Tối ưu hóa hệ thống microgrid cho hệ thống lưới điện đảo phú quý sử dụng giải thuật di truyền

TR I H C QU C GIA TP HCM NG I H C BÁCH KHOA NGUY NăLONGăV T Iă UăHịAăH ăTH NGăMICROGRIDăCHOăH ă TH NGăL Iă I Nă OăPHÚăQUÝăS ăD NGăGI Iă THU TăDIăTRUY N OPTIMIZATION OF THE MICROGRID SYSTEM FOR PHU QUY ISLAND USING GENETIC ALGORITHMS Chuyên ngành : K thu t n Mã s ngành : 8520201 LU NăV N TH CăS TP H CHÍ MINH, tháng n m 2022 CƠNG TRÌNH I H C BÁCH KHOA Cán b h C HOÀN THÀNH T I I H C QU C GIA TP HCM ng d n khoa h c: TS Nguy n PhúcăKh i Cán b ch m nh n xét 1: TS.ăLêăTh ăT nhăMinh Cán b ch m nh n xét 2: TS.ăNguy năH uăVinh Lu n v n th c s đ c b o v t i Tr HCM ngày 16 tháng 07 n m 2022 ng i h c Bách Khoa, HQG Tp Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m: PGS TS Nguy n V n Liêm - Ch t ch H i đ ng TS Nguy n Nh t Nam - Th kỦ H i đ ng TS Lê Th T nh Minh - Cán b ph n bi n TS Nguy n H u Vinh - Cán b ph n bi n TS D - y viên H i đ ng ng Thanh Long Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá Lu n v n Tr ng Khoa qu n lý chuyên ngành sau lu n v n đ c s a ch a (n u có) CH T CH H I NG TR NG KHOA I Năậ I NăT TR I H C QU C GIA TP.HCM NG I H C BÁCH KHOA C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM c l p - T - H nh phúc NHI M V LU N V N TH C S H tên h c viên: NGUY NăLONGăV Ngày, tháng, n m sinh: 28/04/1998 Chuyên ngành: K thu t n - Mã s : 8520201 I TÊN MSHV: 2070675 N i sinh: NinhăThu n TÀI: Tênăti ngăVi t: T i u hóa h th ng Microgrid cho h th ng l i n đ o Phú QuỦ s d ng gi i thu t di truy n Tênăti ngăAnh: Optimization of The Microgrid System for Phu Quy Island Using Genetic Algorithms II NHI M V VÀ N I DUNG: Tìm hi u, nghiên c u v mơ hình l i n siêu nh (Microgrid) có s k t h p gi a ngu n n ng l ng phân tán h th ng l u tr n ng l ng (ESS) Tìm hi u, nghiên c u v thu t tốn di truy n (Genetic Algorithms-GA) Tìm hi u, xây d ng v n d ng toán t i u vào l i n siêu nh Mơ hình hóa, mơ ph ng tính tốn ho t đ ng c a l i n siêu nh vào h th ng n đ o Phú QuỦ b ng ph n m m MATLAB T đ a nh n xét vá đánh giá cho thu t toán đư đ xu t III NGÀY GIAO NHI M V : 14/02/2022 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : V CÁN B H NG D N: TS Nguy n Phúc Kh i Tp HCM, ngày CÁN B H NG D N TS Nguy n PhúcăKh i TR CH NHI M B tháng n m 2022 MÔN ÀO T O TS Nguy n Nh t Nam NGăKHOA I Năậ I NăT Trang i L I CÁM N Ki n th c r ng l n muôn màu muôn v , n m b t đ c ki n th c làm ch đ c cơng ngh m t hành trình gian kh v t v Trên đ ng thành cơng khơng có s thành cơng mà không g n li n v i s h tr , giúp đ dù hay nhi u, dù tr c ti p hay gián ti p Trong su t trình h c t p t i tr ng i h c Bách Khoa TP.HCM em nh n đ c s giúp đ t n tình c a th y giáo, u th t đáng quý trân tr ng V i lòng bi t n sâu s c nh t, em xin g i l i c m giáo tr ng i h c Bách Khoa TP.HCM, đ c bi t th ng n, khoa i n – i n t truy n đ t cho em nh giúp em kh c ph c đ c nhi u thi u sót q trình h làm vi c n đ n quý Th y Cô Th y Cô b mơn H ng ki n th c b tích, c t p, nghiên c u c bi t, em xin g i đ n Ti n s Nguy n Phúc Kh i ng i t n tình h ng d n, giúp đ em su t trình th c hi n lu n v n l i c m n sâu s c nh t Xin chân thành bày t lòng bi t n đ n Công ty C ph n u T T V n N ng L ng B n V ng không ng ng h tr , t o m i u ki n t t nh t cho em su t th i gian h c t p nghiên c u th c hi n lu n v n Xin g i l i c m n đ n gia đình, anh ch b n giúp đ , sát cánh trình làm lu n v n quãng th i gian t i đ p gh nhà tr ng Sau cùng, em xin kính chúc quý th y cô th t d i s c kh e, tràn đ y vui t i đ ti p t c th c hi n s m nh cao đ p c a truy n đ t ki n th c cho th h mai sau TP.HCM, ngày tháng n m 2022 H c viên th c hi n Nguy năLongăV Trang ii TÓM T T LU N V N TH C S H th ng n huy n đ o Phú QuỦ m t mơ hình th c t v vi c v n hành h th ng h n h p gió-m t tr i-diesel đ c l p Hi n nay, ph t i đ o Phú QuỦ ch y u ph t i sinh ho t, nên kho ng th i gian t 23h-6h công su t ph t i th p Khi cơng su t phát t n gió s c t gi m đ cân b ng công su t Ph ng pháp v n hành s gây lưng phí n ng l ng t n gió Lu n v n th c hi n thu th p d li u ho t đ ng c a toàn h th ng n đ o m t n m đ ng th i ti n hành mô ph ng b ng MATLAB s d ng thu t toán di truy n nh m nghiên c u tính kh thi c a vi c tích h p h th ng tích tr n n ng (ESS) vào h th ng n hi n h u c a huy n đ o M c đích nghiên c u c a báo: Tính tốn đ nh l đ o Phú QuỦ ng tính hi u qu c a vi c tích h p h th ng ESS vào l i n Trang iii ABSTRACT The power system on Phu Quy Island district is a practical model of operating an independent Wind-Solar-Diesel hybrid system Now, the load on Phu Quy Island is mainly daily-life load, so the period from 23:00 to 6:00 is low At that time, the power generated from wind power will be reduced to balance the capacity This operating method will waste energy from wind power This thesis collects operational data of the entire power system on the island in one year, and simultaneously conducts simulations with MATLAB and uses genetic algorithms to study the feasibility of integrating an energy storage system (ESS) into the existing power system of the island Main research purpose of the paper: Quantitative calculation of the effectiveness of integrating the ESS system into the Phu Quy Island power grid Trang iv L I CAM OAN Tôi tên Nguy n Long V , xin cam đoan lu n v n th c s đ tài “ i u đ kinh t h th ng microgrid s d ng gi i thu t di truy n” cơng trình nghiên c u c a b n thân tôi, d i s h ng d n khoa h c c a TS Nguy n Phúc Kh i Các s li u, k t qu mô ph ng lu n v n trung th c Tôi cam đoan không chép b t k công trình khoa h c c a ng i khác, m i s tham kh o đ u có trích d n rõ ràng TP.HCM, ngày tháng 06 n m 2022 Ng i cam đoan Nguy năLongăV Trang v Lu n v n th c s GVHD: TS Nguy n Phúc Kh i M CL C NHI M V LU NăV N i L I C Mă N ii TÓM T T LU NăV NăTH CăS iii ABSTRACT iv L IăCAMă OAN v M C L C vi DANH M C HÌNH NH viii DANH M C B NG x CH NGă1.ăT NG QUAN V TÀI 1.1 Gi i thi u v đ tài nghiên c u 1.2 M c tiêu nghiên c u c a đ tài 1.3 it 1.4 Ph ng ph m vi nghiên c u ng pháp nghiên c u 1.5 C u trúc lu n v n CH NGă2.ăT NG QUAN V MICROGRID VÀ H TH NGă I Nă O PHÚ QUÝ 2.1 Khái ni m v Microgrid (MG): 2.2 Các ch đ v n hành c a h th ng Microgrid 2.3 Các thành ph n h th ng Microgrid 2.4 H th ng n t i đ o Phú Quý 20 CH NGă3.ăMƠăHỊNHăBÀIăTỒNăT Iă UăTRONGăH TH NG MICROGRID 25 3.1 Mơ hình hóa ph n t Microgrid: 25 3.2 Hàm m c tiêu 31 CH NGă4.ăTHU T TOÁN DI TRUY N 34 HVTH: Nguy n Long V Trang vi Lu n v n th c s GVHD: TS Nguy n Phúc Kh i 4.1 Thu t toán di truy n: 34 4.2 Xây d ng thu t toán 36 4.3 Mô t v mơ hình 41 CH NGă5.ăK T QU VÀ NH NăXÉTă ÁNHăGIÁ 54 5.1 D li u đ u vào 54 5.2 Mô ph ng h th ng n hi n h u 56 5.3 Mô ph ng h th ng n b sung ESS 57 5.4 K t qu t i u hàm chi phí đ tin c y 60 5.5 Nh n xét 66 CH NGă6.ăK T LU NăVÀăH NG PHÁT TRI N 68 6.1 K t lu n 68 6.2 H ng phát tri n t ng lai 69 TÀI LI U THAM KH O 70 PH L C 73 HVTH: Nguy n Long V Trang vii Lu n v n th c s GVHD: TS Nguy n Phúc Kh i DANH M C HÌNH NH Hình 2.1 Mơ hình h th ng Microgrid đ c l p n hình Hình 2.2 Mơ hình Microgrid đ c k t n i v i NPG Hình 2.3 Các thành ph n c a máy phát n s d ng đ ng c diesel Hình 2.4 Pin n ng l ng m t tr i PV Cell – PV Module – Strings – Arrays [4] Hình 2.5 C u t o pin n ng l ng m t tr i [5] Hình 2.6 Hai lo i pin n ng l ng m t tr i Monocrystalline silicon Polyocrystalline silicon Hình 2.7 Nguyên lý ho t đ ng c a pin n ng l ng m t tr i [5] 12 Hình 2.8 Tuabin gió lo i A 14 Hình 2.9 Tuabin gió lo i B 14 Hình 2.10 Tuabin gió lo i C 15 Hình 2.11 Tuabin gió lo i D 15 Hình 2.12 S đ phân lo i ESS theo d ng n ng l ng l u tr [8] 16 Hình 2.13 S đ ho t đ ng c a H th ng L u tr N ng l ng Pin (BESS) 19 Hình 2.14 H th ng máy phát n Diesel c a đ o Phú Quý [ngu n: EVNSPC] 21 Hình 2.15 H th ng n gió đ o Phú Quý [ngu n: EVNSPC] 21 Hình 2.16 D án nhà máy n m t tr i t i đ o Phú Quý 22 Hình 2.17 th ph t i ngày 23 Hình 2.18 L i n Microgrid s d ng cho huy n đ o Phú Quý 24 Hình 3.1 ng P(v) d ng t ng quát 26 Hình 3.2 Hình nh mơ t thiên đ 29 Hình 3.3 L u đ ho t đ ng 31 Hình 4.1 ng d ng c a GA 34 Hình 4.2 L u đ th c hi n thu t toán di truy n 35 Hình 4.3 Hình nh minh h a cho C p (Rank) 37 Hình 4.4 L u đ thu t toán h th ng máy phát Diesel 42 Hình 4.5 L u đ thu t tốn mơ hình h th ng n ng l ng m t tr i 43 Hình 4.6 L u đ thu t tốn mơ hình h th ng n ng l ng gió 44 Hình 4.7 L u đ thu t tốn c a mơ hình h th ng l u tr n ng l n 50 Hình 4.8 L u đ c a mơ hình thu t tốn Simulation 52 Hình 4.9 L u đ mơ hình thu t toán Optimazation 53 HVTH: Nguy n Long V Trang viii Lu n v n th c s GVHD: TS Nguy n Phúc Kh i r_pv=floor(Project_lifetime/pv_lifetime)-1; %To avoid replacement of the PV system at the end of the project lifetime assumed equal to the PV lifetime r_inverter=floor(Project_lifetime/inverter_lifetime); rep_pv=1:1:(r_pv); rep_inverter=1:1:(r_inverter); R_pv=sum(Specific_cost_pv*Power_rated_pv.*(1/(1+Interest_rate)).^(rep_pv*pv _lifetime)*(1-Tax_rate)) +sum(Specific_cost_inverter*Power_rated_pv.*(1/(1+Interest_rate)).^(rep_inv erter*inverter_lifetime)*(1-Tax_rate)); %Salvage value S_pv=0.1*ICC_pv/((1+Interest_rate)^Project_lifetime); %Life cycle cost LCC_pv=ICC_pv+A_pv+R_pv-D_pv-S_pv; Mô hình ắPower_lcc_wind” function [Power_wind,LCC_wind]=Power_lcc_wind(inputValues,Power_rated_wind,Tower_hei ght) Wind_speed=inputValues.Wind_speed; Vc=inputValues.Vc; Vr=inputValues.Vr; Vo=inputValues.Vo; eta_m=inputValues.eta_m; eta_e=inputValues.eta_e; C_p=inputValues.C_p; rho=inputValues.rho; eta_inverter=inputValues.eta_inverter; Specific_cost_wind=inputValues.Specific_cost_wind; Specific_cost_inverter=inputValues.Specific_cost_inverter; Project_lifetime=inputValues.Project_lifetime; wind_lifetime=inputValues.wind_lifetime; inverter_lifetime=inputValues.inverter_lifetime; Tax_rate=inputValues.Tax_rate; Interest_rate=inputValues.Interest_rate; Maintenance_rate_wind=inputValues.Maintenance_rate_wind; %Wind_tower=Wind_speed*(Tower_height/10).^0.11; Wind_tower=Wind_speed; A_swept=2*Power_rated_wind/(eta_m*eta_e*rho*C_p*Vr^3); Power_wind=zeros(size(Wind_speed)); ind=find(Wind_tower=Vo); Power_wind(ind)=0; %Initial capital cost HVTH: Nguy n Long V Trang 75 Lu n v n th c s GVHD: TS Nguy n Phúc Kh i ICC_wind= Specific_cost_wind*Power_rated_wind+Specific_cost_inverter*Power_rated_wind ; n=1:1:Project_lifetime; %Tax reduction due to depreciation d_wind=(ICC_wind0.1*ICC_wind)/Project_lifetime./((1+Interest_rate).^n)*Tax_rate; %Assumed to be straight line deprecitaion and salvage value equal to 10% of the ICC D_wind=sum(d_wind); %Annual maintenance and operation costs a_wind=(Maintenance_rate_wind*ICC_wind)./((1+Interest_rate).^n)*(1Tax_rate); A_wind=sum(a_wind); %Replacement costs r_wind=floor(Project_lifetime/wind_lifetime); r_inverter=floor(Project_lifetime/inverter_lifetime); rep_wind=1:1:(r_wind); rep_inverter=1:1:(r_inverter); R_wind=sum(Specific_cost_wind*Power_rated_wind.*(1/(1+Interest_rate)).^(rep _wind*wind_lifetime)*(1-Tax_rate)) +sum(Specific_cost_inverter*Power_rated_wind.*(1/(1+Interest_rate)).^(rep_i nverter*inverter_lifetime)*(1-Tax_rate)); %Salvage value S_wind=0.1*ICC_wind/((1+Interest_rate)^Project_lifetime); %Life cycle cost LCC_wind=ICC_wind+A_wind+R_wind-D_wind-S_wind; Mơ hình ắBattery” function [SOC2,PowerOutput]=Battery(inputValues, Battery_capacity, SOC1, Req_Power) eta_battery=inputValues.eta_battery; sigma=inputValues.sigma; Min_SOC=inputValues.Control_soc*100; % In the input file, the control soc is 0.7; Max_SOC=100; eta=(eta_battery); if Req_Power=(Max_SOC/100) SOC2=Max_SOC; PowerOutput=-(Max_SOC/100-(SOC1/100*(1sigma)))*Battery_capacity/eta; else SOC2=(SOC1/100*(1-sigma)-Req_Power*eta/Battery_capacity)*100; PowerOutput=Req_Power; end else % When the battery discharge if SOC1/100*(1-sigma)-Req_Power/eta/Battery_capacity