Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo trong điều khiển lưới điện thông minh

LÊ KIM ANH
Trường cao đẳng Công nghiệp Tuy Hòa

1. Đặt vấn đề

Thuật ngữ 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], đây là sự nâng cấp và cập nhật từ 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 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 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 ứng dụng mô hình điều khiển nhà máy điện ảo (Virtual Power Plants - VPP) trong điều khiển lưới điện thông minh, đây cũng là một phần trong hệ thống điều khiển lưới điện thông minh.

2. Điều khiển hệ thống lưới điện thông minh dựa trên mô hình nhà máy điện ảo (VPP)

Hệ thống điều khiển lưới điện thông minh theo mô hình nhà máy điện ảo (VPP) bao gồm các thành phần cơ bản, như hình 1. Theo [2], các nguồn phân tán trong lưới điện thông minh như (điện gió, pin mặt trời, pin nhiên liệu, thủy điện nhỏ, khí sinh học…) và các cảm biến thông minh tốc độ cao (PowerManagement Unit – PMU) phân bố trong mạng có thể được sử dụng để chỉ thị chất lượng điện và một số đáp ứng một cách tự động, các cảm biến này có thể đưa ra dạng sóng dòng điện. Từ  những năm 1980, xung nhịp đồng hồ từ hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System – GPS) có thể được sử dụng để đo chính xác thời gian trong lưới, có khả năng quản lý hệ thống điện đáp ứng các điều kiện tác động nhanh.

3. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo trong điều khiển lưới điện minh

3.1. Khả năng ứng dụng lưới điện thông minh tại Việt Nam

Theo [3], 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).

3.2. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo trong điều khiển lưới điện thông minh (Smart Grid)

3.2.1. Công nghệ điều khiển lưới điện thông minh

Cho đến hiện nay, theo [4] chưa có một tác giả hoặc một tổ chức nào khẳng định chắc chắn rằng về các công nghệ sẽ được sử dụng trong tương lai đối với lưới điện thông minh, tuy nhiên chúng ta có thể chỉ ra được các đặc tính chính của lưới điện thông minh bao gồm các thành phần cơ bản như: việc thu thập dữ liệu, phân tích và dự báo, điều khiển giám sát và quản lý, phát triển hệ thống cho phép trao đổi thông tin hai chiều giữa nhà cung cấp điện và khách hàng sử dụng điện.

3.2.2. Lưới điện thông minh điều khiển theo VPP

Điều khiển các nguồn phân tán (DER) và nguồn năng lượng tái tạo (RES) tích hợp vào lưới điện thông minh theo mô hình VPP, như hình 2. Theo [5], 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 không chỉ đơn thuần là các phần cứng và phần mềm.

4. Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab - Simulink

4.1. Xây dựng mô hình trên Matlab - Simulink

Các nguồn phân tán (DER) tích hợp trong lưới điện thông minh và điều khiển theo mô hình nhà máy điện ảo được xây dựng trên Matlab - Simulink như hình 3, sử dụng 3 nguồn phân tán là các  máy phát điện diesel. 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.  

4.2. Kết quả mô phỏng trên Matlab - Simulink

Nhận xét: Qua kết quả mô phỏng ta thấy tại thời điểm t < 0.1s và t > 0.4s hệ thống làm việc không tải. Ở thời điểm [t = 0.1÷0.4s] thực hiện đóng tải, các giá trị dòng điện, điện áp và công suất luôn làm việc ở trạng thái ổn định.

5. Kết luận

Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo (VPP) trong điều khiển lưới điện thông minh đã phát huy được tối đa công suất của các nguồn phân tán tích hợp vào lưới, đồng thời mang lại hiệu quả cao về tính kinh tế so với điều khiển các nguồn độc lâp. Điều khiển lưới điện thông minh theo mô hình 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 nguồn cung cấp , kiểm tra 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 Văn Doanh, Nguyễn Thị Nguyệt, Hệ thống điện thông minh Smart Grid, Tạp chí tự động hóa ngày nay, số 128 (7/2011).

[2] P.Lombardi, M.Powalko, K.Rudion, Optimal operation of a Virtual Power Plant, PES General Meeting (GM) ,26 – 30 (2009).

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

[4] http://www.ats.com.vn

[5] K. El Bakari, W.L. Kling, Smart Grids: combination of ‘Virtual Power Plant’- concept and ‘smart network’- design, IEEE (2010).

NangluongVietnam.vn