Tối ưu hóa hệ thống microgrid cho hệ thống lưới điện đảo phú quý sử dụng giải thuật di truyền

TR

I H C QU C GIA TP. HCM
NG
I H C BÁCH KHOA

NGUY NăLONGăV

T Iă UăHịAăH ăTH NGăMICROGRIDăCHOăH ă
TH NGăL
Iă I Nă OăPHÚăQUÝăS ăD NGăGI Iă
THU TăDIăTRUY N
OPTIMIZATION OF THE MICROGRID SYSTEM FOR
PHU QUY ISLAND USING GENETIC ALGORITHMS
Chuyên ngành

: K thu t đi n

Mã s ngành

: 8520201

LU NăV N TH CăS

TP. H CHÍ MINH, tháng 7 n m 2022


CƠNG TRÌNH
I H C BÁCH KHOA Cán b h

C HỒN THÀNH T I

I H C QU C GIA TP. HCM

ng d n khoa h c: TS. Nguy n PhúcăKh i

Cán b ch m nh n xét 1: TS.ăLêăTh ăT nhăMinh

Cán b ch m nh n xét 2: TS.ăNguy năH uăVinh

Lu n v n th c s đ c b o v t i Tr
HCM ngày 16 tháng 07 n m 2022

ng

i h c Bách Khoa,

HQG Tp.

Thành ph n H i đ ng đánh giá lu n v n th c s g m:
1. PGS. TS. Nguy n V n Liêm

- Ch t ch H i đ ng

2. TS. Nguy n Nh t Nam

- Th kỦ H i đ ng

3. TS. Lê Th T nh Minh

- Cán b ph n bi n 1

4. TS. Nguy n H u Vinh

- Cán b ph n bi n 2

5. TS. D

- y viên H i đ ng

ng Thanh Long

Xác nh n c a Ch t ch H i đ ng đánh giá Lu n v n và Tr ng Khoa
qu n lý chuyên ngành sau khi lu n v n đã đ c s a ch a (n u có).
CH T CH H I

NG

TR

NG KHOA I Năậ I NăT


TR

I H C QU C GIA TP.HCM
NG
I H C BÁCH KHOA

C NG HÒA XÃ H I CH NGH A VI T NAM
c l p - T do - H nh phúc

NHI M V LU N V N TH C S
H và tên h c viên: NGUY NăLONGăV
Ngày, tháng, n m sinh: 28/04/1998
Chuyên ngành: K thu t đi n - Mã s : 8520201
I. TÊN

MSHV: 2070675
N i sinh: NinhăThu n

TÀI:

Tênăti ngăVi t: T i u hóa h th ng Microgrid cho h th ng l i đi n đ o Phú QuỦ s
d ng gi i thu t di truy n
Tênăti ngăAnh: Optimization of The Microgrid System for Phu Quy Island Using Genetic
Algorithms
II. NHI M V VÀ N I DUNG:
1. Tìm hi u, nghiên c u v các mơ hình l i đi n siêu nh (Microgrid) có s k t h p gi a
các ngu n n ng l ng phân tán và h th ng l u tr n ng l ng (ESS).
2. Tìm hi u, nghiên c u v thu t tốn di truy n (Genetic Algorithms-GA).
3. Tìm hi u, xây d ng và v n d ng bài toán t i u vào l

i đi n siêu nh .

4. Mơ hình hóa, mơ ph ng và tính toán ho t đ ng c a l i đi n siêu nh vào h th ng
đi n đ o Phú QuỦ b ng ph n m m MATLAB. T đó đ a ra các nh n xét vá đánh giá cho
thu t toán đư đ xu t.
III. NGÀY GIAO NHI M V : 14/02/2022
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V :
V. CÁN B

H

NG D N: TS. Nguy n Phúc Kh i
Tp. HCM, ngày

CÁN B

H

NG D N

TS. Nguy n PhúcăKh i
TR

CH NHI M B

tháng

n m 2022

MÔN ÀO T O

TS. Nguy n Nh t Nam

NGăKHOA I Năậ I NăT

Trang i


L I CÁM N

Ki n th c r ng l n muôn màu muôn v , n m b t đ c ki n th c và làm ch
đ c cơng ngh là m t hành trình gian kh và v t v . Trên con đ ng thành
cơng đó khơng có s thành cơng nào mà khơng g n li n v i s h tr , giúp đ
dù ít hay nhi u, dù tr c ti p hay gián ti p. Trong su t quá trình h c t p t i tr ng
i h c Bách Khoa TP.HCM em đã nh n đ c s giúp đ t n tình c a các th y
cơ giáo, đi u đó th t đáng quý và trân tr ng.
V i lòng bi t n sâu s c nh t, em xin g i l i c m
giáo tr ng i h c Bách Khoa TP.HCM, đ c bi t là các
th ng đi n, khoa i n – i n t đã truy n đ t cho em nh
giúp em kh c ph c đ c nhi u thi u sót trong q trình h
làm vi c.

n đ n quý Th y Cô
Th y Cô b môn H
ng ki n th c b tích,
c t p, nghiên c u và

c bi t, em xin g i đ n Ti n s Nguy n Phúc Kh i ng i đã t n tình h ng
d n, giúp đ em trong su t quá trình th c hi n lu n v n này l i c m n sâu s c
nh t. Xin chân thành bày t lòng bi t n đ n Công ty C ph n u T và T V n
N ng L ng B n V ng đã không ng ng h tr , t o m i đi u ki n t t nh t cho
em trong su t th i gian h c t p và nghiên c u th c hi n lu n v n.
Xin g i l i c m n đ n gia đình, các anh ch và các b n đã ln giúp đ ,
sát cánh trong q trình làm lu n v n và trong quãng th i gian t i đ p trên gh
nhà tr ng này.
Sau cùng, em xin kính chúc q th y cơ th t d i dào s c kh e, tràn đ y vui
t i đ ti p t c th c hi n s m nh cao đ p c a mình là truy n đ t ki n th c cho
th h mai sau.

TP.HCM, ngày tháng

n m 2022

H c viên th c hi n

Nguy năLongăV

Trang ii


TÓM T T LU N V N TH C S
H th ng đi n trên huy n đ o Phú QuỦ là m t mơ hình th c t v vi c v n
hành h th ng h n h p gió-m t tr i-diesel đ c l p. Hi n nay, ph t i trên đ o
Phú QuỦ ch y u là ph t i sinh ho t, nên kho ng th i gian t 23h-6h công su t
ph t i th p. Khi đó cơng su t phát t đi n gió s c t gi m đ cân b ng công su t.
Ph ng pháp v n hành này s gây lưng phí n ng l ng t đi n gió.
Lu n v n này th c hi n thu th p d li u ho t đ ng c a toàn h th ng đi n trên
đ o trong m t n m đ ng th i ti n hành mô ph ng b ng MATLAB và s d ng thu t toán
di truy n nh m nghiên c u tính kh thi c a vi c tích h p h th ng tích tr đi n n ng
(ESS) vào h th ng đi n hi n h u c a huy n đ o. M c đích nghiên c u chính c a bài
báo: Tính tốn đ nh l
đ o Phú QuỦ.

ng tính hi u qu c a vi c tích h p h th ng ESS vào l

i đi n

Trang iii

ABSTRACT
The power system on Phu Quy Island district is a practical model of
operating an independent Wind-Solar-Diesel hybrid system. Now, the load on
Phu Quy Island is mainly daily-life load, so the period from 23:00 to 6:00 is low.
At that time, the power generated from wind power will be reduced to balance
the capacity. This operating method will waste energy from wind power.
This thesis collects operational data of the entire power system on the
island in one year, and simultaneously conducts simulations with MATLAB and
uses genetic algorithms to study the feasibility of integrating an energy storage
system (ESS) into the existing power system of the island. Main research purpose
of the paper: Quantitative calculation of the effectiveness of integrating the ESS
system into the Phu Quy Island power grid.

Trang iv


L I CAM OAN
Tôi tên là Nguy n Long V , xin cam đoan lu n v n th c s đ tài “ i u đ
kinh t trong h th ng microgrid s d ng gi i thu t di truy n” là cơng trình nghiên
c u c a chính b n thân tơi, d i s h ng d n khoa h c c a TS. Nguy n Phúc
Kh i.
Các s li u, k t qu mô ph ng trong lu n v n này là trung th c. Tôi cam
đoan không sao chép b t k công trình khoa h c nào c a ng i khác, m i s
tham kh o đ u có trích d n rõ ràng.
TP.HCM, ngày tháng 06 n m 2022
Ng i cam đoan

Nguy năLongăV

Trang v

Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

M CL C
NHI M V LU NăV N ..............................................................................................i
L I C Mă N ............................................................................................................... ii
TÓM T T LU NăV NăTH CăS ............................................................................ iii
ABSTRACT ................................................................................................................. iv
L IăCAMă OAN ..........................................................................................................v
M C L C ................................................................................................................... vi
DANH M C HÌNH NH ........................................................................................ viii
DANH M C B NG ......................................................................................................x
CH

NGă1.ăT NG QUAN V

TÀI .................................................................... 1

1.1. Gi i thi u v đ tài nghiên c u ............................................................................ 1
1.2. M c tiêu nghiên c u c a đ tài............................................................................. 2
1.3.

it

1.4. Ph

ng và ph m vi nghiên c u ........................................................................ 2

ng pháp nghiên c u ...................................................................................... 2

1.5. C u trúc lu n v n .................................................................................................. 2
CH

NGă2.ăT NG QUAN V MICROGRID VÀ H TH NGă I Nă

O PHÚ

QUÝ ................................................................................................................................ 4
2.1. Khái ni m v Microgrid (MG): ............................................................................ 4
2.2. Các ch đ v n hành c a h th ng Microgrid ...................................................... 5
2.3. Các thành ph n trong h th ng Microgrid ............................................................ 6
2.4. H th ng đi n t i đ o Phú Q........................................................................... 20
CH

NGă3.ăMƠăHỊNHăBÀIăTỒNăT Iă UăTRONGăH TH NG MICROGRID

....................................................................................................................................... 25
3.1. Mơ hình hóa các ph n t trong Microgrid: ........................................................ 25
3.2. Hàm m c tiêu...................................................................................................... 31
CH

NGă4.ăTHU T TOÁN DI TRUY N .............................................................. 34

HVTH: Nguy n Long V

Trang vi

Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

4.1. Thu t toán di truy n: .......................................................................................... 34
4.2. Xây d ng thu t tốn ........................................................................................... 36
4.3. Mơ t v các mơ hình ......................................................................................... 41
CH

NGă5.ăK T QU VÀ NH NăXÉTă ÁNHăGIÁ ........................................... 54

5.1. D li u đ u vào................................................................................................... 54
5.2. Mô ph ng h th ng đi n hi n h u ...................................................................... 56
5.3. Mô ph ng h th ng đi n khi b sung ESS ......................................................... 57
5.4. K t qu t i u hàm chi phí và đ tin c y ............................................................ 60
5.5. Nh n xét .............................................................................................................. 66
CH

NGă6.ăK T LU NăVÀăH

NG PHÁT TRI N .......................................... 68

6.1. K t lu n............................................................................................................... 68
6.2. H

ng phát tri n trong t

ng lai ........................................................................ 69

TÀI LI U THAM KH O........................................................................................... 70

PH L C ..................................................................................................................... 73

HVTH: Nguy n Long V

Trang vii


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

DANH M C HÌNH NH
Hình 2.1. Mơ hình h th ng Microgrid đ c l p đi n hình............................................... 5
Hình 2.2. Mơ hình Microgrid đ

c k t n i v i NPG ...................................................... 6

Hình 2.3. Các thành ph n chính c a máy phát đi n s d ng đ ng c diesel .................. 7
Hình 2.4. Pin n ng l

ng m t tr i PV Cell – PV Module – Strings – Arrays [4] .......... 8

Hình 2.5. C u t o pin n ng l

ng m t tr i [5] ................................................................ 9

Hình 2.6. Hai lo i pin n ng l

ng m t tr i Monocrystalline silicon và Polyocrystalline

silicon............................................................................................................................... 9
Hình 2.7. Nguyên lý ho t đ ng c a pin n ng l

ng m t tr i [5] .................................. 12

Hình 2.8. Tuabin gió lo i A ........................................................................................... 14
Hình 2.9. Tuabin gió lo i B ........................................................................................... 14
Hình 2.10. Tuabin gió lo i C ......................................................................................... 15
Hình 2.11. Tuabin gió lo i D ......................................................................................... 15
Hình 2.12. S đ phân lo i ESS theo d ng n ng l

ng l u tr [8]............................... 16

Hình 2.13. S đ ho t đ ng c a H th ng L u tr N ng l

ng Pin (BESS)................ 19

Hình 2.14. H th ng máy phát đi n Diesel c a đ o Phú Quý [ngu n: EVNSPC] ........ 21
Hình 2.15. H th ng đi n gió đ o Phú Quý [ngu n: EVNSPC] ................................... 21
Hình 2.16. D án nhà máy đi n m t tr i t i đ o Phú Quý ............................................ 22
Hình 2.17.

th ph t i ngày ...................................................................................... 23

Hình 2.18. L

i đi n Microgrid s d ng cho huy n đ o Phú Quý ............................... 24

Hình 3.1.

ng P(v) d ng t ng quát ........................................................................... 26

Hình 3.2. Hình nh mơ t thiên đ

............................................................................. 29

Hình 3.3. L u đ ho t đ ng........................................................................................... 31
Hình 4.1.

ng d ng c a GA .......................................................................................... 34

Hình 4.2. L u đ th c hi n thu t toán di truy n ........................................................... 35
Hình 4.3. Hình nh minh h a cho C p (Rank) .............................................................. 37
Hình 4.4. L u đ thu t tốn h th ng máy phát Diesel ................................................. 42
Hình 4.5. L u đ thu t tốn mơ hình h th ng n ng l

ng m t tr i ............................ 43

Hình 4.6. L u đ thu t tốn mơ hình h th ng n ng l

ng gió .................................... 44

Hình 4.7. L u đ thu t tốn c a mơ hình h th ng l u tr n ng l

n .......................... 50

Hình 4.8. L u đ c a mơ hình thu t tốn Simulation ................................................... 52
Hình 4.9. L u đ mơ hình thu t toán Optimazation ..................................................... 53
HVTH: Nguy n Long V

Trang viii


GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

Lu n v n th c s

Hình 5.1. V trí thu th p d li u gió so v i d án đi n gió đ o Phú Q [Google Earth]
....................................................................................................................................... 54
Hình 5.2. Phân b công su t khi ch a s d ng ESS trong ngày 28/4/2021 .................. 56
Hình 5.3. Phân b cơng su t khi b sung ESS trong ngày 22/11/2021 ......................... 58
Hình 5.4. K t qu t i u c a h th ng n ng l
l

ng h n h p pin PV-gió-diesel khơng n i

i (đ tin c y và chi phí vịng đ i c a h th ng) ........................................................ 62

Hình 5.5. Phân b cơng su t t i ngày gió th p (28/4/2021) .......................................... 65
Hình 5.6. Phân b công su t th i đi m t c đ gió cao (21/11/2021) ............................ 66

HVTH: Nguy n Long V

Trang ix


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

DANH M C B NG
B ng 1. Thiên đ

c a ngày 21 hàng tháng ................................................................. 29

B ng 2. Gi i thích các đi u ki n d ng c a thu t tốn ................................................... 40
B ng 3. Thơng tin đ u vào cho các mơ hình ph n t trong l
B ng 4. Chi phí vịng đ i d án trong tr

i đi n siêu nh ............. 55

ng h p ch a có ESS ................................... 56

B ng 5. S n l

ng đi n t ng lo i ngu n ....................................................................... 57

B ng 6. S n l

ng đi n t ng lo i ngu n trong vòng m t n m sau khi b sung ESS ... 59

B ng 7. Chi phí vịng đ i d án trong tr

ng h p có ESS............................................ 59

B ng 8. Gi i h n c a các bi n quy t đ nh ..................................................................... 61
B ng 9. K t qu c a vi c t i u hóa chi phí vịng đ i và đ tin c y ............................. 63
B ng 10. Chi phí t ng thành ph n h th ng sau khi th c hi n thu t toán t i u .......... 63
B ng 11. S n l

ng đi n theo t ng ngu n sau khi th c hi n thu t toán t i u ............ 64

HVTH: Nguy n Long V

Trang x


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

CH

NG 1. T NG QUAN V

TÀI

1.1. Gi i thi u v đ tài nghiên c u
Ngày nay đ đáp ng nhu c u g n nh không gi i h n c a các n n kinh t , các nhà máy
đi n – ch y u là th y đi n và nhi t đi n (s d ng nhiên li u than, khí, d u ho c h t
nhân) ngày càng đ

c m r ng và quy mô và công su t. i u này d n đ n nguy c l n

cho các n n kinh t khi b t c s c nào t các nhà máy đi n đ u gây nh h

ng n ng

n trên bình di n r ng. Chính t đó v i s phát tri n c a khoa h c công ngh , m ng đi n
siêu nh ra đ i (Microgrid) nh m kh c ph c nh ng nh

c đi m c a h th ng m ng đi n

truy n th ng.
Tuy nhiên, v n đ l n đ i v i Microgrid là làm sao t i u hóa đ
đ

c cơng su t, duy trì

c tính n đ nh và liên t c c a đi n áp cung c p cho dù đang ho t đ ng

l p hay ch đ n i l
ngu n n ng l

i. Do đó, vi c tìm ra ph

ch đ đ c

ng pháp hi u qu đi u ph i h th ng các

ng tái t o đa d ng (m t tr i, gió, diesel, h th ng pin l u tr ) k t h p v i

các ngu n n ng l

ng khác hi n h u là m t vi c c n thi t.

Mơ hình Microgrid th c t t i Vi t Nam, có th k đ n h th ng đi n trên huy n đ o
Phú Quý là m t h th ng h n h p gió-m t tr i-diesel đ c l p. Tuy đ o Phú QuỦ đ
đ u t h th ng đi n gió k t h p n ng l
v i t i, nh ng s n l

Ph

ng m t tr i có t ng công su t t

ng đi n t các ngu n n ng l

ng pháp v n hành này s gây lưng phí n ng l

c

ng đ i l n so

ng tái t o thâm nh p còn th p.

ng t các ngu n n ng l

ng tái t o.

Bên c nh đó, v i s thay đ i liên t c c a công su t ph t i c ng nh là công su t c a
ngu n phát đi n gió, đi u này làm m t công b ng công su t c a h th ng nên làm cho
t n s c a h th ng m t n đ nh.
Do v y, lu n v n đ
ESS vào l

c th c hi n nh m m c đích xác đ nh s hi u qu c a vi c tích h p

i đi n đ o Phú Q nh m t mơ hình Microgrid có các ngu n phát gió, m t

tr i và diesel.
D li u v n hành đ

c thu th p th c t đ tính tốn mơ ph ng ho t đ ng c a h th ng

nh m t i u t l thâm nh p c a n ng l

ng tái t o cho l

Các k t qu tính tốn mơ ph ng khi s d ng ESS đ

i Microgrid t i đ o Phú Quý.

c th c hi n trong m t n m và so

sánh v i d li u v n hành th c t khi ch a áp d ng gi i pháp nh m xác đ nh tính kh thi
c a ph

ng án.

HVTH: Nguy n Long V

Trang 1


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

1.2. M c tiêu nghiên c u c a đ tài
tài t p trung vào m c tiêu chính là xây d ng thu t tốn đ th c hi n m c tiêu đ ra.
Theo đó đ đ t đ

c m c tiêu này đ tài c n t p trung nghiên c u b n m c tiêu c b n.

- M t là nghiên c u và n m v ng c s lý thuy t c a ph

ng pháp gi i thu t di

truy n (Genetic Algorithm – GA) trong vi c gi i các bài tốn t i u hóa.
- Ti p theo là nghiên c u các mơ hình h th ng Microgrid cho l
Q có tích h p h th ng l u tr n ng l

ng (ESS- Energy Storage System).

- Ba là d a trên các phân tích, tìm hi u v ph
Microgird, đ tài áp d ng ph

ng cho vòng đ i h th ng;

c đi u khi n trong h th ng d a theo tr ng thái s c và x c a h

th ng l u tr n ng l
tr n ng l

ng pháp GA và h th ng

ng pháp GA đ tìm:

+ C c ti u chi phí n ng l
+ Chi n l

i đi n đ o Phú

ng (ESS- Energy Storage System) t đó t i u dung l

ng l u

ng cho h th ng đi n đ o Phú Quý, c c ti u chi phí v n hành máy phát

diesel;
+ Xem xét đ tin c y c a h th ng.
it

1.3.

ng và ph m vi nghiên c u

tài T iă uăhóaăh th ng Microgrid cho h th ngăl
gi i thu t di truy n nên đ i t

iăđi năđ o Phú Quý s d ng

ng nghiên c u là thu t toán GA và bài toán đi u đ kinh

t trong Microgrid c a h th ng đi n đ o Phú Quý – Bình Thu n.
Ph m vi nghiên c u đ

c th c hi n d a trên mơ hình toán h c và dùng ph n m m

MATLAB đ gi i thu t toán t i u.
1.4. Ph

ng pháp nghiên c u

nghiên c u các n i dung nêu trên, tôi đư l a ch n ph

ng pháp nghiên c u nh sau:

- Nghiên c u v lý thuy t c a thu t toán GA trên và đ a vào l p trình.
- S d ng ph n m m MATLAB đ mơ hình hóa các ngu n n ng l

ng tái t o

và tri n khai thu t toán.
1.5. C u trúc lu n v n
Ch

ng 1: T ng quan v đ tài

Ch

ng 2: T ng quan h th ng Microgrid và h th ng đi n t i đ o Phú Quý

HVTH: Nguy n Long V

Trang 2


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

Ch

ng 3: Mơ hình bài tồn t i u trong h th ng Microgrid

Ch

ng 4: Thu t toán di truy n

Ch

ng 5: K t qu và nh n xét đánh giá

Ch

ng 6: K t lu n và h

ng phát tri n

Tài li u tham kh o

HVTH: Nguy n Long V

Trang 3


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

CH

NG 2. T NG QUAN V MICROGRID VÀ H TH NG
I N

O PHÚ QUÝ

2.1. Khái ni m v Microgrid (MG):
Microgrid là h th ng l
phát v i h th ng l
n ng l

i đi n nh đ

c g n t i tiêu th và có s k t h p nh ng ngu n

i h th . H th ng microgrid s d ng các ngu n phát phân b nh

ng m t tr i, n ng l

ng gió, máy phát đi n, pin nhiên li u, c quy,... Tùy vào

đ c đi m v trí, nhu c u t i và yêu c u ng

i s d ng mà có nh ng c u hình k t h p các

ngu n này v i nhau. Nh ng h th ng microgrid nh này ho t đ ng nh nh ng mơ đun
nh trong l

i đi n, nó giúp l

linh đ ng, hi u qu c a l

i đi n gi m thi t h i khi b s c . Microgrid h tr tính

i đi n b i s k t h p vi c phát tri n các ngu n n ng l

tái t o v i nhau nh là n ng l

ng m t tr i, gió và các ngu n n ng l

ng

ng khác. H n

n a, vi c s d ng các ngu n t i ch ph c v cho t i trong khu v c đó giúp gi m t n th t
đ

ng dây và phân ph i đi n n ng c ng nh vi c t ng hi u su t truy n t i c a l

i. M c

dù h th ng Microgrid có nhi u c u trúc, ph thu c t ng m c đích s d ng c ng nh
đi u ki n kinh t , c s k thu t. V c b n, h th ng Microgrid bao g m các thành
ph n: ngu n phát, h th ng qu n lỦ n ng l

ng, h th ng l u tr n ng l

ng và ph t i

tiêu th . Thành ph n c b n đ u tiên cho m i h th ng microgrid là ngu n phát. Ngu n
n ng l

ng th

ng đ

c hi u ch nh theo nhu c u c a h th ng microgrid, nh vi c phát

cơng su t mong mu n. Trong đó, n ng l
l

ng ph bi n. Bên c nh đó, n ng l

ng m t tr i d n d n tr thành ngu n n ng

ng gió c ng th

microgrid. H th ng qu n lỦ n ng l

ng đ

c s d ng trong h th ng

ng x lý chuy n đ i các ngu n n ng l

ng t

ngu n phát đ n các t i tiêu th . Tùy thu c vào lo i t i mà h th ng qu n lỦ n ng l

ng

đi u khi n các b chinh l u, ngh ch l u ph c v đúng m c đích. Bên c nh đó, h th ng
qu n lỦ n ng l

ng s t i u vi c v n hành theo t ng m c đích c a ng

th ng l u tr n ng l

ng thơng th

H th ng Microgrid có th v n hành
ch đ n i đi n l
l

i ti t ki m n ng l

i s d ng. H

ng s d ng c quy đ ti t ki m chi phí đ u t .
c 2 ch đ : có đi n l

i và khơng có đi n l

i.

i, các ngu n phát phân tán c a h th ng Microgrid s h tr ngu n
ng hóa th ch khi h đ n ng l

ng cung c p cho t i. Trong khi

ch đ đ c l p, h th ng Microgrid s k t h p nh ng ngu n phát phân tán đ cung c p
n ng l

ng cho t i sao cho đ m b o t i u v n hành [1].

HVTH: Nguy n Long V

Trang 4


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

2.2. Các ch đ v n hành c a h th ng Microgrid
M t Microgrid có th t s n xu t đi n và c ng có th mua đi n t l
(NPG) n u Microgrid đó đ
l

i đi n đ

ck tn iv il

i đi n qu c gia

i đi n. Các Microgrid không k t n i v i

c g i là Microgrid đ c l p, trong khi các MG có th bán/mua đi n t l

đi n qu c gia đ

c g i là MG n i l

i

i.

2.2.1. Microgrid đ c l p:
M t Microgrid đ c l p có th s n xu t đi n t các ngu n n ng l
g m các ngu n thông th
đ ng đ c l p v i l

ng và n ng l

ng c a chính nó, bao

ng tái t o. M t Microgrid đ c l p có th ho t

i đi n và thích h p cho các khu v c h o lánh, mà l

gia th không đáp ng. Các thành ph n t o ra bao g m c ngu n n ng l
WT và th y đi n nh ) và ngu n thông th
đi n đ

ng tái t o (PV,

ng (diesel). Nh có th th y trong Hình 2.1,

c t o ra b i các ngu n Microgrid đ c l p có th đ

cách s d ng b s c ESS, ho c đ

i đi n qu c

c l u tr trong ESS b ng

c s d ng cho t i xoay chi u b ng cách s d ng b

bi n t n. Vi c l u tr ho c s d ng đi n đ đáp ng nhu c u đ

c qu n lý b i m t h

th ng đi u khi n, s d ng các thu t tốn t i u hóa đ gi m thi u chi phí v n hành [2].

Hình 2.1. Mơ hình h th ng Microgrid đ c l p đi n hình
2.2.2. Microgrid k t n i l
Các Microgrid k t n i l

i

i v i NPG đ

c g i là các MG n i l

i. Các MG này có th

t o ra đi n t (các) máy phát đi n c a chính chúng ho c mua đi n tr c ti p t NPG. N u
s nl

ng đi n trong MG v

t quá m c tiêu th hi n t i, MG có th bán đi n cho NPG

đ thu l i nhu n. Ví d v MG đ

ck tn il

iđ

c th hi n trong Hình 2.2, bao g m

các t m PV, h th ng l u tr , t i và NPG. Nh có th th y trong Hình 2.2, MG có th
HVTH: Nguy n Long V

Trang 5


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

mua ho c bán đi n t NPG. i n do h th ng PV s n xu t có th đ
đáp ng nhu c u c a ng

c s d ng đ : (i)

i s d ng, (ii) l u tr đi n ho c (iii) bán l i cho NPG. Ng

l i, khi khơng có PV, đi n có th đ

c s d ng t : (i) b l u tr n ng l

ng ho c (ii)

đi n mua t NPG. Do đó, b đi u khi n qu n lỦ đi n n ng thích ng (APM) đư đ
d ng đ qu n lỦ n ng l

c

cs

ng c a h th ng v i m c tiêu gi m thi u t ng chi phí đi n n ng

mua t NPG (Hình 2.2).

Hình 2.2. Mơ hình Microgrid đ

c k t n i v i NPG

2.3. Các thành ph n trong h th ng Microgrid
2.3.1. Máy phát đi n đ ng c đ t trong
ây là lo i máy phát s d ng đ ng c đ t trong đ quay máy phát t o ra đi n n ng. Có
hai lo i đ ng c : đ ng c đánh l a c

ng b c và đ ng c đánh l a nén. i m khác bi t

gi a hai lo i đ ng c này là lo i nhiên li u s d ng, h th ng cung c p và ki u đ t cháy
nhiên li u.

ng c đánh l a c

ng b c có th dùng x ng, khí thiên nhiên, biogas, khí

đ t hóa l ng làm nhiên li u. H n h p cháy (g m nhiên li u và khơng khí) đ
đ ng c đ th c hi n hành trình nén và đ

c kích n nh bu - gi đánh l a t o quá trình

cháy, dãn n và t o momen xo n quay máy phát t o ra đi n n ng.
s d ng nhiêu li u là d u diesel.

c đ a vào

ng c đánh l a nén

i v i đ ng c diesel, sau khi kim phun nhiên li u

th c hi n phun v i t c đ và áp su t cao k t h p v i bu ng xoáy l c trên đ nh piston t o
ra h n h p cháy. H n h p này đ

c nén v i t s nén cao và t b c cháy, dãn n và t o

momen xo n quay máy phát t o ra đi n n ng. Hi u su t c a đ ng c diesel l n h n

HVTH: Nguy n Long V

Trang 6

Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

kho ng 1,5 l n so v i đ ng c đánh l a c

ng b c. Nhiên li u diesel th

ng r h n

nhiêu li u khác [3].
Máy phát đi n dùng đ ng c đ t trong có kh n ng t n d ng ngu n nhi t th i đ t o ra
nhi t n ng, n

c nóng cung c p cho các h ti u th . Tính n ng này giúp t ng hi u n ng

s d ng nhiên li u t 35-48 % lên đ n 70 %. Máy phát đi n dùng đ ng c đ t trong
th

ng đ

c s d ng ph bi n h n c , b i giá thành r , b n, tính n đ nh cao và th i

gian kh i đ ng ng n. Khuy t đi m c a máy phát này là kh n ng x khí th i gây hi u
ng nhà kính ra mơi tr

ng.

Hình 2.3. Các thành ph n chính c a máy phát đi n s d ng đ ng c diesel
Các thành ph n chính c a máy phát đi n Diesel, bao g m:

- 1.

ng c

- 2.

u phát

- 3. H th ng nhiên li u
- 4. n áp
- 5. H th ng làm mát và h th ng x
- 7. B n p c – quy
- 8. Control Panel hay thi t b đi u khi n
- 9. K t c u khung chính

HVTH: Nguy n Long V

Trang 7


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

2.3.2. H th ng n ng l

Hình 2.4. Pin n ng l
Pin n ng l
l

ng m t tr i (PV)

ng m t tr i PV Cell – PV Module – Strings – Arrays [4]

ng m t tr i (hay pin quang đi n, t b o quang đi n), là thi t b bán d n ch a

ng l n các diode p-n, d

đi n s d ng đ

i s hi n di n c a ánh sáng m t tr i có kh n ng t o ra dòng

c. S chuy n đ i này g i là hi u ng quang đi n. Các pin n ng l

ng

m t tr i có nhi u ng d ng. Chúng đ c bi t thích h p cho các vùng mà đi n n ng trong
m ng l

i ch a v

n t i, các v tinh quay xung quanh qu đ o trái đ t, máy tính c m

tay, các máy t xa, thi t b b m n
hay các t m n ng l

c... Pin n ng l

ng m t tr i (t o thành các module

ng m t tr i) xu t hi n trên nóc các tịa nhà n i chúng có th k t n i

v i b chuy n đ i c a m ng l

i đi n có kh n ng bi n đ i tr c ti p n ng l

ng b c x

m t tr i thành đi n n ng nh hi u ng quang đi n bên trong.

HVTH: Nguy n Long V

Trang 8


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

Hình 2.5. C u t o pin n ng l

ng m t tr i [5]

Cho t i hi n t i thì v t li u ch y u cho pin m t tr i (và cho các thi t b bán d n) là các
silic tinh th . Pin m t tr i t tinh th silic chia ra thành các lo i sau [6]:
Th h th nh t
ây là nh ng t m pin n ng l

ng m t tr i truy n th ng, lo i pin lâu đ i nh t đ

c làm

t silicon bao g m Monocrystalline silicon và Polyocrystalline silicon. ây c ng là th
h ph bi n nh t trong th tr
tr

ng quang đi n hi n nay. Theo th ng kê n m 2019 th

ng PV toàn c u chi m 95% là nh ng t m pin lo i này.

Hình 2.6. Hai lo i pin n ng l ng m t tr i Monocrystalline silicon và
Polyocrystalline silicon
HVTH: Nguy n Long V

Trang 9


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

- T m pin đ n tinh th (Monocrystalline Solar Panels)
+

ây là nh ng t m pin đ

c làm t silicon đ n tinh th , có đ tinh khi t cao.

Các t bào silicon đ n tinh th có màu đen ho c xanh ánh kim. Nh ng t bào silicon đ n
tinh th có đ b n cao lên t i trên 25 n m. Tuy nhiên hi u su t chuy n đ i c a chúng

c ng gi m d n theo t ng n m (kho ng 0,5% m i n m). Nh

c đi m c a nh ng t m pin

lo i này là yêu c u đ tinh khi t cao c a tinh th silicon d n t i vi c s n xu t tinh th
silicon là ph c t p và giá thành s t ng cao. Bên c nh đó nh ng t bào này c ng d b
r n n t khi có tác đ ng c h c. Hi n nay, hi u xu t chuy n đ i cao nh t c a t bào quang
đi n d ng này đư đ t t i 26.7% và module đư đ t t i 610W/panel v i hi u xu t chuy n
đ i c a module là 22.3%.
- T m pin đa tinh th (Polycrystalline Solar Panels)
+ Nh ng t m pin đa tinh th đ

c s n xu t b ng cách nung ch y silicon thơ

sau đó đ vào khn, làm ngu i và c t thành nh ng t m wafer. Quy trình s n xu t đ n
gi n, ít t n kém, giá thành c ng th p h n nh ng t m tin đ n tinh th . Tuy v y, nh ng
t m pin đa tinh th hi u su t chuy n đ i th p h n, ho t đ ng kém hi u qu h n nh ng
t m pin đ n tinh th

cùng đi u ki n nhi t đ t ng cao. N m 2019, hi u su t chuy n

đ i c a t bào đa tinh th đ t cao nh t là 22.3%.
Th h th hai
- Pin m t tr i màng m ng Amorphous silicon
+ T bào quang đi n màng m ng đ
lên n n th y tinh. Lo i này ít t n silicon đ

c s n xu t b ng cách l ng màng silicon

c s d ng đ s n xu t h n so v i các t bào

đ n tinh th ho c đa tinh th , nh ng hi u su t chuy n đ i c a t bào d ng này không
cao. M t cách đ c i thi n hi u qu c a t bào là t o c u trúc phân l p c a m t s t
bào.

u đi m chính c a cơng ngh lo i này là silicon vơ đ nh hình có th đ

đ ng trên nhi u lo i ch t n n, có th đ

c l ng

c t o ra linh ho t và có các hình d ng khác nhau

và do đó có th đ

c s d ng trong nhi u ng d ng. Silicon vô đ nh hình c ng ít b q

nhi t, đi u này th

ng làm gi m hi u su t c a pin m t tr i.

- Pin m t tr i màng m ng CdTe

HVTH: Nguy n Long V

Trang 10


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

ây là m t lo i công ngh khác, nh ng n m g n đây tr nên khá ph bi n

+

do chi phí đ u t th p, d tái ch , hi u su t chuy n đ i t t, kh n ng h p th b

c sóng

c a ánh sáng r ng h n silicon, t ng kh n ng ng d ng c a nh ng t m pin lo i này. Tuy
nhiên, nh
tr

c đi m l n nh t c a nh ng t m pin màng m ng CdTe là v n đ r i ro mơi

ng. Trong q trình s n xu t c n t p trung m t l
i v i Cadmium là tác đ ng đ c h i t i môi tr

ng l n Cadmium và Telluride.

ng, con ng

i còn Telluride v n đ

l n nh t là ngu n cung. Hi n nay, hi u su t chuy n đ i c a t bào quang đi n lo i này
đ t 21% và hi u su t chuy n đ i c a module đ t 18.3% (First solar).
- Pin m t tr i màng m ng CIGS
+ Trong t t c công ngh pin m t tr i màng m ng thì CIGS là công ngh đ t
hi u qu cao nh t, Nh ng module CIGS đang ngày càng tr nên ph bi n h n trong

ngành quang đi n vì nó không ch a Cadmium đ c h i. Các t bào CIGS đ

c s n xu t

b ng cách l ng đ ng các kim lo i v i m t l p m ng trên ch t n n. Tính t i n m 2019,
hi u su t chuy n đ i c a t bào quang đi n CIGS cao nh t đ t 23.1% và đ t 17.6% đ i
v i module (ZSW).
Th h th 3
Pin m t tr i th h th 3 bao g m nhi u lo i v t li u khác nhau c h u c và vô c . H u
h t chúng v n đang trong giai đo n nghiên c u, phát tri n nh : DSSC (dye-sensitized
solar cell), Polymer và Organic PV, Quantum dot PV, Perovskite. Nh ng cơng ngh này
hi n nay ch a có tính n đ nh và còn nh ng rào c n r t l n nh v hi u su t, tu i th ,
công ngh , đi u ki n ng d ng và m t y u t quan tr ng nh t là tính hi u qu v kinh
t .
V i nh ng thành công trong nghiên c u, s n xu t, ng d ng đư cho ra đ i hàng lo t
nh ng t m pin n ng l

ng m t tr i công su t cao, hi u qu v kinh t đư khi n ngành

công nghi p quang đi n đang ngày càng tr nên quan tr ng tr thành m t ngu n n ng
l

ng không th thi u

hi n t i và t

ng lai.

ây chính là m t ngành cơng nghi p có

ti m n ng và quy mô l n. Quang đi n s là ngu n n ng l
ngu n n ng l

ng tiên phong trong các

ng tái t o và s d n thay th các ngu n n ng l

ng truy n th ng. T

nh ng thông tin v các th h pin m t tr i, tin ch c r ng th h th hai s là th h pin
m t tr i phát tri n bùng n trong nh ng n m s p t i vì công ngh s n xu t đư đ t t i đ
chin cùng nh ng u đi m c a th h này nh : kh n ng ng d ng r ng rãi trong m i
HVTH: Nguy n Long V

Trang 11


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

l nh v c, chi phí s n xu t th p, ít t n v t li u, hi u su t, đ b n cao, ít nh h
nhi t đ , d dàng tái ch .

ng b i

c bi t là pin m t tr i màng m ng CIGS vì ngồi nh ng u

đi m trên thì pin m t tr i màng m ng CIGS thân thi n v i môt tr

ng và kho ng cách

gi a hi u su t c a t bào và module còn r t l n. Nh ng y u t này là ti m n ng r t l n
cho pin m t tr i màng m ng CIGS trong t

ng lai.

Nguyên lý ho t đ ng: Ánh sáng m t tr i bao g m các h t r t nh g i là photon đ
ra t m t tr i. Khi va ch m v i các nguyên t silicon c a pin n ng l
h t photon truy n n ng l

ct a

ng m t tr i, nh ng

ng c a chúng t i các electron r i r c, kích thích làm cho

electron đang liên k t v i nguyên t b b t ra kh i nguyên t , đ ng th i

nguyên t

xu t hi n ch tr ng vì thi u electron.

Hình 2.7. Nguyên lý ho t đ ng c a pin n ng l

ng m t tr i [5]

Tuy nhiên gi i phóng các electron ch m i là m t n a công vi c c a pin n ng l
tr i, sau đó nó c n ph i d n các electron rãi rác này vào m t dòng đi n.

ng m t

i u này liên

quan đ n vi c t o ra m t s m t cân b ng đi n trong pin m t tr i, có tác d ng gi ng nh
xây m t con d c đ các electron ch y theo cùng m t h
đ

ng. S m t cân b ng này có th

c t o ra b i t ch c bên trong c a silicon. Nguyên t silicon đ

trong m t c u trúc ràng bu c ch t ch . B ng cách ép m t s l
khác vào c u trúc này, s có hai lo i silicon khác nhau đ

c s p x p cùng nhau
ng nh các nguyên t

c t o ra: lo i n và lo i p. Ch t

bán d n lo i n (bán d n âm - Negative có t p ch t là các nguyên t thu c nhóm V, các
nguyên t này dùng 4 electron t o liên k t và m t electron l p ngoài liên k t l ng l o
v i nhân, đ y chính là các electron d n chính. Ch t bán d n lo i p (bán d n d

ng -

Positive) có t p ch t là các nguyên t thu c nhóm III, d n đi n ch y u b ng các l
tr ng. Khi hai lo i bán d n này đ
HVTH: Nguy n Long V

c đ t c nh nhau trong m t pin n ng l

ng m t tr i,
Trang 12


Lu n v n th c s

GVHD: TS. Nguy n Phúc Kh i

electron d n chính c a lo i n s nh y qua đ l p đ y nh ng kho ng tr ng c a lo i p.
i u này có ngh a là silicon lo i n tích đi n d
t o ra m t đi n tr

ng và silicon lo i p đ

c tích đi n âm,

ng trên pin m t tr i. Vì silicon là m t ch t bán d n nên có th ho t

đ ng nh m t ch t cách đi n và duy trì s m t cân b ng này. Khi làm cho electron đang
liên k t v i nguyên t b b t ra kh i nguyên t silicon, photon trong ánh sáng m t tr i
đ a các electron này vào m t tr t t nh t đ nh, cung c p dòng đi n cho máy tính, v tinh
và t t c các thi t b

gi a.

2.3.3. H th ng n ng l
Tuabin gió có th đ

ng gió (WT)

c thi t k đ ho t đ ng

Nhi u tuabin gió cơng su t th p đ
"khái ni m

c ch t o cho đ n nay đ

t c đ thay đ i.

c ch t o theo cái g i là

an M ch" r t ph bi n vào nh ng n m 80, trong đó n ng l

bi n đ i thành n ng l
đ

t c đ c đ nh ho c

ng gió đ

c

ng đi n b ng cách s d ng m t máy c m ng l ng sóc đ n gi n

c k t n i tr c ti p v i l

i đi n ba pha. Rotor c a tuabin gió đ

c ghép v i tr c máy

phát b ng h p gi m t c t s c đ nh. T i b t k đi m v n hành nào, tuabin này v c
b n ph i đ

c v n hành t c đ không đ i. M t khác, các tuabin gió cơng su t l n hi n

đ i trong kho ng 2-10 MW ch y u d a trên ho t đ ng
góc b

cl

i thu đ

t c đ thay đ i v i đi u khi n

c ch y u nh thi t b đi n t cơng su t, m c dù c ng có th s

d ng đi n tr rotor c a máy phát đi n bi n đ i. Các tuabin gió này ch y u có th đ
phát tri n b ng cách s d ng m t h th ng tr c ti p đ
đ ng tr c ti p (khơng có h p s ) đ
đ i n ng l

ck tn iv il

c

c xây d ng v i m t PMSG d n
i đi n thông qua m t b chuy n

ng đ y đ ho c m t h th ng máy phát đi n c m ng kép (DFIG). bao g m

m t DFIG v i m t b chuy n đ i công su t quy mô m t ph n đ

c k t n i v i các cu n

dây rôto. D a trên các khái ni m này, các thi t k tuabin gió đ

c áp d ng ph bi n nh t

có th đ

c mô t d

c phân lo i thành b n khái ni m tuabin gió, nh đ

i đây [7]:

- Tuabin gió lo i A: Tua bin gió t c đ c đ nh k t n i tr c ti p v i l

i đi n

thông qua máy phát đi n c m ng l ng sóc.

HVTH: Nguy n Long V

Trang 13