Nghiên cứu về sa thải phụ tải trong lưới điện microgrid tại HCMUTE

Nghiên cứu của HCMUTE về sa thải phụ tải trong lưới điện microgrid giúp tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao độ tin cậy của hệ thống điện.

• Tác giả: Nguyễn Thái An
• Người hướng dẫn: HVCH. Nguyễn Thái An
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa Điện - Điện Tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Sa Thải Phụ Tải Trong Lưới Điện Microgrid
• Loại tài liệu: Luận Văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI
• DANH SÁCH CÁC HÌNH
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT
• THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 1. CHƯƠNG MỞ ĐẦU
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN MICROGRID
• 1.1. Đặc điểm và các chế độ vận hành của Microgrid
• 1.2. Các thành phần của Microgrid
• 1.3. Các cấu trúc của Microgrid
• 1.4. Các phương pháp sa thải trong Microgrid
• 3. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI
• 2.1. Ổn định tần số trong hệ thống điện
• 2.2. Sa thải phụ tải
• 2.3. Thuật toán AHP
• 4. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP SA THẢI PHỤ TẢI ĐỀ XUẤT
• 3.1. Xây dựng công thức tính toán lượng công suất sa thải tối thiểu
• 3.2. Đáp ứng của nguồn phát đối với sự thay đổi tần số
• 3.3. Đáp ứng của phụ tải đối với sự thay đổi tần số
• 3.4. Xác định lượng công suất sa thải tối thiểu trong hệ thống Microgrid có xét đến yếu tố điều khiển sơ cấp và thứ cấp máy phát điện
• 3.5. Xây dựng phương pháp sa thải phụ tải đề xuất
• 5. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN, THỰC NGHIỆM TRÊN SƠ ĐỒ HỆ THỐNG MICROGRID ĐIỂN HÌNH
• 4.1. Tính toán kiểm tra thử nghiệm trên sơ đồ hệ thống Microgrid điển hình
• 4.2. Tính toán hệ số tầm quan trọng của các phụ tải
• 6. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng nghiên cứu phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu sa thải phụ tải trong lưới điện Microgrid

Nghiên cứu này tập trung vào sa thải phụ tải trong lưới điện microgrid, một vấn đề cấp thiết trong bối cảnh phát triển năng lượng tái tạo và nhu cầu đảm bảo an toàn lưới điện. HCMUTE, với vai trò là đơn vị nghiên cứu, đóng góp vào việc giải quyết thách thức này. Tài liệu đề cập đến các phương pháp sa thải phụ tải hiện có, nhấn mạnh sự phức tạp và tính cấp thiết của việc giảm thiểu mất điện. Các phương pháp truyền thống thường không tối ưu, dẫn đến lượng công suất sa thải lớn. Nghiên cứu này hướng đến việc tìm kiếm giải pháp tối ưu hơn, giảm thiểu thiệt hại kinh tế và xã hội. Nghiên cứu lưới điện thông minh là nền tảng quan trọng để phát triển các giải pháp này. Việc tích hợp năng lượng tái tạo cũng đặt ra những thách thức riêng đối với quản lý phụ tải và điều khiển phức tạp của hệ thống. Do đó, mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một phương pháp sa thải phụ tải hiệu quả hơn cho microgrid, đặc biệt trong chế độ hoạt động độc lập (island mode).

1.1 Phân tích các phương pháp sa thải phụ tải hiện tại

Tài liệu phân tích các phương pháp sa thải phụ tải hiện có, bao gồm cả phương pháp dựa trên tần số. Các vấn đề như sa thải phụ tải dưới tần số (Under Frequency Load Shedding - UFLS) và sa thải phụ tải theo điện áp (Under Voltage Load Shedding - UVLS) được đề cập. Tuy nhiên, tài liệu chỉ ra hạn chế của các phương pháp này trong điều kiện microgrid, đặc biệt là khi microgrid vận hành độc lập. Các phương pháp hiện tại thường không tính đến sự đa dạng của nguồn phát, bao gồm cả năng lượng tái tạo, cũng như khả năng điều khiển linh hoạt của hệ thống. Điều này dẫn đến việc sa thải phụ tải không tối ưu, làm tăng nguy cơ mất điện và thiệt hại kinh tế. Việc thiếu hụt nguồn trong microgrid diễn ra nhanh chóng, đòi hỏi các giải pháp sa thải phụ tải phải phản ứng nhanh và chính xác. Phân tích phụ tải đóng vai trò quan trọng trong việc xác định thứ tự ưu tiên sa thải. Mô hình hóa lưới điện và mô phỏng là công cụ cần thiết để đánh giá hiệu quả của các phương pháp sa thải phụ tải.

1.2 Vai trò của công nghệ thông tin và điều khiển trong sa thải phụ tải

Nghiên cứu nhấn mạnh vai trò của công nghệ thông tin và điều khiển trong việc tối ưu hóa quá trình sa thải phụ tải. Kiểm soát microgrid đòi hỏi hệ thống giám sát và điều khiển thời gian thực, giúp đưa ra quyết định nhanh chóng và chính xác. Việc thu thập dữ liệu về phân phối điện, phụ tải, và nguồn phát là cần thiết để xây dựng mô hình chính xác của hệ thống. Phân tích dữ liệu cho phép nhận diện các phụ tải quan trọng và thiết lập thứ tự ưu tiên sa thải. Điều khiển phức tạp của hệ thống đòi hỏi việc áp dụng các thuật toán và mô hình toán học tiên tiến. Công nghệ điện tử và kỹ thuật điện đóng vai trò then chốt trong việc thiết kế và triển khai các hệ thống điều khiển này. Thiết kế microgrid tối ưu phải bao gồm việc tích hợp các hệ thống giám sát và điều khiển thông minh. Ứng dụng lưới điện thông minh giúp cải thiện khả năng dự báo và quản lý phụ tải, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình sa thải phụ tải.

II. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu này sử dụng thuật toán AHP (Analytic Hierarchy Process) để xác định hệ số tầm quan trọng của các phụ tải. Phương pháp này cho phép phân bổ lượng công suất sa thải tối thiểu đến các bus tải một cách hợp lý, giảm thiểu thiệt hại. Kết quả nghiên cứu được minh chứng thông qua mô phỏng trên sơ đồ hệ thống microgrid điển hình (16 bus) sử dụng phần mềm PowerWorld Simulation. Mô hình hóa lưới điện được xây dựng bao gồm các nguồn phát đa dạng: máy phát Diesel, năng lượng mặt trời, máy phát điện gió, và bộ lưu trữ năng lượng. Nghiên cứu tập trung vào trường hợp microgrid vận hành ở chế độ độc lập. Việc xây dựng công thức tính toán lượng công suất sa thải tối thiểu dựa trên khả năng điều khiển sơ cấp và thứ cấp của máy phát điện là một đóng góp quan trọng. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của phương pháp đề xuất trong việc khôi phục tần số và giảm thiểu lượng phụ tải cần sa thải.

2.1 Mô hình và phương pháp tính toán

Mô hình microgrid được sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm các thành phần chính: nguồn phát (bao gồm cả năng lượng tái tạo), phụ tải, và các thiết bị điều khiển. Mô hình hóa lưới điện được thực hiện dựa trên các thông số kỹ thuật của từng thành phần. Phương pháp sa thải phụ tải được đề xuất dựa trên việc tính toán lượng công suất sa thải tối thiểu, cân nhắc khả năng điều chỉnh tần số sơ cấp và thứ cấp của các máy phát điện. Thuật toán AHP được sử dụng để xác định hệ số tầm quan trọng của các phụ tải, đảm bảo việc sa thải được thực hiện một cách hợp lý. Công thức tính toán lượng công suất sa thải được xây dựng dựa trên các yếu tố ảnh hưởng đến sự ổn định tần số của hệ thống. Phân tích ổn định tần số là một phần quan trọng của quá trình mô hình hóa và tính toán.

2.2 Kết quả mô phỏng và phân tích

Mô phỏng được thực hiện trên phần mềm PowerWorld Simulation để kiểm chứng hiệu quả của phương pháp đề xuất. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp này có khả năng khôi phục tần số hệ thống một cách hiệu quả trong trường hợp microgrid mất kết nối với lưới điện chính. Lượng công suất sa thải được giảm thiểu đáng kể so với các phương pháp truyền thống. Phân tích kết quả mô phỏng bao gồm việc so sánh hiệu quả của phương pháp đề xuất với các phương pháp khác. Phân tích độ nhạy của hệ thống đối với các yếu tố khác nhau cũng được thực hiện. Các chỉ số đánh giá hiệu quả của phương pháp bao gồm: thời gian phục hồi tần số, lượng công suất sa thải, và mức độ ảnh hưởng đến các phụ tải quan trọng. Phân tích dữ liệu cho phép đánh giá toàn diện về hiệu quả của phương pháp đề xuất.

III. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu đã đề xuất một phương pháp sa thải phụ tải hiệu quả cho lưới điện microgrid của HCMUTE, dựa trên thuật toán AHP và khả năng điều khiển của hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy tính khả thi và hiệu quả của phương pháp này. Nghiên cứu đóng góp vào việc nâng cao an toàn lưới điện và giảm thiểu thiệt hại kinh tế. Hướng phát triển trong tương lai bao gồm việc nghiên cứu mở rộng phương pháp cho các hệ thống microgrid phức tạp hơn, tích hợp nhiều loại nguồn phát và phụ tải hơn. Việc nghiên cứu điều khiển tiên tiến và tối ưu hóa hệ thống cũng là hướng nghiên cứu trọng tâm. Ứng dụng thực tế của nghiên cứu này là rất quan trọng, đặc biệt trong việc phát triển các hệ thống điện năng lượng tái tạo và đảm bảo an toàn điện cho các khu vực khó khăn.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưới điện Microgrid ngày càng trở nên quan trọng trong việc cung cấp điện năng linh hoạt và bền vững, đặc biệt tại các vùng nông thôn hoặc khu vực có khả năng kết nối lưới điện chính hạn chế. Theo ước tính, Microgrid có thể bao gồm nhiều nguồn phát phân tán như máy phát Diesel, năng lượng mặt trời, gió và hệ thống lưu trữ năng lượng, với quy mô nhỏ và khả năng vận hành độc lập hoặc kết nối với lưới điện chính. Tuy nhiên, việc vận hành Microgrid ở chế độ tách lưới thường gặp phải vấn đề mất cân bằng công suất giữa nguồn phát và phụ tải, dẫn đến sụt giảm tần số và nguy cơ mất điện toàn hệ thống.

Vấn đề sa thải phụ tải trong Microgrid nhằm duy trì ổn định tần số và điện áp là một thách thức kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi các phương pháp tối ưu để giảm thiểu thiệt hại do cắt tải. Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất phương pháp sa thải phụ tải tối thiểu trong Microgrid vận hành ở chế độ tách lưới, tính toán lượng công suất sa thải dựa trên khả năng điều khiển sơ cấp và thứ cấp của các máy phát, đồng thời xác định hệ số tầm quan trọng của các phụ tải bằng thuật toán AHP để phân bổ tải sa thải hợp lý.

Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 05/2020 đến 05/2021 tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh, sử dụng mô hình Microgrid điển hình gồm 16 bus và 6 nguồn phát, mô phỏng bằng phần mềm PowerWorld Simulation. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả vận hành Microgrid, giảm thiểu thiệt hại do sa thải phụ tải, đồng thời cung cấp cơ sở khoa học cho các công ty điện lực và học viên cao học trong lĩnh vực điện – điện tử.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Ổn định tần số trong hệ thống điện: Tần số hệ thống tỷ lệ thuận với tốc độ máy phát, mất cân bằng công suất giữa phát và tải dẫn đến sụt giảm tần số. Quá trình điều khiển tần số gồm điều khiển sơ cấp (phản ứng tức thời của máy phát) và điều khiển thứ cấp (can thiệp của bộ điều khiển và người vận hành) nhằm khôi phục tần số về giá trị định mức.

• Phương pháp sa thải phụ tải: Bao gồm sa thải phụ tải truyền thống (UFLS, UVLS), sa thải bán thích nghi và sa thải thích nghi. Phương pháp truyền thống dựa trên ngưỡng tần số hoặc điện áp để cắt tải, trong khi phương pháp thích nghi sử dụng các thuật toán tối ưu và dữ liệu thời gian thực để xác định tải cần sa thải.

• Thuật toán AHP (Analytic Hierarchy Process): Kỹ thuật phân tích đa tiêu chí giúp xác định hệ số tầm quan trọng của các phụ tải dựa trên so sánh cặp và đánh giá của chuyên gia, đảm bảo phân bổ tải sa thải hợp lý, giảm thiểu thiệt hại kinh tế và xã hội.

Các khái niệm chính bao gồm: tần số hệ thống, công suất sa thải tối thiểu, hệ số tầm quan trọng phụ tải, điều khiển sơ cấp và thứ cấp, Microgrid chế độ tách lưới.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng mô hình Microgrid điển hình gồm 16 bus, 6 nguồn phát (Diesel, năng lượng mặt trời, gió, lưu trữ năng lượng), dữ liệu công suất các bus tải và thông số máy phát được thu thập từ mô phỏng thực tế và tài liệu chuyên ngành.

• Phương pháp phân tích: Xây dựng công thức tính lượng công suất sa thải tối thiểu dựa trên cân bằng công suất, đáp ứng điều khiển sơ cấp và thứ cấp của máy phát, đồng thời áp dụng thuật toán AHP để xác định hệ số tầm quan trọng của từng phụ tải. Phân bố lượng công suất sa thải tối thiểu theo hệ số này nhằm giảm thiểu thiệt hại.

• Timeline nghiên cứu: Thực hiện từ tháng 5/2020 đến tháng 5/2021, bao gồm giai đoạn tổng hợp tài liệu, xây dựng mô hình, phát triển thuật toán, mô phỏng kiểm nghiệm bằng phần mềm PowerWorld Simulation và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Lượng công suất sa thải tối thiểu: Khi Microgrid mất kết nối với lưới điện chính, tần số hệ thống giảm xuống dưới ngưỡng cho phép (59,7 Hz). Sau khi điều khiển sơ cấp và thứ cấp, tần số vẫn chưa hồi phục, lượng công suất sa thải tối thiểu được tính toán là khoảng 2,18 MW trên tổng công suất tải 11,98 MW (tương đương 18,2%).

2. Hiệu quả phương pháp đề xuất: So sánh với phương pháp sa thải dưới tần số UFLS truyền thống, phương pháp đề xuất giảm lượng công suất sa thải xuống còn 2,18 MW so với 4,07 MW của UFLS (giảm gần 46%). Tần số phục hồi sau sa thải vẫn nằm trong phạm vi cho phép, chứng minh tính hiệu quả và tối ưu của phương pháp.

3. Xác định hệ số tầm quan trọng phụ tải: Thuật toán AHP được áp dụng để phân loại 8 phụ tải thành 3 khu vực tải với các hệ số tầm quan trọng khác nhau, giúp phân bổ lượng công suất sa thải ưu tiên cho các phụ tải ít quan trọng hơn, giảm thiểu thiệt hại kinh tế và xã hội.

4. Phân bố công suất sa thải: Lượng công suất sa thải được phân bổ dựa trên hệ số tầm quan trọng và vị trí bus tải, đảm bảo cân bằng giữa hiệu quả kỹ thuật và giảm thiểu thiệt hại do cắt tải.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp sa thải phụ tải đề xuất có thể giảm đáng kể lượng công suất cần sa thải so với phương pháp truyền thống, đồng thời vẫn đảm bảo tần số hệ thống được duy trì trong giới hạn cho phép. Việc áp dụng thuật toán AHP giúp phân loại phụ tải theo mức độ quan trọng, từ đó phân bổ tải sa thải hợp lý, tránh cắt tải các phụ tải quan trọng gây thiệt hại lớn.

So với các nghiên cứu trước đây, phương pháp này tích hợp cả khả năng điều khiển sơ cấp, thứ cấp của máy phát và đặc tính phụ tải, tạo ra giải pháp toàn diện hơn. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tần số hệ thống trước và sau sa thải, bảng phân bố công suất sa thải theo từng bus tải, giúp minh họa rõ ràng hiệu quả của phương pháp.

Phương pháp đề xuất phù hợp với các Microgrid vận hành ở chế độ tách lưới, đặc biệt trong điều kiện nguồn năng lượng tái tạo biến động, góp phần nâng cao độ tin cậy và ổn định hệ thống điện phân tán.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống giám sát và điều khiển tần số tự động: Áp dụng phần mềm và thiết bị đo lường hiện đại để theo dõi tần số và công suất trong Microgrid, kích hoạt tự động quá trình sa thải phụ tải khi tần số giảm dưới ngưỡng. Chủ thể thực hiện: các công ty điện lực, thời gian: 6-12 tháng.

2. Áp dụng thuật toán AHP trong phân loại phụ tải: Định kỳ đánh giá và cập nhật hệ số tầm quan trọng của các phụ tải dựa trên đặc điểm sử dụng và mức độ ảnh hưởng kinh tế – xã hội, giúp phân bổ tải sa thải tối ưu. Chủ thể thực hiện: đơn vị vận hành Microgrid, thời gian: 3-6 tháng.

3. Nâng cao khả năng điều khiển sơ cấp và thứ cấp của máy phát: Đầu tư cải tiến bộ điều tốc và hệ thống điều khiển để tăng khả năng phản ứng nhanh và chính xác với biến động tần số, giảm thiểu lượng tải cần sa thải. Chủ thể thực hiện: nhà sản xuất thiết bị, thời gian: 12-18 tháng.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức: Tổ chức các khóa đào tạo cho kỹ sư vận hành và học viên cao học về phương pháp sa thải phụ tải và quản lý Microgrid, nâng cao năng lực ứng dụng công nghệ mới. Chủ thể thực hiện: các trường đại học, trung tâm đào tạo, thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các kỹ sư và chuyên gia vận hành Microgrid: Nghiên cứu cung cấp phương pháp tối ưu trong quản lý tải và duy trì ổn định tần số, giúp nâng cao hiệu quả vận hành và giảm thiểu rủi ro mất điện.

2. Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Điện – Điện tử: Tài liệu chi tiết về lý thuyết, thuật toán AHP và mô phỏng thực nghiệm là nguồn tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu liên quan đến Microgrid và quản lý phụ tải.

3. Các công ty điện lực và nhà cung cấp thiết bị: Kết quả nghiên cứu hỗ trợ trong việc phát triển các giải pháp kỹ thuật và phần mềm điều khiển, nâng cao chất lượng dịch vụ và độ tin cậy hệ thống điện phân tán.

4. Nhà hoạch định chính sách và quản lý năng lượng: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách hỗ trợ phát triển Microgrid, thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo và đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp sa thải phụ tải đề xuất khác gì so với phương pháp UFLS truyền thống?
   Phương pháp đề xuất tính toán lượng công suất sa thải tối thiểu dựa trên khả năng điều khiển sơ cấp và thứ cấp của máy phát, kết hợp với hệ số tầm quan trọng phụ tải bằng thuật toán AHP, giúp giảm lượng tải cần cắt so với UFLS phân bố đều, từ đó giảm thiểu thiệt hại kinh tế và xã hội.

2. Tại sao cần phân loại phụ tải theo hệ số tầm quan trọng?
   Phân loại giúp ưu tiên giữ lại các phụ tải quan trọng, như bệnh viện, cơ sở sản xuất thiết yếu, trong khi cắt các phụ tải ít quan trọng hơn, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành Microgrid, đồng thời giảm thiểu thiệt hại do mất điện.

3. Phương pháp này áp dụng cho loại Microgrid nào?
   Phương pháp phù hợp với Microgrid vận hành ở chế độ tách lưới, nơi không có nguồn điện từ lưới chính và cần cân bằng công suất nội bộ để duy trì tần số và điện áp ổn định.

4. Lượng công suất sa thải tối thiểu được tính như thế nào?
   Dựa trên cân bằng công suất, lượng công suất điều khiển sơ cấp và thứ cấp của máy phát, cùng với hệ số đặc tính tải theo tần số, công thức tính lượng công suất sa thải tối thiểu được xây dựng nhằm đưa tần số về phạm vi cho phép.

5. Làm thế nào để kiểm tra hiệu quả của phương pháp?
   Hiệu quả được kiểm chứng qua mô phỏng bằng phần mềm PowerWorld Simulation trên sơ đồ Microgrid điển hình, so sánh tần số hệ thống và lượng công suất sa thải với phương pháp truyền thống, kết quả cho thấy giảm tải hiệu quả và tần số ổn định.

Kết luận

• Đề tài đã nghiên cứu và đề xuất thành công phương pháp sa thải phụ tải tối thiểu trong Microgrid vận hành ở chế độ tách lưới, kết hợp điều khiển sơ cấp, thứ cấp và thuật toán AHP để phân bổ tải sa thải hợp lý.
• Mô hình Microgrid điển hình với 16 bus và 6 nguồn phát được sử dụng để mô phỏng và kiểm nghiệm, cho thấy phương pháp giảm lượng công suất sa thải gần 46% so với phương pháp UFLS truyền thống.
• Thuật toán AHP giúp xác định hệ số tầm quan trọng của các phụ tải, giảm thiểu thiệt hại kinh tế và xã hội do sa thải tải không hợp lý.
• Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng thực tiễn trong vận hành Microgrid, hỗ trợ các công ty điện lực và học viên cao học trong lĩnh vực điện – điện tử.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai hệ thống giám sát tự động, nâng cao khả năng điều khiển máy phát và đào tạo nhân lực để áp dụng rộng rãi phương pháp này trong thực tế.

Hành động ngay: Các đơn vị vận hành Microgrid và các nhà nghiên cứu nên áp dụng và phát triển thêm phương pháp này để nâng cao độ ổn định và hiệu quả của hệ thống điện phân tán.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: TỔNG QUAN CÁC ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN MICROGRID 1. Đặc điểm và các chế độ vận hành của Microgrid Microgrid là lĩnh vực sáng tạo nhất trong ngành công nghiệp điện hiện nay. Các Microgrid trong tương lai có thể tồn tại dưới dạng cân bằng năng lượng trong các lưới phân phối điện hiện có hoặc các mạng năng lượng độc lập trong các cộng đồng nhỏ. Tầm quan trọng của Microgrid đang tăng nhanh.

Microgrid có tiềm năng rất lớn trong việc thúc đẩy tăng trưởng bền vững. Một microgrid có thể hoạt động ở chế độ kết nối lưới hoặc chế độ tách lưới. Ở chế độ tách lưới, Microgrid có thể cung cấp điện cho khu vực nông thôn với chi phí thấp hơn và tổn thất điện năng tối thiểu. Trong chế độ kết nối lưới, Microgrid có thể hỗ trợ lưới chính theo nhiều cách với điều khiển điện áp, điều khiển tần số và có thể cung cấp sự linh hoạt, kiểm soát và độ tin cậy cao hơn.

Tuy nhiên, việc vận hành thành công Microgrid đòi hỏi phải lập kế hoạch phù hợp và có những thách thức lớn liên quan đến vận hành, kiểm soát và bảo vệ cần được xử lý để triển khai thành công Microgrid. Tùy thuộc vào chế độ hoạt động, chế độ kết nối lưới hoặc chế độ tách lưới, cần có các chiến lược kiểm soát và kế hoạch bảo vệ cần thiết. Microgrid là lưới điện hiện đại, cục bộ, quy mô nhỏ, trái với lưới điện tập trung truyền thống. Microgrid có thể ngắt kết nối khỏi lưới điện tập trung và hoạt động tự chủ, tăng cường khả năng phục hồi lưới và giúp giảm thiểu nhiễu loạn lưới điện.

Chúng thường là lưới điện áp thấp, thường sử dụng máy phát điện diesel và được lắp đặt bởi cộng đồng mà chúng phục vụ. Microgrids ngày càng sử dụng hỗn hợp các nguồn năng lượng phân tán khác nhau, chẳng hạn như hệ thống năng lượng lai năng lượng mặt trời, giúp giảm đáng kể lượng carbon phát ra. Nguyễn Thái An Trang 1 Luan van Nghiên cứu sa thải phụ tải trong lưới điện Microgrid Hình 1.1: Tổng quan về Microgrid Microgrid có hai chế độ vận hành: Chế độ kế nối lưới điện quốc gia và chế độ tách lưới. Chế độ kết nối lưới điện quốc gia: Để trao đổi năng lượng với nhau, nhằm giảm nhận điền từ lưới điện chính.

Mục tiêu điều khiển là kiểm soát điểm dừng công suất bằng cách điều khiển công suất phát của các DG, đặc biệt là các DG dùng công nghệ nghịch lưu nối lưới [8]. Chế độ tách lưới: Microgrid cách điện độc lập từ lưới điện chính, do đó không có sự trao đổi năng lượng. Mục tiêu điều khiển là kiểm soát biên độ điện áp và tần số ở mức chấp nhận được ràng buộc hợp lý về công suất máy phát của các DG trong Microgrid [8]. Đối với Microgrid hoạt động ở chế độ này, các nguồn phát phân tán từ năng lượng tái tạo thường xuyên thay đổi công suất cấp vào Microgrid, do sự thay đổi của các tác nhân bên ngoài ảnh hưởng đến các nguồn năng lượng sơ cấp cung cấp cho các nguồn phát năng lượng tái tạo dân đến sự thiếu hụt và mất cân bằng giữa công suất phát và phụ tải thường xuyên xảy ra.

Vì vậy, sa thải phụ tải trong Microgrid hoạt động ở chế độ này là điều bắt buộc để giữ cho lưới điện tồn tại.2 Các thành phần của Microgrid 1.1 Máy phát phân tán Nguyễn Thái An Trang 2 Luan van Nghiên cứu sa thải phụ tải trong lưới điện Microgrid Máy phát điện phân tán là một cách tiếp cận sử dụng các công nghệ quy mô nhỏ để sản xuất điện gần với người sử dụng điện cuối cùng. Các công nghệ DG thường bao gồm các máy phát điện mô-đun. Trong nhiều trường hợp, máy phát điện phân tán có thể cung cấp điện với chi phí thấp hơn, độ tin cậy và bảo mật điện cao hơn với ít hậu quả môi trường hơn so với máy phát điện truyền thống. Các nhà máy điện thông thường, như nhà máy đốt than, khí đốt và nhà máy điện hạt nhân, cũng như đập thủy điện và nhà máy năng lượng mặt trời quy mô lớn, được tập trung hóa và thường yêu cầu năng lượng điện được truyền qua khoảng cách xa.

Ngược lại, các hệ thống máy phát điện phân tán là các công nghệ phi tập trung, mô-đun và linh hoạt hơn, nằm gần tải mà chúng phục vụ, mặc dù có công suất chỉ 10 (MW) hoặc ít hơn. Các hệ thống này có thể bao gồm nhiều thành phần thế hệ và lưu trữ; trong trường hợp này, chúng được gọi là hệ thống năng lượng lai. Hệ thống máy phát điện phân tán thường sử dụng nguồn năng lượng tái tạo, bao gồm thủy điện nhỏ, sinh khối, khí sinh học, năng lượng mặt trời, năng lượng gió và năng lượng địa nhiệt. Hệ thống này ngày càng đóng một vai trò quan trọng đối với phân phối điện năng của hệ thống.

Một thiết bị kết nối lưới để lưu trữ điện cũng có thể được phân loại là hệ thống phát điện phân tán và thường được gọi là hệ thống lưu trữ năng lượng phân tán. Bằng giao diện, các hệ thống máy phát phân tán có thể được quản lý và phối hợp trong một lưới điện thông minh. Sản xuất và lưu trữ phân tán cho phép thu thập năng lượng từ nhiều nguồn và có thể làm giảm tác động môi trường và cải thiện an ninh nguồn cung.2 Các hệ thống lưu trữ năng lượng Các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) đang trở nên thiết yếu trong các thị trường năng lượng và ứng dụng trong hệ thống microgrid để tăng việc sử dụng năng lượng tái tạo, giảm phát thải CO2. Bên cạnh đó ESS còn xác định khái niệm công nghệ lưới điện thông minh.

ESS có ảnh hưởng quan trọng đến các hệ thống điện tổng thể, nó cung cấp nguồn điện liên tục và linh hoạt để duy trì và tăng cường năng lượng do tắc nghẽn và gián đoạn đường truyền cho nhu cầu quá mức. Ngoài ra, ESS đảm bảo các dịch vụ đáng tin cậy cho người tiêu dùng trong các sự cố điện do thiên tai, cũng như giảm giá điện để hỗ trợ nhu cầu cao nhất bằng cách lưu trữ năng lượng trong giờ thấp điểm với chi phí thấp. Trong những thập kỷ qua, năng lượng tái tạo đã và đang đóng góp cho người tiêu dùng điện ngoài lưới với ESS.[9] Việc phân loại các hệ thống ESS được xác định với việc sử dụng năng lượng ở dạng cụ thể. ESS được phân loại dựa trên nguồn năng lượng sơ cấp thành cơ năng, điện hóa học, hóa năng, điện năng, nhiệt năng và hệ thống lai hóa giữa các nguồn năng lượng sơ cấp.

Các hệ thống này được phân loại thành các loại khác nhau theo Nguyễn Thái An Trang 3 Luan van Nghiên cứu sa thải phụ tải trong lưới điện Microgrid sự hình thành và vật liệu thành phần của chúng.2 trình bày phân loại ESS một cách chi tiết.2: Phân loại hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) theo sự hình thành năng lượng và vật liệu thành phần của chúng [9] 1.3 Phụ tải điện Phụ tải điện là những nơi tiêu thụ điện, biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng khác phục vụ cho các mục đích khác nhau của người sử dụng. Phụ tải trong hệ thống điện được chia làm 3 loại dựa trên tầm quan trọng của phụ tải đó đối với xã hội về chính trị, kinh tế, ……. Phụ tải loại 1: Đây là loại phụ tải được cung cấp điện liên tục nếu mất điện sẽ gây ra những hậu quả vô cùng nghiêm trọng. Nguyễn Thái An Trang 4 Luan van Nghiên cứu sa thải phụ tải trong lưới điện Microgrid Phụ tải loại 2: Đây là loại phụ tải nếu mất điện sẽ gây thiệt hại về kinh tế như sản xuất sản phẩm bị thiếu hụt ,thứ phẩm tăng ,gây ra lãng công và không sử dụng hết công suất thiết bị Phụ tải loại 3: Là loại phụ tải cho phép mất điện,đó là các công trình dân dụng,công trình phúc lợi,khu dân cư… Trong Microgrid có thể kết nối hoặc ngắt kết nối tải cục bộ tùy thuộc vào công suất tối đa có sẵn trong cả máy phát điện và thiết bị lưu trữ.

Do đó, tải có thể được phân thành hai nhóm chính: tải quan trọng và không quan trọng. Tải quan trọng yêu cầu chất lượng điện năng và độ tin cậy cao nhất, trong khi tải không quan trọng yêu cầu chất lượng dịch vụ thấp hơn. Khách hàng thương mại và công nghiệp thường được coi là tải trọng quan trọng; hầu hết các khách hàng dân cư có thể được coi là tải không quan trọng. Các tải không quan trọng nên được ngắt kết nối nếu công suất được tạo ra thấp hơn giá trị yêu cầu để đảm bảo năng lượng được cung cấp cho người tiêu dùng quan trọng.

Ngoài ra, chi phí vận hành kinh tế của microgrid nên được tối ưu hóa bằng cách quản lý tải phù hợp.4 Thiết bị kết nối lưới điện chính Microgrid được ghép với lưới điện chính thông qua một công tắc chuyển tĩnh. Điểm kết nối được gọi là điểm của khớp nối chung (PCC). Bộ điều khiển Microgrid liên tục theo dõi quá trình phát công suất, nhu cầu phụ tải trong microgrid và công suất dư thừa được xuất hoặc thiếu điện được nhập qua biến tần theo điều kiện tải và nguồn. Sau khi được kết nối với lưới, microgrid mất kiểm soát tần số và điện áp trong hệ thống và chuyển sang điều khiển P-Q để điều chỉnh công suất hoạt động và phản kháng.

[11] Nguyễn Thái An Trang 5 Luan van Nghiên cứu sa thải phụ tải trong lưới điện Microgrid Hình 1.3: Cấu trúc Microgird kết nối với lưới điện chính thông qua công tắc chuyển mạch tĩnh tại điểm PCC [10] Dựa vào công nghệ chuyển đổi lưới, gián đoạn nhất thời có thể xảy ra trong quá trình chuyển đổi từ chế độ kết nối lưới sang chế độ tách lưới. Nếu tải yêu cầu ngắt chuyển đổi với tốc độ cao thì phải chọn công nghệ của công tắc tĩnh phù hợp với yêu cầu.3 Các cấu trúc của Microgrid A Cấu trúc AC Microgrid Cấu trúc AC microgrid được trình bày trong Hình 1. Nguồn DC từ pin quang điện (PV) phải được chuyển đổi thành AC bằng bộ biến tần DC-AC trước khi kết nối. Để cung cấp năng lượng cho tải DC, nguồn AC phải được chuyển đổi thành DC.

Tải AC có thể được kết nối trực tiếp với bus AC. Bộ chuyển đổi AC-DC được yêu cầu cho các thiết bị khác nhau như máy tính, TV trong nhà và các thiết bị âm thanh để cung cấp điện áp DC. Hệ thống phát điện gió được kết nối với bus AC sử dụng bộ chuyển đổi điều khiển công suất tác dụng và phản kháng. Microgrid AC kết nối với lưới chính trở nên dễ dàng vì chỉ cần đồng pha với lưới điện chính.