Phương pháp tính toán tối ưu hóa trào lưu công suất trong microgrid vận hành độc lập

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN
LÊ XN NGUN ÁNH

C
C

R
L
T.

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA

DU

TRÀO LƯUCƠNG SUẤT TRONG MICROGRID
VẬN HÀNH ĐỘC LẬP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng – Năm 2019


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN

LÊ XN NGUN ÁNH

PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG

C
C

SUẤT TRONG MICROGRID VẬN HÀNH ĐỘC LẬP

R
L
.
T
DU
Chuyên ngành :

Kỹ

điện Mã số:

8520201

:

thuật

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG

2. TS. NGUYỄN QUANG NINH

Đà Nẵng – Năm 2019


PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG SUẤT
TRONG MICROGRID VẬN HÀNH ĐỘC LẬP
Chương 3: Học viên: Lê Xuân Nguyên Ánh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201. Lớp: K34-Đà nẵng. Trường Đại học Bách khoa- ĐHĐN

Tóm tắt - Lưới Microgrid đang ngày càng được phát triển xây dựng ở nhiều nước
trên thế giới để cung cấp điện cho các khu vực xa trung tâm, tận dụng được nguồn năng lượng
tái tạo, đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện. Tối ưu hóa trào lưu cơng suất trong hệ thống điện
là bài toán xác định sự phân bố tối ưu tỷ lệ công suất phát giữa các nguồn phát trong hệ thống
nhằm đạt được cực tiểu hóa tổn thất công suất trong hệ thống cũng như để đạt được mục tiêu
khác như cực tiểu hóa chi phí vận hành trong hệ thống. Vấn đề này thường được giải quyết
bởi các hệ thống điều khiển phân tán (DSM- Distribution Management Systems), DSM thực
hiện các chức năng điều khiển nhằm tối ưu hóa trào lưu cơng suất phản kháng và công suất
tác dụng, điều chỉnh điện áp, hay tái cấu trúc lưới điện…. Trong luận văn, đã giới thiệu đề
xuất ứng dụng thuật toán GSO để giải quyết bài toán tối ưu hóa trào lưu cơng suất có xét tới
các ràng buộc như tần số lưới điện, khả năng truyền tải công suất của các đường dây trong
lưới điện Microgrids 3 pha cân bằng và khơng cân bằng. Các tính toán thử nghiệm được áp
dụng trên nhiều lưới điện IEEE thử nghiệm khác nhau cho thấy sự hiệu quả của phương
pháp/quy trình tính tốn OPF và của phần mềm do đề tài xây dựng.

C
C

R
L

.
T
DU

Từ khóa - Microgrid; trào lưu cơng suất; DSM; thuật toán GSO.
METHOD OF THE OPTIMAL CALCULATION OF CAPACITY SWITCHING IN
MICROGRID INDEPENDENT OPERATIONS

Abstract- Microgrid is increasingly being developed in many countries around the
world to provide electricity to remote areas, make use of renewable energy sources, and
ensure the reliability of power supply. Optimizing the power flow in the power system is the
problem of determining the optimal distribution of the generation rate between power
sources in the system in order to minimize the loss of power in the system as well as to
achieve Another goal is to minimize operating costs in the system. This problem is often
solved by distributed control systems (DSM), which perform control functions to optimize
the flow of reactive power and active power, adjusting power. voltage, or restructuring the
grid .... In the thesis, introduced the application of GSO algorithm to solve the power
optimization problem considering constraints such as grid frequency, power transmission
capacity of grid lines. Electric microgrids 3-phase balanced and unbalanced. Test
calculations applied on various IEEE test power grids show the effectiveness of OPF
calculation method / procedure and the software developed by the project.
Key words - Microgrid; power flow; DSM; GSO algorithm.


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng
bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Tác giả luận văn

Lê Xuân Nguyên Ánh

R
L
.
T
DU

C
C


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lê Đình Dương đã tận tình hướng dẫn luận
văn. Tơi cũng xin cảm ơn TS.NCVC- Nguyễn Quang Ninh chủ nhiệm thực hiện
đề tài nghiên cứu “Phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất trong
Microgrid vận hành độc lập" đã tạo điều kiện cho tôi được tham gia thực hiện đề
tài và giúp đỡ tơi trong q trình hồn thiện luận văn.

R
L
.
T
DU

C
C

MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU .............................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu ..............................................................................2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và tính thực tiễn .......................................................5
6. Cấu trúc luận văn ...................................................................................6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN MICROGRID ...................8
1.1. Khái niệm về lưới Microgrid ..............................................................8

C
C

1.2. Vai trò, tác dụng, cách thức làm việc của lưới Microgrid .............10

R
L
.
T
DU

1.3. Phân loại lưới Microgrid ...................................................................12
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU
CƠNG SUẤT TRONG MICROGRID .......................................................14
2.1. Mở đầu ................................................................................................14
2.2. Các phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu công suất trong
Microgrids...................................................................................................16
2.2.1. Phương pháp Lagrange ...............................................................16
2.2.2. Phương pháp nhánh dốc nhất (The steepest descent) ................16

2.2.3. Phương pháp quy tắc mờ (Fuzzy rules method) ......................17
2.2.4. Phương pháp Quy hoạch động (Dynamic programming
method) ...................................................................................................19
2.3. Một số công cụ, phần mềm tối ưu hóa trào lưu cơng suất trong
hệ thống điện ............................................................................................20
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU
CƠNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN MICROGRIDS VẬN HÀNH ĐỘC
LẬP CĨ XÉT TỚI SỰ PHỤ THUỘC CỦA CÔNG SUẤT PHỤ TẢI VÀ
MÁY PHÁT VÀO ĐIỆN ÁP VÀ TẦN SỐ DỰA TRÊN THUẬT TOÁN
GSO (GLOW-WORM SWARM OPTIMIZATION) ...............................21


3.1. Mở đầu ................................................................................................21
3.2. Bài tốn tối ưu hóa trào lưu công suất .............................................21
3.2.1. Xác định các biến trong bài tốn tối ưu hóa ...............................22
3.2.2. Hàm mục tiêu của bài toán ..........................................................22
3.2.3. Các ràng buộc ...............................................................................23
3.2.4. Heuristic GSO-Based Method .....................................................24
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA
TRÀO LƯU CÔNG SUẤT TRONG LƯỚI ĐIỆN MICROGRIDS VẬN
HÀNH ĐỘC LẬP CĨ XÉT TỚI SỰ PHỤ THUỘC CỦA CƠNG SUẤT
PHỤ TẢI VÀ MÁY PHÁT VÀO ĐIỆN ÁP VÀ TẦN SỐ DỰA TRÊN
THUẬT TOÁN GSO TRÊN CÁC LƯỚI ĐIỆN MẪU ............................29

C
C

4.1. Mở đầu ................................................................................................29

R

L
.
T
DU

4.2. Tính tốn thử nghiệm trên lưới Microgrid 3 pha cân bằng ..........29
4.2.1. Lưới Microgrids 6 nút ba pha cân bằng .....................................29
4.2.2. Ứng dụng tính tốn trên lưới điện Microgirds thử nghiệm IEEE
25 nút ba pha cân bằng ..........................................................................33
4.3. Tính tốn thử nghiệm trên lưới Microgrid 3 pha khơng cân
bằng ............................................................................................................35
4.3.1. Lưới Microgrids 6 nút ba pha không cân bằng ..........................35
4.3.2. Lưới Microgrids 25 nút ba pha không cân bằng ........................37
4.4. Kết luận ...............................................................................................38
PHỤ LỤC ......................................................................................................42
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................53


PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG SUẤT
TRONG MICROGRID VẬN HÀNH ĐỘC LẬP
Học viên: Lê Xuân Nguyên Ánh Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8520201. Lớp: K34-Đà nẵng. Trường Đại học Bách khoa- ĐHĐN
Tóm tắt - Lưới Microgrid đang ngày càng được phát triển xây dựng ở nhiều nước trên thế giới
để cung cấp điện cho các khu vực xa trung tâm, tận dụng được nguồn năng lượng tái tạo, đảm
bảo độ tin cậy cung cấp điện. Tối ưu hóa trào lưu cơng suất trong hệ thống điện là bài toán xác
định sự phân bố tối ưu tỷ lệ công suất phát giữa các nguồn phát trong hệ thống nhằm đạt được
cực tiểu hóa tổn thất cơng suất trong hệ thống cũng như để đạt được mục tiêu khác như cực tiểu
hóa chi phí vận hành trong hệ thống. Vấn đề này thường được giải quyết bởi các hệ thống điều
khiển phân tán (DSM- Distribution Management Systems), DSM thực hiện các chức năng điều

khiển nhằm tối ưu hóa trào lưu cơng suất phản kháng và cơng suất tác dụng, điều chỉnh điện
áp, hay tái cấu trúc lưới điện…. Trong luận văn, đã giới thiệu đề xuất ứng dụng thuật toán GSO
để giải quyết bài toán tối ưu hóa trào lưu cơng suất có xét tới các ràng buộc như tần số lưới
điện, khả năng truyền tải công suất của các đường dây trong lưới điện Microgrids 3 pha cân
bằng và khơng cân bằng. Các tính tốn thử nghiệm được áp dụng trên nhiều lưới điện IEEE thử
nghiệm khác nhau cho thấy sự hiệu quả của phương pháp/quy trình tính tốn OPF và của phần
mềm do đề tài xây dựng.

C
C

R
L
.
T
DU

Từ khóa - Microgrid; trào lưu cơng suất; DSM; thuật toán GSO.
METHOD OF THE OPTIMAL CALCULATION OF CAPACITY SWITCHING IN
MICROGRID INDEPENDENT OPERATIONS
Abstract- Microgrid is increasingly being developed in many countries around the world to
provide electricity to remote areas, make use of renewable energy sources, and ensure the
reliability of power supply. Optimizing the power flow in the power system is the problem of
determining the optimal distribution of the generation rate between power sources in the system
in order to minimize the loss of power in the system as well as to achieve Another goal is to
minimize operating costs in the system. This problem is often solved by distributed control
systems (DSM), which perform control functions to optimize the flow of reactive power and
active power, adjusting power. voltage, or restructuring the grid .... In the thesis, introduced the
application of GSO algorithm to solve the power optimization problem considering constraints
such as grid frequency, power transmission capacity of grid lines. Electric microgrids 3-phase

balanced and unbalanced. Test calculations applied on various IEEE test power grids show the
effectiveness of OPF calculation method / procedure and the software developed by the project.
Key words - Microgrid; power flow; DSM; GSO algorithm.


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1. Giới hạn của các biến KGs, pu ........................................................... 30
Bảng 4.2. Giới hạn dòng điện truyền tải trên các nhánh đường dây, pu ............ 30
Bảng 4.3. Bảng Kết quả phương án tối ưu của 2 trường hợp khi áp dụng thuật toán
GSO, pu ............................................................................................................... 31
Bảng 4.4. Giới hạn của các biến KGi của case 1, pu .......................................... 33
Bảng 4.5. Giới hạn của các biến KGi và PQi của case 2, pu .............................. 33
Bảng 4.6. Kết quả tối ưu hóa của 2 trường hợp, pu ............................................ 34
Bảng 4.7. Giới hạn của các biến KGi, pu............................................................ 36

C
C

Bảng 4.8. Kết quả tối ưu hóa, pu......................................................................... 36

R
L
.
T
DU

Bảng 4.9. Giới hạn của các biến KGi, pu............................................................ 37
Bảng 4.10. Kết quả tối ưu hóa, pu....................................................................... 38

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Mơ hình ví dụ về lưới Microgrid .....................................................9
Hình 2.1. Các mức độ điều khiển phân cấp trong lưới Microgrid .................15
Hình 3.1. Nguyên lý vận hành của thuật tốn GSO .......................................25
Hình 3.2. Quy trình tính tối ưu hóa trào lưu cơng suất lưới điện microgrids vận
hành độc lập 3 pha cân bằng/không cân bằng dựa trên thuật tốn GSO .......28
Hình 4.1. Sơ đồ lưới điện thử nghiệm 6 nút cân bằng vận hành độc lập .......30
Hình 4.2. So sánh dòng điện vận hành tối ưu và dòng diện giới hạn trên mỗi
nhánh đường dây trong 2 trường hợp.............................................................31

C
C

Hình 4.3. Kết quả chạy mơ phỏng tính tối ưu lưới điện microgrids 6 nút 3 pha

R
L
.
T
DU

cân bằng bằng phần mềm ứng dụng thuật tốn GSO-Case 2 ........................32
Hình 4.4. Kết quả dòng điện tối ưu trên các nhánh đường dây của 2 trường
hợp ..................................................................................................................34
Hình 4.5. Kết quả chạy mơ phỏng tính tối ưu lưới điện microgrids 25 nút 3
pha cân bằng bằng phần mềm ứng dụng thuật toán GSO – case 2 ................35
Hình 4.6. Kết quả dịng điện tối ưu trên từng pha của các nhánh đường dây36
Hình 4.7. Kết quả chạy mơ phỏng tính tối ưu lưới điện microgrids 6 nút 3 pha

không cân bằng bằng phần mềm ứng dụng thuật tốn GSO..........................37
Hình 4.8. Kết quả dịng điện tối ưu trên từng pha của các nhánh đường dây38


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH

PHẦN MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Việt Nam là một trong số các quốc gia được đánh giá là có khả năng chịu ảnh
hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu (BĐKH)1. Trong nhiều năm qua, Chính phủ
Việt Nam đã thực hiện nhiều biện pháp tích cực nhằm thích ứng và giảm thiểu tác động
của biến đổi khí hậu thơng qua việc thực hiện các chiến lược, chương trình, kế hoạch
cấp quốc gia và tham gia các cam kết quốc tế về giảm nhẹ phát thải khí nhà kính.
Tại Hội nghị các bên về Công ước Khung của LHQ về biến đổi khí hậu COP21
(Paris 2015), Việt Nam cam kết cắt giảm 8% lượng phát thải khí nhà kính vào năm 2030
so với kịch bản phát triển thông thường (BAU) và có thể giảm đến 25% nếu nhận được
hỗ trợ hiệu quả từ cộng đồng quốc tế.
Việt Nam đã tổ chức cơng bố Báo cáo Đóng góp dự kiến do quốc gia tự quyết
định - INDC2 nhằm thể hiện nội lực của mình trong cơng cuộc ứng phó với biến đổi khí
hậu. Báo cáo đã được gửi cho Ban Thư ký Công ước khung của Liên hợp quốc về biến
đổi khí hậu (UNFCCC).

C
C

R
L
.
T
DU

INDC của Việt Nam gồm 2 hợp phần:

(1) Hợp phần giảm nhẹ phát thải khí nhà kính bao gồm các đóng góp vơ điều kiện
và đóng góp có điều kiện so với kịch bản phát thải thơng thường (BAU). Các đóng góp
vơ điều kiện là các hoạt động sẽ được thực hiện bằng nguồn lực trong nước. Trong khi
đó, các đóng góp có điều kiện là những hoạt động có thể được thực hiện nếu nhận được
nguồn hỗ trợ về tài chính, cơng nghệ và tăng cường năng lực từ quốc tế;
(2) Hợp phần thích ứng với Biến đổi khí hậu tập trung vào thể chế, chính sách,
tài chính, nguồn nhân lực và cơng nghệ cũng như các biện pháp thích ứng ưu tiên cho
giai đoạn 2021-2030 của Chính phủ Việt Nam.
Để thực hiện được các mục tiêu chiến lược, chương trình, kế hoạch cấp quốc gia
và các cam kết quốc tế về giảm nhẹ phát thải khí nhà kính địi hỏi sự nỗ lực hành động
của rất nhiều ngành, nhiều cấp. Tại Việt Nam, hiện nay ngành năng lượng đang là ngành
dẫn đầu về nguồn phát thải KNK, gây biến đổi khí hậu.
Báo cáo INDC của Việt Nam cũng xác định đóng góp về giảm nhẹ phát thải khí
nhà kính của tồn nền kinh tế trong phạm vi 4 lĩnh vực cụ thể là:
(1) Năng lượng;
(2) Nông nghiệp;
(3) Sử dụng đất, thay đổi sử dụng đất và lâm nghiệp;
1
2

Báo cáo của IPCC năm 2007
/>
SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 1

HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
(4) Chất thải.
Trong lĩnh vực năng lượng, phát thải từ đốt nhiên liệu bao gồm:
(1) Trong công nghiệp năng lượng;
(2) Sản xuất công nghiệp và xây dựng;
(3) Giao thông vận tải;
(4) Gia dụng, nông nghiệp và dịch vụ thương mại, phát thải do phát tán bao gồm
than;
(5) Khí tự nhiên và dầu mỏ.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Trong 9 giải pháp để đạt được mục tiêu giảm nhẹ phát thải khí nhà kính của INDC
có tới 3 giải pháp về nhiên liệu năng lượng là:
- Giải pháp 2: Nâng cao hiệu suất và hiệu quả sử dụng năng lượng, giảm mức tiêu
hao năng lượng;

C
C

- Giải pháp 3: Thay đổi cơ cấu nhiên liệu trong công nghiệp và giao thông vận
tải;

R
L
.
T
DU

- Giải pháp 4: Đẩy mạnh khai thác có hiệu quả và tăng tỷ trọng các nguồn năng
lượng tái tạo trong sản xuất và tiêu thụ năng lượng3.
Như vậy, có thể thấy các giải pháp về nhiên liệu năng lượng đóng vai trị rất quan

trọng để đạt được mục tiêu giảm nhẹ phát thải KNK của Việt Nam, trong đó có:
 Đảm bảo an ninh năng lượng quốc gia theo hướng phát triển đồng bộ các nguồn
năng lượng, khai thác và sử dụng hiệu quả các nguồn năng lượng;
 Thay đổi cơ cấu nguồn năng lượng theo hướng giảm năng lượng từ nguồn
nhiên liệu hố thạch, khuyến khích khai thác sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, ít
phát thải KNK;
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Trong số các giải pháp về thay đổi cơ cấu nguồn năng lượng theo hướng giảm
cung cấp năng lượng từ nguồn nhiên liệu hoá thạch, khuyến khích khai thác sử dụng các
nguồn năng lượng tái tạo, ít phát thải KNK thì giải pháp phát triển điện mặt trời được
nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam đặc biệt chú trọng. Có bốn lý do cơ bản nhất để
Việt Nam có thể phát triển được giải pháp này:

6 giải pháp khác là: Giải pháp 1: Tăng cường vai trị chủ đạo của Nhà nước trong ứng phó biến đổi khí hậu
(BĐKH); Giải pháp 5: Giảm nhẹ phát thải khí nhà kính thơng qua phát triển nơng nghiệp bền vững, nâng cao hiệu
quả và tính cạnh tranh trong sản xuất nông nghiệp; Giải pháp 6: Quản lý và phát triển bền vững, tăng cường hấp
thụ các bon và dịch vụ môi trường; bảo tồn đa dạng sinh học gắn với phát triển sinh kế và nâng cao thu nhập cho
cộng đồng và người dân phụ thuộc vào rừng; Giải pháp 7: Quản lý chất thải; Giải pháp 8: Tuyên truyền nâng cao
nhận thức; Giải pháp 9: Tăng cường hợp tác quốc tế.
3

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 2


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
- Phát triển điện mặt trời làm cho thay đổi cơ cấu nguồn phát điện theo hướng
xanh hoá, thay thế nguồn điện đốt than, đóng góp tích cực vào giảm nhẹ phát thải KNK,
giảm áp lực sử dụng than đá. Điện mặt trời là nguồn tái tạo và hầu như không gây ảnh

hưởng xấu đến môi trường tự nhiên.
- Việt Nam được coi là một quốc gia có tiềm năng năng lượng mặt trời cao. Nguồn
năng lượng mặt trời ở Việt Nam có bức xạ tương đương trung bình là 4-5 kWh / m2 /
ngày trong hầu hết các vùng của khu vực phía Nam, miền Trung và thậm chí một phần
phía Bắc (tương ứng với 1.460 – 1.825 kWh / m2 / năm) và bức xạ cực đại lên đến 5,5
kWh / m2 / ngày trung bình ở một số khu vực phía Nam (tương ứng với khoảng 2.000
kWh / m2 / năm).
- Đã có sự tăng trưởng mạnh mẽ điện mặt trời trên thế giới trong mấy năm gần
đây. Lý do quan trọng nhất giải thích cho sự tăng trưởng vượt bậc của điện mặt trời trên
thế giới trong 4 – 5 năm trở lại đây là đã có nhiều tiến bộ đáng kể trong chế tạo các tế
bào quang điện bằng cách thay đổi vật liệu và cách bố trí tối ưu các tế bào đó. Điều đó
giúp cho tăng hiệu suất điện mặt trời và giảm rất đáng kể giá thành xây dựng các dự án
điện mặt trời.

C
C

R
L
.
T
DU

- Phát triển điện mặt trời mang lại lợi ích xã hội. Việt Nam còn gần 3% số hộ
chưa được sử dụng điện lưới quốc gia. Họ là các hộ dân/ cộng đồng sống ở những vùng
sâu, vùng xa, những đảo nhỏ. Điện mặt trời phân tán là một trong các giải pháp tốt để
người dân khu vực này tiếp cận nguồn năng lượng hiện đại, giảm phá rừng hay sử dụng
các loại nhiên liệu nhiều phát thải khác. Phát triển điện mặt trời cũng sẽ tạo ra việc làm:
chế tạo thiết bị, lắp ráp, xây dựng, vận hành, bảo dưỡng và các việc làm thứ cấp khác.
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Một số giải pháp về thay đổi cơ cấu nguồn năng lượng theo hướng xanh hố đã
được Chính phủ đưa vào Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo của Việt Nam đến
năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 tại Quyết định số 2068/QĐ-TTg ngày 25/11/2015
của Thủ tướng Chính phủ. Chiến lược này xác định: “Phát triển điện mặt trời để cung
cấp điện cho hệ thống điện quốc gia và khu vực biên giới, hải đảo, vùng sâu, vùng xa
chưa thể cấp điện từ nguồn điện lưới quốc gia... Đưa tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn
năng lượng mặt trời trong tổng sản lượng điện sản xuất từ mức không đáng kể hiện nay
lên đạt khoảng 0,5% vào năm 2020, khoảng 6% vào năm 2030 và khoảng 20% vào năm
2050”.
Ngày 18/3/2016, Thủ tướng Chính phủ cũng đã ra quyết định số 428/QĐ-TTg
Phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có
xét đến năm 2030 (gọi tắt là Quy hoạch điện VII điều chỉnh). Quy hoạch điện VII điều
chỉnh là một phần của kịch bản giảm nhẹ phát thải KNK trong đóng góp INDC của Việt
Nam, trong đó “Đẩy nhanh phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng mặt trời, bao gồm
cả nguồn tập trung lắp đặt trên mặt đất và nguồn phân tán lắp đặt trên mái nhà: Đưa tổng
SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 3


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
cơng suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể hiện nay lên khoảng 850 MW vào
năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng 12.000 MW vào năm 2030.
Điện năng sản xuất từ nguồn điện mặt trời chiếm tỷ trọng khoảng 0,5% năm 2020,
khoảng 1,6% vào năm 2025 và khoảng 3,3% vào năm 2030”. Quy hoạch điện VII điều
chỉnh sẽ có đóng góp lớn vào mục tiêu cắt giảm khí nhà kính có điều kiện của Việt Nam
là 25%, từ đó có mức phát thải CO2e khoảng 3,5 tấn/ đầu người vào năm 2030.
Tuy vậy, để đạt được các mục tiêu phát triển điện mặt trời như trên là một thách
thức không nhỏ về kinh tế - kỹ thuật - xã hội - môi trường đối với Việt Nam.
Đến nay, điện mặt trời được lắp đặt tại Việt nam theo 4 hình thái phổ biến: Các

dự án cấp điện mặt trời độc lập4; Các dự án lai ghép giữa điện mặt trời và hoặc điện gió,
diezen (10 dự án)5; Các dự án điện mặt trời nối lưới (11 dự án)6 và hàng trăm mô đun
điện mặt trời nhỏ lẻ của các hộ dân, công sở, trụ sở các cơng ty… Theo thống kê sơ bộ
thì tổng cơng suất của các dự án điện mặt trời kể cả các mô đun nhỏ lẻ do các doanh
nghiệp và cá nhân đầu tư chỉ vào khoảng 4 MW, chiếm khoảng 0.01% tổng công suất
nguồn phát. Một con số quá nhỏ (so với Thái Lan là gần 28.000 MW). Việt Nam cũng
chưa có nhà máy điện mặt trời nào có cơng suất đến 1 MW được lắp đặt7. Các hệ thống
điện mặt trời nhỏ lẻ trên mái nhà của các hộ dân ở TP Hồ Chí Minh phát triển mạnh
nhất, lên tới gần 2 MWp.

C
C

R
L
.
T
DU

Nếu tính bình qn sơ bộ 1 MW điện mặt trời cần 1,5 đến 2 ha mặt đất thì phát
triển 12.000 MW điện mặt trời vào năm 2030 như trong Quy hoạch điện VII điều chỉnh
cần 18.000 đến 24.000 ha mặt đất chưa tính đến diện tích chiếm đất và hành lang tuyến
của các đường dây truyền tải điện đấu nối vào lưới điện quốc gia. Điều này dẫn đến sự
cạnh tranh về sử dụng đất cho các mục tiêu kinh tế - xã hội – môi trường khác. Nguồn
4

Ví dụ như: (1) Dự án PMT cho đơn vị bộ đội tại các đảo vùng Đông Bắc (20kWp) do Viện Năng lượng và Trung
tâm Năng lượng mới Trường đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện; (2) Đảo Cô Tô (15kWp), Viện Năng lượng thực
hiện; (3) Hà Quảng – Cao Bằng (6,12kWp), Công ty BP Solar của Úc tài trợ; (4) xã An Lạc, Huyện Sơn Động,
Tỉnh Bắc Giang (7,5kW) do Trung tâm Năng lượng mới, ĐHBKHN thiết kế, lắp đặt; (5) huyện Hạ Hoà, Tỉnh Phú

Thọ (50Wp), Trung tâm năng lượng mới, ĐHBKHN tham gia với tư các là Tư vấn kỹ thuật; (6) Tỉnh Vĩnh Long
(110 hộ x35Wp), do Hội liên hiệp Phụ nữ TƯ thực hiện; (7) 70 xã đặc biệt khó khăn (193,2kWP) do Uỷ ban Dân
tộc thực hiện; …
5

Ví dụ: (1) Dự án Việt Nam- Thụy Điển” (VSRE) tại thôn Bãi Hương (100 hộ gia đình và các cơ sở cơng cộng),

Hội An, Quảng Nam (28kWp điện mặt trời (ĐMT) + 20 kW điezen); (2) Dự án NEDO - EVN tại xã Trang, huyện
Mang Yang, tỉnh Gia Lai (100kWp ĐMT + 25kW thuỷ điện); (3) làng Kongu 2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum
(7kWp ĐMT + 2kW điện gió), do TOHOKU Nhật Bản tài trợ, Viện Năng lượng lắp đặt; (4) Cù Lao Chàm, tỉnh
Quảng Nam (28kWp ĐMT + 20kW diezen), Việt Nam – Thụy Điển…
6
Tập đoàn Tuấn Ân (12,6kWP); Bệnh viện Tam Kỳ (3kWp); TT Hội nghị quốc gia (154kWp); Tòa nhà Bộ công
thương (12,7kWP); Trụ sở Viện Năng lượng (1,08kWp); Trụ sở Viện KH&CN VN (6,7kWP); Nhà ông Trịnh
Quang Dũng, TP HCM (2kWP); Nhà ông Phan Thanh Diện, Tân Phú (3kWp); hệ thống điện mặt trời 200kWp của
tập đoàn Intel tại Khu Công nghệ cao TPHCM, hệ thống 140kWp trong khu Công nghiệp Tân Tạo, hệ thống
212kWp của trên mái bãi đỗ xe của siêu thị Big C tại Dĩ An - Bình Dương.
7
s/dien-mat-troi-chiem-bao-nhieu-trong-tong-cong-suat-nguon-phat-dien-Viet-nam-hiennay

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 4


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
tiềm năng điện mặt trời chủ yếu ở khu vực miền Trung và miền Nam, và vì vậy, phát
triển điện mặt trời cũng sẽ làm thay đổi cấu trúc, cơ sở hạ tầng hệ thống điện, đặt ra các
yêu cầu đồng bộ với các cơ sở hạ tầng kỹ thuật khác. Xây dựng các nhà máy điện mặt
trời có quy mơ công suất lớn từ 1 MW đến vài trăm MW yêu cầu hệ thống điện Việt

Nam phải tăng cường cơ cấu bảo vệ và điều khiển, thay đổi phương thức vận hành để
đảm bảo hệ thống điện quốc gia tiếp nhận được một lượng lớn công suất điện mặt trời
đấu nối vào lưới mà vẫn đảm bảo hoạt động cung cấp điện ổn định và tin cậy, phù hợp
với thị trường điện cạnh tranh. Do khả năng phát điện mặt trời hoàn toàn phụ thuộc vào
bức xạ mặt trời thay đổi theo ngày đêm, theo mùa, nên để hệ thống điện quốc gia hoạt
động tối ưu về kinh tế - kỹ thuật, đều cần tính đến thoả hiệp với các khách hàng sử dụng
điện, nó liên quan đến các hoạt động kinh tế - xã hội khác. Hơn nữa, các dự án phát triển
điện mặt trời có hiệu quả kinh tế - tài chính theo cả vịng đời nhưng có đặc điểm là chi
phí vận hành hàng năm thấp nhưng vốn đầu tư ban đầu lớn, địi hỏi cần có những cơ chế
chính sách thu hút đầu tư thích hợp. Các nhà máy điện mặt trời nói trên hay các hệ thống
điện mặt trời cộng đồng/ phân tán và các lưới điện nhỏ ghép kết hợp các nguồn điện mặt
trời, điện gió, điện sinh khối hay máy phát diezen (hay cịn gọi là lưới Microgrid) có
quy mơ cơng suất khoảng 1 MW, có đóng góp đáng kể vào giảm phát thải khí nhà kính
và cung cấp điện cho các hải đảo/ cộng đồng biệt lập hoặc chưa có khả năng tiếp cận
với lưới điện quốc gia là những vấn đề mới mẻ hồn tồn chưa từng có trước đây ở nước
ta. Các dự án nhỏ, quy mô công suất vài trăm kWp đã thực hiện ở Việt Nam kể trên hầu
hết đều sử dung cơng nghệ nước ngồi cả phần cứng và phần mềm mà phía Việt Nam
cần phải giải mã.

C
C

R
L
.
T
DU

5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
Những thách thức trên đây liên quan đến rất nhiều ngành kinh tế, nhiều địa

phương, không thể giải quyết được trong phạm vi một ngành, một địa phương mà phải
được giải quyết ở cấp quốc gia. Hơn nữa, có nhiều vần đề mới về kỹ thuật, lần đầu xuất
hiện ở Việt Nam nhất là các rủi ro về bất ổn định lưới điện do hình thái sản xuất điện từ
điện mặt trời là thất thường nên chúng ta cũng cần hợp tác quốc tế từ các nước đã có
tiến bộ về điện mặt trời để có thể nhận được những bài học hữu ích giải quyết vấn đề
này. Tuy nhiên, về định hướng chung, năng lượng mặt trời nói riêng, năng lượng tái tạo
nói chung sẽ phát triển mạnh nhằm thay thế các nguồn nhiên liệu hóa thạch, giúp bảo
vệ, giảm thiểu ơ nhiễm môi trường.
Một nội dung quan trọng nữa trong phát triển điện mặt trời nói riêng và phát triển
điện từ các nguồn tái tạo nói chung (gió, địa nhiệt, biomass, thuỷ điện nhỏ…) là phát
triển phân tán, hình thành các lưới điện địa phương (gọi là các microgrid), có thể vận
hành độc lập, không đấu nối với lưới điện quốc gia (ví dụ trên các hải đảo) hoặc tách
khỏi lưới điện quốc gia khi cần thiết (ví dụ khi lưới quốc gia bị sự cố hay ngừng vận
hành do sửa chữa) và cũng có thể vận hành đấu nối theo phương thức đấu nối vào lưới

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 5


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
điện quốc gia. Phương thức này khai thác được tối đa tiềm năng điện mặt trời do nó có
thể khai thác phân tán ở khắp nơi khi có nắng, giảm được các nguồn cung cấp tập trung,
giảm được tổn thất truyền tải điện. Hiện nay ở Việt Nam còn nhiều hộ chưa được sử
dụng điện lưới quốc gia, ví dụ như Tây Nguyên còn gần 3%. Họ là các hộ dân/ cộng
đồng sống ở những vùng sâu, vùng xa, vùng biên giới. Cấp điện phân tán bằng điện mặt
trời và điện gió quy mơ nhỏ là một trong các giải pháp tốt để người dân khu vực này
tiếp cận nguồn năng lượng hiện đại, nhằm đạt được mục tiêu đến năm 2020, gần như
100% số hộ được sử dụng điện phục vụ đời sống và sản xuất, giảm phá rừng hay sử
dụng các loại nhiên liệu nhiều phát thải khác. Nhiều khu vực khác mặc dù đã được cấp

điện bằng điện lưới quốc gia, nhưng do đặc điểm mật độ dân cư thưa nên đường dây
cung cấp điện dài, chất lượng điện năng không đảm bảo và độ tin cậy cung cấp điện thấp
(thời gian ngừng cung cấp điện và số lần ngừng cung cấp điện trong năm cao) cũng rất
cần thiết khai thác nguồn gió và mặt trời phân tán hay xây dựng các lưới Microgrid để
tăng cường độ tin cậy cung cấp điện và giảm hoá đơn tiền điện cho các hộ tiêu thụ điện,
bao gồm người dân, doanh nghiệp và văn phòng/ trụ sở các cơ quan, trường học, bệnh
viện v.v... Chính vì vậy, xu hướng phát triển, xây dựng các lưới Microgrid ở Việt Nam
là tất yếu sẽ xảy ra trong tương lai.

C
C

R
L
.
T
DU

6. CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Luận văn gồm có 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về lưới điện Microgrid.
+ Trình bày khái niệm về lưới Microgrid;

+ Vai trò, tác dụng và cách thức làm việc của lưới Microgrid;
+ Phân loại lưới Microgrid;
+ Sự phù hợp để vận dụng, hình thành lưới Microgrid tại Việt Nam.
Chương 2: Phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất trong Microgrid.
+ Trình bày về các đặc tính vận hành của lưới Microgrid khi vận hành ở chế độ

nối với lưới điện quốc gia hoặc vận hành độc lập ;
+ Trình bày các phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu công suất trong
Microgrids;
+ Giới thiệu sơ lược một số phần mềm, cơng cụ tối ưu hóa trào lưu cơng suất
trong hệ thống điện.
Chương 3: Phương pháp tính tốn tối ưu hóa trào lưu cơng suất trong lưới điện
Microgrids vận hành độc lập có xét tới sự phụ thuộc của công suất phụ tải và máy phát
điện vào điện áp và tần số dựa trên thuật toán GSO (GLOW-WORM SWARM
OPTIMIZATION)

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 6


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
+ Giới thiệu đề xuất ứng dụng thuật toán GSO để giải quyết bài tốn tối ưu hóa
trào lưu cơng suất có xét tới các ràng buộc như tần số lưới điện, khả năng truyền tải công
suất của các đường dây trong lưới điện Microgrids 3 pha cân bằng và không cân bằng
Chương 4: Ứng dụng phương pháp tính tốn tối ưu hóa trịa lưu cơng suất trong
lưới điện Microgrids vận hành độc lập có xét tới sự phụ thuộc của công suất phụ tải và
máy phát điện vào điện áp và tần số dựa trên thuật toán GSO trên các lưới điện mẫu.
+ Để kiểm chứng tính chính xác và đúng đắn của kết quả do phương pháp tính
tối ưu ứng dụng thuật tốn GSO trình bày trong Chương 3, các ví dụ ứng dụng khác cho
các lưới điện Microgrids 3 pha cân bằng và khơng cân bằng được trình bày trong chương
này (Lưới Microgrids 6 nút ba pha cân bằng, ba pha không cân bằng….)

C
C

R
L
.
T
DU

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 7


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN MICROGRID
1.1. KHÁI NIỆM VỀ LƯỚI MICROGRID
Microgrid đã được ghi nhận là một trong những thành phần, yếu tố quan trọng
của lưới điện thông minh (Smart grid) với tiêu chí nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp
điện, gia tăng hiệu suất của hệ thống điện, giảm tổn thất điện năng trên toàn hệ thống
điện và linh hoạt trong vấn đề vận hành lưới điện độc lập để cấp điện cho phụ tải của
một khu vực vùng sâu vùng xa, miền núi, tách biệt, xa các khu trung tâm, gần nguồn
điện truyền thống, gần lưới điện quốc gia.
Rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã tiên phong đưa ra các khái niệm về
lưới Microgrid như là một cách gọi khác của việc tích hợp các nguồn năng lượng phân
tán quy mô công suất nhỏ (thường là nhỏ hơn 1MW) vào hệ thống điện hạ áp.
Nhiều thuật ngữ khác cũng thường được sử dụng để mô tả những khái niệm đơn
giản như: các nhà máy điện ảo (virtual power plants), lưới nhỏ (minigrids), lưới điện
phân phối thông minh (smart distribution networks), sự phát điện phân tán (distributed
or dispersed generation)…
Một số nhà nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã đưa ra một số khái niệm mô tả về

Microgrid, có thể kể đến như sau:
+ “A microgrid is a group of interconnected loads and distributed energy
resources within clearly defined electrical boundaries that acts as a single controllable
entity with respect to the grid. A microgrid can connect and disconnect from the grid to
enable it to operate in both grid-connected or island-mode”. (Tạm dịch: Microgrid là
một nhóm bao gồm các phụ tải được kết nối với nhau và các nguồn năng lượng phân tán
trong các ranh giới về điện được xác định rõ ràng, nhóm này hoạt động như một thực
thể trong lưới điện quốc gia và có thể tự/được điều khiển độc lập mà không liên quan
đến điều độ lưới điện quốc gia. Microgrid có thể chủ động kết nối hoặc tách rời khỏi
lưới điện quốc gia và nó vận hành ở cả chế độ nối lưới hay độc lập khơng nối lưới).
(Trích từ mơ tả của Các nhà quản lý về lĩnh vực lưới Microgrid ở Bộ năng lượng của
Mỹ (U.S. Department of Energy Microgrid Exchange Group).
+ Hoặc: “A Microgrid is a discrete energy system consisting of distributed energy
sources (including demand management, storage, and generation) and loads capable of
operating in parallel with, or independently from, the main power grid”. (Tạm dịch:
Microgrid là một hệ thống năng lượng rời rạc bao gồm các nguồn năng lượng phân tán
(bao gồm cả quản lý nhu cầu điện năng, lưu trữ điện năng, và các máy phát điện) và các
phụ tải, hệ thống này có khả năng hoạt động song song hoặc, độc lập với lưới điện quốc
gia). ( Trích từ mơ tả về lưới điện Microgrid của các nhà nghiên cứu thuộc website
General Microgrid)…

C
C

R
L
.
T
DU

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 8


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
Về cơ bản, từ các khái niệm về Microgrid đã được ví dụ dẫn chứng nêu trên vẫn
chưa có sự thống nhất hồn tồn về cách mơ tả, ngơn từ chi tiết, tuy nhiên đều xoay
chung các đặc điểm là tập hợp các nguồn phân tán và phụ tải ở một khu vực nhất định,
có thể kết nối vào lưới điện hoặc có thể tách và vận hành độc lập.
Hội đồng quốc tế về hệ thống lưới điện lớn (Conseil international des grands
réseaux électriques or (CIGRÉ)) đã đưa ra một định nghĩa chính thức về lưới Microgrid
như sau:
“Microgrids are electricity distribution systems containing loads and distributed
energy resources, (such as distributed generators, storage devices, or controllable
loads) that can be operated in a controlled, coordinated way either while connected to
the main power network or while islanded” (Tạm dịch: Microgrids là các hệ thống phân
phối điện bao gồm các phụ tải và các nguồn năng lượng phân tán, (như các máy phát
điện phân tán, các thiết bị lưu trữ hoặc các phụ tải có thể điều khiển được), có thể được
phối hợp vận hành điều khiển trong trường hợp nối lưới với hệ thống điện quốc gia hoặc
tự vận hành điều khiển trong trường hợp khơng nối lưới với hệ thống điện quốc gia.

C
C

R
L
.
T
DU

Hình 1.1. Mơ hình ví dụ về lưới Microgrid

SVTH: LÊ XN NGUYÊN ÁNH

Trang 9


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
1.2. VAI TRÒ, TÁC DỤNG, CÁCH THỨC LÀM VIỆC CỦA MICROGRID
Như đã nêu trong phần định nghĩa lưới Microgrid, lưới Microgrid có thể vận hành
ở hai chế độ:
+ Vận hành song song nối lưới
+ Khi cần thiết có thể vận hành độc lập dạng tách đảo với đầy đủ các chức năng
của một lưới điện hoàn chỉnh.
Theo truyền thống và phần lớn các lưới điện đang vận hành hiện nay vẫn vậy,
các phụ tải như các hộ gia đình, các khu nhà tập thể, các công ty, doanh nghiệp được kết
nối trực tiếp với hệ thống lưới điện truyền tải quốc gia nơi kết nối, truyền tải điện năng
từ các nhà máy sản xuất điện tới phụ tải trên toàn quốc.
Một lưới điện Microgrid cũng kết nối với hệ thống truyền tải quốc gia này, nó
như một phần tử trong lưới điện truyền tải quốc gia, tuy nhiên nó có thể tách rời và tự
cung cấp điện năng cho phụ tải ở khu vực lắp đặt lưới Microgrid trong các trường hợp
đường dây kết nối với lưới điện quốc gia bị sự cố đứt dây, đổ cột do bão gây nên hoặc
khi lượng điện phát ra từ các nhà máy điện chính bị thiếu hụt, khơng đủ khả năng cấp
điện tới các phụ tải thuộc khu vực này hoặc vì lý do nào đó. Khi đó lưới Microgrid có
thể vận hành và cung cấp điện tới các phụ tải trong khu vực nhờ các nguồn phát điện từ
nguồn năng lượng mặt trời, nguồn năng lượng gió hoặc các nguồn phát điện phân tán
khác.
Tùy thuộc vào điều kiện sẵn sàng của các nguồn phát điện trong lưới Microgrid
và nhu cầu phụ tải trong khu vực mà lưới Microgrid có thể vận hành độc lập trong thời

gian đủ dài để đảm bảo cấp điện cho các phụ tải.
Một lưới Microgrid kết nối với lưới điện quốc gia tại một điểm PCC (point of
common coupling) gọi là điểm đấu nối PCC. Tại điểm này, điện áp được duy trì ở giá
trị phù hợp với việc hòa điện phát ra từ lưới Microgrid vào hệ thống lưới điện quốc gia.
Khi có sự cố hay lý do nào đó, việc ngừng kết nối với lưới điện quốc gia cũng được thể
hiện tại điểm đấu nối này thơng qua một thiết bị đóng cắt để Microgrid có thể vận hành
như một hệ thống độc lập, tách đảo.
Việc xây dựng và tích hợp các lưới Microgrid đang ngày càng được mở rộng
trong hệ thống điện của nơi trên thế giới. Mặc dù các mục tiêu của các lưới Microgrid
xây dựng cho mỗi khu vực là được xác định và khác nhau, phù hợp với yêu cầu, điều
kiện của từng vùng, những lưới Microgrid này cũng đã chứng tỏ được khả năng hỗ trợ
và vai trị của mình trong việc cung cấp chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp
điện cao hơn so với lưới điện truyền thống và hiệu suất sử dụng năng lượng điện được
cải thiện, tổn thất trên lưới điện giảm như đã được chứng minh, công bố trong các nghiên
cứu [1], [2], [3]. Cụ thể vai trò, tác dụng của lưới Microgrid:

C
C

R
L
.
T
DU

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 10

HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
- Cung cấp điện cho các hộ dân cư, khu vực, cộng đồng dân cư xa xơi, hẻo lánh,
khơng có điều điện được cung cấp điện từ điện lưới quốc gia bằng việc tận dụng được
các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sạch trong tự nhiên.
- Trường hợp lưới Microgrid vận hành song song với lưới điện quốc gia tại các
khu vực, cộng đồng dân cư có điều kiện được cung cấp điện từ điện lưới quốc gia sẽ hỗ
trợ cung cấp điện cho phụ tải các khu vực này, mang đến những lợi ích như sau:
 Về chỉ tiêu tổn thất điện năng: với việc các nguồn năng lượng tái tạo, các
nguồn điện năng khác được kết nối, cung cấp điện trực tiếp cho phụ tải tiêu dùng ở khu
vực xây dựng các nguồn điện này sẽ giúp tránh được hiện tượng phải truyền tải lượng
lớn điện năng đi xa từ đó trực tiếp giúp giảm tổn thất điện năng trên đường dây truyền
tải.
 Về bài toán kinh tế: Giảm chi phí tiêu thụ điện năng cho các hộ phụ tải: trong
chế độ vận hành nối lưới, khi các nguồn điện năng từ năng lượng tái tạo hay từ các
nguồn điện khác có khả năng cung cấp điện nhiều hơn nhu cầu phụ tải đặt tại khu vực
xây dựng các nguồn phát điện này, tùy theo cơ chế thị trường, vào lúc cao điểm, giá
thành điện năng mua từ lưới điện quốc gia cao thì các hộ phụ tải hoặc khu vực cộng
đồng dân cư sở hữu lưới Microgrid có thể huy động các nguồn phát điện năng để tự
cung cấp, đảm bảo nhu cầu điện năng cho mình. Phần điện năng cịn thiếu hoặc dư thừa
có thể nhận tiếp hoặc truyền tải lên hệ thống điện quốc gia. Như vậy lượng điện phải
mua từ hệ thống điện quốc gia được giảm xuống, trực tiếp làm giảm chi phí tiêu thụ điện
năng cho các hộ phụ tải.
 Linh động, tăng khả năng phục hồi lưới điện cấp điện cho các hộ phụ tải trong
trường hợp bị sự cố, gián đoạn cung cấp nguồn điện từ lưới điện quốc gia, từ đó nâng
cao các chỉ tiêu về độ tin cậy cung cấp điện.

C
C

R

L
.
T
DU

Đa số các Microgrid này cung cấp điện xoay chiều AC và kết nối trực tiếp với
lưới điện truyền thống.
Ngoài lưới điện Microgrid cung cấp điện xoay chiều AC, hiện nay các nhà nghiên
cứu, các nhà sản xuất cũng đang đề xuất, nghiên cứu xây dựng mơ hình lưới điện
Micogrid cung cấp điện một chiều DC đấu nối trực tiếp vào các phụ tải sử dụng điện
thuần 1 chiều [4], các máy tính điện tử để bản [5], các đèn chiếu sáng LED sử dụng điện
1 chiều [6] và hệ thống các tòa nhà cao tầng. Theo các nghiên cứu, ngồi những vai trị,
tác dụng như đã nêu ở trên đối với lưới điện Micorgrid cung cấp điện xoay chiều AC,
những hệ thống lưới điện Microgrid cung cấp điện 1 chiều DC này có thể mang lại hiệu
suất cao hơn, tổn thất ít hơn do khơng phải chuyển đổi nhiều lần từ điện áp một chiều
DC sang điện áp xoay chiều AC và từ điện áp xoay chiều AC sang điện áp một chiều
DC trước khi cung cấp điện cho các phụ tải tiêu dùng. Tính linh hoạt trong việc cung
cấp điện cũng là một trong những ưu điểm của Microgrid cung cấp điện 1 chiều DC.
Đặc biệt, khi các nguồn phát điện từ năng lượng tái tạo cung cấp điện ngay tại chỗ, khu

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 11


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
vực đặt máy phát và có sự hỗ trợ của các thiết bị lưu trữ điện năng sẽ càng làm cho tính
linh hoạt cung cấp điện cũng như chất lượng, độ tin cậy cung cấp điện năng tới các phụ
tải được cao hơn [7].
1.3. PHÂN LOẠI LƯỚI MICROGRID

Về cơ bản, theo các tài liệu hiện có mà các bản thân tìm hiểu được, hiện có 04
loại lưới Microgrid, đó là:
1.3.1. Customer microgrids or true microgrids (µgrids) (Microgrid khách
hàng hay Microgrid thực sự)
Là các lưới Microgrid do các khách hàng tự đầu tư và sử dụng và thường sử dụng
một điểm nối lưới duy nhất (PCC). Rất nhiều những ví dụ điển hình hiện có về lưới
Microgrid là loại này. Các lưới Microgrid này thường dễ hình dung và nhận diện bởi
chúng rất phù hợp với điều kiện cơng nghệ hiện có và tương thích với cấu trúc lưới điện
thơng thường.
Lưới Microgrid kiểu này được coi như là một khách hàng truyền thống của lưới
điện quốc gia, sử dụng các thiết bị đo đếm net metering để đối trừ lượng điện nhận được
từ lưới điện quốc gia với lượng điện được phát lên lưới điện quốc gia từ lưới µgrids.
Lưới điện kiểu này được kỳ vọng sẽ là công nghệ lưới Microgrid được triển khai xây
dựng sớm và phổ biến nhất.

C
C

R
L
.
T
DU

1.3.2. Utility or community microgrids or milligrids (mgrids) (Lưới
Microgrids công cộng do nhà nước đầu tư và vận hành hay còn gọi là lưới cực nhỏ)
Lưới mgrids bao gồm một bộ phận được điều khiển vận hành của lưới điện quốc
gia. Về các công nghệ phát điện, chúng không khác biệt so với các cơng nghệ phát điện
trong lưới µgrids.
Tuy nhiên sự khác biệt cơ bản ở chỗ mơ hình kinh doanh điện và điều khiển. Việc

mua bán điện và điều khiển vận hành lưới do cơ quan điều độ của lưới điện quốc gia
hoặc khu vực nắm quyền bởi vì các nguồn phát điện phân tán được đấu nối vào hệ thống
lưới điện do điện lực quốc gia hoặc vùng đầu tư xây dựng. Nói cách khác, bất kỳ lưới
mgrid nào đều phải thích nghi với các chuẩn điều khiển, đấu nối với lưới điện hiện có
và vai trị điều khiển của cơ quan điều độ vùng hoặc cơ quan điều độ quốc gia là chính
yếu.

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 12


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH
1.3.3. Virtual microgrids (Vgrids) (Lưới ảo)
Vgrids bao gồm các nguồn phát điện phân tán tại nhiều khu vực, nhưng được
phối hợp vận hành theo cách thức các nguồn phát điện phân tán này hoạt động như một
thực thể có thể tự điều khiển độc lập để đáp ứng được các yêu cầu đặt ra của lưới điện
về điện áp và tần số nhằm phát được điện vào lưới.
Hiện nay chưa nhiều lưới điện kiểu này đã được xây dựng, chúng mới được đề
xuất, đề cập tới trong các nghiên cứu. Hệ thống lưới Vgrid phải được xây dựng có thể
vận hành được như một lưới Microgrid vận hành độc lập hoặc phối hợp vận hành với
nhiều lưới Microgrid vận hành độc lập khác.
1.3.4. Remote power systems (rgrids) (Lưới ở khu vực xa xôi hẻo lánh)
Lưới rgrids là kiểu lưới điện không thể kết nối với hệ thống điện quốc gia, nó bắt
buộc phải vận hành độc lập và bao gồm các công nghệ điều khiển tương tự như trong
các lưới Microgrid khác để đảm bảo được điều kiện vận hành trong thời gian dài. Kiểu
lưới này, theo quan điểm của các nhà nghiên cứu, thường được mô tả như lưới điện
Microgrid.

C

C

R
L
.
T
DU

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 13


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH

CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN TỐI ƯU HĨA TRÀO LƯU CƠNG SUẤT
TRONG MICROGRID
2.1. MỞ ĐẦU
Các nguồn năng lượng tái tạo thường được trang bị các Inverter để kết nối
vào lưới điện. Các Inverter này thường có độ trễ nhất định trong việc biến đổi
nguồn điện và điều chỉnh, điều khiển đầu ra của các nguồn phát điện và gây ra
vấn đề khó khăn cho vấn đề điều chỉnh trong hệ thống. Gần đây, với sự tiến bộ
của cấu trúc lưới điện cho các nguồn điện phân tán – xuất hiện lưới Microgrids
(MGs) với số lượng các nguồn phát từ năng lượng tái tạo tham gia kết nối phát
điện vào hệ thống điện và đương nhiên số lượng Inverter được sử dụng cũng ngày
càng tăng đã nảy sinh ra vấn đề về tối ưu hóa trào lưu cơng suất trong hệ thống
lưới điện nhỏ vận hành độc lập, trong đó các nguồn phát và các phụ tải phụ thuộc
vào tần số và điện áp. Và trong các phương trình mơ phỏng lưới điện cho bài toán
này cũng cần phải xét tới sự hiện diện của các Inverter với các luật điều khiển đã

được xác định trước để đối phó với vấn đề thay đổi về điện áp

C
C

R
L
.
T
DU

Tối ưu hóa trào lưu cơng suất trong hệ thống điện là bài toán xác định sự
phân bố tối ưu tỷ lệ công suất phát giữa các nguồn phát trong hệ thống nhằm đạt
được cực tiểu hóa tổn thất cơng suất trong hệ thống cũng như để đạt được mục
tiêu khác như cực tiểu hóa chi phí vận hành trong hệ thống. Vấn đề này thường
được giải quyết bởi các hệ thống điều khiển phân tán (DSM- Distribution
Management Systems), là hệ thống thực hiện mức độ điều khiển cao nhất của cấu
trúc điều khiển lưới điện Microgrids được các tác giả trong [8] đề xuất và rất nhiều
các nhà khoa học đã đồng ý với cấu trúc điều khiển này.
DSM thực hiện các chức năng điều khiển nhằm tối ưu hóa trào lưu cơng
suất phản kháng và công suất tác dụng, điều chỉnh điện áp, hay tái cấu trúc lưới
điện…
Trong lưới MGs, một cấu trúc điều khiển thứ bậc gồm 3 cấp độ đã được
các tác giả đề xuất trong [9] nhằm đảm bảo chất lượng cung cấp điện năng tới các
phụ tải. Ý nghĩa của 3 cấp độ điều khiển có thể được giải thích như sau:
- Cấp độ 1 – primary control: trong cấp độ này phương pháp điều khiển
vòng lặp thường xuyên được sử dụng nhằm mô phỏng những hành vi vật lý giúp
hệ thống ổn định và giảm bớt sự dao động của điện áp và tần số.
- Cấp độ 2 – secondary control: đảm bảo rằng lượng điện năng bơm vào
lưới MG nằm trong giới hạn giá trị yêu cầu và điều khiển sự kết nối liên tục hoặc

ngắt kết nối giữa lưới MG và hệ thống điện phân phối quốc gia.

SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 14


HDNC: TS. LÊ ĐÌNH DƯƠNG - TS. NGUYỄN QUANG NINH

- Cấp độ 3 – tertiary control: điều khiển trào lưu công suất trong lưới MG
và trào lưu công suất trao đổi giữa MG và lưới điện quốc gia.

Tertiary
control

Secondary
control

C
C

R
L
.
T
DU
Primary
control

Hình 2.1 – Các mức độ điều khiển phân cấp trong lưới Microgrid

Điều khiển vòng lặp được sử dụng để tối ưu hành vi của một máy phát đồng
bộ, nó dựa trên phương pháp vòng lặp P/Q nổi tiếng:
𝜔 = 𝜔∗ − 𝐺𝑃(𝑠). (𝑃 − 𝑃∗ )

(1)

𝐸 = 𝐸 ∗ − 𝐺𝑄(𝑠). (𝑄 − 𝑄∗ )

(2)

Trong đó 𝜔 và 𝐸 là tần số và độ lớn điện áp ở đầu ra của inverter, 𝜔∗ và 𝐸 ∗
là các giá trị tham chiếu cần đạt được của 𝜔 và 𝐸; 𝑃 và 𝑄 là công suất tác dụng
và công suất phản kháng, 𝑃∗ và 𝑄 ∗ là các giá trị tham chiếu cần đạt được của 𝑃
và 𝑄; và 𝐺𝑃(𝑠) và 𝐺𝑄(𝑠) là các hàm truyền đạt tương ứng với công suất tác dụng
và cơng suất phản kháng và có thể được xem xét như là các hệ số vịng điều khiển.
Thơng qua việc điều khiển các hệ số vịng lặp, ta có thể điều khiển công
suất phát của các máy phát điện phân tán, DGs, và trào lưu công suất trong lưới
MGs. Như một tất yếu, điều khiển tối ưu trào lưu công suất trong lưới MGs thông
qua điều khiển các hệ số vịng lặp này nhằm tìm ra trạng thái vận hành đảm bảo
cực tiểu tổn thất công suất trong lưới MGs mà vẫn đảm bảo các điều kiện tiêu
chuẩn về điện áp và tần số là vấn đề được quan tâm và cần phải xem xét, nghiên
cứu nhằm điều khiển, vận hành lưới MGs tốt hơn, kinh tế hơn.
SVTH: LÊ XUÂN NGUYÊN ÁNH

Trang 15