACT
The number of distributed generation (DG) units installed in the distribution
system has been increasing significantly. The use of DG will contribute to improve
system performance in terms of voltage profile, reduce power losses, and improve
power quality and reliability of supply. Besides, the presence of DG also helps reduce
pressure on upgrading the grid in investments, fuel costs, operating costs and reserve
requirements. However, the DG units if placed without reasonable calculation results
into deterioration of system performance. Therefore, the problem is to optimize the size
and sitting of DG before integrating them into distribution systems.
In this thesis, a novel combined approach that uses the loss sensitivity factor
(LSF) and symbiotic organisms search (SOS) algorithm to solve optimal placement of
DG (OPDG) problem in distribution systems for loss reduction and improvement of
voltage profile has been presented. For the implementation of the proposed method, the
LSF is used to find the DG locations and the optimal DG size is evaluated based on the
objective function which minimizes the total active power loss using SOS algorithm.
The proposed method has been assessed using two different test systems, a 33-bus test
system and another 69-bus test system. Three different forms of OPDG problem are
considered as follows:
 Firstly, the OPDG problem with the single objective function. The problem is
considered with two different Scenarios corresponding two different types of

DG. For each Scenario, three test cases are considered: Case 1 - installation of
single DG, Case 2 - installation of two DG units, and Case 3 - installation of
three DG units. The results obtained by the proposed SOS algorithm are
compared to those obtained by GA, PSO, REPSO, HPSO, TLBO and HSA.
 Secondly, this is also the OPDG problem with the single objective function, but
the aim of this problem is to find the optimal number of DG units while
satisfying operational constraints. To evaluate the effectiveness of the proposed
CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang vi

SOS algorithm, the performances of the systems are analyzed and compared
with PSO algorithm.
 Finally, the OPDG problem are solved via a multi-objective optimization
approach. The total real power losses and the overall DG installation cost are
two important factors that this approach considers as objective functions. The
weighted sum method has been used to combine the objectives. In addition, a
fuzzy decision making method is applied to guide the decision-maker to the
compromise trade-off solutions among two different objective functions. The
results yielded by the proposed algorithm are compared with PSO algorithm.

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang vii


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan luận văn này hoàn toàn do em thực hiện dưới sự hướng dẫn
khoa học của PGS. TS. Võ Ngọc Điều.
Các kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được cơng bố
trên bất kỳ cơng trình nào khác.
Học viên
Nguyễn Phước Trí

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang viii

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ................................................................................ I
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................. II
TÓM TẮT LUẬN VĂN ................................................................................................ III
ABSTRACT .................................................................................................................... V
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ VII
MỤC LỤC ................................................................................................................... VIII
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................XI
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................... XIII
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG............................................................................... 1
1.1.

Giới thiệu khái quát và hướng tiếp cận của đề tài ........................................ 1


1.1.1.

Đặt vấn đề .................................................................................................... 1

1.1.2.

Hướng tiếp cận của đề tài ............................................................................. 2

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................... 2

1.3.

Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................... 3

1.4.

Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 3

1.5.

Điểm mới của luận văn ................................................................................ 3

1.6.

Bố cục của luận văn ..................................................................................... 3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ NGUỒN
PHÂN TÁN ...................................................................................................................... 5

2.1.

Tổng quan về hệ thống lưới điện phân phối ................................................ 5

2.1.1.

Tổng quan..................................................................................................... 5

2.1.2.

Một số đặc điểm của lưới điện phân phối .................................................... 5

2.2.

Khái niệm chung về nguồn phân tán ............................................................ 6

2.2.1.

Định nghĩa .................................................................................................... 6

2.2.2.

Các loại nguồn phân tán ............................................................................... 6

2.2.3.

Các lợi ích của nguồn phân tán .................................................................. 10

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều


HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang ix

2.2.4.

Tác động của DG đối với lưới điện phân phối và tổn thất hệ thống .......... 10
Phân bố công suất lưới điện phân phối ...................................................... 11

2.3.
2.3.1.

Giới thiệu.................................................................................................... 11

2.3.2.

Giải phân bố công suất lưới điện phân phối bằng phương pháp Newton-

Raphson .................................................................................................................... 12
2.4.

Hệ số độ nhạy – LSF (Loss Sensitivity Factor) ......................................... 16

2.5.

Tổng quan về bài toán đặt tụ bù tối ưu ...................................................... 18

2.5.1.


Tổng quan................................................................................................... 18

2.5.2.

Các thuật toán đã sử dụng để giải bài toán đặt tụ bù tối ưu ....................... 20

2.5.2.1.

Thuật toán GA (Genetic Algorithm) ...................................................... 20

2.5.2.2.

Thuật toán TS (Tabu Search) ................................................................. 23

2.5.2.3.

Thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) .................................... 26

2.6.

Tóm lược các bài báo có liên quan đến đề tài ............................................ 28

2.7.

Các thuật toán đã sử dụng để giải bài toán OPDG..................................... 32

2.7.1.

Thuật toán MTLBO (Modified Teaching–Learning Based Optimization) 32


2.7.2.

Thuật toán ACO (Ant Colony Optimization) ............................................ 36

2.7.3.

Thuật toán ABC (Artificial Bee Colony) ................................................... 39

2.7.4.

Thuật toán PSO (Particle Swarm Optimization) ........................................ 42

CHƯƠNG 3: THÀNH LẬP BÀI TỐN TỐI ƯU HĨA VỊ TRÍ CỦA DG CHO LƯỚI
ĐIỆN PHÂN PHỐI ........................................................................................................ 45
3.1.

Cơ sở phát triển của bài toán ...................................................................... 45

3.2.

Thành lập bài toán OPDG .......................................................................... 46

3.2.1.

Bài toán OPDG với hàm đơn mục tiêu ...................................................... 46

3.2.2.

Bài toán OPDG với hàm đa mục tiêu......................................................... 49


CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP LUẬN GIẢI QUYẾT BÀI TOÁN ............................. 53
4.1.

Tổng quan................................................................................................... 53

4.2.

Thuật toán SOS (Symbiotic Organisms Search) ........................................ 53

4.3.

Áp dụng thuật toán SOS giải bài toán OPDG trên lưới điện phân phối .... 58

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang x

4.3.1.

Các thơng số của thuật tốn SOS ............................................................... 60

4.3.2.

Trình tự các bước thực hiện của thuật toán SOS giải bài tốn OPDG....... 60

CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ TÍNH TỐN ......................................................................... 62
5.1.


Kết quả phân tích của hệ thống trước khi kết nối DG ............................... 64

5.1.1.

Hệ thống điện IEEE – 33 nút ..................................................................... 64

5.1.2.

Hệ thống điện IEEE – 69 nút ..................................................................... 67

5.2.

Kết quả thu được sau khi kết nối DG với số DG cố định .......................... 71

5.2.1.

Hệ thống điện IEEE – 33 nút ..................................................................... 71

5.2.2.

Hệ thống điện IEEE – 69 nút ..................................................................... 76

5.3.

Kết quả thu được sau khi kết nối DG với số DG tối ưu ............................. 84

5.3.1.

Hệ thống IEEE - 33 nút .............................................................................. 84


5.3.2.

Hệ thống IEEE – 69 nút ............................................................................. 88

5.4.

Kết quả thu được với bài toán đa mục tiêu ................................................ 93

5.4.1.

Hệ thống IEEE – 33 nút ............................................................................. 94

5.4.2.

Hệ thống IEEE – 69 nút ............................................................................. 97

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN ........................................................................................... 100
6.1.

Kết luận .................................................................................................... 100

6.2.

Hướng phát triển đề tài............................................................................. 100

6.3.

Lời kết ...................................................................................................... 101


TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 102
PHỤ LỤC A. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG KHẢO SÁT ........................................................ 107
PHỤ LỤC B. DỮ LIỆU HỆ THỐNG KHẢO SÁT .................................................... 108
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG .......................................................................................... 111

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang xi

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ đơn tuyến của một LĐPP hai nút ......................................................... 16
Hình 3.1. Đường cong Pareto [34] ................................................................................. 50
Hình 3.2. Hàm thành viên tuyến tính [35] ..................................................................... 51
Hình 4.1. Sự minh họa cho giai đoạn hỗ sinh, (A) vị trí ở giai đoạn đầu, (B) vị trí ở
cuối giai đoạn [30] ......................................................................................................... 56
Hình 4.2. Sự minh họa cho giai đoạn hội sinh, (A) vị trí ở giai đoạn đầu, (B) vị trí ở
cuối giai đoạn [30] ......................................................................................................... 57
Hình 4.3. Sự minh họa cho giai đoạn ký sinh, (A) vị trí ở giai đoạn đầu, (B) vị trí ở
cuối giai đoạn [30] ......................................................................................................... 58
Hình 5.1. Chỉ số điện áp nút của hệ thống 33 nút trước khi kết nối DG ....................... 64
Hình 5.2. Chỉ số điện áp nút của hệ thống 69 nút trước khi kết nối DG ....................... 67
Hình 5.3. Chỉ số điện áp của hệ thống 33 nút ở phương án 1 ........................................ 72
Hình 5.4. Đặc tuyến hội tụ của thuật toán SOS cho Case 3 ở phương án 1 của hệ thống
33 nút .............................................................................................................................. 73
Hình 5.5. Chỉ số điện áp của hệ thống 33 nút ở phương án 2 ........................................ 74
Hình 5.6. Đặc tuyến hội tụ của thuật toán SOS cho Case 3 ở phương án 2 của hệ thống
33 nút .............................................................................................................................. 75

Hình 5.7. Chỉ số điện áp của hệ thống 69 nút ở phương án 1 ........................................ 77
Hình 5.8. Đặc tuyến hội tụ của thuật toán SOS cho Case 3 ở phương án 1 của hệ thống
69 nút .............................................................................................................................. 78
Hình 5.9. Chỉ số điện áp của hệ thống 69 nút ở phương án 2 ........................................ 80
Hình 5.10. Đặc tuyến hội tụ của thuật toán SOS cho Case 3 ở phương án 2 của hệ
thống 69 nút.................................................................................................................... 81
Hình 5.11. Đường đặc tính hội tụ của hàm mục tiêu ..................................................... 83
Hình 5.12. Giá trị của hàm fitness sau 30 lần chạy chương trình .................................. 83
Hình 5.13. Sự thay đổi của tổn thất đối với số lượng DG khác nhau ............................ 85
CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang xii

Hình 5.14. Đường cong về chỉ số điện áp của hệ thống 33 nút với sự kết nối của số
lượng DG tối ưu ............................................................................................................. 86
Hình 5.15. Sự thay đổi của tổn thất đối với số lượng DG khác nhau ............................ 88
Hình 5.16. Đường cong về chỉ số điện áp của hệ thống 69 nút với sự kết nối của số
lượng DG tối ưu ............................................................................................................. 89
Hình 5.17. Đường cong Pareto thu được bởi thuật tốn SOS ........................................ 95
Hình 5.18. Đường cong Pareto thu được bởi thuật tốn PSO ........................................ 95
Hình 5.19. Đường cong Pareto thu được bởi thuật toán SOS ........................................ 97
Hình 5.20. Đường cong Pareto thu được bởi thuật tốn PSO ........................................ 98
Hình A.1. Sơ đồ đơn tuyến của LĐPP hình tia 33 nút ................................................. 107
Hình A.2. Sơ đồ đơn tuyến của LĐPP hình tia 69 nút ................................................. 107

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều


HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang xiii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Đặc tính của các loại pin nhiên liệu [17] ......................................................... 8
Bảng 5.1. Lựa chọn thông số SOS cho hệ thống 33 nút ................................................ 63
Bảng 5.2. Lựa chọn thông số SOS cho hệ thống 69 nút ................................................ 63
Bảng 5.3. Kết quả chạy phân bố công suất cho hệ thống 33 nút ................................... 65
Bảng 5.4. Hệ số độ nhạy của LĐPP hình tia 33 nút ....................................................... 66
Bảng 5.5. Kết quả chạy phân bố công suất cho hệ thống 69 nút ................................... 68
Bảng 5.6. Hệ số độ nhạy của LĐPP hình tia 69 nút ....................................................... 69
Bảng 5.7. Hệ số độ nhạy của LĐPP hình tia 69 nút (tiếp theo) ..................................... 70
Bảng 5.8. Kết quả của hệ thống 33 nút ở phương án 1 .................................................. 71
Bảng 5.9. Kết quả so sánh của hệ thống 33 nút ở phương án 1 ..................................... 72
Bảng 5.10. Kết quả của hệ thống 33 nút ở phương án 2 ................................................ 74
Bảng 5.11. Kết quả so sánh của hệ thống 33 nút ở phương án 2 ................................... 75
Bảng 5.12. Kết quả của hệ thống 69 nút ở phương án 1 ................................................ 77
Bảng 5.13. Kết quả so sánh của hệ thống 69 nút ở phương án 1 ................................... 78
Bảng 5.14. Kết quả của hệ thống 69 nút ở phương án 2 ................................................ 79
Bảng 5.15. Kết quả so sánh của hệ thống 69 nút ở phương án 2 ................................... 80
Bảng 5.16. Kết quả hội tụ ứng với từng ecosize trong 30 lần chạy ............................... 82
Bảng 5.17. Thông số của thuật toán PSO, SOS ............................................................. 84
Bảng 5.18. Kết quả về số DG tối ưu tìm được bởi PSO và SOS ................................... 85
Bảng 5.19. Kết quả so sánh của hệ thống 33 nút với số lượng DG khác nhau .............. 86
Bảng 5.20. Kết quả so sánh của hệ thống 33 nút với số lượng DG khác nhau (tiếp theo)
........................................................................................................................................ 87
Bảng 5.21. Kết quả tổng hợp về số DG tối ưu của hệ thống 33 nút .............................. 87
Bảng 5.22. Kết quả về số DG tối ưu của hệ thống 69 nút.............................................. 89

Bảng 5.23. Thống kê về sự vi phạm các ràng buộc ....................................................... 90
Bảng 5.24. Kết quả so sánh của hệ thống 69 nút với số lượng DG khác nhau .............. 91
CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang xiv

Bảng 5.25. Kết quả tổng hợp về số DG tối ưu của hệ thống 69 nút .............................. 91
Bảng 5.26. Các thơng số của thuật tốn PSO và SOS ................................................... 94
Bảng 5.27. Kết quả về lời giải tốt nhất đối với từng hàm mục tiêu ............................... 94
Bảng 5.28. Lời giải thỏa thiệp tốt nhất của hai thuật toán ở hệ thống 33 nút ................ 96
Bảng 5.29. Kết quả về lời giải tốt nhất đối với từng hàm mục tiêu ............................... 97
Bảng 5.30. Lời giải thỏa thiệp tốt nhất của hai thuật toán ở hệ thống 69 nút ................ 98
Bảng B.1. Dữ liệu hệ thống IEEE – 33 nút .................................................................. 108
Bảng B.2. Dữ liệu hệ thống IEEE – 69 nút .................................................................. 109
Bảng B.3. Dữ liệu hệ thống IEEE – 69 nút (tiếp theo) ................................................ 110

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 1

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu khái quát và hướng tiếp cận của đề tài
1.1.1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của kinh tế - xã hội, nhu cầu về điện năng cũng ngày càng

tăng. Tuy nhiên, việc mở rộng của nguồn điện và hệ thống truyền tải bị hạn chế nên
không thể đáp ứng kịp. Nguyên nhân là do thủy điện đã được khai thác rất triệt để cịn
các nguồn năng lượng hóa thạch thì ngày càng cạn kiệt. Như vậy, vấn đề đặt ra là phải
tìm kiếm các dạng năng lượng khác để thay thế cho các nguồn năng lượng truyền
thống.
Chính vì lý do đó mà các nguồn năng lượng tái tạo đã nổi lên như một trong
những sự lựa chọn ưu tiên để đối phó với sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu hóa thạch.
Những nguồn năng lượng tái tạo này thường được sử dụng như những nguồn phát nhỏ
có cơng suất từ vài kW đến khoảng 50 MW và được đặt gần nơi tiêu thụ điện năng.
Viện nghiên cứu năng lượng (EPRI) định nghĩa các nguồn phát nhỏ này như là các
nguồn điện phân tán (DG). Việc kết nối DG vào LĐPP trở nên phổ biến hơn bởi vì
những tác động tích cực đến LĐPP mà nó đem lại chẳng hạn như giảm tổn thất công
suất, tăng cường độ tin cậy và cải thiện chất lượng điện áp của hệ thống. Việc sử dụng
DG còn giúp giảm áp lực về đầu tư cải tạo lưới điện, giảm chi phí nhiên liệu, chi phí
vận hành và các yêu cầu dự phòng. Tùy vào cấu trúc lưới điện và công nghệ DG mà sự
tác động của DG là khác nhau. Tuy nhiên, các đơn vị DG nếu đặt mà khơng có tính
tốn hợp lý thì sẽ dẫn đến giảm hiệu suất của hệ thống. Để tận dụng lợi ích của DG,
đơn vị quy hoạch hệ thống phải tính tốn tối ưu hóa dung lượng và vị trí của DG trước
khi tích hợp chúng vào LĐPP.
Do đó, bài tốn tối ưu hóa vị trí DG (OPDG) đã thu hút sự quan tâm của nhiều
nhà nghiên cứu trong những năm qua. Nhiều bài toán về vận hành DG đã được đặt ra.
Các bài toán xoay quanh việc chứng minh sự có mặt của DG trong hệ thống là có lợi
dựa trên các chỉ số mà họ đặt ra. Tuy mỗi bài toán sử dụng các thuật toán khác nhau,

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 2


đặt ra các hàm mục tiêu khác nhau, nhưng đều có chung một mục đích là xác định vị trí
đặt thích hợp và lượng cơng suất phát cần thiết của DG sao cho sự vận hành trong hệ
thống là tối ưu [1].
1.1.2. Hướng tiếp cận của đề tài
Với những ưu điểm của bài toán OPDG mang lại, trong hơn một thập niên vừa
qua có nhiều nhà nghiên cứu đã đóng góp rất nhiều cả về sức lực và thời gian để tìm ra
thuật tốn giải quyết bài tốn này. Trong đó có rất nhiều thuật tốn đã được sử dụng từ
cổ điển cho đến trí tuệ nhân tạo và tiến hóa chẳng hạn như: analytical method [2-5];
lagrante multiplier (LM) [6]; interior point method (IPM) [7]; teaching-learning based
optimization (TLBO) [8]; tabu search (TS) [9]; genetic algorithm (GA) [10-11];
differential evolution (DE) [12]; ant colony optimization (ACO) [13]; particle swarm
optimization (PSO) [14-15]; v.v. Để tìm lời giải tối ưu cho hàm khơng tuyến tính với
các ràng buộc, các phương pháp trước đây đã sử dụng phương thức lặp, việc này sẽ
mất nhiều thời gian và đôi khi lời giải cũng chưa tối ưu nếu gặp phải hệ thống điện lớn.
Ngày nay, việc tính tốn tối ưu hóa được lấy cảm hứng từ sự vận động và phát triển
của sinh vật, đã cho thấy đây là một phương pháp thay thế tiềm năng để giải bài tốn
tối ưu hóa OPDG phức tạp với nhiều nút. Thuật toán cộng sinh (SOS) là một trong
những phương pháp như vậy, mới được nghiên cứu gần đây và cơng nhận vào năm
2014. Thuật tốn này mơ phỏng đời sống cộng sinh giữa hai sinh vật với nhau để tạo
nên hình thái thích nghi hơn trong hệ sinh thái mà ở đây cụ thể là giải pháp vị trí và
dung lượng tối ưu của DG kết nối lên LĐPP để đạt được mục tiêu là cực tiểu tổng tổn
thất CSTD. Đây cũng là lý do chúng tôi lựa chọn thuật toán này để giải bài toán
OPDG.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Bài tốn OPDG đã có lịch sử phát triển từ khoảng hơn một thập niên qua và có ý
nghĩa vô cùng quan trọng trong vận hành và điều khiển hệ thống điện. Mục tiêu chính
của nghiên cứu là để tối ưu hóa vị trí của DG trên LĐPP nhằm tối thiểu tổn thất CSTD
đồng thời đảm bảo cân bằng công suất tại mỗi nút, giới hạn công suất phát của DG,
CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều


HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 3

cũng như giữ điện áp nút của hệ thống nằm trong giới hạn cho phép. Do đó, đã có
nhiều cơng trình nghiên cứu để tìm kiếm lời giải cho bài toán này ngày càng tối ưu
hơn. Bài toán OPDG là một bài toán phi tuyến phức tạp.
Để đáp ứng được các vấn đề phức tạp nêu trên, thuật toán SOS là một giải pháp
phù hợp. Kết quả áp dụng thuật toán SOS giải bài toán OPDG được so sánh với các kết
quả của những thuật toán khác trong các bài báo để thấy được tính hiệu quả và điểm
mạnh của thuật tốn SOS.
1.3. Phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của đề tài là ứng dụng thuật toán SOS để giải bài tốn tối ưu
hóa vị trí của DG trên LĐPP. Hàm mục tiêu được đặt ra trong đề tài là tối thiểu tổn thất
trên LĐPP trong khi đáp ứng các ràng buộc về vận hành. Thuật toán được áp dụng trên
mạng điện chuẩn IEEE – 33 nút và IEEE – 69 nút.
1.4. Đối tượng nghiên cứu
 Phân bố công suất bằng phương pháp Newton-Raphson.
 Hệ số độ nhạy (LSF) để xác định nút ứng viên cho vị trí kết nối DG.
 Áp dụng thuật toán SOS để giải bài tốn tìm dung lượng tối ưu của DG nhằm
giảm tổn thất trên LĐPP.
 Sử dụng phần mềm MATLAB để mô phỏng kết quả.
1.5. Điểm mới của luận văn
Đề xuất cách áp dụng thuật toán SOS giải quyết bài toán tối ưu hóa vị trí của DG
cho LĐPP.
Tìm được số lượng DG tối ưu cho hai hệ thống IEEE 33 nút và 69 nút.
Đưa ra được lời giải thỏa thiệp tốt nhất cho bài toán đa mục tiêu.
1.6. Bố cục của luận văn

Luận văn được thực hiện bao gồm các chương sau:
Chương 1. Giới thiệu chung
Chương 2. Tổng quan về hệ thống lưới điện phân phối và nguồn phân tán
Chương 3. Thành lập bài tốn tối ưu hóa vị trí của DG trong hệ thống điện
CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 4

Chương 4. Phương pháp luận giải quyết bài toán
Chương 5. Kết quả tính tốn
Chương 6. Kết luận
Tài liệu tham khảo
Phụ lục
Lý lịch trích ngang

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 5

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI VÀ
NGUỒN PHÂN TÁN
2.1. Tổng quan về hệ thống lưới điện phân phối
2.1.1. Tổng quan
LĐPP là một bộ phận của hệ thống điện làm nhiệm vụ phân phối điện năng từ các

trạm biến áp trung gian cho các nơi tiêu thụ. LĐPP nói chung gồm hai thành phần đó là
LĐPP trung áp 6 – 35 kV và LĐPP hạ áp 380/220 V.
LĐPP hiện đại đang phải đối mặt với sự phát triển rất nhanh chóng của phụ tải.
Vần đề phát triển của phụ tải đã làm tăng thêm gánh nặng và sụt giảm điện áp. Bên
cạnh đó, nó cũng ảnh hưởng đến vận hành, quy hoạch, vấn đề về kỹ thuật và an tồn
của LĐPP. Vì vậy, các cơng nghệ tiên tiến cần được giới thiệu để giải quyết các vấn đề
nêu trên và sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng sẵn có để đáp ứng mục tiêu tăng
trưởng của phụ tải. Một trong những giải pháp mới nhất để xử lý vấn đề này là ứng
dụng DG vào LĐPP.
2.1.2. Một số đặc điểm của lưới điện phân phối
Đặc điểm nổi bật của LĐPP là bị sụt áp ở các nút xa nguồn. Tỷ lệ X/R đối với cấp
điện áp phân phối thì thấp hơn so với cấp điện áp truyền tải, điều này gây ra tổn thất
công suất lớn và sụt giảm biên độ điện áp dọc theo các đường dây phân phối hình tia.
Tổn thất ở các LĐPP thì cao hơn đáng kể so với tổn thất ở các lưới điện truyền tải. Tổn
thất trên LĐPP có thể phân thành tổn thất kỹ thuật và tổn thất phi kỹ thuật.
Các tổn thất kỹ thuật bao gồm:
-

Tổn thất trên đường dây do điện trở của dây dẫn

-

Tổn thất trong máy biến áp và máy điều chỉnh

-

Tổn thất vầng quang trên đường dây cao áp và siêu cao áp

-


Tổn thất điện môi trong đường dây cáp ngầm hay tụ điện tĩnh

-

Tổn hao do hệ số công suất thấp

-

Các tổn thất kỹ thuật khác

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 6

Các tổn thất phi kỹ thuật bao gồm:
-

Trộm điện ở khách hàng có đặt điện năng kế

-

Ăn cắp điện: khách hàng khơng có điện kế, câu điện bất hợp pháp

-

Điện kế hoạt động sai


Các tổn thất này có tác động trực tiếp đến vấn đề tài chính và năng lực quản lý
của các Công ty Điện lực. Các công ty Điện lực có thể bị phạt nếu tổn thất CSTD cao
hơn so với tiêu chuẩn đặt ra. Bên cạnh đó, tổn thất CSTD cao sẽ làm giảm hiệu quả của
việc truyền tải công suất đến các nơi tiêu thụ. Áp lực từ việc nâng cao hiệu suất truyền
tải công suất đã buộc các Công ty Điện lực phải cắt giảm tổn thất ở các LĐPP. Có
nhiều giải pháp để cắt giảm tổn thất nêu trên chẳng hạn như: tái cấu trúc LĐPP, kết nối
tụ bù, kết nối DG, v.v. Sử dụng DG cho LĐPP là một trong những giải pháp được ưa
chuộng nhất hiện nay để giảm thiểu tổn thất. DG thì cung ứng một phần nhu cầu
CSTD, do đó làm giảm dịng cơng suất trên đường dây. Sự tích hợp DG vào LĐPP sẽ
giúp cắt giảm tổn thất năng lượng, tổn thất công suất, cải thiện chất lượng điện áp,
nâng cao ổn định và hệ số công suất của hệ thống.
2.2. Khái niệm chung về nguồn phân tán
2.2.1. Định nghĩa
Nguồn phân tán – DG được biết đến như là nguồn phát có cơng suất nhỏ (1kW –
50 MW), được kết nối trực tiếp vào LĐPP hoặc đặt gần phía hộ tiêu thụ. DG có thể là
nguồn năng lượng tái tạo hoặc nguồn năng lượng không tái tạo. DG bao gồm pin mặt
trời, tuabin gió, tuabin siêu nhỏ, pin nhiên liệu, máy phát diesel, v.v.
2.2.2. Các loại nguồn phân tán
Các cơng nghệ DG khác nhau thì có liên quan đến hệ thống điện. Một số công
nghệ đã được sử dụng trước đây trong khi số khác mới được biết đến. Tuy nhiên, tất cả
các cơng nghệ DG đều có điểm chung là giúp tăng hiệu suất và giảm các chi phí liên
quan đến việc lắp đặt, vận hành và bảo trì. Cơng nghệ DG có thể được phân thành hai
loại: cơng nghệ tái tạo (ví dụ, quang điện và tuabin gió) và cơng nghệ khơng tái tạo (ví
dụ, các tuabin nhỏ và siêu nhỏ, tuabin khí và pin nhiên liệu). Cơng nghệ DG có tác
CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 7


động đáng kể đến việc lựa chọn dung lượng và vị trí tối ưu của DG để nối vào lưới
điện. Chi tiết về các công nghệ phổ biến nhất của DG trên thị trường hiện nay được
giới thiệu như sau:
 Pin nhiên liệu – FC (Fuel Cells)
Pin nhiên liệu (FC) được biết đến như nguồn phát phi truyền thống. Chúng là các
thiết bị điện hóa, chuyển đổi trực tiếp hóa năng từ nhiên liệu thành điện năng bằng cách
kết hợp khí oxy (như là một chất oxy hóa) và hydro (làm nhiên liệu) mà không cần đốt
[16]. Hydro thường thu được từ một loại nhiên liệu hóa thạch “khí thiên nhiên”, trong
khi khơng khí được sử dụng như một nguồn oxy. Kết quả của q trình điện hóa này là
tạo thành nguồn điện một chiều (DC) với dòng điện lớn/điện áp thấp. Hiện nay, để kết
nối FC vào lưới điện, một bộ chuyển đổi DC/AC và bộ lọc được sử dụng để chuyển đổi
đầu ra thành nguồn điện xoay chiều (AC). Nước và nhiệt là sản phẩm phụ của quá
trình. Lượng nhiệt này thường vượt quá 1000o F , biến nước thành hơi nước, có thể
được sử dụng cho các công việc khác [17]. Không kể đến các hệ thống phụ trợ thì FCs
khơng có bộ phận chuyển động và khơng có buồng đốt [17]. FCs được chia thành năm
loại tùy thuộc vào phản ứng hóa học: alkaline (AFC), molten carbonate (MCFC),
phosphoric acid (PAFC), proton exchange membrane (PEMFC) và solid oxide
(SOFC).

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 8

Bảng 2.1. Đặc tính của các loại pin nhiên liệu [17]
Chất điện
phân

Nhiệt độ
vận hành
Hiệu suất
Ứng dụng

PEMFC

AFC

PAFC

MCFC

Polymer

KOH & H20

H3PO4

LiKaCO3

membrane Phops. Acid Lithium carb.

Zirconia

SOFC
Stabilized

850C


1200C

1900C

6500C

10000C

30%+

32%+

~40%

~42%

~45%

Ơtơ, khác

DG

DG cỡ lớn

DG cỡ rất lớn

$1.400

$2.700


$2.100

$2.600

$3.000

Chất điện

Cathode

phân rắn,

phản ứng

giảm sự ăn

nhanh hơn

mòn, nhiệt

trong chất

độ thấp,

điện phân

khởi động

kiềm, hiệu


nhanh

suất cao

Ơtơ, khơng
gian

Chi phí
lắp đặt
$/kW

Lợi ích

Hiệu suất cao
Hiệu suất lên
đến 85% khi
cùng phát
điện

Hiệu suất cao hơn, nhiên liệu
hơn, nhiên

đa dạng, chất

liệu đa dạng,

xúc tác rẻ tiền,

chất xúc tác


lợi thế chất điện

rẻ tiền

phân rắn như
PEXI

 Tuabin siêu nhỏ - MT (Micro-turbines)
Micro-turbines (MT) là các máy phát điện loại nhỏ. Nguyên lý hoạt động, đầu tiên
là quá trình đốt cháy nhiên liệu như khí thiên nhiên, propane và dầu để quay tuabin với
tốc độ cao, sau đó được truyền đến một máy phát thơng qua một trục chính. MT bao
gồm ba thành phần cơ bản: máy nén khí, tuabin máy phát, và thiết bị thu hồi nhiệt. Ở
các thị trường điện hiện nay, MT là các thiết bị cải tiến và hấp dẫn nhất trong các loại

CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí


Trang 9

thiết bị DG [18]. Công suất của chúng dao động từ 20 kW đến 500 kW và hiệu suất của
chúng có thể lên đến 80% khi tổ hợp nhiệt-điện (CHP) được sử dụng trong hệ thống
điện. Ngoài ra, lượng khí thải NOx của MT rất thấp so với các tuabin cỡ lớn.
 Quang điện – PV (Photovoltaic)
Công nghệ quang điện chuyển đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành năng lượng
điện sử dụng các tế bào quang điện bán dẫn. Các tế bào quang điện này được sản xuất
với kích thước nhỏ thường khoảng một centimet vng. Khi các tế bào quang điện
được tiếp xúc trực tiếp với ánh sáng mặt trời, mỗi tế bào quang điện tạo ra ít hơn một
watt công suất điện DC, với điện áp thấp nhất khoảng 0.5 V.

Thơng thường, một mơ-đun có thể được hình thành bằng cách kết nối 12 tế bào
quang điện nối tiếp nhau để cung cấp 12 V. Cũng theo cách này, một nhóm các mơ-đun
có thể được kết nối song song với nhau để đạt đến công suất yêu cầu [17]. Hệ thống
PV được chia thành ba kích cỡ dựa trên công suất mà chúng sinh ra (cỡ nhỏ thì dưới 10
kW; cỡ vừa thì từ 10 kW đến 100 kW; và cỡ lớn thì trên 100 kW). Cỡ lớn thì phù hợp
với cấp độ LĐPP. Mặc dù giá đầu tư ban đầu của hệ thống PV cao (6.000 – 10.000
$/kW), đổi lại hệ thống này không cần nhiên liệu để vận hành, chúng rất sạch và vận
hành êm [17].
 Điện gió (Wind Turbines)
Điện gió là nguồn năng lượng tái tạo phổ biến nhất trên thế giới. Một số lượng lớn
các hệ thống tuabin gió đã được lắp đặt và kết nối với lưới điện, với công suất khoảng
432.883 MW (năm 2015), và nhiều hệ thống mới đang được lên kế hoạch [19]. Các
nhà sản xuất cung cấp các tuabin gió với cơng suất từ dưới 5 kW cho đến trên 1.000
kW [20]. Tuabin gió thường được tích hợp với cấp điện áp truyền tải và được kết hợp
để hình thành một trang trại điện gió. Tuy nhiên, các tuabin gió đơi khi được coi như
DG, bởi vì dung lượng và vị trí của một số trang trại điện gió nhỏ thì thích hợp cho kết
nối với cấp điện áp phân phối.
Các tuabin gió bao gồm rotor, các cánh tuabin, máy phát điện, thiết bị ghép đôi,
trục và vỏ bọc động cơ. Năng lượng của gió làm quay các cánh quạt và trục chung, sản
CBHD: PGS. TS. Võ Ngọc Điều

HVTH: Nguyễn Phước Trí