Luận án: Nghiên cứu điều khiển, vận hành tối ưu hệ thống điện có nguồn gió, mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Đặng Thành Trung NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN, VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ SỰ THAM GIA CỦA CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ, NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Đặng Thành Trung NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN, VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ SỰ THAM GIA CỦA CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ, NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Mã số: 952 02 16 Xác nhận của Học viện Người hướng dẫn 1 Người hướng dẫn 2 Khoa học và Công nghệ (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu trong luận án này là công trình nghiên cứu của tôi dựa trên những tài liệu, số liệu do chính tôi tự tìm hiểu và nghiên cứu. Chính vì vậy, các kết quả nghiên cứu đảm bảo trung thực và khách quan nhất. Đồng thời, kết quả này chưa từng xuất hiện trong bất cứ một nghiên cứu nào. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực, nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

Tác giả luận án NCS ĐẶNG THÀNH TRUNG LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn và lòng kính trọng đối với hai người thầy hướng dẫn: PGS. TS Thái Quang Vinh và TSKH Trần Kỳ Phúc bởi những chỉ dẫn quý báu về định hướng nghiên cứu và phương pháp luận để luận án này được hoàn thành. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Công nghệ thông tin, Ban lãnh đạo Học viện Khoa học và Công nghệ, Ban lãnh đạo Viện Hàn lâm và Khoa học Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện về cơ sở vật chất và thời gian để tác giả hoàn thành luận án. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các nhà khoa học, các đồng nghiệp đã phản biện, đóng góp các ý kiến lý luận để xây dựng và trao đổi về các vấn đề lý thuyết cũng như thực tiễn cho luận án được hoàn thiện.

Cuối cùng tác giả xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình đã luôn chia sẻ, gánh đỡ những khó khăn và là nguồn cổ vũ, động viên tinh thần không thể thiếu đối với tác giả trong suốt quá trình thực hiện luận án này. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ KÝ VIẾT TẮT. 7 DANH MỤC BẢNG. 10 DANH MỤC HÌNH VẼ.

Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu, phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Cấu trúc luận án.

3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN VẬN HÀNH TỐI ƯU HỆ THỐNG ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ SỰ THAM GIA CỦA NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ, NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .1 Đặc điểm của hệ thống điện và bài toán điều khiển vận hành tối ưu hệ thống điện. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về điều khiển, vận hành tối ưu hệ thống điện có sự tham gia của nguồn năng lượng gió, năng lượng mặt trời. Các nghiên cứu trong nước. Nghiên cứu nước ngoài về điều khiển, vận hành tối ưu hệ thống điện có sự tham gia của nguồn năng lượng gió, năng lượng mặt trời.

Nhận định về tình hình nghiên cứu liên quan đến đề tài và đề xuất mục tiêu nghiên cứu của luận án. Kết luận chương 1. 20 CHƯƠNG 2: TÍNH TỔNG CÔNG SUẤT LỚN NHẤT CỦA NGUỒN ĐIỆN GIÓ, ĐIỆN MẶT TRỜI PHÁT LÊN LƯỚI ĐIỆN. Nghiên cứu về các thuật toán cực trị có ràng buộc.

Thuật toán di truyền (GA). Thuật toán bầy đàn (PSO). Tính tổng công suất lớn nhất của nguồn điện gió, điện mặt trời phát lên 1 pha lưới điện hạ áp. Tính toán gần đúng cho 1 pha lưới điện hạ áp.

Sử dụng thuật toán di truyền để tính tổng công suất phát lớn nhất của nguồn điện gió, điện mặt trời phát lên 1 pha lưới điện hạ áp. Tính toán thử nghiệm cho 1 pha lưới điện hạ áp. Tính tổng công suất lớn nhất của nguồn điện gió, điện mặt trời phát lên lưới điện 3 pha khi xét đến điều khiển tối ưu hệ thống điện và hệ số có lợi vị trí. Tính trào lưu công suất tối ưu.

Tính tổng công suất lớn nhất của nguồn điện gió, điện mặt trời phát lên lưới khi xét đến điều khiển công suất tối ưu của các nguồn điện truyền thống trong lưới điện 3 pha. Tính tổng công suất lớn nhất của nguồn điện gió, điện mặt trời phát lên lưới điện khi xét đến tiềm năng và lợi thế lắp đặt. Tính toán thử nghiệm cho lưới điện 3 pha. Kết luận chương 2.

78 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU PHỤ TẢI ĐIỆN. Sử dụng mạng nơ ron nhân tạo cho bài toán dự báo. Nghiên cứu về mạng nơ ron nhân tạo sử dụng cho dự báo. Sử dụng mạng nơ ron truyền thẳng nhiều lớp và thuật toán Levenberg- Marquardt để đào tạo mạng nơ ron truyền thẳng.

Dự báo công suất phát của giàn pin mặt trời, tua bin gió. Dự báo công suất tiêu thụ của phụ tải điện, giá điện. Điều khiển tối ưu phụ tải điện. Xây dựng mô hình điều khiển tối ưu phụ tải điện.

Xây dựng bài toán điều khiển tối ưu. Sử dụng thuật toán di truyền điều khiển tối ưu phụ tải điện. Tích hợp sạc xe điện và giàn pin mặt trời nối lưới để cung cấp điện cho phụ tải. Đề xuất sơ đồ nguyên lý và điều kiện cấp điện cho phụ tải.

Đánh giá hiệu quả của mô hình tích hợp trạm sạc xe điện và giàn pin mặt trời nối lưới. Điều khiển phân bố nguồn cấp cho sạc xe điện. Tính toán cho lưới điện. Áp dụng cho bài toán dự báo.

Điều khiển tối ưu phụ tải điện. Tích hợp sạc xe điện và giàn pin mặt trời nối lưới để cung cấp điện cho phụ tải. Kết luận chương 3. 125 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

Đánh giá kết quả nghiên cứu. Hướng phát triển của nghiên cứu. 127 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN. 127 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.

129 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 138 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ KÝ VIẾT TẮT 𝑃 Công suất tác dụng của nguồn điện thứ i. 𝑄 Công suất phản kháng của nguồn điện thứ i. Hệ số bậc 2, bậc 1, bậc 0 khi tính giá phát điện theo công suất tác dụng 𝑐 ,𝑏 ,𝑎 của các nguồn điện.

Plk Công suất tác dụng chạy trên nhánh l-k. Qlk Công suất phản kháng chạy trên nhánh l-k. Vk Biên độ điện áp tại nút k trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. k Góc pha của điện áp tại nút k.

Điện áp cho phép lớn nhất và nhỏ nhất tại nút i trong hệ đơn vị tương 𝑉 ,𝑉 đối cơ bản. 𝑉 Điện áp đặt tại nút i gkm Điện dẫn của đường dây k-m trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. bkm Dung dẫn của đường dây k-m trong hệ đơn vị tương đối cơ bản. I km , I km max Dòng điện và dòng điện cho phép lớn nhất chạy từ k-m Ybus, Yf, Yt Tổng dẫn nút Ibus, If, It Dòng điện nhánh Cg, Cf, Ct Ma trận kết nối nhánh h(x) Các đẳng thức ràng buộc g(x) Các bất đẳng thức ràng buộc fX , F(X) Đạo hàm bậc 1 của hàm f theo biến X fXX Đạo hàm bậc 2 của hàm f theo biến X L Hàm Lagrangian 𝐿 ,𝐿 Đạo hàm bậc 1 và bậc 2 của hàm Lagrangian theo biến X HX; HXX; Đạo hàm bậc 1 và bậc 2 của hàm H(X), G(X) theo biến X GX; GXX e Ma trận đơn vị 𝛼 ;𝛼 Hệ số bước nhảy 𝜉 Hằng số tỷ lệ khi tính hệ số bước nhảy ,  Nhân tử Lagrangian.

 Hệ số tỷ lệ cho giá trị của hàm tham số nhiễu.  Tham số cho bất đẳng thức, có giá trị xấp xỉ 0. Z Ma trận bù cho bất đẳng thức để trở thành đẳng thức. Công suất truyền tải và công suất truyền tải lớn nhất trên đường dây Skm , Skm max từ k-m.

Công suất phátlớn nhất của nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng Pmax PV WT gió. UC Phụ tải không điều khiển được. C Phụ tải điều khiển được. PV Nguồn điện là giàn pin mặt trời nối với lưới điện.

WT Nguồn điện là tua bin gió nối với lưới điện. 𝛼 Hệ số có lợi tại vị trí đặt nguồn i X Véc tơ đầu vào mạng nơ ron. W Véc tơ trọng số. p Số lượng cặp mẫu (X,O) sử dụng cho đào tạo.

t Số lượng đầu ra của mạng. Giá trị đầu ra thứ j tương ứng của mạng ứng với cặp mẫu thứ m trong dj,m tập số liệu mẫu. Giá trị đầu ra thứ j của mạng khi tính toán với các giá trị đầu vào ứng oj,m với cặp mẫu thứ m trong tập số liệu mẫu và trọng số của mạng. wk+1, wk Giá trị trọng số trước và sau khi cập nhật.

Ma trận Jacobian là đạo hàm của hàm mục tiêu E theo các giá trị trọng J số của mạng. I Ma trận đơn vị.  Hệ số kết hợp, luôn dương. Sai lệch của quá trình lan truyền ngược của các nơ ron khác nằm trong  j ,k cùng lớp đó.

 j, j Sai lệch của quá trình lan truyền ngược qua nơ ron j. k Chỉ số của các nơ-ron trong lớp thứ nhất, từ 1 đến s. Công suất phức toàn phần và tổn thất công suất phức toàn phần trên S ; S đường dây. Công suất phức của tải (không điều khiển được- LUC và điều khiển S LUC ; S LC được LC).

S PV Công suất phức phát của giàn pin mặt trời. S WT Công suất phức phát của tua bin gió. Z, R, X Tổng trở, Điện trở, Điện kháng của đường dây. r0, x0 Điện trở và điện kháng đơn vị của đường dây.

l Chiều dài đường dây. U, Umax, Điện áp, Điện áp lớn nhất, Điện áp nhỏ nhất của nút, Tổn thất điện áp Umin, ΔU trên đường dây. I, Imax Cường độ dòng điện, Cường độ dòng điện lớn nhất trên đường dây. P, Q Công suất tác dụng, Công suất phản kháng.

PRGR(t) Giá mua điện từ lưới tại điểm t trong nửa giờ. PRPV(t) Giá bán điện từ giàn pin mặt trời lên lưới tại điểm t trong nửa giờ.