Phương pháp tính toán tối ưu hóa trào lưu công suất trong Microgrid vận hành độc lập.PDF

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ XN NGUN ÁNH PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRONG MICROGRID VẬN HÀNH ĐỘC LẬP C C R UT.L D Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 852021 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng – Năm 2019 Công trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG TS NGUYỄN QUANG NINH Phản biện 1: TS TRẦN VINH TỊNH Phản biện 2: TS LÊ THỊ TỊNH MINH Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc C C R UT.L sĩ ngành Kỹ thuật Điện họp Trường Đại học Bách khoa vào ngày 30 D tháng 11 năm 2019 Có thể tìm hiểu luận văn tại:  Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Trường Đại học Bách khoa  Thư viện Khoa Điện, Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH PHẦN MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Việt Nam số quốc gia đánh giá có khả chịu ảnh hưởng nặng nề biến đổi khí hậu (BĐKH) Trong nhiều năm qua, Chính phủ Việt Nam thực nhiều biện pháp tích cực nhằm thích ứng giảm thiểu tác động biến đổi khí hậu thơng qua việc thực chiến lược, chương trình, kế hoạch cấp quốc gia tham gia cam kết quốc tế giảm nhẹ phát thải khí nhà kính C C R UT.L Để thực mục tiêu chiến lược, chương trình, kế hoạch cấp quốc gia cam kết quốc tế giảm nhẹ phát thải khí D nhà kính địi hỏi nỗ lực hành động nhiều ngành, nhiều cấp Tại Việt Nam, ngành lượng ngành dẫn đầu nguồn phát thải KNK, gây biến đổi khí hậu Báo cáo INDC Việt Nam xác định đóng góp giảm nhẹ phát thải khí nhà kính toàn kinh tế phạm vi lĩnh vực cụ thể là: (1) Năng lượng; (2) Nông nghiệp; (3) Sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất lâm nghiệp; (4) Chất thải Trang HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH Trong lĩnh vực lượng, phát thải từ đốt nhiên liệu bao gồm: công nghiệp lượng; sản xuất công nghiệp xây dựng; giao thông vận tải; Gia dụng, nông nghiệp dịch vụ thương mại, phát thải phát tán bao gồm than; khí tự nhiên dầu mỏ MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Trong giải pháp để đạt mục tiêu giảm nhẹ phát thải khí nhà kính INDC có tới giải pháp nhiên liệu lượng là: Giải pháp 2: Nâng cao hiệu suất hiệu sử dụng lượng, giảm mức tiêu hao lượng; Giải pháp 3: Thay đổi cấu nhiên liệu công nghiệp giao thông vận tải; Giải pháp 4: Đẩy mạnh khai thác C C R UT.L có hiệu tăng tỷ trọng nguồn lượng tái tạo sản D xuất tiêu thụ lượng Như vậy, thấy giải pháp nhiên liệu lượng đóng vai trị quan trọng để đạt mục tiêu giảm nhẹ phát thải KNK Việt Nam, có:  Đảm bảo an ninh lượng quốc gia theo hướng phát triển đồng nguồn lượng, khai thác sử dụng hiệu nguồn lượng;  Thay đổi cấu nguồn lượng theo hướng giảm lượng từ nguồn nhiên liệu hố thạch, khuyến khích khai thác sử dụng nguồn lượng tái tạo, phát thải KNK; ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Trang HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH Trong số giải pháp thay đổi cấu nguồn lượng theo hướng giảm cung cấp lượng từ nguồn nhiên liệu hố thạch, khuyến khích khai thác sử dụng nguồn lượng tái tạo, phát thải KNK giải pháp phát triển điện mặt trời nhiều quốc gia, có Việt Nam đặc biệt trú trọng Có bốn lý để Việt Nam phát triển giải pháp này: - Phát triển điện mặt trời làm cho thay đổi cấu nguồn phát điện theo hướng xanh hố, thay nguồn điện đốt than, đóng góp tích cực vào giảm nhẹ phát thải KNK, giảm áp lực sử dụng than đá Điện mặt trời nguồn tái tạo không gây ảnh hưởng xấu đến môi C C R UT.L trường tự nhiên D - Việt Nam coi quốc gia có tiềm năng lượng mặt trời cao - Đã có tăng trưởng mạnh mẽ điện mặt trời giới năm gần - Phát triển điện mặt trời mang lại lợi ích xã hội PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Một số giải pháp thay đổi cấu nguồn lượng theo hướng xanh hoá Chính phủ đưa vào Chiến lược phát triển lượng tái tạo Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 Chiến lược xác định: “Phát triển điện mặt trời để cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia khu vực biên giới, hải đảo, vùng Trang HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH sâu, vùng xa chưa thể cấp điện từ nguồn điện lưới quốc gia Đưa tỷ lệ điện sản xuất từ nguồn lượng mặt trời tổng sản lượng điện sản xuất từ mức không đáng kể lên đạt khoảng 0,5% vào năm 2020, khoảng 6% vào năm 2030 khoảng 20% vào năm 2050” Tuy vậy, để đạt mục tiêu phát triển điện mặt trời thách thức không nhỏ kinh tế - kỹ thuật - xã hội - môi trường Việt Nam Do khả phát điện mặt trời hoàn toàn phụ thuộc vào xạ mặt trời thay đổi theo ngày đêm, theo mùa, nên để hệ thống điện C C R UT.L quốc gia hoạt động tối ưu kinh tế - kỹ thuật, cần tính đến thoả D hiệp với khách hàng sử dụng điện, liên quan đến hoạt động kinh tế - xã hội khác Hơn nữa, dự án phát triển điện mặt trời có hiệu kinh tế - tài theo vịng đời có đặc điểm chi phí vận hành hàng năm thấp vốn đầu tư ban đầu lớn, địi hỏi cần có chế sách thu hút đầu tư thích hợp Các nhà máy điện mặt trời nói hay hệ thống điện mặt trời cộng đồng phân tán lưới điện nhỏ ghép kết hợp nguồn điện mặt trời, điện gió, điện sinh khối hay máy phát diezen (hay cịn gọi lưới Microgrid) có quy mơ cơng suất khoảng MW, có đóng góp đáng kể vào giảm phát thải khí nhà kính cung cấp điện cho hải đảo/ cộng đồng biệt lập chưa có khả tiếp cận với lưới điện quốc gia vấn đề mẻ hồn tồn chưa có trước nước ta Trang HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH Các dự án nhỏ, quy mô công suất vài trăm kWp thực Việt Nam kể hầu hết sử dung cơng nghệ nước ngồi phần cứng phần mềm mà phía Việt Nam cần phải giải mã Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN Những thách thức liên quan đến nhiều ngành kinh tế, nhiều địa phương, giải phạm vi ngành, địa phương mà phải giải cấp quốc gia Hơn nữa, có nhiều vần đề kỹ thuật, lần đầu xuất Việt Nam rủi ro bất ổn định lưới điện hình thái sản xuất điện từ điện mặt trời thất thường nên cần hợp tác quốc tế từ C C R UT.L nước có tiến điện mặt trời để nhận D học hữu ích giải vấn đề Tuy nhiên, định hướng chung, lượng mặt trời nói riêng, lượng tái tạo nói chung phát triển mạnh nhằm thay nguồn nhiên liệu hóa thạch, giúp bảo vệ, giảm thiểu ô nhiễm môi trường Một nội dung quan trọng phát triển điện mặt trời nói riêng phát triển điện từ nguồn tái tạo nói chung (gió, địa nhiệt, biomass, thuỷ điện nhỏ…) phát triển phân tán, hình thành lưới điện địa phương (gọi microgrid), vận hành độc lập, khơng đấu nối với lưới điện quốc gia (ví dụ hải đảo) tách khỏi lưới điện quốc gia cần thiết (ví dụ lưới quốc gia bị cố hay ngừng vận hành sửa chữa) vận hành đấu nối theo phương thức đấu nối vào lưới điện quốc gia Phương thức khai Trang HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH thác tối đa tiềm điện mặt trời khai thác phân tán khắp nơi có nắng, giảm nguồn cung cấp tập trung, giảm tổn thất truyền tải điện CẤU TRÚC LUẬN VĂN Luận văn gồm có chương: Chương 1: Tổng quan lưới điện Microgrid Chương 2: Phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất Microgrid Chương 3: Phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất C C R UT.L lưới điện Microgrids vận hành độc lập có xét tới phụ thuộc cơng D suất phụ tải máy phát điện vào điện áp tần số dựa thuật toán GSO (GLOW-WORM SWARM OPTIMIZATION) Chương 4: Ứng dụng phương pháp tính tốn tối ưu hóa trịa lưu cơng suất lưới điện Microgrids vận hành độc lập có xét tới phụ thuộc công suất phụ tải máy phát điện vào điện áp tần số dựa thuật toán GSO lưới điện mẫu Kết luận kiến nghị Trang HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN MICROGRID 1.1 KHÁI NIỆM VỀ LƯỚI MICROGRID Microgrid ghi nhận thành phần, yếu tố quan trọng lưới điện thơng minh (Smart grid) với tiêu chí nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, gia tăng hiệu suất hệ thống điện, giảm tổn thất điện toàn hệ thống điện linh hoạt vấn đề vận hành lưới điện độc lập để cấp điện cho phụ tải khu vực vùng sâu vùng xa, miền núi, tách biệt, xa khu trung tâm, gần nguồn điện truyền thống, gần lưới điện quốc gia C C R UT.L Rất nhiều nhóm nghiên cứu giới tiên phong đưa khái niệm lưới Microgrid cách gọi khác việc D tích hợp nguồn lượng phân tán quy mô công suất nhỏ (thường nhỏ 1MW) vào hệ thống điện hạ áp Nhiều thuật ngữ khác thường sử dụng để mô tả khái niệm đơn giản như: nhà máy điện ảo (virtual power plants), lưới nhỏ (minigrids), lưới điện phân phối thông minh (smart distribution networks), phát điện phân tán (distributed or dispersed generation)… Về bản, từ khái niệm Microgrid ví dụ dẫn chứng nêu chưa có thống hồn tồn cách mô tả, ngôn từ chi tiết, nhiên xoay chung đặc điểm tập hợp nguồn phân tán phụ tải khu vực định, kết nối vào lưới điện tách vận hành độc lập Trang HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH Hội đồng quốc tế hệ thống lưới điện lớn (Conseil international des grands réseaux électriques or (CIGRÉ)) đưa định nghĩa thức lưới Microgrid sau: “Microgrids are electricity distribution systems containing loads and distributed energy resources, (such as distributed generators, storage devices, or controllable loads) that can be operated in a controlled, coordinated way either while connected to the main power network or while islanded” (Tạm dịch: Microgrids hệ thống phân phối điện bao gồm phụ tải nguồn lượng phân tán, (như máy phát điện phân tán, thiết bị lưu trữ phụ tải điều khiển được), phối hợp vận hành điều khiển trường hợp nối lưới với hệ thống điện quốc gia C C R UT.L tự vận hành điều khiển trường hợp không nối lưới với hệ thống điện quốc gia D Hình 1.1 Mơ hình ví dụ lưới Microgrid Trang HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH 1.3 PHÂN LOẠI LƯỚI MICROGRID Về bản, theo tài liệu có mà thân tìm hiểu được, có 04 loại lưới Microgrid, là: a Customer microgrids or true microgrids (µgrids) (Microgrid khách hàng hay Microgrid thực sự): Là lưới Microgrid khách hàng tự đầu tư sử dụng thường sử dụng điểm nối lưới (PCC) b Utility or community microgrids or milligrids (mgrids) (Lưới Microgrids công cộng nhà nước đầu tư vận hành hay gọi lưới cực nhỏ) Lưới mgrids bao gồm phận điều khiển vận hành lưới điện quốc gia Về công nghệ phát điện, chúng không khác biệt so với cơng nghệ phát điện lưới µgrids C C R UT.L c Virtual microgrids (Vgrids) (Lưới ảo) D Vgrids bao gồm nguồn phát điện phân tán nhiều khu vực, phối hợp vận hành theo cách thức nguồn phát điện phân tán hoạt động thực thể tự điều khiển độc lập để đáp ứng yêu cầu đặt lưới điện điện áp tần số nhằm phát điện vào lưới d Remote power systems (rgrids) (Lưới khu vực xa xôi hẻo lánh) Lưới rgrids kiểu lưới điện kết nối với hệ thống điện quốc gia, bắt buộc phải vận hành độc lập bao gồm công nghệ điều khiển tương tự lưới Microgrid khác để đảm bảo điều kiện vận hành thời gian dài Kiểu lưới này, theo quan điểm nhà nghiên cứu, thường mô tả lưới điện Microgrid Trang 11 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG SUẤT TRONG MICROGRID 2.1 MỞ ĐẦU Các nguồn lượng tái tạo thường trang bị Inverter để kết nối vào lưới điện Các Inverter thường có độ trễ định việc biến đổi nguồn điện điều chỉnh, điều khiển đầu nguồn phát điện gây vấn đề khó khăn cho vấn đề điều chỉnh hệ thống Trong phương trình mơ lưới điện cho toán cần phải xét tới diện Inverter với luật điều khiển xác định trước để đối phó với vấn đề thay đổi điện áp C C R UT.L Tối ưu hóa trào lưu cơng suất hệ thống điện toán xác định phân bố tối ưu tỷ lệ công suất phát nguồn phát hệ thống nhằm đạt cực tiểu hóa tổn thất công suất hệ thống để đạt mục tiêu khác cực tiểu hóa chi phí vận hành hệ thống Vấn đề thường giải hệ thống điều khiển phân tán (DSM- Distribution Management Systems), hệ thống thực mức độ điều khiển cao cấu trúc điều khiển lưới điện Microgrids nhà nghiên cứu đề xuất nhiều nhà khoa học đồng ý với cấu trúc điều khiển DSM thực chức điều khiển nhằm tối ưu hóa trào lưu cơng suất phản kháng công suất tác dụng, điều chỉnh điện áp, hay tái cấu trúc lưới điện… D Trong lưới MGs, cấu trúc điều khiển thứ bậc gồm cấp độ đề xuất nhằm đảm bảo chất lượng cung cấp điện tới phụ tải Ý nghĩa cấp độ điều khiển giải thích sau: - Cấp độ – primary control; Trang 12 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH - Cấp độ – secondary control; - Cấp độ – tertiary control; Tertiary control Secondary control C C R UT.L D Primary control Hình 2.1 – Các mức độ điều khiển phân cấp lưới Microgrid Điều khiển vòng lặp sử dụng để tối ưu hành vi máy phát đồng bộ, dựa phương pháp vịng lặp P/Q tiếng: 𝜔 = 𝜔∗ − 𝐺𝑃(𝑠) (𝑃 − 𝑃∗ ) (1) 𝐸 = 𝐸 ∗ − 𝐺𝑄(𝑠) (𝑄 − 𝑄 ∗ ) (2) Thông qua việc điều khiển hệ số vịng lặp, ta điều khiển cơng suất phát máy phát điện phân tán, DGs, trào lưu cơng suất lưới MGs Tối ưu hóa trào lưu công suất thực chất vấn đề vận hành tối ưu cấp độ thứ cấu trúc điều khiển phân cấp đề cập Trang 13 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH hệ thống điện từ lâu nghiên cứu nhiều nhà nghiên cứu Nhiều thuật toán, kỹ thuật tính tốn tối ưu hóa sử dụng đề xuất trình bày phần 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRONG MICROGRID 2.2.1 Phương pháp Lagrange 2.2.2 Phương pháp nhánh dốc (The steepest descent) 2.2.3 Phương pháp quy tắc mờ (Fuzzy rules method) 2.2.4 Phương pháp Quy hoạch động (Dynamic programming method) 2.3 MỘT SỐ CƠNG CỤ, PHẦN MỀM TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN C C R UT.L Các cơng cụ tính tốn phân tích trào lưu cơng suất tối ưu hóa trào lưu cơng suất phổ biến giới kể đến bao gồm: D  ETAP electrical engineering software ;  MATPOWERl;  PSSE OPF (Power system simulator for Engineering Optimal Power Flow) Các phần mềm nói áp dụng, sử dụng rộng rãi cho lưới truyền tải, phân phối, nhiên sử dụng phương pháp tính trào lưu cơng suất theo phương pháp truyền thống, cần có nút slack_bus không xét tới phụ thuộc tải máy phát vào điện áp tần số cân pha tải nên áp dụng cho lưới microgrid vận hành độc lập dẫn tới sai lệch định kết Trang 14 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN MICROGRIDS VẬN HÀNH ĐỘC LẬP CÓ XÉT TỚI SỰ PHỤ THUỘC CỦA CÔNG SUẤT PHỤ TẢI VÀ MÁY PHÁT VÀO ĐIỆN ÁP VÀ TẦN SỐ DỰA TRÊN THUẬT TOÁN GSO (GLOW-WORM SWARM OPTIMIZATION) 3.1 MỞ ĐẦU Chương giới thiệu đề xuất ứng dụng thuật toán GSO để giải tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất có xét tới ràng buộc tần số lưới điện, khả truyền tải công suất đường dây lưới điện Microgrids pha cân khơng cân Trong tốn tối ưu hóa trào lưu công suất, ràng buộc giới hạn truyền tải đường dây lưới điện xem xét Trong phần này, tác giả so sánh kết phương pháp đề xuất GSO heuristic (phương pháp dựa kinh nghiệm) với phương pháp số học dựa thuật toán Lagrange thuật toán Vùng tin tưởng để giải tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất OPF (Optimal Power Flow) lưới Microgrids vận hành độc lập C C R UT.L D Một số tính tốn thử nghiệm thực hệ thống điện Microgrids hạ áp ba pha cân gồm nguồn phát phụ tải Các kết phương pháp đề xuất so sánh với kết phương pháp số dựa hệ số Lagrange trường hợp khơng tính tới ràng buộc tần số khả truyền tải đường dây 3.2 BÀI TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG SUẤT OPF nghiên cứu nhằm mục đích tối ưu hóa tổn thất cơng suất mơ hình chung hệ thống phục vụ cho việc tính OPF gồm có đường dây, phụ tải, máy phát bao gồm luật điều khiển nguồn phát Hàm mục tiêu tốn phức tạp khơng tuyến tính Các biến đầu tốn thơng số điều Trang 15 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH khiển đưa vào hệ thống điều khiển nguồn phát để đưa công suất theo yêu cầu, nữa, giải pháp lựa chọn để vận hành hệ thống đảm bảo giữ cho tần số hệ thống nằm giới hạn cho phép Các tác giả tổn thất cơng suất có liên quan tới giá trị thông số điều khiển inverter nguồn phát Như việc lựa chọn thông số điều khiển inverter có ảnh hưởng tới trạng thái ổn định vận hành lưới microgrids 3.2.1 Xác định biến tốn tối ưu hóa Trong nghiên cứu biến đầu toán hệ số điều khiển cơng suất tác dụng vịng Droop DG thứ i công suất phát tác cụng DG kiểu PQ bus: 𝐾𝐺𝑖 𝑃𝑃𝑄𝑖 : 𝐾𝐺 = (𝐾𝐺1 , 𝐾𝐺2 … , 𝐾𝐺𝑛𝑔𝑑𝑟 ) (1) C C R UT.L 𝑃𝑃𝑄 = (𝑃𝑃𝑄1 , 𝑃𝑃𝑄2 … , 𝑃𝑃𝑄𝑛𝑝𝑞 ) (2) D 𝑛𝑔𝑑𝑟 số nguồn phát điện kiểu Droop generator; 𝑛𝑔𝑃𝑄 số nguồn phát điện kiểu PQ generator Trong tốn này, cơng suất phát tác dụng công suất phát phản kháng máy phát mơ hàm tuyến tính phụ thuộc vào điện áp, tần số hệ số điều khiển Các phương trình mơ cơng suất phát tác dụng công suất phát phản kháng máy phát mô tả (7) (8) chuyên đề 3.2.2 Hàm mục tiêu toán a Bài toán pha cân Gọi 𝑃𝑖 cơng suất tính tốn pha bơm vào lưới điện microgrid nút i Phương trình tính 𝑃𝑖 mô tả sau: 𝑛𝑏𝑟 |𝑉𝑖 ||𝑉𝑗 ||𝑌𝑖𝑗 |𝑐𝑜𝑠(𝜃𝑖𝑗 − 𝛿𝑖 + 𝛿𝑗 ) (3) 𝑃𝑖(𝐾𝑔,𝑃𝑃𝑄 ) = ∑𝑗=1 Trang 16 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH Như tổng tổn tất đường dây hệ thống microgrid hay hàm mục tiêu cho toán OPF lưới điện microgrid pha cân tính tổng cơng suất bơm vào lưới tất nút: 𝑛 𝑏𝑢𝑠 𝑂𝐹(𝐾𝑔,𝑃𝑃𝑄 ) = 𝑃𝐿𝑜𝑠𝑠 = ∑𝑖=1 (𝑃𝑖(𝐾𝑔,𝑃𝑃𝑄 ) ) (4) 𝑛𝑏𝑢𝑠 số nút hệ thống lưới microgrid b Bài toán pha không cân Công suất tác dụng phản kháng pha bơm vào lưới microgrid nút i, tính theo cơng thức sau: 𝑃𝑖𝑎 𝑛𝑏𝑟 =∑ (𝑝ℎ) ∑ 𝑗=1 𝑝ℎ=𝑎,𝑏,𝑐 𝑗≠𝑖 𝑄𝑖𝑎 𝑛𝑏𝑟 =∑ |𝑉𝑖𝑎 | |𝑌𝑖𝑗𝑎(𝑝ℎ)−𝑛 | |𝑉𝑖 ∑ (𝑝ℎ) + 𝛿𝑖 C C R T.L − 𝛿𝑖𝑎 ) [ ] (𝑝ℎ) (𝑝ℎ) 𝑎(𝑝ℎ−𝑛) 𝑎(𝑝ℎ) −|𝑉𝑖𝑎 | |𝑌𝑖𝑗 + 𝛿𝑗 − 𝛿𝑖𝑎 ) | |𝑉𝑗 | cos (𝜃𝑖𝑗 (5) DU (𝑝ℎ) 𝑗=1 𝑝ℎ=𝑎,𝑏,𝑐 𝑗≠𝑖 𝑎(𝑝ℎ) | cos (𝜃𝑖𝑗 |𝑉𝑖𝑎 | |𝑌𝑖𝑗𝑎(𝑝ℎ)−𝑛 | |𝑉𝑗 𝑎(𝑝ℎ) | sin (𝜃𝑖𝑗 (𝑝ℎ) + 𝛿𝑖 − 𝛿𝑖𝑎 ) [ ] (𝑝ℎ) (𝑝ℎ) 𝑎(𝑝ℎ−𝑛) 𝑎(𝑝ℎ) −|𝑉𝑖𝑎 | |𝑌𝑖𝑗 + 𝛿𝑖 − 𝛿𝑖𝑎 ) | |𝑉𝑖 | sin (𝜃𝑖𝑗 𝑎(𝑝ℎ)−𝑛 𝑌𝑖𝑗 tổng dẫn nhánh đường dây nối nút i j Cơng thức tính cho pha b c suy tương tự Tổn thất công suất lưới microgrid xác định theo cơng thức sau, hàm mục tiêu tốn pha khơng cân bằng: 𝑛 𝑎 𝑏 𝑐 𝑏𝑢𝑠 𝑂(𝐾𝑔,𝑃𝑃𝑄 ) = 𝑃𝐿𝑜𝑠𝑠 = ∑𝑖=1 (𝑃𝑖(𝐾𝑔,𝑃 + 𝑃𝑖(𝐾𝑔,𝑃 + 𝑃𝑖(𝐾𝑔,𝑃 ) 𝑃𝑄 ) 𝑃𝑄 ) 𝑃𝑄 ) (7) 3.2.3 Các ràng buộc Trang 17 (6) HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH Mục đích tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất thực chất tốn phân chia công suất phát nguồn phát cho đạt tổn thất công suất hệ thống nhỏ Việc phân chia công suất nguồn phát dựa việc đặt giá trị hệ số điều khiển cơng suất tác dụng vịng Droop nguồn phát kiểu Droop (𝐾𝐺𝑖 ); giá trị công suất phát tác dụng PPQi nguồn phát kiểu PQ Các biến phụ thuộc vào điện áp tần số vận hành hệ thống, chúng có mối liên hệ chặt chẽ với Ràng buộc xét tới toán ràng buộc cân công suất hệ thống lưới Microgrids, tổng công suất phát nguồn phát tổng nhu cầu công suất phụ tải tổng tổn thất công suất hệ thống Ràng buộc cân công suất mô tả phương trình sau: 𝑛 𝑛𝑑 𝑔𝑟 ∑𝑖=1 𝑃𝐺𝑟𝑖 = ∑𝑖=1 𝑃𝐿𝑖 + 𝑃𝐿𝑜𝑠𝑠 C C R L (8) DUT Các ràng buộc không cân khác xem xét tới toán như: ràng buộc giá trị max, hệ số điều khiển công suất tác dụng phản kháng vòng Droop nguồn phát (𝐾𝐺𝑖 ) (𝐾𝑑𝑖 ); ràng buộc độ lệch giới hạn tần số hệ thống so với tần số chuẩn; ràng buộc giới hạn dịng cơng suất (dịng điện) truyền tải dây Các ràng buộc chung cho toán pha cân pha không cân mô tả sau: 𝐾𝐺𝑖𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝐾𝐺𝑖 ≤ 𝐾𝐺𝑖𝑚𝑎𝑥 , 𝑖 = đến 𝑛𝑔 (9) 𝑃𝑃𝑄𝑖,𝑠𝑝𝑒𝑐𝑚𝑖𝑛 ≤ 𝑃𝑃𝑄𝑖,𝑠𝑝𝑒𝑐 ≤ 𝑃𝑃𝑄𝑖,𝑠𝑝𝑒𝑐𝑚𝑎𝑥 , 𝑖 = ÷ 𝑛𝑔𝑃𝑄 (10) ∆𝑓 = 𝑓 − 𝑓0 ≤ 0.02 (11) 𝐼𝑏𝑟𝑎𝑛𝑐ℎ𝑖 ≤ 𝐼𝑚𝑎𝑥𝑏𝑟𝑎𝑛𝑐ℎ𝑖 , 𝑖 = đến 𝑛𝑏𝑟 (12) Trang 18 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH 𝐾𝐺𝑖𝑚𝑖𝑛 , 𝐾𝐺𝑖𝑚𝑎𝑥 𝑃𝑃𝑄𝑖,𝑠𝑝𝑒𝑐𝑚𝑖𝑛 𝑃𝑃𝑄𝑖,𝑠𝑝𝑒𝑐𝑚𝑎𝑥 tương ứng giá trị nhỏ lớn hệ số điều khiển công suất tác dụng vòng Droop nguồn phát kiểu Droop giá trị nhỏ lớn công suất phát tác dụng nguồn phát kiểu PQ ∆𝑓 độ lệch tần số vận hành hệ thống so với tần số tiêu chuẩn, 𝐼𝑏𝑟𝑎𝑛𝑐ℎ𝑖 dòng điện chạy nhánh đường dây thứ i 𝐼𝑚𝑎𝑥𝑏𝑟𝑎𝑛𝑐ℎ𝑖 dòng điện giới hạn lớn cho phép chạy nhánh đường dây thứ i, 𝑛𝑏𝑟 tổng số nhánh đường dây hệ thống lưới Micorgrids xem xét 3.2.4 Heuristic GSO-Based Method Hàm mục tiêu mơ tả phương trình (4) thấy khơng tuyến tính khơng tuyến tính mối liên hệ tổng tổn thất cơng suất công suất phát nguồn phát Các biến (𝐾𝐺𝑖 𝐾𝑑𝑖 ) không xuất trực tiếp rõ ràng phương trình mơ tả hàm, chúng quan hệ với công suất phát nguồn phát theo phương trình tuyến tính Chính phi tuyến tính phức tạp mà phương pháp truyền thống thường áp dụng trước New – ton Raphson khơng phù hợp để giải tốn này, lại có xem xét ràng buộc khơng cân hay trạng thái không cân phụ tải pha với C C R UT.L D Hơn nữa, hàm mục tiêu khơng tuyến tính, khơng gian nghiên cứu tìm kiếm kết toán thường chứa nhiều cực trị địa phương Điều gây khó khăn, phức tạp cho việc tìm lời giải cho tốn, tìm điểm tối ưu toàn cục, phương pháp truyền thống Tuy nhiên khó khăn hồn tồn khắc phục sử dụng phương pháp toán học nhân tạo dựa kinh nghiệm – heuristics GSO phương pháp dựa kinh nghiệm, tác giả đề xuất trình bày từ năm 2006, hứa hẹn phương pháp xử lý tốn phi tuyến tính nhiều ứng dụng khác tương lai Trước tiên, glowworm phân bố ngẫu nhiên khoảng không gian nghiệm Mỗi glowworm định hướng dịch chuyển tới Trang 19 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH glowworm khác có sức thu hút biểu thị giá trị glowworm bé glowworm lân cận nó, hình 3.1 Ngun lý gần giống với tượng đom đóm đực bị thu hút đom đóm có ánh sáng phát mạnh vào ban đêm Con đom đóm sáng, sức thu hút cao, đom đóm đực có xu hướng dịch chuyển dần tới gần Và glowworm có giá trị tốt theo tiêu chí kết phương pháp Do vậy, nguyên lý đom đóm ứng dụng đưa vào thuật toán để giải toán tối ưu C C R UT.L D Hình 3.1 Nguyên lý vận hành thuật toán GSO Trong nghiên cứu này, vấn đề tối ưu hóa trào lưu cơng suất nhằm đạt giá trị tổn thất công suất lưới Microgrids vận hành độc lập nhỏ xem xét với ràng buộc tần số dòng điện truyền tải nhánh đường dây lưới điện Các tác giả đề xuất Quy trình/phương pháp tính tối ưu trào lưu cơng suất lưới điện microgrids pha cân không cân vận hành độc lập dựa thuật toán GSO sau: + Bước Thiết lập thông số ban đầu: + Bước Khởi tạo glowworm Trang 20 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH + Bước Tính tổn thất cơng suất Ploss tương ứng với giá trị glowworm khởi tạo + Bước Sắp xếp thứ hạng glowworm + Bước Dịch chuyển khởi tạo lại glowworm + Bước Quay trở lại tiếp tục thực bước 3, 4, số lần lặp m + Bước Kết thúc: giá trị tổn thất nhỏ Ploss_min giá trị Ploss ứng với glowworm xếp hạng lần lặp thứ m Sơ đồ thuật toán ứng dụng GSO giải toán tối ưu trào lưu công suất lưới microgrids pha cân pha khơng cân trình bày hình 3.1 bên C C R UT.L D Trang 21 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH Bắt đầu Thiết lập thông số ban đầu - Số lần lặp lớn nhất: m; - Số lượng glowworm lần lặp: n; - Alpha; Gamma; Delta; - Giới hạn biến; Các ràng buộc không cân bằng; Khởi tạo glowworm 𝑥𝑖 (0) = 𝐾𝑔1(0), 𝐾𝑔2(0), … , 𝐾𝑔𝑛𝑔𝑑𝑟 (0), 𝑃𝑔1(0), 𝑃𝑔2(0), … , 𝑃𝑔𝑛𝑔𝑃𝑄 (0) t=1 Tính tổn thất cơng suất Ploss tương ứng với giá trị glowworm khởi tạo - Tính trào lưu cơng suất: giải hệ phương trình phi tuyến - Tính tổn thất cơng suất Ploss - Kiểm tra điều kiện ràng buộc không cân C C R UT.L D Sắp xếp thứ hạng glowworm - Sắp xếp glowworm theo thứ tự từ xuống theo tiêu chí Ploss từ nhỏ tới lớn glowworm đứng đầu phải thỏa mãn ràng buộc không cân t=t+1 Dịch chuyển khởi tạo lại glowworm - Tìm kiếm glowworm_brighter thỏa mãn ràng buộc không cân - Khởi tạo glowworm t≤m Sai Kết thúc Hình 3.2 Quy trình tính tối ưu hóa trào lưu cơng suất lưới điện microgrids vận hành độc lập pha cân bằng/không cân dựa thuật toán GSO Trang 22 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH CHƯƠNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN MICROGRIDS VẬN HÀNH ĐỘC LẬP CĨ XÉT TỚI SỰ PHỤ THUỘC CỦA CƠNG SUẤT PHỤ TẢI VÀ MÁY PHÁT VÀO ĐIỆN ÁP VÀ TẦN SỐ DỰA TRÊN THUẬT TOÁN GSO TRÊN CÁC LƯỚI ĐIỆN MẪU 4.1 MỞ ĐẦU Để kiểm chứng tính xác đắn kết phương pháp tính tối ưu ứng dụng thuật tốn GSO trình bày Chương 3, ví dụ ứng dụng khác cho lưới điện Microgrids pha cân không cân trình bày chương C C R UT.L 4.2 TÍNH TỐN THỬ NGHIỆM TRÊN LƯỚI MICROGRID PHA CÂN BẰNG D 4.2.1 Lưới Microgrids nút ba pha cân 4.2.2 Ứng dụng tính tốn lưới điện Microgirds thử nghiệm IEEE 25 nút ba pha cân 4.3 TÍNH TỐN THỬ NGHIỆM TRÊN LƯỚI MICROGRID PHA CÂN BẰNG Trong phần tính tốn thử nghiệm lưới microgrids pha không cân nút thực Các kết cho thấy phần mềm tính tốn có khả tính cho lưới điện pha không cân bằng, kết hợp lý, có kiểm sốt ràng buộc tần số dòng điện chạy pha nhánh đường dây 4.3.1 Lưới Microgrids nút ba pha không cân 4.3.2 Lưới Microgrids 25 nút ba pha không cân Các kết đạt hợp lý cho thấy thuật toán đề xuất phần mềm xây dựng vận hành hiệu quả, tìm lời giải cho tốn tối ưu trào lưu công suất pha cân Trang 23 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH không cân lưới microgrids vận hành độc lập có xét tới phụ thuộc phụ tải nguồn phát vào điện áp tần số, đồng thời thỏa mãn điều kiện ràng buộc tần số dòng điện truyền tải nhánh đường dây 4.4 KẾT LUẬN Chương trình bày phương pháp, quy trình ứng dụng thuật toán GSO để giải toán OPF lưới microgrids vận hành độc lập pha cân không cân Trong lưới microgrids, inverter trang bị vòng điều khiển lặp với thông số điều khiển Kg, Kd Các thông số vịng điều khiển cơng suất phát tác dụng Kgi nút Droop công suất phát tác dụng P PQ nguồn phát PQ xem xét biến toán Các ràng buộc khơng cân tần số, dịng điện truyền tải đường dây xem xét tới tốn C C R UT.L Trong q trình tính toán thử nghiệm, thời gian chạy lưới điện pha cân tương đối nhanh, vịng 1-2 phút Đối với lưới điện pha khơng cân bằng, tùy thuộc vào độ lớn lưới điện, số lượng nút lưới điện, thời gian tính tốn kéo dài tới phút Đây hạn chế phần mềm thời điểm tại, thời gian tới cần có cải tiến thuật tốn, lập trình câu lệnh để cải thiện thời gian chạy chương trình GSO thuật tốn đa năng, có khả tìm nghiệm tối ưu toàn cục hiệu quả, đặc biệt hàm phi tuyến Nhược điểm GSO khối lượng tính tốn nhiều, nhiều thời gian Tuy nhiên, theo đánh giá chuyên gia, thời đại công nghệ thông tin bùng nổ nay, cách mạng 4.0 ảnh hưởng sâu rộng tới đời sống cơng nghiệp sản xuất, chế tạo máy vấn đề tốc độ tính tốn với khối lượng lớn dần giải GSO ứng dụng rộng rãi lĩnh vực tính tối ưu D Trang 24 HDNC: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS NGUYỄN QUANG NINH KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Luận văn tập trung mơ tả tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất lưới điện Microgrids vận hành độc lập có sử dụng nguồn phát trang bị inverter với luật điều khiển droop Phương pháp/quy trình giải tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất dựa thuật toán GSO đề xuất Phương pháp giải hiệu tốn OPF lưới Microgrids pha cân không cân có xét tới ràng buộc tần số dịng cơng suất truyền tải đường dây Các tính tốn thử nghiệm áp dụng nhiều lưới điện IEEE thử nghiệm khác cho thấy hiệu phương pháp/quy trình tính tốn OPF phần mềm đề tài xây dựng Tốc độ tính toán hạn chế phần mềm luận văn Tuy nhiên, phân tích, vấn đề dễ dàng giải thời gian tới với phát triển công nghệ thông tin C C R UT.L D Trang 25 ... điện Microgrid Chương 2: Phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất Microgrid Chương 3: Phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất C C R UT.L lưới điện Microgrids vận hành độc. .. tối ưu hóa trào lưu công suất lưới điện Microgrids vận hành độc lập có sử dụng nguồn phát trang bị inverter với luật điều khiển droop Phương pháp/ quy trình giải tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất. .. tốn, kỹ thuật tính tốn tối ưu hóa sử dụng đề xuất trình bày phần 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG SUẤT TRONG MICROGRID 2.2.1 Phương pháp Lagrange 2.2.2 Phương pháp nhánh dốc