Công trình nghiên cứu “Real-Time Minimization Power Losses by Driven Primary Regulation in Islanded Microgrids”

Công trình nghiên cứu “Real-Time Minimization Power Losses by Driven Primary Regulation in Islanded Microgrids” được thực hiện bởi nhóm tác giả Trần Thị Tú Quỳnh, M Luisa Di Silvestre, Eleonora Riva Sanseverino, Gaetano Zizzo, Nguyễn Tùng Lâm và Trần Quốc Tuấn viết và đăng trên tạp chí Energies.

Các lưới điện siêu nhỏ tách đảo (islanded microgrid) là các lưới điện nhỏ vận hành độc lập với lưới điện chính. Tần số và điện áp của các lưới điện này bị ảnh hưởng trực tiếp bởi công suất phát của các máy phát điện phân tán và sự thay đổi của nhu cầu tiêu thụ công suất. Trong nghiên cứu này, một hệ thống điều chỉnh tối ưu các hệ số droop P-f theo thời gian thực để thay đổi công suất phát từ các máy phát điện trên hệ thống nhằm giảm tối thiểu công suất tổn thất của lưới điện tách đảo được đề xuất. Hệ thống sẽ cho phép các module tối ưu tương tác với nhau và điều chỉnh các hệ số để giữ tần số vận hành của hệ thống ổn định trong giới hạn cho phép. Công trình là kết quả hợp tác nghiên cứu giữa Viện KHCN Năng lượng và Môi trường, Trường Đại học công nghệ Palermo, Italy. Hệ thống được thử nghiệm mô phỏng vận hành theo thời gian thực sử dụng hệ thống mô phỏng OPAL-RT Hardware-in-the-loop (HIL) tại Viện nghiên cứu quốc gia về năng lượng mặt trời (INES-CEA), Pháp trong khuôn khổ chương trình hỗ trợ các dự án xuyên quốc gia ở Châu Âu EriGrid (Dự án tài trợ số 654113 – www.erigrid.eu). Cấu hình hệ thống mô phỏng điều khiển theo thời gian thực OPAL-RT HIL được thể hiện trong Hình 1.

Bộ điều khiển tối ưu (Online optimal controller – OC) là phần quan trọng nhất của hệ thống được đề xuất. Bộ điều khiển tối ưu sẽ thu thập các thông số nhu cầu tải và khả năng phát tối đa của các máy phát tại mỗi bước thời gian. Thuật toán tối ưu hóa dòng công suất (Optimal power flow) theo thời gian thực được cài đặt tại bộ điều khiển này để tính toán các hệ số điều khiển dựa trên các thông số được cập nhật mới nhất và việc tối ưu hóa hàm mục tiêu. Thuật toán tối ưu đom đóm (Glow-worm Swarm Optimization – GSO) được ứng dụng để giải bài toán tối ưu trong trường hợp này. Mô hình hệ thống điều khiển tối ưu online được thể hiện trong hình 2.

Thuật toán điều khiển của bộ điều khiển tối ưu đã được ứng dụng trên ba mô hình lưới phân phối IEEE khác nhau sử dụng phần mềm Matlab để đánh giá tính hiệu quả của thuật toán. Các kết quả được so sánh giữa kịch bản hệ thống vận hành không tối ưu và hệ thống vận hành ứng dụng mô hình tối ưu được thể hiện trong Hình 3, 4, 5.

Hệ thống lưới IEEE 3 nút được sử dụng để thử nghiệm mô phỏng vận hành theo thời gian thực sử dụng hệ thống mô phỏng OPAL-RT Hardware-in-the-loop (HIL). Ba kịch bản đã được phân tích trong đó kịch bản 1 được thực hiện với việc điền khiển hệ số droop truyền thống, tức là giữ cố định hệ số droop của máy phát; Kịch bản 2 và 3 thực hiện tối ưu hệ số droop trong các phạm vi khác nhau. Kết quả các kịch bản được so sánh với nhau trong Hình 6 để chứng minh tính hiệu quả và cho thấy ưu điểm của hệ thống được đề xuất.

Các kết quả mô phỏng nghiên cứu đã được chứng minh rằng hệ thống được đề xuất có thể mặt giảm tổn thất điện năng lên đến 16% trong khi vẫn đảm bảo được các ràng buộc tiêu chuẩn vận hành về điện áp và tần số. Kết quả mô phỏng chỉ mới thực hiện trên hệ thống lưới đơn giản, việc ứng dụng trên các hệ thống lớn hơn với sự tham gia của hệ thống năng lượng tích trữ (Battery energy storage system – BESS) có thể cho thấy tính hiệu quả cao hơn của phương pháp được đề xuất.