Điều khiển các nguồn phân tán trong lưới điện thông minh

LÊ KIM ANH
Trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy Hòa

Đặt vấn đề   

Hệ thống điện thông minh (Smart Grid) đã xuất hiện vào năm 1998 và mô hình bắt đầu được áp dụng từ năm 2005 tại nhiều nước phát triển. Theo [1],[2] đây là sự nâng cấp và cập nhật từ các hệ thống điện hiện có bằng công nghệ đo lường, điều khiển và bảo vệ kỹ thuật số với hệ thống truyền thông hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu về độ tin cậy, an toàn, chất lượng điện, tiết kiệm năng lượng. Hệ thống điện thông minh phải có khả năng tự duy trì hoạt động trước các sự thay đổi bất thường của lưới điện (bao gồm các hệ thống lưới truyền tải siêu cao áp 500 kV, 220 kV, lưới điện địa phương qua đường dây 110 kV và thấp hơn...).

Các kỹ thuật điều khiển cho lưới điện thông minh dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo đã được phát triển và đem lại cho hệ thống điện các tính năng nổi trội. Các ưu điểm chính của hệ thống điện thông minh là: Dễ dàng kết nối và đảm bảo vận hành cho tất cả các nguồn điện với các kích cỡ và công nghệ khác nhau, kể cả các nguồn năng lượng tái tạo (Renewable Energy sources - RES) nói chung và nguồn điện phân tán (Distributed Energy Resources - DER) nói riêng, làm cho toàn bộ hệ thống vận hành hiệu quả hơn; Cho phép các hộ tiệu thụ điện chủ động tham gia vào việc vận hành tối ưu hóa hệ thống, làm cho thị trường điện cạnh tranh và phát triển; Cung cấp cho các hộ dùng điện đầy đủ thông tin và các lựa chọn nguồn cung cấp; Giảm thách thức về môi trường của hệ thống điện một cách đáng kể, nâng cao độ tin cậy, chất lượng và an toàn của hệ thống cung cấp điện; Duy trì và cải tiến các dịch vụ hiện hành một cách hiệu quả.

Bài báo điều khiển các nguồn phân tán (DER) trong lưới điện thông minh dựa theo mô hình nhà máy điện ảo (Virtual Power Plants - VPP), cho phép chúng đạt được quy mô tương đương và mức độ cung cấp điện ổn định như các nhà máy điện truyền thống. Điều khiển các nguồn phân tán theo mô hình VPP, đây cũng là một phần trong hệ thống điều khiển lưới điện thông minh.

Khả năng ứng dụng các DER trong lưới điện thông minh

Khả năng ứng dụng các DER tại Việt Nam

Hiện nay, xu thế tăng nhanh nhu cầu năng lượng trên toàn thế giới cũng như tại Việt Nam. Theo [3],[4], [5] các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt và gây sức ép về ô nhiễm môi trường thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng sạch thay thế. Nguồn năng lượng mới và năng lượng tái tạo có đặc điểm chung là giá thành xây dựng cao, năng lượng sản xuất mang tính bất định lớn nhưng hiệu quả sử dụng cao (nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm chi phí vận hành và ô nhiễm môi trường) nên một số các DER có tiềm năng và khả năng ứng dụng cao như: (1) Thủy điện nhỏ có khả năng ứng dụng rất cao trong hệ thống cung cấp điện nông thôn, khu vực trung du, miền núi phía Bắc và Tây Nguyên. (2) Nhà máy điện gió có tiềm năng lớn trong khu vực nông thôn, miền duyên hải và hải đảo. (3) Nhà máy điện sử dụng năng lượng mặt trời có ưu thế lớn khi sử dụng những modul công suất nhỏ trong khu vực đô thị và khu vực nông thôn xa lưới điện. (4) Điện – nhiệt kết hợp (CHP) có hiệu quả rất cao khi sử dụng cho những khu vực có nhu cầu lớn về nhiệt do đó có khả năng ứng dụng cao trong các khu công nghiệp…

Khả năng ứng dụng lưới điện thông minh (Smart Grid) tại Việt Nam

Theo [6], ngày 08/11/2012, Phó Thủ tướng Hoàng Trung Hải đã ký quyết định số 1670/QĐ-TTg phê duyệt đề án phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam, nhằm nâng cao chất lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện; góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền vững. (Đề án chia làm 3 giai đoạn thực hiện, giai đoạn 1 (2012 - 2016), giai đoạn 2 (2017 - 2022) và giai đoạn 3 sau năm 2022).

Điều khiển các DER trong lưới điện thông minh theo mô hình

Khái niệm và phân loại nhà máy điện ảo (VPP)

Nhà máy điện ảo (VPP) theo [7], là sự kết hợp của các nguồn phân tán có công suất nhỏ như: nhà máy điện gió, điện - nhiệt kết hợp, nhà máy điện mặt trời, các thủy điện nhỏ và nhà máy điện chạy khí sinh học... VPP cho phép chúng đạt được quy mô tương đương và mức độ tin cậy cung cấp điện ổn định như các nhà máy điện truyền thống, đồng thời mang lại hiệu quả cao về tính kinh tế so với điều khiển các nguồn điện độc lập. Hệ thống điều khiển các nguồn phân tán trong lưới điện thông minh dựa theo mô hình nhà máy điện ảo (VPP), bao gồm các thành phần cơ bản, như hình 1. Hiện nay mô hình điều khiển nhà máy điện ảo bao gồm 2 loại: loại VPP thương mại (Commercial, CVPP) và VPP kỹ thuật (Technical, TVPP).

Công nghệ điều khiển các nguồn phân tán trong lưới điện thông minh theo mô hình VPP

Để điều khiển các nguồn năng lượng tái tạo (RES) nói chung và nguồn phân tán (DER) nói riêng, tích hợp chúng vào lưới điện thông minh theo mô hình VPP, như hình 2. Theo [8], các trạm biến áp thông minh, và thiết bị thông minh đã được lắp đặt trong hệ thống điện, ở các cấp điện áp khác nhau như: điện áp trung bình (MV), điện áp thấp (LV). Tuy nhiên chúng ta còn phải nỗ lực hết sức để có thể biến một hệ thống điện truyền thống như hiện nay thành một hệ thống điện thông minh (Smart Grid) thực sự. Bởi vì, hệ thống điều khiển không chỉ đơn thuần là các phần cứng và phần mềm.

Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab - Simulink

Xây dựng mô hình trên Matlab - Simulink

Các nguồn phân tán (DER) tích hợp trong lưới điện thông minh, sử dụng nguồn phân tán là các tuabin hơi (Steam turbine governor - STG). Hệ thống điều khiển trung tâm VPP nhận tín hiệu phản hồi từ các tải, đồng thời đưa tín hiệu điều khiển đến các nguồn phân tán.

Kết quả mô phỏng trên Matlab - Simulink

Kết luận

Điều khiển các nguồn phân tán (DER) trong lưới điện thông minh dựa theo mô hình nhà máy điện ảo cho phép chúng đạt được quy mô tương đương và mức độ tin cậy cung cấp điện như các nhà máy điện truyền thống. Điều khiển VPP nhằm hướng đến phát triển tối ưu hóa vận hành hệ thống điện, thông qua hệ thống cáp quang điện thoại và Internet người tiêu dùng có thể lựa chọn nhiều nguồn cung cấp, kiểm tra được chất lượng điện năng, lượng điện tiêu thụ và hóa đơn tiền điện trực tuyến, thậm chí điều khiển các thiết bị dùng điện từ xa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lê Kim Anh, Võ Như Tiến, Xin Ai, Điều khiển các nguồn phân tán theo mô hình nhà máy điện ảo, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại Học Đà Nẵng, số (3), 2013.

[2] Lê Kim Anh, Đặng Ngọc Huy, Xin Ai ,Hệ thống điều khiển nối lưới cho tuabin gió kết hợp với nguồn pin mặt trời và pin nhiên liệu, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại Học Đà Nẵng, số 10 (71), 2013.

[3] Vũ Văn Thắng, Đặng Quốc Thống, Bạch Quốc Khánh, Nguyễn Bá Việt, Tiềm năng và ứng dụng của nguồn điện phân tán trong qui hoạch hệ thống phân phối điện, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Thái Nguyên, số 86(10), 3 - 7, (2011).

[4] Lê Kim Anh, Điều khiển nối lưới tubin gió kết hợp nguồn pin nhiên liệu, Tạp chí khoa học, Đại học Trà Vinh, số 6 (9), 2013.

[5] Lê Kim Anh, Công nghệ điều khiển nối lưới cho lưới điện siêu nhỏ, http://nangluongvietnam.vn

[6] Quyết định phê duyệt đề án phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam, Số: 1670/QĐ-TTg, (2012).

[7] Lê Kim Anh, Công nghệ điều khiển nhà máy điện ảo, http://nangluongvietnam.vn

[8] Lê Kim Anh, Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo trong điều khiển lưới điện thông minh, Tạp chí Kinh tế - Kỹ thuật, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Bình Dương, số 3(5), 2014.

NangluongVietnam.vn