intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Giám sát, điều khiển tập trung các hệ thống điện mặt trời mái nhà tại Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

19
lượt xem
5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Giám sát, điều khiển tập trung các hệ thống điện mặt trời mái nhà tại Việt Nam nghiên cứu, xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển tập trung các công trình ĐMTMN, giúp ngành điện cũng như khách hàng có thể quản lý, giám sát và vận hành từ xa các công trình ĐMTMN một cách hiệu quả và an toàn chính là mục tiêu cấp thiết mà EVNCPC đã đặt ra cho đội ngũ nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ của đơn vị.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Giám sát, điều khiển tập trung các hệ thống điện mặt trời mái nhà tại Việt Nam

  1. CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA GIÁM SÁT, ĐIỀU KHIỂN TẬP TRUNG CÁC HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ TẠI VIỆT NAM CENTRALIZED MONITORING AND CONTROL OF ROOFTOP SOLAR POWER SYSTEMS IN VIETNAM 1 2 Thái Thành Nam , Nguyễn Văn Lục 1 Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung, 0963232585, namtt@cpc.vn 2 Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung, 0968445445, lucnv@cpc.vn Tóm tắt: Những tác động tích cực từ các chính sách khuyến khích phát triển nguồn điện năng lượng mặt trời của Chính phủ Việt Nam từ năm 2017 đến năm 2020 đã huy động nguồn lực lớn tư nhân tham gia vào việc phát triển các hệ thống điện mặt trời mái nhà. Đến nay, trên cả nước đã có tổng cộng hơn 100 ngàn hệ thống được lắp đặt với tổng công suất đấu nối hoà lưới đạt 9.580 MWp. Tuy nhiên, các nguồn điện mặt trời mái nhà có đặc điểm là nguồn điện phân tán, nhỏ lẻ, chỉ phát điện vào ban ngày, công suất phát phụ thuộc thời tiết, tính ổn định nguồn phát không cao và tại Việt Nam hiện cũng chưa phát triển hệ thống lưu trữ. Việc kiểm soát và điều độ huy động/cắt giảm nguồn điện mặt trời mái nhà hiện đang được thực hiện thủ công. Đây là một khó khăn lớn mà ngành điện đang phải đối mặt. Hệ thống giám sát, điều khiển điện mặt trời mái nhà do EVNCPC EMEC chủ trì nghiên cứu, xây dựng là giải pháp tổng thể đầu tiên giám sát tập trung cho tất cả các chủng loại inverter hiện có trên lưới điện, đồng thời cho phép điều khiển từ xa công suất phát của từng inverter/công trình hoặc hàng loạt các công trình theo khu vực. Hệ thống đã được triển khai thực nghiệm tại 8 công trình tại Đà Nẵng và Quảng Nam trên các chủng loại inverter của các nhà sản xuất khác nhau và cho kết quả đáp ứng các yêu cầu, mục tiêu nghiên cứu đã đề ra. Từ khoá: Điện mặt trời mái nhà; Giám sát, điều khiển từ xa; Biến tần; EVNCPC. Abstract: The positive effects of the Government's policies to encourage the development of solar power from 2017 to 2020 have mobilized large private resources to participate in the development of rooftop solar power systems. To date, a total of more than 100,000 systems have been installed across the country with a total capacity of 9,580 MWp connected to the grid. However, rooftop solar power sources are characterized by scattered and small power sources, generating electricity only during the day, generating capacity depends on weather, the stability of the source is not high, and in Vietnam, the energy storage system has not been developed. The control and moderation of mobilization/cutting of rooftop solar power is currently done manually. This is a big difficulty that the electricity industry is facing. The rooftop solar power control and monitoring system researched and built by EVNCPC EMEC is the first total solution for centralized monitoring for all existing inverter types haved connected to the grid, and at the same time, it allows remote control of the generating capacity of each inverter/building or a series of works by 103
  2. KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 area. The system has been experimentally deployed at 8 projects in Da Nang city and Quang Nam province on different inverter types and has met the research’s requirements and objectives. Keywords: Rooftop solar; Remote control and monitoring system; Inverter; EVNCPC. CHỮ VIẾT TẮT CĐT Chủ đầu tư CPCEMEC Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung ĐMT Điện mặt trời ĐMTMN Điện mặt trời mái nhà HES Head End System MTCN Máy tính công nghiệp NLMT Năng lượng mặt trời SEMS Solar Energy Management System PV Photovoltaics 1. GIỚI THIỆU Các chính sách của Chính phủ về khuyến khích phát triển nguồn điện năng lượng mặt trời theo quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 và quyết định số 13/2020/QĐ- TTg ngày 06/4/2020 đã tạo điều kiện cho sự phát triển mạnh mẽ các dự án ĐMTMN trong thời gian qua. Theo số liệu từ website https://solar.evn.com.vn, tính đến ngày 18/05/2021, tổng số dự án điện mặt trời được lắp đặt và đấu nối hòa lưới điện quốc gia trên cả nước đã đạt 104.282 dự án với tổng công suất lắp đặt khoảng 9.580 MWp, tương ứng tổng sản lượng điện năng phát lên lưới điện khoảng 3.574.065 MWh. Bộ Công thương đã có một số quy định về tiêu chuẩn kỹ thuật hòa lưới để đảm bảo vận hành an toàn các nguồn điện mặt trời mái nhà như Thông tư số 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015, Thông tư số 30/2019/TT-BCT ngày 18/11/2019. Đồng thời, EVN cũng đã có văn bản số 5945/EVN-KTSX ngày 29/9/2021 hướng dẫn về các yêu cầu kỹ thuật đối với thiết bị biến tần (inverter) ĐMTMN. Tuy nhiên, với các đặc điểm là nguồn điện phân tán, nhỏ lẻ, chỉ phát điện vào ban ngày, công suất phát phụ thuộc thời tiết, tính ổn định nguồn phát không cao và hiện tại Việt Nam cũng chưa phát triển hệ thống lưu trữ, sự phát triển nhanh chóng các nguồn ĐMTMN đã đặt ngành điện vào hàng loạt các khó khăn trong việc quản lý, vận hành và khai thác. Một số khó khăn có thể nhận thấy rõ như sau: 104
  3. CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA  Công suất phát ĐMT phụ thuộc vào thời tiết khiến sản lượng điện biến thiên liên tục, gây khó khăn cho công tác điều độ.  Thiết bị inverter đa dạng, nhiều chủng loại, dẫn đến khó quản lý về mặt kỹ thuật và vận hành.  Cần nhiều thời gian và chi phí để phát triển lưới điện thông minh, đặc biệt là lưới điện thông minh dành cho năng lượng tái tạo.  Việc huy động công suất hiện đang thực hiện thủ công, các công nhân điện lực tốn thời gian đi đến từng vị trí để phối hợp khách hàng thực thi kế hoạch huy động công suất phát hệ thống ĐMT bằng cách đóng/ngắt hoạt động các inverter của khách hàng. Việc thực hiện đóng/ngắt thường xuyên các inverter về lâu dài cũng sẽ làm giảm tuổi thọ và ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của thiết bị.  Không có công cụ để theo dõi, giám sát quá trình tuân thủ kế hoạch huy động công suất của khách hàng, dễ gây mất công bằng giữa các chủ đầu tư ĐMT.  Thách thức phải đảm bảo an ninh năng lượng, tránh các cuộc tấn công từ bên ngoài.  Thách thức phải tối ưu hóa việc điều phối lưới tự động theo giờ thay vì tính toán theo ngày. Đứng trước những tồn tại, khó khăn nêu trên, ngành điện cần thiết phải có một giải pháp đồng bộ hỗ trợ công tác quản lý, kiểm soát và điều khiển huy động công suất các công trình điện mặt trời mái nhà kịp thời theo kế hoạch của điều độ. Việc nghiên cứu, xây dựng hệ thống giám sát, điều khiển tập trung các công trình ĐMTMN, giúp ngành điện cũng như khách hàng có thể quản lý, giám sát và vận hành từ xa các công trình ĐMTMN một cách hiệu quả và an toàn chính là mục tiêu cấp thiết mà EVNCPC đã đặt ra cho đội ngũ nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ của đơn vị. Hệ thống được đặt tên tiếng Anh là “Solar Energy Management System”, viết tắt SEMS, có các chức năng chính như sau: Giám sát, cảnh báo:  Giám sát, theo dõi trạng thái hoạt động toàn bộ thiết bị inverter các hệ thống ĐMTMN đấu nối lưới.  Giám sát tỉ lệ khả dụng của từng xuất tuyến. 105
  4. KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022  Giám sát, theo dõi công suất/sản lượng ĐMT tạo ra/phát ngược và phụ tải tiêu thụ từng công trình ĐMT/theo xuất tuyến/khu vực/tỉnh/miền → Dễ dàng Lập kế hoạch, phân bổ công suất huy động theo khu vực/thời điểm.  Phát hiện và cảnh báo sự đột biến công suất phát của ĐMT để tìm ra các công trình CĐT tự ý bổ sung công suất ĐMT mà chưa qua thoả thuận.  Phát hiện và cảnh báo sự đột biến sóng hài của các công trình ĐMT nằm ngoài dải cho phép theo quy định, gây ảnh hưởng đến lưới điện. Điều khiển:  Điều khiển huy động công suất ĐMT theo kế hoạch/lệnh điều độ/ hoặc tự động theo kịch bản thiết lập sẵn.  Phát hiện và điều khiển sa thải công trình ĐMT có khả năng gây ảnh hưởng đến an toàn lưới điện.  Điều chỉnh bù công suất phản kháng.  Điều chỉnh tần số ngưỡng trên/dưới. Thống kê, báo cáo:  Số lượng, hiệu suất, công suất, sản lượng ĐMT theo thời điểm/ngày/tuần /tháng/năm hoặc khi có yêu cầu theo tỉnh/khu vực/vùng.  Kết quả thực hiện huy động công suất ĐMT theo kế hoạch/lệnh điều độ.  Số lượng/chủng loại/model thiết bị ĐMT trong khu vực quản lý (PV module và inverter). Tương tác khách hàng:  Công cụ tương tác Khách hàng – Điện lực: thống nhất lệnh điều độ huy động công suất trước khi thực thi.  Ứng dụng sử dụng trên điện thoại thông minh nhằm hỗ trợ khách hàng chủ động giám sát công trình và triển khai thực thi lệnh điều độ. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: thu thập và nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước liên quan các thuật toán phân tích, xử lý, ước đoán dữ liệu, ... phục vụ công tác phân loại thiết bị inverter, giám sát an toàn, lập lịch hoạt động, ra quyết định đóng/cắt thiết bị; các tiêu chuẩn quốc tế về giao tiếp truyền thông, giao thức bắt tay, an toàn và 106
  5. CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA bảo mật, ... liên quan đến thiết bị inverter. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: nghiên cứu, ứng dụng, trải nghiệm các thiết bị giám sát và điều khiển inverter, các hệ thống quản lý điện mặt trời của các nhà sản xuất lớn, phổ biến trên thế giới; xây dựng phần mềm ứng dụng và giao diện người dùng. Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm tại một số các công trình ĐMTMN với đa dạng các chủng loại inverter để kiểm chứng, xem xét ứng dụng phù hợp với hạ tầng công nghệ thông tin phục vụ công tác sản xuất kinh doanh của ngành điện, đồng thời theo dõi, đánh giá hiệu quả vận hành, hiệu chỉnh và hoàn thiện hệ thống. Trên cơ sở phương pháp nghiên cứu nêu trên, nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành xây dựng mô hình hệ thống SEMS (Solar Energy Management System) nhằm đáp ứng các mục tiêu đã đề ra như sau: Hình 1: Mô hình thiết kế hệ thống SEMS Trong đó, SEMS sẽ giám sát toàn bộ các công trình ĐMTMN đang đấu nối trên lưới và có kết nối giám sát về SEMS. Điện lực/Chủ đầu tư công trình ĐMTMN có thể căn cứ vào kế hoạch huy động công suất của điều độ, thông tin về công suất và sản lượng từ hệ thống điện mặt trời sinh ra để chủ động thực hiện kế hoạch điều khiển huy động công suất ĐMT một cách chính xác, hiệu quả, và an toàn. Phần mềm hệ thống SEMS khai thác dữ liệu trên HES server để giám sát và điều khiển 107
  6. KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 công suất của toàn bộ hệ thống, có thể liên kết với các hệ thống dự báo ĐMT sẵn có để hỗ trợ các Điện lực theo dõi, phân tích và đưa ra kịch bản huy động ĐMT, giúp cân bằng phụ tải và tránh áp lực lên lưới điện quốc gia. Ngoài ra, nhóm đề tài còn phát triển ứng dụng SEMS chạy trên điện thoại thông minh sử dụng hệ điều hành Android và IOS để hỗ trợ khách hàng chủ động giám sát công trình và triển khai thực thi lệnh điều độ. SEMS gồm 05 module chính sau: a) Module giám sát tình trạng hoạt động lưới điện và các công trình ĐMT (thông tin tổng quan): Giám sát tình trạng/thông số chính của lưới điện/hệ thống ĐMT: vị trí các công trình ĐMT trên bản đồ; Thông số/biểu đồ của ĐMT sản xuất, ĐMT phát ngược, cảnh báo hệ thống, tổng hợp báo cáo kế hoạch huy động công suất từ điều độ. b) Module báo cáo đánh giá các công trình ĐMT: dựa vào thông số dòng/áp/công suất phát và tỉ lệ sóng hài sinh ra của từng hệ thống ĐMT để đưa ra báo cáo đánh giá, cảnh báo về tình trạng/mức độ hoạt động cho từng thiết bị, tự động sa thải hệ thống ĐMT theo kịch bản kế hoạch khi không đảm bảo an toàn cho hệ thống điện. c) Module báo cáo đánh giá chi tiết các thiết bị Inverter: báo cáo đánh giá các thông số chính của các thiết bị Inverter: thông số/biểu đồ công suất hiện tại, công suất đỉnh, sản lượng, hiệu suất hệ thống theo ngày, tuần, tháng năm; thời gian đấu nối lưới. d) Module quản lý thông tin thiết bị công trình (PV Module và Inverter):  Theo dõi quản lý thông tin chi tiết các thiết bị công trình: tên, chủng loại, model, serial number, nhà sản xuất, xuất xứ, số lượng, trạng thái (online/offline/lỗi).  Thông số lưới điện lấy từ các Inverter: grid code, điện áp, tần số. e) Module điều khiển từ xa các công trình ĐMT:  Điều khiển công suất hoạt động của Inverter/hệ thống (%).  Điều chỉnh bù công suất phản kháng.  Điều khiển tắt/bật Inverter. 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Về phần cứng Nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành xây dựng nên hệ thống giám sát, điều khiển các công trình ĐMTMN – SEMS với mô hình như sau: 108
  7. CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Hình 2: Mô hình hệ thống SEMS  Thu thập số liệu tại các công trình: do tính đa dạng về chủng loại Inverter và khả năng hỗ trợ các phương thức kết nối tại các công trình, nên hệ thống SEMS sẽ triển khai nhiều phương án sao cho vừa đảm bảo tính đầy đủ dữ liệu, ổn định hệ thống, thuận tiện lắp đặt và chi phí triển khai là thấp nhất. Các phương án triển khai như sau: - Kết nối thông qua modem RMR Turbojet: các Inverter kết nối với nhau qua cổng giao tiếp RS485. Modem RMR Turbojet hoạt động ở chế độ nhận và truyền dữ liệu giữa server, công tơ đo sóng hài và các Inverter. Sau khi modem tham gia mạng 3G/4G, thực hiện bắt tay kết nối với hệ thống server để tạo ra một kênh truyền dữ liệu (TCP/IP) giữa Inverter, công tơ và server đọc dữ liệu. Hình 3: Sơ đồ kết nối thông qua modem RMR Turbojet - Kết nối thông qua Smart modem/Máy tính công nghiệp (MTCN): các Inverter kết nối với nhau thông qua cổng giao tiếp RS485 hoặc TCP/IP. Smart modem/MTCN trao đổi 109
  8. KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 dữ liệu với các Inverter, công tơ đo sóng hài thông qua Modbus TCP hoặc modbus RTU. Đồng thời Smart modem/MTCN sẽ truyền dữ liệu hoặc nhận lệnh điều khiển từ server thông qua MQTT. Hình 4: Sơ đồ kết nối thông qua Smart modem/MTCN - Kết nối thông qua mạng LAN/WLAN: Các Inverter trong mạng LAN/WLAN sẽ được cấp một IP/PORT cố định tương ứng với Inverter đó. Chương trình HES sẽ trao đổi dữ liệu với các Inverter thông qua modbus TCP. Hình 5: Sơ đồ kết nối thông qua mạng LAN/WLAN Server HES: là trung tâm của hệ thống, bao gồm 2 module chính:  Module quản lý truyền thông và thu thập số liệu, đây được xem là cầu nối giữa người dùng với thiết bị. Module có các chức năng chính sau: Quản lý kết nối thiết bị Thu thập số liệu của các Inverter liên tục 110
  9. CHUYỂN ĐỔI SỐ VÀ NÂNG CAO HIỆU QUẢ HỆ THỐNG ĐIỆN QUỐC GIA Đẩy số liệu thu thập được lên hệ thống realtime Tự động thu thập số liệu theo chu kỳ đọc Xử lý lệnh yêu cầu từ người dùng Gửi file kết quả đọc đến chương trình phân tích số liệu  Module phân tích số liệu đưa vào hệ thống lưu trữ với các chức năng chính như: Tiếp nhận file kết quả đọc Phân tích file kết quả theo từng chủng loại Inverter Đẩy kết quả phân tích được lên cơ sở dữ liệu để lưu trữ. Về phần mềm: hệ thống có những ưu điểm mới mẻ sau:  Xây dựng phần mềm hệ thống SEMS trên HES server và Database server, dựa trên nền tảng chuẩn giao thức Modbus RTU/ Modbus TCP.  Hoạt động ổn định, chính xác, tin cậy, có khả năng kết nối đa dạng với các phần mềm khác, các chủng loại inverter trên thị trường.  Giám sát và điều khiển realtime với tất cả các phương án kênh truyền vật lý khác nhau.  Giao diện trên PC và trên điện thoại thông minh (hệ điều hành IOS và Android, được thiết kế tối ưu, trực quan, thao tác đơn giản, hỗ trợ tối đa người dùng, có hỗ trợ tiếng Việt.  Hoàn toàn khả thi khi áp dụng nhân rộng. Về tính mới  Là giải pháp tổng thể đầu tiên giám sát tập trung cho tất cả các chủng loại Inverter hiện có trên lưới điện.  Cho phép cấu hình từ xa các thông số về công suất phát/điện áp/tần số hoạt động của Inverter.  Giúp phát hiện và cảnh báo sự đột biến công suất phát của ĐMT để tìm ra các công trình CĐT tự ý bổ sung công suất ĐMT mà chưa qua thoả thuận với EVN.  Giúp phát hiện và cảnh báo sự đột biến sóng hài của các công trình ĐMT nằm ngoài dải cho phép theo quy định, gây ảnh hưởng đến lưới điện.  Giúp các Điện lực kiểm soát từ xa các công trình ĐMT, dễ dàng phân bổ, điều khiển tiết giảm/khôi phục công suất ĐMT và tổng hợp báo cáo theo thời gian 111
  10. KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC NĂM 2022 từng công trình/khu vực/xuất tuyến.  Lưu trữ tập trung toàn bộ dữ liệu các công trình ĐMT thuộc khu vực quản lý. Về tính sáng tạo  Theo dõi thời gian thực và đồng bộ các công trình ĐMT theo từng khu vực/xuất tuyến.  Điều khiển huy động/cắt giảm công suất ĐMT theo kế hoạch/lệnh điều độ/hoặc tự động theo kịch bản thiết lập sẵn cho từng inverter/công trình ĐMT hoặc cho hàng loạt công trình ĐMT theo khu vực/xuất tuyến.  Phát hiện và điều khiển sa thải công trình ĐMT có khả năng gây ảnh hưởng đến an toàn lưới điện.  Công cụ giúp CĐT dự báo công suất phát điện của dự án, là cơ sở dự báo sản lượng phát để đưa ra quyết định phương thức vận hành tối ưu.  Công cụ cân bằng lợi ích giữa ngành điện và chủ đầu tư dự án, giữa các chủ đầu tư dự án với nhau. 4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Hệ thống giám sát, điều khiển điện mặt trời mái nhà do EVNCPC EMEC nghiên cứu và xây dựng khi áp dụng thực nghiệm đã đáp ứng hoàn toàn các mục tiêu đề ra. Hệ thống có khả năng mở rộng tích hợp các hệ thống sẵn có của ngành điện để tạo nên một hệ thống quản lý nguồn ĐMTMN tập trung, thống nhất, có đầy đủ các chức năng về thu thập, giám sát, điều khiển và dự báo. Hệ thống khi được mở rộng phát triển sẽ đảm bảo được hạ tầng quản lý các nguồn điện tái tạo nhỏ, góp phần tạo ra và triển khai các chính sách tốt nhằm khuyến khích đầu tư phát triển và sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, giảm nguồn năng lượng hóa thạch, từ đó sẽ góp phần giảm thiểu lượng phát thải khí CO2 ra môi trường. 112
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2