Quản lý năng lượng trong lưới điện nhỏ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ PHAN VĂN HOÀNG VỸ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG TRONG LƯỚI ĐIỆN NHỎ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, 2018 GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học :PGS.TS Phan Thị Thanh Bình (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Trần Hoàng Lĩnh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : PGS.TS Nguyễn Cao Cường (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 06 tháng 01 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) TS Trần Hoàng Lĩnh PGS.TS Nguyễn Cao Cường PGS.TS Hồ Văn Nhật Chương PGS.TS Vũ Phan Tú TS Phạm Đình Anh Khơi Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Phan Văn Hồng Vỹ - 81104384 TRƯỞNG KHOA………… 1|Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Văn Hoàng Vỹ MSHV:1670528 Ngày, tháng, năm sinh: 22/05/1993 Nơi sinh: Quảng Nam Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số : 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: Quản lý lượng lưới điện nhỏ II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Tìm hiểu tốn xây dựng chương trình, áp dụng cho microgrid III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài) 10/07/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo QĐ giao đề tài) 03/12/2017 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS.TS Phan Thị Thanh Bình Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 2|Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình Lời cảm ơn Trước hết, em xin chân thành cảm ơn trường đại học Bách Khoa TP.HCM, khoa điệnđiện tử, môn cung cấp điện đặc biệt cô Phan Thị Thanh Bình giúp đỡ em nhiều trình thực luận án Trong trình thực gặp nhiều khó khăn, việc vừa cơng tác nước vừa thực hiện, may mắn giúp đỡ Bình số bạn bè nước nên việc thực luận án hồn thành có kết cuối luận án hoàn chỉnh Một lần xin cảm ơn người giúp đỡ em thời gian qua Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 12 năm 2017 Sinh viên thực Phan Văn Hoàng Vỹ Phan Văn Hoàng Vỹ - 81104384 7|Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình TĨM TẮT NỘI DUNG Với phát triển ngành điện Việt Nam nói riêng giới nói chung, xuất vai trị hệ thống lượng nhỏ, riêng biệt khẳng định vị trí tầm quan trọng Lưới điện nhỏ với việc có đặc thù khu vực, đồng nghĩa với việc hệ thống không nặng nề hay phức tạp giúp cho việc nghiên cứu, phát triển ứng dụng trở nên dễ dàng Lưới điện nhỏ có nhiều vấn đề để nghiên cứu, nội dung luận văn tập trung vào vấn đề tối ưu hóa việc sử dụng lượng điện hệ thống, đồng nghĩa với việc giảm lượng tiêu thụ nâng cao hiệu suất hoạt động Luận văn nêu mơ hình lưới điện nhỏ, đưa phương pháp dự báo cho hệ thống turbine gió lưới điện nhỏ, tối ưu hóa việc sử dụng lượng điện 24 theo biến động giá điện lưới, tối ưu hóa việc sử dụng lượng điện tức thời Qua vấn đề giải trên, kết thu số hạn chế, bước đầu đạt số yêu cầu định vấn đề đặt với độ phức tạp định Với kết đạt tiềm đề tài rộng lớn, phát triển thêm, hồn tồn hồn thiện đưa vào thực tiễn đời sống nhằm phục vụ cho phát triển ngành điện Việt Nam, đặc biệt thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0 Những đề tài mang lại ý nghĩa lớn cho phát triển chung ngành Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 3|Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình ABSTRACT With the development of Vietnam's power industry in particular and the world in general, the emergence and role of the small and separate power system further affirms its position and importance A small grid with only the basic features of the area, meaning that the system is not too heavy or complicated to make research, development and application easier The small grid has many problems to study, but the content of this paper will focus on optimizing the use of electrical energy in the system, which means that energy consumption and Enhance performance The paper presents the basic model of small grid, giving forecasting method for wind turbine system in small grid, optimizing the use of electric energy in 24 hours according to the electricity price fluctuation, Optimize the use of instantaneous power Based on the problems solved above, the results obtained despite some limitations, but initially reached certain requirements of the problem poses with certain complexity With the results achieved and the potential of the project is still very large, if developed further, can completely improve and put into practice life in order to serve the development of Vietnam's power industry, especially During the current industrial revolution 4.0 Such topics bring great significance to the development of the whole industry Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 4|Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu sản phẩm Mọi thông số, kết chưa cơng bố cơng trình khác Tơi xin chịu trách nhiệm tơi nói Tác giả luận văn Phan Văn Hồng Vỹ Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 5|Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình Mục lục Chương I Tổng quan 13 1.1 Microgrid gì? 13 1.2 Một số hướng nghiên cứu thực microgrid giới 13 1.3 Các nghiên cứu hướng quản lý lượng microgrid 14 1.4 Ý nghĩa hướng nghiên cứu thực tiễn 14 Chương II Mơ hình tốn 15 2.1 Bài tốn trào lưu cơng suất 15 2.2 Các ràng buộc pin dự trữ lượng 17 2.3 Các ràng buộc máy phát diesel 18 2.4 Các ràng buộc với phần tử khác hệ thống 18 Chương III xác định Xây dựng giải thuật chương trình cơng suất đầu máy phát gió 20 3.1 Giai đoạn 20 3.1.1 Bài toán đặt 20 3.1.2 Giải thuật giải toán 22 3.1.3 Giải thuật tối ưu bầy đàn (PSO) 22 3.1.4 PSO với toán đặt giai đoạn 26 3.2 Giai đoạn 28 3.2.1 Bài toán đặt 28 3.2.2 Đưa hướng giải cho toán 29 3.2.3 Các ràng buộc hệ thống vận hành 31 3.2.4 Các vấn đề liên quan đến hàm mục tiêu toán 31 3.2.5 Bài tốn trào lưu cơng suất matlab ứng dụng toán đặt 33 3.2.6 Giải thuật giải toán với giải thuật PSO kiểm tra trào lưu công suất 38 Chương IV Bài toán quản lý lượng thông số đầu vào bất định 41 4.1 Bài toán tiền xử lý 41 Phan Văn Hoàng Vỹ - 81104384 8|Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình 4.1.1 Bài tốn đặt 41 4.1.2 Giải toán 41 4.1.3 Sơ đồ giải thuật 43 Chương V Áp dụng 44 5.1 Mơ hình hệ thống cụ thể để áp dụng giải thuật đưa chương III IV 44 5.2 Chương trình matlab cho toán giai đoạn (chương III) 45 5.2.1 Chương trình matlab thực hóa giải thuật đưa 45 5.2.2 Kết nhận xét 55 5.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới kết chương trình cần ý 58 5.3 Chương trình matlab cho toán giai đoạn (chương III) 58 5.3.1 Chương trình matlab thực hóa giải thuật đưa 58 5.3.2 Kết nhận xét 68 5.4 Chương trình matlab kết áp dụng toán tiền xử lý (chương IV) 73 5.4.1 Wind_power.m 73 5.4.2 Chương trình giải tốn tiền xử lý 74 5.4.3 Kết 75 5.4.4 Kết giai đoạn áp dụng toán tiền xử lý: 79 5.4.5 Kết chạy giai đoạn áp dụng toán tiền xử lý 80 Chương VI Kết luận hướng phát triển đề tài 84 Tài liệu tham khảo 86 Phụ lục 88 Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 9|Trang GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình Danh mục hình ảnh Hình Lưu đồ giải thuật [3] 24 Hình Lưu đồ giải thuật chương trình áp dụng PSO để giải tốn đặt giai đoạn 27 Hình Hình minh họa cho lập luận 32 Hình Lưu đồ giải thuật chương trình dùng giải thuật PSO để giải toán giai đoạn 38 Hình Sơ đồ giải thuật tốn tiền xử lý 43 Hình Mơ hình microgrid đề nghị [1] 45 Hình Biểu đồ phụ tải đăng ký với đơn vị cung cấp điện 56 Hình tốc độ gió dự đốn 76 Hình cơng suất ứng với tốc độ gió dự đốn 76 Hình 10 Tốc độ gió thực tế 77 Hình 11 Cơng suất thực tế từ turbine gió 77 Hình 12 Chênh lệch cơng suất thực công suất dự báo 78 Hình 13 Biểu đồ phụ tải đăng ký với đơn vị cung cấp điện 80 Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 10 | T r a n g GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình PL-2 pre_run_pso.m parameter; %% init elements of pso solution (it decides correct level of the answer) e{1} = [1 1 1 0 0 0 -5 0 1 1 -5 0 0 0 2 8 0 0 5 4 2 2 1 1 1 0 0 0 -5 0 1 1 -5 0]'; e{2} = [1 1 -3 1 0 0 -3 0 0 1 -3 0 0 0 0 0 5 0 0 0 1 5 4 2 2 1 1 1 0 0 0 -5 0 1 1 -5 0]'; e{3} = [1 1 -2 -1 1 -2 -1 1 -2 -1 1 -2 -1 1 -2 0 0 0 0 5 0 0 0 1 5 4 2 2 1 1 1 0 0 0 -5 0 1 1 -5 0]'; e{4} = [1 -1 1 0 0 0 -3 0 0 1 -3 1 0 0 0 0 5 0 0 0 1 5 4 2 2 1 1 1 0 0 0 -5 0 1 1 -5 0]'; e{5} = [1 1 1 0 0 0 -5 0 1 1 -5 0 0 0 0 0 5 0 0 0 1 5 4 2 2 1 1 1 0 0 0 -5 0 1 1 -5 0]'; %% init velorcity for i = 1:N if num_storage > v{i} = [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]; for j = 1:num_storage-1 v{i} = [v{i};1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]; end if num_diesel > for j = 1:num_diesel+1 v{i} = [v{i};1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]; end end v{i} = v{i}'; else v{i} = [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]; if num_diesel > for j = 1:num_diesel+1 v{i} = [v{i};1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]; end end v{i} = v{i}'; end end %% Adjust data (make sure that all data is satified the parameter) for i = 1:N for m = 1:num_storage S(m) = storage_remaining(m); end Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 89 | T r a n g GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình for j = 1:M % for m = 1:num_storage if e{i}(j,m) > max_charge(m); e{i}(j,m) = max_charge(m); elseif e{i}(j,m) < max_recharge(m); e{i}(j,m) = max_recharge(m); end end % for m = 1:num_storage if e{i}(j,m) + S(m) < 0; e{i}(j,m) = -S(m); S(m) = 0; elseif e{i}(j,m) + S(m) > max_battery(m); e{i}(j,m) = max_battery(m) - S(m); S(m) = max_battery(m); else S(m) = e{i}(j,m) + S(m); end end T = 0; for m = 1:num_storage T = T - e{i}(j,m); end for m = 1:num_diesel T = T + e{i}(j,m + num_storage); end e{i}(j,num_storage + num_diesel + 1) = pre_load(j) - T; end end %% calculate the cost of each element for i = 1:N if num_diesel > a = 0; for j = 1:num_diesel for m = 1:24 a = a + e{i}(m,j+num_storage)*e{i}(m,j+num_storage)*gamma(j) + e{i}(m,j+num_storage)*beta(j) + alpha(j) ; end end for j = 1:24 a = a + e{i}(j,num_storage + num_diesel + 1)*price(j); end cost(i) = a; else a = 0; for j = 1:24 a = a + e{i}(j,num_storage + num_diesel + 1)*price(j); end cost(i) = a; end end %% Set pbest and gbest for solution min_cost = min(cost); Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 90 | T r a n g GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình for i = 1:N if cost(i) == min_cost; gbest_e = e{i}; gbest = min_cost; end pbest_e{i} = e{i}; pbest(i) = cost(i); end PL-3 File code ví dụ phương pháp giải tích Ở ta xét với code thay đổi tất tham số, trường hợp khác có cách giải khác chút tính chất tác giả luận án nên chia sẻ code lựa chọn vận hành mà Các lựa chọn khác có điểm khó riêng mà muốn giải cần có kiến thức tổng hợp matlab lẫn nội dung luận án real_time_load = [30 40 50 50 50 70 90 90 90 100 80 70 100 100 90 70 50 50 40 40 30 40 50 60]'; % run power flow solution real_time_distribution_power = power_distribution; delta_power = power_distribution - real_time_distribution_power - 1; power_distribution_update = power_distribution; parameter; real_time_gb_e = gb_e; if num_post_storage == post_storage = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]'; else post_storage = [0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]; for j = 1:num_post_storage post_storage = [post_storage;0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0]; %#ok end post_storage = post_storage'; end adjust_storage for i = 1:24 sell_back_flag = false; delta_power(i) = delta_power(i) + dt_st; if delta_power(i) > %% available = 0; available_diesel = 0; available_storage = 0; for j = 1:num_diesel available_diesel = available_diesel + real_time_gb_e(i,j + num_storage); end for j = 1:num_storage if i == S = storage_remaining(j); else S = storage_remaining(j); for m = 1:i-1 S = S + real_time_gb_e(m,j); end Phan Văn Hoàng Vỹ - 1670528 91 | T r a n g GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình end if max_battery(j) - S >= max_charge(j) available_storage = available_storage + max_charge(j); else available_storage = available_storage + (max_battery(j) - S); end end for j = 1:num_post_storage if i == S = post_storage_remaining(j); else S = post_storage_remaining(j); for m = 1:i-1 S = S + post_storage(m,j); end end if post_storage_max(j) - S >= post_storage_charge(j) available = available + post_storage_charge(j); else available = available + (post_storage_max(j) - S); end end %% if available >= delta_power(i) M = true; for j = 1:num_post_storage if i == X(j) = post_storage_remaining(j); else X(j) = post_storage_remaining(j); for m = 1:i-1 X(j) = X(j) + post_storage(m,j); end end if post_storage_max(j) - X(j) >= post_storage_charge(j) X(j) = post_storage_charge(j); else X(j) = post_storage_max(j) - X(j); end end j = 1; while(M && j