Luận án mở rộng nguồn điện phân tán và bộ dự trữ năng lượng trên lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TƠN NGỌC TRIỀU Lu MỞ RỘNG NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VÀ BỘ DỰ TRỮ ận NĂNG LƯỢNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI án n tiế sĩ ới m ất nh LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 04 NĂM 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TƠN NGỌC TRIỀU Lu ận MỞ RỘNG NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VÀ BỘ DỰ TRỮ án NĂNG LƯỢNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 9520201 n tiế sĩ ới m nh HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: PGS TS TRƯƠNG VIỆT ANH HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS TS VŨ PHAN TÚ ất PHẢN BIỆN 1: PGS TS PHẢN BIỆN 2: PGS TS PHẢN BIỆN 3: PGS TS TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2023 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI ận Lu án n tiế sĩ ới m ất nh i LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Tơn Ngọc Triều Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1981 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 4/23, Đ129-Tây Hòa, P Phước Long A, Tp Thủ Đức, Tp HCM Điện thoại: 0989517318; E-mail: trieutn.ncs@hcmute.edu.vn; tonngoctrieu@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy; Thời gian đào tạo từ: 2000 - 2005 ận Lu Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Ngành học: Điện khí hóa & Cung cấp điện Tên đồ án: Ứng dụng MATLAB giải tích mạng điện án Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Năm 2004 - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM tiế Cao học: n Hệ đào tạo: Chính quy; Thời gian đào tạo từ: 2007-2009 sĩ Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM m Ngành học: Thiết bị mạng & Nhà máy điện ới Tên đồ án: Nâng cao hiệu suất máy phát điện gió cơng suất nhỏ nh Ngày & nơi bảo vệ LV: Năm 2009 - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM ĐẠI HỌC: ất III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2005 - 2007 Công ty CP Xây dựng – Cơ khí Giao thơng Kỹ sư 2007 - 2008 Trường Cao đẳng nghề Tp HCM Giáo viên 2008 - 2010 Trường Cao đẳng Viễn Đơng Phó trưởng khoa Cơng nghệ 2010 - Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Trưởng khoa Điện – Điện tử ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2023 (Ký tên ghi rõ họ tên) Tôn Ngọc Triều ận Lu án n tiế sĩ ới m ất nh iii LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc gửi đến thầy PGS TS Trương Việt Anh thầy PGS TS Vũ Phan Tú người Thầy tận tình hướng dẫn em suốt q trình nghiên cứu để hồn thành Luận án Xin cảm ơn quý Thầy Cô khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, người giảng viên đầy nhiệt huyết, thiện cảm truyền đạt kiến thức chuyên môn, kinh nghiệm quý báu, giảng dạy hướng dẫn em suốt trình học tập nghiên cứu Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất đồng nghiệp, bạn bè gia đình Lu giúp đỡ tinh thần, vật chất cơng sức q trình học tập để hoàn thành Luận án ận Xin trân trọng cảm ơn án tiế n Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2023 sĩ NCS thực ới m ất nh Tơn Ngọc Triều iv TĨM TẮT Luận án phân tích đề xuất tốn mở rộng lưới điện phân phối (LĐPP), mở rộng công suất nguồn điện phân tán (DG) công suất vận hành dự trữ lượng (ESS) để nâng cao hiệu hoạt động LĐPP Luận án đề xuất ba toán toán áp dụng cho LĐPP Việt Nam, toán sau: Bài toán 1: Mở rộng LĐPP thơng qua xác định vị trí cơng suất tối ưu DG có xét tái cấu hình lưới điện phân phối (DNR) Luận án đưa toán để giải vấn đề tối ưu vị trí cơng suất DG thơng qua hai giai đoạn Giai đoạn I - tối ưu lắp đặt DG LĐPP kín (giai đoạn thiết kế) giai đoạn II - tối ưu khóa mở để lưới điện vận hành hở (giai đoạn vận hành) Bài toán đề nghị thực tối ưu ận Lu lắp đặt DG có xét DNR với hàm mục tiêu cực tiểu tổn thất công suất hệ thống Bài toán đề nghị hai giai đoạn dạng tốn tối ưu lắp đặt DG có xét DNR bên cạnh dạng toán tối ưu lắp đặt DG có xét DNR khác cơng bố án tốn tối ưu đồng thời vị trí, cơng suất DNR (bài tốn đồng thời) tốn tiế tối ưu vị trí trước sau tối ưu cơng suất DNR (bài tốn VT - CS DNR) Bài n toán đề nghị với hai giai đoạn tối ưu có ưu điểm đưa lời giải tối ưu toàn cục cho sĩ vấn đề lắp đặt DG có xét DNR Bài tốn tối ưu DG thông qua hai giai đoạn cho thấy m số biến giảm cho giai đoạn thuật toán tối ưu cách chia giai đoạn ới Bài toán đề nghị cho thấy phù hợp vấn đề lắp đặt DG dài hạn (giai nh đoạn thiết kế) ưu tiên trước vấn đề DNR ngắn hạn (giai đoạn vận hành) ất thực sau LĐPP 33 nút LĐPP 69 nút kiểm tra cho thấy tính hiệu toán đề nghị Bài toán đề nghị sử dụng thuật toán Runner Root Algorithm (RRA) thực so sánh với thuật toán Coyote Algorithm (COA) Genetic Algorithm (GA) Về thuật toán, kết cho thấy thuật toán RRA, COA GA thuật toán hiệu để tối ưu lắp đặt DG cho LĐPP có xét DNR Ngồi ra, tốn đề nghị so sánh với toán đồng thời toán VT-CS DNR với thuật toán khác cho thấy hiệu toán tách hai giai đoạn Các kết mô tốn đề nghị cho thấy tổn thất cơng suất tồn hệ thống tương tự với toán đồng thời tốt so với toán VT- CS DNR Bài tốn đề nghị tối ưu lắp đặt DG có xét DNR thông qua hai giai đoạn nghiên cứu, thực cơng bố cơng trình số [1], [5] [7] v Bài toán 2: Xác định cấu hình LĐPP mở rộng cơng suất pin quang điện (PV) Luận án đề nghị thuật toán trao đổi nhánh với cơng suất nhánh trung bình (CSNTB) cải tiến nhằm xác định cấu hình vận hành LĐPP PV mở rộng công suất với mục tiêu cực tiểu tổn thất lượng Ưu điểm toán đề nghị đơn giản, dễ thực xác việc xác định cấu hình LĐPP PV mở rộng công suất LĐPP 18 nút LĐPP 33 nút áp dụng thử nghiệm cho thấy phương pháp đề nghị đơn giản, nhanh chóng xác định cấu hình lưới điện có độ xác cao so sánh với tốn xác định cấu hình lưới điện theo phương pháp sử dụng cơng suất nhánh trung bình (CSNTB) phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải thuật toán tối ưu Bài toán đề nghị nghiên cứu, thực cơng bố cơng trình số [2] [10] Lu Bài toán 3: Áp dụng mở rộng LĐPP Chư Prông – Gia Lai Việt Nam ận LĐPP Chư Prông áp dụng để mở rộng thông qua lắp đặt DG nhằm tối đa công án suất thâm nhập cực tiểu tổn thất công suất hệ thống Bài toán đề xuất ba giai tiế đoạn lắp đặt DG tương ứng với ba vị trí cơng suất khả thi cho phép lắp đặt vào n LĐPP Chư Prơng Thuật tốn Runner Root Algorithm (RRA) Coyote Algorithm sĩ (COA) sử dụng hiệu cho toán tiếp tục áp dụng để thử nghiệm m cho vấn đề lắp đặt ba DG cho LĐPP Chư Prơng khơng xét tái cấu hình Từ kết ới ba DG tối ưu, luận án đề xuất kế hoạch lắp đặt mở rộng DG LĐPP nh Chư Prông qua ba giai đoạn nhằm phù hợp với vấn đề đầu tư lắp đặt DG trình số [3], [8] [9] ất thời gian dài Bài toán đề nghị nghiên cứu, thực cơng bố cơng Bài tốn 4: Mở rộng LĐPP thông qua lắp đặt pin dự trữ lượng (BESS) để giảm chi phí mua điện Luận án đề xuất tốn xác định vị trí dung lượng BESS LĐPP nhằm giảm chi phí mua lượng giảm chi phí tổn thất lượng Bài toán đề nghị với điểm đưa hàm mục tiêu cực tiểu chi phí mua lượng thuật toán CSA áp dụng lần cho tốn tối ưu vị trí dung lượng BESS Việc tối ưu lắp đặt BESS vào hệ thống khơng giảm chi phí mua điện mà giảm tổn thất lượng khai thác hiệu nguồn lượng tái tạo (RES) LĐPP 18 nút LĐPP 33 nút có PV thử nghiệm cho toán tối ưu lắp đặt BESS cho thấy tính hiệu BESS vi tham gia vào LĐPP Bài toán đề nghị tối ưu lắp đặt BESS LĐPP nghiên cứu, thực cơng bố cơng trình số [4] cơng trình số [6] Các tốn luận án đề nghị mở rộng LĐPP thông qua lắp đặt mở rộng công suất DG BESS nhằm nâng cao hiệu hoạt động LĐPP Đối với DG cho thấy giảm tổn thất công suất hệ thống BESS cho thấy giảm chi phí mua điện rõ rệt ận Lu án n tiế sĩ ới m ất nh vii ABSTRACT The thesis analyzes and proposes the problem of expanding the Distribution Network (DN), expanding the capacity of the Distributed Generation (DG) and the operating capacity of the Energy Storage System (ESS) to improve the efficiency of the distribution network The thesis proposes three new problems and one applied to the distribution network of Vietnam, the problems are as follows: The first point: Expanding the distribution network by determining the optimal location and capacity of the DG with consideration of the Distribution Network Reconfiguration (DNR): The thesis presents a new problem to optimize the position and capacity of the DG through two stages Phase I - Optimizing the installation of ận Lu DG in the closed loop of the distribution network (design phase) and Phase II Optimizing open switching for the distribution network to operate open (operating phase) The problem proposes to optimize the installation of DG with consideration án of reconfiguration with the objective function of minimizing the power loss of the tiế system The phase II proposed problem is a new type of optimization problem in DG n installation optimization that considers reconfiguration besides optimization sĩ problems of VT- CS and DNR The proposed problem with two optimization phases ới m has the advantage of providing a globally optimal solution to the problem of installing DG with consideration of reconfiguration The phase II problem shows that the nh number of variables decreases for each phase of the optimization algorithm by ất dividing it into two phases In addition, the proposed two-phase problem also shows that it is suitable for long-term DG installation (design) to be prioritized and DNR to be short-term (operation) The distribution network of 33 nodes and distribution network 69 nodes is tested and shows the effectiveness of the proposed problem The proposed problem uses Runner Root Algorithm (RRA) algorithm to perform and compare with Coyote Algorithm (COA) and Genetic Algorithm (GA) In terms of algorithms, the results show that RRA, COA and GA algorithms are effective algorithms to optimize DG installation for distribution networks considering reconfiguration In addition, the proposed problem is also compared with concurrent problems and the VT- CS and DNR problems with different algorithms also show the effectiveness of the proposed problem The simulation results of the proposed viii