Nâng cao hiệu quả chương trình quản lý nhu cầu năng lượng bằng biện pháp điều khiển các nguồn phân tán tt

-1- BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Minh Cường NÂNG CAO HIỆU QUẢ CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ NHU CẦU NĂNG LƯỢNG BẰNG BIỆN PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÁC NGUỒN PHÂN TÁN Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9.52.02.16 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ & VIỄN THÔNG Hà Nội – Năm 2020 -2- Cơng trình hồn thành tại: Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Thái Quang Vinh Phản biện 1: ………………………… Phản biện 2: ………………………… Phản biện 3: ………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … ’, ngày … tháng … năm 2020 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ; - Thư viện Quốc gia Việt Nam -3- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: DSM (Demand-Side Management) thực nhiều nhà nghiên cứu nước và giới chưa có nghiên cứu nào giải trọn về hệ thống khai thác PVG và WG điều kiện thực tế Việt Nam Đồng thời, chưa kết hợp giải bài toán khai thác tối đa lượng từ hai loại nguồn này một hệ thống Bởi vậy tác giả chọn đề tài nghiên cứu "Nâng cao hiệu chương trình quản lý nhu cầu lượng biện pháp điều khiển nguồn phân tán" nhằm hoàn thiện vấn đề bỏ ngỏ chưa quan tâm đầy đủ kể Mục đích nghiên cứu: Đề tài xây dựng chiến lược cho chương trình DSM nhằm vận hành hệ thống khai thác PVG và WG EPS Việt Nam; xây dựng BĐK để đáp ứng yêu cầu chương trình DSM Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Cấu trúc hệ thống PVG và WG mạng điện phân tán pha có đủ liệu về công tác dự báo đồ thị phụ tải và thông số đầu vào một giai đoạn tương lai định Mạng điện này có sự tham gia kho điện ES với vai trị cân cơng suất nguồn và phụ tải - Phạm vi nghiên cứu: panel PVG đồng đều và tốc độ gió là đồng đều vị trí cánh quạt turbine Luận án khơng xét đến chủng loại và khả phóng nạp kho điện (ES - Energy Storage) điều khiển ES Trọng tâm nghiên cứu luận án - Xây dựng chiến lược vận hành cho chương trình DSM hệ thống khai thác PVG, WG, ES và lưới điện để đáp ứng cho yêu cầu phụ tải Các chiến lược này đáp ứng riêng cho EPS Việt Nam, qua đó đáp ứng yêu cầu mua điện từ EPS vào thấp điểm - Xây dựng BĐK (BĐK-bộ điều khiển) đáp ứng yêu cầu chương trình DSM Đó là BĐK giúp khai thác tối đa công suất từ PVG và WG điều kiện vận hành, BĐK ghép nối lưới để đáp ứng yêu cầu về công suất đặt Phương pháp nghiên cứu: Phân tích lý thuyết về chương trình DSM, u cầu EPS Việt Nam và đặc điểm loại nguồn Xây dựng chiến lược đề cho toàn hệ thống, BĐK cho BBĐ (BBĐ-bộ biến đổi) để thực yêu cầu chương trình DSM và mơ kiểm chứng Xây dựng mơ hình thực nghiệm kiểm chứng khả khai thác tối đa công suất MPP cho PVG và bài toán phân bổ công suất tự nhiên theo yêu cầu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Ý nghĩa khoa học đề tài là xây dựng mơ hình khai thác PVG và WG vận hành theo yêu cầu chương trình DSM EPS Việt Nam Đồng thời xây dựng BĐK đáp ứng yêu cầu chương trình DSM đề - Ý nghĩa thực tiễn đề tài là đề xuất một phương pháp vận hành đem lại hiệu lượng, giúp thay đổi luồng công suất toàn hệ thống, hạn chế lượng điện cần mua từ EPS cho hệ thống khai thác hệ nguồn có sự tham gia ES dung lượng lớn và đem lại kinh nghiệm về lắp đặt thực nghiệm -4- Chương TỔNG QUAN VỀ NGUỒN PHÂN TÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ NHU CẦU NĂNG LƯỢNG 1.1 Khái quát nguồn pin mặt trời điện gió 1.2 Vấn đề DSM giới Việt Nam 1.3 Cấu trúc hệ thống khai thác hệ nguồn vận hành theo chương trình DSM 1.4 Những vấn đề cịn tồn đề xuất hướng giải 1.4.1 Một số vấn đề cịn tồn • Vấn đề vận hành hệ nguồn theo mơ hình DSM Mơ hình DSM áp dụng thơng qua chương trình quản lý/điều tiết lượng nút có sự tham gia nhiều phần tử cho một EPS Mục tiêu chung chương trình này là lên kế hoạch vận hành tối ưu cho phần tử EPS EPS, qua đó đạt hàm mục tiêu giảm thiểu chi phí mua điện từ lưới giảm thiểu lượng công suất huy động từ lưới khoảng thời gian xét Một cách diễn đạt khác chương trình này thường nhắc đến thời gian gần đó là EH (energy hub) Tuy nhiên, mơ hình EH tập trung vào nhiều loại nguồn khác một nút và chủ yếu là bài tốn lý thuyết Các chương trình này kết hợp với hệ thống dự báo thời tiết chuyên cho khai thác lượng tái tạo, hệ thống truyền tin và chuyên gia điều độ vận hành, qua đó giúp vận hành EPS chế độ bán cô lập Tại Việt Nam, mơ hình điện ba giá đề từ lâu nhằm khuyến khích hộ phụ tải tiêu thụ điện vào thấp điểm và hạn chế tiêu thụ vào cao điểm Tuy nhiên, hộ phụ tải tiêu thụ điện Việt Nam chưa thực sự quan tâm đến điều này, đặc biệt là hộ tiêu thụ điện dân dụng Chính điều này gây khó khăn cho cơng tác điều độ toàn hệ thống, gây tải đường truyền vào cao điểm Mặt khác, việc khuyến khích lắp đặt hệ nguồn nút phụ tải (có thể coi là vị trí tiêu thụ điện EPS) cấp điện áp thấp nâng cao khiến cho trào lưu công suất toàn EPS không mong muốn và gây khó khăn cho công tác điều độ toàn hệ thống Nguyên nhân điều này là công suất phát từ PVG có vào thời điểm có xạ mặt trời (ban ngày) và công suất phát từ WG diễn bất thường (tùy thuộc vào điều kiện thời tiết và yếu tố địa hình) Việc này khiến cho việc huy động nguồn bổ sung cho sự thiếu hụt công suất hệ nguồn so với phụ tải trở nên cực kỳ khó khăn (các nguồn điện truyền thống thủy điện, nhiệt điện, cần nhiều thời gian để khởi động trước hòa lưới) Đồng thời, việc giữ cân công suất lưới khó khăn khiến cho điện nút và tần số toàn hệ thống dễ kiểm sốt Điều này cho thấy vai trị việc thực chương trình quản lý lượng nút phụ tải có sự tham gia hệ nguồn Đồng thời, nghiên cứu giới và Việt Nam về DSM về hệ nguồn chưa xét đến việc áp dụng một ES có dung lượng lớn có khả phóng/nạp đáp ứng đặc điểm không ổn định tự nhiên và yêu cầu phụ tải • Vấn đề điều khiển hệ nguồn: -5- Với PVG, phương pháp điều khiển thường áp dụng trước là kết hợp một kỹ thuật theo dõi điểm công suất cực đại MPP bộ theo dõi điểm công suất cực đại MPPT với một kỹ thuật điều khiển kỹ thuật điều khiển điện áp trung bình AVC, kỹ thuật điều khiển trượt SMC, kỹ thuật điều khiển mờ FL, kỹ thuật điều khiển dùng mạng nơ ron ANN Các kỹ thuật tìm MPP nhiều, đa dạng và theo nhiều mục tiêu khác điện áp CV (Constant Voltage), tạo nhiễu loạn và quan sát P&O, điện dẫn gia tăng INC, nhiệt độ Temp, tối ưu độ dốc OG, dị tìm cực trị ESC, Mỗi kỹ thuật đều có ưu nhược điểm và có thể đánh giá theo khía cạnh chi phí đầu tư, dễ/khó sử dụng, độ xác, mức độ hao hụt lượng, Gần nhất, kỹ thuật dị và chia đơi IB đề xuất sử dụng dựa mơ hình tốn học đầy đủ PVG sử dụng một nguồn đơn lẻ phát về lưới điện pha; xây dựng phương pháp IB-AVC với việc lấy tín hiệu về dòng điện cuộn cảm và điện áp đầu vào BBĐ DC/DC để làm tín hiệu điều khiển (cấu trúc hai mạch vòng) Việc thực cấu trúc điều khiển này phức tạp phải sử dụng hai biến đo lường WG có thể điều khiển thơng qua một bộ chỉnh lưu tích cực thơng qua hai BBĐ (một bộ chỉnh lưu và BBĐ DC/DC), đó BBĐ chỉnh lưu tích cực BBĐ DC/DC đóng vai trò điều chỉnh dung lượng tiêu thụ tương ứng với lượng công suất lớn thời điểm Với WG, phương pháp khai thác giống với PVG có sự kết hợp kỹ thuật tìm MPP với kỹ thuật điều khiển Tuy nhiên, có một vài kỹ thuật tìm MPP sử dụng phổ biến với WG leo đồi HCS, tỷ số tốc độ đầu cánh TSR, phản hồi tín hiệu cơng suất PSF Trong kỹ thuật này, kỹ thuật HCS sử dụng phổ biến dễ thực điều kiện vận hành thực tế Tại nút có sự tham gia hệ nguồn, BBĐ DC/AC điều khiển để thực vai trò điều tiết luồng công suất và ghép nối lưới Điều khiển BBĐ DC/AC một pha thường nghiên cứu theo hai hướng Hướng thứ nghiên cứu điều khiển dòng điện ghép nối lưới để điều chỉnh điện áp phía một chiều trì một giá trị cố định khơng có phần tử cân lượng kho điện phía DC Hướng thứ hai nghiên cứu điều khiển dịng cơng suất phía AC hệ thống có phần tử giữ cố định điện áp phía DC Trong đó, điều khiển dịng cơng suất chạy qua BBĐ DC/AC theo giá trị đặt trước tập trung nghiên cứu gần Việc xác định thông số bộ điều khiển cần làm rõ cho áp dụng cho chương trình DSM • Vấn đề xác định dung lượng tối ưu ES: có một số phương pháp xác định dung lượng tối ưu cho ES để có thể đáp ứng cho bài toán khác Hướng nghiên cứu đánh giá tỷ số thiếu hụt công suất RLP (ratio of lack of power) dựa việc đánh giá tỷ lệ tổng công suất thiếu hụt nguồn không đáp ứng cho phụ tải và tổng công suất tải Khi đó, công suất tối ưu ES xác định là giá trị mà ES có thể bù đắp cho phụ tải để RLP đạt giá trị RLP yêu cầu Có thể nhận thấy phương pháp này có thể sử dụng liệu khứ tương lai về thông số phụ tải và hệ nguồn để đưa giá trị tối ưu dung lượng ES -6- Khi cho RLP=0, phụ tải hỗ trợ cung cấp điện hoàn toàn ES Tuy nhiên, phương pháp này không đánh giá thời điểm mua điện, nghĩa là không đánh giá ảnh hưởng giá điện tới việc xác định dung lượng ES Hướng nghiên cứu sử dụng đại lượng xác suất điện một thời điểm chu kỳ xét Giá trị xác xuất này thay đổi theo thời điểm và áp dụng để đạt mục tiêu cực tiểu hàm chi phí điện gây đạt đến số LSLP Có thể thấy hướng nghiên cứu này đưa một tiêu đánh giá về khả cấp điện và chưa đánh giá ảnh hưởng giá điện tới dung lượng ES Hướng nghiên cứu đánh giá lượng yêu cầu phụ tải yêu cầu tích trữ lượng hệ nguồn Với việc quy định thời gian tích trữ có tính đến khả dự phịng một khoảng thời gian định, dung lượng ES xem có khả đảm bảo cung cấp điện cho phụ tải chu kỳ xét Tuy nhiên, dung lượng xác định theo phương pháp này lớn và không đánh giá sự tương tác hệ nguồn và hệ thống điện ảnh hưởng giá điện tới dung lượng ES 1.4.2 Đề xuất hướng giải Các nghiên cứu về PVG và WG hầu hết là nghiên cứu đơn lẻ kết hợp với dựa phương pháp truyền thống với hiệu lượng khơng cao Vì vậy, luận án đề xuất hướng giải sau: • Xây dựng chương trình DSM nút phụ tải có sự tham gia hệ nguồn điều kiện thực tế Việt Nam và có sự tham gia ES dung lượng lớn: chương trình này dựa quy định giá bán điện EPS cho hộ phụ tải và quy định về giá bán điện hộ phụ tải cho EPS có khai thác từ hệ nguồn về EPS Việt Nam Luận án đề chiến lược vận hành cho chương trình DSM để lên kế hoạch vận hành cho toàn hệ thống sở quản lý yêu cầu phụ tải và khả phát điện từ nguồn, khả tích trữ ES Chương trình DSM giúp điều tiết luồng công suất toàn hệ thống và xác định dung lượng tối ưu cho ES thỏa mãn yêu cầu EPS Việt Nam • Xây dựng cấu trúc điều khiển theo phương pháp IB-AVC cho đối tượng PVG sử dụng bộ điều khiển PID với việc sử dụng một tín hiệu đo lường là điện áp đầu vào BBĐ DC/DC Đây là phương pháp khai thác tối đa công suất từ PVG điều kiện vận hành xác định trước thông số cần điều khiển trước điều khiển Kết hợp với phương pháp HCS và điều khiển công suất theo yêu cầu cho BBĐ DC/AC pha, luận án thực điều khiển theo yêu cầu chương trình DSM mà đảm bảo khai thác tối đa cơng suất hệ nguồn • Xây dựng cấu trúc điều khiển cho BBĐ DC/AC pha, đó có sử dụng bộ điều khiển cộng hưởng để khắc phục nhược điểm bộ điều khiển PI thông thường 1.5 Kết luận chương -7- Chương MƠ TẢ TỐN HỌC HỆ NGUỒN VÀ BÀI TỐN DSM 2.1 Nguồn pin mặt trời 2.2 Nguồn điện gió 2.3 Xây dựng chương trình DSM nút khai thác hệ nguồn điều kiện cụ thể hệ thống điện Việt Nam 2.3.1 Chiến lược điều độ luồng công suất theo mơ hình DSM 2.3.2 Một số ràng buộc giới hạn • Các đường cong dự báo được phân bố lại về dạng đồ thị hình chữ nhật • Bước tính thứ i biến phân chia tương ứng với mốc thời gian • Tất đại lượng công suất toàn hệ thống đều tính quy đổi về DCbus Tổng cơng suất hệ nguồn dự báo thu DCbus bước tính thứ i xác định (2.29): PGconv (i) = PPVGconv (i) + PWGconv (i) (2.29) Tổng lượng hệ nguồn có thể thu DCbus vào H, M, L chu kỳ  xác định (2.30), (2.31), (2.32): 14 23 i =12 i = 21 E GconvH =   PGconv (i)  i  +   PGconv (i)  i  E GconvH1 11 (2.30) E GconvH 20 25 E GconvM =   PGconv (i)  i  +   PGconv (i)  i  +   PGconv (i)  i  i =6 i =15 E GconvM1 i = 24 E GconvM E GconvM 27 E GconvL =   PGconv (i)  i  +   PGconv (i)  i  i =1 (2.31) (2.32) i = 26 E GconvL1 E GconvL Tổng lượng yêu cầu phụ tải vào H, L, M chu kỳ  xác định (2.33), (2.34), (2.35): 14 23 i =12 i = 21 E loadH =   Pload (i)  i  +   Pload (i)  i  E loadH1 11 (2.33) E GH 20 25 E loadM =   Pload (i)  i  +   Pload (i)  i  +   Pload (i)  i  i =6 i =15 E loadM1 i = 24 E loadM E loadM (2.34) -85 27 E loadL =   Pload (i)  i  +   Pload (i)  i  i =1 (2.35) i = 26 E loadL1 E loadL Tổng lượng phát hệ nguồn E Gconv và công suất yêu cầu phụ tải Eload toàn thời gian chu kỳ xét  xác định (2.36) (2.37): E Gconv = E GconvH + E GconvM + E GconvL (2.36) E load = E loadH + E loadM + E loadL (2.37) 2.3.3 Đề xuất thuật toán DSM vận hành nút có tham gia hệ nguồn điều kiện cụ thể hệ thống điện Việt Nam Hình 2.8 Đề xuất thuật tốn DSM cho hệ thống khai thác hệ nguồn Các thuật toán không nhắc lại khối liệu đầu vào đều nối tiếp thuật tốn Hình 2.8 (ngay sau nhánh rẽ) nối tiếp -9- Hình 2.9 Đề xuất thuật tốn vận hành tồn hệ thống cho kịch DSM -10- Hình 2.10 Thuật tốn vận hành tồn hệ thống L1 kịch DSM Trong đó: Ede là lượng điện thiếu hụt, EsL1 là lượng điện dư thừa hệ nguồn L1, Es(i) là lượng điện dư thừa tức thời -13- Hình 2.13 Chương trình giai đoạn L1 kịch DSM 2.3.4 Đề xuất phương pháp đánh giá hiệu chương trình DSM dung lượng ES tối ưu cho toán DSM Dung lượng tối ưu ES đề xuất xác định dựa hàm chi phí mua điện Zrb, lợi nhuận thu từ việc bán điện Zas hàm kinh tế Z -14- Hình 2.15 Thuật toán xác định dung lượng ES tối ưu 2.4 Kết mơ chương trình DSM vận hành hệ thống khai thác hệ nguồn áp dụng vào hệ thống điện Việt Nam 2.4.1 Thông số đầu vào 2.4.1.1 Kịch DSM Một số đặc điểm kịch DSM sau: Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải nhỏ tổng lượng điện phát từ hệ nguồn H và M; Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải lớn tổng lượng điện phát từ hệ nguồn L1; Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải lớn tổng lượng điện phát từ hệ nguồn chu kỳ xét -15- Hình 2.17 Công suất thu từ hệ nguồn CS yêu cầu phụ tải kịch DSM 2.4.1.2 Kịch DSM Hình 2.19 Cơng suất thu từ hệ nguồn CS yêu cầu phụ tải kịch Một số đặc điểm kịch DSM sau: Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải lớn tổng lượng điện phát từ hệ nguồn H và M; Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải lớn tổng lượng điện phát từ hệ nguồn L1; Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải lớn tổng lượng điện phát từ hệ nguồn chu kỳ xét 2.4.1.3 Dữ liệu liên quan đến BBĐ Hiệu suất BBĐ DC/DCES 2=0.95; hiệu suất BBĐ DC/AC là =0.95 2.4.2 Xác định dung lượng tối ưu ES Chọn giá trị khởi đầu dung lượng định mức C r=30 kWh, bước nhảy dung lượng C= kWh Kết mô cho thấy giá trị tối thiểu Cr phải nằm khoảng từ 365 kWh đến 370 kWh Để có dung lượng dự phòng (5  10)%, giá trị dung lượng định mức tối ưu ES lựa chọn là Cropt=400 kWh Với giá trị Cropt chọn, nội dung thực mô kiểm chứng đánh giá hiệu kinh tế việc thực chương trình DSM với khơng thực DSM kịch và Các nội dung mô này đều gán dung lượng ES trước vào chu kỳ tính tốn (thời điểm 0h): C ins(0)=0.2Cr Giá trị này có ý nghĩa đánh giá việc mua và bán điện để phục vụ cho phụ tải hay ES là nằm hoàn toàn chu kỳ , qua đó thấy ý nghĩa bài toán DSM -16- 2.4.3 Kết mô đánh giá hiệu toán DSM kịch Tương ứng với Cr=400 kWh, đồ thị biểu diễn dung lượng tức thời Cins ES áp dụng DSM và không sử dụng DSM biểu diễn Hình 2.20 a Vận hành có DSM b Vận hành khơng DSM Hình 2.20 Đồ thị dung lượng tức thời ES kịch Hình 20.a cho thấy dung lượng Cins đạt đến dung lượng định mức Cr trước kết thúc giai đoạn L1 và phóng đến dung lượng tối thiểu C theo yêu cầu đặt chương trình DSM Với kết Hình 20.b, ES vận hành thụ động nạp hệ nguồn dư thừa lượng và phóng điện hệ nguồn không đủ khả đáp ứng cho phụ tải Đồ thị biểu diễn điện Erb cần mua từ EPS và điện Eas bán về EPS áp dụng DSM và không sử dụng DSM biểu diễn Hình 2.21 a Vận hành có DSM b Vận hành khơng DSM Hình 2.21 Đồ thị Erb Eas kịch Hình 2.21a cho thấy chương trình DSM mua điện từ EPS giai đoạn L1 để vừa đáp ứng cho phụ tải, vừa đáp ứng cho việc nạp ES Đồng thời, hệ thống không mua điện từ EPS khoảng thời gian H và M theo yêu cầu chương trình DSM Với kết Hình 2.21b, hệ thống thực mua điện thời điểm có L, H và M để đáp ứng cho phụ tải Đồ thị biểu diễn chi phí Zrb mua điện từ EPS, lợi nhuận Zas thu từ việc bán điện cho EPS EPS áp dụng DSM và không sử dụng DSM biểu diễn Hình 2.22 a Vận hành có DSM b Vận hành khơng DSM Hình 2.22 Đồ thị Zrb Zas kịch -17- Hình 2.22a cho thấy chương trình DSM thực mua điện từ EPS giai đoạn L1 và bán điện vào H, M để hạn chế chi phí mua điện theo yêu cầu đặt Với kết Hình 2.22b, hệ thống một lượng tiền định cho việc mua điện mà không thu tiền cho việc bán điện Các kết mô này thể mạnh chương trình DSM hệ thống khai thác hệ nguồn Các kết công bố bài báo số 2.4.4 Kết mô đánh giá hiệu toán DSM kịch Tương ứng với Cr=400 kWh, đồ thị biểu diễn dung lượng tức thời Cins ES áp dụng DSM và không sử dụng DSM biểu diễn Hình 2.23 Hình 2.23a cho thấy dung lượng Cins đạt đến dung lượng định mức Cr trước kết thúc giai đoạn L1 và phóng đến dung lượng tối thiểu Cmin theo yêu cầu đặt chương trình DSM Với kết Hình 2.23b, ES vận hành thụ động nạp hệ nguồn dư thừa lượng và phóng điện hệ nguồn không đủ khả đáp ứng cho phụ tải Với kịch 2, ES liên tục phải phóng điện đáp ứng cho phụ tải H và M để tránh việc mua điện giá cao a Vận hành có DSM b Vận hành khơng DSM Hình 2.23 Đồ thị dung lượng tức thời ES kịch DSM Đồ thị biểu diễn lượng điện Erb cần mua từ EPS và lượng điện Eas bán về EPS áp dụng DSM và khơng sử dụng DSM biểu diễn Hình 2.24 a Vận hành có DSM b Vận hành không DSM Hình 2.24 Đồ thị Erb Eas kịch DSM Hình 2.24a cho thấy chương trình DSM thực mua điện từ EPS giai đoạn L1 để vừa đáp ứng cho phụ tải, vừa đáp ứng cho việc nạp ES Đồng thời, hệ thống thực hoàn toàn không mua điện từ EPS khoảng thời gian H và M theo yêu cầu chương trình DSM Với kết Hình 2.24b, hệ thống thực mua điện thời điểm có L, H và M để -18- đáp ứng cho phụ tải Với kịch 2, phụ tải chủ yếu tăng cao H và M khiến cho hệ thống liên tục phải mua điện từ EPS khơng thực DSM Đồ thị chi phí Zrb mua điện từ EPS, lợi nhuận Zas thu từ việc bán điện cho EPS áp dụng DSM và khơng sử dụng DSM biểu diễn Hình 2.25 a Vận hành có DSM b Vận hành khơng DSM Hình 2.25 Đồ thị Zrb Zas kịch DSM Hình 2.25a cho thấy chương trình DSM thực mua điện từ EPS giai đoạn L1 và bán điện vào H, M để hạn chế chi phí mua điện theo yêu cầu đặt Với kết Hình 2.25b, hệ thống một lượng tiền định cho việc mua điện mà không thu tiền cho việc bán điện Các kết mô này thể mạnh chương trình DSM hệ thống khai thác hệ nguồn, đặc biệt là có sự trợ giúp ES và DSM Các kết công bố bài báo số Hiệu DSM đánh giá thơng qua chênh lệch chi phí mua điện và lợi nhuận thu từ việc bán điện Kết mô đánh giá hiệu tương ứng với hai kịch DSM cho thấy: • Với kịch 1: chênh lệch chi phí mua điện và lợi nhuận có thực DSM là âm phần chênh lệch này không thực DSM là dương Điều này thể chương trình DSM hiệu việc mua điện giá thấp và bán điện giá cao • Với kịch 2: chênh lệch chi phí mua điện và lợi nhuận có thực DSM hay không thực DSM đều là dương Tuy nhiên, chương trình DSM giúp thực đem lại lợi nhuận bán điện và giúp cho chi phí mua điện từ lưới đáp ứng cho phụ tải giảm đáng kể (gần 50%) 2.5 Kết luận chương • Tổng hợp mơ tả tốn học đối tượng hệ nguồn, đó là PVG và WG Các yếu tố ảnh hưởng đến thơng số mơ hình tốn học G, T, vw đều đánh giá chi tiết, qua đó giúp cho công tác mô hoạt động hệ nguồn xác Xây dựng chiến lược điều tiết luồng công suất toàn hệ thống theo yêu cầu đặt chương trình DSM điều kiện thực tế Việt Nam • Các kết mô cho thấy tương ứng với công suất lắp đặt PVG và WG, đồ thị phát công suất điều kiện vận hành cho thấy sự đắn chiến lược DSM đề xuất Dung lượng ES chọn có thể giúp hấp thụ toàn bộ lượng công suất từ hệ nguồn lưới điện L để đáp ứng cho phụ tải vào H và M trường hợp lượng yêu cầu phụ tải lớn khả phát hệ nguồn -19- Các kết này có thể sử dụng để lên kế hoạch vận hành cho phần tử toàn hệ thống thông qua công tác thiết kế bộ điều khiển cho BBĐ và cung cấp giá trị đặt cho bộ điều khiển đó Chương ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHAI THÁC HỆ NGUỒN CÓ DSM 3.1 Cấu trúc điều khiển hệ thống khai thác hệ nguồn có DSM Hình 3.1 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống khai thác hệ nguồn 3.2 Cơ sở lý thuyết điều khiển mơ tả tốn học BBĐ điện tử công suất 3.3 Xây dựng điều khiển nguồn pin mặt trời Hình 3.15 Cấu trúc mạch vòng ĐK BBĐ DC/DC boost theo phương pháp IB-AVC Bộ điều khiển PID có dạng: Gcv = K P + K I + K Ds s -20- đó: K P = Ldc + Cpv R eq R dc 2Vdc R eq TS , KI = L C R dc , K D = dc pv 2Vdc R eq TS 2VdcTS 3.4 Xây dựng BĐK nguồn điện gió: điều khiển theo phương pháp HCS 3.5 Xây dựng điều khiển ghép nối lưới theo yêu cầu DSM 3.5.1 Cấu trúc điều khiển: Cấu trúc điều khiển áp dụng cho BBĐ DC/AC pha mơ tả Hình 3.20 Hình 3.20 Cấu trúc điều khiển BBĐ DC/AC pha 3.5.2 Bộ điều khiển dòng điện: G ci (s) = K pi + K iis s + 02 (3.21) (2bw − 02 )  K pi = R + (Lbw ) + 2R , K ii = (R + K p ) + 2(Lbw ) − 2K 2p + Lbw    bw 2 3.5.3 Bộ điều khiển công suất Cấu trúc điều khiển mạch vịng điều khiển cơng suất cho BBĐ DC/AC mơ tả Hình 3.23 Hình 3.23 Mơ hình cấu trúc mạch vịng cơng suất BBĐ DC/AC G cp (s) = K pp + đó: K pp = K ip R tdcCdc02 (1 + 2TL )(K pi + R)2 K pi Ug (Ki +  L) (3.39) s Kip = 202 (1 + 2TL )(K pi + R)2 K pi Ug (Ki + 02L) -21- 3.6 Kết mơ Hình 3.34 Đường đặc tính Pmpp Ppv Hình 3.35 Đường đặc tính CS phát từ WG Hình 3.36 3.37 Đường đặc tính CS thu DCbus nhánh PVG WG Hình 3.38 Đường đặc tính CS ES Hình 3.39 Đặc tính Pgref, Pg BBĐ DC/AC a Khoảng thời gian từ 1.4s đến 1.7s b Khoảng thời gian từ 3.9s đến 4.2s Hình 3.41 Đặc tính dịng điện đầu BBĐ DC/AC -22- Một số nhận xét kết mô phỏng: - BĐK IB-AVC giúp khai thác toàn bộ công suất MPP PVG Công suất phát từ PVG biến thiên lập tức theo sự biến thiên đầu vào - BĐK HCS giúp khai thác công suất MPP WG Kết mơ cho thấy đường đặc tính cơng suất thu từ WG biến thiên dạng với kịch tốc độ gió, kể hoàn toàn tốc độ gió - BĐK phía lưới thực điều khiển cho công suất chạy qua BBĐ DC/AC bám xác với cơng suất đặt, có sự dao động nhỏ thời gian ngắn có sự thay đổi công suất đặt Điều này thể sự xác việc thiết kế bộ điều khiển phía lưới, đạt chất lượng tốt theo yêu cầu chương trình DSM - Kết mơ cho thấy ES đóng vai trò cân lượng tốt Toàn hệ thống có sự biến thiên mạnh thông số đầu vào khiến cho công suất khai thác từ nguồn biến thiên cơng suất u cầu từ phía lưới tăng giảm bất thường 3.7 Kết luận chương • Xây dựng cấu trúc hệ thống lai ghép PVG và WG vận hành theo mơ hình DSM • Xây dựng bộ điều khiển PID theo phương pháp IB-AVC áp dụng cho đối tượng PVG; bộ điều khiển HCS áp dụng cho đối tượng WG; bộ điều khiển ghép nối lưới vận hành theo chương trình DSM • Các kết mô giải yêu cầu đặt ra: Khai thác tối đa công suất từ nguồn điều kiện vận hành thông số đầu vào, điều khiển bám cơng suất đặt cho BBĐ phía lưới và thực cân công suất cho toàn hệ thống Các kết mơ cho thấy tính xác việc thiết kế bộ điều khiển tính khả thi chương trình DSM có sự liên kết chặt chẽ tất khối với Chương THỰC NGHIỆM BÀI TỐN ĐIỀU KHIỂN DỊNG CƠNG SUẤT TẠI NÚT CÓ SỰ THAM GIA CỦA HỆ NGUỒN 4.1 Xây dựng mơ hình cấu trúc thiết bị thực Hình 4.1 Cấu trúc mơ hình thiết bị thực 4.2 Phương pháp vận hành mơ hình thiết bị thực 4.3 Các thiết bị -23- 4.4 Kết thực nghiệm • Để kiểm chứng khả khai thác tối đa công suất PVG, ba lần lấy mẫu thực điều kiện thực tỉnh Thái Nguyên vào 20-6-2018 Hình 4.13 Kết lấy mẫu lần thứ kiểm nghiệm khả khai thác MPP Hình 4.14 Kết lấy mẫu lần thứ hai kiểm nghiệm khả khai thác MPP Hình 4.15 Kết lấy mẫu lần thứ ba kiểm nghiệm khả khai thác MPP Các kết thực nghiệm cho thấy G luôn biến thiên một dải rộng T lại biến thiên chậm BĐK điện áp với sự biến thiên (G, T) tạo nên đường ipv, iDCbus, VDCbus có biên dạng với sự biến thiên (G, T) Điều này tương tự với đường đồ thị biểu diễn ppv, Pmpp, pDCbus, đó đường ppv ln bám xác theo đường Pmpp và đường pDCbus ln thấp một chút so với hai đường cịn lại Điều này thể tính xác kỹ thuật xác định MPP, BĐK điện áp và lựa chọn phần cứng • Thực nghiệm điều tiết lượng cơng suất theo yêu cầu: Kết lấy mẫu ngày 20-6-2018 Thái Nguyên Các kết lần thứ và thứ hai cho thấy tương ứng với sự thay đổi (G, T), công suất phát từ PVG ln bám đuổi xác MPP Trong hai lần lấy mẫu này, BĐK cho BBĐ DC/DCs2 thực xác việc điện áp DCbus về giá trị điện áp đặt và dịng cơng suất từ nguồn chiếm một phần tỷ lệ nhỏ tải AC tăng -24- VDCbusref (V) POPref vDCbus (V) vs1 và vs2 (V) is1 và is2 (A) G (W/m2) Pmpp, ppv, pDCbus Đồ thị công suất qua BBĐ DC/AC và ps1, ps2 a Lần lấy mẫu thứ b Lần lấy mẫu thứ hai Hình 4.16 Kiểm nghiệm khả phân phối dịng cơng suất tự nhiên Các kết lần lấy mẫu thứ ba và thứ tư phân bố công suất theo yêu cầu cho thấy công suất phát từ PVG ln bám xác với MPP BĐK cho BBĐ DC/DCs2 giúp vDCbus bám gần xác VDCbusref và bị trễ khoảng thời gian ngắn VDCbusref thay đổi Công suất từ nguồn bám đuổi xác với sự tăng giảm POPref -25- VDCbusref (V) POPref vDCbus (V) vs1 và vs2 (V) is1 và is2 (A) G (W/m2) Pmpp, ppv, pDCbus Đồ thị công suất chạy qua BBĐ DC/AC và ps1, ps2(W) a Lần lấy mẫu thứ ba b Lần lấy mẫu thứ tư Hình 4.17 Kiểm nghiệm khả phân phối dịng cơng suất theo yêu cầu 4.5 Kết luận chương • Xây dựng thành cơng mơ hình thiết bị thực kiểm chứng khả khai thác công suất cực đại PVG và khả điều phối luồng công suất hệ thống có hai nguồn -26- • Kết thực nghiệm lần lấy mẫu chứng tỏ phương pháp khai thác công suất sử dụng kỹ thuật IB và điều khiển điện áp giúp khai thác tối đa cơng suất PVG • Kết thực nghiệm lần lấy mẫu so sánh sự phân bố luồng công suất toàn hệ thống có và không có điều tiết theo yêu cầu Điều này cho thấy tính khả thi phương pháp điều tiết luồng công suất toàn hệ thống thông qua BBĐ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Kết nghiên cứu luận án có đóng góp sau: • Xây dựng một hệ thống khai thác PVG và WG vận hành theo yêu cầu chương trình DSM và điều kiện thực tế EPS Việt Nam Sự khác biệt phương pháp vận hành này so với phương pháp trước là ghép hệ nguồn vào nút phụ tải, vận dụng biểu đồ biểu bán điện giá và mua điện từ hệ nguồn EPS Việt Nam • Dựa kết thu chương trình DSM đề xuất, BĐK luận án xây dựng thành công để có thể đáp ứng yêu cầu đặt Ngoài ra, luận án cịn đóng góp thêm: • Dựa kết thu từ chương trình DSM, phương pháp điều khiển HCS xây dựng để điều khiển WG với mục tiêu bám đuổi MPP và giảm tổn hao lượng dự báo xác thơng số đầu vào Đặc biệt, chương trình DSM đề xuất cung cấp thông tin về công suất trao đổi phía nguồn và phía lưới (Pgref), giúp xây dựng thành công cấu trúc điều khiển cho BBĐ DC/AC pha ghép nối lưới • Xây dựng thành cơng mơ hình thiết bị thực kiểm chứng một số kết nghiên cứu Các kết thực nghiệm cho thấy yêu cầu đặt đạt một cách xác, đường đặc tính thu cho thấy kịch vận hành dù biến động bộ điều khiển điều khiển BBĐ lập tức để đạt mục tiêu Điều này cho thấy tính đắn giải pháp đề xuất với bài toán DSM và khả ứng dụng vào thực tiễn chương trình DSM Kiến nghị Phát triển kết nghiên cứu luận án cho hướng nghiên cứu lĩnh vực: • Hướng phát triển khai thác công suất lớn PVG điều kiện vận hành cell không đồng nhất: hư hỏng một cell hay bị che khuất một phần • Hướng phát triển có sự tham gia nguồn lượng tái tạo khác nguồn điện gió, thủy điện nhỏ, hay máy phát cỡ nhỏ sử dụng lượng hóa thạch Khi có sự tham gia nguồn này, hệ thống tăng thêm tính chủ động về nguồn cung cấp cho phụ tải trước huy động công suất từ hệ thống khác • Tiếp tục xây dựng bộ điều khiển ES và ứng dụng loại ES khác • Điều khiển BBĐ đa mức ứng dụng bài tốn DSM -27- DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ CƠNG BỐ Nguyễn Minh Cường, Kiều Thị Khánh, Đặng Danh Hoằng, Nguyễn Đức Tường, Tổng quan giải pháp dùng pin sạc dung lượng cao để tiết kiệm lượng, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ ĐHTN, ISSN 1859-2171; e-ISSN 2615-9562, 2017, Vol 176 (16) Lê Tiên Phong, Nguyễn Minh Cường, Thái Quang Vinh, A Method to Harness Maximum Power from Photovoltaic Power Generation Basing on Completely Mathematical Model, 2017 International Journal of Research and Engineering, ISSN: 2348-7860 (O), 2348-7852(P), 2018, Vol No Nguyễn Minh Cường, Lê Tiên Phong, Thái Quang Vinh, Dynamic control of power flow in DC microgrids with the participation of photovoltaic power generation and battery using power converters, International Journal of Research in Engineering and Innovation (IJREI), ISSN (Online): 2456-6934, 2018, Vol-2, Issue-5, 484-491 Nguyễn Minh Cường, Thái Quang Vinh, Lê Tiên Phong, Demand-Side Management Program with A New Energy Strategy for Photovoltaic and Wind Power Generation System in Viet Nam, International Journal of Research and Scientific Innovation (IJRSI) | ISSN 2321-2705, 2018Volume V, Issue X Nguyễn Minh Cường, Thái Quang Vinh, Vũ Phương Lan, Lê Tiên Phong, Optimal Energy Storage Sizing in Photovoltaic and Wind Hybrid Power System Meeting Demand-Side Management Program in Viet Nam, International Journal of Research and Engineering, ISSN: 2348-7860 (O) | 2348-7852 (P), 2018, Vol No Nguyen Minh Cuong, Nguyen Thi Dieu Huyen, Thai Quang Vinh, Demand-Side Management in Microgrids with the Presence of Renewable Sources in Vietnam, Science Journal of Circuits, Systems and Signal Processing, ISSN: 2326-9065 (Print); ISSN: 2326-9073 (Online), 2019, Vol 8, No Nguyễn Minh Cường, Thái Quang Vinh, Điều khiển biến đổi DC/AC pha ghép nối lưới vận hành theo chương trình điều tiết nhu cầu phụ tải, Hội nghị - Triển lãm quốc tế lần thứ về Điều khiển và Tự động hoá (VCCA2019), 2019 ... thác tối đa lượng từ hai loại nguồn này một hệ thống Bởi vậy tác giả chọn đề tài nghiên cứu "Nâng cao hiệu chương trình quản lý nhu cầu lượng biện pháp điều khiển nguồn phân tán" nhằm hoàn... hệ nguồn có sự tham gia ES dung lượng lớn và đem lại kinh nghiệm về lắp đặt thực nghiệm -4- Chương TỔNG QUAN VỀ NGUỒN PHÂN TÁN VÀ CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ NHU CẦU NĂNG LƯỢNG 1.1 Khái quát nguồn. .. Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải nhỏ tổng lượng điện phát từ hệ nguồn H và M; Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải lớn tổng lượng điện phát từ hệ nguồn L1; Tổng lượng điện yêu cầu phụ tải lớn tổng lượng