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

Ứng dụng mô hình . . .<br /> <br /> Kỹ thuật – Công nghệ<br /> ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NHÀ MÁY ĐIỆN ẢO TRONG<br /> ĐIỀU KHIỂN LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH<br /> Lê Kim Anh*<br /> <br /> <br /> <br /> TÓM TẮT<br /> <br /> Ngày nay, các nước phát triển trên thế giới đang xu hướng đưa lưới điện thông minh (Smart<br /> Grid) vào vận hành tối ưu hóa hệ thống điện thay dần các lưới điện truyền thống hiện nay. Với<br /> những ưu điểm nổi bật của lưới điện thông minh như: dễ dàng kết nối và phát huy tối đa công suất<br /> của các nguồn cung cấp, cho phép các hộ tiêu thụ có vai trò trong việc tối ưu hóa vận hành lưới<br /> điện, cung cấp cho hộ tiêu thụ nhiều thông tin và nhiều phương án hơn về lựa chọn nguồn cung<br /> cấp. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo (Virtual Power Plants – VPP) trong điều khiển lưới điện<br /> thông minh là một hướng nghiên cứu mới. VPP sử dụng nguồn năng lượng tái tạo có công suất nhỏ<br /> và phân tán (Distributed Energy Resources – DER) để tích hợp chúng vào lưới điện thông minh là<br /> một vấn đề lớn, vì DER có quy mô quá nhỏ so với mạng lưới. Bài báo đã đưa ra được kết quả mô<br /> phỏng điều khiển lưới điện thông minh theo mô hình VPP là một phương pháp để kết hợp các DER<br /> vào lưới điện.<br /> Từ khóa: Nhà máy điện ảo; lưới điện thông minh; năng lượng tái tạo; nguồn công suất<br /> nhỏ; nguồn phân tán.<br /> <br /> APPLICATION OF VIRTUAL POWER PLANT IN SMART<br /> GRID CONTROLLING<br /> ABSTRACT<br /> Today, developed countries around the world tend to build Smart Grids for optimal operation<br /> and replace the traditional power grids gradually. Smart Grids have advantages such as: easy<br /> connectivity and maximize capacity of power supply, supplying customers with more information<br /> and more options to chose a power source, which makes them to play a role in optimizing the<br /> operation of power grids. Application of Virtual Power Plants (VPP) in smart grid controlling is a<br /> new research orientation. VPP integrate small and scattered capacity renewable energy sources,<br /> named Distributed Energy Resources (DER), into smart grids. This is a big issue because the DERs’<br /> scales are too small compared to the network. This paper presents simulation results of smart grid<br /> control in the case of virtual power plant model which is a method to integrate DER into the grid.<br /> Key words: Virtual Power Plants; Smart Grid; Renewable Energy; Small Power Sources;<br /> Distributed Energy Resource.<br /> *<br /> <br /> GV. Trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy Hoà, tỉnh Phú Yên.<br /> <br /> 41<br /> <br /> Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> 1. Đặt vấn đề<br /> Thuật ngữ hệ thống điện thông minh (Smart<br /> Grid) đã xuất hiện vào năm 1998 và mô hình<br /> bắt đầu được áp dụng từ năm 2005 tại nhiều<br /> nước phát triển. Theo [1], đây là sự nâng cấp<br /> và cập nhật từ hệ thống điện hiện có bằng công<br /> nghệ đo lường, điều khiển và bảo vệ kỹ thuật<br /> số với hệ thống truyền thông hiện đại nhằm<br /> đáp ứng nhu cầu về độ tin cậy, an toàn, chất<br /> lượng điện, tiết kiệm năng lượng. Hệ thống<br /> điện thông minh phải có khả năng tự duy trì<br /> hoạt động trước các sự thay đổi bất thường của<br /> lưới điện (Bao gồm các hệ thống lưới truyền<br /> tải siêu cao áp 500 kV, 220 kV, lưới địa phương<br /> qua đường dây 110 kV và thấp hơn...v.v). Các<br /> kỹ thuật điều khiển cho lưới điện thông minh<br /> dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo đã được phát<br /> triển và đem lại cho hệ thống điện các tính<br /> năng nổi trội. Các ưu điểm chính của hệ thống<br /> điện thông minh là: Dễ dàng kết nối và đảm<br /> bảo vận hành cho tất cả các nguồn điện với<br /> các kích cỡ và công nghệ khác nhau, kể cả các<br /> nguồn năng lượng tái tạo (Renewable Energy<br /> <br /> sources - RES) nói chung và nguồn điện phân<br /> tán (Distributed Energy Resources – DER)<br /> nói riêng, làm cho toàn bộ hệ thống vận hành<br /> hiệu quả hơn. Cho phép các hộ tiệu thụ điện<br /> chủ động tham gia vào việc vận hành tối ưu hệ<br /> thống, làm cho thị trường điện cạnh tranh và<br /> phát triển. Cung cấp cho các hộ dùng điện đầy<br /> đủ thông tin và các lựa chọn nguồn cung cấp.<br /> Giảm thách thức về môi trường của hệ thống<br /> điện một cách đáng kể, nâng cao độ tin cậy,<br /> chất lượng và an toàn của hệ thống cung cấp<br /> điện. Duy trì và cải tiến các dịch vụ hiện hành<br /> một cách hiệu quả. Bài báo ứng dụng mô hình<br /> điều khiển nhà máy điện ảo (Virtual Power<br /> Plants – VPP) trong điều khiển lưới điện thông<br /> minh, đây cũng là một phần trong hệ thống<br /> điều khiển lưới điện thông minh.<br /> 2. Điều khiển hệ thống lưới điện thông<br /> minh dựa trên mô hình nhà máy điện ảo<br /> (VPP)]<br /> 2.1. Khái niệm và phân loại nhà máy<br /> điện ảo<br /> Nhà máy điện ảo (VPP) theo [2], là sự kết<br /> <br /> 42<br /> <br /> Ứng dụng mô hình . . .<br /> <br /> hợp của các nguồn phân tán có công suất nhỏ<br /> như: nhà máy điện gió, điện - nhiệt kết hợp,<br /> nhà máy điện mặt trời, các thủy điện nhỏ và<br /> nhà máy điện chạy khí sinh học.v.v. VPP cho<br /> phép chúng đạt được quy mô tương đương và<br /> mức độ tin cậy cung cấp điện ổn định như các<br /> nhà máy điện truyền thống, đồng thời mang lại<br /> hiệu quả cao về tính kinh tế so với điều khiển<br /> các nguồn điện độc lập. Hệ thống điều khiển<br /> lưới điện thông minh đối với các nguồn phân<br /> tán dựa theo mô hình VPP bao gồm các thành<br /> phần cơ bản, như hình 1. Theo [3], hiện nay<br /> mô hình điều khiển nhà máy điện ảo bao gồm<br /> 2 loại, loại VPP thương mại (Commercial,<br /> CVPP) và VPP kỹ thuật (Technical, TVPP).<br /> 2.2. Các phương pháp điều khiển VPP<br /> <br /> Theo [4], điều khiển VPP về cơ bản có<br /> thể được chia thành ba phương pháp điều<br /> khiển khác nhau, ở mỗi phương pháp sẽ có<br /> những cấu trúc và thông tin điều khiển khác<br /> nhau như:<br /> 2.2.1. Phương pháp điều khiển VPP<br /> tập trung<br /> Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp<br /> điều khiển này được gọi là điều khiển tập<br /> trung (Centralized Controlled Virtual Power<br /> Plant –CCVPP) như hình 2, mô hình điều<br /> khiển VPP loại này thì yêu cầu các nhà máy<br /> điện cùng một lúc phải nắm bắt hết các thông<br /> tin liên quan và thiết lập các chế độ làm việc<br /> sao cho đáp ứng các nhu cầu khác nhau của<br /> hệ thống điện.<br /> <br /> 2.2.2. Phương pháp điều khiển VPP<br /> phân cấp<br /> Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp<br /> điều khiển này được gọi là điều khiển phân<br /> cấp (Distributed Controlled Virtual Power<br /> Plant - DCVPP) như hình 3, mô hình điều<br /> <br /> khiển VPP được chia thành một số cấp khác<br /> nhau. Ở cấp thấp các VPP điều khiển trước<br /> đối với các khu vực bị hạn chế thông tin về<br /> DER. So với phương pháp VPP điều khiển tập<br /> trung thì phương pháp này việc thu thập thông<br /> tin có hiệu quả cải thiện được những khuyết<br /> <br /> 43<br /> <br /> Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> điểm. Sau cùng đến hệ thống điều khiển trung<br /> tâm hoạt động, quá trình phân cấp sẽ giám sát<br /> được tổng thể hệ thống và đảm bảo hệ thống<br /> luôn làm việc liên tục hơn.<br /> 2.2.3. Phương pháp điều khiển VPP phân<br /> cấp toàn bộ<br /> Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp<br /> điều khiển này được gọi là điều khiển phân<br /> cấp toàn bộ (Fully Distributed Controlled<br /> Virtual Power Plant - FDCVPP) như hình 4,<br /> <br /> phương pháp điều khiển này có thể được coi<br /> là một phần mở rộng của hệ thống phân cấp.<br /> Hệ thống điều khiển trung tâm dùng để trao<br /> đổi thông tin dữ liệu thông qua các bộ vi xử<br /> lý. VPP điều khiển phân cấp toàn bộ sẽ cho ta<br /> biết được dữ liệu về thị trường điện, dự báo<br /> thời tiết..v.v, cũng như dữ liệu đăng nhập và<br /> các thông tin có giá trị khác của hệ thống. So<br /> với hai phương pháp trên, ở phương pháp này<br /> hiệu quả mang lại cao hơn.<br /> <br /> 3. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo<br /> trong điều khiển lưới điện minh<br /> 3.1. Khả năng ứng dụng lưới điện thông<br /> minh tại Việt Nam<br /> Theo [5], ngày 08/11/2012, Phó Thủ tướng<br /> Hoàng Trung Hải đã ký quyết định số 1670/<br /> QĐ-TTg phê duyệt đề án phát triển lưới điện<br /> thông minh tại Việt Nam nhằm nâng cao chất<br /> lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện;<br /> góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện,<br /> khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm<br /> và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất<br /> lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển<br /> nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp<br /> lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo<br /> an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ<br /> môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền<br /> vững. (Đề án chia làm 3 giai đoạn thực hiện,<br /> <br /> giai đoạn 1 (2012 – 2016), giai đoạn 2 ( 2017<br /> – 2022) và giai đoạn 3 sau năm 2022).<br /> 3.2. Ứng dụng mô hình nhà máy điện<br /> ảo trong điều khiển lưới điện thông minh<br /> (Smart Grid)<br /> 3.2.1. Công nghệ điều khiển lưới điện<br /> thông minh<br /> Cho đến hiện nay, theo [6] chưa có một<br /> tác giả hoặc một tổ chức nào khẳng định chắc<br /> chắn rằng về các công nghệ sẽ được sử dụng<br /> trong tương lai đối với lưới điện thông minh,<br /> tuy nhiên chúng ta có thể chỉ ra được các đặc<br /> tính chính của lưới điện thông minh bao gồm<br /> các thành phần cơ bản như: việc thu thập dữ<br /> liệu, phân tích và dự báo, điều khiển giám sát<br /> và quản lý, phát triển hệ thống cho phép trao<br /> đổi thông tin hai chiều giữa nhà cung cấp điện<br /> và khách hàng sử dụng điện, như hình 5.<br /> <br /> 44<br /> <br /> Ứng dụng mô hình . . .<br /> <br /> 3.2.2. Lưới điện thông minh điều khiển<br /> theo VPP<br /> Điều khiển các nguồn phân tán (DER) và<br /> nguồn năng lượng tái tạo (RES) tích hợp vào<br /> lưới điện thông minh theo mô hình VPP, như<br /> hình 6. Theo [7], các trạm biến áp thông minh,<br /> và thiết bị thông minh đã được lắp đặt trong<br /> <br /> hệ thống điện, ở các cấp điện áp khác nhau<br /> như: điện áp trung bình (MV), điện áp thấp<br /> (LV). Tuy nhiên chúng ta còn phải nỗ lực hết<br /> sức để có thể biến một hệ thống điện truyền<br /> thống như hiện nay thành một hệ thống điện<br /> thông minh (Smart Grid) thực sự. Bởi vì hệ<br /> thống không chỉ đơn thuần là các phần cứng<br /> và phần mềm.<br /> <br /> 45<br /> <br />