Luận văn:Điều khiển thông minh phụ tải nhằm tiết kiệm điện năng và giảm phụ tải đỉnh của hệ thống điện

Chia sẻ: Lang Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

132
lượt xem 46
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Hiện nay, Việt Nam đang phải đối mặt với tình trạng thiếu điện do phụ tải tăng trưởng với tốc độ cao. Do vậy hàng năm ngành điện phải bỏ ra một lượng kinh phí rất lớn để xây dựng các nguồn điện nhằm đáp ứng nhu cầu phụ tải vào giờ cao điểm, nhưng trong giờ thấp điểm thì các nguồn điện này không phát huy hiệu quả, gây lãng phí đầu tư. Ngoài ra môi trường, khí hậu đã và đang là vấn đề toàn cầu, đặt ra những thách thức đòi hỏi phải có giải pháp tích...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn:Điều khiển thông minh phụ tải nhằm tiết kiệm điện năng và giảm phụ tải đỉnh của hệ thống điện

B GIÁO D C VÀ ÀO T O I H C À N NG ****** NGUY N MINH TRÍ I U KHI N THÔNG MINH PH T I NH M TI T KI M I N NĂNG VÀ GI M PH T I NH C A H TH NG I N Chuyên ngành: M NG VÀ H TH NG I N Mã s : 62.52.50.05 TÓM T T LU N ÁN TI N S K THU T À N NG – 2012
Công trình ư c hoàn thành t i I H C À N NG Ngư i hư ng d n khoa h c : PGS.TS. NGUY N H NG ANH TSKH TR N QU C TU N Ph n bi n 1: VS.GS.TSKH. Tr n ình Long Trư ng i H c Bách Khoa Hà N i Ph n bi n 2: PGS.TSKH. H cL c Trư ng i H c K thu t Công ngh TPHCM Ph n bi n 3: TS.Tr n T n Vinh Trư ng Cao ng Công ngh thông tin, i h c à N ng Lu n án s ư c b o v trư c H i ng ch m lu n án ti n sĩ c p Nhà nư c h p t i i H c à N ng Vào h i: 14 gi , ngày 15 tháng 12 năm 2012 Có th tìm hi u lu n án t i: + Thư vi n Qu c gia + Trung tâm thông tin-tư li u, i H c à N ng + Thư vi n trư ng i H c Bách Khoa à N ng
DANH M C CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN C U Ã CÔNG B [1] Tran Quoc Tuan, Le Ky, Nguyen Minh Tri, “ Direct Load Control in Distribution Networks Application for Air Conditioners”, IFOST-REEC-2009, Oct.2009. [2] Tri Nguyen-Minh, Anh Nguyen-Hong, Tuan Tran-Quoc, “Application of Neural Network for Short-Term Load Forecasting at The Da-Nang Power Company in VietNam”, Wuhan, China, ETT- IEEE, 2010. [3] Nguy n Minh Trí, Nguy n H ng Anh, Tr n Qu c Tu n, “ i u khi n tr c ti p ph t i lư i phân ph i nh m ti t ki m năng lư ng”, H i ngh toàn qu c v i u khi n và t ng hóa, VCCA-2011. [4] Tri Nguyen-Minh, Anh Nguyen-Hong, Tuan Tran-Quoc, “Direct Load Control in distribution networks to reduce the peaks load and energy saving”, The International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC/REV), Oct.2012. [5] Tri Nguyen-Minh, Anh Nguyen-Hong, Tuan Tran-Quoc, “Proposed a real-time control using Zigbee sensor network for energy management system in buildings at Viet Nam”, The International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC/REV), Oct.2012. [6] Tri Nguyen-Minh, Anh Nguyen-Hong, Tuan Tran-Quoc, “Proposed a load control methods for real -time to energy management system in buildings”, T p chí khoa h c và công ngh , i H c à N ng, 12(61), trang 119 -126, 2012. [7] Tri Nguyen-Minh, Anh Nguyen-Hong, Tuan Tran-Quoc “Development of an adaptive temperature control for HVAC to intelligent energy management system in buildings at DaNang city”, H i ngh Cơ i n t l n th 6, VCM-2012.
1 L IM U 1. Tính c p thi t c a tài Hi n nay, Vi t Nam ang ph i i m t v i tình tr ng thi u i n do ph t i tăng trư ng v i t c cao; trung bình 14,5% t năm 2001 n 2010[1]. Chúng ta th y i u này rõ r t nh t trong th i gian g n ây. Vi c s c liên t c các nhà máy Ph L i, Phú M 3 và 2.2 … ã gây ra thi u i n tr m tr ng và bu c ph i c t gi m thiêu th trong c nư c. Do v y hàng năm ngành i n ph i b ra m t lư ng kinh phí r t l n xây d ng các ngu n i n nh m áp ng nhu c u ph t i vào gi cao i m, nhưng trong gi th p i m thì các ngu n i n này không phát huy hi u qu , gây lãng phí u tư. Hi n nay t l Pmin/Pmax dao ng t 0,4 ÷ 0,7[1], ây là m t t l r t th p so v i các nư c trong khu v c cũng như trên th gi i. Ngoài ra môi trư ng, khí h u ã và ang là v n toàn c u, t ra nh ng thách th c òi h i ph i có gi i pháp tích c c ti t ki m năng lư ng. Chương trình ti t ki m i n giai o n 2006- 2015 c a Th tư ng Chính ph là '' m b o s d ng i n ti t ki m và hi u qu ''[2]. M c tiêu c a Vi t Nam là gi m 5% ph t i nh. N u t ư c m c tiêu này, Vi t Nam có th ti t ki m hàng t ô la u tư h th ng i n và gi m khí th i CO2. c bi t Th tư ng Chính ph v a ban hành Quy t nh s 1670/Q -TTg phê duy t án phát tri n Lư i i n Thông minh t i Vi t Nam vào ngày 08/11/2012. M c tiêu t ng quát là phát tri n Lư i i n Thông minh v i công ngh hi n i, nh m nâng cao ch t lư ng i n năng, tin c y cung c p i n; góp ph n trong công tác qu n lý nhu c u i n, khuy n khích s d ng năng lư ng ti t ki m và hi u qu ; t o i u ki n nâng cao năng su t lao ng, gi m nhu c u u tư vào phát tri n ngu n và lư i i n; tăng cư ng khai thác h p lý các ngu n tài nguyên năng lư ng, m b o an ninh năng lư ng qu c gia, góp ph n b o v môi trư ng và phát tri n kinh t xã h i b n v ng. Trong lu n án này tác gi xem xét các phương pháp qu n lý và k thu t i u khi n tr c ti p n các thi t b v nhi t như máy i u hòa không khí, máy s y ,… (HVAC) trong các tòa nhà, khách s n và trung
2 tâm thương m i, làm gi m nhu c u tiêu th c a ph t i, thông qua h th ng thông tin hi n i hai chi u gi a nhà cung c p và khách hàng. Do các thi t b này có ti m năng r t l n trong vi c gi m nhanh kh năng tiêu th c a ph t i; b ng cách thay i nhi t t c a thi t b là có th i u ch nh ư c năng lương tiêu th m t cách d dàng. 2. M c ích nghiên c u Vi c mô hình hóa ph t i s giúp ta tái t o l i ư ng cong tiêu th v i các i u ki n và thông s cơ b n nh t trong th c t ho t ng c a nó. Do v y m c ích trư c tiên c a lu n án là mô hình hóa ph t i có ch a HKK t i khách s n, tòa nhà l n thông qua công c h tr Matlab. Sau ó d a trên mô hình ư c xây d ng này, tác gi xu t th nghi m m t phương pháp qu n lý ph t i này b ng lý thuy t t i ưu và i u khi n thích nghi d a trên thông tin t nhà qu n lý( i u ) c a lư i i n phân ph i t i Vi t Nam nh m gi i quy t hai v n chính sau: gi m tiêu th gi cao i m và ti t ki m năng lư ng i n tiêu th nhưng v n gi ti n nghi v nhi t c a khách hàng và H n ch vi c c t i n và góp ph n nâng cao kh năng v n hành c a h th ng i n. 3. Phương pháp nghiên c u và n i dung nghiên c u c a Lu n án Phương pháp nghiên c u ư c s d ng trong lu n án là phương pháp lý thuy t và mô hình, mô ph ng có k t h p ki m nghi m t i m t phòng thí nghi m t i nư c ngoài. làm rõ nh ng phương pháp nghiên c u trên, Lu n án gi i quy t nh ng n i dung nghiên c u như sau: - Nghiên c u t ng quan các phương pháp i u khi n ph t i hi n có - L a ch n ph t i c n i u khi n và mô hình hóa thi t b này - D báo ph t i s d ng m ng Nơrôn - xu t mô hình i u khi n thông minh s d ng lý thuy t tính toán t i ưu. - Áp d ng mô hình i u khi n t i xu t cho m t khu v c t i. 4. i tư ng và ph m vi nghiên c u i tư ng nghiên c u: Lu n án xu t gi i pháp qu n lý, i u khi n ph t i tr c ti p các thi t b nhi t có kh năng i u ch nh ư c công su t tiêu th là HVAC
3 trong các khách s n, tòa nhà nh m góp ph n làm gi m nh tiêu th vào gi cao i m ho c khi h th ng c n ti t gi m công su t. Ph m vi nghiên c u: Lu n án xem xét thi t b i u hòa không khí ho t ng trong các tòa nhà, khách s n, khu thương m i, mà theo ánh giá c a các chuyên gia trên th gi i và t i Vi t Nam thì ây là m t trong nh ng thi t b thích h p nh t i u khi n vi c nhu c u tiêu th năng lư ng c a ph t i[1-2,8-9]. 5. Nh ng óng góp m i v m t khoa h c c a lu n án Lu n án ưa ra m t gi i pháp qu n lý t i có tính th c ti n ng t góc nhìn c a nhà qu n lý và i u h th ng i n. Nh m giúp qu n lý ph t i m t cách linh ho t và t i ưu quá trình tiêu th nhưng cũng em n các l i ích khác cho các nhà cung c p, d ch v và ngư i tiêu dùng. C th lu n án hoàn thi n m t mô hình máy i u hòa không khí t t i h tiêu th ư c n i tr c ti p n phương th c i u khi n d a trên d ki n u vào là nhu c u i n năng c n ti t ki m ho c ti t gi m. Thông tin này ư c g i i b ng các tín hi u i u khi n phát ra b i i u h th ng khi các công ty i n l c mu n th c hi n qu n lý nhu c u tiêu th c a khách hàng. Lu n án cũng xu t m t k thu t i u khi n thích nghi[11,27,29, 31-32] i v i i u hòa không khí trong th i gian th c; khi nh n ư c tín hi u i u khi n t i u h th ng, các khách hàng là khách s n, tòa nhà trên lư i phân ph i, nh m gi m nh t i tiêu th tránh s quá t i c a h th ng hay khi h th ng c n ti t gi m công su t do thi u h t v huy ng ngu n cung c p. 6. Ý nghĩa khoa h c c a lu n án Tác gi th y r ng c u trúc qu n lý ph t i hi n nay ch th c thi ư c vi c trao i thông tin và i n năng theo hư ng m t chi u t nhà cung c p n khách hàng. tài ã giúp phát tri n h th ng qu n lý ph t i theo hư ng cho phép trao i thông tin và i n năng hai chi u gi a nhà cung c p và khách hàng s d ng i n. Vì v y mà vi c i u ch nh nhu c u tiêu th c a ph t i là r t ch ng, linh ho t và t i ưu hơn. 7. Ph m vi ng d ng Nh ng v n ã nghiên c u và các k t qu thu ư c trong lu n án
4 có th ng d ng trong công tác nh hư ng chi n lư c u tư công ngh xây d ng lư i i n cũng như vi c ch n l a phương án, phương pháp i u khi n ph t i tr c ti p linh ho t và t i ưu nh m v n hành h th ng i n t i Vi t Nam m t cách kinh t và n nh. 8. B c c lu n án Lu n án bao g m 5 chương chính cùng v i ph n m u và k t lu n: L IM U Chương 1: T NG QUAN V TÌNH HÌNH NGHIÊN C U Chương 2: PHÂN TÍCH, L A CH N VÀ MÔ HÌNH HÓA PH T I I U KHI N TR C TI P Chương 3: D BÁO PH T I I U PH C V CHO CHI N LƯ C QU N LÝ VÀ I U KHI N PH T I Chương 4: PHƯƠNG PHÁP, CHI N LƯ C QU N LÝ T I TR C TI P Chương 5: NG D NG I U KHI N PH T I TR C TI P CHO LƯ I I N PHÂN PH I K T LU N VÀ KI N NGH CHƯƠNG 1 T NG QUAN V TÌNH HÌNH NGHIÊN C U 1.1. T NG QUAN V CÔNG NGH LƯ I I N VÀ QU N LÝ PH T I TRÊN TH GI I. H u h t các nghiên c u và ng d ng cho h th ng i n hi n nay và tương lai trên th gi i ch y u c p n vi c tri n khai lư i i n th h m i (smart gird) nh m t i ưu hoá v n hành các thi t b . Các thi t b tiên ti n tích h p thông tin th i gian th c l y t các c m bi n và h th ng i u khi n t ng cho phép phát hi n và x lý nh ng b t thư ng c a h th ng. Quá trình th c hi n qu n lý nhu c u tiêu th thông s trao i hai chi u gi a nhà cung c p và khách hàng thông qua các k thu t truy n tin hi n i(PLC, ZigBee, GPS...) ư c xem như là m t công c h u hi u trong vi c khuy n khích khách hàng thay i hành vi c a các h tiêu th trong vi c s d ng và ti t ki m i n năng.
5 1.2. XU HƯ NG CÔNG NGH LƯ I I N VÀ CÁC CHƯƠNG TRÌNH QU N LÝ PH T I T I VI T NAM. EVN t lâu ã ng d ng m t ph n công ngh lư i i n m i v i các gi i pháp do trong nư c phát tri n. Tháng 01 năm 2011, EVN t ch c h i th o d án áp d ng “Smart Grid” cho lư i i n Vi t Nam; t p trung vào 3 khu v c truy n t i, phân ph i và i u . 1.3. T NG QUAN V MÔ HÌNH VÀ PP QU N LÝ PH T I. Các phương pháp qu n lý ph t i ư c chia làm hai lo i: 1.3.1. Phương pháp qu n lý t i gián ti p Trong phương pháp qu n lý gián ti p khách hàng t qu n lý, ki m soát năng lư ng tiêu th c a mình thông qua các d ch v như (ch n l a ngu n cung c p, giá, thi t b tham gia...). Nhà qu n lý, cung c p không tr c ti p ki m soát các ph t i c a khách hàng. 1.3.2. Phương pháp qu n lý t i tr c ti p Phương pháp i u khi n t i tr c ti p(DLC) i v i khách hàng h u như ư c thi t k ki m soát vi c tiêu th c a thi t b i u hòa không khí, máy sư i, máy nư c nóng và các thi t b chi u sáng. Vi c phân lo i các phương pháp qu n lý d a trên các c tính khác nhau c a t i, ch ng h n như lo i t i, th i gian tính toán i u khi n c n thi t và b n ch t c a t i ư c i u khi n. Có th chia thành hai nhóm: Nhóm phương pháp i u khi n t i trư c(s m) và nhóm i u khi n t i th i gian th c. 1.4. ÁNH GIÁ CHUNG VÀ XU T HƯ NG NGHIÊN C U CHO LU N ÁN. Theo i u tra t i Vi t Nam[1], khi khách hàng có th giám sát ư c vi c s d ng i n c a mình, thông qua trao i thông tin hai chi u gi a các công ty i n l c và khách hàng thì h có xu hư ng gi m m c tiêu th kho ng t 5% n 10%. Hi n nay chúng ta chưa xây d ng ho c ch th nghi m mà chưa có ánh giá v chi n lư c i u khi n cho lo i ph t i nào, mô hình và phương pháp qu n lý ph t i mà ta c n i u khi n như th nào, cách th c i u khi n ph t i ó ra sao có th t n d ng ư c các công ngh lư i i n mà chúng ta ang tri n khai. ng t quan i m như v y, tác gi xem xét các chi n lư c ki m
6 soát ph t i tr c ti p t i ưu thông qua i u khi n s m hay i u khi n trong th i gian th c trên m t mô hình t i xu t; c i m ch c năng c a các tòa nhà, các lo i thi t b s d ng, và các i u ki n khí h u… v i các k ch b n c th khác nhau. Chương 2 PHÂN TÍCH, L A CH N VÀ MÔ HÌNH HÓA PH T I I U KHI N TR C TI P 2.1. M D U Theo EVN[1], trong 3 năm g n ây, t c tăng trư ng i n năng bình quân Vi t Nam là 16,2%. Tuy nhiên, m c chênh l ch công su t gi a gi th p i m và cao i m khá th p (0,4 ÷ 0,7) do t tr ng i n dùng cho thành ph n dân d ng, d ch v chi m 45-48% t ng i n năng thương ph m. 2.2. HI N TR NG V S D NG NĂNG LƯ NG T I VI T NAM T ng nhu c u năng lư ng sơ c p năm 2010 kho ng 63-65 tri u TOE. D tính nhu c u i n năng c a Vi t Nam s tăng g p ôi sau m i 5 năm và n năm 2015 s tăng g p 4 l n. Qu n lý nhu c u ph t i là th t s c n thi t và c p bách i v i EVN trong tình hình hi n nay. 2.3. PHÂN TÍCH PH T I VI T NAM Qua phân tích các thành ph n tham gia vào ph t i t nh c a th ph t i Vi t Nam ho th y: gi m công su t nh c a h th ng, chúng ta c n t p trung vào các thành ph n ph t i ch y u là tiêu dùng dân d ng và thành ph n d ch v thương m i; chi m 62,7% công su t nh. 2.4. L A CH N PH T I I U KHI N TR C TI P Trong cơ c u ph t i i n nh ng năm g n ây, lư ng i n tiêu th c a ngành dân d ng và thương m i, dich v như ã xét trên chi m trên ~ 45% . Hai thành ph n này có c i m là nhu c u dùng i n tăng lên t bi n úng vào gi cao i m c a h th ng i n, và thư ng úng vào th i i m ngu n phát căng th ng, như mùa hè khô nóng, h n hán. Trong s các thi t b dùng i n này trong m t toà nhà, i u hoà không khí ( HKK) là m t lo i thi t b tiêu dùng i n có kh năng góp ph n quan tr ng vào vi c gi m ph t i nh cho h th ng i n.
7 2.5. MÔ HÌNH HÓA THI T B I U KHI N TR C TI P I U HÒA KHÔNG KHÍ. Trư c khi áp d ng m t phương pháp hay m t k thu t i u khi n nào ó ra th c t trên các thi t b ph n c ng. Thì công c h u hi u là mô hình hoá i tư ng ư c i u khi n và g n các phương pháp, k thu t i u khi n lên ó mô ph ng theo các ý tư ng c a ngư i nghiên c u hay các k ch b n ang x y ra trong th c t . i u này s giúp cho ngư i nghiên c u có các so sánh, ánh giá và xu t các gi i pháp thích h p. Nathan Mendes(2001)[17] trình bày các phân tích hi u su t nhi t trên n n t ng mô hình i n dung nhi u l p. Hudson và Underwood (1999) [23] và Suresh Kumar. K.S [26] ã trình bày m t mô hình toán h c cho thi t b HKK và thi t b này tương ương như m t m ch i n RC. T các công trình nghiên c u c a các tác gi ã c p trên, tác gi m r ng, b sung và hoàn thi n mô hình i n tương t cho m t phòng có g n i u hòa không khí ư c th hi n như hình 2.8. Hình 2.8: Mô hình i n tương t cho ngôi nhà có HKK T mô hình nhi t i n tương ương c a HKK, h phương trình vi phân thu ư c b ng cách áp d ng nh lu t Kirchhoff cho các nút: dTtu I T T 2Ttu = bx + bt + bn − (1.1) dt Ctu Rtu Ctu Rtu Ctu Rtu Ctu dTbt I ( I tt − I dh ) Tbn T T  1 1  (1.2) = kh − + + tu − bt   R +   dt Cbt Cbt  Rbt Cbt Rtu Cbt Cbt  tu Rbt   T phương trình (2.1) và (2.2), mô hình nhi t i n c a m t phòng có ch a HKK ư c xây d ng như hình 2.9 nh công c
8 Matlab\Simulink. Hình 2.9: Mô hình máy HKK trên Simulink Mô hình này có 5 u vào: ngu n b c x m t tr i Ibx ,ngu n n i b Ikh nhi t ngoài tr i Tbn , các tín hi u i u khi n, các tín hi u chuy n i ( H swicth on) và cũng có 2 k t qu u ra: công su t t c th i c a HKK (P_ HKK), nhi t bên trong Tbt. Chương 3 D BÁO PH T I I U PH C V CHO CHI N LƯ C QU N LÝ VÀ I U KHI N PH T I Công tác d báo óng m t vai trò r t quan tr ng n quá trình v n hành t i ưu c a h th ng và nh hư ng tr c ti p n chi n lư c qu n lý ph t i. D báo chính xác s giúp xây d ng các phương án i u khi n t i m t cách linh ho t và t hi u qu như mong mu n. th ph t i ngày là công c cung c p u vào cho các chi n lư c qu n lý ph t i trình bày chương sau c a lu n án, do v y tác gi không c g ng xây d ng m t phương pháp d báo hoàn toàn m i mà ch c p n phương pháp d báo ph t i b ng m ng nơrôn d báo nhu c u tiêu th i n khu v c Thành ph à N ng. ây là phương pháp ư c ánh giá là tin c y và ư c khuy n khích s d ng( c p trong báo cáo TS VII). D li u u vào cho m ng Nơrôn cho d báo i u t i à N ng g m: nhi t (nhi t trung bình, max, min), ngày trong tu n(ngày làm
9 vi c, cu i tu n, ngày l ), l ch s tiêu th i n, m c phát tri n ph t i. u ra là i n tiêu th ư c tính Chương trình th c hi n d báo ph t i theo c u trúc (A3) cho t t c các tháng trong năm 2010 và các tháng u năm 2011(t i th i i m d báo tác gi ch m i c p nh p s li u t i i n l c à N ng n tháng 5/2011) sau ó so sánh v i d li u th c t . Trong ph n này, chúng tôi ch trình bày nh ng k t qu cho các ngày c a tháng 3/2011 và tháng 7/2010. Tiêu chí ánh giá d báo: sai s tuy t i ph n trăm (APE),sai s tuy t i trung bình ph n trăm (MAPE) và sai s bình phương c c ti u: Tai _ thuc − Tai _ dubao 1 n APE = e = *100 (3.11) RMSE (e) = ∑e 2 (3.13) Tai _ thuc n i =1 K t qu d u báo Nh ng k t qu trên hình 3.14 và 3.15 cho th y r ng sai s tuy t i l n nh t c a d báo là không quá 5%, trong khi sai s trung bình là nh hơn 2.6% và sai s RMS không quá 3%. K t qu d báo, sai s l n nh t, sai s trung bình và sai s bình phương ch ng minh tính hi u qu c a phương pháp ã xu t. ket qua du bao Sai so tuyet doi qua du bao 220 1.4 tai thuc tai du bao 200 1.2 1 cong suat bieu kien (kW) 180 saiso (e) % 0.8 160 0.6 140 0.4 120 0.2 100 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 100 200 300 400 500 600 700 800 gio (H) gio (H) Hình 3.14, 3.15: Ph t i th c t và sai s d báo trong tháng 3 năm 2011 Chương 4 PHƯƠNG PHÁP, CHI N LƯ C QU N LÝ PH T I TR C TI P 4.1. CHI N LƯ C QU N LÝ PH T I TR C TI P T I ƯU B NG I U KHI N S M T d báo ph n trư c, nhà qu n lý và v n hành tính toán ư c kh
10 năng áp ng gi a công su t có th huy ng ư c và nhu c u tiêu thu i n. Lu n án xu t m t phương pháp qu n lý t i tr c ti p b ng cách i u khi n s m thông qua thu t toán t i ưu phi tuy n “nhánh và c n”. ây là chi n lư c “ i u khi n trư c” và ư c tính toán b ng m t gi i thu t t i ưu nh m phân b vi c óng c t c a các HKK sao cho m c tiêu th c a ph t i gi m v dư i m c công su t mà nhà cung c p d ki n s n xu t… Phương pháp “nhánh và c n” th c ch t là chia nh và ánh giá b ng các ràng bu c áp d ng cho các bài toán t i ưu hóa t h p v i nhi u gi i pháp. Phương pháp này có th tách các v n ban u thành nhi u v n ph sau ó lo i b m t s v n ph b ng cách s d ng h th ng ánh giá thông qua ràng bu c [85]. Chương trình qu n lý ph t i b ng phương pháp t i ưu phi tuy n k t h p theo phương pháp“nhánh và c n” i v i thi t b HKK ư c xây d ng và ánh giá thông qua thông hàm Fmincon trên matlab. Áp d ng “ i u khi n s m” cho m t khách s n i n hình. Xét nhi u máy HKK ho t ng nhi u phòng khác nhau trong m t khu v c (k phòng). ư c mô t b i h th ng c a phương trình vi phân sau ây: dTtu−k I Tbt −k Tbn−k 2Ttu −k = bx−k + + − (4.1) dt Ctu−k Rtu−k Ctu−k Rtu −k Ctu −k Rtu−k Ctu−k dTbt −k I kh−k ac I dh−k Tbn−k Ttu −k T  1  1  (4.2) = − + + − bt −k   +  dt Cbt −k Cbt −k Rbt −k Cbt −k Rtu −k Cbt −k Cbt −k  tu −k Rbt −k  R    Hàm m c tiêu: M c tiêu qu n lý t i HKK t i ưu trong trư ng h p này là gi m nhu c u tiêu th vào gi cao i m ho c khi nhà cung c p yêu c u ng th i v n gi ti n nghi v nhi t . Hàm m c tiêu v gi m nh tiêu th ư c xác nh b i: D n Min [ P ] = ∑ ∑  Pdh−k ui , k  ac (4.5) u ∈(0,1) i ,k i =1 k =1   V i: P h-k công su t c a máy HKK th k, ∆τ bư c th i gian tính toán, ui,k tr ng thái ho t ng c a HKK th k t i th i i m I, n s máy HKK, D th i gian mô ph ng.
11 Ràng bu c v nhi t và công su t cho phép v n hành: min ac max Tbt −k ≤ Ti ,bt −k = f ( Pdh−k ui , k ) ≤ Tbt −k (4.6) n ac ∑ Pdh−k ui,k ≤ Pcho _ phép (4.7) k Áp d ng chi n lư c qu n lý t i HKK t i ưu cho m t khách s n tiêu bi u có 100 phòng (hình 4.5). khách s n tiêu bi u này, m i phòng có m t máy HKK v i công su t 2.5kW và các thi t b tiêu th khác trong khách s n. Các thông s ư c xem xét trong quá trình tính toán như sau: nhi t ngoài tr i thay i t 27 n 38°C trong m t ngày, các ph t i khác c a khách s n ( èn, TV, t l nh, ...), ngu n năng lư ng nhi t t b c x m t tr i. Khách s n ư c cung c p b i m t MBA 295 kVA, h s công su t là 0,9. Hình 4.5: Qu n lý ph t i t i ưu cho m t khách s n tiêu bi u K t qu th c hi n chi n lư c qu n lý t i ưu HKK: K t q u th c hi n qu n lý t i HKK t i ưu v i Scho_phép = 260 kVA và ti n nghi v nhi t v n m b o như hình 4.9. Cong suat tong cua khach san Cong suat tong cua khach san 300 300 290 250 280 270 200 S (kVA) S (kVA) 260 150 250 240 100 230 50 220 14.2 14.4 14.6 14.8 15 15.2 15.4 15.6 14.2 14.4 14.6 14.8 15 15.2 15.4 15.6 Thoi gian (h) Thoi gian (h) Hình 4.9: Công su t khi có và không có th c hi n qu n lý t i t i ưu công su t cho phép là 260kVA
12 4.2. CHI N LƯ C QU N LÝ T I TR C TI P B NG I U KHI N THÍCH NGHI TRONG TH I GIAN TH C H n ch c a chi n lư c i u khi n s m cho các tòa nhà là hành vi s d ng i n c a khách hàng là ng u nhiên, c ng v i các thông s trong mô hình HVAC là phi tuy n (ví d như dày c a b c tư ng, c a s , th i ti t. Các như c i m này s d n n các k t qu c a chi n lư c i u khi n s m là không chính xác và phù h p. Bên c nh ó chi n lư c này l i ph thu c r t l n vào k t qu d báo, mà các k t qu d báo thì luôn có sai s cho dù có s d ng nh ng chương trình m nh và ph c t p. Trong th i gian v n hành th c, nh các thông tin và o lư ng hai chi u t h th ng lư i i n, ngư i v n hành nh n th y các thông s nh hư ng n quá trình tiêu th có s bi n i t bi n do quá trình d báo ho c s c h th ng i n hay thi u h t công su t huy ng c n ph i ti n hành gi m nhu c u tiêu th c a ph t i. Lu n án xu t k thu t i u khi n thích nghi trong th i gian th c i v i thi t b HKK [27-28,31- 32]. ây là phương pháp hi u qu giúp ph t i c a khách hàng thích nghi nhanh v i tình tr ng v n hành c a h th ng. Nh v y mà khi h th ng quá t i, s c ho c i u yêu c u gi m công su t tiêu th do thi u h t công su t t ngu n, có kh năng không m t xu t tuy n nào c a m t lư i i n phân ph i b sa th i ra kh i h th ng, ng th i v n gi ư c ti n nghi cho khách hàng. B i u khi n thích nghi máy DHKK xu t. Hình 4.13: Nguyên t c i u khi n thích nghi c a máy HKK
13 Tác gi xu t m t phương pháp m r ng d a trên i u khi n truy n th ng hi n có là m t b i u khi n thích nghi cho máy HKK như hình 4.13[26-27,29-32,90]. T i u khi n thích nghi ph t i ph i ư c nhìn nh n là quá trình i u khi n ph t i thích nghi tương ng v i các ch v n hành c a h th ng; ví d như s c , thi u h t ngu n, l i do quá trình d báo, ho c khi khách hàng ã ăng ký v i nhà cung c p công su t tiêu th t i a c a mình, do v y khi nhu c u tiêu th c a khách hàng vư t ngư ng ăng kí, quá trình i u khi n s ho t ng nh m ưa khách hàng thích nghi tr l i v i nhu c u tiêu th ã ăng kí. Mô un i u ch nh thích nghi này ư c th c thi theo s khác bi t gi a t ng nhu c u công su t c a t i và công su t làm vi c cho phép ho c công su t c n ti t gi m theo vòng khép kín sau: o t ng nhu c u công su t c a t i, so sánh v i công su t cho phép v n hành t h th ng, chuy n i thích nghi chênh l ch công su t v i chênh l ch nhi t thông qua h s α ,thay i giá tr nhi t t , cơ c u ch p hành c a b n nh nhi t và các thi t b liên quan. Các h th ng HKK truy n th ng hi n nay là lo i có h th ng lưu lư ng không i. Lo i h th ng này cung c p m t lưu lư ng không khí th i vào không i, nhưng nhi t thì thay i theo t i l nh. Vì v y ta ph i thi t k b i u khi n sao cho lưu lư ng thay i, khi ó nhi t không khí th i vào ư c gi không i, còn lưu lư ng thì thay i theo di n bi n c a t i l nh do th i ti t bên ngoài. B i u khi n này gi ng như thi t b bi n t n thay i s vòng quay c a ng cơ bơm, qu t và máy nén khi c n thay i lưu lư ng ch t t i l nh. Nguyên lý cơ b n làm vi c c a b i u khi n này cũng khá ơn gi n: u tiên, ngu n i n xoay chi u ư c ch nh lưu thành ngu n 1 chi u b ng ph ng. i n áp m t chi u này ư c bi n i (ngh ch lưu) thành i n áp xoay chi u; ư c th c hi n thông qua h IGBT (transistor lư ng c c có c ng cách ly) b ng phương pháp i u ch r ng xung. H th ng i n áp xoay chi u u ra có th thay i giá tr biên và t n s vô c p tuỳ theo b i u khi n. B i u khi n này cho phép ta có th i u khi n HKK ho t ng i m làm vi c t i ưu tương ng v i i u ki n v n hành và ph t i th c. Do v y thi t b HKK luôn ho t ng v i hi u su t cao và ti t ki m năng lư ng.
14 Áp d ng i u khi n thích nghi cho máy HKK trong th i gian th c cho m t khách s n tiêu bi u ph n áp d ng này, lu n án xem xét các ch v n hành c a h th ng khi s d ng các phương pháp c i n và thích nghi áp ng v i các công su t gi i h n và nhi t bên ngoài khác nhau. Phương pháp i u khi n xu t trên ư c áp d ng cho vi c qu n lý h th ng i u hòa không khí c a m t khách s n i di n v i 100 phòng gi ng v i ví d trình bày trong ph n i u khi n s m(Hình 4.17). Hình 4.17: Áp d ng i u khi n thích nghi cho m t KS tiêu bi u K t qu mô ph ng khi s d ng i u khi n thích nghi Cong suat tong cua khach san 300 250 200 S (kVA) 150 100 50 0 0 5 10 15 20 25 Thoi gian (h) Hình 4.21: Công su t t ng c a khách s n trong th i gian ki m soát b ng i u khi n thích nghi
15 V i cách qu n lý c a máy i u hòa không khí theo phương pháp thích nghi xu t thì công su t tiêu th t ng c a khách s n trong su t th i gian ki m soát không bao gi vư t quá 260KVA (Hình 4.21).Ti n nghi v n m b o v i phương th c ho t ng c a HKK s 1 làm i di n (Hình 4.22). T ng m c tiêu th KS là 3340 kWh m i ngày. Nhiet do cua may lanh.1 Hoat dong cua may lanh so.1 1 21 0.998 0.996 20.5 0.994 PWM or on/off C) 0.992 Nhiet do(° 20 0.99 0.988 19.5 0.986 0.984 19 0.982 10.6 10.8 11 11.2 11.4 11.6 11.8 10.8 10.9 11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 Thoigian (h) Thoi gian (h) Hình 4.22: Nhi t trong phòng và ho t ng c a máy i u hòa s 1 Chương 5 I U KHI N PH T I TR C TI P TRÊN LƯ I PHÂN PH I 5.1. I U KHI N PH T I TR C TI P ÁP D NG CHO M T LƯ I I N PHÂN PH I CHU N. V3 V4 V5 p p p LV4 LV5 LV2 LV3 V_pu V_pu V_pu ALM70_130m ALM70_185m ALM70_1000m p1 p2 p1 p2 p1 p2 N1 N2 N1 N2 N1 N2 V2 PI PI PI p L_AC_3 L_AC_4 L_AC_5 V_pu L_AC N L_AC N L_AC N Load_Ai rConditioni ng Load_AirConditioning Load_AirConditioning LV6 ALM35_145m AAR p1 p2 T_Red N1 N2 L_AC_6 PI L_AC N AAR HTA S_HTA DY_1 LV14 + AL95_50S_470m ALM35_157m LV7 Load_Ai rConditioning ALM35_127m 1 2 ic Pp1 ic Q p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 20.5kVRMSLL /_0 50Hz 50Hz N1 N2 N1 N2 N1 N2 + Slack:LF1 LF L_AC_7 L_AC_14 5nF 20/0.42 PI PI PI LV9 LF1 + + C1 L_AC N L_AC N 1 R1 R3 Slack: 20.5kVRMSLL/_0 1 Phase:0 Load_Ai rConditioni ng Load_Ai rConditioni ng LV11 LV10 ALM70_346m LV8 ALM70_416 ALM70_130m ALM70_251m p1 p2 p1 p2 p1 p2 p1 p2 N1 N2 N1 N2 N1 N2 N1 N2 PI L_AC_8 PI L_AC_9 PI L_AC_10 PI L_AC_11 L_AC N L_AC N L_AC N L_AC N Load_AirConditioning Load_AirConditioning Load_AirConditioning Load_Ai rConditioning PV13 LV12 ALM35_121m ALM35_130m p1 p2 p1 p2 N1 N2 N1 N2 PI PI L_AC_12 L_AC_13 L_AC N L_AC N Load_AirConditioning Load_Ai rConditioning Hình 5.3: M ng phân ph i v i các máy i u hòa không khí ư c mô ph ng b ng EMTP-RV
16 Phương pháp i u khi n thích nghi ã xu t ư c s d ng cho t i i u hòa không khí m ng phân ph i h áp (LV) như trên hình 5.2. M ng này ư c n i v i m t m ng trung áp (MV) thông qua m t máy bi n áp 110kVA, 22/0.4kV. M ng này bao g m 12 máy i u hòa không khí 5kW cho các ngôi nhà riêng l (hình 5.3). Trong trư ng h p này, i u khi n thích nghi ư c áp d ng cho t t c máy i u hòa không khí trong m ng. Nhi t cài t cho m i ngôi nhà là 20°C (±1°C). Hình 5.10 cho th y t ng công su t tiêu th c a m ng. Công su t l n nh t luôn luôn th p hơn 100kVA. Nhi t ti n nghi ư c duy trì (th p hơn 21°C ) cho t t c các ngôi nhà(hình 5.12). Hình 5.13 cho th y s thay i c a i n áp ba pha t i thanh góp 4. Nó ch ra r ng i n áp khi t i cao i m ư c c i thi n so v i trư ng h p i u khi n c i n. Hình 5.10: T ng công su t khi s d ng i u khi n thích nghi Hình 5.12, 5.13: Nhi t trong nhà và i n áp t i thanh góp 4 (v i i u khi n thích nghi)
17 phương pháp ê xu t này, nhi t m b o cho ti n nghi c a khách hàng n u công su t cho phép ư c gi m nh n 90 kVA (-10%) và nhi t cài t (Tsetpoint) là 21°C. Khi công su t cho phép nh hơn 0.9Smax (90kVA) thì ti n nghi c a khách hàng không còn n a. i u ó có nghĩa là v i s gi m nh t i cao hơn 10%, tránh quá t i thì nhi t t c a máy HKK không ư c duy trì v i Tsetpoint=21°C (±1°C). N u công su t cho phép ư c c nh b i thông tin t lư i i n(DNO) là 0.8Smax(80kVA) thì nhi t l n nh t ư c tăng n 23.5°C. i u này tương ương v i 20% ph t i ư c c t và d ch chuy n. 5.2. I U KHI N PH T I TR C TI P T I L À N NG Hi n nay, Thành ph à N ng có s n lư ng i n tiêu th l n nh t khu v c mi n Trung và Tây nguyên, trong khi ó s chênh l ch công su t gi a gi th p i m Pmin và gi cao i m Pmax tương i th p (0,34 ÷ 0,6) th hi n hình 4.14. M t khác, lư ng khách hàng có ti m năng tham gia vào chương trình qu n lý ph t i chi m m t t l cao. Do v y vi c xây d ng m t h th ng i u khi n ph t i tr c ti p cho lư i i n t i à N ng là c n thi t và t ó xác nh ư c hi u qu c a vi c ng d ng công ngh này trong vi c qu n lý ph t i khu v c à N ng nói riêng cũng như cho các khu v c có i u ki n tương t . V n t ra làm th nào s d ng hi u qu ngu n năng lư ng trong các tòa nhà t i khu v c TP à N ng. Các tòa nhà cao t ng như văn phòng, công s , khách s n, các chung cư hi n nay là thành ph n ch y u trong tiêu th năng lư ng thương m i, d ch v và dân d ng. M c tiêu th năng lư ng trong lĩnh v c thương m i, d ch v và dân d ng chi m hơn 50% và d báo trong vòng 10 năm t i nhu c u tiêu th năng lư ng trong lĩnh v c thương m i và d ch v tăng g p 3,6 l n do các tòa nhà thương m i ư c xây d ng ngày càng tăng hi n nay. Trong ph n ti p theo, lu n án trình bày các k t qu i u khi n ph t i tr c ti p cho lư i i n t i Thành ph à N ng trên môi trư ng MATLAB\SIMULINK. Áp d ng i u khi n xu t trên lư i i n t i à N ng Các ch i u khi n ng v i các trư ng h p v n hành như sau: m t MBA c a m t khách hàng ho c m t xu t tuy n ho c toàn b h th ng có công su t làm vi c vư t quá gi i h n v n hành cho phép. Trong các