Vì vậy, kết quả nghiên cứu thành công của đề tài có ý nghĩa khoa học trong việc thiết kế hệ thống cơ sở dữ liệu phù hợp với công tác dự báo công suất phát và sản lượng điện năng cho nhà
TỔNG QUAN CHUNG
Hiện trạng phát triển điện mặt trời
1.1.1 Hiện trạng phát triển điện mặt trời trên thế giới
NLMT là nguồn năng lượng sạch, xanh, rẻ và có thể ngăn ngừa các tác động tiêu cực của nhiên liệu hóa thạch, chẳng hạn như phát thải khí nhà kính từ việc sử dụng than Việc sản xuất và sử dụng NLMT đang gia tăng trên quy mô toàn thế giới Trên thế giới, cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21, điện mặt trời phát triển khá chậm Từ vài năm gần đây sự phát triển mang tính đột phá, nhất là sau những sự cố về điện hạt nhân, sự cạn kiệt cũng như sự ô nhiễm môi trường của nguồn điện từ hóa thạch, chống biến đổi khí hậu Theo báo cáo của Ngân hàng Thế giới (WB) 1 : Năm 2020, điện mặt trời chiếm khoảng 42% tổng sản lượng điện tái tạo từ việc sản xuất mới như hình dưới đây
Hình 0.1 Sản xuất năng lượng điện tái tạo được lắp đặt năm 2020
Phần lớn sự tăng trưởng của thị trường PV trong năm 2020 đến từ Trung Quốc, Việt Nam và sau đó là EU và Hoa Kỳ Những tác động của đại dịch COVID-19 không ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của thị trường vào năm 2020 Mặc dù có một số sự chững lại do các biện pháp đóng cửa trong quý 1, nhưng sau đó đã được phục hồi trong quý 3 và quý 4 ở hầu hết các quốc gia
Khả năng phục hồi của thị trường PV bất chấp những gián đoạn lớn về kinh tế và hậu cần là đáng chú ý và cho thấy tiềm năng của công nghệ để hạn chế suy thoái kinh tế và thiệt hại xã hội do đại dịch COVID-19 mang lại Điều này cho thấy các kế hoạch phục hồi xanh quốc gia và các kế hoạch tốt hơn có thể thúc đẩy ngành công nghiệp PV vượt xa việc lắp đặt hiện tại (cần thiết để đạt được Thỏa thuận khí hậu Paris)
Theo công bố của tổ chức năng lượng quốc tế (IEA), lượng quang điện toàn cầu một lần nữa tăng trưởng đáng kể vào năm 2022 2 , đạt 1.185 GW (≈ 1,2 TW) trong tổng số công suất tích lũy theo dữ liệu thị trường sơ bộ, bất chấp giá cả tăng vọt sau dịch bệnh và xung đột địa chính trị ở Châu Âu Với 240 GW hệ thống mới được lắp đặt và vận hành, cùng nhiều quốc gia có tỷ lệ thâm nhập trên 10% (trên 19% đối với Tây Ban Nha), PV đã chứng minh rằng đây là yếu tố đóng góp quan trọng và lâu dài cho giá điện cạnh tranh, giảm phát thải của ngành năng lượng
1 https://data.worldbank.org/topic/energy-and-mining
2 https://iea-pvps.org/wp-content/uploads/2023/04/IEA_PVPS_Snapshot_2023.pdf
6 Hình 0.2 Sự phát triển lắp đặt PV hằng năm 3 Năm 2022, ít nhất 23 quốc gia đã lắp đặt thêm hơn 1GW Mười sáu quốc gia (không bao gồm EU) hiện có tổng công suất tích lũy hơn 10 GW, năm quốc gia có tổng công suất trên 40 GW Chỉ riêng Trung Quốc đã đại diện cho 414,5 GW, tiếp theo là Liên minh châu Âu (209,3 GW), Hoa Kỳ đứng thứ ba (142 GW) và Nhật Bản đứng thứ tư (85 GW)
Với tốc độ tăng trưởng năng động liên tục, Trung Quốc vẫn là thị trường chính của khu vực vào năm 2022 với hơn 45% công suất mới, một thị phần chưa từng thấy kể từ năm 2018, tăng trưởng mạnh ở châu Âu và ở mức độ thấp hơn là Mỹ và Ấn Độ chiếm thêm 30% Hình dưới đây minh họa thay đổi của thị trường PV toàn cầu theo khu vực và ảnh hưởng của thị trường PV Trung Quốc
Hình 0.3 Tăng trưởng theo khu vực từ năm 2018-2022
3 https://iea-pvps.org/wp-content/uploads/2023/04/IEA_PVPS_Snapshot_2023.pdf, trang 10
7 Hầu hết các nước đều cho thấy sự tăng trưởng từ năm 2020 đến năm 2022 bất chấp sự gián đoạn đáng kể đối với chuỗi cung ứng và thương mại do chi phí polysilicon, thủy tinh, nhôm, thép và vận chuyển hàng hóa tăng, do đó dẫn đến tăng chi phí mô- đun và hệ thống Song song, kể từ đầu năm 2022, căng thẳng chính trị ở châu Âu và dẫn đến việc mua khí đốt giảm đã dẫn đến giá điện bán buôn và điện sinh hoạt cao hơn nhiều, không chỉ ở châu Âu mà còn ở nhiều quốc gia khác như Úc Đến giữa năm 2022, chi phí vận chuyển và vật liệu hầu như ổn định và thị trường quang điện tiếp tục phát triển Dưới đây là 10 quốc gia có lượng lắp đặt và tổng công suất lắp đặt hàng đầu năm 2022:
Hình 0.4 10 quốc gia có lượng lắp đặt và tổng công suất lắp đặt hàng đầu năm
2022 Trung Quốc tăng trưởng với tốc độ đáng chú ý và lắp đặt 106 GW vào năm 2022 (tăng từ 55 GW vào năm 2021), tương đương 44% thị trường toàn cầu Liên minh Châu Âu xếp thứ hai với 38,9 GW công suất lắp đặt hàng năm Hoa Kỳ ước tính có 18,6 GW được lắp đặt, một thị trường bị ảnh hưởng bởi tranh chấp thương mại và ảnh hưởng nghẽn lưới Tiếp theo là Ấn Độ với thị trường tăng 18,1 GW Brazil đứng thứ tư với ước tính 9,9 GW, là thị trường năng động nhất ở Mỹ Latinh Khả năng phục hồi của thị trường PV bất chấp những gián đoạn lớn về kinh tế và hậu cần là rất đáng chú ý và cho thấy tiềm năng của công nghệ trong việc hạn chế suy thoái kinh tế và thiệt hại xã hội do biến động trong khu vực hoặc trên toàn thế giới gây ra Các kế hoạch phục hồi xanh và các quy định tốt hơn có thể thúc đẩy ngành công nghiệp PV vượt xa các xu hướng lắp đặt hiện tại để đáp ứng Thỏa thuận Khí hậu Paris
1.1.2 Hiện trạng phát triển ĐMT tại Việt Nam
Mặc dù Việt Nam có tiềm năng năng lượng mặt trời cao nhưng việc phát triển điện mặt trời ở Việt Nam trước năm 2019 vẫn còn thấp[1] Trước năm 2005, công suất lắp đặt điện mặt trời ở Việt Nam không đáng kể, với công suất lắp đặt khoảng 1,1 MWp trên khắp cả nước Các ứng dụng sớm nhất của điện mặt trời do đó chủ yếu là để chiếu sáng, sinh hoạt dân cư ở nông thôn, vùng sâu vùng xa hoặc hải đảo Công suất của mỗi hệ thống PV từ 40 Wp đến 220 Wp và được chia thành ba nhóm chính theo mức độ sử dụng: 50% hoạt động chuyên biệt, 30% bệnh viện và trường học và 20% hộ gia đình
Số lượng trạm lúc đó lên tới 10.000 trạm không nối lưới quy mô nhỏ, bao gồm hệ thống PV và hệ thống hỗn hợp PV và điện diesel/gió Ngoài ra, lưới điện địa phương sử dụng một số lượng lớn các trạm điện PV quy mô nhỏ đã được sử dụng để cung cấp
8 điện cho các cụm dân cư vùng sâu vùng xa ở một số tỉnh ở Việt Nam như Kon Tum, Gia Lai Hầu hết các hệ thống này được thực hiện theo các dự án nghiên cứu do chính phủ hoặc các tổ chức nhà nước của Việt Nam tài trợ Tại Việt Nam, trước năm 2017 do chưa có quy hoạch, cơ chế, chính sách cho phát triển ĐMT, hạ tầng cho phát triển điện ĐMT chưa sẵn sàng, hệ thống đấu nối, truyền tải, phân phối, v.v… cũng chưa được xây dựng, nguồn vốn cho các dự án ĐMT còn khó khăn, giá đầu tư cao, nhân lực chuyên môn còn rất thiếu nên việc triển khai xây dựng các dự án ĐMT lớn gặp nhiều khó khăn Đến tháng 08/2017, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời chỉ dưới 30 MWp, chủ yếu là quy mô nhỏ cấp điện tại chỗ
Năm 2018, điện mặt trời của Việt Nam ghi nhận mức tăng trưởng đáng kể nhưng con số này vẫn còn quá nhỏ so với một số quốc gia có tiềm năng tương tự như Mỹ, Ý, Philippines thậm chí còn thấp hơn Malaysia, Thái Lan Cụ thể, tổng công suất điện mặt trời Việt Nam năm 2018 chỉ là 106 MWp, chưa bằng 1% so với Ý và chỉ bằng khoảng 4% của Thái Lan
Năm 2019, tổng công suất điện mặt trời đã tăng lên khoảng 5 GWp, trong đó 4,5 GWp là của các nhà máy điện máy điện mặt trời nối lưới và gần 0,4 GWp của hệ thống điện mặt trời mái nhà Sự phát triển mạnh mẽ này là do các nhà đầu tư đã tăng tốc độ triển khai dự án để tận dụng các ưu đãi của Chính Phủ theo quyết định số 11/2017/QĐ- TTg và Thông tư số 16/2017/TT-BCT về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam
Tính hết năm 2020[2], nguồn điện mặt trời nối lưới đã được đưa vào vận hành lên tới 9 GWp (trong đó, 2 tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận gần 3,5 GWp) Quy mô công suất của các dự án điện mặt trời đã được bổ sung quy hoạch là trên 13 GWp (tổng quy mô đăng ký xây dựng các dự án điện mặt trời nhưng chưa được bổ sung vào quy hoạch là khoảng 50 GWp)
Theo Dự thảo quy hoạch điện VIII, dự kiến công suất lắp đặt điện mặt trời sẽ tăng từ 17 GW (giai đoạn 2020-2025) lên khoảng 20 GW (năm 2030) Tỷ trọng điện mặt trời được kỳ vọng sẽ chiếm 17% (năm 2025), 14% (năm 2030) trong cơ cấu các nguồn điện
Quy hoạch, lộ trình phát triển ĐMT tại Việt Nam
1.2.1 Quy hoạch điện mặt trời tại Việt Nam
Theo số liệu của Bộ Công Thương tính tới tháng 4/2023 đã có 175 dự án điện mặt trời, tổng công suất 15.400 MW được quy hoạch, bổ sung trong 5 năm qua 96% số dự án tập trung tại miền Trung và miền Nam Quy hoạch điện VIII được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 15/5/2023 tại Quyết định 500/QĐ-TTg[3] Trong đó, năng lượng tái tạo được ưu tiên phát triển mạnh nhằm đáp ứng yêu cầu về chuyển đổi năng lượng công bằng Phát triển năng lượng tái tạo, năng lượng mới được coi là cơ hội để phát triển tổng thể hệ sinh thái công nghiệp năng lượng
Một trong những mục tiêu phát triển được đặt ra trong Quy hoạch điện VIII là thực hiện thành công chuyển đổi năng lượng công bằng gắn với hiện đại hóa sản xuất, xây dựng lưới điện thông minh, quản trị hệ thống điện tiên tiến, phù hợp với xu thế chuyển đổi xanh, giảm phát thải, phát triển khoa học công nghệ của thế giới Để chuyển đổi năng lượng công bằng, mục tiêu phát triển mạnh các nguồn năng lượng tái tạo phục vụ sản xuất điện, đạt tỷ lệ khoảng 30,9-39,2% vào năm 2030, hướng tới mục tiêu tỷ lệ năng lượng tái tạo 47% với điều kiện các cam kết theo Tuyên bố chính trị thiết lập Quan hệ đối tác chuyển đổi năng lượng công bằng (JETP) với Việt Nam được các đối tác quốc tế thực hiện đầy đủ, thực chất Định hướng đến năm 2050, tỷ lệ năng lượng tái tạo lên đến 67,5-71,5%
Quy hoạch điện VIII đặt mục tiêu phấn đấu đến năm 2030 có 50% các tòa nhà công sở và 50% nhà dân sử dụng điện mặt trời mái nhà tự sản, tự tiêu (phục vụ tiêu thụ tại chỗ, không bán điện vào hệ thống điện quốc gia)
Về định hướng phương án phát triển nguồn điện:
Quy hoạch điện VIII đề cập nội dung: Tiếp tục đẩy mạnh phát triển các nguồn năng lượng tái tạo (thủy điện, điện gió trên bờ và ngoài khơi, mặt trời, sinh khối ), năng lượng mới, năng lượng sạch (hydro, amoniac xanh ) phù hợp với khả năng bảo đảm an toàn hệ thống với giá thành điện năng hợp lý, đặc biệt là các nguồn điện tự sản, tự tiêu, điện mặt trời mái nhà
Về phương án phát triển nguồn điện: Đẩy nhanh phát triển nguồn điện từ năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời, điện sinh khối ), tiếp tục gia tăng tỷ trọng của năng lượng tái tạo trong cơ cấu nguồn điện và điện năng sản xuất:
+ Đẩy mạnh phát triển điện gió trên bờ và ngoài khơi, điện mặt trời phù hợp với khả năng hấp thụ của hệ thống, khả năng giải tỏa công suất của lưới điện, giá thành điện năng và chi phí truyền tải hợp lý gắn với bảo đảm an toàn vận hành và tính kinh tế chung của hệ thống điện, tận dụng tối đa cơ sở hạ tầng lưới điện hiện có Ưu tiên, khuyến khích phát triển điện gió, điện mặt trời tự sản tự tiêu (trong đó có điện mặt trời mái nhà của người dân và mái công trình xây dựng, điện mặt trời tại các cơ sở sản xuất kinh doanh, tiêu thụ tại chỗ, không đấu nối hoặc không bán điện vào lưới điện quốc gia) Định hướng phát triển điện mặt trời phải kết hợp với pin lưu trữ khi giá thành phù hợp
12 + Tiềm năng điện mặt trời của Việt Nam khoảng 963.000 MW (mặt đất khoảng 837.400 MW, mặt nước khoảng 77.400 MW và mái nhà khoảng 48.200 MW) Từ nay đến năm 2030, tổng công suất các nguồn điện mặt trời dự kiến tăng thêm 4.100 MW; định hướng đến năm 2050, tổng công suất 168.594 - 189.294 MW, sản xuất 252,1- 291,5 tỷ kWh Trong đó:
Về chuyển đổi năng lượng công bằng:
+ Phát triển mạnh các nguồn năng lượng tái tạo phục vụ sản xuất điện, đạt tỷ lệ khoảng 30,9 - 39,2% vào năm 2030, hướng tới mục tiêu tỷ lệ năng lượng tái tạo 47% với điều kiện các cam kết theo Tuyên bố chính trị thiết lập Quan hệ đối tác chuyển đổi năng lượng công bằng (JETP) với Việt Nam được các đối tác quốc tế thực hiện đầy đủ, thực chất Định hướng đến năm 2050 tỷ lệ năng lượng tái tạo lên đến 67,5 - 71,5% + Kiểm soát mức phát thải khí nhà kính từ sản xuất điện đạt khoảng 204 - 254 triệu tấn năm 2030 và còn khoảng 27 - 31 triệu tấn vào năm 2050 Hướng tới đạt mức phát thải đỉnh không quá 170 triệu tấn vào năm 2030 với điều kiện các cam kết theo JETP được các đối tác quốc tế thực hiện đầy đủ, thực chất
+ Xây dựng hệ thống lưới điện thông minh, đủ khả năng tích hợp, vận hành an toàn hiệu quả nguồn năng lượng tái tạo quy mô lớn
Về phát triển hệ sinh thái công nghiệp và dịch vụ năng lượng tái tạo:
+ Dự kiến đến 2030, hình thành 02 trung tâm công nghiệp, dịch vụ năng lượng tái tạo liên vùng bao gồm sản xuất, truyền tải và tiêu thụ điện; công nghiệp chế tạo thiết bị năng lượng tái tạo, xây dựng, lắp đặt, dịch vụ liên quan, xây dựng hệ sinh thái công nghiệp năng lượng tái tạo tại các khu vực có nhiều tiềm năng như Bắc Bộ, Nam Trung
Bộ, Nam Bộ khi có các điều kiện thuận lợi
+ Phát triển các nguồn điện từ năng lượng tái tạo và sản xuất năng lượng mới phục vụ xuất khẩu Phấn đấu đến năm 2030, quy mô công suất xuất khẩu điện đạt khoảng 5.000 - 10.000 MW
1.2.2 Lộ trình phát triển điện mặt trời tại Việt Nam
Bộ Công Thương đang xây dựng Dự thảo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển điện mặt trời mái nhà tiếp theo Dự thảo nêu quy định các tổ chức, cá nhân đầu tư phát triển hệ thống điện mặt trời mái nhà tại tại nhà ở, công sở, trụ sở của doanh nghiệp để sử dụng tại chỗ, tức là tự sản, tự tiêu và không mua bán được miễn trừ giấy phép hoạt động điện lực, giấy chứng nhận đăng ký kinh doanh điện Các hệ thống điện mặt trời mái nhà lắp đặt tại công sở được ưu tiên bố trí ngân sách để thực hiện Các tổ chức, cá nhân đầu tư và sử dụng hệ thống điện mặt trời mái nhà được miễn hoặc giảm các loại thuế, phí; được vay vốn với lãi suất ưu đãi theo quy định của pháp luật Đây là chính sách nhằm thúc đẩy từng bước thực hiện Quy hoạch điện VIII Theo đó, tổng công suất hệ thống điện mặt trời mái nhà tự dùng trên toàn quốc được ưu tiên phát triển không giới hạn công suất Trong đó, có đặt mục tiêu phấn đấu tới năm 2030, cả nước có 2.600 MW điện mái nhà tương đương với công suất của hơn hai 2 nhà máy nhiệt điện hạng trung Trong đó, có 50% các tòa nhà công sở và 50% nhà dân sử dụng điện mặt trời mái nhà tự sản, tự tiêu, không bán điện vào hệ thống điện quốc gia Ưu tiên và có chính sách đột phá để thúc đẩy phát triển điện mặt trời mái nhà của người dân và mái công trình xây dựng, nhất là các khu vực có nguy cơ thiếu điện như miền Bắc và điện mặt trời tự sản, tự tiêu Từ nay đến năm 2030, công suất các nguồn điện loại hình này ước tính tăng thêm 2.600 MW Loại hình nguồn điện này được ưu tiên phát triển không giới hạn công suất, với điều kiện giá thành hợp lý
13 và tận dụng lưới điện sẵn có, không phải nâng cấp Thực hiện thành công chuyển đổi năng lượng công bằng gắn với hiện đại hóa sản xuất, xây dựng lưới điện thông minh, quản trị hệ thống điện tiên tiến, phù hợp với xu thế chuyển đổi xanh, giảm phát thải, phát triển khoa học công nghệ của thế giới.
Tổng quan về nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa
1.3.1 Giới thiệu chung về nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa
Dự án Nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa được đầu tư xây dựng tại xã Cẩm Hòa, huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh với tổng diện tích đất khảo sát khoảng 65ha
Hình 0.5 Địa điểm và ranh giới đất thực hiện dự án nhà máy điện mặt trời Cẩm
Ban đầu, địa điểm dự án dự kiến được quy hoạch cho trại nuôi tôm Tuy nhiên theo chủ đầu tư, địa điểm này hiện đã được cơ quan chính quyền phê duyệt cho mục đích xây dựng nhà máy điện mặt trời Khu vực dự án bị chia cắt bởi một đường bộ nhỏ ở phía Nam Diện tích dự án gồm khoảng 53 héc ta ở mặt phía Bắc và 12 héc ta ở mặt phía Nam của con đường Hai khu nghĩa trang tìm thấy trong khu vực sẽ được giữ lại và một lối đi bộ để tiếp cận các khu nghĩa trang này dự kiến sẽ được xây dựng Khu vực có người sinh sống nằm ở phía Nam của địa điểm dự án có thể sẽ được di dời Một trang trại nuôi ngỗng và heo ở phía Nam cắt mất một mảnh của khu vực dự án Diện tích sử dụng đất của dự án là 65ha Hiện trạng sử dụng đất chủ yếu là đất cát, thảm thực vật tại khu vực dự án là cây bụi và cây gỗ kém phát triển Qua khu vực dự án có đường giao thông quốc lộ 15B chạy ngang qua Nhà máy được dự kiến đấu nối với hệ thống điện quốc gia bằng cách đấu nối chuyển tiếp trên đường dây 110kV Cẩm Hòa – TBA 110kV Cẩm Xuyên qua đường dây đấu nối mạch đơn dài 18km ACSR- 240
14 Hình 0.6 Thực tế đã triển khai của nhà máy
Dự án NMĐ MT Cẩm Hòa gồm các hạng mục chính như:
- Hệ thống tấm pin mặt trời gồm 153.840 tấm pin mặt trời loại đa tinh thể, hiệu suất 17%, công suất 330 Wp/tấm pin được bố trí thành 7 khu vực với 14 Inverter công suất 3.25 MW
- Trạm phân phối 110kV tại vị trí phù hợp cho đấu nối
- Khu quản lý vận hành gồm nhà quản lý vận hành diện tích 180 m 2 , kho vật tư thiết bị với diện tích xây dựng là 400m 2 , và hệ thống máy bơm, bể nước cung cấp nước sinh hoạt, nước rửa tấm pin và phòng cháy chữa cháy
- Đường giao thông nội bộ gồm hệ thống các đường chính phụ vụ thi công vận hành, và hệ thống đường phụ bao quanh khu vực dự án
Theo Thông tư số 03/2016/TT-BXD ngày 10/3/2016 của Bộ Xây dựng về phân cấp công trình xây dựng, thì dự án NMĐ MT Cẩm Hòa với công suất 50 MWp thuộc công trình cấp I Việc đầu tư phát triển dự án NMĐ MT Cẩm Hòa là cần thiết và phù hợp với Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030 theo Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015 của Chính phủ, Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, xét đến năm 2030 (điều chỉnh) của Việt Nam theo Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18/03/2016 của Chính phủ, và chủ trương phát triển sạch của tỉnh Hà Tĩnh Khi đi vào vận hành, dự kiến dự án NMĐ
MT Cẩm Hòa sẽ nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và giảm tổn thất điện năng phục vụ phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Hà Tĩnh và khu vực lân cận Dự án NMĐ MT Cẩm Hòa đã được Bộ Công Thương phê duyệt bổ sung vào Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Hà Tĩnh giai đoạn 2011 – 2015, có xét đến 2020 tại Quyết định số 2943/QĐ-BCT ngày 28/07/2017
15 1.3.2 Phương án đấu nối nhà máy
1.3.2.1 Phương án đấu nối trong nhà máy
30 module PV sẽ được ghép nối tiếp thành PV string, các PV string sẽ được đấu nối vào tủ String monitor box (STM) với công suất phù hợp Các tủ STM sẽ được đấu nối tới một inverter có công suất phù hợp Dây cáp sẽ được đặt trong các mương cáp ngầm dưới mặt đất Cáp dự kiến sử dụng là loại cáp đơn DC có tiết diện phù hợp Đầu ra của các inverters bộ sẽ được nối vào phía 0,66kV của máy biến áp nâng áp 0,66/22kV Đầu ra 22kV của máy biến áp 0,66/22kV sẽ được nối chung vào một lộ cáp ngầm cấp điện áp 22kV và đấu nối vào tủ trung thế của Trạm biến áp 22/110kV
1.3.2.2 Phương án đấu nối với lưới điện khu vực
Hiện trạng, kế hoạch phát triển lưới điện 110kV tỉnh Hà Tĩnh và phương án đấu nối nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa vào lưới lưới điện khu vực được thể hiện như sau:
- Xây dựng TBA 22/110kV Nhà máy ĐMT Cẩm Hòa công suất 63MVA
- Số ngăn lộ 110kV: 01 ngăn máy biến áp, 1 ngăn đường dây
- Xây dựng đường dây 110kV mạch đơn ACSR-240 dài khoảng 18km đấu nối từ TBA 22/110kV Nhà máy ĐMT Cẩm Hòa vào TBA 110kV Cẩm Xuyên
1.3.2.3 Đường dây 110 kV Đường dây 110kV đấu nối từ Trạm biến áp 110kV của nhà máy Điện mặt trời Cẩm Hòa đến Trạm biến áp 110kV Cẩm Xuyên đi qua khu vực 6 xã của huyện Cẩm Xuyên có đặc điểm như sau:
- Điểm đầu (ĐĐ): trạm biến áp 110kV Nhà máy điện mặt trời;
- Điểm cuối (ĐC): Trạm biến áp 110kV Cẩm Xuyên (đấu nối thanh cái);
- Chiều dài dự kiến: 15,4km:
- Địa điểm xây dựng: các xã Cẩm Hòa, Cẩm Yên, Cẩm Nam, Cẩm Thăng, Cẩm Hưng, Cẩm Phúc, huyện Cẩm Xuyên, tỉnh Hà Tĩnh
- Dây chống sét: GSW-50 và dây chống sét kết hợp cáp quang
- Cột: Thép hình tháp mạ kẽm đứng tự do liên kết bằng bu lông
- Móng: Móng bê tông cốt thép đúc tại chỗ cho móng trụ và móng bản
- Tiếp đất: Kiểu tia và kiểu hỗn hợp cọc-tia
- Vị trí bẻ góc: 18 vị trí
- Vượt đường ô tô nhỏ (đường nhựa, đường bê tông, rộng 3 – 6m): 10 vị trí;
- Vượt đường ô tô rộng 7÷10m (TL4): 01 vị trí;
- Vượt sông, kênh: 03 vị trí
Cấp điện áp của trạm:
- Phía cao áp: Cấp điện áp 110kV
- Phía hạ áp: Theo công nghệ của Nhà máy hạ áp của máy biến áp chọn cấp điện áp là 22kV
- Công suất máy biến áp thứ nhất của trạm biến áp 110kV NMĐ mặt trời là 63MVA đảm bảo khả năng truyền tải công suất cho Nhà máy
- Để khai thác tốt khả năng của máy biến áp chọn tỷ số truyền công suất các cuộn dây của máy biến áp là: 100%/100% Các thông số kỹ thuật chính của máy biến áp 110kV như sau:
Tổ đấu dây: Yn/Yo/D11
Thiết kế theo sơ đồ khối, các thiết bị đóng cắt sử dụng máy cắt và dao cách ly Hệ thống phân phối 110kV lắp đặt ngoài trời Trong giai đoạn này xây dựng 01 ngăn máy biến áp T1
Phía 22kV dùng sơ đồ 1 hệ thống thanh cái sử dụng tủ hợp bộ đặt trong nhà Trong giai đoạn này lắp đặt các tủ bao gồm:
- 01 tủ cho máy biến áp tự dùng
- 05 tủ lộ đến 22kV Đấu nối giữa các thiết bị trong trạm: Đấu nối đường dây 110kV đến và các thiết bị 110kV:
- Phương án đấu nối được thể hiện chi tiết trong mặt bằng bố trí thiết bị và mặt cắt các ngăn lộ 110kV
- Dây dẫn dùng để đấu nối ngăn đường dây 110kV và MBA T1: Dây nhôm lõi thép ACSR-240/39 Đấu nối các thiết bị 22kV:
- Bố trí các thiết bị 22kV: Các tủ phân phối trọn bộ 22kV được bố trí trong phòng phân phối của nhà điều khiển phân phối
- Tủ máy cắt lộ tổng 22kV được đấu nối với đầu ra máy biến áp lực bằng cáp đồng 24kV 2xCu/DSTA/DATA/XLPE/PVC/Wa tiết diện 500mm2
- Đấu nối giữa các tủ phân phối với nhau: Thực hiện bằng 30 module PV sẽ được ghép nối tiếp thành PV string, các PV string sẽ được đấu nối vào tủ String monitor box (STM) với công suất phù hợp
Các tủ STM sẽ được đấu nối tới một inverter có công suất phù hợp Dây cáp sẽ được đặt trong các mương cáp ngầm dưới mặt đất Cáp dự kiến sử dụng là loại cáp đơn
DC có tiết diện phù hợp Đầu ra của các inverters bộ sẽ được nối vào phía 0,66kV của máy biến áp nâng áp 0,66/22kV Đầu ra 22kV của máy biến áp 0,66/22kV sẽ được nối chung vào một lộ cáp ngầm cấp điện áp 22kV và đấu nối vào tủ trung thế của Trạm biến áp 22/110kV
1.3.4 Hiện trạng đấu nối với lưới điện khu vực
17 Hiện trạng, kế hoạch phát triển lưới điện 110kV tỉnh Hà Tĩnh và phương án đấu nối nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa vào lưới lưới điện khu vực được thể hiện như sau:
Hình 0.7 Sơ đồ một sợi nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa Lưới điện xây dựng để đấu nối Nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa như sau:
- Xây dựng TBA 22/110kV Nhà máy ĐMT Cẩm Hòa công suất 63MVA
- Số ngăn lộ 110kV: 01 ngăn máy biến áp, 1 ngăn đường dây
- Xây dựng đường dây 110kV mạch đơn ACSR-240 dài khoảng 18km đấu nối từ TBA 22/110kV Nhà máy ĐMT Cẩm Hòa vào TBA 110kV Cẩm Xuyên
1.3.5 Các giải pháp thu thập dữ liệu, điều khiển giám sát nhà máy
1.3.5.1 Giới thiệu về hệ thống SCADA
NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ GIÁM SÁT THÔNG SỐ LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ TÍCH HỢP NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI
Nghiên cứu vấn đề giám sát chất lượng điện năng của lưới điện phân phối tích hợp nguồn điện mặt trời
Các nguồn PV có thể kết nối vào hệ thống điện ở các lưới truyền tải và phân phối
Do sự khác nhau trong đặc điểm của các lưới truyền tải và phân phối và mức công suất các nguồn PV kết nối vào mỗi lưới, ảnh hưởng của các nguồn PV gây ra trên mỗi lưới cũng có sự khác nhau Dưới đây sẽ xem xét một số ảnh hưởng của các nguồn
PV trên lưới truyền tải và phân phối một cách riêng rẽ
Các ảnh hưởng của nguồn PV công suất lớn trên lưới truyền tải[4]
Gây ra các dao động công suất, tần số và điện áp bởi sự bất định, sự phụ thuộc của công suất phát PV vào điều kiện môi trường xung quanh (nhiệt độ, bức xạ mặt trời, mây, sương mù…)
Sự thay đổi các yêu cầu/tiêu chuẩn với các dịch vụ phụ trợ để có thể cân bằng công suất phụ tải trong điều kiện có PV: tăng tần số lấy mẫu với việc đo đạc và giám sát hệ thống, tăng tần số của các tác vụ điều khiển trong điều độ hệ thống điện, tăng giới hạn công suất dự trữ cho điều khiển tần số tải (LFC) Một nghiên cứu ở đại học Tokyo với mô hình LFC Nhật Bản từ 1996[5] cho thấy với tỉ trọng công suất PV trên công suất tải là 10%, giới hạn công suất dự trữ cho LFC cần đạt 2,5% Con số này là 10% khi tỉ trọng PV là 30% Lưu ý rằng đây là các đánh giá khi chưa xem xét sự hỗ trợ của các hệ thống tích trữ năng lượng Đặc điểm địa lý của các nguồn
PV, cụ thể là diện tích khu vực lắp đặt nguồn PV, ảnh hưởng đến mức độ dao động công suất mà chúng có thể gây ra khi có hiện tượng mây che, và theo đó cũng góp phần quyết định mức công suất lớn nhất của chúng Theo một nghiên cứu cho hệ thống điện Kansas, với công suất dự trữ hệ thống là 1%, thì tổng nguồn PV lắp đặt phân bố trên một khu vực 10 km 2 có thể có công suất 6,3% công suất tải, trong khi tổng nguồn PV lắp phân bố trên khu vực 100 km 2 có thể được phép có công suất 18,1% công suất tải Trong trường hợp nguồn PV tập trung, công suất cho phép là 1,3% công suất tải, với giả thiết là khi có mây che, công suất PV có thể giảm nhiều nhất là 75% trong vòng một phút Nghiên cứu này góp phần xác nhận rằng tác động của PV mái nhà đối với yêu cầu dự trữ công suất là không đáng kể so với tác động của các nguồn PV lớn tập trung Tuy vậy, do đặc điểm khó kiểm soát của PV mái nhà so với nguồn PV công suất lớn, điều độ hệ thống vẫn cần quan tâm đến ảnh hưởng của PV mái nhà, nhất là khi tỉ trọng của chúng trong hệ thống tăng cao
Ổn định hệ thống điện: Không giống như các nhà máy điện quay, nguồn PV không có quán tính và có đáp ứng động hoàn toàn phụ thuộc vào đặc tính của bộ nghịch lưu Vì thế, sự tích hợp PV vào lưới điện sẽ làm giảm quán tính và giảm hệ số cản dao động của lưới Một cách chung nhất thì sự suy giảm này thường làm giảm tính ổn định của hệ thống điện Tuy vậy, việc đánh giá các ảnh hưởng của PV lên ổn định hệ thống điện cần được xem xét cụ thể với mỗi loại ổn định và các đặc điểm của nguồn PV
Ổn định tĩnh: Ổn định tĩnh của hệ thống điện thường liên quan đến các dao động điện cơ tần số thấp trong khoảng từ 0,1 Hz đến 2 Hz, trong đó được chia thành các dao động tại chỗ (0,1 Hz – 0,8 Hz) giữa mỗi nhà máy điện và phần còn lại của hệ thống hoặc giữa hai nhà máy điện gần nhau trong cùng khu vực và các dao động liên vùng (0,7 Hz– 2 Hz) giữa hai nhóm nhà máy điện thuộc hai khu vực khác nhau Một nguồn PV cụ thể, vì không có các thành phần góc quay và tốc độ quay như máy điện quay trong sự tương tác với lưới điện nên có thể làm suy giảm tính ổn định các dao động tại chỗ, nhưng việc nó có thể suy giảm hay hỗ trợ cho các dao động liên vùng thì tùy vào vị trí, công suất của nó Bên cạnh đó, một số nhà máy điện quay cần được duy trì vận hành hoặc cần xây dựng thêm các hệ thống bù linh hoạt tác động nhanh (SVC hoặc STATCOM) để bảo đảm ổn định tĩnh của hệ thống, dù việc này có thể không tối ưu về kinh tế Trong điều kiện như vậy, nếu thực hiện đánh giá, tính toán một cách cẩn thận, một số nguồn PV ở các vị trí thích hợp vẫn có tác dụng tích cực cho ổn định tĩnh hệ thống thông qua việc cải thiện các dao động liên vùng
Ổn định động: Khi tỉ lệ công suất PV trong hệ thống cao, quán tính hệ thống giảm thấp và làm tăng nguy cơ mất ổn định động hệ thống Tùy vào vị trí các nguồn
PV mà nguy cơ mất ổn định động hệ thống (khi có sự cố lớn như ngắn mạch hoặc mây che gây đột biến công suất) có thể khác nhau với cùng một tỉ trọng tổng của các nguồn PV, và vì thế nguy cơ này cần được khảo sát, tính toán cụ thể với mỗi lưới điện Tuy vậy, nhiều nghiên cứu trên các mô hình lưới điện mẫu cho thấy rằng các nguy cơ mất ổn định động có thể xảy ra khi tỉ trọng nguồn PV lớn hơn 20%
Ổn định điện áp: Vị trí, công suất và chế độ hoạt động của PV có ảnh hưởng khác nhau với vấn đề ổn định điện áp, và vấn đề này cũng cần được khảo sát với mỗi hệ thống điện cụ thể Chế độ giữ hệ số công suất không đổi thường giúp giảm mức dao động điện áp, nhưng không cải thiện được biên độ điện áp, trong khi chế độ điều chỉnh điện áp của bộ nghịch lưu có thể hỗ trợ ổn định điện áp của hệ thống tốt hơn Trong trường hợp có sự cố ngắn mạch gây ra sự sụt giảm điện áp và làm mất kết nối PV, điện áp hệ thống có thể bị mất ổn định sau khi sự cố được cô lập Nếu ở gần nguồn PV tập trung là khu vực tải có nhiều động cơ lớn (chẳng hạn như khu công nghiệp), tình trạng sụt giảm điện áp và mất ổn định điện áp khi có sự cố ngắn mạch có thể trầm trọng hơn trong quá trình các động cơ trở về tốc độ định mức Trong các trường hợp này, chế độ giữ PV kết nối với lưới trong tình trạng điện áp sụt giảm thấp (LVRT) có thể góp phần cải thiện cho ổn định điện áp của hệ thống
Quá độ điện từ: Trong tình trạng công suất PV dao động nhanh bởi các yếu tố thời tiết, các thiết bị kết nối giữa nguồn PV và lưới, đặc biệt là bộ nghịch lưu và các chức năng bảo vệ tương ứng, có thể đóng cắt, tác động nhiều hơn so với thông thường và dẫn đến quá trình quá độ điện từ phức tạp Các diễn biến này cũng cần được khảo sát với mô hình PV chi tiết phù hợp với mô hình quá độ điện từ để có đánh giá đúng mức về ảnh hưởng của PV đến lưới điện ở khía cạnh quá độ điện từ
Chất lượng điện năng: Dao động công suất các nguồn PV có thể dẫn đến các dao động điện áp cũng như các nhấp nháy điện áp trên lưới truyền tải và phân phối ra ngoài phạm vi quy định
Truyền tải điện: Việc xây dựng thêm các nguồn PV công suất lớn thường dẫn đến việc mở rộng lưới truyền tải Do tính chất phụ thuộc vào thời tiết và chỉ phát
23 vào ban ngày của nguồn PV nên hiệu suất truyền tải của các đường dây phục vụ truyền tải công suất PV lớn thường thấp hơn hiệu suất thông thường Ảnh hưởng của nguồn PV công suất nhỏ và vừa trên lưới phân phối
Các xuất tuyến phân phối vốn được thiết kế để tải luồng công suất theo chiều xác định từ trạm biến áp trung gian đến các trạm biến áp phân phối dọc đường dây phân phối Tiết diện dây đoạn cuối xuất tuyến thường nhỏ hơn đoạn gần trạm trung gian Thiết kế của hệ thống điều áp và bảo vệ xuất tuyến cũng căn cứ theo đặc tính này Việc tích hợp các nguồn PV vào lưới phân phối giúp cung cấp điện cho khu vực tại chỗ, giảm công suất thực trên đường dây phân phối, và với một mức độ tích hợp nào đó nó có thể cải thiện điện áp lưới phân phối Theo một số nghiên cứu, nguồn PV được thiết kế với công suất phù hợp trong khoảng 4-6 MW trên xuất tuyến có tải 10MW có thể giảm thiểu tổn thất trên xuất tuyến
Khi có các nguồn PV tập trung hoặc hệ thống PV mái nhà dọc xuất tuyến và cuối xuất tuyến, trong thời điểm công suất PV vượt mức yêu cầu của các tải tại chỗ, sẽ xuất hiện hiện tượng dòng công suất ngược từ vị trí PV về hướng trạm trung gian Hiện tượng này sẽ gây ra các hệ lụy sau:
Tăng tổn thất và gây ra quá tải ở các đoạn dây gần cuối xuất tuyến
Nghiên cứu đánh giá giới hạn vận hành của hệ thống điện và nâng cao hiệu quả vận hành của nhà máy điện mặt trời tích hợp vào hệ thống điện
2.2.1 Sự phân bố điện áp trên lưới phân phối
Với cấu trúc hình tia hoặc mạch vòng kín vận hành hở của lưới điện phân phối, điện áp phân bố theo hướng cao ở đầu nguồn và giảm dần về cuối lưới do có tổn thất trên các đường dây phân phối Trường hợp lưới điện sử dụng các biện pháp điều chỉnh điện áp ở các vị trí khác nhau trên lưới, điện áp sẽ được cải thiện nằm trong giới hạn cho phép nhưng nhìn chung phía sau các điểm điều chỉnh điện áp vẫn thay đổi theo qui luật trên Có hai nhóm giải pháp để điều chinh được điện áp trên lưới điện:
25 + Nhóm biện pháp tăng nguồn công suất phản kháng chỉ áp dụng khi hệ thống thiếu công suất phản kháng như điều chỉnh MPĐ, sử dụng thiết bị bù công suất phản kháng
+ Nhóm biện pháp phân bố lại công suất phản kháng chỉ áp dụng khi hệ thống đủ công suất phản kháng như điều chỉnh đầu phân áp, thay đổi kết cấu lưới, sa thải phụ tải có thể để tránh điện áp vi phạm giới hạn điện áp thấp
Khi các máy biến áp phân phối đấu nối vào lưới điện trung áp, chúng có thể sử dụng các đầu phân áp khác nhau để đảm bảo điện áp phía lưới điện hạ áp nằm trong phạm vi cho phép, và phân bố điện áp dọc đường dây vẫn tuân theo qui luật cũ của lưới hình tia Trong nhiều trường hợp khi phụ tải lưới điện là nhỏ nhất, điện áp các nút trên lưới sẽ ở mức cao vượt quá giới hạn trên; và khi phụ tải lớn nhất, điện áp các nút có thể bị giảm thấp vượt quá giới hạn dưới Chính vì vậy trong việc phân tích lưới điện cần tính toán hai trường hợp trên, đặc biệt là khi điện áp ở đầu nguồn của trạm ở mức thấp khi phụ tải lớn nhất, và ở mức cao khi phụ tải nhỏ nhất
Nguyên tắc cơ bản điều chỉnh điện áp trong lưới điện phân phối có thể mổ tả như hình dưới:
- Điện áp đầu nguồn (TBA trung gian) của các lộ đường dây được giữ trong phạm vi nhất định do bộ điều chỉnh đầu phân áp tự động (auto tap-changer)
- Điện áp tại các điểm trên đường dây giảm do có dòng công suất P, Q: điện áp giảm ít nhất khi tải min, giảm mạnh nhất khi tải max
- Để đảm bảo điện áp cho các phụ tải phía sau MBA phân phối, mỗi máy có thể sử dụng đầu phân áp khác nhau;
- Khi điện áp giảm thấp so với ngưỡng điện áp thấp, sử dụng đầu phân áp để kích điện áp tăng lên nhưng phải nằm trong phạm vi cho phép
Hình 0-2 Nguyên tắc cơ bản trong điều chỉnh điện áp lưới phân phối Như vậy có thể thấy trong lưới điện phân phối trung áp, điện áp ở phía đầu vào các TBA phân phối thường được đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép Điều đó có nghĩa điện áp phía hạ áp của chúng nằm trong giới hạn cho phép với nấc điều chỉnh
0 Khi có sự sụt áp lớn hoặc tăng áp quá mức trong lưới điện hạ áp, các nấc điều chỉnh được sử dụng để đưa điện áp vào trong vùng an toàn
2.2.2 Ảnh hưởng của DG-PV đến điện áp
2.2.2.1 Các vấn đề về điện áp
26 Khi trên lưới điện xuất hiện các nguồn mặt trời phân tán, phân bố công suất trên lưới điện sẽ thay đổi dẫn tới những thay đổi về điện áp Cùng với đặc tính tự nhiên của nguồn năng lượng sơ cấp là mặt trời, và phương thức kết nối PV vào trong lưới điện, có thể liệt kê ra các vấn đề về điện áp như sau:
Sự gia tăng điện áp
Với các DG là các máy phát đồng bộ có thể phát công suất tác dụng, phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng có thể làm tăng điện áp ở vùng có điện áp thấp nhưng cũng có thể làm tăng điện áp cục bộ trên lưới điện
100 P DG P R Lj ij 2 Q DG Q Lj X ij *100 %
Giá trị điện áp tăng lên ở điểm kết nối DG Máy phát điện đồng bộ có thể phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, nhưng máy phát điện không đồng bộ chỉ tiêu thụ công suất phản kháng, chính vì vậy mà máy phát điện đồng bộ làm gia tăng điện áp nhanh hơn, tức ảnh hưởng lớn hơn Đối với các PV chỉ phát công suất tác dụng, sự gia tăng điện áp sẽ không phải quá lớn như các trường hợp trên do vẫn có một phần tổn thất do công suất phản kháng của phụ tải (QDG = 0) Hay trong trường hợp khác, mức độ cải thiện điện áp trên lưới khi kết nối PV sẽ không nhiều như trường hợp các nguồn phát sử dụng máy phát đồng bộ
Hình 0-3 Sơ đồ thay thế tính toán và giản đồ véc tơ điện áp khi có DG
Sự suy giảm điện áp
Sự suy giảm nhanh điện áp là sự suy giảm điện áp trong thời gian ngắn và thường kết thúc từ 0,5 chu kỳ dòng điện (0,01 giây) tới 1 giây hoặc từ hàng chục mini-giây tới hàng trăm mini-giây Sự suy giảm nhanh điện áp có thể xảy ra khi mở một nhánh, khi xảy ra ngắn mạch, hoặc khi khởi động một máy phát DG Trong trường hợp điện gió, khi khởi động tuabin gió có thể gây ra sự sụt giảm điện áp đột ngột và khôi phục lại sau vài giây
Sự dao động điện áp
Sự dao động điện áp là sự thay đổi có tính hệ thống biên độ và hình dáng của sóng điện áp hoặc một chuỗi các thay đổi ngẫu nhiên về điện áp, biên độ điện áp thường không vượt quá giới hạn qui định là từ 0,9 pu đến 1,1 pu DG có công suất đầu ra dao
Hệ thống R ij +jX ij P Lj +jQ Lj
I inj ij inj R I ij inj X jI
27 động như là gió hoặc hệ thống pin quang điện có thể gây ra những dao động điện áp lưới ngẫu nhiên trong phạm vi từ vài giây đến một giờ
Sự không cân bằng điện áp
Với sự xuất hiện của các PV kết nối với lưới điện qua các bộ biến đổi 1 pha, dòng công suất có thể làm ảnh hưởng tới sự mất cân bằng điện áp trong lưới điện phân phối
Điện áp và công suất kết nối tới hạn của DG-PV
Trong lưới điện hạ áp, điện áp dao động xảy ở ở mức thâm nhập thấp cỡ 2,5% khi có một DG lớn kết nối tại một điểm Và tỉ lệ kết nối PV có thể lên tới 110% đối với các xuất tuyến có chiều dài ngắn nếu chúng được phân bố đều Tuy nhiên lưới hạ áp lại không có qui tắc xác định mức giới hạn an toàn kết nối của PV Điều chỉnh điện áp phía trung áp có thể hạn chế mức kết nối PV phía hạ áp, do vậy có thể kết hợp điều chỉnh điện áp trung áp để tìm được qui luật xác định HC của PV phía hạ áp Vấn đề điều chỉnh điện áp sẽ trở nên khó khăn đối với lưới MV khi mức độ kết nối của PV vượt 20% tổng công suất phụ tải, do những đáp ứng phía truyền tải Trong lưới LV sau máy biến áp phân phối thì giới hạn kết nối phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau và vấn đề dao động điện áp có thể tránh được ngay cả ở mức thâm nhập cao (~90%) Điện áp tăng phụ thuộc nhiều vào vị trí và mức tập trung của PV dọc theo các xuất tuyến Tuy nhiên có thể kết nối PV mức cao mà không gây thay đổi thông số lưới LV bằng cách lựa chọn công suất, vị trí và mức tập trung của PV dọc xuất tuyến Hạn chế về lượng công suất PV an toàn là việc điều chỉnh điện áp phía trung áp Chính vì vậy, công suất tới hạn của DG phía hạ áp cần phải được nghiên cứu và xác định riêng cho từng lưới điện cụ thể
2.3.1 Tổn thất điện áp trên lưới điện có PV
Trong quá trình vận hành đường dây, cần phải đảm bảo những yêu cầu về điều kiện mang tải và giới hạn điện áp tại các nút trên lưới điện:
- Dòng điện khi tải lớn nhất không vượt quá khả năng tải của đường dây;
- Điện áp nhỏ nhất không nhỏ hơn giới hạn giới hạn dưới (u gh duoi , ): min d ,min m ax dc gh duoi , u u u u u (2-2)
- Điện áp lớn nhất không vượt quá giới hạn trên (u gh tren , ): ax , ax min , m d m dc dg gh tren u u u u u u (2-3)
Trong đó: Δumax: tổn thất điện áp lớn nhất do phụ tải gây ra, không xét PV Δumin: tổn thất điện áp nhỏ nhất do phụ tải gây ra, không xét PV Δuđc: độ tăng điện áp do sử dụng các thiết bị điều chỉnh kích điện áp Δudg: độ tăng điện áp lớn nhất do ảnh hưởng của PV Việc xác định tổn thất điện áp trên đường dây trong các chế độ khác nhau là cần thiết, đồng thời xem xét các giải pháp nhằm điều chỉnh điện áp phù hợp Đối với cấu trúc đường trục hình tia trong lưới điện phân phối, tổn thất điện áp tương đối của lưới điện có thể tính gần đúng theo dòng công suất trên các đoạn đường dây, thông số dây và điện áp mạng điện:
Khi kết nối PV trên lưới điện hình tia, về cơ bản dòng công suất trên lưới điện sẽ giảm, chiều dòng công suất tùy thuộc vào độ lớn PV Khi PV phát công suất lớn hơn nhu cầu của phụ tải thì điện áp tại điểm kết nối sẽ tăng lên có thể lớn hơn điện áp đầu nguồn Đối với các đường dây phân bố đều:
2.3.2 Khi một DG-PV kết nối vào đường dây hạ áp Đặc điểm của phụ tải phía hạ áp là có sự chênh lệch lớn giữa thời điểm cực tiểu và cực đại của lưới điện do sự đa dạng về chủng loại phụ tải Điện áp trong lưới hạ áp cũng phụ thuộc vào điện áp phía đầu vào trung áp, tức vị trí của trạm biến áp phân phối trong lưới trung áp Để đơn giản, điện áp đầu lưới hạ áp thường được tính là tỉ lệ điện áp phía trung áp qui đổi về mà bỏ qua sụt áp trong MBA Trường hợp điện áp các nút trên lưới cũng tương ứng khi phụ tải cực tiểu và nấc điều chỉnh điện áp của MBA là ở mức cao, như hình dưới Điều này cũng tương ứng với trường hợp khi phía trung áp có kết nối nguồn phân tán sẽ làm điện áp các điểm trên đó được cải thiện, và do đó có thể làm giảm công suất kết nối của DG-PV trong lưới điện hạ áp
30 Hình 0-4 Phối hợp các đặc tính điện áp
Khi PV kết nối vào lưới điện như Hình 0-5: (chỉ phát công suất tác dụng) sẽ làm điện áp tại điểm kết nối tăng lên với lượng tăng tương đối là:
Trong đó: R là điện trở hệ thống tại đầu điểm đấu PV, PPV là công suất tác dụng phát của điện mặt trời (chỉ phát công suất tác dụng) và U là điện áp định mức
Hình 0-5: Sơ đồ thay thế đường đây đơn có kết nối DG
Sự gia tăng công suất DG tại điểm kết nối là đáng quan tâm nhất mặc dù nó cũng làm điện áp trên toàn lộ đường dây có PV kết nối tăng lên tương ứng
2.3.3 Công suất tới hạn theo chỉ tiêu điện áp
Theo điều kiện điện áp tại điểm kết nối DG-PV không được vượt quá giới hạn trên, tức là điện áp gia theo phương trình (2-6) không được vượt quá giá trị chênh lệch giữa giới hạn trên của điện áp lưới điện với điện áp lớn nhất tại điểm kết nối trước khi kết nối DG-PV Độ chênh lệch đó được gọi là “biên quá điện áp”, và được xác định như sau:
, max ax= gh tren m dm
Như vậy, công suất tới hạn theo chỉ tiêu về điện áp tại điểm kết nối chính là lượng công suất phát làm cho điện áp tăng lên đúng bằng với “biên quá điện áp”, được xác định như sau:
P A U kW mm kV mm km km l
31 Trong đó: A (mm 2 ) là tiết diện dây ; ρ (Ω.mm 2 /km) là điện trở suất của vật liệu làm dây; và l (km) là chiều dài của đường dây từ nguồn tới điểm kết nối
Từ phương trình (2-9) ta có một số nhận xét sau:
- Công suất tới hạn tỉ lệ thuận với bình phương điện áp, tức là ở cấp điện áp thấp hơn thì mức kết nối cũng thấp hơn
- Công suất tới hạn tỉ lệ thuận với tiết diện cáp/dây từ nguồn tới Tăng gấp đôi tiết diện có thể tăng gấp đôi công suất kết nối, và có thể phù hợp khi phụ tải tập trung cuối đường dây
- Công suất tới hạn tỉ lệ thuận với biên độ quá điện áp: 1% biên độ quá điện áp sẽ cho phép kết nối gấp đôi công suất so với 0,5% biên độ quá áp
- Vị trí đấu nối càng xa MBA, công suất tới hạn kết nối PV càng giảm
Thực tế không phải chỉ có điều chỉnh các hệ số trên trong phương trình (2-9) là có thể thay đổi được mức công suất tới hạn, mà có thể kết hợp với các biện pháp điều chỉnh điện áp, bù công suất phản kháng trên lưới khi PV chỉ phát công suất tác dụng, và điều chỉnh công suất phát của PV từ việc điều khiển các bộ biến đổi của hệ PV Chia sẻ công suất tới hạn khi có nhiều DG cùng kết nối lưới
- Khi nhiều PV kết nối tại cùng một điểm trên lưới: tổng công suất phát của các
PV phải không vượt quá giá trị công suất tới hạn tại đó
- Từ công thức (2.8) thì công suất kết nối của PV tỉ lệ nghịch với khoảng cách kết nối, ta có thể xác định áp dụng qui luật dưới đây khi có nhiều PV kết nối tại nhiều vị trí khác nhau trên xuất tuyến đường trục cùng tiết diện dây khi coi các PV phát công suất max cùng thời điểm:
Điều chỉnh điện áp và nâng cao công suất kết nối DG-PV
2.4.1 Điều chỉnh điện áp trên lưới điện hạ áp
Tỉ lệ sụt áp khi tải min so với khi tải max có ảnh hưởng nhiều tới HC, tải min càng giảm thì umax càng lớn mức công suất tới hạn càng giảm; Thông thường mức tải min ứng với năm đầu tiên khi thiết kế công trình, tải max thì tính cho cuối giai đoạn
32 thiết kế Trong quá trình vận hành, thời điểm cực đại và cực tiểu của phụ tải phụ thuộc vào tính chất của phụ tải, và từ đó quyết định phương thức điều chỉnh điện áp trên lưới Có thể thực hiện giảm công suất tới hạn khi tải thấp để đáp ứng các yêu cầu về tiết kiệm năng lượng Chính vì vậy, việc qui hoạch kết nối PV theo từng giai đoạn phát triển tải của lưới điện cũng cần được xem xét để có biện pháp điều chỉnh phù hợp Lựa chọn dải điều chỉnh điện áp đầu nguồn cũng làm thay đổi biên quá điện áp từ đó thay đổi mức công suất tới hạn Nới rộng phạm vi cho phép của điện áp vận hành cũng có thể làm tăng mức công suất tới hạn
Lựa chọn đầu phân áp MBA 3 pha 2 cuộn dây
Hình 0-6: Sơ đồ bố trí đầu phân áp máy biến áp phân phối
Các đầu phân áp được bố trí phía cao áp của MBA , đầu phân áp 0 là đầu giữa có hệ số biến áp là K0 = UC.đm/UH.đm trong chế độ không tải Khi dùng đầu phân áp +n thì hệ số biến áp (K+n) tăng lên tương ứng là +n.e0/100 so với K0, áp dụng trong trường hợp muốn giảm điện áp phía hạ áp xuống; khi dùng đầu phân áp -n thì hệ số biến áp (K-n) giảm đi tương ứng là -n.e0/100 so với K0 áp dụng trong trường hợp muốn tăng điện áp phía hạ áp lên Trong đó e0 = 2,5% là mức tăng giảm của mỗi đầu phân áp
2.4.2 Giải pháp nâng cao công suất tới hạn
Giải pháp điều chỉnh đầu phân áp sẽ tác động tới điện áp toàn lưới điện, do vậy dải tác động sẽ không quá lớn, và do đó nên lựa chọn kết hợp với giải pháp khác
33 Hình 0-7: Các nhóm giải pháp nâng cao công suất tới hạn
XÂY DỰNG MÔ HÌNH DỰ BÁO CÔNG SUẤT PHÁT VÀ SẢN LƯỢNG ĐIỆN NĂNG CỦA NHÀ MÁY ĐMT CẨM HOÀ
Xây dựng mô hình kiến trúc hệ thống phần mềm dự báo công suất, dự báo sản lượng điện năng cho nhà máy điện mặt trời
Một hệ thống phần mềm hoàn chỉnh sẽ bao gồm các khối chính sau:
Khối xử lý dữ liệu
Khối phân tích và phỏng đoán
Khối đánh giá và báo cáo kết quả
Ngoài ra, các khối chức năng hỗ trợ có thể được thiết lập dựa trên nhu cầu của người sử dụng, tùy thuộc giai đoạn thiết kế và vận hành của nhà máy Có thể khái quát sơ đồ kiến trúc làm việc của phần mềm dự báo công suất như sau:
35 Hình 0-1 Sơ đồ mô phỏng kiến trúc làm việc của phần mềm dự báo công suất nhà máy điện mặt trời
Hiện nay, nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa đang giám sát các thông số đầu vào làm cơ sở cho báo cáo dự báo công suất phát như sau:
- Nhiệt độ tấm pin PV
- Hướng, Tốc độ gió trung bình
- Bức xạ tổng hợp GHI
- Dòng điện, điện áp DC của các chuỗi, mảng PV
- Dòng điện, điện áp, tần số phía AC của mỗi inverter
- Dòng diện, điện áp, tần số sau mỗi trạm hợp bộ Inverter-máy biến áp nâng áp
- Dòng điện, điện áp, tần số trước và sau mỗi trạm biến áp 110 kV
Các thông số thời tiết được quản lý bởi thiết bị và phần mềm đi kèm trong các trạm thời tiết như hình sau
36 Hình 0-2 Hình ảnh theo dõi thông số thời tiết tại trạm thời tiết của nhà máy Các thông số điện được quản lý thông qua hệ thống giám sát, điều khiển trung tâm của nhà máy Đây là giao diện liên lạc trung tâm và khối xử lý của hệ thống tích hợp Bộ điều khiển trung tâm hoạt động như bộ xử lý chủ tại chỗ để lưu trữ dữ liệu, tính toán, điều khiển, hiển thị các thông tin của nhà máy trên các giao diện của người quản lý vận hành, lưu trữ các thông tin cho công việc phân tích, dự đoán sản lượng điện của nhà máy trong tương lai và các bản ghi dữ liệu Các chức năng điều khiển chính của bộ điều khiển trung tâm nhà máy:
- Điều chỉnh công suất tác dụng
- Điều chỉnh công suất phản kháng
- Điều chỉnh ổn định tần số và điện áp
- Điều khiển làm chậm quá trình đột ngột thay đổi công suất (Up/Down Ramp Control)
- Bù công suất phản kháng
- Bộ điều khiển nhà máy cho phép giao tiếp với trung tâm điều độ để truyền dữ liệu và nhận lệnh điều khiển
Tuy nhiên, hiện nay, dữ liệu thời tiết không được liên kết trực tiếp với hệ thống phần mềm điều khiển trung tâm mà chỉ được thiết kế để giám sát và lưu dữ liệu Vì vậy, nhân viên vận hành vẫn phải xử lý dữ liệu một cách thủ công và nhập liệu trực tiếp vào bộ điều khiển trung tâm Việc xử lý thủ công này dẫn đến bất cập lớn trong công tác báo cáo về trung tâm điều độ miền và quốc gia Hậu quả là việc không đảm bảo được thời gian tính toán, cũng như tính chính xác của kết quả dự báo công suất phát
3.1.2 Khối xử lý dữ liệu
37 Khối xử lý dữ liệu hiện nay của nhà máy đang để trống Việc xử lý dữ liệu phụ thuộc hoàn toàn vào kinh nghiệm của người vận hành Công việc xử lý dữ liệu có thể gói gọn trong các mục chính như sau:
- Phân tích dữ liệu xấu
- Loại trừ dữ liệu do sự cố đường truyền, do nguyên nhân chủ quan của người vận hành
- Bổ sung dữ liệu thiếu bằng các thuật toán phân mảnh, tổng hợp
3.1.3 Khối phân tích và phỏng đoán
Sau khi dữ liệu được xử lý và giải mã, bộ dữ liệu tốt, đầy đủ sẽ được đưa vào khối phân tích và phỏng đoán Công việc ở khối này được tách thành 2 phần riêng biệt: Phân tích:
Dữ liệu đã được giải mã sẽ được phân tích và sắp xếp hệ số tương ứng với các trường hợp mẫu tương tự Với mỗi trường hợp của dữ liệu, chức năng phân tích sẽ đưa ra gợi ý lựa chọn thuật toán và các trọng số phù hợp để người vận hành lựa chọn sử dụng
Với thuật toán và trọng số đã được lựa chọn, người vận hành tiến hành phỏng đoán kết quả dự báo Công đoạn này cũng sẽ phải được thực hiện nhiều lần tương ứng với các kịch bản khác nhau về thời tiết, chế độ tải, xác suất sự cố
Kết quả phỏng đoán sẽ được hiển thị trên các màn hình thiết bị với giao diện phù hợp Kết quả sẽ hiển thị ở cả dạng bảng số liệu và đồ thị biểu diễn số liệu để có thể so sánh trực quan mức độ xấu-tốt, tính chính xác của kết quả
3.1.5 Khối đánh giá và báo cáo kết quả
Sau khi kết thúc công đoạn phỏng đoán và biểu diễn kết quả tại khối đầu ra, kết quả sẽ được đưa vào khối đánh giá và báo cáo kết quả Kết quả phỏng đoán sẽ được phân tích sai số dựa trên dữ liệu quá khứ và dữ liệu công suất phát tức thời Các bảng, đồ thị so sánh sẽ được trích xuất theo một biểu mẫu báo cáo tự động dựa trên quy định chung từ phía các đơn vị điều độ (điều độ miền, quốc gia) hoặc các phòng ban quản lý nội bộ cấp cao hơn Khối này cũng có nhiệm vụ cung cấp các cảnh báo dựa trên các biểu so sánh đã trích xuất nhằm gợi ý các tác vụ, hành động liên quan để tối ưu hóa vận hành nhà máy.
Đánh giá khả năng thiết lập hệ thống CSDL phục vụ bài toán dự báo
3.2.1 Cơ sở dữ liệu và cách thức trao đổi giữa liệu giữa các phần mềm hiện hữu
Hệ thống các phần mềm đang được sử dụng có đặc điểm cấu trúc CSDL như bảng sau
38 Bảng 0-1 Đặc điểm CSDL của các phần mềm hiện hữu
STT Phần mềm Đặc điểm về cơ sở dữ liệu và cách thức lưu trữ, trao đổi dữ liệu
1 Sơ đồ kết dây cơ bản - Sử dụng cơ sở dữ liệu SQL Server, cơ sở dữ liệu quan hệ;
- Phần mềm sơ đồ kế dây cơ bản được xây dựng trên nền tảng công nghệ mới, có khả năng chia sẻ dữ liệu thông qua các API (theo yêu cầu)
2 Tiện ích Quản lý công việc - Sử dụng cơ sở dữ liệu SQL Server, cơ sở dữ liệu quan hệ;
- Dữ liệu lưu trữ tập trung và có thể truy xuất cơ sở dữ liệu, cho phép chia sẻ và trao đổi dữ liệu dễ dàng
3 Công tác phối hợp điều độ - Hỗ trợ nhận lệnh từ A1, A0 không cần thông qua hotline giúp nhận lệnh và báo cáo hoàn thành lệnh nhanh chóng, chính xác
- Báo cáo tình trạng các hợp bộ Inverter nhanh chóng
- Trao đổi trực tiếp với các điều độ viên
4 Công tác giám sát Inverter
(phần mềm Unity) của nhà sản xuất
- Sử dụng CSDL SQL Server nhưng không cho phép giao tiếp tự động với các phần mềm khác
3.2.2 Yêu cầu của các hệ thống phần mềm
Sau quá trình khảo sát hệ thống các phần mềm hiện đang được sử dụng cùng với việc tìm hiểu vướng mắc, thu thập các góp ý của kỹ sư vận hành, sử dụng các hệ thống Một số đề xuất được đưa ra như sau:
- Các phần mềm phải có khả năng tương thích với hệ thống quản lý thông số dùng chung của các thiết bị trong nhà máy;
- Các phần mềm đang sử dụng có thể tự động cập nhật các thông số thiết bị hệ thống điện khi có sự thay đổi về định nghĩa, tính chất dữ liệu;
- Mô hình hệ thống hỗ trợ trao đổi dữ liệu giữa các phần mềm đang sử dụng với nhau, giữa các nhóm làm việc với nhau;
- Xây dựng quy trình trao đổi, xác nhận dữ liệu giữa đơn vị điều độ, nhà máy và nhà thầu quản lý dữ liệu của Inverter
- Số hóa các tác nghiệp thực hiện ngoài, các nghiệp vụ đang xử lý bằng excel, bảng biểu sổ sách cứng bởi các kỹ sư để tính toán tự động bằng hệ thống phần mềm công nghệ thông tin;
- Thiết kế có tính mở nhằm nâng cao khả năng mở rộng và tích hợp với các hệ thống mới nếu được yêu cầu từ phía điều độ
3.2.3 Đánh giá khả năng thiết lập trao đổi dữ liệu
Dựa trên đặc điểm về thiết kế, lưu trữ dữ liệu của các phần mềm hiện đang được sử dụng, ta có thể chia các hệ thống phần mềm thành 2 nhóm:
- Nhóm 1: phần mềm có khả năng làm chủ cơ sở dữ liệu bao gồm hệ thống sơ đồ kết dây cơ bản, tiện ích quản lý công việc
- Nhóm 2: phần mềm tương tác qua tệp dữ liệu (sử dụng thao tác nhập, xuất file dữ liệu theo các định dạng để trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác) bao gồm SCADA, Unity
Tuy nhiên, cần phải xây dựng thêm chức năng dự báo công suất phát tích hợp với phần mềm Unity (nếu được phép từ nhà sản xuất Inverter) hoặc một phần mềm riêng biệt có khả năng trích xuất dữ liệu từ phần mềm Unity và nạp dữ liệu vào hệ thống phần mềm SCADA cũng như sơ đồ kết dây
Các phần mềm được chia nhóm như hình sau
Hình 0-3 Phân nhóm cơ bản các phần mềm hiện hữu và đề xuất
- Nhìn chung, các hệ thống phần mềm đang được sử dụng có cơ sở dữ liệu thiết kế dạng phân tán, mỗi hệ thống lưu trữ một vùng dữ liệu riêng biệt, không có khả năng chia sẻ trực tiếp với nhau Tuy nhiên, các hệ thống này đều có khả năng trao đổi thông tin bằng việc xuất, nhập tệp dữ liệu; một số phần mềm cho phép truy xuất vào cơ sở dữ liệu Do đó, căn cứ trên nhu cầu, mục tiêu của người vận hành; khả năng lưu trữ, chia sẻ dữ liệu giữa các phần mềm đang được dùng phục vụ phân tích, đánh giá và dự báo, việc thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán dự báo và giao tiếp với đơn vị điều độ phải được thực hiện và đáp ứng các nhu cầu sau:
- Các phần mềm chuyên dụng có thể truy cập hệ thống cơ sở dữ liệu theo một chuẩn giao thức chung để lấy đầu vào và lưu trữ kết quả đầu ra;
- Các phần mềm có khả năng trao đổi dữ liệu với nhau;
- Mô hình dữ liệu đảm bảo khả năng tương thích, chuyển đổi với các hệ thống CSDL hiện tại; đảm bảo không bị gián đoạn công việc khi triển khai hệ thống;
- Thiết kế đáp ứng được bài toán mở rộng trong tương lai như sử dụng AI để dự báo thời tiết, công suất phát, phân tích độ tin cậy cung ứng điện; tích hợp được với các hệ thống mạng xã hội được phép từ các đơn vị điều độ như Viber, Zalo.
Đề xuất giải pháp thiết lập hệ thống CSDL cho bài toán dự báo công suất phát và sản lượng điện năng
Để thực hiện thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ bài toán dự báo, cần thiết phải có một lộ trình thích hợp bắt đầu bằng việc lựa chọn, xây dựng mô hình thiết kế quy hoạch các phần mềm cũng như cơ sở dữ liệu phù hợp Giải pháp đề xuất như sau:
- Xây dựng giải pháp thiết kế tổng thể cho hệ thống các phần mềm đang được sử dụng tại nhà máy đảm bảo
Các hệ thống được liên kết chặt chẽ với nhau;
Thống nhất, toàn vẹn dữ liệu;
Dễ dàng chia sẻ, nâng cấp các thành phần;
Đảm bảo an toàn bảo mật thông tin;
Các nghiệp vụ được vận hành độc lập, dễ dàng bảo trì, phát triển
- Xây dựng Cơ sở dữ liệu dùng chung cho các hệ thống phần mềm hiện có;
- Xây dựng Tầng API chia sẻ dữ liệu giữa các ứng dụng;
- Xây dựng các ứng dụng (Tool, service) đồng bộ dữ liệu;
- Hỗ trợ các hệ thống hiện tại để đồng bộ dữ liệu, truy xuất từ cơ sở dữ liệu chung;
- Xây dựng các hệ thống hỗ trợ giải quyết các vấn đề tác nghiệp ngoài (Excel);
- Xây dựng hệ thống Báo cáo tự động, tập trung.
Đề xuất kiến trúc thiết kế hệ thống
Trong quá trình phát triển các hệ thống phần mềm, bước đầu tiên để thực hiện xây dựng là lựa chọn một kiến trúc hệ thống phù hợp 3 hệ kiến trúc thiết kế phổ biến hiện nay bao gồm: kiến trúc dạng khối (Monolithic), kiến trúc hướng dịch vụ (SOA – Service Oriented Architecture), kiến trúc nhiều dịch vụ nhỏ (Microservice) Mỗi kiến trúc đều có những ưu và nhược điểm khác nhau, phù hợp với các hệ thống có quy mô, tính chất khác nhau
3.4.1 Kiến trúc thiết kế dạng khối (Monolithic)
Monolithic xây dựng hệ thống theo một khối Các phần mềm cung cấp hàng trăm tính năng và tất cả các tính năng này đều được gói trong một ứng dụng
41 3.4.1.2 Các thành phần trong kiến trúc Monolithic
Mô hình thiết kế trong kiến trúc Monolithic bao gồm các tầng sau:
- Tầng giao diện (UI – User Interface): tầng giao tiếp với người dùng
- Tầng nghiệp vụ (Bussiness Logic): thực hiện các tác vụ xử lý các nghiệp vụ trong hệ thống
- Tầng truy cập dữ liệu (Data Access Layer): thực hiện các tác vụ tương tác với cơ sở dữ liệu
3.4.1.3 Đánh giá ưu, nhược điểm Ưu điểm:
- Phát triển và triển khai tương đối đơn giản;
- Hiệu suất tốt: các thành phần được liên kết trực tiếp giúp giao tiếp nhanh hơn
- Mã nguồn cồng kềnh, phức tạp theo thời gian và quá trình phát triển;
- Khó áp dụng công nghệ mới;
- Khả năng linh hoạt kém;
- Khả năng tích hợp với các hệ thống khác khó khăn
3.4.2 Kiến trúc thiết kế hướng dịch vụ (SOA)
Là một kiểu kiến trúc phần mềm dùng để chỉ ứng dụng bao gồm các tác nhân phần mềm rời rạc và lỏng lẻo thực hiện một chức năng cần thiết SOA có hai vai trò chính: nhà cung cấp dịch vụ và người sử dụng dịch vụ Ứng dụng có thể được thiết kế và xây dựng theo kiểu mô đun hóa, tích hợp dễ dàng và có thể tái sử dụng lại
3.4.2.2 Các thành phần trong kiến trúc SOA
Hình 3-4 Mô hình kiến trúc monolithic
Mô hình thiết kế trong kiến trúc SOA bao gồm các tầng sau:
- Tầng giao diện (UI – User Interface): tầng giao tiếp với người dùng
- ESB (Enterprise Svc Bus): là phần trọng tâm của hệ thống, giúp kết nối các thành phần, các ứng dụng khác nhau lại với nhau
- Service: các dịch vụ trong hệ thống
3.4.2.3 Đánh giá ưu, nhược điểm Ưu điểm:
- Các thành phần có cho phép kế thừa và sử dụng lại;
- Các thành phần độc lập với nhau, hỗ trợ khả năng bảo trì hệ thống;
- Phát triển nhanh chóng nhờ khả năng phát triển song song giữa các thành phần
- Chi phí đầu tư phát triển cao;
- Quá tải: các ứng dụng đều tập trung vào ESB có thể gây ra quá tải
3.4.3 Kiến trúc thiết kế các dịch vụ nhỏ (Microservice)
Kiến trúc microservice là một cách tiếp cận nhằm phát triển một ứng dụng như một tập của các dịch vụ (service) nhỏ gọn, chạy theo một tiến trình riêng và giao tiếp với nhau thông qua các cơ chế gọn nhẹ, thường là qua giao thức HTTP/API truy cập đến tài nguyên hệ thống Các dịch vụ này được xây dựng theo phạm vi nghiệp vụ của riêng nó và được triển khai hoàn toàn riêng biệt và tự động Việc tập trung quản lý các dịch vụ được giảm tới mức tối thiểu, bởi chúng có thể được viết bởi các ngôn ngữ lập trình khác nhau với hệ quản trị dữ liệu khác nhau
3.4.3.2 Các thành phần trong kiến trúc Microservice
Mô hình hệ thống được thiết kế theo kiến trúc Microservice thường được chia thành các thành phần sau:
- NginX: là web server có thể hoạt động như là email proxy, reverse proxy và load balancer
- API Gateway (Zuul): Nó là một proxy, gateway và một lớp trung gian giữa user và các service
- Eureka server: là một máy chủ dùng để quản lý, đặt tên cho các service
- Config server: Quản lý cấu hình cho các dịch vụ
- OAuth Server: máy chủ chứa phương thức chứng thực
- Kafka: Là hệ thống message pub/sub phân tán Kafka có khả năng truyền một lượng lớn message theo thời gian thực, trong trường hợp bên nhận chưa nhận message vẫn được lưu trữ sao lưu trên một hàng đợi và cả trên ổ đĩa bảo đảm an toàn Đồng thời nó cũng được replicate trong cluster giúp phòng tránh mất dữ liệu
- Webhook (cũng có thể gọi là web callback hay HTTP push API) cho phép ứng dụng cung cấp data cho một ứng dụng khác trong thời gian thực
3.4.3.3 Đánh giá ưu, nhược điểm Ưu điểm:
- Giảm thiểu sự gia tăng phức tạp trong các hệ thống lớn
- Kiến trúc này cho phép mỗi service được phát triển độc lập bởi những team khác nhau, cho phép developer có thể tự do lựa chọn công nghệ cho mỗi dịch vụ mình phát triển
- Microservice cho phép mỗi service được đóng gói và triển khai độc lập với nhau
- Các mô hình scale phức tạp và hiệu quả hơn có thể được thiết lập Các service quan trọng có thể scale hiệu quả hơn Các component riêng sẽ khởi động nhanh hơn và cải thiện thời gian khởi động của cả hệ thống
- Vòng đời phát triển nhanh Tính năng mới được phát triển nhanh hơn và tính năng cũ được cấu trúc lại dễ hơn
- Cho phép chia sẻ dữ liệu giữa các hệ thống thông qua cổng giao tiếp (API Gateway)
- Đảm bảo tính realtime của hệ thống
- Nâng cao khả năng bảo mật hệ thống
- Việc chia một khối công việc lớn thành các dịch vụ nhỏ không phải là một nhiệm vụ dễ dàng
- Tính nhất quán dữ liệu và quản lý giao dịch trở nên khó khăn hơn vì mỗi service có cơ sở dữ liệu riêng
- Kiểm thử một service trong kiến trúc microservices đôi khi yêu cầu phải chạy cả các services khác mà nó phụ thuộc
- Triển khai microservice phức tạp hơn rất nhiều nếu làm thủ công theo cách đã làm với ứng dụng monolithic.
Các kiểu thiết kế cơ sở dữ liệu
Có 2 phương pháp thiết kế cơ sở dữ liệu đang được sử dụng phổ biến hiện nay:
- Cơ sở dữ liệu quan hệ (SQL);
- Cơ sở dữ liệu phi quan hệ (NoSQL)
3.5.1 Cơ sở dữ liệu quan hệ
Cơ sở dữ liệu quan hệ tổ chức dữ liệu theo các bảng và có quan hệ với nhau để giảm thiểu sự dư thừa dữ liệu đồng thời vẫn đảm bảo sự hiệu quả trong lưu trữ và truy xuất dữ liệu
3.5.1.2 Các thành phần cơ bản của cơ sở dữ liệu quan hệ
- Bảng dữ liệu là thành phần chính trong cơ sở dữ liệu quan hệ Bảng chứa dữ liệu
- Bảng bao gồm các thành phần
Cột/Trường (Field): các trường thể hiện thuộc tính của bảng dữ liệu ví dụ tên, địa chỉ…
Dòng (row): là một dòng dữ liệu gồm các dữ liệu có liên quan với nhau hay còn gọi là bảng ghi (record)
Ô (cell): Giao giữa dòng và cột và là nơi chứa dữ liệu
Khóa chính (Primary Key): là một trường hoặc nhiều trường gộp lại được sử dụng để định nghĩa bảng ghi Khóa chính có 2 thuộc tính là không được trùng và không được rỗng
- Một bảng có thể có khóa chính hoặc không
- Khóa ngoại (Foreign Key): là trường ở bảng này (bảng Invoice) nhưng có trường tương ứng làm khóa chính ở bảng kia (bảng Customer) để tạo ra mối quan hệ giữa hai bảng
- Mối quan hệ (Relationship): tạo ra mối liên kết giữa hai bảng nhằm xác định mối liên quan giữa các trường dữ liệu của hai bảng Các mối quan hệ bao gồm:
Hình 3-7 Sơ đồ mô phỏng kiểu liên kết quan hệ
Lược đồ thực thể quan hệ (ERD: Entity Relationship Diagram)
ERD thể hiện trực quan cấu trúc của cơ sở dữ liệu, giúp tiếp cận nhanh hơn CSDL 3.5.2 Cơ sở dữ liệu phi quan hệ
NoSQL là một khái niệm chỉ về một lớp các hệ cơ sở dữ liệu không sử dụng mô hình quan hệ (RDBMS)
3.5.2.2 Các đặc điểm cơ bản của NoSQL Đặc điểm của bản của NoSQL
- NoSQL lưu trữ dữ liệu của mình theo dạng cặp giá trị “key – value” Sử dụng số lượng lớn các nút nhớ (node) để lưu trữ thông tin
- Chấp nhận dữ liệu bị trùng lặp do một số node sẽ lưu cùng thông tin giống nhau
- Phi quan hệ – không có ràng buộc nào cho việc nhất quán dữ liệu
- Có hiệu suất cao (high performance) và tính sẵn sàng cao (high availability) Các dạng NoSQL cơ bản:
- Key – value data stores: Dữ liệu lưu dưới dạng cặp key – value Giá trị được truy xuất thông qua key
- Column-based – Tabular: Cơ sở dữ liệu tổ chức dưới dạng các bảng Gần giống với mô hình cơ sở dữ liệu quan hệ (RDBMS)
- Document-based: Dữ liệu (bán cấu trúc hay semi-structured) được lưu trữ và tổ chức dưới dạng một tập hợp các tài liệu (document)
- Graph-based data-stores: Những cơ sở dữ liệu này áp dụng lý thuyết đồ thị trong khoa học máy tính để lưu trữ và truy xuất dữ liệu
3.5.3 So sánh SQL và NoSQL
Cơ sở dữ liệu quan hệ Cơ sở dữ liệu NoSQL
46 Khối lượng công việc tối ưu
Cơ sở dữ liệu quan hệ được thiết kế dành cho các ứng dụng xử lý giao dịch trực tuyến (OLTP) trong giao dịch có độ ổn định cao và thích hợp để xử lí phân tích trực tuyến (OLAP)
Các cơ sở dữ liệu NoSQL được thiết kế cho các mẫu truy cập dữ liệu, bao gồm các ứng dụng có độ trễ thấp Cơ sở dữ liệu tìm kiếm NoSQL được thiết kế để phục vụ phân tích dữ liệu có cấu trúc chưa hoàn chỉnh
Mô hình quan hệ chuẩn hóa dữ liệu vào bảng được hình thành từ hàng và cột Sơ đồ quy định rõ ràng bảng, hàng, cột, chỉ mục, mối quan hệ giữa các bảng và các thành tố cơ sở dữ liệu khác Cơ sở dữ liệu sẽ thực thi tính toàn vẹn tham chiếu trong mối quan hệ giữa các bảng
Các cơ sở dữ liệu NoSQL cung cấp nhiều mô hình dữ liệu khác nhau như khóa-giá trị, tài liệu và biểu đồ, được tối ưu hóa để đạt hiệu năng và quy mô tối ưu
Cơ sở dữ liệu quan hệ có các thuộc tính mang tính nguyên tố, nhất quán, tách biệt và bền vững (ACID):
Tính nguyên tố đòi hỏi giao dịch phải được thực thi đầy đủ hoặc hoàn toàn không thực hiện
Tính nhất quán đòi hỏi rằng khi giao dịch được thực hiện, dữ liệu phải nhất quán với sơ đồ cơ sở dữ liệu
Tính tách biệt đòi hỏi rằng các giao dịch diễn ra đồng thời phải được thực thi tách biệt với nhau
Tính bền vững đòi hỏi phải có khả năng phục hồi từ tình trạng hư hỏng hệ thống hoặc mất điện đột ngột về trạng thái đã biết cuối cùng
Cơ sở dữ liệu NoSQL thường phải đánh đổi bằng cách nới lỏng một số thuộc tính ACID này của cơ sở dữ liệu quan hệ để có mô hình dữ liệu linh hoạt hơn có khả năng thay đổi quy mô theo chiều ngang Việc này biến các cơ sở dữ liệu NoSQL thành lựa chọn tuyệt vời cho các trường hợp sử dụng cần thông lượng cao, độ trễ thấp cần thay đổi quy mô theo chiều ngang vượt qua giới hạn của một phiên bản duy nhất
Hiệu năng Hiệu năng thường phụ thuộc vào hệ thống con của ổ đĩa Thông thường, việc tối ưu hóa các truy vấn, chỉ
Hiệu năng thường được xem là chức năng của kích cỡ cụm
47 mục và cấu trúc bảng bắt buộc phải được thực hiện để đạt mức hiệu năng tối đa phần cứng ngầm, độ trễ mạng và ứng dụng đưa ra lệnh gọi
Quy mô Cơ sở dữ liệu quan hệ thường tăng quy mô bằng cách tăng năng lực điện toán của phần cứng hoặc tăng quy mô bằng cách thêm bản sao của khối lượng công việc chỉ đọc
Cơ sở dữ liệu NoSQL thường có tính phân mảnh cao do các mẫu truy cập khóa-giá trị có khả năng tăng quy mô bằng cách sử dụng kiến trúc được phân phối để tăng thông lượng, đem đến hiệu năng ổn định với quy mô gần như không giới hạn
API Yêu cầu lưu trữ và truy xuất dữ liệu được truyền đạt bằng cách sử dụng các truy vấn nhất quán với ngôn ngữ truy vấn có cấu trúc (SQL)
Các truy vấn này được phân tích và thực thi bởi cơ sở dữ liệu quan hệ
API trên cơ sở đối tượng cho phép các nhà phát triển ứng dụng dễ dàng lưu trữ và truy xuất cấu trúc dữ liệu trong bộ nhớ Khóa phân mảnh tìm kiếm các cặp khóa-giá trị, tập hợp cột hoặc văn bản có cấu trúc chưa hoàn chỉnh có chứa đối tượng và thuộc tính của ứng dụng được xếp theo chuỗi.
Đề xuất giải pháp kiến trúc phần mềm phù hợp với nhà máy
Căn cứ trên hiện trạng các phần mềm đang được sử dụng, nhu cầu của người dùng cũng như khả năng phát triển của hệ thống trong tương lai, việc lựa chọn mô hình kiến trúc Microservice để thiết kế hệ thống được đánh giá là phù hợp với các lý do sau:
- Đáp ứng xu thế chung cũng như khả năng chuyển đổi số;
- Đảm bảo an toàn, bảo mật cho hệ thống;
- Nâng cao khả năng chia sẻ, tái sử dụng dữ liệu, nâng cao chất lượng cũng như năng suất lao động;
- Đảm bảo tính đầy đủ và toàn vẹn dữ liệu;
- Giải quyết bài toán hiệu năng, tốc độ tính toán;
- Mở rộng hệ thống linh hoạt, đáp ứng các yêu cầu thay đổi của hệ thống điện và thị trường điện, của người dùng trong Trung tâm
3.6.1 Các giai đoạn phát triển hệ thống Để từng bước thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ bài toán dự báo, lộ trình đề xuất có thể được thực hiện theo 3 giai đoạn:
48 Giai đoạn 1: Xây dựng hệ thống Data warehouse (kho dữ liệu) nhằm mục tiêu thống nhất dữ liệu, lưu trữ, tổng hợp nhiều dạng dữ liệu khác nhau để từ đó chuẩn hóa và cung cấp thông tin cho hệ thống BI (Bussiness Inteligence) tổng hợp, xử lý thành báo cáo, dự báo những biến động trong tương lai
Hình 3-8 Kiến trúc hệ thống kho dữ liệu dự kiến
Dữ liệu trong Data warehouse đối với hệ thống các phần mềm đang sử dụng sẽ tập trung vào lưu trữ 2 kiểu dữ liệu là (1) dữ liệu dạng file (đối với các hệ thống phần mềm SCADA), và (2) dữ liệu dạng cơ sở dữ liệu quan hệ (đối với các phần mềm Sơ đồ kết dây cơ bản, Tiện ích Quản lý công việc)
Giai đoạn 2: Xây dựng các API và hệ thống (ứng dụng) quản trị việc chia sẻ, cung cấp dữ liệu giữa các hệ thống cũng như các nhóm công việc, đơn vị
49 Hình 3-9 Giai đoạn xây dựng API
Trong giai đoạn này, sau khi xây dựng Data warehouse, cần xác định cụ thể, đầy đủ dữ liệu cần chia sẻ giữa các hệ thống phần mềm, giữa các đơn vị trong và ngoài nhà máy với nhau, từ đó xây dựng nên API Gateway và một hệ sinh thái ứng dụng (hệ thống) quản trị chia sẻ cho phép hiển thị, cấu hình, tra cứu, trao đổi để sẵn sàng cung cấp dữ liệu khi có yêu cầu
API chia sẻ giữa các hệ thống được chia thành 3 loại sau:
- API Common: API dữ liệu dùng chung như các danh mục quản lý, thông số các thiết bị hệ thống điện từ phần pin quang điện cho đến hệ thống nối đất dữ liệu quản trị hệ thống;
- API Share: API chia sẻ dữ liệu gồm các thông số đầu ra của phần mềm này là đầu vào của phần mềm khác gồm:
Thông số tính dự báo nhiệt độ, công suất phát;
Thông số quản lý điện áp, tần số, dòng điện;
Thông số kỹ thuật chung của nhà máy
- API Bussiness: API nghiệp vụ là thông số kết quả tính toán đầu ra của các hệ thống phần mềm
50 Hình 3-10 Tính năng dự kiến của các API Đối với các tác vụ có nhu cầu về trao đổi, xác nhận thông tin giữa trong và ngoài nhà máy, cần xây dựng các ứng dụng cho phép thực hiện các công việc này nhưng vẫn phải đảm bảo thông tin dữ liệu được truy xuất, đồng bộ với dữ liệu chung Các hệ thống có nhu cầu trao đổi thông tin giữa các đơn vị điều độ và nhà máy được tổ chức như sau:
- Xây dựng quy trình trao đổi dữ liệu qua Cổng thông tin, tiến đến thay thế quy trình gửi – nhận dữ liệu đầu vào từ phía các đơn vị qua đường văn bản
- Xây dựng Cổng thông tin giao tiếp, công bố thông tin cần thu thập, biểu mẫu, đón các dữ liệu đầu vào do các đơn vị cung cấp và gửi qua web API
Ngoài ra, trong giai đoạn này cần thực hiện song song việc triển khai chương trình hóa các tác vụ ngoài, hiện đang thực hiện tính toán bằng cách sử dụng file excel, chưa thuận tiện, hạn chế khả năng tính toán trên khối dữ liệu lớn cũng như khả năng lập các báo cáo thống kê thường xuyên thay đổi do yêu cầu từ các cấp lãnh đạo Việc này giúp tăng năng suất lao động, tối ưu quá trình thực hiện, triển khai công việc của các kỹ sư
Giai đoạn 3: Số hóa toàn phần các tác vụ trong hệ thống, sử dụng công nghệ thông tin tự động hóa tối đa các tác nghiệp, các công việc đang thực hiện theo quy trình thủ công Tiến tới tự động hóa các công đoạn giao tiếp, chia sẻ dữ liệu giữa các nhóm nghiệp vụ trong và ngoài nhà máy, đảm bảo luồng công việc được thực thi nhanh chóng, chính xác và thuận tiện Xây dựng các công cụ tổng hợp, phân tích, đánh giá, dự báo thông tin từ các nguồn dữ liệu thu thập (BI) phục vụ cho công tác phân tích, tính toán dự báo Ứng dụng các hệ thống ký số (CA), mail server trong công tác quản lý, điều hành
3.6.2 Mô hình thiết kế mức vật lý
51 Căn cứ theo đặc điểm về hạ tầng kỹ thuật của nhà máy, kiến trúc thiết kế hệ thống Micoservice Mô hình kiến trúc thiết kế mức vật lý cho các phần mềm dự báo và quản lý dữ liệu được thể hiện như hình sau:
Hình 3-11 Mô hình thiết kế mức vật lý cơ bản của hệ thóng Micoservice Trong mô hình thiết kế, hệ thống được chia thành 02 vùng: vùng chính tại trung tâm điều khiển vận hành hệ thống trực tuyến, vùng phụ tại trung tâm dự phòng Hệ thống phần mềm được cài đặt, quản lý trong tổng cộng 6 máy chủ tại mỗi vùng theo mô hình phân đoạn cluster (Active/Standby hoặc Active/Active) Cơ sở dữ liệu mỗi vùng được lưu trữ trong hệ thống SAN, SAN/Switch chuyên dụng Cơ sở dữ liệu tại vùng chính được sao lưu thường xuyên, định kỳ theo các khung thời gian ra SAN, Tape Libray theo cơ chế “Disk to Disk to Tape” Cơ sở dữ liệu tại vùng phụ được đồng bộ theo các cơ chế của hệ quản trị CSDL dataguard, mirroring đảm bảo tính toàn vẹn, nhất quán Hệ thống phần mềm ứng dụng được đồng bộ online qua cơ chế đồng bộ file, service giữa 03 cặp cluster tại vùng chính và 03 cặp cluster tại vùng phụ
3.6.3 Mô hình thiết kế mức hạ tầng mạng
Giải pháp thiết kế hệ thống nhằm mục tiêu thiết lập hệ thống cơ sở dữ liệu phục vụ phân tích tính toán dự báo, sử dụng mô hình thiết kế hạ tầng mạng được mô tả như hình bên dưới
SAN, SAN Switch SAN, SAN Switch
Nginx, API gateway, Config server, Oauth server, Eureka server
Web, App Server, Web API
Đề xuất giải pháp thuật toán dự báo công suất phát phù hợp với nhà máy
3.7.1 Đề xuất tổ chức dữ liệu đầu vào
Hiện nay, hệ thống trạm thời tiết của nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa đang không đáp ứng được việc truy xuất dữ liệu phục vụ tính toán một cách tự động Thêm nữa, các mô đun của trạm thời tiết gặp vấn đề về bảo dưỡng, sửa chữa thường xuyên nên dữ liệu thu thập được rất khó để sử dụng Vì vậy, luận văn này đề xuất sử dụng dữ liệu sẵn có trong các website phổ biến về thời tiết như theweather.com để trích xuất và sử dụng trong các thuật toán dự báo công suất phát phù hợp với tình hình thực tế của nhà máy Yêu cầu cơ bản của dữ liệu thời tiết phục vụ bài toán dự báo này là phải vừa đơn giản, hữu dụng, lại vừa đảm bảo tính chính xác nhất định Do vậy, các thông số thời tiết được đề xuất sử dụng như sau:
- Bức xạ tổng hợp GHI
- Nhiệt độ trung bình khu vực nhà máy
- Tốc độ gió trung bình khu vực nhà máy
Ngoài ra, các thông số điện được đề xuất sử dụng như sau:
- Công suất phát quá khứ
- Điện áp tại các trạm inverter hợp bộ
- Điện áp tại trạm biến áp 110 kV
Thông số điện áp nhằm phục vụ các chức năng tính toán cảnh báo lỗi Thông số công suất phát nhằm phục vụ chức năng dự báo công suất phát chính thức
Dữ liệu dự báo được tổ chức theo định dạng trường như bảng sau
Bảng 3-2 Bảng tổ chức dữ liệu cần thiết phục vụ phần mềm dự báo công suất phát nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa
Nhiệt độ trung bình mảng
Nhiệt độ trung bình chung
Tốc độ gió trung bình
Bức xạ tổng hợp GHI
Công suất phát quá khứ
Kế hoạch bảo dưỡng thiết bị Điện áp tại các điểm lựa chọn
Trong đó, trường nhiệt độ trung bình mảng bao gồm nhiều trường nhỏ hơn của nhiệt độ trung bình từng mảng Số lượng trường nhỏ này tương đương với số mảng được lựa chọn để đại diện cho dữ liệu này
Nhiệt độ trung bình chung là trung bình cộng của nhiệt độ trung bình các mảng Bức xạ tổng hợp GHI có thể được lấy từ hệ thống trạm thời tiết của nhà máy, hoặc từ các cơ sở dữ liệu miễn phí
Bức xạ ngang DHI là thông số rất quan trọng, tuy nhiên, hiện nay trạm quan trắc của nhà máy chưa cung cấp được Vì vậy DHI được lấy từ các cơ sở dữ liệu miễn phí Công suất phát quá khứ là dữ liệu đã được xử lý dựa trên điều kiện thực tế Các trường hợp thực tế cần xử lý dữ liệu này như sau:
- Có lệnh của đơn vị điều độ làm giảm công suất phát thực có thể đạt được;
- Có kế hoạch bảo dưỡng thiết bị làm giảm công suất phát thực có thể đạt được;
- Có sự cố ngẫu nhiên tại các trạm inverter hợp bộ, hoặc các trục cáp chính, các máy cắt đầu mỗi trục cáp;
- Có sự cố đường truyền dữ liệu gây ra sai khác số liệu với công suất phát thực tế
Kế hoạch bảo dưỡng thiết bị là thông số quan trọng phải đưa vào Các kết quả dự báo sẽ được nhân tỉ lệ với tỉ lệ công suất mất đi do bảo dưỡng so với công suất phát tổng của nhà máy Điện áp tại các điểm lựa chọn cũng là một trường lớn bao gồm nhiều trường điện áp nhỏ tùy thuộc số điểm lựa chọn theo nhu cầu cảnh báo sự cố của người vận hành, chủ đầu tư nhà máy
3.7.2 Đề xuất thuật toán dự báo công suất
Hiện nay, có rất nhiều các công cụ sử dụng các thuật toán dự báo khác nhau Một số thuật toán rất phức tạp, do đó, làm chậm quá trình tính toán, không đáp ứng được đòi hỏi thực tế Một số thuật toán đòi hỏi phải nạp quá nhiều thông số dữ liệu đầu vào hoặc độ lớn của tập dữ liệu theo thời gian cũng gây khó khăn cho quá trình dự báo
Do đó, luận văn này đề xuất một thuật toán vừa đơn giản, vừa yêu cầu số ít điểm dữ
56 liệu để có thể thực hiện dự báo một cách thuận tiện nhất Thuật toán này đã được nhóm các tác giả tại trường đại học điện lực đề xuất trong công bố gần đây
Hình 3-15 Thuật toán dự báo công suất phát đơn giản đề xuất
Trong đó, thuật toán dự báo dựa trên nguyên tắc của học máy Các bước thực hiện được đơn giản hóa với 1 vòng lặp duy nhất mà không sử dụng thêm các thuật toán trí tuệ nhân tạo để tối ưu các tham số.
Kết luận
Bước đầu đưa ra mô hình kiến trúc hệ thống phần mềm, dự báo công suất và dự báo sản lượng điện năng Từ đó xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu và thuật toán dự báo phù hợp với nhà máy Những kết quả chính đạt được như: lựa chọn được mô hình kiến trúc của phần mềm với đầy đủ các khối chức năng đề xuất; lựa chọn được kiểu cơ sở dữ liệu phù hợp với hiện trạng và tính chất của phần mềm; đề xuất được thuật toán dự báo phù hợp cho nhà máy và các giao diện phần mềm, kiểu cơ sở dữ liệu lựa chọn
57 KẾT LUẬN CHUNG Với chủ đề Nghiên cứu thiết kế hệ thống cơ sở dữ liệu – Điều khiển thông minh nguồn năng lượng mặt trời luận văn đã thực hiện đầy đủ các yêu cầu nghiên cứu đặt ra và đạt được những kết quả như sau:
- Chương I: Luận văn đã thực hiện tổng hợp các hiện trạng về ĐMT tại Việt nam cũng như trên thế giới Qua đó, người đọc có thể hiểu được tiềm năng to lớn cũng như những khó khăn thách thức của dạng năng lượng này đối với sự phát triển của hệ thống điện Việt Nam Đặc biệt, luận văn đã nghiên cứu những báo cáo cập nhật của tổ chức năng lượng quốc tế IEA và ngân hàng thế giới để qua đó có cái nhìn toàn diện về bức tranh phát triển điện mặt trời hiện nay Chương này còn giới thiệu về đối tượng nghiên cứu là nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa có công suất lắp đặt 50 MWp Trong đó, từng thành phần của nhà máy liên quan đến hệ thống điện được giới thiệu chi tiết, đặc biệt là hệ thống quản lý, giám sát, và điều khiển SCADA Các phần mềm tích hợp cũng được giới thiệu cùng với cấu trúc thông tin dữ liệu
- Chương II: Qua nghiên cứu các sát thông số lưới điện phân phối có tích hợp nhà máy điện mặt trời chỉ ra rằng ảnh hưởng của các nguồn phân tán như một nhà máy điện mặt trời đến chất lượng điện và tổn thất điện khi kết nối vào đường dây phân phối từ đó đưa ra giải pháp nâng cao công suất tới hạn và điều chỉnh điện áp Chương này đã giới thiệu được những tính toán liên quan đến giới hạn vận hành dựa trên tiêu chí đảm bảo giới hạn điện áp Những đề xuất đạt được sẽ là các gợi ý tốt cho người vận hành khi thực hiện hệ thống phần mềm quản lý, giám sát dữ liệu Từ đó, người vận hành có thể có những tính toán cho các bài toán dự báo một cách chính xác hơn
- Chương III: Bước đầu đưa ra mô hình kiến trúc hệ thống phần mềm, dự báo công suất và dự báo sản lượng điện năng Từ đó xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu và thuật toán dự báo phù hợp với nhà máy Những kết quả chính đạt được như: lựa chọn được mô hình kiến trúc của phần mềm với đầy đủ các khối chức năng đề xuất; lựa chọn được kiểu cơ sở dữ liệu phù hợp với hiện trạng và tính chất của phần mềm; đề xuất được thuật toán dự báo phù hợp cho nhà máy và các giao diện phần mềm, kiểu cơ sở dữ liệu lựa chọn
Sau khi thực hiện luận văn, một số hướng nghiên cứu đã được hình thành và triển khai với sự hợp tác của chúng tôi và nhà máy điện mặt trời Cẩm Hòa Một số hướng nghiên cứu và triển khai chính như sau:
Xây dựng thí điểm bộ phần mềm đáp ứng các khối chức năng và thuật toán đã đề xuất nhằm mục đích dự báo công suất phát của nhà máy Tuy nhiên, các dữ liệu về thời tiết sẽ được cập nhật thêm bằng cách bổ sung từ nhiều nguồn tại trạm quan trắc địa phương và trung tâm khí tượng thủy văn quốc gia;
Thử nghiệm với kiểu dữ liệu lựa chọn cho một số thuật toán khác để khắc phục một số nhược điểm trong quá trình xây dựng phần mềm Một số thuật
58 toán có triển vọng được đề xuất có thể phân chia thành 3 loại chính: Trí tuệ nhân tạo kết hợp tối ưu tự nhiên, học máy kết hợp tối ưu tình huống, học máy sâu kết hợp cây quyết định;
Nghiên cứu hệ thống SCADA có tích hợp phần mềm tính toán, phân tích hệ thống điện để quản lý và cảnh báo rủi ro vận hành cho nhà máy.
