Phân tích ảnh hưởng năng lượng mặt trời mái nhà và điều khiển tối ưu công suất phản kháng trên lưới phân phối

LỜI CÁM ƠN

TÓM TẮT LUẬN VĂN

ABSTRACT

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI

1.1. HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI

1.2. Tấm pin mặt trời

1.3. Thông số các loại tấm pin khác nhau

1.4. Hình ảnh Inverter

1.5. Thông số Inverter

1.6. Các loại INVERTER

1.7. Chọn Inverter dựa trên tấm pin mặt trời

1.8. GIẢI PHÁP ĐO ĐẾM ĐIỆN NĂNG

1.9. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI

1.10. PHÂN BỐ CUNG CẤP ĐIỆN NĂNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI MÁI NHÀ NỐI LƯỚI CHO NHU CẦU PHỤ TẢI

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI KHI VẬN HÀNH HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

2.1. Đặc điểm của lưới điện phân phối

2.2. Vận hành lưới điện phân phối

2.3. Nhiệm vụ lưới phân phối

2.4. Ảnh hưởng của điện mặt trời mái nhà nối lưới đến lưới phân phối

2.4.1. Ảnh hưởng đến điện áp

2.4.2. Ảnh hưởng đến tổn thất trên đường dây

2.4.3. Ảnh hưởng đến hoạt động các bộ VR, SC và OLTC

2.4.4. Ảnh hưởng đến bảo vệ relay

2.4.5. Mất cân bằng pha

2.4.6. Ảnh hưởng đến điện áp danh định

2.5. ẢNH HƯỞNG ĐIỆN MẶT TRỜI CỤ THỂ TRÊN MỘT TUYẾN DÂY PHÂN PHỐI TP.

2.6. Tiêu chí phân tích đánh giá và phương pháp nghiên cứu

2.6.1. Các tiêu chí đánh giá

2.6.2. Phương pháp nghiên cứu

2.7. Xây dựng lưới điện thực tế

2.7.1. Thông số tuyến dây

2.7.2. Thông số tải – tụ bù – nguồn mặt trời mái nhà

2.8. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

2.8.1. Tổn thất công suất Ploss

2.8.2. Phân bố công suất

3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI

3.1. TỔNG QUAN BÀI TOÁN TỐI ƯU & THUẬT TOÁN

3.1.1. Bài toán tối ưu

3.1.2. Các dạng bài toán tối ưu

3.1.3. Điều độ tối ưu trong hệ thống điện

3.1.4. Điều độ kinh tế hệ thống điện

3.1.5. Điều độ phân bố tối ưu công suất

3.1.6. Điều độ tối ưu công suất phản kháng lưới phân phối

3.1.7. Các phương pháp tối ưu hóa trong hệ thống điện

3.1.7.1. Hệ chuyên gia

3.1.7.2. Mạng nơ-ron nhân tạo

3.1.7.3. Các phương pháp tìm kiếm

3.1.7.4. Các phương pháp lai

3.1.7.5. Một số phương pháp tìm kiếm tối ưu (Heuristics)

3.1.7.6. Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm)

3.1.7.7. Thuật toán tối ưu bầy sói xám (GWO)

3.1.7.8. Thuật toán tìm kiếm chim tu hú

3.2. THUẬT TOÁN MOTH-FLAME OPTIMIZATION

3.2.1. Định hướng ngang của bướm đêm

3.2.2. Hạn chế việc định hướng ngang của bướm đêm

3.2.3. Thuật toán MFO

3.2.4. Bướm đêm và ngọn lửa trong thuật toán MFO

3.2.5. Xây dựng thuật toán MFO

3.2.6. Thuật toán MFO cải tiến

3.2.7. Giải thuật thuật toán Moth-flame Optimization

3.2.8. Độ phức tạp của thuật toán MFO

3.3. ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI

3.3.1. Bài toán tối ưu phân bố công suất phản kháng lưới điện phân phối (Volt-Var Control)

3.3.2. Volt-Var Control trong hướng nghiên cứu luận văn

3.3.3. Xây dựng bài toán Volt-Var Control

3.3.3.1. Hàm mục tiêu

3.3.3.2. Điều kiện ràng buộc

3.3.4. Ứng dụng thuật toán MFO vào giải quyết bài toán Volt-Var Control có nguồn năng lượng mặt trời mái nhà

3.3.4.1. Vector giải pháp

3.3.4.2. Khởi tạo giá trị đầu

3.3.4.3. Mô hình hóa các ràng buộc trong hàm mục tiêu

3.3.4.4. Các bài toán sẽ mô phỏng

3.4. ÁP DỤNG THUẬT TOÁN MFO CHO BÀI TOÁN VOLT-VAR CONTROL TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI

3.4.1. Mô phỏng lưới chuẩn 33 nút

3.4.2. Kết quả mô phỏng

3.4.3. Mô phỏng lưới thực tế cơ bản

3.4.4. Mô phỏng lưới thực tế đang vận hành

3.4.5. Sử dụng thuật toán MFO để tối ưu hóa lưới vận hành thực tế

3.4.6. Đánh giá kết quả

KẾT LUẬN CHUNG

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

I. Năng lượng mặt trời và hệ thống điện mặt trời mái nhà

Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, được sử dụng rộng rãi để giảm thiểu sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Hệ thống năng lượng mặt trời mái nhà bao gồm các tấm pin mặt trời, bộ biến đổi (Inverter), và thiết bị đo đếm. Các tấm pin chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện một chiều (DC), sau đó Inverter chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC) để hòa vào lưới điện. Việc tích hợp năng lượng mặt trời vào hệ thống điện giúp giảm chi phí điện và bảo vệ môi trường.

1.1. Cấu trúc hệ thống điện mặt trời mái nhà

Hệ thống năng lượng mặt trời mái nhà gồm ba thành phần chính: tấm pin mặt trời, Inverter, và thiết bị đo đếm. Tấm pin mặt trời chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện DC. Inverter có nhiệm vụ chuyển đổi điện DC thành AC để hòa vào lưới điện. Thiết bị đo đếm giúp theo dõi và quản lý lượng điện năng sản xuất và tiêu thụ. Các tấm pin được lựa chọn dựa trên hiệu suất, dung sai công suất, và khả năng chịu nhiệt.

1.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống

Hệ thống năng lượng mặt trời mái nhà hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển đổi bức xạ mặt trời thành điện năng. Các tấm pin tạo ra điện DC, sau đó Inverter chuyển đổi thành AC để hòa vào lưới điện. Khi điện lưới mất, hệ thống tự động ngắt kết nối để đảm bảo an toàn. Hệ thống cũng có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

II. Ảnh hưởng của năng lượng mặt trời mái nhà đến lưới phân phối

Việc tích hợp năng lượng mặt trời mái nhà vào lưới phân phối mang lại nhiều lợi ích nhưng cũng gây ra một số thách thức. Sự gia tăng nhanh chóng của các hệ thống này có thể ảnh hưởng đến điện áp, tổn thất công suất, và hoạt động của các thiết bị điều khiển trên lưới. Nghiên cứu này tập trung phân tích các tác động này và đề xuất giải pháp điều khiển tối ưu công suất phản kháng để giảm thiểu ảnh hưởng tiêu cực.

2.1. Ảnh hưởng đến điện áp và tổn thất công suất

Sự xâm nhập của năng lượng mặt trời mái nhà vào lưới phân phối có thể gây ra biến động điện áp, đặc biệt là khi công suất phát vượt quá nhu cầu tải. Điều này dẫn đến tăng tổn thất công suất và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Nghiên cứu sử dụng mô hình lưới điện thực tế tại TP. HCM để đánh giá các tham số như trào lưu công suất, điện áp tuyến dây, và tổn hao hệ thống.

2.2. Ảnh hưởng đến thiết bị điều khiển

Các thiết bị điều khiển như bộ điều chỉnh điện áp (VR), tụ bù (SC), và máy biến áp có bộ điều chỉnh điện áp dưới tải (OLTC) có thể bị ảnh hưởng bởi sự biến động công suất từ năng lượng mặt trời mái nhà. Nghiên cứu đề xuất sử dụng thuật toán Moth-Flame Optimization (MFO) để tối ưu hóa công suất phản kháng, giúp ổn định điện áp và giảm tổn thất công suất.

III. Điều khiển tối ưu công suất phản kháng trên lưới phân phối

Điều khiển công suất phản kháng là một yếu tố quan trọng trong việc duy trì ổn định lưới điện. Nghiên cứu này tập trung vào việc sử dụng thuật toán Moth-Flame Optimization (MFO) để tối ưu hóa công suất phản kháng trên lưới phân phối. Thuật toán này giúp giảm thiểu tổn thất công suất và ổn định điện áp, đặc biệt khi có sự tham gia của năng lượng mặt trời mái nhà.

3.1. Thuật toán Moth Flame Optimization MFO

Thuật toán Moth-Flame Optimization (MFO) là một phương pháp tối ưu hóa dựa trên hành vi của loài bướm đêm. Thuật toán này được áp dụng để giải quyết bài toán điều khiển tối ưu công suất phản kháng trên lưới phân phối. MFO giúp tìm ra các giá trị tối ưu cho các biến điều khiển, từ đó giảm thiểu tổn thất công suất và ổn định điện áp.

3.2. Ứng dụng MFO trong điều khiển công suất phản kháng

Nghiên cứu áp dụng thuật toán MFO để giải quyết bài toán Volt-Var Control trên lưới phân phối. Kết quả mô phỏng cho thấy, thuật toán này giúp giảm đáng kể tổn thất công suất và ổn định điện áp, đặc biệt khi có sự tham gia của năng lượng mặt trời mái nhà. Điều này chứng tỏ hiệu quả của MFO trong việc tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện.

Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Ảnh Hưởng Năng Lượng Mặt Trời Mái Nhà Và Điều Khiển Tối Ưu Công Suất Phản Kháng Trên Lưới Phân Phối