Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện ứng dụng cho cấp điện áp 110kv

  • 118 trang
  • file .pdf
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HOC BÁCH KHOA
LÊ ANH VŨ
NGHIÊN CỨU
ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT MỜ
TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG ĐIỆN
ỨNG DỤNG CHO CẤP ĐIỆN ÁP 110KV
CHUYÊN NGÀNH : HỆ THỐNG ĐIỆN
MÃ SỐ NGÀNH: 2.06.07
LUẬN ÁN CAO HỌC
Năm 2009
1
MỤC LỤC
Chương I: Tổng quan............................................................................ Trang 1
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ............................................................................
1. Giới thiệu tổng quan về lý thuyết mờ .......................................... Trang 4
2. Giới thiệu tổng quan trạm 220/110kV Thủ Đức.........................Trang 16
Chương III: Áp dụng lý thuyết mờ theo phương pháp biến ngôn ngữ với các số
liệu tại trạm Thủ Đức.
1. Giới thiệu phương pháp biến ngôn ngữ .................................... Trang 20
2. Ứng dụng phương pháp biến ngôn ngữ cho các số liệu thu thập tại trạm
220/110kV Thủ Đức với các phát tuyến 110kV. ........................Trang 23
Chương IV: Áp dụng lý thuyết mờ theo phương pháp ellip của KosKo với các số
liệu tại trạm Thủ Đức.
1. Giới thiệu phương pháp ellip......................................................Trang 40
2. Ứng dụng phương pháp ellip cho các số liệu thu thập tại trạm 220/110kV
Thủ Đức với các phát tuyến 110kV. ...........................................Trang 44
Chương V: Số phức mờ và các tính toán dựa trên số phức mờ.
1. Giới thiệu số phức mờ và các phép toán trên số phức mờ. .........Trang 56
2. Ứng dụng số phức mờ để tính toán tải tại nút 110kV trạm 220/110kV Thủ
Đức. ............................................................................................Trang 57
3. Phân bố công suất dùng phương pháp  cắt. ..............................Trang 63
Kết luận..................................................................................................Trang 71
Phụ Lục
Các bảng số liệu tính toán
2
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương I: Tổng quan
Chương I: Tổng quan.
Nền móng của toán học và logic kinh điển được xây dựng nhờ Aristotle và
các nhà triết học kế thừa. Họ đã đặt nền tảng cho thuyết logic và sau này là toán
học qua tác phẩm “Các luật của suy nghĩ” (“Law of thought”). Một trong những
luật này là mọi mệnh đề chỉ có thể đúng (true) hoặc sai (false).Tuy vậy sau khi luật
này được đưa ra (khoảng 400 năm trước công nguyên) đã có ý kiến phản đối ví dụ
như Heraclitus cho rằng có những điều có thể vừa đúng và vừa không đúng.
Logic rõ (logic thông thường l) đã trở nên rất quen thuộc hàng ngày với
những khái niệm rất rõ ràng và từ đó cho ta các kết luận dứt khoát. Chẳng hạn:
Một cơ quan cần tuyển dụng người làm việc, trong các tiêu chuẩn tuyển chọn
có một tiêu chuẩn như sau: Nếu người cao từ 1.6m trở lên thì được nhận, dưới
1.6m bị loại. Như vậy, nếu có một người có đủ các tiêu chuẩn khác nhưng chỉ cao
1.59m thì sẽ bị loại.Logic suy nghĩ đó rất rõ ràng điểm 1.6m là điểm tới hạn để ra
quyết định.
Trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là rất nhiều hiện tượng (nếu không nói
là tất cả n) được thể hiện bằng ngôn ngữ đã đưa ta đến một khái niệm logic không
rõ: logic mờ, chẳng hạn: anh này trông rất cao, chị kia trông được đấy, trời không
nắng không mưa, thời tiết hiu hiu mát . . . Các khái niệm đó thật khó định lượng
một con số cụ thể. Tuy vậy, khi nghe các từ này ta vẫn hình dung được một đặc
tính cụ thể, rõ rệt về đối tượng .
Những suy nghĩ này đưa đến khái niệm về logic mờ, chính logic mờ đã xóa đi
được khái niệm cứng nhắc của logic rõ, vì rằng logic mờ đã:
Cho phép mô tả các trạng thái sự việc khi sử dụng các mức độ thay đổi
giữa đúng và sai.
Có khả năng lượng hóa các hiện tượng nhập nhằng, các thông tin hiểu
biết về các đối tượng không đầy đủ hoặc không chính xác.
Cho phép phân loại các lớp quan niệm chèn lấp lên nhau.
Về mặt ngôn từ, kết hợp chữ mờ với chữ logic có vẻ không hợp lý. Logic,
theo nghĩa thông thường của chữ này, đó là một hệ thống qui tắc chặt chẽ của phép
tư duy, hệ thống, nó không bao giờ được mờ mà phải luôn rõ ràng, chặt chẽ và
chính xác. Tuy nhiên khi đi sâu vào các hệ thống qui tắc, ta thấy rằng trong thực tế
không hề chỉ có một logic duy nhất, chẳng hạn không phải chỉ có một logic Boole
mà có thể có nhiều logic khác nhau, tùy theo cách xây dựng và phụ thuộc vào hệ
thống tiên đề mà người ta chọn để xây dựng ra nó. Như vậy, khi đã có một hệ
thống tiên đề cụ thể, mọi mệnh đề được xây dựng tiếp sau đều phải tuân theo một
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên thực hiện: Lê Anh Vũ Trang 1
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương I: Tổng quan
cách nghiêm ngặt các qui tắc được suy diễn từ hệ thống tiên đề mà không được gặp
mâu thuẫn. Và như vậy, logic mờ chính là logic để làm rõ các hiện tượng mờ.
Plato là người đầu tiên xây dựng nền tảng cho logic mờ sau này. ông cho rằng
còn có một vùng thứ ba tồn tại giữa vùng đúng và vùng sai. Trong vùng đó các giá
trị đúng, sai lẫn lộn nhau không phân biệt được. Tuy nhiên Lukasiewiez là người
đầu tiên vào đầu những năm 1900 đưa ra khái niệm logic 3 giá trị. Giá trị thứ 3
được gọi là “có thể” (“possible”). Về sau ông phát triển lý thuyết của mình thành
logic có vô hạn giá trị ( infinite valued logic).
Vào năm 1965 Lotti A.Zadeh công bố các nghiên cứu của mình về lý thuyết
tập mờ, trong đó ông đưa ra khái niệm hàm thành viên ( membership function) lấy
giá trị từ 0 đến 1. ông quan niệm rằng có rất nhiều tập hợp được định nghĩa với
đường biên phân biệt. ông mở rộng logic kinh điển hai giá trị {0,1} thành miền liên
tục [0,1]. Zadeh được xem như cha đẻ của logic mờ.
Trong các bài toán hệ thống điện trước đây, thường dùng các số liệu chính xác
tại một thời điểm nhất định để tính toán và cho ra kết quả, nhưng các thông số của
hệ thống điện luôn luôn thay đổi theo thời gian do phụ thuộc vào các yếu tố như:
Đặc tính ngẫu nhiên của nhu cầu tải.
Ảnh hưởng của các yếu tố ngẫu nhiên trong hệ thống.
Những giới hạn có thể chấp nhận được đối với các thông số của hệ
thống như điện áp thanh cái, trào lưu trên đường dây…mà vẫn đảm bảo vận hành
vì các mục tiêu khác (ví dụ như tiết kiệm chi phí vận hành).
Với những đặc điểm nêu trên, đề tài sẽ tiến hành nghiên cứu các lý thuyết cơ
bản về mờ và ứng dụng các lý thuyết này vào tính toán trong hệ thống điện, so
sánh các kết quả giữa tính toán dùng lý thuyết mờ và các số liệu đo đạc thực tế để
chứng minh tính chính xác của việc ứng dụng lý thuyết mờ trong việc tính toán
cũng như giải quyết các vấn đề trong hệ thống điện.
Đề tài gồm 5 chương với các nôi dung như sau:
1. Chương 1: Tổng quan
Giới thiệu khái quát về lý thuyết mờ và mục tiêu của luận văn.
2. Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ.
Giới thiệu về lý thuyết mờ
3. Chương III: Phương pháp biến ngôn ngữ
Khảo sát đặc tính của phụ tải 110kV dùng phương pháp biến ngôn
ngữ
4. Chươn IV: Phương pháp ellip mờ
Khảo sát đặc tính của phụ tải 110kV dùng phương pháp ellip mờ.
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên thực hiện: Lê Anh Vũ Trang 2
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương I: Tổng quan
5. Chương V: Số phức mờ
Giới thiệu khái niệm cơ bản về số phức mờ
6. Kết luận
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên thực hiện: Lê Anh Vũ Trang 3
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
Chương II:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT MỜ
I. Giới thiệu.
Để hiểu rõ khái niệm “Mờ” là gì, ta thực hiện phép so sánh sau:
Trong toán học phổ thông, các tập số thực R, tập số nguyên tố
P={2,3,5,…}…Những tập hợp như vậy được gọi là tập kinh điển hay tập rõ, tính
“Rõ” ở đây được hiểu là với một tập xác định S chứa n phần tử thì ứng với phần tử
x ta xác định được một giá trị y = S(x).
Xét tốc độ của một chiếc xe môtô: chậm, trung bình, hơi nhanh, rất nhanh.
Phát biểu chậm ở đây không chỉ rõ là bao nhiêu km/h, như vậy từ “chậm” có giá trị
là một khoảng nào đó, ví dụ 5km/h – 20km/h chẳng hạn. Tập L = { chậm, trung
bình, hơi nhanh, rất nhanh } như vậy được gọi là một tập các biến ngôn ngữ. Với
mỗi thành phần ngôn ngữ xk của tập L nó nhận được một khả năng (xk) thì tập
hợp A gồm các cặp (x, (xk)) được gọi là tập mờ.
II. Tập hợp kinh điển (tập rõ).
1. Khái niệm:
Một tập nền X là một tập hợp các đối tượng có cùng chung đặc tính. Những
phần tử trong tập X được ký hiệu là x. Đặc trưng của các phần tử là liên tục hay rời
rạc.
Biểu diễn các phần tử x thuộc tập X:
x  X: x thuộc tập X
x  X: x không thuộc tập X
Đối với tập A và B trên X, ta có :
A  B : A được chứa hoàn toàn trong B (nếu x  A thì x  B)
A  B : A được chứa hoàn toàn hay tương đương với B
A =B : A  B và B  A.
Tập rỗng  là tập hợp không chứa phần tử nào và tương đương với sự kiện
không thể xảy ra.
2. Các phép toán trên tập rõ:
Phép hợp: A  B = {x/ x  A hay x  B}
Phép giao: A  B = {x/ x  A và x  B}

Phép bù: A = {x/ x  A, x  X}
3. Tính chất của tập rõ:
Tính giao hoán : A  B = B  A
AB=BA
Tính kết hợp : A  (B  C) = (A  B)  C
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 3
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
A  (B  C) = (A  B)  C
Tính phân bố: A  (B  C) = (A  B)  (A  C)
A  (B  C) = (A  B)  (A  C)
Tính đồng nhất: A   = A
A=
AX=A
AX=X
Tính phủ định của phủ định: A =A
Các luật:
Luật bù: A A =X
A A =
Luật De Morgan: E1  E 2  ...  E n  E1  E1  ...  E n
E1  E 2  ...  E n  E1  E1  ...  E n
4. Ánh xạ của tập rõ:
Giả sử X và Y là hai tập hợp khác nhau. Nếu 1 phần tử x được chứa trong X
và tương ứng với 1 phần tử Y được chứa trong Y, f: X Y được gọi là 1 ánh xạ từ
X vào Y.
Giống như ánh xạ, hàm đặc tính  A (x) được xác định bởi:
1 : x  A
 A ( x)  
0 : x  A
Trong đó,  A (x) biểu diễn sự phụ thuộc trong tập A đối với phần tử x trong
tập X.
Khái niệm phụ thuộc là một ánh xạ từ một phần tử x trong tập X tới một trong
hai phần tử trong tập Y; phần tử 0 hay 1.
III. Tập mờ:
1. Khái niệm
Trong lý thuyết tập hợp cổ điển, quan hệ thành viên của các phần tử trong
một tập hợp được đánh giá theo kiểu nhị phân theo một điều kiện rõ ràng, một
phần tử hoặc thuộc hoặc không thuộc về tập hợp. Ngược lại, lý thuyết tập mờ cho
phép đánh giá từ từ về quan hệ thành viên giữa một phần tử và một tập hợp; quan
hệ này được mô tả bằng một hàm thuộcA.
Các tập mờ được coi là một mở rộng của lý thuyết tập hợp cổ điển, hàm thuộc
A không còn là hàm 2 giá trị như đối với tập kinh điển nữa ma là 1 ánh xạ:
A(x): X[0.1]
Tập mờ A xác định trên tập kinh điển (tập nền) X là một tập mà mỗi phần tử
của nó là 1 cặp các giá trị (x, A(x)). Trong đó x X và A là ánh xạ.
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 4
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
Tập tỏ A
~
Tập mờ A
Hàm thành viên A(x)
Hình 1.1 Hàm thuộc μA(x) cho tập tỏ và tập mờ.
2. Hàm phụ thuộc 
Cho tập X, gọi A là tập con mờ của X, được định nghĩa như sau:
A = {x/ μA(x)}; x X, μA(x) [0,1]
Trong đó, μA(x) gọi là hàm phụ thuộc của tập mờ A, và là ánh xạ của mỗi
phần tử x của X thành một giá trị thuộc khoảng [0,1]. Hàm phụ thuộc làm mềm
hóa và linh hoạt hóa một tập hợp.
Hàm phụ thuộc có nhiều dạng, một số dạng thường gặp
 Hàm thuộc dạng hình thang.
xa d x
 A (a, b, c, d )  max(min( ,1, ),0)
ba d c
 Hàm thuộc dạng Gauss: được xác định bởi 2 thông số [,c]
( x c ) 2

 A ( x,  , c )  c 2
Với c là kỳ vọng toán học và  là phương sai,
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 5
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
 Hàm thuộc dạng Chuông: được xác định bởi 3 thông số [a,b,c]
1
 A ( a , b, c )  2b
xc
1
a
Với b là số dương, c và a để thay đổi trọng tâm và độ rộng, b dùng để điều
chỉnh độ dốc ở các điểm cắt của hàm phụ thuộc
 Hàm thuộc dạng sigmoid: được xác định bởi 2 thông số [a,b]
1
 A ( x, a , b ) 
1  c  a ( x b )
Với a dùng để điều khiển độ dốc ở điểm cắt x = b
Tùy theo bài toán, chọn hàm phụ thuộc thích hợp để giải quyết bài toán. Dạng
thông dụng nhất là dạng hình thang.
3. Các phép toán trên tập mờ:
Những phép toán cơ bản trên tập mờ là phép hợp, phép giao và phép bù.
Giống như định nghĩa về tập mờ, các phép toán trên tập mờ cũng được định nghĩa
qua hàm thuộc
a. Phép hợp của 2 tập mờ:
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 6
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
Hợp của 2 tập mờ A và B có cùng tập nền X là 1 tập mờ AUB cũng xác định
trên nền X có hàm thuộc μAUB(x) thỏa mãn:
 μAUB(x) chỉ phụ thuộc vào μA(x) và μB(x)
 μB(x) = 0 với mọi x => μAUB(x) = μA(x)
 μAUB(x) = μBUA(x), tức là có tính giao hoán
 Có tính kết hợp, tức là μ(AUB) UC(x) = μAU(B UC)(x)
 Nếu A1A2 thì A1UBA2 UB hay μAUB(x) có tính chất không giảm
μA1(x)  μA2(x) => μA1UB(x)  μA2UB(x).
μA(x) μB(x) μA(x) μB(x)
1 1 1
0 0 0
x x x
Hàm thuộc của hợp 2 tập hợp
có cùng không gian nền theo luật max
Phép giao của hai tập mờ:
Giao của 2 tập mờ A và B có cùng tập nền X là 1 tập mờ A∩B cũng xác định
trên nền X có hàm thuộc μA∩B(x) thỏa mãn:
 μA∩B(x) chỉ phụ thuộc vào μA(x) và μB(x)
 μB(x) = 1 với mọi x => μA∩B(x) = μA(x)
 μA∩B(x) = μB∩A(x), tức là có tính giao hoán
 Có tính kết hợp, tức là μ(A∩B) ∩C(x) = μA∩ (B ∩C)(x)
 μA1(x)  μA2(x) => μA1∩B(x)  μA2∩B(x) có tính chất không giảm
μA(x) μB(x) μA(x) μB(x)
1 1
0 0
x x x
Hàm thuộc của giao 2 tập hợp có cùng không gian nền theo luật min
Phép bù của hai tập mờ:
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 7
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
Tập bù của tập mờ A định nghĩa trên nền X là 1 tập mờ AC cũng xác định
trên nền X có hàm thuộc thỏa mãn:
  A (x) chỉ phụ thuộc vào μA(x)
C
 Nếu xA thì xAC hay μA(x) = 1 thì  A (x) = 0 C
C
 Nếu xA thì xA hay μA(x) = 0 thì  A (x) = 1 C
C C
 Nếu AB thì A B hay μA(x)  μB(x) thì  A ( x)   B ( x) C C
μA(x)  A (x)
C
1 1
0 0
x x
Tập bù AC của tập mờ A
4. Độ cao, miền xác định và miền tin cậy của tập mờ.
Tập mờ có độ cao bằng 1 có nghĩa là tập mờ đó có ít nhất một phần tử với độ
phụ thuộc bằng 1. trong thực tế không phải tập mờ nào cũng có phần tử có độ phụ
thuộc bằng 1, tương ứng với điều đó thì không phải mọi hàm thuộc đều có độ cao
bằng 1.
Định nghĩa: Độ cao của 1 tập mờ F trên tập nền X là giá trị
h  sup  F ( x)
xX
Ký hiệu
sup  F ( x) chỉ giá trị nhỏ nhất trong tất cả các giá trị chặn trên của
xX
hàm (x). Một tập mờ với ít nhất 1 phần tử có độ phụ thuộc bằng 1 được gọi là tập
mờ chính tắc tức là h = 1, ngược lại một tập mờ F với h <1 được gọi là tập mờ
không chính tắc.
Bên cạnh khái niệm về độ cao, mỗi tập mờ F còn có 2 khái niệm quan trọng khác
là: miền xác định và miền tin cậy
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 8
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
F(x)
1
0
x
Miền tin cậy
Minh họa miền xác định và
Miền xác định miền tin cậy của một tập mờ.
Miền xác định của tập mờ F trên nền X được ký hiệu bởi S là tập con của M
thỏa mãn
S = supp F(x) = {x X / F(x) >0}
Miền tin cậy của tập mờ F trên nền X được ký hiệu bởi T là tập con của M
thỏa mãn
T = {x X / F(x) = 1}
5. Mức cắt  đối với tập mờ:
Cho 1 tập mờ X và định nghĩa một tập mức cắt , ký hiệu X với  [0,1].
Tập rõ X được gọi là tập các mức cắt  của
tập mờ X: 
X = {x  R: A(x)  }
Sự cắt mức  cũng có thể được mô tả như 1
một khoảng tin cậy ở mức ,
X  [X , X ]
~

X , X
Với là biên trái và biên phải của
khoảng tin cậy.
X
0 X1 X2
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 9
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
6. Giải tích khoảng trong số học:
Đặt I1 và I2 là 2 số khoảng được xác định bởi những cặp thứ tự số thực với
những số hạn trên và giới hạn dưới:
I1 = [a,b] với a  b
và I2 = [c,d] với c  d
Ta có I1*I2 = [a,b]* [c,d] với * là các phép +, -, x, /
[a,b] + [c,d] = [a+c, b+d]
[a,b] - [c,d] = [a-d, b-c]
[a,b] x [c,d] = [min(ac,ad,bc,bd), max(ac,ad,bc,bd)]
[a,b] / [c,d] = [a,b].[ 1/c,1/d]
Ở đây ac,ad,bc,bd là các tích số học và 1/c, 1/d là thương số. Lưu ý, số 0
không được chứa trong khoảng [c,d]. Số học khoảng có tính giao hoán, kết hợp
nhưng không có tính phân bố.
7. Biến ngôn ngữ:
Theo L.A.Zadeh biến ngôn ngữ là loại biến mà miền giá trị của nó bao gồm
các từ hoặc câu ở ngôn ngữ tự nhiên hoặc ngôn ngữ nhân tạo (Gọi chung là giá trị
ngôn ngữ).
Trong cuộc sống, ta thường mô tả các biến bằng các từ như biến nhiệt độ là
cao hay thấp, tốc độ của xe là nhanh hay chậm…, trong khi đó các biến ngày vẫn
có thể diễn tả bằng các biến số như nhiệt độ là 190C, 200C, hay tốc độ xe là
30km/h, 40km/h…
Xét ví dụ về tốc độ của một chiếc xe môtô có giá trị trong khoảng [0, Vmax],
với Vmax là tốc độ tối đa mà xe đạt được, tốc độ xe có thể là:
 Rất chậm VS
 Chậm S
 Trung bình M
 Nhanh F
 Rất nhanh VF
Những phát biểu về tốc độ xe như trên gọi là biến ngôn ngữ của tập mờ. gọi x
là gía trị của biến tốc độ, ví dụ x = 10 km/h, x = 60 km/h…Hàm thuộc tương ứng
của các biến ngôn ngữ trên được ký hiệu là:
VS(x), S(x), M(x), F(x), VF(x)
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 10
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
Tốc độ của xe với biến ngôn ngữ là chậm, trung bình và nhanh.
Không thể dùng các phép toán cổ điển để hình thành các công thức và tính
toán với các biến ngôn ngữ, để tính toán chúng ta dùng tập mờ để mô tả các biến
ngôn ngữ và các lý thuyết về mờ để tính toán.
Như vậy, biến tốc độ có hai miền giá trị:
 Miền các giá trị ngôn ngữ:
N = { rất chậm, chậm, trung bình, nhanh, rất nhanh }
 Miền các giá trị vật lý:
V = {xB/ x0}
Biến tốc độ được xác định trên miền ngôn ngữ N được gọi là biến ngôn ngữ.
Với mỗi xB ta có hàm thuộc:
xX = { VS(x), S(x), M(x), F(x), VF(x) }
Ví dụ hàm thuộc tại giá trị rõ x = 65 km/h là:
X(65) = {0; 0; 0.75; 0.25; 0}
hoặc tại giá trị rõ x = 50 km/h là:
X(50) = {0; 0.5; 0.5; 0; 0}
8. Luật hợp thành mờ:
a. Mệnh đề hợp thành:
Ví dụ về điều khiển mực nước trong bồn chứa, ta quan tâm đến 2 yếu tố :
 Mực nước trong bồn L = {rất thấp, thấp, vừa}
 Góc mở van ống dẫn G = {đóng, nhỏ, lớn}
Ta có thể thực hiện cách điều khiển như sau:
 Nếu mực nước = rất thấp Thì góc mở van = lớn
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 11
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
 Nếu mực nước = thấp Thì góc mở van = nhỏ
 Nếu mực nước = vừa Thì góc mở van = đóng
Trong ví dụ trên ta thấy có cấu trúc chung là “Nếu A thì B”. Cấu trúc này gọi
là mệnh đề hợp thành, A là mệnh đề điều kiện, C = A B là mệnh đề kết luận.
9. Giải mờ (rõ hóa):
Giải mờ là quá trình xác định giá trị rõ ở đầu ra từ hàm thuộc μB’(y) của tập mờ
B’. Có 2 phương pháp giải mờ:
a. Phương pháp cực đại:
Theo phương pháp này, giá trị rõ y’ đại diện cho tập mờ phải là giá trị có xác suất
thuộc tập mờ lớn nhất, phương pháp này gồm 2 bước:
 Xác định miền chứa giá trị tỏ y’, giá trị tỏ y’ là giá trị mà tại đó hàm
thuộc đạt giá trị cực đại (độ cao h của tập mờ B’), tức là miền:
G = {yY/ μB’(y) = h}
 Xác định y’ có thể chấp nhận được từ G. Có 03 cách thực hiện:
 Nguyên lý trung binh
 Nguyên lý cận trái
 Nguyên lý cận phải
μB’(y) B1 B2
h
y
y1 y2
Giải mờ bằng phương pháp cực đại
Nguyên lý trung bình: nguyên lý này dùng khi G là một miền liên thông và
y’ là giá trị có độ phụ thuộc lớn nhất. trong trường họp B’ gồm các hàm thuộc dạng
đều thì y’ không phụ thuộc vào độ thỏa mãn của luật điều khiển quyết định.
Giá trị y’ = (y1 + y2)/2
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 12
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
μB’(y) B1 B2

h 

y
y’
Giá trị rõ y’ không phụ thuộc vào độ thỏa mãn của luật
điều khiển quyết định
Nguyên lý cận trái: giá trị rõ y’ được lấy bằng cận trái y1 của G. giá tri rõ lấy
theo nguyên lý cận trasinafy sẽ phụ thuộc tuyến tính vào độ thõa mãn của luật điều
khiển quyết định.
μB’(y) B1 B2

h 

y
y’
Giá tri rõ y’ phụ thuộc tuyến tính vào độ thõa mãn của luật điều
khiển quyết định
Nguyên lý cận phải: giá trị rõ y’ được lấy bằng cận phải y2 của G. giá tri rõ
lấy theo nguyên lý cận phải sẽ phụ thuộc tuyến tính vào độ thõa mãn của luật điều
khiển quyết định.
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 13
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
μB’(y) B1 B2

h 

y
y’
Giá tri rõ y’ sẽ phụ thuộc tuyến tính vào độ thõa mãn của luật điều
khiển quyết định
b. Phương pháp điểm trọng tâm:
Phương pháp này sẽ cho kết quả y’ là hoành độ của điểm trọng tâm miền
được bao bởi trục hoành và đường B’(y).
 y B' ( y ) dy
Công thức xác định y’ như sau: y ' 
S
 S
B' ( y ) dy
Trong đó S là miền xác định của tập mờ B’.
Giá tri rõ y’ là hoành độ của điểm trọng tâm
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 14
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
Công thức trên cho phép xác định giá trị y’ với sự tham gia của tất cả các tập mờ
đầu ra của mọi luật điều khiển một cách bình đẳng và chính xác, tuy nhiên lại
không để ý được tới độ thỏa mãn của luật điều khiển quyết định và thời gian tính
toán lâu. Ngoài ra một trong những nhược điểm cơ bản của phương pháp điểm
trọng tâm là có thể giá trị y’ được xác định lại có độ phụ thuộc nhỏ nhất, thậm chí
bằng 0.
IV. Giới thiệu tổng quan trạm 220/110kV Thủ Đức.
Các số liệu trong đề tài được lấy thực tế tại trạm 220/110kV Thủ Đức. Một
số nét khái quát về trạm Thủ Đức như sau:
Trạm 220/110kV Thủ Đức có 6 tuyến đường dây 220kV:
 Tuyến 271: Hóc Môn 1,
 Tuyến 272: Hóc Môn 2
 Tuyến 273: Long Bình 1
 Tuyến 274: Long Bình 2
 Tuyến 275: Cát lái 1
 Tuyến 276: Cát lái 2
05 máy biến áp
 03 máy biến áp 220/110kV: AT1, AT2 và AT3.
 02 máy 110/22kV: T4 và T5.
09 tuyến lộ ra 110kV:
 Tuyến 171: Sóng Thần
 Tuyến 172: Hỏa xa
 Tuyến 173: Bình triệu
 Tuyến 174: Thủ Đức 1
 Tuyến 175: Thủ Đức 2
 Tuyến 176: Xa lộ
 Tuyến 177: An Khánh
 Tuyến 178: Thủ Đức Bắc 1
 Tuyến 179: Thủ Đức Bắc 2
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 15
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương II: Cơ sở lý thuyết mờ
Nội dung thực hiện của đề tài áp dụng cho trạm 220/110kV Thủ Đức là thu
thập số liệu với cấp điện áp 110kV tại các ngăn lộ vào 131, 132, 133 và các ngăn
lộ ngõ ra 171, 172, 173, 174, 175, 176, 177, 178, 179, 134, 135. Áp dụng lý thuyết
mờ để tính toán các thông số P, Q và so sánh kết quả với kết quả thu thập thực tế
để chứng minh tính chính xác của các kết quả tính toán bằng phương pháp mờ.
Các số liệu được thu thập qua hệ thống SCADA để đảm bảo tính chính xác
và sự đồng bộ của số liệu nhằm đảm bảo sự chính xác của các kết quả tính toán sau
này.
Sơ đồ trạm:
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên: Lê Anh Vũ Trang 16
Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mờ trong tính toán hệ thống điện cấp 110kV
Chương III: Áp dụng lý thuyết mờ theo phương pháp biến ngôn ngữ.
Chương III:
ÁP DỤNG LÝ THUYẾT MỜ THEO PHƯƠNG PHÁP
BIẾN NGÔN NGỮ.
1. Giới thiệu
Phụ tải điện luôn thay đổi theo nhu cầu dùng điện của khách hàng, vì vậy
khi dùng các tập tỏ ta chỉ biểu diễn và tính toán cho phụ tải tại 1 thời điểm nhất
định và việc dùng các kết quả tính toán trên tập tỏ để đánh giá, phân tích và dự
báo có thể cho kết quả không chính xác.
Trong chương này sẽ trình bày phương pháp sử dụng lý thuyết tập mờ để
ước lượng phụ tải. Một đặc điểm nổi bậc của phương pháp tập mờ là khả năng
xử lý các phụ tải thay đổi liên tục. Một khuynh hướng là sử dụng các biến ngôn
ngữ ví dụ như tải có giá trị “nhỏ, trung bình hay lớn” để mô tả tình trạng mang
tải của hệ thống và tập mờ là một giải pháp rất phù hợp để biểu diễn và tính toán
khi tải thay đổi.
Phương pháp này dùng để ước lượng phụ tải trên các nhánh mà không cần
các đồng hồ đo với thời gian thực. Tải trên các nhánh được đặc tính hóa bởi các
biến ngôn ngữ dùng các định nghĩa về tập mờ, và được ước lượng qua các đặc
tính của các tập mờ.
Phương pháp tính toán dùng biến ngôn ngữ trong chương này được tham
khảo từ bài báo “Distribution system load and service restoration using a fuzzy
set approach”, Han Chin Kuo & Yuan-Yih Hsu (Senior member), Department of
electrical Engineering, National Taiwan University, Taipei.Taiwan,ROC, IEEE
Transmision and Power Delivery No Octorber 1993”.
Để chứng minh, đề tài sẽ ứng dụng phương pháp biến ngôn ngữ cho các số
liệu thu thập tại trạm 220/110kV Thủ Đức
2. Phương pháp dùng biến ngôn ngữ để ước lượng phụ tải:
a. Giới thiệu lý thuyết:
Biến ngôn ngữ là loại biến mà miền giá trị của nó bao gồm các từ hoặc câu
ở ngôn ngữ tự nhiên hoặc ngôn ngữ nhân tạo (Gọi chung là giá trị ngôn ngữ).
Ví dụ, ta mô tả tốc độ của xe là: Rất chậm, Chậm, Trung bình, Nhanh và
Rất nhanh. Biểu diễn biến tốc độ của xe như trên gọi là biến ngôn ngữ của tốc
độ xe, nó cho ta một khái niệm chung về vận tốc của xe.
Trong tập mờ, bất kỳ biến không chính xác nào ví dụ như tải tại một nút nào
đó cũng có thể được biểu diễn như sau:
X = {(x,(x) x là các giá trị của biến X}
Thầy hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê
Học Viên thực hiện: Lê Anh Vũ Trang 17