Tài liệu điều độ kinh tế hỗn hợp nhiệt điện thủy điện sử dụng thuật toán cuckoo search

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN HỆ THỐNG ĐIỆN ----------oOo---------- VÕ XUÂN THỦY ĐIỀU ĐỘ KINH TẾ HỖN HỢP NHIỆT ĐIỆN-THỦY ĐIỆN SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CUCKOO SEARCH CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH : 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI TP. HỒ CHÍ MINH – 12/2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -------------------- VÕ XUÂN THỦY ĐIỀU ĐỘ KINH TẾ HỖN HỢP NHIỆT ĐIỆN-THỦY ĐIỆN SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CUCKOO SEARCH Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số : 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS.PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI ……………………………………………………………………………. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 : :……………………………………………….. ……………………………………………………………………………. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :...………………………………………………. …………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . . 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. ................................................................ 2. ................................................................ 3. ................................................................ 4. ................................................................ 5. ................................................................ 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 ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: VÕ XUÂN THỦY MSHV: 13180828 Ngày, tháng, năm sinh: 28/10/1989 Nơi sinh: Quảng Trị Chuyên ngành: Mã số : 60520202 KỸ THUẬT ĐIỆN I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU ĐỘ KINH TẾ HỖN HỢP NHIỆT ĐIỆN-THỦY ĐIỆN SỬ DỤNG THUẬT TOÁN CUCKOO SEARCH II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu thuật toán tối ưu hóa Cuckoo Search Nghiên cứu bài toán điều độ kinh tế hỗn hợp nhiệt điện-thủy điện ngắn hạn Áp dụng phương pháp Cuckoo Search giải bài toán điều độ kinh tế hỗn hợp nhiệt điện-thủy điện ngắn hạn III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/07/2014 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/12/2014 V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. PHẠM ĐÌNH ANH KHÔI Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20.... CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) TRƯỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ (Họ tên và chữ ký) LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin chân thành kính gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Phạm Đình Anh Khôi đã tận tình, hướng dẫn, truyền đạt những kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này. Bên cạnh đó tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến toàn thể quý Thầy Cô trường Đại học Bách Khoa đã trang bị cho tôi những kiến thức thật bổ ích và quý giá trong suốt thời gian học tập tại trường, đặc biệt tôi muốn gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện tử và các anh, các bạn học viên lớp cao học đã đóng góp ý kiến cho bài luận văn của tôi được hoàn thành tốt đẹp. Cuối cùng, tôi xin kính gửi đến gia đình, người yêu, đồng nghiệp lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, những người đã luôn động viên ủng hộ tôi về tinh thần lẫn vật chất, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. TP HCM, tháng 12 năm 2014 Người thực hiện VÕ XUÂN THỦY TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn đề xuất sử dụng thuật toán Cuckoo Search để giải bài toán kinh tế hỗn hợp nhiệt điện-thủy điện ngắn hạn. Thuật toán tối ưu hóa Cuckoo Search lấy cảm hứng từ hành vi của loài chim Cuckoo là kí sinh tổ bắt buộc của một số loài chim Cuckoo bằng cách đẻ trứng vào tổ của những chim chủ khác kết hợp với đặc tính hành vi Lévy flight của một vài loài chim và ruồi giấm. So sánh với các thuật toán meta-heuristic khác, thuật toán Cuckoo Search là thuật toán tìm kiếm tiến hóa mới có hiệu quả hơn cho việc giải bài toán tối ưu với ưu điểm là thực hiện đơn giản và ít thông số điều khiển. Bài toán được xem xét ở đây là bài toán điều độ kinh tế, lời giải bài toán là tổng chi phí phát công suất của các nhà máy nhiệt điện trong hệ thống là thấp nhất trong khi vẫn đảm bảo được các điều kiện về cân bằng công suất trong hệ thống, công suất hoạt động cho phép của các nhà máy điện và điều kiện cao độ mực nước cho phép của các hồ chứa nhà máy thủy điện. Thuật toán Cuckoo Search đã được áp dụng tính toán cho các hệ thống mẫu và kết quả đạt được so sánh với các thuật toán khác. Kết quả so sánh cho thấy rằng thuật toán Cuckoo Search đạt được kết quả tốt hơn so với các thuật toán khác về mặt tổng chi phí và thời gian tính toán. Do đó, thuật toán Cuckoo Search có thể sẽ là một thuật toán hiệu quả áp dụng cho tính toán bài toán điều độ thủy nhiệt trong thực tiễn. This paper proposes Cuckoo Search algorithm for optimal scheduling of short term hydrothermal coordination. This algorithm is based on the obligate brood parasitic behavior of some cuckoo species combined with the Lévy flight behavior of some birds and fruit flies. In comparison with other meta-heuristic search algorithms, the Cuckoo Search algorithm is a new and efficient population-based heuristic evolutionary algorithm for solving optimization problems with the advantages of simple implement and few control parameters. The problem to be considered here is that the economic dispatch, hydrothermal scheduling is essentially used to minimize the total generator fuel cost of thermal plants while satisfying the power balance, generator operating and water available constraints of the reservoirs hydro plants. Cuckoo Search algorithm achieves better solution than other algorithm coordination equations method on convergence and computational times. So, Cuckoo Search algorithm is simple and efficient for the short term hydrothermal scheduling problems. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nêu trong Luận văn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu, ví dụ và trích dẫn trong Luận văn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực. Tôi xin chân thành cảm ơn! Tác giả Võ Xuân Thủy Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CÁM ƠN TÓM TẮT LUẬN VĂN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... 4 DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU ............................................................................................... 5 DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH ........................................................................................... 6 DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................................... 9 CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG ................................................................................... 12 I.1 Giới thiệu tổng quát ...................................................................................................... 12 I.2 Tầm quan trọng ............................................................................................................. 13 I.3 Mục tiêu đề tài .............................................................................................................. 13 I.4 Phạm vi nguyên cứu ..................................................................................................... 14 I.5 Nội dung nguyên cứu ................................................................................................... 14 CHƯƠNG II. TỔNG QUAN ................................................................................................ 15 II.1 Tổng quan bài toán điều độ kinh tế ............................................................................ 15 II.2 Các phương pháp đã được áp dụng ............................................................................ 18 II.2.1 Phương pháp qui hoạch động (Dynamic Programming -DP) .......................... 19 II.2.2 Phương pháp Lambda (λ-calculus) .................................................................... 20 II.2.3 Phương pháp Lagrange Relaxation (LR) ........................................................... 20 II.2.4 Phương pháp Newton-Raphson (NR) ................................................................ 21 II.2.5 Phương pháp Mixed-Integer Programming (MIP) ........................................... 22 II.2.6 Phương pháp chiến lược tiến hóa (Evolutionary Strategies - ES) và Phương pháp lập trình tiến hóa (Evolutionary Programming - EP) ......................................... 22 II.2.7 Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm - GA)................................................ 23 II.2.8 Phương pháp DE (Differential Evolution)........................................................ 24 II.2.9 Hệ thống miễn dịch nhân tạo (Artificial immune system - AIS) ..................... 24 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 1 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi II.2.10 Phương pháp Hopfield Neural Network (HNN) ............................................. 25 II.2.11 Phương pháp tối ưu bầy đàn (Particle Swarm Optimization – PSO)............. 25 CHƯƠNG III. PHÁT BIỂU BÀI TOÁN............................................................................ 27 III.1 Tổng quan nhà máy nhiệt điện .................................................................................. 27 III.2 Tổng quan nhà máy thủy điện ................................................................................... 29 III.3 Điều độ công suất phát hỗn hợp nhà máy thủy điện và nhiệt điện ......................... 34 III.4 Hàm mục tiêu ............................................................................................................. 35 III.5 Các ràng buộc............................................................................................................. 36 CHƯƠNG IV. ÁP DỤNG THUẬT TOÁN CUCKOO SEARCH GIẢI BÀI TOÁN ĐIỀU ĐỘ THỦY NHIỆT ..................................................................................................... 39 IV.1 Giới thiệu thuật toán .................................................................................................. 39 IV.2 Hành vi của loài chim cuckoo................................................................................... 40 IV.3 Đặc tính Lévy flight ................................................................................................. 41 IV.4 Thuật toán Cuckoo Search ....................................................................................... 42 IV.5 Xây dựng thuật toán Cuckoo Search cho bài toán điều độ thủy nhiệt ................... 44 CHƯƠNG V. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN............................................................................... 53 V.1 Bài toán điều độ thủy nhiệt cố định cao độ mực nước hồ chứa trong nhà máy thủy điện (Fixed head)................................................................................................................ 53 V.1.1 Bài toán điều độ thủy nhiệt (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống (không có xét đến hiệu ứng van) .................................................................................. 53 V.1.2 Bài toán điều độ thủy nhiệt (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống (có xét hiệu ứng van)..................................................................................................... 75 V.2 Bài toán điều độ thủy nhiệt thay đổi cao độ mực nước hồ chứa trong nhà máy thủy điện (Variable head)........................................................................................................... 84 V.2.1 Bài toán điều độ thủy nhiệt (Variable head), không xét hiệu ứng van (không có tổn thất trên hệ thống) ........................................................................................................ 84 V.2.2 Bài toán điều độ thủy nhiệt (Variable head), không xét hiệu ứng van (có tổn thất trên hệ thống)...................................................................................................................... 90 V.3 Kết luận........................................................................................................................ 96 CHƯƠNG VI. TỔNG KẾT VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU ................................................ 99 VI.1 Áp dụng tính toán vào giải bài toán điều độ kinh tế hệ thống thủy nhiệt .............. 99 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 2 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi VI.2 Tổng kết đề tài ......................................................................................................... 101 VI.3 Hướng nghiên cứu ................................................................................................... 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 103 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG................................................................................................. 108 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 3 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ACO AIS ALH BA CFPSO CS DE DP ED EGA ELANN EP ES FA GA HNUM HNN HL HS HTS IP LA LN LP LR MBFA MIP NFP NLP NR OGB-EGA PSO SA QP TS : Ant Colony Optimization : Artificial Immune System : Augment Lagrange Hopfield modules : Bee Algorithm : Constriction Factor Particle Swarm Optimization : Cuckoo Search : Differential Evolution : Dynamic Programming : Economic Dispatch : Existing Genetic Algorithm : Enhanced Lagrange Artificial Neural Network : Evolutionary Programming : Evolutionary Strategies : Firefly Algorithm : Genetic Algorithm : Hierarchical Approach based the Numerical Method : Hopfield Neural Network : Hopfield Lagrange modules : Harmony Search : Hydro Thermal Scheduling : Interior Point Methods : Lagrange Methods : Linearized coordination equations : Linear Programming : Lagrange Relaxation : Modified Bacterial Foraging Algorithm : Mixed-Integer Programming : Network Flow Programming : Nonlinear Programming : Newton-Raphson Methods : Opimal Gamma Based Existing Genetic Algorithm : Particle Swarm Optimization : Simulated Annealing : Quadratic Annealing : Tabu Search HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 4 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU […] (…) ahj , bhj , chj : Tài liệu tham khảo : Biểu thức toán học : Hệ số dòng chảy của nhà máy thủy điện thứ j.  hj ,  hj ,  hj : Hệ số dao động độ cao mặt nước trong các hồ chứa của nhà máy thủy điện thứ j. asi , bsi , csi : Hệ số chi phí nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện thứ i. d si , esi : Hệ số chi phí nhiên liệu của nhà máy nhiệt điện thứ i có xét đến điểm van công suất. : Các hệ số của ma trận B - tổn hao công suất truyền tải. Bij , B0 i , B00 K1 : Hằng số tỉ lệ.  , : Hàm số được định nghĩa theo công thức (9) và (10) PD ,m : Tổng công suất tải yêu cầu trong khoảng thời gian m. h j,m : Độ cao mực nước trong hồ chứa của nhà máy thủy điện thứ j trong khoảng thời gian m. : Tốc độ dòng chảy của nước chảy vào hồ chứa của nhà máy thủy điện thứ I j ,m j trong khoảng thời gian m. : Diện tích bề mặt hồ chứa của nhà máy thủy điện j. Sj Phj ,max : Công suất phát lớn nhất của nhà máy thủy điện thứ j. Phj ,min : Công suất phát nhỏ nhất của nhà máy thủy điện thứ j. Phj , m : Công suất phát của nhà máy thủy điện thứ j trong khoảng thời gian m. Psi ,m : Công suất phát của nhà máy nhiệt điện thứ i trong khoảng thời gian m. Psi ,max : Công suất phát lớn nhất của nhà máy nhiệt điện thứ i. Psi ,min : Công suất phát nhỏ nhất của nhà máy nhiệt điện thứ i. HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 5 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 2. 1 - Lược đồ minh họa bài toán kinh tế trong hệ thống điện ........................ 15 Hình 2. 2 - Đường cong chi phí máy phát ................................................................. 16 Hình 2. 3 - Hệ thống gồm 1 nhà máy thủy điện và 1 nhà máy nhiệt điện ................ 17 Hình 2. 4 - Mô hình các phương pháp tối ưu hóa được sử dụng để giải quyết vấn đề HTS .......................................................................................................................... 18 Hình 3. 1 - Hệ thống máy phát-turbine-lò hơi.......................................................... 27 Hình 3. 2 - Đặc tuyến vào-ra của nhà máy nhiệt điện ............................................. 28 Hình 3. 3 - Các thành phần của nhà máy thủy điện ................................................. 29 Hình 3. 4 - Suất gia tăng nước so với sản lượng điện của máy phát ...................... 30 Hình 3. 5 - Đặc tuyến vào - ra của nhà máy thủy điện ............................................ 31 Hình 3. 6 - Đặc tuyến vào - ra của nhà máy thủy điện có mực nước hồ chứa thay đổi ................................................................................................................................. 32 Hình 3. 7 - Hàm chi phí với năm điểm van ............................................................... 35 Hình 4. 1 - Hành vi của loài chim Cuckoo ............................................................... 40 Hình 4. 2 - Lưu đồ giải thuật thuật toán Cuckoo Search.......................................... 43 Hình 4. 3 - Lưu đồ giải thuật thuật toán Cuckoo Search cho HTS .......................... 52 Hình 5.1. 1 - Sự hội tụ sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ............................................................. 55 Hình 5.1. 2 - Sự phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ................................ 56 Hình 5.2. 1 - Sự hội tụ sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ............................................................. 61 Hình 5.2. 2 - Sự phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ................................ 62 Hình 5.3. 1 - Sự hội tụ sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ............................................................. 66 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 6 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi Hình 5.3. 2 - Sự phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ................................ 67 Hình 5.4. 1 - Sự hội tụ sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 3 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống và ràng buộc công suất phát, không xét hiệu ứng van............................................................ 72 Hình 5.4. 2 - Sự phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 3 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống và ràng buộc công suất phát, không xét hiệu ứng van ................................... 73 Hình 5.5. 1 - Sự hội tụ sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát ......................................................... 77 Hình 5.5. 2 - Sự phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát .......................... 78 Hình 5.6. 1 - Sự hội tụ sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 4 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát ......................................................... 82 Hình 5.6. 2 - Sự phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 4 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát .......................... 83 Hình 5.7. 1 - Sự hội tụ sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), không xét tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ....................................................... 87 Hình 5.7. 2 - Sự phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), không xét tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ................................ 88 Hình 5.7. 3 - Sự thay đổi cột nước hồ chứa nhà máy thủy điện sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), không xét tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ..................................................................................................................... 88 Hình 5.8. 1 - Sự hội tụ khi chạy 10 lần bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), có xét tổn thất trên hệ thống, không có xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ............................................................. 93 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 7 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi Hình 5.8. 2 - Sự phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), có xét tổn thất trên hệ thống, không có xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ........................... 94 Hình 5.8. 3 - Sự thay đổi cột nước hồ chứa nhà máy thủy điện sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), có xét tổn thất trên hệ thống, không có xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ..................................................................................................................... 94 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 8 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 5.1. 1 - Thông số công suất phụ tải của 1 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác .................................................................................... 54 Bảng 5.1. 2 - Kết quả sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ............................................................. 56 Bảng 5.1. 3 - Kết quả phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ........................... 57 Bảng 5.1. 4 - Kết quả so sánh chi phí nhiên liệu và thời gian xử lý chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ...... 58 Bảng 5.2. 1 - Thông số công suất phụ tải của 1 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác .................................................................................... 59 Bảng 5.2. 2 - Kết quả sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ............................................................. 61 Bảng 5.2. 3 - Kết quả phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ........................... 62 Bảng 5.2. 4 - Kết quả so sánh chi phí nhiên liệu và thời gian xử lý chạy bằng CS cho hệ thống 1 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ...... 63 Bảng 5.3. 1 - Thông số công suất phụ tải của 1 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác .................................................................................... 65 Bảng 5.3. 2 - Kết quả sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ............................................................. 67 Bảng 5.3. 3 - Kết quả phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ........................... 68 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 9 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi Bảng 5.3. 4 - Kết quả so sánh chi phí nhiên liệu và thời gian xử lý chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ...... 69 Bảng 5.4. 1 - Thông số công suất phụ tải của 3 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống và ràng buộc công suất phát, không xét hiệu ứng van ...................................................................................... 70 Bảng 5.4. 2 - Kết quả sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 3 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống và ràng buộc công suất phát, không xét hiệu ứng van............................................................ 72 Bảng 5.4. 3 - Kết quả phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 3 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống và ràng buộc công suất phát, không xét hiệu ứng van .............................. 73 Bảng 5.4. 4 - Kết quả so sánh chi phí nhiên liệu và thời gian xử lý chạy bằng CS cho hệ thống 3 nhà máy nhiệt điện và 1 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống và ràng buộc công suất phát, không xét hiệu ứng van......... 74 Bảng 5.5. 1 - Thông số công suất phụ tải của 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát............................................................................. 76 Bảng 5.5. 2 - Kết quả sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát ......................................................... 78 Bảng 5.5. 3 - Kết quả phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát ..................... 78 Bảng 5.5. 4 - Kết quả so sánh chi phí nhiên liệu và thời gian xử lý chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát 79 Bảng 5.6. 1 - Thông số công suất phụ tải của 4 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát............................................................................. 81 Bảng 5.6. 2 - Kết quả sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 4 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát ......................................................... 82 Bảng 5.6. 3 - Kết quả phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 4 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát ..................... 83 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 10 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi Bảng 5.6. 4 - Kết quả so sánh chi phí nhiên liệu và thời gian xử lý chạy bằng CS cho hệ thống 4 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Fixed head), có xét đến tổn thất trên hệ thống, có xét hiệu ứng van và ràng buộc giới hạn công suất phát 84 Bảng 5.7. 1 - Thông số công suất phụ tải của 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), không xét tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác .................................................................................... 85 Bảng 5.7. 2 - Kết quả sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), không xét tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ....................................................... 87 Bảng 5.7. 3 - Kết quả phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), không xét tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ........................... 89 Bảng 5.7. 4 - Kết quả so sánh chi phí nhiên liệu và thời gian xử lý chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), không xét tổn thất trên hệ thống, không xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác 90 Bảng 5.8. 1 - Thông số công suất phụ tải của 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), có xét tổn thất trên hệ thống, không có xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác .................................................................................... 91 Bảng 5.8. 2 - Kết quả sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), có xét tổn thất trên hệ thống, không có xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ............................................................. 93 Bảng 5.8. 3 - Kết quả phân bố công suất sau 10 lần chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), có xét tổn thất trên hệ thống, không có xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác ........................... 95 Bảng 5.8. 4 - Kết quả so sánh chi phí nhiên liệu và thời gian xử lý chạy bằng CS cho hệ thống 2 nhà máy nhiệt điện và 2 nhà máy thủy điện (Variable head), có xét tổn thất trên hệ thống, không có xét hiệu ứng van và bỏ qua các ràng buộc khác . 96 HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 11 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG I.1 Giới thiệu tổng quát Năng lượng điện là một trong các nhu cầu thiết yếu đối với đời sống sinh hoạt của nhân dân, quá trình sản xuất của doanh nghiệp và chính là yếu tố đầu vào không thể thiếu của rất nhiều ngành kinh tế khác, tác động ảnh hưởng lớn đến các hoạt động kinh tế, chính trị, văn hóa, xã hội. Do đó điện năng ngày càng có vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển của Quốc gia. Việc sản xuất điện năng, vận hành hệ thống điện một cách tối ưu, tin cậy với chi phí hợp lý nhưng vẫn đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, đáp ứng yêu cầu mong muốn của phụ tải luôn được sự quan tâm nghiên cứu. Các nguồn sản xuất điện hiện nay nước ta chủ yếu là thủy điện và nhiệt điện. Bài toán điều độ kinh tế trong hệ thống hỗn hợp nhiệt điện - thủy điện phải xác định phân bố công suất giữa các nguồn điện và phụ tải một cách tối ưu trong vận hành nhưng vẫn thỏa một số ràng buộc về nguồn, lưới và phụ tải. Nhà máy nhiệt điện và thủy điện có những đặc điểm vận hành khác nhau. Vì vậy, để phối hợp hoạt động giữa các nhà máy trong hệ thống một cách tối ưu, cần sự nghiên cứu kỹ đặc tính của từng nhà máy và có sự phân bố công suất thích hợp. Ngoài sự khác biệt trong vận hành, giữa nhà máy nhiệt điện và nhà máy thủy điện còn có sự khác biệt về chi phí vận hành. Nhà máy nhiệt điện có chi phí vận hành cao hơn thủy điện do phải sử dụng nhiên liệu là dầu, than nhưng tổn thất truyền tải lại thấp hơn do ở gần các trung tâm phụ tải, trong khi đó các nhà máy nhiệt điện có chi phí vận hành thấp nhưng tổn hao truyền tải cao do ở xa. Do có sự khác biệt giữa nhà máy thủy điện và nhà máy nhiệt điện nên việc điều phối vận hành giữa các nhà máy cần được xem xét để vừa đạt được chất lượng điện năng, độ tin cậy, vừa đảm bảo các điều kiện của hệ thống nguồn nước tại các nhà máy thủy điện, các điều kiện chu trình nhiệt của các nhà máy nhiệt điện và đạt được chi phí thấp nhất, ảnh hưởng môi trường thấp nhất. Bài toán điều độ hỗn hợp nhiệt điện - thủy điện ngắn hạn đã được nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp giải với các điều kiện khác nhau. HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 12 Luận văn Thạc Sĩ CBHD: TS. Phạm Đình Anh Khôi I.2 Tầm quan trọng Hiện chưa có luận văn nghiên cứu về áp dụng thuật toán Cuckoo Search vào bài toán điều độ kinh tế hỗn hợp nhà máy nhiệt điện - thủy điện. Điều này cho thấy tầm quan trọng của thuật toán giải bài toán trong việc tìm ra một lời giải tốt nhất. Trong luận văn này, một phương pháp mới mang tên Cuckoo Search được hai nhà toán học Xin-She Yang và Suash Deb phát triển năm 2009 dựa theo hành vi của chim Cuckoo sẽ được nghiên cứu để giải quyết bài toán điều độ kinh tế hỗn hợp nhà máy nhiệt điện thủy điện ngắn hạn. I.3 Mục tiêu đề tài Tìm lời giải thỏa mãn các điều kiện ràng buộc về vận hành của máy phát, giảm thiểu ở mức nhỏ nhất chi phí sản xuất ra điện năng đến nơi tiêu thụ trong vận hành là mục tiêu cho bài toán điều độ kinh tế trong hệ thống hỗn hợp nhiệt điện - thủy điện bằng thuật toán đề xuất Cuckoo Search. Bài toán trên khi giải thường có rất nhiều điều kiện ràng buộc. Nội dung luận văn sẽ giải quyết các điều kiện ràng buộc như sau: - - - Điều kiện cân bằng công suất: tổng công suất phát của các nhà máy thủy điện và nhiệt điện trong hệ thống sẽ bằng tổng công suất phụ tải và công suất tổn thất trên hệ thống truyền tải. Điều kiện về lưu lượng nước xả: đáp ứng được điều kiện vận hành của hệ thống trong và sau quá trình vận hành, độ cao mực nước vẫn đáp ứng được điều kiện an toàn. Điều kiện giới hạn công suất vận hành các nhà máy: công suất phát của các nhà máy tại thời điểm hoạt động cao hơn giới hạn công suất phát thấp nhất (Pmin) và thấp hơn giới hạn công suất phát cao nhất (Pmax). HVTH: Võ Xuân Thủy - 13180828 Trang 13