Nâng cao chất lượng điện áp của hệ thống PV nối lưới trên lưới hạ áp bằng cách sử dụng bộ lưu trữ năng lượng lai ghép

CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION TEN

NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG PV NỐI LƯỚI
TRÊN LƯỚI HẠ ÁP BẰNG CÁCH SỬ DỤNG BỘ LƯU TRỮ
NĂNG LƯỢNG LAI GHÉP
Dương Minh Khánh(1), TS. Nguyễn Thị Anh
(1) Sinh viên Viện Điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Tác giả liên hệ:

TÓM TẮT
Các hệ thống điện mặt trời cơng suất nhỏ

ích nhằm nâng cao chất lượng điện áp của

kết nối với lưới hạ áp là một hướng phát

hệ thống điện mặt trời nối lưới. Bài báo này

triển quan trọng của năng lượng tái tạo.

sẽ trình bày các vấn đề về điện áp trong

Việc phân tích và tìm hiểu vấn đề xảy ra của

lưới hạ áp khi có sự xâm nhập sâu của PV

các hệ thống này là cần thiết nhằm nâng

và giải pháp khắc phục bằng cách sử dụng

cao hiệu quả hoạt động. Bộ lưu trữ năng

HESS. Ngồi ra, mơ hình tính tốn và hướng

lượng lai ghép (HESS) là một giải pháp hữu

nghiên cứu tiếp theo cũng được đề xuất.

Từ khóa : Tích hợp PV, HESS, Lưới hạ áp.

1. GIỚI THIỆU

2. VẤN ĐỀ ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI HẠ ÁP KHI

Các hệ thống điện mặt trời áp mái đang

CÓ SỰ XÂM NHẬP SÂU CỦA PV

ngày một phổ biến do chi phí lắp đặt ngày

2.1. Vấn đề quá điện áp

càng giảm và những ưu điểm của nó với

Khi cơng suất PV tăng cao có thể sinh ra

mơi trường. Tuy nhiên, sự xâm nhập sâu của

công suất dư thừa và truyền ngược về

PV cũng dẫn đến những vấn đề về kỹ thuật

nguồn. Tổn thất điện áp ∆U lúc này sẽ có

như hiện tượng quá điện áp và dao động

giá trị âm (với chiều dương là chiều của

điện áp[1], [2]. Bài báo này đề xuất giải pháp

dịng cơng suất từ nguồn tới phụ tải). Lúc

sử dụng HESS như một công cụ để quản lý

này, điện áp của phụ tải sẽ tăng cao và có

dịng cơng suất tác dụng của lưới, từ đó có

thể vượt ngưỡng cho phép.

thể kiểm sốt được điện áp. Bên cạnh đó,
mơ hình tính tốn cũng được đề xuất nhằm

2.2. Vấn đề dao động điện áp ngắn hạn

xác định dung lượng hợp lý của HESS với

Khi có sự thay đổi thời tiết, ví dụ như một

mục tiêu là tối thiểu hóa chi phí vận hành.

đám mây che khuất pin mặt trời, công

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 201


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION TEN

suất của PV bị thay đổi dẫn đến điện áp phụ
tải sẽ bị dao động theo. Quá trình này xảy
ra trong thời gian ngắn, vài s dến vài chục s.

3. SỬ DỤNG BỘ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG

4.2. Mơ hình điều khiển

LAI GHÉP
Bộ lưu trữ năng lượng lai ghép bao gồm pin
lưu trữ điện (Battery, BAT) và siêu tụ điện
(Supercapacitor, SC). BAT sẽ giúp lưu trữ
công suất dư thừa của PV, tránh quá điện áp.
Lượng năng lượng này sẽ được sử dụng khi
cần. BAT có dung lượng lớn nhưng cơng suất
đầu ra thấp. Trong khi đó, SC có thể cung
cấp một cơng suất lớn (~10kW/1kg thiết bị)

Hình 1. Sơ đồ kết nối của HESS

trong khoảng thời gian ngắn (0,3s-30s) [2], sẽ
giúp giữ điện áp ổn định, đặc biệt trong quá
trình dao động điện áp ngắn hạn. Hai thiết

bị này khi kết hợp sẽ giúp nâng cao chất
lượng điện áp trong dài hạn và ngắn hạn.

Chiến lược vận hành HESS: Khi có yêu cầu
xả điện, nếu SOESC > SOESC, MIN, SC sẽ xả điện.
Khi có yêu cầu nạp điện, nếu SOESC, SC sẽ nạp điện. Trong các trường hợp

MAX

còn lại, BAT sẽ hoạt động. Do đó, SC ln
hoạt động trước nhằm làm giảm tối đa số
4. MƠ HÌNH TÍNH TỐN

lần hoạt động của BAT.

4.1. Bộ lưu trữ
SOE (State of energy) là mức năng lượng

Với các dữ liệu đầu vào là thông số tải và

hiện có của thiết bị lưu trữ. Ta có:

cơng suất PV, việc lập kế hoạch vận hành
tối ưu cho BAT được tiến hành thơng qua
việc giải bài tốn tối ưu với ràng buộc là
giữ điện áp phụ tải nằm trong giới hạn cho
phép. Khi xảy ra dao động điện áp, bộ điều

Dấu “+” khi sạc và dấu “-” khi xả điện

khiển phát tín hiệu nạp xả và SC sẽ hoạt

Suy giảm dung lượng của BAT trong quá

động nhằm giữ điện áp ổn định.

trình vận hành [1]:
202 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION TEN

KÍ HIỆU

4.3. Hàm mục tiêu

EtBAT : dung lượng của BAT tại thời điểm t
(kWh)
ESC : dung lượng của SC (kWh)
là chi phí tổn thất do suy hao dung
là chi phí bảo trì thiết

lượng BAT.
bị với

là dung lượng ban đầu của BAT,

ESC là dung lượng của SC.

ηBAT, ηSC, ηDC-AC, ηDC-DC : hiệu suất của BAT, SC
và bộ biến đổi
PBAT , PSC : công suất hoạt động của BAT và
SC (kW)
Pdt : công suất xả của BAT (kW)
Z : hệ số suy hao của BAT
ΔEtBAT : độ suy hao dung lượng của BAT tại

5. ĐỀ XUẤT
Để nâng cao chất lượng điện áp, cần tìm
dung lượng và kế hoạch vận hành tối ưu
cho HESS. Quá trình này sẽ được thực hiện
với mục tiêu là tối thiểu hóa hàm mục tiêu F.

bước thứ t (kWh)
β: chi phí bảo trì thiết bị ($/kWh.day)
λ: chi phí cho mỗi đơn vị suy hao của BAT
($/kWh)
TÁC GIẢ Ý TƯỞNG
Dương Minh Khánh sinh năm 1998 tại Hà

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Nội, sinh viên Trường Đại học Bách khoa Hà

[1] Nguyen, AnhThi; Chaitusaney,Surachai; Yokoyama,

Nội chuyên ngành Hệ thống điện. Hướng

Akihiko (2019). Optimal strategies of siting, sizing,

and scheduling of BESS: Voltage management
solution for future LV network. IEEJ Transactions
on Electrical and Electronic Engineering, Volume
14, Issue 5 Pages 694-704.

nghiên cứu chính: Tích hợp PV, BESS.
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Nguyễn Thị Anh sinh ra ở Hà Nội, Việt

[2] Şahin, Mustafa Ergin; Blaabjerg, Frede (2020). A

Nam. Cô nhận bằng Kỹ sư Hệ thống điện

Hybrid PV-Battery/Supercapacitor System and a

năm 2006, thạc sĩ ngành Kỹ thuật điện năm

Basic Active Power Control Proposal in MATLAB/

2010 tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Simulink. Electronics 2020, 9(1), 129. http://doi.
org/10.3390/electronics9010129
[3] Ru, Y., Kleissl, J., Martinez, S., 2013. Storage size

và bằng Tiến sĩ kỹ thuật điện tại Đại học
Chulalongkorn, Thái Lan. Hiện nay, cô đang

determination for grid connected photovoltaic

là giảng viên tại Bộ môn Hệ thống điện,

systems. IEEE Transactions on Sustainable Energy,

Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà

4: 68-81. doi: 10.1109/TSTE.2012.2199339

Nội. Hướng nghiên cứu chính: Tích hợp các
nguồn năng lượng tái tạo, các vấn đề về
bảo vệ và tự động hóa trong hệ thống điện.

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 203