Kỹ thuật – Công nghệ

41

Ứng dụng mô hình . . .

Kỹ thuật – Công nghệ

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NHÀ MÁY ĐIỆN ẢO TRONG ĐIỀU KHIỂN LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

Lê Kim Anh*TÓM TẮT

Ngày nay, các nước phát triển trên thế giới đang xu hướng đưa lưới điện thông minh (Smart Grid) vào vận hành tối ưu hóa hệ thống điện thay dần các lưới điện truyền thống hiện nay. Với những ưu điểm nổi bật của lưới điện thông minh như: dễ dàng kết nối và phát huy tối đa công suất của các nguồn cung cấp, cho phép các hộ tiêu thụ có vai trò trong việc tối ưu hóa vận hành lưới điện, cung cấp cho hộ tiêu thụ nhiều thông tin và nhiều phương án hơn về lựa chọn nguồn cung cấp. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo (Virtual Power Plants – VPP) trong điều khiển lưới điện thông minh là một hướng nghiên cứu mới. VPP sử dụng nguồn năng lượng tái tạo có công suất nhỏ và phân tán (Distributed Energy Resources – DER) để tích hợp chúng vào lưới điện thông minh là một vấn đề lớn, vì DER có quy mô quá nhỏ so với mạng lưới. Bài báo đã đưa ra được kết quả mô phỏng điều khiển lưới điện thông minh theo mô hình VPP là một phương pháp để kết hợp các DER vào lưới điện.

Từ khóa: Nhà máy điện ảo; lưới điện thông minh; năng lượng tái tạo; nguồn công suất nhỏ; nguồn phân tán.

APPLICATION OF VIRTUAL POWER PLANT IN SMART GRID CONTROLLING

ABSTRACTToday, developed countries around the world tend to build Smart Grids for optimal operation

and replace the traditional power grids gradually. Smart Grids have advantages such as: easy connectivity and maximize capacity of power supply, supplying customers with more information and more options to chose a power source, which makes them to play a role in optimizing the operation of power grids. Application of Virtual Power Plants (VPP) in smart grid controlling is a new research orientation. VPP integrate small and scattered capacity renewable energy sources, named Distributed Energy Resources (DER), into smart grids. This is a big issue because the DERs’ scales are too small compared to the network. This paper presents simulation results of smart grid control in the case of virtual power plant model which is a method to integrate DER into the grid.

Key words: Virtual Power Plants; Smart Grid; Renewable Energy; Small Power Sources; Distributed Energy Resource.

* GV. Trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy Hoà, tỉnh Phú Yên.

42

Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät

1. Đặt vấn đề Thuật ngữ hệ thống điện thông minh (Smart

Grid) đã xuất hiện vào năm 1998 và mô hình bắt đầu được áp dụng từ năm 2005 tại nhiều nước phát triển. Theo [1], đây là sự nâng cấp và cập nhật từ hệ thống điện hiện có bằng công nghệ đo lường, điều khiển và bảo vệ kỹ thuật số với hệ thống truyền thông hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu về độ tin cậy, an toàn, chất lượng điện, tiết kiệm năng lượng. Hệ thống điện thông minh phải có khả năng tự duy trì hoạt động trước các sự thay đổi bất thường của lưới điện (Bao gồm các hệ thống lưới truyền tải siêu cao áp 500 kV, 220 kV, lưới địa phương qua đường dây 110 kV và thấp hơn...v.v). Các kỹ thuật điều khiển cho lưới điện thông minh dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo đã được phát triển và đem lại cho hệ thống điện các tính năng nổi trội. Các ưu điểm chính của hệ thống điện thông minh là: Dễ dàng kết nối và đảm bảo vận hành cho tất cả các nguồn điện với các kích cỡ và công nghệ khác nhau, kể cả các nguồn năng lượng tái tạo (Renewable Energy

sources - RES) nói chung và nguồn điện phân tán (Distributed Energy Resources – DER) nói riêng, làm cho toàn bộ hệ thống vận hành hiệu quả hơn. Cho phép các hộ tiệu thụ điện chủ động tham gia vào việc vận hành tối ưu hệ thống, làm cho thị trường điện cạnh tranh và phát triển. Cung cấp cho các hộ dùng điện đầy đủ thông tin và các lựa chọn nguồn cung cấp. Giảm thách thức về môi trường của hệ thống điện một cách đáng kể, nâng cao độ tin cậy, chất lượng và an toàn của hệ thống cung cấp điện. Duy trì và cải tiến các dịch vụ hiện hành một cách hiệu quả. Bài báo ứng dụng mô hình điều khiển nhà máy điện ảo (Virtual Power Plants – VPP) trong điều khiển lưới điện thông minh, đây cũng là một phần trong hệ thống điều khiển lưới điện thông minh.

2. Điều khiển hệ thống lưới điện thông minh dựa trên mô hình nhà máy điện ảo (VPP)]

2.1. Khái niệm và phân loại nhà máy điện ảo

Nhà máy điện ảo (VPP) theo [2], là sự kết

43


hợp của các nguồn phân tán có công suất nhỏ như: nhà máy điện gió, điện - nhiệt kết hợp, nhà máy điện mặt trời, các thủy điện nhỏ và nhà máy điện chạy khí sinh học.v.v. VPP cho phép chúng đạt được quy mô tương đương và mức độ tin cậy cung cấp điện ổn định như các nhà máy điện truyền thống, đồng thời mang lại hiệu quả cao về tính kinh tế so với điều khiển các nguồn điện độc lập. Hệ thống điều khiển lưới điện thông minh đối với các nguồn phân tán dựa theo mô hình VPP bao gồm các thành phần cơ bản, như hình 1. Theo [3], hiện nay mô hình điều khiển nhà máy điện ảo bao gồm 2 loại, loại VPP thương mại (Commercial, CVPP) và VPP kỹ thuật (Technical, TVPP).

2.2. Các phương pháp điều khiển VPP

Theo [4], điều khiển VPP về cơ bản có thể được chia thành ba phương pháp điều khiển khác nhau, ở mỗi phương pháp sẽ có những cấu trúc và thông tin điều khiển khác nhau như:

2.2.1. Phương pháp điều khiển VPP tập trung

Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp điều khiển này được gọi là điều khiển tập trung (Centralized Controlled Virtual Power Plant –CCVPP) như hình 2, mô hình điều khiển VPP loại này thì yêu cầu các nhà máy điện cùng một lúc phải nắm bắt hết các thông tin liên quan và thiết lập các chế độ làm việc sao cho đáp ứng các nhu cầu khác nhau của hệ thống điện.

2.2.2. Phương pháp điều khiển VPP phân cấp

Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp điều khiển này được gọi là điều khiển phân cấp (Distributed Controlled Virtual Power Plant - DCVPP) như hình 3, mô hình điều

khiển VPP được chia thành một số cấp khác nhau. Ở cấp thấp các VPP điều khiển trước đối với các khu vực bị hạn chế thông tin về DER. So với phương pháp VPP điều khiển tập trung thì phương pháp này việc thu thập thông tin có hiệu quả cải thiện được những khuyết

44


điểm. Sau cùng đến hệ thống điều khiển trung tâm hoạt động, quá trình phân cấp sẽ giám sát được tổng thể hệ thống và đảm bảo hệ thống luôn làm việc liên tục hơn.

2.2.3. Phương pháp điều khiển VPP phân cấp toàn bộ

Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp điều khiển này được gọi là điều khiển phân cấp toàn bộ (Fully Distributed Controlled Virtual Power Plant - FDCVPP) như hình 4,

3. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo trong điều khiển lưới điện minh

3.1. Khả năng ứng dụng lưới điện thông minh tại Việt Nam

Theo [5], ngày 08/11/2012, Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải đã ký quyết định số 1670/QĐ-TTg phê duyệt đề án phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện; góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững. (Đề án chia làm 3 giai đoạn thực hiện,

phương pháp điều khiển này có thể được coi là một phần mở rộng của hệ thống phân cấp. Hệ thống điều khiển trung tâm dùng để trao đổi thông tin dữ liệu thông qua các bộ vi xử lý. VPP điều khiển phân cấp toàn bộ sẽ cho ta biết được dữ liệu về thị trường điện, dự báo thời tiết..v.v, cũng như dữ liệu đăng nhập và các thông tin có giá trị khác của hệ thống. So với hai phương pháp trên, ở phương pháp này hiệu quả mang lại cao hơn.

giai đoạn 1 (2012 – 2016), giai đoạn 2 ( 2017 – 2022) và giai đoạn 3 sau năm 2022).

3.2. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo trong điều khiển lưới điện thông minh (Smart Grid)

3.2.1. Công nghệ điều khiển lưới điện thông minh

Cho đến hiện nay, theo [6] chưa có một tác giả hoặc một tổ chức nào khẳng định chắc chắn rằng về các công nghệ sẽ được sử dụng trong tương lai đối với lưới điện thông minh, tuy nhiên chúng ta có thể chỉ ra được các đặc tính chính của lưới điện thông minh bao gồm các thành phần cơ bản như: việc thu thập dữ liệu, phân tích và dự báo, điều khiển giám sát và quản lý, phát triển hệ thống cho phép trao đổi thông tin hai chiều giữa nhà cung cấp điện và khách hàng sử dụng điện, như hình 5.

45


3.2.2. Lưới điện thông minh điều khiển theo VPP

Điều khiển các nguồn phân tán (DER) và nguồn năng lượng tái tạo (RES) tích hợp vào lưới điện thông minh theo mô hình VPP, như hình 6. Theo [7], các trạm biến áp thông minh, và thiết bị thông minh đã được lắp đặt trong

hệ thống điện, ở các cấp điện áp khác nhau như: điện áp trung bình (MV), điện áp thấp (LV). Tuy nhiên chúng ta còn phải nỗ lực hết sức để có thể biến một hệ thống điện truyền thống như hiện nay thành một hệ thống điện thông minh (Smart Grid) thực sự. Bởi vì hệ thống không chỉ đơn thuần là các phần cứng và phần mềm.

46


4. Tính toán các thông số và xây dựng mô hình, mô phỏng trên Matlab - Simulink

4.1. Thông số của đường dâyTheo [8], điện trở và điện kháng trên các

đoạn đường dây ở hình 7, được tính như sau:*. Đoạn đường dây (L1) có chiều dài 0.5km.

Điện trở trên đường dây (R1) = 0.356Ω/km x 0.5km = 0.178Ω; điện kháng trên đường dây (X1) = 0.3226Ω/km x 0.5km = 0.1613Ω.

*. Đoạn đường dây (L2) có chiều dài 0.4km. Điện trở trên đường dây (R2) = 0.2426Ω/km x 0.4km = 0.09704Ω; điện kháng trên đường dây (X2) = 0.3614Ω/km x 0.4km = 0.14456Ω.

*. Đoạn đường dây (L3, L4, L5) có chiều dài 0.2km, sử dụng cùng loại dây dẫn và tiết diện dây bằng nhau, nên điện trở trên đường dây (R3= R4 = R5) = 0.437Ω/km x 0.2km = 0.0874Ω; điện kháng trên đường dây (X3 = X4 = X5) = 0.302Ω/km x 0.2km = 0.0602Ω.

4.2. Điện trở và điện kháng của máy biến áp tính theo đơn vị tương đối (per unit – p.u)Theo [8], điện trở và điện kháng của máy biến áp (MBA) được tính như sau:

47

4.3. Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab - Simulink4.3.1. Xây dựng mô hình trên Matlab – SimulinkCác nguồn phân tán (DER) tích hợp trong lưới điện thông minh và điều khiển theo mô hình

nhà máy điện ảo, cũng như các thông số tính toán và phương pháp điều khiển đã được phân tích ở các mục trên. Việc xây dựng mô hình ứng dụng VPP trong điều khiển lưới điện thông minh trên Matlab – Simulink như hình 8, sử dụng 3 nguồn phân tán là các máy phát điện diesel. Hệ thống điều khiển trung tâm VPP nhận tín hiệu phản hồi từ các tải, đồng thời đưa tín hiệu điều khiển đến các nguồn phân tán.


4.3.2. Kết quả mô phỏng trên Matlab - Simulink

Documents

Kỹ thuật – Công nghệ