4.1. MƠ HÌNH H TH NG PIN L U TR
4.1.1. T ng quan h th ng l u tr n ng l ng
Cơng ngh ESS có th l u tr n ng l ng đi n nhi u d ng. Ví d , n ng l ng
đi n có th đ c l u tr d ng c h c nh th y đi n đ c b m, khí nén và bánh đà;
d ng đi n t ch ng h n nh siêu t đi n; d ng nhi t nh b tích t h i n c, kho ch a mu i nóng ch y và đ ng c nit l ng; và d ng đi n hóa ch ng h n nh pin ch y, pin có th s c l i và pin c c l n. Vi c l a ch n t ng công ngh ESS ph thu c vào m c đích
và s phù h p v t lý. Trong công vi c này, BESS đ c ch n đ l p đ t trong m ng phân ph i có ngu n phân tán và ho t đ ng c a BESS đ c mô ph ng b ng cách s d ng chu i Fourier.
Nhi u lo i BESS khác nhau nh pin axit chì, pin UltraBattery, NaS, Li-ion, Ni-
Cd và vanadi đã đ c s d ng r ng rãi đ l u tr n ng l ng đi n [83] [84] [85] [86]. Pin Li-ion đ c s d ng ph bi n h n đ l u tr n ng l ng đi n nhi u n c nh c [87]. Ngồi ra, giá c a pin Li-ion có xu h ng gi m do s phát tri n c a vi c s d ng
chúng trong xe đi n (EV) [88]. Các đ c đi m quan tr ng c a pin Li-ion là dung l ng
và n ng l ng trên m i th tích cao, s c và x nhanh, t c đ t x th p. T các đ c đi m c a pin Li-ion nêu trên, nó địi h i ít khơng gian l p đ t h n, đáp ng nhanh đ cung c p ho c l u tr n ng l ng đi n, và t l th t thốt n ng l ng do t phóng đi n th p. Do
đó, cơng trìnhnày đã áp d ng pin Li-ion làm BESS.
M t s y u t nh h ng đ n tu i th c a pin Li-ion c n đ c xem xét bao g m nhi t đ , s chu k làm vi c c a pin và đ sâu x (DOD). Do đó, đ pin Li-ion có tu i th cao, c n ph i t n nhi t t t n i nhi t đ t i u cho pin Li-ion là kho ng 15–35 C.
Nên tránh s c và x th ng xuyên và giá tr DOD phù h p là 80% t ng dung l ng c a pin. T c đ s c ho c x khơng đ c q cao vì t c đ s c ho c x cao h n s gây ra nhi t đ pin cao h n, d n đ n tu i th c a pin ng n [89]. Ngoài ra, vi c s c không cân b ng cho t ng ô pin c a BESS do tr ng thái s c không đ u ban đ u (SOC), đ c xác
đnh b ng l ng đi n tích hi n t i c a pin chia cho dung l ng s c danh đ nh c a nó, có th gây ra m t s h h ng cho BESS, gi m công su t c a BESS và s suy gi m c a
BESS. Tuy nhiên, đi u này có th tránh đ c b ng cách s d ng h th ng cân b ng s c pin (BCEs) [90].
4.1.2. Mô ph ng BESS
Mơ ph ng BESS đ c trình bày trong cơng trình này đã xem xét các t c đ s c ho c phóng đi n c a BESS trong nh ng kho ng th i gian b ng nhau trong kho ng th i
gian đ c xem xét là 24h. 24h này có th đ c chia đ u, ch ng h n nh 1 gi , 30 phút ho c 15 phút, có th thu đ c t c đ tích đi n ho c phóng đi n c a BESS các giá tr bao g m 24, 48 và 96. Do đó, t c đ đi n tích và phóng đi n trong kho ng th i gian
đ c xem xét có th đ c l p thành ph ng trình sau:
(4.1)
trong đó là n ng l ng đi n c a BESS (MWh) t i th i đi m t = 1, 2, 3, ầ, m. tìm các giá tr c a t i m i th i đi m t, chu i Fourier đ c áp d ng đ
bi u th tr ng thái n ng l ng (SOE) trong t ng kho ng th i gian đ c xem xét. Tr ng
thái n ng l ng c a BESS có th nh n đ c b ng cách thay th h s Fourier t
Ph ng trình (4.2) vào Ph ng trình (4.3) đ tìm các giá tr c a .
(4.2)
(4.3)
trong đó và l n l t là h s Fourier h ng s , h s cosin Fourier, h s sin Fourier, s l ng h s Fourier (ch n là 8 [14]) và t ng chu k .
H s Fourier không đ i không nh h ng đ n đi n tích ho c cơng su t
phóng đi n c a BESS do giá tr không đ i c a nó. Nó có th đ c thêm vào sau khi tính tốn các h s Fourier đ đ m b o r ng SOE c a BESS không âm ho c th p h n đ sâu x t i thi u .
tính t c đ n p và x t SOE c a BESS t i m i th i đi m t, các
ph ng trình (4.4) - (4.6) đ c tính. Gi s là t c đ n p ho c t c đ phóng đi n t i th i đi m t. Giá tr d ng c a có ngh a là BESS đang s c trong khi giá tr âm
có ngh a là BESS đang phóng.
(4.4) (4.5)
(4.6)
trong đó , (t ng hi u su t c a BESS), là
hi u su t s c pin, hi u su t x pin, hi u su t chu k vòng quanh c a pin, n ng l ng pin (MW) và th i gian l y m u kho ng th i gian, t ng ng.
Kích th c t i u c a BESS có th đ c tìm th y b ng Cơng th c (4.7).
(4.7)
trong đó là đ sâu l n nh t c a giá tr phóng đi n; và và l n
l t là giá tr n ng l ng pin t i đa và t i thi u. n v c a công su t n ng l ng c a BESS ph thu c vào đ n v c a và .
4.2. M NG I N IEEE 33 NÚT
H th ng IEEE 33 nút nh trong Hình 4.1 g m 01 nút máy phát, 32 nút t i và 32 nhánh. Máy phát đ c n i vào nút 1.
Hình 4.2. S đ m ng đi n IEEE 33 nút
B ng 4.1. Thông s các nhánh c a m ng đi n IEEE 33 nút
Branch No Receive Node Send Node Resistance r (ohm) Reactance x (ohm) Sn. Node PL (kW) QL (kVAr) **2 1 1 2 0.0922 0.0470 100.0 60.0 0.9927 2 2 3 0.4930 0.2511 90.0 40.0 0.9574 3 3 4 0.3660 0.1864 120.0 80.0 0.9374 4 4 5 0.3811 0.1941 60.0 30.0 0.9176 5 5 6 0.8190 0.7070 60.0 20.0 0.8707 6 6 7 0.1872 0.6188 200.0 100.0 0.8641 7 7 8 1.7114 1.2351 200.0 100.0 0.8550 8 8 9 1.0300 0.7400 60.0 20.0 0.8432 9 9 10 1.0440 0.7400 60.0 20.0 0.8324 10 10 11 0.1966 0.0650 45.0 30.0 0.8308 11 11 12 0.3744 0.1238 60.0 35.0 0.8280 12 12 13 1.4680 1.1550 60.0 35.0 0.8167 13 13 14 0.5416 0.7129 120.0 80.0 0.8125 14 14 15 0.5910 0.5260 60.0 10.0 0.8099 15 15 16 0.7463 0.5450 60.0 20.0 0.8074 16 16 17 1.2890 1.7210 60.0 20.0 0.8037 17 17 18 0.7320 0.5740 90.0 40.0 0.8026 18 2 19 0.1640 0.1565 90.0 40.0 0.9916 19 19 20 1.5042 1.3554 90.0 40.0 0.9845 20 20 21 0.4095 0.4784 90.0 40.0 0.9831 21 21 22 0.7089 0.9373 90.0 40.0 0.9818 22 3 23 0.4512 0.3083 90.0 50.0 0.9504 23 23 24 0.8980 0.7091 420.0 200.0 0.9373 24 24 25 0.8960 0.7011 420.0 200.0 0.9309 25 6 26 0.2030 0.1034 60.0 25.0 0.8643 26 26 27 0.2842 0.1447 60.0 25.0 0.8557 27 27 28 1.0590 0.9337 60.0 20.0 0.8201 28 28 29 0.8042 0.7006 120.0 70.0 0.7945
Branch No Receive Node Send Node Resistance r (ohm) Reactance x (ohm) Sn. Node PL (kW) QL (kVAr) **2 29 29 30 0.5075 0.2585 200.0 600.0 0.7816 30 30 31 0.9744 0.9630 150.0 70.0 0.7739 31 31 32 0.3105 0.3619 210.0 100.0 0.7723 32 32 33 0.3410 0.5302 60.0 40.0 0.7717
B ng 4.2. Thông s các nút c a m ng đi n IEEE 33 nút
Bus i Type Pd Qd Gs Bs Area Vm Va Base
kV Zone Vmax Vmin
1 3 0 0 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 2 1 0.1 0.06 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 3 1 0.09 0.04 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 4 1 0.12 0.08 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 5 1 0.06 0.03 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 6 1 0.06 0.02 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 7 1 0.2 0.1 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 8 1 0.2 0.1 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 9 1 0.06 0.02 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 10 1 0.06 0.02 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 11 1 0.045 0.03 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 12 1 0.06 0.035 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 13 1 0.06 0.035 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 14 1 0.12 0.08 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 15 1 0.06 0.01 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 16 1 0.06 0.02 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 17 1 0.06 0.02 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 18 1 0.09 0.04 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 19 1 0.09 0.04 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 20 1 0.09 0.04 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 21 1 0.09 0.04 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 22 1 0.09 0.04 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 23 1 0.09 0.05 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 24 1 0.42 0.2 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 25 1 0.42 0.2 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 26 1 0.06 0.025 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 27 1 0.06 0.025 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 28 1 0.06 0.02 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 29 1 0.12 0.07 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 30 1 0.2 0.6 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 31 1 0.15 0.07 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 32 1 0.21 0.1 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9 33 1 0.06 0.04 0 0 1 1 0 12.66 1 1.0 0.9
4.3. CÔNG C MATPOWER 4.3.1. Gi i thi u 4.3.1. Gi i thi u
Matpower là m t gói Matlab m-file dùng đ gi i quy t các bài tốn v phân b cơng su t và t i u hóa phân b cơng su t. Matpower đ c thi t k nh m t công c mô ph ng cho các nhà nghiên c u và giáo d c d dàng s d ng và s a đ i. Matpower đ c thi t k đ mang l i hi u su t t t nh t có th trong khi gi cho mã code d hi u và d s a đ i.
Matpower ban đ u đ c phát tri n b i Ray D. Zimmerman, Carlos E. MurilloS´anchez và Deqiang Gan c a PSERC1 t i i h c Cornell d i s ch đ o c a Robert J. Thomas. Nhu c u ban đ u v dịng cơng su t d a trên Matlab và mã dịng cơng su t t i u đ c sinh ra t các u c u tính tốn c a d án PowerWeb2. Nhi u ng i
khác đã đóng góp cho Matpower trong nh ng n m qua và nó ti p t c đ c phát tri n và
duy trì d i s ch đ o c a Ray Zimmerman
4.3.2. CƠi đ t
Cài đ t và s d ng Matpower yêu c u b n ph i quen v i ho t đ ng c b n c a Matlab, bao g m thi t l p đ ng d n Matlab.
- B c 1: Làm theo h ng d n t i xu ng trên trang ch Matpower7. B n s k t thúc b ng m t t p có tên matpowerXXX.zip, trong đó XXX ph thu c vào phiên b n c a Matpower.
Hình 4.3. a ch t i xu ng công c Matpower
-B c 2: Gi i nén t p đã t i xu ng. Di chuy n th m c MatpowerXXX k t qu
đ n v trí b n ch n. Các t p này khơng c n ph i s a đ i, vì v y b n nên gi chúng tách bi t v i mã c a riêng b n. Chúng tôi s s d ng $ MATPOWER đ bi u th đ ng d n
đ n th m c này.
-B c 3: Thêm các th m c sau vào đ ng d n Matlab c a b n:
• $ MATPOWER - các ch c n ng Matpower c t lõi
• $ MATPOWER/t - t p l nh th nghi m cho Matpower
• (tùy ch n) th m c con c a $ MATPOWER/extras - ch c n ng b sung và mã
đóng góp.
Hình 4.5. Matpower 4.1 sau khi cài đ t đ ng d n
-B c 4: T i d u nh c Matlab, hãy nh p matpower th nghi m đ ch y b th nghi m và xác minh r ng Matpower đ c cài đ t và ho t đ ng đúng cách. K t qu s gi ng nh sau, có th bao g m các th nghi m b sung, tùy thu c vào tính kh d ng c a các gói tùy ch n, b gi i và tính n ng b sung:
Hình 4.6. Ki m tra cơng c Matpower sau khi cài đ t
4.3.3. Mô ph ng các ph n t
Matpower s d ng t t c các mơ hình tr ng thái n đ nh tiêu chu n th ng đ c s d ng đ phân tích dịng cơng su t. Các mơ hình AC đ c mơ t tr c tiên, sau đó là
các mơ hình DC đ n gi n hóa. Bên trong, đ l n c a t t c các giá tr đ c bi u th b ng
đ n v và góc c a các đ i l ng ph c đ c bi u th b ng radian. Bên trong, t t c các máy phát và nhánh r ngoài đ ng dây đ c lo i b tr c khi hình thành các mơ hình
đ c s d ng đ gi i quy t v n đ dòng đi n ho c dịng cơng su t t i u. T t c các nút
đ c đánh s liên t c, b t đ u t 1 và máy phát đi n đ c s p x p l i theo s nút. Do th m nh c a ngơn ng l p trình Matlab trong vi c x lý ma tr n và vect , các mơ hình và ph ng trình đ c trình bày đây d i d ng ma tr n và vect .
Trong ph m vi lu n v n này s t p trung vào mô ph ng các ph n t AC trong h th ng, ph c v cho bài tốn trào l u cơng su t AC.
4.3.3.1. nh d ng d li u
Các t p d li u đ c Matpower s d ng là M-file Matlab ho c t p MAT xác đ nh và tr v m t c u trúc Matlab duy nh t. nh d ng M-file là v n b n thu n túy có th
đ c ch nh s a b ng b t k trình so n th o v n b n tiêu chu n nào. Các tr ng c a struct là baseMVA, bus, branch, gen và tùy ch n là gencost, trong đó baseMVA là m t
vơ h ng và ph n cịn l i là ma tr n. Trong ma tr n, m i hàng t ng ng v i m t bus, nhánh ho c trình t o. Các c t t ng t nh các c t đnh d ng IEEE CDF và PTI tiêu chu n. S hàng trong nút, nhánh và ngu n l n l t là , và . N u hi n t i, gencost có ho c hàng, tùy thu c vào vi c nó bao g m chi phí cho cơng su t ph n kháng hay ch công su t th c. Chi ti t đ y đ v đnh d ng tr ng h p Matpower đ c ghi l i trong Ph l c B và có th đ c truy c p t dòng l nh Matlab b ng cách nh p đ nh d ng
tr ng h p tr giúp.
4.3.3.2. Nhánh
T t c các đ ng dây, máy bi n áp và máy dch pha đ c mơ hình hóa b ng mơ hình nhánh chung, bao g m mơ hình đ ng dây truy n t i tiêu chu n, v i tr kháng n i ti p và t ng đi n tr s c , m c n i ti p v i máy bi n áp d ch pha
lỦ t ng. Máy bi n áp, có t s n c đi u chnh đ l n và góc l ch pha , đ c đ t cu i nhánh, nh th hi n trong Hình 4.5. Các tham s , , , và đ c ch
đnh tr c ti p trong các c t , , , và ,
Dòng đi n ph c và và cu i nhánh, t ng ng, có th đ c bi u th b ng ma tr n đi n tr nhánh và đi n áp đ u cu i t ng ng và
Y (4.8)
V i ph n t th a nh n chu i trong mơ hình đ c ký hi u là , ma tr n th a nh n nhánh có th đ c vi t:
Y (4.9)
Hình 4.7. Mơ hình nhánh
N u b n ph n t c a ma tr n này cho nhánh đ c g n nhãn nh sau:
Y (4.10)
thì có th xây d ng b n vect , , và , trong đó ph n t th c a m i
vect đ n t ph n t t ng ng c a Y . H n n a, ma tr n r i r c và đ c s d ng đ xây d ng ma tr n k t n p h th ng có th đ c đ nh ngh a nh sau. Ph n t th c a và ph n t th c a b ng 1 đ i v i m i nhánh , trong đó nhánh
n i t bus đ n bus . T t c các ph n t khác c a và đ u b ng 0.
4.3.3.3. Máy phát
M t máy phát đi n đ c mô ph ng nh m t b phun công su t ph c t p t i m t nút c th . i v i máy phát đi n , công su t b m vào là
(4.11)
G i là vect c a các l n b mmáy phát này. T ng đ ng