Luận án TS Tôn Ngọc Triều: Mở rộng DG, ESS trên lưới điện phân phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ TÔN NGỌC TRIỀU MỞ RỘNG NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VÀ BỘ DỰ TRỮ NĂNG LƯỢNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN SKA 0 0 0 0 6 0 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TÔN NGỌC TRIỀU MỞ RỘNG NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN VÀ BỘ DỰ TRỮ NĂNG LƯỢNG TRÊN LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 9520201 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: PGS. TRƯƠNG VIỆT ANH HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS. VŨ PHAN TÚ PHẢN BIỆN 1: PHẢN BIỆN 1: PGS.

NGUYỄN HỮU ĐỨC PHẢN BIỆN 2: TS. NGUYỄN HỮU VINH PHẢN BIỆN 3: TS. TRƯƠNG PHƯỚC HÒA TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 10 NĂM 2023 QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI i LÝ LỊCH KHOA HỌC I.

LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Tôn Ngọc Triều Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1981 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Quảng Ngãi Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 4/23, Đ129-Tây Hòa, P. Phước Long A, Tp. Thủ Đức, Tp. HCM Điện thoại: 0989517318; E-mail: trieutn.vn; tonngoctrieu@gmail.

QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy; Thời gian đào tạo từ: 2000 - 2005 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM Ngành học: Điện khí hóa & Cung cấp điện Tên đồ án: Ứng dụng MATLAB trong giải tích mạng điện Ngày & nơi bảo vệ đồ án: Năm 2004 - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Cao học: Hệ đào tạo: Chính quy; Thời gian đào tạo từ: 2007-2009 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.

HCM Ngành học: Thiết bị mạng & Nhà máy điện Tên đồ án: Nâng cao hiệu suất của máy phát điện gió công suất nhỏ Ngày & nơi bảo vệ LV: Năm 2009 - Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2005 - 2007 Công ty CP Xây dựng – Cơ khí Giao thông Kỹ sư 2007 - 2008 Trường Cao đẳng nghề Tp. HCM Giáo viên 2008 - 2010 Trường Cao đẳng Viễn Đông Phó trưởng khoa Công nghệ 2010 - 8/2023 Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Trưởng khoa Điện – Điện tử 9/2023 đến nay Trường Cao đẳng Công nghệ Thủ Đức Trưởng phòng Quản lý Đào tạo ii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2023 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Tôn Ngọc Triều iii LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất gửi đến thầy PGS. Trương Việt Anh và thầy PGS. Vũ Phan Tú là những người Thầy đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình nghiên cứu để hoàn thành Luận án này. Xin cảm ơn quý Thầy Cô trong khoa Điện – Điện tử của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, những người giảng viên đầy nhiệt huyết, thiện cảm đã truyền đạt những kiến thức chuyên môn, những kinh nghiệm quý báu, đã giảng dạy và hướng dẫn em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.

Và cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến tất cả các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình đã giúp đỡ tôi về tinh thần, vật chất và công sức trong quá trình học tập cũng như để hoàn thành Luận án. Xin trân trọng cảm ơn. Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2023 NCS thực hiện Tôn Ngọc Triều iv TÓM TẮT Luận án phân tích và đề xuất bài toán mở rộng lưới điện phân phối (LĐPP), mở rộng công suất của nguồn điện phân tán (DG) và công suất vận hành của bộ dự trữ năng lượng (ESS) để nâng cao hiệu quả hoạt động của LĐPP. Luận án đề xuất ba bài toán mới và một bài toán áp dụng cho LĐPP Việt Nam, các bài toán như sau: Bài toán 1: Mở rộng LĐPP thông qua xác định vị trí và công suất tối ưu của DG có xét tái cấu hình lưới điện phân phối (DNR).

Luận án đưa ra một bài toán mới để giải quyết vấn đề tối ưu vị trí và công suất của DG thông qua hai giai đoạn. Giai đoạn I - tối ưu lắp đặt DG trong LĐPP kín (giai đoạn thiết kế) và giai đoạn II - tối ưu khóa mở để lưới điện vận hành hở (giai đoạn vận hành). Bài toán đề nghị thực hiện tối ưu lắp đặt DG có xét DNR với hàm mục tiêu là cực tiểu tổn thất công suất của hệ thống. Bài toán đề nghị hai giai đoạn là một dạng bài toán tối ưu mới trong lắp đặt DG có xét DNR bên cạnh các dạng bài toán tối ưu lắp đặt DG có xét DNR khác đã được công bố như bài toán tối ưu đồng thời vị trí, công suất và DNR (bài toán đồng thời) và bài toán tối ưu vị trí trước và sau đó tối ưu công suất và DNR (bài toán VT - CS và DNR).

Bài toán đề nghị với hai giai đoạn tối ưu có ưu điểm là đưa ra lời giải tối ưu toàn cục cho vấn đề lắp đặt DG có xét DNR. Bài toán tối ưu DG thông qua hai giai đoạn cho thấy số biến giảm cho mỗi giai đoạn của thuật toán tối ưu bằng cách chia ra từng giai đoạn. Bài toán đề nghị cũng cho thấy sự phù hợp của vấn đề lắp đặt DG trong dài hạn (giai đoạn thiết kế) được ưu tiên trước và vấn đề DNR là ngắn hạn (giai đoạn vận hành) được thực hiện sau. LĐPP 33 nút và LĐPP 69 nút được kiểm tra và cho thấy tính hiệu quả của bài toán đề nghị.

Bài toán đề nghị sử dụng thuật toán Runner Root Algorithm (RRA) thực hiện và so sánh với thuật toán Coyote Algorithm (COA) và Genetic Algorithm (GA). Về thuật toán, kết quả cho thấy các thuật toán RRA, COA và GA là các thuật toán hiệu quả để tối ưu lắp đặt DG cho LĐPP có xét DNR. Ngoài ra, bài toán đề nghị cũng được so sánh với các bài toán đồng thời và bài toán VT-CS và DNR với các thuật toán khác nhau cũng cho thấy hiệu quả của bài toán tách ra hai giai đoạn. Các kết quả mô phỏng của bài toán đề nghị cho thấy tổn thất công suất toàn hệ thống tương tự với bài toán đồng thời và tốt hơn so với bài toán VT- CS và DNR.

Bài toán đề nghị tối ưu lắp đặt DG có xét DNR thông qua hai giai đoạn đã được nghiên cứu, thực hiện và công bố trong công trình số [1], [5] và [7]. v Bài toán 2: Xác định cấu hình LĐPP khi mở rộng công suất của pin quang điện (PV). Luận án đề nghị thuật toán trao đổi nhánh với công suất nhánh trung bình (CSNTB) cải tiến nhằm xác định cấu hình vận hành LĐPP khi PV được mở rộng công suất với mục tiêu cực tiểu tổn thất năng lượng. Ưu điểm của bài toán đề nghị là đơn giản, dễ thực hiện và chính xác trong việc xác định cấu hình của LĐPP khi PV được mở rộng công suất.

LĐPP 18 nút và LĐPP 33 nút được áp dụng thử nghiệm đã cho thấy phương pháp đề nghị là đơn giản, nhanh chóng xác định được cấu hình lưới điện và có độ chính xác cao khi so sánh với bài toán xác định cấu hình lưới điện theo phương pháp sử dụng công suất nhánh trung bình (CSNTB) và phương pháp sử dụng đồ thị phụ tải bằng các thuật toán tối ưu. Bài toán đề nghị đã được nghiên cứu, thực hiện và công bố ở công trình số [2] và [10]. Bài toán 3: Áp dụng mở rộng LĐPP Chư Prông – Gia Lai của Việt Nam. LĐPP Chư Prông được áp dụng để mở rộng thông qua lắp đặt DG nhằm tối đa công suất thâm nhập và cực tiểu tổn thất công suất của hệ thống.

Bài toán đề xuất ba giai đoạn lắp đặt DG tương ứng với ba vị trí và công suất khả thi cho phép lắp đặt vào LĐPP Chư Prông. Thuật toán Runner Root Algorithm (RRA) và Coyote Algorithm (COA) được sử dụng hiệu quả cho bài toán 1 và tiếp tục được áp dụng để thử nghiệm cho vấn đề lắp đặt ba DG cho LĐPP Chư Prông không xét tái cấu hình. Từ kết quả ba DG đã được tối ưu, luận án đề xuất một kế hoạch lắp đặt mở rộng DG trên LĐPP Chư Prông qua ba giai đoạn nhằm phù hợp với vấn đề đầu tư và lắp đặt DG trong một thời gian dài. Bài toán đề nghị đã được nghiên cứu, thực hiện và công bố trong công trình số [3], [8] và [9].

Bài toán 4: Mở rộng LĐPP thông qua lắp đặt pin dự trữ năng lượng (BESS) để giảm chi phí mua điện. Luận án đề xuất bài toán xác định vị trí và dung lượng của BESS trên LĐPP nhằm giảm chi phí mua năng lượng cũng như giảm chi phí tổn thất năng lượng. Bài toán đề nghị với điểm mới là đưa ra hàm mục tiêu cực tiểu chi phí mua năng lượng và thuật toán CSA được áp dụng lần đầu tiên cho bài toán tối ưu vị trí và dung lượng của BESS. Việc tối ưu lắp đặt BESS vào hệ thống không những giảm chi phí mua điện năng mà còn giảm tổn thất năng lượng và khai thác hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo (RES).

LĐPP 18 nút và LĐPP 33 nút có PV được thử nghiệm cho bài toán tối ưu lắp đặt BESS đã cho thấy tính hiệu quả của BESS khi vi tham gia vào LĐPP. Bài toán đề nghị tối ưu lắp đặt BESS trên LĐPP đã được nghiên cứu, thực hiện và công bố trong công trình số [4] và công trình số [6]. Các bài toán trong luận án đề nghị mở rộng LĐPP thông qua lắp đặt và mở rộng công suất của DG và BESS nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của LĐPP. Đối với DG đã cho thấy giảm tổn thất công suất của hệ thống và đối với BESS cho thấy giảm chi phí mua điện năng rõ rệt.

vii ABSTRACT The thesis analyzes and proposes the problem of expanding the Distribution Network (DN), expanding the capacity of the Distributed Generation (DG) and the operating capacity of the Energy Storage System (ESS) to improve the efficiency of the distribution network. The thesis proposes three new problems and one applied to the distribution network of Vietnam, the problems are as follows: The first point: Expanding the distribution network by determining the optimal location and capacity of the DG with consideration of the Distribution Network Reconfiguration (DNR): The thesis presents a new problem to optimize the position and capacity of the DG through two stages.