2.2.1. Gi i thiệu
Trong giai đoạn hiện nay, giá nguyên liệu và sự phát triển ủa công nghệ năng lƣợng tái tạo đã đem đến những ơ hội cho việc sử dụng nguồn tái tạo trong hệ thống điện độ lập nhƣ hệ thống điện tự dùng của nhà máy công nghiệp, của một tòa nhà cao tầng, trung t m thương mại, các hệ thống điện nhỏ của một địa phương ở vùng sâu, vùng xa hẻo lánh, đảo... hoạt động có tính chất độc lập không kết nối với hệ thống điện quốc gia. Một hệ thống điện độ lập ao gồm: hệ thống điện mặt trời (PV), diesel và hệ thống pin lưu trữ năng lượng (BESS). Với yêu cầu tăng ường hiệu quả kinh tế và
34
độ tin cậy của hệ thống điện độ lập, việc xây dựng một phương thức vận hành tối ưu với việc sử dụng năng lƣợng mặt trời tối đa, đồng thời giảm giá thành vận hành và khí thải là vấn đề đáng quan t m và nghiên ứu hiện nay.
2.2.2. Cấu tr c hệ thống điện cô l p
Cấu tr ủa một hệ thống điện lập:
Hình 2.1 Cấu tr c của một hệ thống điện cô l p 2.2.2.1. Hệ thống năng lượng mặt trời (PV):
Dữ liệu từng giờ ủa hệ thống năng lượng mặt trời đượ thể hiện như hình dưới đ y:
Hình 2. 2 D liệu sản uất theo giờ của hệ thống PV 2.2.2.2. Hệ thống Pin lưu trữ năng lượng ( ESS):
Chế độ nạp hay xả của BESS đƣợc dựa trên việc vận hành tối ƣu ủa hệ thống hỗn hợp. BESS sẽ đƣợc nạp khi việc sản xuất vƣợt quá tiêu thụ. Mặc khác, nếu nhu cầu phụ tải lớn hơn năng lƣợng sẵn có, thì BESS sẽ không nạp để bù vào chỗ thiếu.
0 10 20 30 40 50 60
0:00:00 1:00:00 2:00:00 3:00:00 4:00:00 5:00:00 6:00:00 7:00:00 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 20:00:00 21:00:00 22:00:00 23:00:00 24:00:00
Công suất (kW)
Thời gian (h)
35
Trạng thái nạp/xả của Pin (SOC) có thể đƣợ tính nhƣ sau:
Với C(t) là công suất ứng với thời điểm t. Và là công suất tham chiếu.
Tại thời điểm t, trạng thái nạp SOC t ó liên quan đến trạng thái nạp/xả trước đó SOC t-1 , năng lƣợng từ các nguồn và năng lƣợng tải của hệ thống trong khoảng thời gian (t-1 đến t. Trong quá trình nạp/xả này, trạng thái nạp tại thời điểm tức thời t có thể tính theo công thức sau:
2.2.2.3. Diesel:
Máy phát diesel được sử dụng để ù đầy tải trong trường hợp hệ thống PV và BESS kh ng đủ cung cấp. Diesel đƣợc bắt đầu để đáp ứng nhu cầu phụ tải và có thể tắt bất cứ khi nào các hệ thống PV và BESS đủ cung cấp cho tải.
2.2.2.4. Phụ tải:
Hình 2.3 Đồ thị phụ tải h ng ngà . 2.2.3. Bài toán tối ưu hóa trong hệ thống PV-diesel-battery cô l p 2.2.3.1. Hàm mục tiêu:
- Mụ tiêu đƣợ đặt ra là hi phí ủa hệ thống CS phải là nhỏ nhất khi đã xét đến lƣợng khí thải . Chi phí hệ thống ao gồm giá ủa nguyên liệu FC , giá khí
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0:00:00 1:00:00 2:00:00 3:00:00 4:00:00 5:00:00 6:00:00 7:00:00 8:00:00 9:00:00 10:00:00 11:00:00 12:00:00 13:00:00 14:00:00 15:00:00 16:00:00 17:00:00 18:00:00 19:00:00 20:00:00 21:00:00 22:00:00 23:00:00 24:00:00
Công suất (kW)
Thời gian (h)
36
thải EC và giá thay thế Pin BrC . Ở phần này, hi phí trong 1 ngày ủa hệ thống đượ tính theo ng thứ dưới đ y:
∑
- Tổng giá nguyên liệu trong 1 ngày đƣợ tính theo ng thứ : ∑
Trong đó: : Giá nguyên liệu.
F t : Lƣợng tiêu thụ mỗi giờ của máy phát diesel.
F t đƣợc tính theo công thức:
Với: : Công suất định mức của máy phát diesel.
: Công suất diesel tại thời điểm t.
- Giá khí thải EC đƣợ tính nhƣ sau:
∑
Trong đó: : hàm khí thải (kg/kWh).
: Hệ số giá khí thải.
- Chi phí thay thế Pin BrC :
Trạng thái biến đổi sức khỏe ( ) có thể đượ trình ày dưới dạng hàm tuyến tính của sự thay đổi trạng thái nạp ( ) và hệ số tuổi thọ Pin (Z).
Chi phí thay thế Pin Br đƣợ tính nhƣ sau:
Với: BiC : Giá đầu tƣ Pin.
: Tình trạng sức khỏe ở mức tối thiểu.
Hệ số Z = 3. .
Do vậy, hàm mục tiêu của bài toán trở thành:
37
min CS =min∑Cf 0.246.PD t + 0.08415.PR + Ef.E fPD t 1000
24
to
+ BiCZ. SOCxi t-∆t -SOCxj t 1-SOHmin
Hơn thế nữa, giá trị PD(t) tại mỗi thời điểm t đƣợ xá định bởi các giá trị PB(t) và các giá trị dự áo trước PPV(t) và PL t như hình vẽ H 2.3. Tuy nhiên, giá trị của PD(t) lại đƣợ xá định bởi sự thay đổi của SOC (∆SOC). Do vậy, hàm mục tiêu trở thành là hàm của (∆SOC).
Hàm mục tiêu: min f( SOC) 2.2.3.2. Hàm ràng buộc:
- Ràng uộ n ằng ng suất:
= + + - C ng suất đầu ra ộ dự trữ:
Do vậy, ràng buộc biến đổi SOC ũng đƣợc miêu tả nhƣ sau:
- Ràng uộ trạng thái nạp ủa Pin:
Tình trạng nạp ủa Pin đƣợ giới hạn nhƣ sau:
- Ràng uộ tuổi ủa Pin: Tình trạng sứ khỏe Pin SOH đƣợ giới hạn sau:
- Ràng uộ máy phát Diesel:
Công suất phát ra của máy phát Diesel đƣợc giới hạn nhƣ sau: