Trang 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHAN THÀNH ĐẠT NGHIÊN CỨU QUI HOẠCH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀ
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHAN THÀNH ĐẠT NGHIÊN CỨU QUI HOẠCH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN THÁI NGUYÊN - NĂM 2023 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP PHAN THÀNH ĐẠT NGHIÊN CỨU QUI HOẠCH TỐI ƯU LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Mã ngành: 8.52.02.01 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS VŨ VĂN THẮNG THÁI NGUYÊN - NĂM 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các nghiên cứu và kết quả được trình bày trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trước đây Tác giả luận văn Phan Thành Đạt i LỜI CẢM ƠN Xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, hướng dẫn chỉ bảo tận tình của thầy giáo TS Vũ Văn Thắng cùng các thầy giáo, cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện, Khoa Điện, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp và sự giúp đỡ chân tình của các bạn đồng nghiệp, gia đình đã tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành luận văn này Trong quá trình thực hiện, do thời gian hạn hẹp nên luận văn có thể có những thiếu sót Rất mong muốn nhận được những ý kiến đóng góp để luận văn được hoàn thiện thêm và kết quả nghiên cứu thực sự có ý nghĩa thực tiễn Tôi xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận văn Phan Thành Đạt ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 6 DANH MỤC CÁC BẢNG 7 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 7 MỞ ĐẦU 10 I Lý do chọn đề tài 10 II Mục đích nghiên cứu 11 III Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 11 VI Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 11 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN QUI HOẠCH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI 3 1.1 Giới thiệu 3 1.2 Tổng quan lưới điện phân phối 3 1.2.1 Hệ thống điện phân phối 3 1.2.2 Lưới điện phân phối trung áp 4 Đặc điểm của lưới điện trung áp 4 Vai trò của lưới điện trung áp 5 Cấu trúc của lưới điện trung áp 6 1.2.3 Yêu cầu chất lượng điện và độ tin cậy của LĐPP 10 Chất lượng điện 10 Độ tin cậy cung cấp điện 11 Nhận xét 13 1.3 Nguồn pin mặt trời 14 1.3.1 Nguồn điện phân tán 14 1.3.2 Hiện trạng và tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo Việt Nam 16 1.3.3 Nhận xét 19 1.4 Qui hoạch lưới điện phân phối 19 1.4.1 Mục tiêu 19 iii 1.4.2 Những bước cơ bản của bài toán qui hoạch LĐPP 20 1.4.3 Một số bài toán qui hoạch LĐPP 20 Nâng cấp thiết bị của hệ thống 20 Bổ sung nguồn điện phân tán 21 Bổ sung thiết bị bù 21 Qui hoạch mới và mở rộng sơ đồ 21 1.4.4 Phương pháp qui hoạch LĐPP 21 Qui hoạch theo tiêu chuẩn 21 Qui hoạch toán học 22 Nhận xét 22 1.5 Biến thiên của phụ tải trong LĐPP 23 1.5.1 Đồ thị phụ tải ngày 23 1.5.2 Đồ thị phụ tải ngày 24 1.5.3 Tính ngẫu nhiên của phụ tải điện 25 1.6 Kết luận chương 1 26 CHƯƠNG 2 NGUỒN PIN MẶT TRỜI 27 2.1 Giới thiệu chung 27 2.2 Năng lượng mặt trời 27 2.3 Năng lượng mặt trời trên bề mặt trái đất 28 2.3.1 Chuyển động tương đối của mặt trời và trái đất 28 2.3.2 Bức xạ mặt trời 30 2.3.3 Tính toán bức xạ mặt trời trên mặt phẳng thu 31 2.4 Công nghệ pin mặt trời 33 2.4.1 Tổng quan về công nghệ pin mặt trời 33 2.4.2 Hiệu ứng quang điện 35 2.4.3 Đặc tính lớp tiếp giáp p-n 36 2.4.4 Sơ đồ tương đương và các chế độ làm việc đặc trưng của PMT cell37 2.4.5 Các phương pháp tổ hợp PMT cell 40 Giới thiệu chung 40 iv Phương pháp tổ hợp nối tiếp 41 Phương pháp tổ hợp song song 41 2.5 Nguồn pin mặt trời 42 2.5.1 Hệ thống nguồn PMT độc lập 42 2.5.2 Hệ thống nguồn PMT nối lưới 45 2.6 Đặc tính công suất của nguồn PMT 47 2.7 Tính công suất của nguồn PMT 49 2.8 Kết luận chương 2 51 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP QUI HOẠCH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI 52 3.1 Đặt vấn đề 52 3.2 Phương pháp qui hoạch toán học 52 3.2.1 Mô hình qui hoạch tổng quát 52 3.2.2 Phân loại 53 3.2.3 Phương pháp giải 53 3.3 Mô hình qui hoạch LĐPP có nguồn pin mặt trời 54 3.3.1 Tải ngẫu nhiên và giá điện 54 3.3.2 Công suất ngẫu nhiên của nguồn PMT 55 3.3.3 Mô hình tổng hợp thông số ngẫu nhiên của hệ thống 55 3.3.4 Mô hình toán 56 Hàm mục tiêu 56 Các ràng buộc của mô hình toán 57 3.4 Công cụ tính toán 59 3.4.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình GAMS 59 3.4.2 Những yêu cầu khi lập bài toán vận hành tối ưu LĐPP 61 3.5 Kết luận chương 3 61 CHƯƠNG 4 QUI HOẠCH LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TRUNG ÁP KHU CÔNG NGHIỆP SÔNG CÔNG II XÉT ĐẾN NGUỒN PIN MẶT TRỜI 62 4.1 Giới thiệu khu công nghiệp Sông Công II 62 4.1.1 Giới thiệu chung 62 v 4.1.2 Hệ thống cấp điện và chiếu sáng 62 4.1.3 Nhận xét 65 4.2 Sơ đồ và thông số của LĐTA 65 4.2.1 Thông số đường dây và tải 65 4.2.2 Thông số tải, giá điện và công suất của nguồn pin mặt trời 69 4.3 Thông số của nguồn pin mặt trời 70 4.4 Tính toán qui hoạch 71 4.5 Kết luận chương 4 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 77 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT CD Cầu dao CSTD Công suất tác dụng CSPK Công suất phản kháng ĐD Đường dây ĐTPT Đồ thị phụ tải HTĐ Hệ thống điện GAMS Ngôn ngữ lập trình (The General Algebraic Modeling System) MC Máy cắt MBA Máy biến áp LĐPP Lưới điện phân phối LĐTA Lưới điện phân phối trung áp PSS/Adept Phần mềm Power System Simulator/Avancer Distribution Enginering Productivity tool PV, PMT Pin mặt trời TBPĐ Thiết bị phân đoạn vii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Dải công suất tương ứng của các công nghệ DG 15 Bảng 2.1: Mật độ năng lượng theo bước sóng 27 Bảng 2.2: Cường độ bức xạ trung bình tháng tại Thái Nguyên .50 Bảng 4.1: Bảng thông số tải .68 Bảng 4.2: Bảng thông số của đường dây 69 Bảng 4.3: Bảng thông số tải .70 Bảng 4.4: Công suất tiềm năng của nguồn pin mặt trời 71 Bảng 4.5: Vị trí, công suất và thời gian đầu tư nguồn pin mặt trời 72 Bảng 4.6: Chi phí vòng đời, chi phí đầu tư và tổn thất điện năng 72 viii