Điều khiển tối ưu hệ thống điện lai diesel sức gió mặt trời cho hải đảo việt nam

Lời cam đoan Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án thành nghiên cứu thân suốt thời gian làm nghiên cứu sinh chưa xuất công bố tác giả khác Các kết đạt xác trung thực Ngày tháng 09 năm 2019 Tác giả luận án Diệp Thanh Thắng Lời cảm ơn Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến hướng dẫn tận tình, động viên khích lệ đồng cảm tập thể hướng dẫn: GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang, TS Nguyễn Đức Huy suốt trình thực luận án từ hình thành ý tưởng cho đề tài, xây dựng kế hoạch thực thiết kế cấu trúc theo trình tự bước hình thành luận án Tôi xin cảm ơn Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa tạo điều kiện thuận lợi cho tơi có mơi trường nghiên cứu cởi mở nghiêm túc sở vật chất cần thiết để thực luận án, quan trọng có đóng góp trao đổi thiết thực sâu sắc nội dung chun mơn q trình thực luận án Tôi xin cảm ơn đến thầy cô giáo Viện Điện – ĐHBK Hà Nội, với hướng dẫn chuyên môn cần thiết giá trị Tôi xin cảm ơn đến người bạn, nghiên cứu sinh Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Viện Điện động viên giúp đỡ nhiều q trình thực luận án Cuối cùng, tơi dành tình cảm lời cảm ơn chân thành đến gia đình, đặc biệt vợ tơi, người động viên, chia sẻ giúp đỡ lúc khó khăn suốt ngày tháng thực luận án Mục lục Lời cam đoan………………………………… Lời cảm ơn…………………………………… Mục lục……………………………………… Danh mục chữ viết tắt ký hiệu…………… Danh mục bảng………………………… 11 Danh mục hình vẽ, đồ thị……………………………… 12 Mở đầu……………………………………… 15 Sự cần thiết đề tài Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu luận án Phương pháp luận phương pháp toán học Ý nghĩa khoa học thực tiễn Đóng góp luận án Bố cục luận án Chương Tổng quan……………………… 1.1 Sơ lược lượng tái tạo 1.2 Hệ thống điện lai có diesel chạy 1.3 1.2 1.2 1.2 Chế độ làm việc hệ thống 1.4 1.3 1.3 1.3 1.3 Các nguồn phát hệ thống đ 1.5 Bài toán phân bố tối ưu công suấ 1.6 Hướng nghiên cứu luận án 1.7Nhiệm vụ luận án 1.8Kết luận chương Chương Cơ sở lý thuyết điều khiển tối ưu……………… 2.1Mở đầu 2.2Khái niệm điều khiển tối ưu 2.2 2.2 2.3Phương pháp quy hoạch động 2.3 2.3 2.3 2.3 2.3 2.4Lời giải phương trình HJB ph 2.5Kết luận chương Chương Xây dựng chiến lược phát công suất tối ưu phương pháp quy hoạch động……………………………………………………………… 3.1Mở đầu 3.2Mơ tả tốn tối ưu cơng suất phát 3.2.1 Hệ thống điện MG không nố 3.2.2 Các thành phần tham gia phá 3.2.3 Ý tưởng dùng hàm phạt cho 3.2.4 Bài toán phân bố tối ưu cơng 3.3Mơ hình tốn điều khiển tối ưu công suất phát 3.3.1 Biến điều khiển 3.3.2 Hàm mục tiêu 3.3.3 Các ràng buộc 3.3.4 Phương pháp quy hoạch độn 3.3.5 Phân tích sách lược điều khiể 3.3.6 Hệ thống điều khiển cung-cầ 3.4Sơ đồ tìm dòng cơng suất phát tối ưu 3.5Phương pháp số giải phương trình HJB 3.6Ví dụ với thơng số giả định 3.6.1 Ví dụ 1: Hệ thống gồm má 3.6.2 Ví dụ 2: Hệ thống gồm má 3.7Ảnh hưởng công suất inverter 3.8Kết luận chương Chương Xây dựng chiến lược phát công suất với bước nhảy Markov…………… 4.1Mở đầu 4.1 4.1 4.2Giới thiệu toán 4.2 4.2 4.2 4.3Phát triển mơ hình tốn học 4.3 4.3 4.3 4.4Phương pháp số cho mơ hình Ri 4.5Ví dụ số 4.5 4.5 4.6Kết luận chương Chương Mô thông số thực tế cài đặt hệ thống SCADA………………… 99 5.1 Xác định cơng suất đặt HTĐ MG diesel-sức gió-mặt trời 5.2 Giới thiệu hệ thống điện diesel-sức gió liệu thực tế 5.2.1 Thực trạng hệ thốn 5.2.2 Logic điều khiển h 5.2.3 Điều khiển tần số 5.2.4 Các điều kiện kỹ th 5.3 Bài tốn điều khiển cơng suất phát hệ thống điện sức gió-diesel tr 5.3.1 Đặt toán 5.3.2 Phương trình Hami 5.3.3 Kết chạy mơ h 5.4 Đề xuất HTĐ sức gió-mặt trời-diesel Phú Quý 5.4.1 Lựa chọn công suấ 5.4.2 Tiềm điện mặ 5.4.3 Lựa chọn công ngh 5.4.4 Bài tốn điều khiển tối ưu cơng suất phát 116 5.5 Sơ đồ cài đặt hệ thống SCADA 120 5.6 Kết luận chương 123 Kết luận chung kiến nghị………………… 124 Tài liệu tham khảo…………………………… .126 Danh mục công trình cơng bố luận án 131 Phụ lục……………………………………… 132 Phụ lục A: Các nguồn phát hệ thống điện MG 132 A.1 Máy phát điện mặt trời 132 A.1.1 Sản xuất pin quang điện thị trường .132 A.1.2 Mô hình hóa điện mặt trời 133 A.1.3 Tổng quan cấu trúc biến đổi điện mặt trời 135 A.2 Máy phát điện sức gió 140 A.2.1 Cấu tạo .140 A.2.2 Mơ hình toán học .141 A.2.3 Cấu trúc biến đổi máy phát điện sức gió 141 A.2.4 Phân loại máy phát điện gió 142 A.2.5 Khái quát hệ thống phát điện gió sử dụng máy phát đồng .144 A.3 Máy phát điện diesel .146 A.3.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc 147 A.3.2 Mơ hình toán học .147 A.4 Kho điện 148 A.4.1 Khái niệm kho điện .148 A.4.2 Các loại kho điện 149 A.4.3 Cấu trúc thiết bị kho điện dùng siêu tụ 151 A.4 Khái niệm tải giả .151 Phụ lục B: Giả thiết Rischel 153 Phụ lục C: Xây dựng phương trình HJB 154 C1 Chứng minh điều điều kiện tối ưu phương trình HJB 154 C.2 Phương trình tích phân 154 C.3 Phương trình vi phân đạo hàm riêng 155 C.4 Điều khiển phản hồi .155 Phụ lục D: Xác định cơng suất đặt HTĐ MG diesel-sức gió-mặt trời .157 D.1 Các định nghĩa 157 D.2 Quy trình lựa chọn cơng suất thiết kế 158 Phụ lục E: Hình ảnh số liệu hệ thống điện đảo Phú Quý 159 E.1 Hình ảnh Phú Quý 159 E.2 Số liệu công suất phát phụ tải Phú Quý 160 Danh mục chữ viết tắt ký hiệu Chữ viết tắt Chữ AC CG CIT Tiếng Anh Alternating Current Conventional Generation Communication and Information Technology CSPK DC DEG DFIG DL DP DG ĐKTƯ EMS IBS IEC IED HJB HPS HTĐ MG MTBF MTTR OPF PCC PMG PHS PV RES WTG Direct Current Diesel Engine Generator Doubly-Fed Induction Generator Dump load Dynamic Programing Distributed Generation Energy Management System Intelligent Bypass Switch International Electrotechnical Committee Intelligent Electronic Device Hamilton-Jacobi-Bellman Hybrid power system Micro Grid Mean time between failures Mean time to repair Optimal Power Flow Point of Common Coupling Permanent magnet generator Power Hybrid System Photovoltaic Renewable Energy Source Wind Turbine Generator Các ký hiệu Ký hiệu Đơn vị A A m (t ) Định nghĩa Vùng quét cánh quạt tuabin gió Miền xác định biến điều khiển cp u,uDEG, uEES c Hệ số công suất phụ thuộc vào tỷ số cDEG D E[] tốc Độ góc quay trục rotor Chi phí phạt cân cơng H[] G(.), g(.) suất Chi phí sản xuất điện diesel Miền xác định chấp nhận Ký hiệu kỳ vọng toán học Hàm trạng thái IPV ir,s Hàm Hamilton Hàm chi phí đơn vị i I Đặc tính V-A pin quang điện J(t,X ,.) Dòng điện rơi rotor/stator K Chỉ số trạng thái máy phát diesel KB PDEG Hàm chi phí tổng (hàm mục tiêu) f Hệ số trục cứng Hằng số Boltzmann Công suất máy phát diesel Pdis/charge PL PWTG PPV P Công suất nạp/xả inverter Nhu cầu phụ tải Cơng suất máy phát tuabin gió Cơng suất máy phát điện mặt trời Công suất max/min máy phát diesel max/ P Công suất max/min máy phát tuabin gió max/ PV 1,2 P Cơng suất max/min máy phát điện mặt trời Năng lượng sinh từ gió max/ Pw pr P ij(t) pij Xác suất chuyển đổi trạng thái i sang j Tỷ số chuyển đổi trạng thái i sang j Q Rr,s S(T,.) TM coulomb uDEG u vr,vs v(t, x) v(t, X) ohm $ Nm uEES x Z Ký hiệu tập xác định toán điều khiển tối ưu Điện trở rotor stator Điều kiện biên hàm giá trị v(t,X) Mômen xoắn trục kW kW Volt Biến điều khiển công suất DEG Vector biến điều khiển điện áp rơi rotor/stator WTG Hàm giá trị theo biến x Hàm giá trị theo biến X Biến điều khiển inverter nạp/xả $ kW MG Điện tích electron Vector biến trạng thái (t ) Điểm tối ưu trạng thái (hedging point) kWh Hệ số xoắn trục kg/m Mật độ khơng khí Biến liên kết, biến phụ dùng hàm Hamilton Tỷ số phá hủy (failure rate) (t) (t) M DM Tỷ số phục hồi (repair rate) M Quá trình Markov, t r ,s Hàm nhiễu, t rad/s Tốc độ góc tuabin gió Độ giảm mơmen xoắn tuabin Wb gió Từ thơng rotor stator 10 ... hệ thống điện mặt trười sinh hàng tháng 115 Hình 5.15 Sơ đồ hệ thống điện lai sức gió -diesel- mặt trời đảo Phú Quý 116 Hình 5.16 Sơ đồ hệ thống điện MG sức gió -diesel- mặt trời- kho điện ... số hệ thống điện lai sức gió -diesel- mặt trời 74 Bảng 4.1: Thơng số hệ thống điện lai sức gió -diesel- mặt trời 94 Bảng 5.1: Thông số hệ thống điện lai sức gió -diesel năm tháng 02 năm 2018... toán điều khiển tối ưu cho tốn dòng cơng suất tối ưu hệ thống điện MG không nối lưới Ý nghĩa thực tiễn: Mô hình điều khiển tối ưu cơng suất đề xuất có tiềm sử dụng tốt cho hệ thống điện MG diesel- sức