Bài viết này sẽ trình bày các vấn đề về điện áp trong lưới hạ áp khi có sự xâm nhập sâu của PV và giải pháp khắc phục bằng cách sử dụng HESS. Ngoài ra, mô hình tính toán và hướng nghiên cứu tiếp theo cũng được đề xuất.
Trang 1DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO| 201
Dương Minh Khánh (1) , TS Nguyễn Thị Anh
(1) Sinh viên Viện Điện - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả liên hệ: khanh.dm173978@sis.hust.edu.vn
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
TÓM TẮT
Các hệ thống điện mặt trời công suất nhỏ
kết nối với lưới hạ áp là một hướng phát
triển quan trọng của năng lượng tái tạo
Việc phân tích và tìm hiểu vấn đề xảy ra của
các hệ thống này là cần thiết nhằm nâng
cao hiệu quả hoạt động Bộ lưu trữ năng
lượng lai ghép (HESS) là một giải pháp hữu
ích nhằm nâng cao chất lượng điện áp của
hệ thống điện mặt trời nối lưới Bài báo này
sẽ trình bày các vấn đề về điện áp trong lưới hạ áp khi có sự xâm nhập sâu của PV
và giải pháp khắc phục bằng cách sử dụng HESS Ngoài ra, mô hình tính toán và hướng nghiên cứu tiếp theo cũng được đề xuất
1 GIỚI THIỆU
Các hệ thống điện mặt trời áp mái đang
ngày một phổ biến do chi phí lắp đặt ngày
càng giảm và những ưu điểm của nó với
môi trường Tuy nhiên, sự xâm nhập sâu của
PV cũng dẫn đến những vấn đề về kỹ thuật
như hiện tượng quá điện áp và dao động
điện áp[1], [2] Bài báo này đề xuất giải pháp
sử dụng HESS như một công cụ để quản lý
dòng công suất tác dụng của lưới, từ đó có
thể kiểm soát được điện áp Bên cạnh đó,
mô hình tính toán cũng được đề xuất nhằm
xác định dung lượng hợp lý của HESS với
mục tiêu là tối thiểu hóa chi phí vận hành
2 VẤN ĐỀ ĐIỆN ÁP CỦA LƯỚI HẠ ÁP KHI
CÓ SỰ XÂM NHẬP SÂU CỦA PV 2.1 Vấn đề quá điện áp
Khi công suất PV tăng cao có thể sinh ra công suất dư thừa và truyền ngược về nguồn Tổn thất điện áp ∆U lúc này sẽ có giá trị âm (với chiều dương là chiều của dòng công suất từ nguồn tới phụ tải) Lúc này, điện áp của phụ tải sẽ tăng cao và có thể vượt ngưỡng cho phép
2.2 Vấn đề dao động điện áp ngắn hạn
Khi có sự thay đổi thời tiết, ví dụ như một đám mây che khuất pin mặt trời, công
Từ khóa : Tích hợp PV, HESS, Lưới hạ áp
Trang 2202 |DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
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
Dấu “+” khi sạc và dấu “-” khi xả điện
Suy giảm dung lượng của BAT trong quá
trình vận hành [1]:
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<SOESC,
MAX, SC sẽ nạp điện Trong các trường hợp còn lại, BAT sẽ hoạt động Do đó, SC luôn hoạt động trước nhằm làm giảm tối đa số lần hoạt động của BAT
Với các dữ liệu đầu vào là thông số tải và công suất PV, việc lập kế hoạch vận hành tối ưu cho BAT được tiến hành thông qua việc giải bài toán 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 khiển phát tín hiệu nạp xả và SC sẽ hoạt động nhằm giữ điện áp ổn định
3 SỬ DỤNG BỘ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG
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 công suất
đầu ra thấp Trong khi đó, SC có thể cung
cấp một công suất lớn (~10kW/1kg thiết bị)
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
4.2 Mô hình điều khiển
4 MÔ HÌNH TÍNH TOÁN
4.1 Bộ lưu trữ
SOE (State of energy) là mức năng lượng
hiện có của thiết bị lưu trữ Ta có:
Hình 1 Sơ đồ kết nối của HESS
Trang 3DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO| 203
là chi phí tổn thất do suy hao dung
lượng BAT là chi phí bảo trì thiết
bị với là dung lượng ban đầu của BAT,
E SC là dung lượng của SC
4.3 Hàm mục tiêu
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
KÍ HIỆU
E t BAT : dung lượng của BAT tại thời điểm t (kWh)
E SC : dung lượng của SC (kWh)
ηBAT, ηSC, ηDC-AC, ηDC-DC : hiệu suất của BAT, SC
và bộ biến đổi
P BAT , PSC : công suất hoạt động của BAT và
SC (kW)
P d: công suất xả của BAT (kW)
Z : hệ số suy hao của BAT
ΔEt BAT : độ suy hao dung lượng của BAT tại 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)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyen, AnhThi; Chaitusaney,Surachai; Yokoyama,
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.
[2] Şahin, Mustafa Ergin; Blaabjerg, Frede (2020) A
Hybrid PV-Battery/Supercapacitor System and a
Basic Active Power Control Proposal in MATLAB/
Simulink Electronics 2020, 9(1), 129 http://doi.
org/10.3390/electronics9010129
[3] Ru, Y., Kleissl, J., Martinez, S., 2013 Storage size
determination for grid connected photovoltaic
systems IEEE Transactions on Sustainable Energy,
4: 68-81 doi: 10.1109/TSTE.2012.2199339
TÁC GIẢ Ý TƯỞNG Dương Minh Khánh sinh năm 1998 tại Hà
Nội, sinh viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội chuyên ngành Hệ thống điện Hướng nghiên cứu chính: Tích hợp PV, BESS
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Nguyễn Thị Anh sinh ra ở Hà Nội, Việt
Nam Cô nhận bằng Kỹ sư Hệ thống điện năm 2006, thạc sĩ ngành Kỹ thuật điện năm
2010 tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
và bằng Tiến sĩ kỹ thuật điện tại Đại học Chulalongkorn, Thái Lan Hiện nay, cô đang
là giảng viên tại Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà 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
