Luận án tiến sĩ về hệ thống điện lai diesel và năng lượng gió, mặt trời cho hai đảo Việt Nam

• Tác giả: Diệp Thanh Thắng
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Phùng Quang
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thống Điện Lai Diesel Và Năng Lượng Tái Tạo Cho Đảo Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

• Lời cam đoan
• Lời cảm ơn
• Danh mục chữ viết tắt và các ký hiệu
• Danh mục các bảng
• Danh mục các hình vẽ, đồ thị
• Sự cần thiết của đề tài
• Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Mục tiêu của luận án
• Phương pháp luận và phương pháp toán học
• Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
• Đóng góp của luận án
• Bố cục của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan
• 1.1. Sơ lược năng lượng tái tạo
• 1.2. Hệ thống điện lai có diesel chạy nền
• 1.2.1. Khái niệm hệ thống điện MG
• 1.2.2. Hệ thống điện MG chế độ không nối lưới
• 1.2.3. Vấn đề đánh giá kinh tế của hệ thống điện MG
• 1.3. Chế độ làm việc của hệ thống điện MG
• 1.3.1. Nguồn điện và các chế độ làm việc
• 1.3.2. Chất lượng điện năng
• 1.3.3. Dự phòng nóng
• 1.3.4. Đối tượng điều khiển của đề tài
• 1.4. Các nguồn phát trong hệ thống điện MG
• 1.5. Bài toán phân bố tối ưu công suất
• 1.6. Hướng nghiên cứu của luận án
• 1.7. Nhiệm vụ của luận án
• 1.8. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: Cơ sở lý thuyết điều khiển tối ưu
• 2.1. Khái niệm điều khiển tối ưu
• 2.2. Phương pháp biến phân
• 2.3. Nguyên lý cực đại Pontryagin
• 2.4. Phương pháp quy hoạch động
• 2.4.1. Các định nghĩa cơ bản
• 2.4.2. Bài toán điều khiển tối ưu cho hệ xác định
• 2.4.3. Đặt bài toán
• 2.4.4. Phương trình Hamilton-Jacobi-Bellman
• 2.4.5. Bài toán điều khiển tối ưu cho hệ ngẫu nhiên
• 2.5. Lời giải phương trình HJB và phương pháp số
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: Xây dựng chiến lược phát công suất tối ưu bằng phương pháp quy hoạch động
• 3.1. Mô tả bài toán tối ưu công suất phát
• 3.1.1. Hệ thống điện MG không nối lưới trường hợp tổn thất là hằng số
• 3.1.2. Các thành phần tham gia phát điện
• 3.1.3. Ý tưởng dùng hàm phạt cho bài toán điều khiển tối ưu công suất phát
• 3.1.4. Bài toán phân bố tối ưu công suất phát dạng tổng quan
• 3.2. Mô hình bài toán điều khiển tối ưu công suất phát
• 3.2.1. Biến điều khiển
• 3.2.2. Hàm mục tiêu
• 3.3. Phương pháp quy hoạch động
• 3.4. Phân tích sách lược điều khiển tối ưu, chứng minh hàm phạt bằng 0
• 3.5. Hệ thống điều khiển cung-cầu
• 3.6. Sơ đồ tìm dòng công suất phát tối ưu
• 3.7. Phương pháp số giải phương trình HJB
• 3.8. Ví dụ với thông số giả định
• 3.8.1. Ví dụ 1: Hệ thống gồm 1 máy phát diesel
• 3.8.2. Ví dụ 2: Hệ thống gồm 2 máy phát diesel
• 3.9. Ảnh hưởng công suất inverter
• 3.10. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: Xây dựng chiến lược phát công suất với bước nhảy Markov
• 4.1. Mục tiêu nghiên cứu
• 4.2. Lược sử khoa học
• 4.3. Giới thiệu bài toán
• 4.3.1. Mô tả hệ thống MG khi DEG xảy ra hỏng hóc
• 4.3.2. Hàm mục tiêu
• 4.4. Phát triển mô hình toán học
• 4.4.1. Lựa chọn biến điều khiển và xây dựng hàm phạt
• 4.4.2. Phương trình Hamilton-Jacobi-Bellman
• 4.4.3. Sách lược điều khiển tối ưu tối ưu phát công suất
• 4.5. Phương pháp số cho mô hình Rischel
• 4.6. Ví dụ bằng số
• 4.6.1. Thông số hệ thống
• 4.6.2. Kết quả chạy trên mô hình
• 4.7. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: Mô phỏng thông số thực tế và cài đặt hệ thống SCADA
• 5.1. Xác định công suất đặt HTĐ MG diesel-sức gió-mặt trời
• 5.2. Giới thiệu hệ thống điện diesel-sức gió dữ liệu thực tế
• 5.2.1. Thực trạng hệ thống sức gió-diesel
• 5.2.2. Logic điều khiển hệ thống SCADA
• 5.2.3. Điều khiển tần số
• 5.2.4. Các điều kiện kỹ thuật khác
• 5.3. Bài toán điều khiển công suất phát hệ thống điện sức gió-diesel trên đảo Phú Quý
• 5.3.1. Đặt bài toán
• 5.3.2. Phương trình Hamilton-Jacobi-Bellman
• 5.3.3. Kết quả chạy mô hình viết trên Matlab
• 5.4. Đề xuất HTĐ sức gió-mặt trời-diesel Phú Quý
• 5.4.1. Lựa chọn công suất phát
• 5.4.2. Tiềm năng điện mặt trời tại Việt Nam và đảo Phú Quý
• 5.4.3. Lựa chọn công nghệ pin mặt trời
• 5.4.4. Bài toán điều khiển tối ưu công suất phát
• 5.5. Sơ đồ cài đặt hệ thống SCADA
• 5.6. Kết luận chương 5
• Kết luận chung và kiến nghị
• Tài liệu tham khảo
• Danh mục các công trình đã công bố của luận án
• Phụ lục A: Các nguồn phát trong hệ thống điện MG
• A.1. Máy phát điện mặt trời
• A.1.1. Sản xuất pin quang điện và thị trường
• A.1.2. Mô hình hóa điện mặt trời
• A.1.3. Tổng quan cấu trúc bộ biến đổi điện mặt trời
• A.2. Máy phát điện sức gió
• A.2.1. Mô hình toán học
• A.2.2. Cấu trúc bộ biến đổi máy phát điện sức gió
• A.2.3. Phân loại máy phát điện gió
• A.3. Máy phát điện diesel
• A.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc
• A.3.2. Mô hình toán học
• A.4. Khái quát về hệ thống phát điện gió sử dụng máy phát đồng bộ
• A.5. Kho điện
• A.5.1. Khái niệm về kho điện
• A.5.2. Các loại kho điện
• A.5.3. Cấu trúc thiết bị kho điện dùng siêu tụ
• A.5.4. Khái niệm tải giả
• Phụ lục B: Giả thiết của Rischel
• Phụ lục C: Xây dựng phương trình HJB
• C.1. Chứng minh điều điều kiện tối ưu của phương trình HJB
• C.2. Phương trình tích phân
• C.3. Phương trình vi phân đạo hàm riêng
• C.4. Điều khiển phản hồi
• Phụ lục D: Xác định công suất đặt HTĐ MG diesel-sức gió-mặt trời
• D.1. Các định nghĩa cơ bản
• D.2. Quy trình lựa chọn công suất thiết kế
• Phụ lục E: Hình ảnh và số liệu hệ thống điện trên đảo Phú Quý
• E.1. Hình ảnh Phú Quý
• E.2. Số liệu công suất phát và phụ tải Phú Quý

I. Sự cần thiết của đề tài

Hệ thống điện lai diesel và năng lượng tái tạo đang trở thành một giải pháp quan trọng cho các đảo Việt Nam. Sự phát triển của các hệ thống này không chỉ giúp cung cấp điện cho các khu vực hải đảo mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Việc sử dụng năng lượng sạch như năng lượng gió và năng lượng mặt trời giúp giảm thiểu ô nhiễm và tiết kiệm chi phí. Hệ thống điện lai cho phép tích hợp nhiều nguồn năng lượng khác nhau, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và đảm bảo tính ổn định cho lưới điện. Theo nghiên cứu, việc áp dụng công nghệ năng lượng mới sẽ giúp tăng cường khả năng cung cấp điện cho các khu vực xa xôi, nơi mà việc kết nối với lưới điện quốc gia là khó khăn. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân trên các đảo.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu này là phát triển một mô hình hệ thống điện lai tối ưu cho các đảo Việt Nam. Mô hình này sẽ tích hợp máy phát điện diesel, năng lượng gió, và năng lượng mặt trời để tạo ra một hệ thống điện bền vững và hiệu quả. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa công suất phát điện, đảm bảo rằng các nguồn năng lượng được sử dụng một cách hiệu quả nhất. Bên cạnh đó, việc phát triển hệ thống SCADA để quản lý và điều khiển hệ thống điện cũng là một phần quan trọng trong nghiên cứu. Mục tiêu cuối cùng là tạo ra một giải pháp khả thi cho việc cung cấp điện cho các khu vực hải đảo, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp quy hoạch động để tối ưu hóa công suất phát cho hệ thống điện lai. Phương pháp này cho phép phân tích và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống, từ đó đưa ra các giải pháp tối ưu. Các mô hình toán học sẽ được xây dựng để mô phỏng hoạt động của máy phát điện diesel, tuabin gió, và pin mặt trời. Bên cạnh đó, việc thu thập dữ liệu thực tế từ các hệ thống điện hiện có sẽ giúp cải thiện độ chính xác của mô hình. Nghiên cứu cũng sẽ xem xét các yếu tố kinh tế liên quan đến việc vận hành hệ thống, nhằm đảm bảo rằng các giải pháp đưa ra không chỉ hiệu quả về mặt kỹ thuật mà còn khả thi về mặt kinh tế.

IV. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp năng lượng tái tạo vào hệ thống điện lai có thể giảm thiểu chi phí vận hành và tăng cường độ tin cậy của hệ thống. Các mô hình tối ưu hóa đã chỉ ra rằng việc sử dụng máy phát điện diesel kết hợp với năng lượng gió và năng lượng mặt trời có thể đáp ứng nhu cầu điện năng cho các đảo Việt Nam một cách hiệu quả. Hệ thống SCADA được phát triển trong nghiên cứu cho phép theo dõi và điều khiển các nguồn năng lượng một cách linh hoạt, từ đó nâng cao khả năng cung cấp điện cho người dân. Kết quả này không chỉ có giá trị về mặt lý thuyết mà còn có thể áp dụng thực tiễn cho các dự án phát triển năng lượng tại các khu vực hải đảo.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ đóng góp vào lĩnh vực năng lượng tái tạo mà còn mở ra hướng đi mới cho việc phát triển hệ thống điện lai tại các đảo Việt Nam. Việc áp dụng các công nghệ mới trong quản lý và điều khiển hệ thống điện sẽ giúp nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng và giảm thiểu tác động đến môi trường. Hơn nữa, nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở lý thuyết cho các nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực này, đồng thời tạo ra các mô hình thực tiễn có thể áp dụng cho các dự án phát triển năng lượng tại các khu vực khác. Điều này có thể góp phần vào việc thực hiện các mục tiêu phát triển bền vững của Việt Nam trong tương lai.