Phân tích Ổn Định Động của hệ thống Điện nhiều máy phát có sự thâm nhập cao của máy phát Điện gió

Các hướng tiếp cận kỹ thuật khả thi có thể bao gồm: tích hợp các hệ thống lưu trữ năng lượng để tăng quán tính ảo; cải tiến bộ điều khiển điện gió để tham gia vào quá trình điều chỉnh tầ

Tổng Quan

Giới thiệu đề tài

Hệ thống điện hiện đại đang trải qua một quá trình chuyển đổi mạnh mẽ với sự gia tăng thâm nhập của các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện gió, vốn đang đóng góp ngày càng nhiều cho lưới điện quốc gia Tuy nhiên, bản chất biến thiên không kiểm soát được của gió khiến công suất phát của các nhà máy điện gió có thể thay đổi mạnh trong thời gian ngắn, đặc biệt khi gió thay đổi đột ngột, mất gió hoặc xuất hiện các cơn gió mạnh thoáng qua Điều này đòi hỏi các giải pháp quản lý vận hành, dự báo thời tiết và công nghệ lưu trữ để đảm bảo an toàn, ổn định và tối ưu hoá hiệu suất của lưới điện.

Về mặt kỹ thuật hệ thống điện, sự biến động đột ngột của công suất phát từ điện gió có thể gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến ổn định động của hệ thống Ổn định động là khả năng duy trì trạng thái đồng bộ sau các nhiễu loạn lớn xảy ra trong thời gian ngắn, thường từ vài trăm mili giây đến vài giây, như sự cố ngắn mạch, mất nguồn hoặc thay đổi công suất tải/ngồn đột ngột Việc quản lý và đảm bảo ổn định động là yếu tố then chốt để vận hành an toàn và tin cậy khi tích hợp nguồn điện gió vào lưới điện.

Nguồn gió có đặc tính không liên tục và khó dự đoán khiến công suất phát từ các nhà máy điện gió có thể biến động lớn chỉ trong thời gian ngắn, nhất là khi gió lặng, đổi hướng đột ngột hoặc xuất hiện gió giật Những biến thiên này gây mất cân bằng công suất tức thời giữa phát và tải, dẫn đến hiện tượng sụt giảm tần số nhanh trên lưới Trong tình huống đó, các tổ máy phát truyền thống buộc phải tăng công suất để bù đắp, nhưng nếu phản ứng chậm do giới hạn kỹ thuật hoặc điều khiển không kịp thời, toàn bộ hệ thống có nguy cơ mất đồng bộ và sụp đổ.

Với quán tính cơ học thấp, các tuabin gió—đặc biệt là loại dùng máy phát không đồng bộ hoặc máy phát đồng bộ điều khiển qua biến tần—làm giảm khả năng hấp thụ và triệt tiêu các dao động công suất ngắn hạn trong hệ thống, khiến hệ thống dễ tổn thương trước nhiễu loạn khi tỷ lệ điện gió ở mức cao Sự thay đổi đột ngột của tốc độ gió dẫn đến biến thiên nhanh về công suất phát và công suất phản kháng; khi gió giảm đột ngột, công suất tác dụng giảm nhanh và khả năng điều chỉnh công suất phản kháng của tuabin gió bị hạn chế, làm tăng nguy cơ sụt áp cục bộ, nhất là ở các khu vực điện gió tập trung Ngược lại, khi tốc độ gió tăng đột ngột, công suất phát có thể vượt quá khả năng tiêu thụ hoặc truyền tải của hệ thống, dẫn đến hiện tượng dâng điện áp nếu không có cơ chế điều tiết phù hợp Bản chất quán tính thấp của hệ thống điện có tỷ lệ điện gió cao làm suy giảm khả năng phản ứng nhanh với dao động điện áp, khiến hệ thống nhạy cảm hơn với các nhiễu loạn điện áp ngắn hạn.

Việc nghiên cứu tác động của điện gió đến ổn định động của hệ thống điện, đặc biệt trong mô hình hệ thống nhiều máy phát, là cấp thiết và cấp bách Các hướng tiếp cận kỹ thuật khả thi gồm tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng để tăng quán tính ảo; cải tiến bộ điều khiển điện gió để tham gia vào quá trình điều chỉnh tần số và điện áp; và phát triển các thuật toán điều khiển phối hợp giữa các nguồn phát khác nhau Bên cạnh đó, các giải pháp nâng cao ổn định từ góc độ quy hoạch vị trí và công suất điện gió cũng đóng vai trò quan trọng Những biện pháp này đóng vai trò thiết yếu trong việc đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn, ổn định và linh hoạt hơn trong bối cảnh năng lượng tái tạo phát triển mạnh mẽ.

Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài này bao gồm:

- Đánh giá ảnh hưởng của máy phát điện gió đến ổn định điện áp của hệ thống.

- Nghiên cứu tác động của máy phát điện gió đến ổn định góc của các máy phát truyền thống

- Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điện nhiều máy phát có tích hợp máy phát điện gió trong Matlab/Simulink

- Đề xuất giải pháp cải thiện ổn định điện áp và ổn định góc cảu máy phát trong hệ thống có tỷ lệ thâm nhập điện gió cao

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm:

- Hệ thống điện nhiều máy phát có sự tham gia của máy phát điện gió.

- Ảnh hưởng của điện gió đến ổn định điện áp và ổn định góc của hệ thống

- Các phương pháp phân tích và cải thiện ổn định động khi có sự tham gia của máy phát điện gió.

Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài này bao gồm:

- Nghiên cứu hệ thống điện nhiều máy phát có tích hợp máy phát điện gió

- Xem xét hai yếu tố chính: ổn định điện áp, tần số và ổn định góc của máy phát

- Phân tích trên mô hình mô phỏng Matlab/Simulink.

Phương pháp nghiên cứu

Để đạt được các mục tiêu nghiên cứu, các phương pháp nghiên cứu chủ yếu sẽ được áp dụng như sau:

- Tổng quan lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, bài báo khoa học về ổn định động của hệ thống điện khi có điện gió.

Mô phỏng trên Matlab/Simulink được dùng để xây dựng mô hình hệ thống điện có nhiều máy phát, trong đó máy phát điện gió được tích hợp nhằm phân tích ảnh hưởng lên ổn định điện áp và ổn định góc của lưới Mô hình cho phép đánh giá sự tương tác giữa các nguồn phát, các tham số điều khiển và biến động gió, từ đó nhận diện các chế độ dao động và biên độ pha của điện áp nhằm đề xuất giải pháp điều chỉnh, nâng cao độ tin cậy vận hành và khả năng thích ứng của hệ thống với thay đổi tải và nguồn gió.

- Phân tích kết quả mô phỏng: So sánh kết quả với các hệ thống không có điện gió để đánh giá ảnh hưởng

- Đề xuất giải pháp: Đưa ra các phương án điều khiển hoặc cải thiện để tăng cường ổn định động của hệ thống

Kết cấu của đề tài

Đề tài này được cấu trúc thành các chương như sau:

Chương 1 Tổng quan: Giới thiệu, mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu và kết cấu đề tài

Chương 2 Ổn định hệ thống điện: Giới thiệu về ổn định động của hệ thống điện Các khái niệm về ổn định điện áp và ổn định góc Ảnh hưởng của máy phát điện gió đến ổn định hệ thống

Chương 3 Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điện: Xây dựng mô hình hệ thống điện nhiều máy phát có tích hợp điện gió Phương pháp phân tích ổn định động

Chương 4 Kết quả mô phỏng và đánh giá: Mô phỏng hệ thống trên Matlab/Simulink Phân tích ảnh hưởng của điện gió đến ổn định điện áp, tần số và ổn định góc phát phát Đề xuất giải pháp cải thiện

Chương 5 Kết luận và hướng phát triển: Tóm tắt kết quả đạt được Hướng nghiên cứu tiếp theo để nâng cao ổn định hệ thống

ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN

Các chế độ của hệ thống điện

Các chế độ làm việc của hệ thống điện được chia làm 2 loại chính: chế độ xác lập và chế độ quá độ:

Chế độ xác lập là trạng thái mà các tham số của hệ thống không đổi hoặc chỉ dao động nhỏ quanh các giá trị định mức trong một khoảng thời gian tương đối ngắn Chế độ này bao gồm chế độ làm việc bình thường và lâu dài của hệ thống điện, còn được gọi là chế độ xác lập bình thường Khi hệ thống được phục hồi sau sự cố và hoạt động tạm thời, nó vẫn ở chế độ xác lập, được gọi là chế độ xác lập sau sự cố.

Chế độ quá độ là chế độ trung gian chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác, thường diễn ra sau các sự cố hoặc khi đóng cắt các phần tử mang công suất (các kích động lớn) Chế độ quá độ được gọi là quá độ bình thường khi nó tiến tới một chế độ xác lập mới, các thông số hệ thống biến thiên trong một thời gian rồi trở về trị số gần định mức và ít thay đổi Ngược lại, có thể xảy ra chế độ quá độ với sự biến thiên mạnh của các tham số hệ thống, sau đó tăng trưởng vô hạn hoặc giảm về 0, được gọi là chế độ quá độ sự cố Nói chung, mọi hệ thống điện yêu cầu quá độ diễn ra bình thường và nhanh chóng chuyển sang chế độ xác lập mới, vì quá độ chỉ là tạm thời trong khi chế độ xác lập mới là chế độ cơ bản của hệ thống điện.

2.2 Ổn định trong hệ thống điện

Khái niệm các chế độ làm việc của hệ thống điện cho thấy điều kiện tồn tại chế độ xác lập gắn với sự tồn tại của điểm cân bằng công suất, nơi các tham số hệ thống có thể giữ ở một giá trị không đổi Tuy nhiên, cân bằng chỉ là điều kiện cần của chế độ xác lập; thực tế luôn có các kích động ngẫu nhiên gây lệch nhẹ các tham số khỏi điểm cân bằng, như sự biến động liên tục của công suất phụ tải Trong những điều kiện này, hệ thống vẫn phải duy trì được độ lệch nhỏ của các tham số để đảm bảo tồn tại chế độ xác lập Khả năng này phụ thuộc vào một đặc tính riêng của hệ thống, đó là tính ổn định tĩnh Khi các kích động gia tăng hoặc kéo dài, khả năng duy trì chế độ xác lập sẽ bị thử thách và hệ thống có thể mất chế độ xác lập nếu không được kiểm soát.

Ổn định trong hệ thống điện

2.2.1 Ổn định tĩnh trong hệ thống điện Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống sau những kích động nhỏ phục hồi được chế độ ban đầu hoặc rất gần với chế độ ban đầu (trong trường hợp kích động không được loại trừ)

Hình 2.1 Sơ đồ một hệ thống điện đơn giản

Đặc tính công suất điện từ của máy phát và đặc tính công suất cơ của tuabin được thể hiện trong Hình 2.2 Để làm rõ khái niệm ổn định tĩnh, ta xem xét trạng thái cân bằng công suất của một máy phát trong một hệ thống điện đơn giản như Hình 2.1, nơi các đặc tính này tương ứng với nhau giữa máy phát và tuabin.

Trong đó: công suất cơ của tuabin được coi là không đổi và công suất điện từ của máy phát có thể được biểu diễn dưới dạng như sau:

XF: là điện kháng tương đương của máy phát

XB: là điện kháng tương đương của máy biến áp

XD: là điện kháng tương đương của một đường dây đơn

Hình 2.2 tồn tại 2 điểm cân bằng a và b tương ứng với các góc lệch δ01 và δ02 Trong đó:

Pm: là công suất cơ của máy phát

Pe: là biên độ công suất điện từ của máy phát

Tuy nhiên, chỉ có điểm cân bằng a là ổn định và tạo nên chế độ xác lập cho hệ Thật vậy, giả thuyết cho rằng xuất hiện một kích động ngẫu nhiên làm lệch góc δ khỏi giá trị δ01 với một lượng nhất định có thể ảnh hưởng đến sự ổn định và tính xác lập của chế độ đã thiết lập.

Trong trường hợp Δδ > 0, kích động được triệt tiêu; theo đặc tính công suất, tại vị trí mới P(δ) lớn hơn Pm khiến máy phát quay chậm lại, góc lệch δ giảm và trở về giá trị δ01 Ngược lại, khi Δδ < 0 hiện tượng diễn ra theo tương quan ngược lại với Pm: P(δ) nhỏ hơn Pm khiến máy phát tăng tốc và góc lệch δ tăng lên, lệch δ vượt ra khỏi giá trị δ01.

Trong hệ thống, khi P(δ) tăng lên và máy phát quay nhanh, trị số lệch góc δ tăng lên rồi quay về giá trị δ01 Như vậy, điểm a được coi là một điểm có tính cân bằng bền, hay nói cách khác là một điểm có tính ổn định tĩnh.

Xét điểm cân bằng b với giả thiết ∆δ > 0, sau kích động hệ có công suất tương quan Pm > P(δ), khiến góc δ tiếp tục tăng và xa dần giá trị δ02 Ngược lại, với ∆δ < 0 công suất tương quan làm giảm góc δ nhưng hệ vẫn lệch xa hơn khỏi trạng thái cân bằng Như vậy, tại điểm cân bằng b, dù chỉ có một kích động nhỏ và sau đó bị triệt tiêu, các tham số của hệ thống vẫn tiếp tục lệch khỏi giá trị ban đầu Vì vậy, điểm cân bằng b được coi là điểm cân bằng không ổn định Do các ý nghĩa trên, khái niệm ổn định tĩnh được gọi là ổn định với kích động bé hoặc ổn định điểm cân bằng.

Xét nút phụ tải và tương quan cân bằng công suất phản kháng, ta nhận thấy các đặc tính tương tự như ở các phần khác của hệ thống Chẳng hạn, xét một hệ thống điện được mô tả như hình 2.3; nút phụ tải được cấp từ nhiều nguồn phát khác nhau Đặc tính công suất phản kháng tại nút U được xác định thông qua các đường dây kết nối từ các nguồn phát về nút U, cho thấy một dạng biểu diễn cân bằng công suất phản kháng của hệ thống.

Qi(U): là đặc tính công suất phản kháng theo điện áp U của máy phát thứ i U: là điện áp nút phụ tải

XDi: là điện kháng tương đương của đường dây nối từ nút máy phát đến nút phụ tải E&i = Ei =|Ei|∠δi :là điện áp nút máy phát thứ i Điện áp nút U phụ thuộc vào tương quan cân bằng công suất phản kháng

Tổng công suất phát QF(U) = ∑Qi(U) cân bằng với công suất tải Qt tại các điểm c và d như hình 2.4, tương ứng với các điện áp U01 và U02 Nếu giữ được cân bằng công suất, điện áp nút U sẽ không đổi, còn nếu QF > Qt điện áp nút U sẽ tăng lên, khi QF < Qt điện áp nút U sẽ giảm xuống Phân tích tương tự như trường hợp công suất tác dụng của máy phát, dễ thấy được chỉ có điểm cân bằng d là điểm cân bằng ổn định Với điểm cân bằng c sau một kích động nhỏ ngẫu nhiên điện áp U sẽ xa dần trị số điện áp U01, điều này cũng có nghĩa là điểm cân bằng c là điểm cân bằng không ổn định

Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống điện xét nút phụ tải và tương quan cân bằng công suất phản kháng

2.2.2 Ổn định động trong hệ thống điện Ổn định động là khả năng của hệ thống sau những kích động lớn phục hồi được trạng thái ban đầu hoặc gần với trạng thái ban đầu, đó là trạng thái vận hành cho phép

Có ba dạng ổn định chính:

- Ổn định điện áp: Khả năng duy trì điện áp trong giới hạn cho phép tại các nút của hệ thống

- Ổn định góc: Khả năng duy trì đồng bộ của các máy phát khi có nhiễu loạn

Ổn định tần số là khả năng duy trì tần số của hệ thống điện khi có sự biến động về công suất Để hình thành khái niệm ổn định động, ta xem xét các đặc trưng của quá trình quá độ diễn ra sau những kích động lớn trong hệ thống điện, ví dụ hệ thống được minh họa ở hình 2.1 khi một đường dây bị đứt đột ngột; sau sự cố, điện kháng đẳng trị của hệ thống X_H tăng lên nhanh chóng làm cho đặc tính công suất của máy phát giảm xuống Trên đồ thị, mối quan hệ giữa góc lệch δ và công suất phát cho thấy điểm cân bằng mà hệ thống có thể duy trì sau sự cố được xác lập là δ′01 Những khái niệm này là nền tảng để đánh giá khả năng phục hồi tần số và thiết kế các biện pháp điều khiển nhằm duy trì ổn định động của hệ thống điện.

Chuyển từ điểm cân bằng ổn định tĩnh δ01 sang δ'01 là một quá trình quá độ mang tính động lực của hệ thống Quá trình này phụ thuộc đặc tính hệ thống và mức kích động; nó có thể dẫn đến xác lập ở δ'01 hoặc không Lúc ban đầu, do quán tính của rotor, góc lệch δ chưa kịp thay đổi; công suất điện từ Pm > P(δ) làm máy phát quay nhanh lên và δ tăng dần Khi δ đạt δ'01, tương quan công suất cân bằng và hệ thống có thể ở chế độ xác lập mới; tuy nhiên δ vẫn tiếp tục tăng do quán tính, thể hiện động năng lệch bằng δmax (như hình 2.5) Động năng bị giải phóng toàn bộ khi δ đạt cực đại và δ không tăng thêm; sau đó, không còn động năng và P(δ) > Pm khiến rotor quay chậm lại và δ giảm Phân tích tiếp cho thấy δ dao động quanh δ'01 và bị cản và ma sát làm quá trình tắt dần về trạng thái cân bằng δ'01 Theo định nghĩa, quá trình quá độ diễn ra bình thường và hệ thống có tính chất ổn định động.

Hình 2.5 Hệ thống ổn định động

Hình 2.6 Hệ thống mất ổn định động

Xét với hệ thống như trên nhưng ở trường hợp trị số điện kháng đường dây chiếm tỷ lệ lớn trong điện kháng đẳng trị của hệ thống, đặc tính công suất sau khi cắt một trong hai đường dây sẽ hạ xuống thấp hơn như hình 2.6 Trong trường hợp này, khi góc lệch δ tăng, nó không dừng lại ở trị δmax trước khi đến điểm δ'02 Đó là vì công hãm là một đại lượng tỷ lệ với phần diện tích giới hạn bởi đường cong 2 nằm trên đường đặc tính công suất tuabin Pm, vốn nhỏ hơn động năng tích luỹ trước đó của rotor máy phát và là đại lượng tỷ lệ với phần diện tích gạch chéo nằm dưới Pm Sau khi vượt qua δ'02 tương quan công suất lại đổi chiều nên Pm > P(δ), do đó góc lệch δ tiếp tục tăng Dễ thấy tương quan công suất

Pm > P(δ) tồn tại khi δ vượt quá 2π, đồng nghĩa với mất đồng bộ tốc độ quay của máy phát Quá trình tích luỹ động năng vào rotor tiếp tục ở mức rất lớn, đại lượng này tỉ lệ thuận với diện tích nằm dưới đồ thị Pm khi δ tăng Năng lượng động tích lũy khiến góc δ tăng vô hạn và đẩy hệ thống vào trạng thái bất ổn động.

Có thể phân tích tương tự cho quá trình quá độ diễn ra ở sơ đồ hệ thống điện hình 2.3 khi xảy ra sự cố cắt đột ngột một vài máy phát Trong trường hợp này, công suất phát phản kháng bị hạ đột ngột sau khi máy phát bị cắt, khiến điện áp U dao động và dần ổn định về một điểm cân bằng mới hoặc tiến tới 0, tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của sự cố và số lượng máy phát bị cắt công suất Quá trình này cho thấy hệ thống điện chịu tác động bởi sự biến động của phản kháng và sự mất mát nguồn dự trữ tại các máy phát, từ đó xác định mức độ phục hồi của điện áp sau sự cố.

Máy phát điện gió

2.3.1 Phương trình máy phát điện gió

Dưới đây là phương trình cơ bản mô tả động học của hệ thống điện gió:

• 𝜌 là mật độ không khí,

• 𝐴 là diện tích quét của cánh quạt,

• 𝐶 𝑝 là hệ số công suất,

2.3.2 Tác động của điện gió đến ổn định hệ thống điện

Khi tỷ lệ điện gió trong hệ thống điện tăng cao, có một số tác động trực tiếp đến ổn định hệ thống, bao gồm:

Điện gió có đặc tính công suất không ổn định, khi công suất thay đổi nhanh theo sự biến động của tốc độ gió Sự thay đổi đột ngột này có thể gây dao động trong lưới điện và ảnh hưởng đến ổn định điện áp tại các điểm nối lưới Vì vậy, quản lý biến động công suất từ nguồn điện gió đòi hỏi các biện pháp như tối ưu hóa vận hành lưới, bổ sung nguồn dự phòng và lưu trữ năng lượng để duy trì cân bằng và tăng độ tin cậy của hệ thống điện.

Máy phát điện gió thiếu khả năng điều chỉnh công suất phản kháng có thể làm tăng nguy cơ mất đồng bộ của hệ thống, làm giảm khả năng duy trì đồng bộ và ảnh hưởng đến ổn định của lưới điện Khi công suất phản kháng không được kiểm soát, điện áp có thể dao động và tải biến thiên khó được cân bằng, từ đó làm tăng rủi ro mất đồng bộ trong hệ thống điện.

Máy phát truyền thống chịu tác động khi nguồn điện gió biến động: khi lượng điện gió giảm, các máy phát này phải bù đắp cho sự thiếu hụt công suất phản kháng và công suất thực để duy trì ổn định điện áp và liên tục cung cấp điện cho lưới Việc này đòi hỏi tối ưu hoá điều phối hệ thống, tăng cường dự phòng và phối hợp với các nguồn năng lượng khác hoặc các giải pháp lưu trữ nhằm đảm bảo an toàn, hiệu quả và tin cậy của toàn bộ hệ thống điện.

Ảnh hưởng của máy phát điện gió đến ổn định hệ thống

2.4.1 Đặc điểm của máy phát điện gió

Máy phát điện gió thường sử dụng hai loại chính:

• Máy phát cảm ứng (DFIG - Double Fed Induction Generator): Có thể điều chỉnh công suất phản kháng, giúp hỗ trợ ổn định điện áp

Máy phát đồng bộ (PMSG - Permanent Magnet Synchronous Generator) không có khả năng hỗ trợ công suất phản kháng, nhưng có thể điều khiển công suất đầu ra một cách linh hoạt.

2.4.2 Ảnh hưởng đến ổn định điện áp

Máy phát điện gió có thể gây mất ổn định điện áp do:

• Công suất phát ra phụ thuộc vào tốc độ gió

• Hệ số quán tính nhỏ hơn so với máy phát truyền thống, làm giảm khả năng điều chỉnh điện áp

• Sự dao động công suất phản kháng có thể ảnh hưởng đến biên độ điện áp tại các nút

2.4.3 Ảnh hưởng đến ổn định góc

Do có quán tính thấp, máy phát điện gió làm hệ thống nhạy cảm hơn với nhiễu loạn Các ảnh hưởng chính:

• Giảm mô-men quán tính tổng thể của hệ thống, làm tăng tốc độ thay đổi góc của các máy phát

• Ảnh hưởng đến khả năng đồng bộ giữa các máy phát.

Các tác động của sự mất ổn định và yêu cầu đảm bảo ổn định cho hệ thống điện

Khi hệ thống rơi vào trạng thái mất ổn định có thể gây ra những sự cố nghiêm trọng có tính chất hệ thống như là:

• Các máy phát làm việc ở trạng thái không đồng bộ, cần phải cắt ra và mất một lượng công suất lớn

• Tần số hệ thống bị thay đổi lớn, ảnh hưởng đến các hộ tiêu thụ

• Điện áp hệ thống giảm thấp, có thể gây ra hiện tượng sụp đổ điện áp tại các nút phụ tải

Mặt khác, hậu quả kéo theo có thể là:

• Bảo vệ rơle tác động nhầm và có thể phải cắt thêm một số phần tử khác đang làm việc

Việc cắt nối tiếp các máy phát và phụ tải ở các khu vực lớn có thể gây tan rã hệ thống lưới điện, dẫn đến ngừng cung cấp điện kéo dài Sự cố này đòi hỏi khôi phục dần hoạt động đồng bộ giữa các máy phát để tái thiết lập phân bổ công suất và phụ tải, từ đó kéo dài thời gian phục hồi và ảnh hưởng đến độ tin cậy của nguồn điện tại khu vực liên quan.

Do hậu quả rất nghiêm trọng của sự cố mất ổn định, khi thiết kế và vận hành hệ thống điện cần đảm bảo các yêu cầu cao về tính ổn định, cụ thể là ổn định động và ổn định quá độ Các yếu tố then chốt bao gồm thiết kế lưới có dư phòng và tính linh hoạt cao, phân bổ tải hợp lý, và tối ưu hóa biên độ dao động để duy trì điện áp và dòng điện ở mức cho phép Phối hợp hệ thống bảo vệ, điều khiển và tự động hóa để cô lập nhanh sự cố, giảm tác động lên toàn bộ hệ thống Theo dõi và phân tích trạng thái hệ thống bằng các công nghệ giám sát theo thời gian thực, dự báo và can thiệp kịp thời để ngăn ngừa mất ổn định Tuân thủ tiêu chuẩn và quy trình vận hành, tiến hành bảo dưỡng định kỳ và đào tạo nhân sự để duy trì độ tin cậy và khả năng phục hồi của lưới.

• Hệ thống cần có tính ổn định trong moi tình huống vận hành bình thường, sự cố và sau sự cố

• Cần có độ dự trữ ổn định cần thiết để hệ thống điện có thể làm việc bình thường với các biến động thường xuyên

Trong điều kiện sự cố, để duy trì ổn định cho hệ thống, có thể áp dụng các biện pháp điều chỉnh và điều khiển nhằm khắc phục nhanh và giảm thiểu tác động Các biện pháp này có thể bao gồm thay đổi cấu trúc hệ thống và cắt bỏ một số phần tử không quan trọng, đồng thời điều chỉnh tham số vận hành để cân bằng giữa hiệu suất và độ tin cậy Việc lựa chọn và triển khai linh hoạt các biện pháp này giúp hệ thống duy trì hoạt động liên tục, giảm thiểu thời gian ngừng và duy trì hiệu quả vận hành ngay cả khi đối mặt với sự cố.

Các yêu cầu trên là những điều kiện tối thiểu để duy trì quá trình sản xuất và truyền tải điện năng cho hệ thống điện Bên cạnh đó, còn có một chuỗi chỉ tiêu chất lượng cần được đảm bảo nhằm nâng cao ổn định, an toàn và hiệu quả vận hành của mạng lưới Ví dụ điển hình là giới hạn độ lệch tối đa của các tham số trong quá trình quá độ và thời gian tồn tại của hiện tượng quá độ, hai yếu tố này đóng vai trò then chốt trong đảm bảo chất lượng điện năng và sự liên tục của hệ thống.

Trên cơ sở các nhận định ở trên, bài toán ổn định trong hệ thống điện là một vấn đề đáng quan tâm và cần được nghiên cứu sâu để giảm thiểu trạng thái mất ổn định và đảm bảo vận hành an toàn cho lưới điện Bài toán ổn định hệ thống điện là một khối lượng lớn gồm nhiều bài toán nhỏ liên quan đến ổn định tĩnh, ổn định động và cụ thể là ổn định điện áp và ổn định tần số trong hệ thống điện Trong đề tài này, tác giả tập trung chủ yếu vào các bài toán liên quan đến tính chất ổn định động của hệ thống điện, đặc biệt là ở các hệ thống điện nhiều máy, được khảo sát và đánh giá bằng phương pháp mô phỏng trên phần mềm MATLAB.

MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN

Mô hình toán học của hệ thống điện cho các nghiên cứu về ổn định

Các phương trình mô tả hệ thống điện có nhiều máy phát có thể được biểu diễn tương tự như hệ thống gồm một máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn Để đơn giản hóa mức độ phức tạp của bài toán phân tích ổn định động trong các hệ thống điện nhiều máy, ta có thể giả sử rằng các tham số và điều kiện liên quan được chuẩn hóa nhằm làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định động của hệ thống.

- Mỗi máy phát đồng bộ được thay thế bằng một nguồn áp không đổi và một điện kháng quá độ dọc trục

- Công suất cơ là không đổi trong suốt quá trình thực hiện mô phỏng

Đối với các giá trị điện áp trước khi xảy ra sự cố, tất cả các tải được thay thế bằng tổng dẫn tương đương và được giả sử là không đổi Mô hình hóa này giúp đơn giản hóa phân tích hệ thống bằng cách duy trì tổng dẫn tương đương ở mức cố định trong quá trình đánh giá Nhờ đó, quá trình phân tích sự cố trở nên nhanh chóng và xác đáng hơn, hỗ trợ đánh giá trạng thái điện áp của lưới và tham khảo cho thiết kế, vận hành hệ thống điện hiệu quả.

- Góc quay rotor các máy phát đồng nhất với góc pha điện áp của máy phát

- Điện áp kích từ máy phát trong suốt quá trình xảy ra sự cố và sau sự cố được giả sử là không đổi

- Bỏ qua các ảnh hưởng của bộ điều tốc

- Hằng số quán tính của các máy phát là không đổi trong suốt quá trình mô phỏng

Trong quá trình phân tích bài toán, sự cố được giả lập là ngắn mạch ba pha và có thể được xét tại bất kỳ nút nào trong hệ thống điện có nhiều máy Việc mô phỏng ngắn mạch ba pha cho phép đánh giá tác động của sự cố ở mọi điểm nút, từ điện áp đến dòng điện, đồng thời giúp xác định các biện pháp bảo vệ tối ưu Phương pháp này hỗ trợ tối ưu hóa thiết kế và vận hành hệ thống điện, nâng cao độ tin cậy và an toàn của mạng điện khi đối mặt với ngắn mạch ba pha.

3.1.2 Mô hình máy phát điện đồng bộ

Khi chọn mô hình để biểu diễn máy phát điện đồng bộ, quyết định phụ thuộc vào mức độ liên quan của máy với sự cố điện cần nghiên cứu Nếu máy phát điện ở xa khu vực xảy ra sự cố, tác động lên các thành phần của cấu trúc sẽ không đáng kể, cho phép sử dụng một mô hình đơn giản mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần cho phân tích ổn định và đáp ứng động của hệ thống.

Trong phân tích ổn định tạm thời, mô hình máy phát đồng bộ bỏ qua tác động ngắn hạn lên stator Điện áp tại các đầu ra của stator phụ thuộc vào tốc độ biến thiên của từ trường trong các cuộn dây của nó.

Trong một số tình huống, sự ổn định tạm thời được tập trung vào dao động đầu tiên và không phải vào các chuyển động diễn ra sau đó Do đó, sự ổn định tạm thời của dao động đầu tiên được mô tả bằng một mô hình máy phát cơ bản gồm điện áp nội tại tạm thời Ei nằm sau phản ứng tạm thời Xd Đối với máy phát điện đồng bộ, các giả định sau được đưa ra:

− Cuộn dây stator dao động theo hình sin dọc theo khe không khí liên quan đến các tác động tương hỗ với rotor

− Các khe của stator không gây ra sự biến đổi đáng kể trong các cảm ứng của rotor đối với vị trí của nó

− Histeresis từ tính là không đáng kể

− Các tác động của bão hòa từ tính là không đáng kể

Phương pháp tiếp cận cơ bản bắt nguồn từ việc so sánh kết quả của ba giả định đầu tiên với kết quả thực nghiệm, trong khi giả định cuối cùng được dùng để đơn giản hóa phân tích Khi loại bỏ bão hòa từ tính, phân tích mạch điện trở nên dễ dàng hơn nhờ mạch điện học tuyến tính, cho phép tính siêu chồng (superposition) được áp dụng một cách hợp lý.

Máy phát điện đồng bộ được cấu thành từ hai phần cơ bản, đó là stator và rotor

Stator gồm ba cuộn dây 3 pha cách nhau 120° về pha và không gian, lần lượt được đánh dấu pha a, pha b và pha c Các cuộn dây được biểu diễn như một điện trở nối tiếp với một phản ứng cảm ứng, đại diện cho các tổn thất trong đồng và sự cảm ứng tương hỗ của các mạch cuộn dây.

Rotor: Gồm có cuộn dây trường F và các cuộn dây giảm dao động d và q trong mạch ngắn

Hình 3.1 Sơ đồ cuộc dây của máy điện đồng bộ

• Va, Vb, Vc : Điện áp pha stator

• ia, ib, ic: Dòng điện tức thời của các pha

• vf : Điện áp tạo từ trường

• if, iDiQ : Dòng điện của các mạch trường và giảm dao động D và Q

• Rf, RD, RD : Điện trở của rotor

• Laa, Lbb, Lcc : Độ tự cảm của stator

• Lab, Lbc, Lca : Độ cảm ứng tương hỗ của stator

• Lff, LD, LQ : Độ tự cảm của mạch rotor và các giảm dao động D và Q

• R : Điện trở của cuộn dây

• θ : Vị trí góc của rotor

• ω = dθ/dt : Tốc độ góc của rotor

Phương trình điện áp stator:

Phương trình điện áp stator:

Điều này xuất phát từ tính chất của hệ mô hình hóa: phép biến đổi Park cho phép các phương trình của stato được biểu diễn một cách đơn giản bằng cách chuyển đổi các biến a, b và c thành các biến mới được gọi là biến trục trực tiếp (d), biến trục vuông góc (q) và chuỗi không (0); nhờ đó các phương trình trở thành dạng d–q–0, giúp phân tích và điều khiển máy điện dễ dàng hơn và tối ưu hóa quá trình thiết kế hệ thống.

Trong phân tích này, phương trình của Vf không được biến đổi theo phương pháp Park Do yêu cầu xây dựng mô hình quá độ của máy điện đồng bộ cực lồi, một quy trình được tiến hành để xác định và từ đó thu được điện kháng đồng bộ của máy.

Các bước phân tích và đánh giá ổn định động hệ nhiều máy khi có sự tham

Quy trình chung để giải quyết bài toán ổn định

Các bước để phân tích ổn định động hệ thống điện nhiều máy phát:

Bước đầu tiên của quá trình là thực hiện bài toán phân bố công suất dựa trên ma trận tổng dẫn Ybus đã được xác lập từ trước Dữ liệu đầu vào gồm các thông số nút, nhánh và máy phát, với mục tiêu xác định các pha điện áp ban đầu tại mỗi nút và làm căn cứ cho các bước phân tích tiếp theo của hệ thống.

Vi và dòng điện Ii do từng máy phát i cung cấp

Phân bố công suất là một trong những bài toán trọng yếu trong quy hoạch, thiết kế và phát triển hệ thống điện tương lai và đồng thời là căn cứ để phân tích cũng như xác định chế độ vận hành tối ưu cho hệ thống điện hiện hữu Theo phương pháp phân tích ổn định động được trình bày ở đây, các kết quả của bài toán phân bố công suất được xem như các thông số đầu vào cho mô hình phân tích, phục vụ cho việc đánh giá và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống điện Trong khuôn khổ bài viết này, tác giả trình bày lại một số phương pháp phân bố công suất đã được sử dụng phổ biến trong thực tế và sẽ áp dụng cho bài toán phân tích ổn định động, trong đó Phương pháp phân bố công suất bằng phép lặp Newton–Raphson [2] đóng vai trò công cụ quan trọng để đạt được nghiệm nhanh và chính xác.

Hình 3.1 Sơ đồ thay thế tương đương hệ thống điện 3 nút

Xét một sơ đồ hệ thống điện ba nút như hình 3.3, trong đó nút số một đóng vai trò là nút cân bằng (nút tham chiếu) Phương trình công suất đi vào các nút được viết dựa trên điện áp tại các nút và các phần tử trong ma trận tổng dẫn nút (Ybus), nhằm mô tả mối quan hệ giữa công suất và điện áp ở từng nút một cách tổng quát và có thể dùng cho phân tích, mô phỏng và vận hành hệ thống điện hiệu quả.

Có 2 dạng biểu diễn tính toán phân bố công suất bằng phép lặp Newton – Raphson như sau:

- Biểu diễn tính toán theo số phức dạng vuông góc

- Biểu diễn tính toán theo số phức dạng cực

❖ Biểu diễn tính toán theo số phức dạng vuông góc Đặt:

Y̅ a = G a + jBB a (2.19) Phương trình phân bố công suất ở dạng vuông góc:

𝑃 𝑘 − 𝑗𝑄 𝑘 = (𝑒 𝑘 − 𝑗ℎ 𝑘 ) ∑ 𝑛 𝑖=1 [(𝐺 𝑖𝑘 + 𝑗𝐵 𝑖𝑘 )(𝑒 𝑖 + 𝑗ℎ 𝑖 )] (2.20) Khai triển phương trình trên, ta có:

Trong bài toán này, P_k và Q_k là các hàm số của c_i, c_k, h_1 và h_k Đối với nút phụ tải, các giá trị P_k và Q_k được cho trước nhằm xác định trạng thái của hệ thống Tuy nhiên, sau khi thay thế các giá trị của e và h trong lần thay thế đầu tiên, ta sẽ nhận được P_2(i) và Q_2(i), cho thấy sự biến đổi của các tham số khi thực hiện các bước thay thế tiếp theo.

Q (0) : khác vơi P k Q k ; sự sai biệt là: ΔP (0) = P a − P (𝑖) ΔQ a (𝑖) = Q a − Q (0)

Theo (2.23) và (2.24), đối với nút máy phát m và các giá trị cho trước |U_m| và P_m, ta thay thế phương trình Q_m bằng công thức |U_m|^2 = e_m^2 + h_m^2 Sự sai biệt về điện áp trong lần thay thế đầu tiên được biểu diễn bằng Δ|U_m(0)|^2 = |U_m|^2 − |U_m(0)|^2 (2.25).

Sự khác biệt giữa kết quả và đáp án bài toán phát sinh do sự lệch của các tham số ∆e và ∆h khi điện áp chưa khớp với đáp án Để xác định các ∆e và ∆h này, ta sử dụng phương pháp lặp Newton-Raphson nhằm phân bố công suất cho một mạng điện đơn giản gồm ba nút, với nút 1 được chọn làm nút cân bằng Quá trình lặp điều chỉnh ∆e và ∆h cho từng nút để điện áp tại mỗi nút hội tụ đúng với điều kiện bài toán, đảm bảo sự hội tụ của hệ thống và tối ưu hóa phân bổ công suất.

Các ∆e và ∆h là ẩn số trong phương trình ma trận sau đây:

P 2 , P 3 , Q 2 và |U 3 | 2 là hàm số của e 2 , e 3 , ⁡h 2 , ⁡h 3

Các ẩn số Δe (0) và Δh (0) trong lần lặp thứ nhất tìm được bằng các phép tính về ma trận Giá trị gần đúng của e2, e3, h2, h3 dùng cho lần lặp thứ 2 là: e (1) = e (0) + Δe (1) ⁡ 2 ,

Phép lặp tiếp tục cho đến khi ΔP, ΔU, Δ|U| 2 nhỏ hơn mức chính xác 𝜀 cho trước

❖ Biểu diễn tính toán theo số phức dạng cực

Phương trình phân bố công suất:

Phần tử ma trận tổng dẫn nút 𝑌⃐ in = |𝑌⃐ 𝑖𝑛 |𝑒 𝑖𝑛 𝑗𝜃 = |𝑌⃐ 𝑖𝑛 |∠𝜃 𝑖𝑛 = 𝐺 𝑖𝑛 + 𝑗𝐵 𝑖𝑛

Các phương trình nút trên được viết từ nút 2 đến nút N vởi nút 1 là nút cân bằng

Sai số giữa công suất tính toán và công suất qui định của phụ tải cho bởi: ΔP = P qui định − P tính toán ΔQ = Q qui định − Q tính toán

Xét một hệ thống điện bao gồm 4 nút, trong đó nút cân bằng là nút 1 Có thể khai triển các sai số trên như sau: ΔP i =∂P i

Từ đó, có được phương trình ma trận:

(2.37) Các đạo hàm riêng tính tại 𝛿 2 (0) , 𝛿 3 (0) , 𝛿 4 (0) , |U (0) |, |U (0) ⁡ 3 |, |U (0) ⁡ 4 |

Phương trình trên được giải bằng cách nghịch đảo ma trận Jacobi để xác định Δ𝛿 𝑘 (0) và Δ|Ù (0) | Kế đó, điều chỉnh lại góc và điện áp:

Và dùng lại các giá trị này trong lần lặp tiếp theo

Sau khi hoàn tất bài toán phân bố công suất, kết quả thu được là các giá trị biên độ điện áp và góc pha tại các nút cũng như các giá trị dòng điện trên các nhánh của hệ thống Những tham số này đóng vai trò cơ bản trong việc đánh giá trạng thái làm việc của mạng lưới, phục vụ cho phân tích ổn định điện và lên kế hoạch tối ưu phân bổ công suất giữa các nguồn và tải.

Biểu thức dòng điện qua máy phát thứ i trước khi hệ thống bị nhiễu loạn có thể được biểu diễn như sau: [4]

Trong đó: m: là số máy phát

Vi: là điện áp đầu cực của máy phát thứ i

Pi: là công suất tác dụng của mát phát thứ i

Qi: là công suất phản kháng của mát phát thứ i

Trong bước 2 của phân tích, bỏ qua điện trở phần ứng của máy phát và khi đó điện áp phía sau điện kháng quá độ dọc trục máy phát được biểu diễn như sau: [4].

Bước 3: Tất cả các tải được biến đổi thành các tổng dẫn tương đương như sau: [4] y i0 = S i ∗

Bước 4 nhằm xét các giá trị điện áp ở phía sau các điện kháng quá độ bằng cách thêm m nút vào hệ thống điện có n nút, với m bằng tổng số máy phát Sơ đồ tương đương mô tả việc quy đổi mọi tải thành các tổng dẫn và được biểu diễn ở hình sau.

Hình 3.2 Sơ đồ thay thế hệ thống điện nhiều máy

Trong đó: các nút (n+1), (n+2), , (n+m) là các nút máy phát, cũng chính là các nút phía sau điện kháng quá độ n+m n+2 n+1

Khi ấy, phương trình điện áp nút với nút 0 được xem như là nút chuẩn của sơ đồ có thể được biểu diễn như sau:

Inút: là vectơ cường độ dòng điện tại một nút nào đó

Vnút: là vectơ điện áp nút so với nút chuẩn

Ở bước 5, các phần tử trên đường chéo của ma trận tổng dẫn là tổng dẫn liên kết với nút tương ứng, còn các phần tử ở vị trí ngoài đường chéo bằng âm của tổng dẫn giữa hai nút bất kỳ Để đơn giản hóa quá trình phân tích, ma trận tổng dẫn giữa tất cả các nút trừ nút máy phát có thể được rút gọn bằng phép biến đổi Kron.

Để đơn giản hóa việc phân tích các nút tải, ma trận tổng dẫn tại nút (2.41) được phân chia sao cho các phần tử liên quan đến n nút tải nằm ở các hàng trên cùng của ma trận Do không có dòng đưa vào các nút tải, nên các giá trị dòng điện ở các hàng trên cùng này bằng 0 Giá trị dòng điện của các máy phát được biểu diễn bằng một vectơ Im, còn giá trị điện áp của máy phát và của tải được biểu diễn tương ứng bằng các vectơ E'_m và V_n.

Do đó, từ (2.41) suy ra:

Bước 6: ma trận tổng dẫn nút rút gọn sẽ là:

Ma trận tổng dẫn nút rút gọn là một ma trận có m hàng và m cột tương ứng với m là số máy phát

Bước 7: Với các giả thuyết, công suất điện từ của các máy phát có thể được biểu diễn bằng biểu thức sau:

Pei = Phần thực(E’ i *Ii ) (2.52) Trong đó:

Thay (2.51), (2.52) và (2.53) vào (2.50), ta có:

P ei = ∑ m j=1 |E i ′ ||E j ′ ||Y ij |cos⁡(𝜃 ij − 𝛿 i + 𝛿 j ) (2.56) Biểu thức (3.54) chính là phương trình công suất phát của mỗi máy phát điện

Bước 8 cho thấy trước khi xảy ra nhiễu loạn, trong hệ thống điện tồn tại một điểm cân bằng giữa công suất cơ ngõ vào và công suất điện từ ngõ ra Tại thời điểm đó, hai đại lượng này cân bằng với nhau, giúp hệ thống vận hành ổn định và an toàn Khi có sự cố hoặc biến động tải, điểm cân bằng bị phá vỡ và hệ thống sẽ điều chỉnh nhằm tái lập cân bằng công suất, từ đó duy trì tần số và điện áp ở mức cho phép.

𝑃 𝑚𝑖 = ∑ 𝑚 𝑗=1 |𝐸 𝑖 ′ ||𝐸 𝑗 ′ ||𝑌 𝑖𝑗 |cos⁡(𝜃 𝑖𝑗 − 𝛿 𝑖 + 𝛿 𝑗 ) (3.55) Mặt khác, ta lại có phương trình dao động của máy phát thứ i được biểu diễn như sau: [3]

𝜋f 0 d 2 𝛿 i dt 2 = P mi − ∑ m j=1 |E i ′ |E j ′ ||Y ij | ⁡cos⁡(𝜃 ij − 𝛿 i + 𝛿 j ) (2.57) Trong đó:

Yij: là các phần tử của ma trận tổng dẫn nút rút gọn khi xảy ra sự cố

Hi: là hằng số quán tính của máy phát thứ i theo công suất cơ bản Scb

Nếu gọi HGi là hằng số quán tính của máy phát thứ i theo công suất định mức SGi của máy phát thứ i thì Hi sẽ được biểu diễn như sau:

S cbH Gi (2.58) Đặt công suất điện từ của máy phát thứ i khi xảy ra sự cố là Pei f và biến đổi phương trình (3.56) thành dạng phương trình mô hình biến trạng thái như sau: d𝛿 i dt = Δ𝜔 i , dΔ𝜔 i dt = 𝜋f 0

Trong bài toán phân tích ổn định động cho hệ thống điện có nhiều máy, mỗi máy phát được biểu diễn bằng hai phương trình trạng thái (2.57) và (2.58) Các liên hệ động của từng máy phát được thể hiện qua các biểu thức H_i (P_mi − P_ci f), liên quan đến các công thức (2.59) và (2.60), cho thấy vai trò và đóng góp của mỗi máy phát vào sự dao động và ổn định của toàn hệ thống.

KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ

Mô hình công suất điện của mỗi máy phát

Hình 4.1 Mô hình hệ thống điện 9 nút 3 máy phát IEEE

Các tham số hệ thống được trình bày dưới đây: dữ liệu về nút, đường dây và máy phát Công suất cơ bản 100 MVA, tần số 50Hz:

Bảng 4.1 Dữ liệu các Bus [18]

Bảng 4.2 Dữ liệu các đường dây truyền tải với công suất cơ bản 100 MVA [18]

Từ nút- đến nút Thành phần R [p.u] X [p.u]

Bảng 4.3 Dữ liệu các Máy phát điện [18]

Mô hình 11 bus với sự tham gia của các máy phát điện gió

Hình 4.2 Mô hình hệ thống điện 9 nút 3 máy phát và 2 máy phát điện gió

Hình trên là hệ thống điện 9 bus được khảo sát, với các tham số được thêm vào: thanh cái, đường dân và máy phát điện gió

Bảng 4.4 Dữ liệu của Các Thanh cái trong Hệ thống mới

Bảng 4.5 Dữ liệu của Các Đường dây trong Hệ thống mới (cơ sở 100 MVA)

Từ nút- đến nút Phần tử R[p.u] X [p.u] 1/2B[p.u]

Bảng 4.6 Dữ liệu của Các Máy phát trong Hệ thống Điện Mới

Dựa trên số liệu được trình bày ở bảng và hình ảnh ở phần trước, bài phân tích tiến hành đánh giá tác động của việc tích hợp năng lượng gió cho một hệ thống điện duy nhất thông qua ba kịch bản vận hành khác nhau Mỗi kịch bản mô tả điều kiện cung cấp và cầu điện cũng như mức dự phòng, cho thấy cách gió ảnh hưởng đến cân bằng công suất, độ ổn định điện áp và chi phí vận hành So sánh giữa ba kịch bản làm nổi bật các lợi ích và thách thức khi tích hợp năng lượng gió, đồng thời giúp đề xuất các biện pháp tối ưu như quản lý dự trữ, điều phối nguồn lực và cải thiện hạ tầng truyền tải để nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống.

Kịch bản 1: Phân tích hệ thống không có sự tham gia của nguồn phát điện gió

Ở kịch bản 2, hệ thống được mở rộng bằng cách tích hợp một nguồn phát điện gió tại một điểm duy nhất trong lưới điện Các phân tích sẽ được thực hiện để đánh giá tác động khi công suất phát điện gió tăng lên lần lượt 10%, 30% và 60%, nhằm xác định ảnh hưởng đến ổn định hệ thống, cân bằng điện áp và hiệu quả vận hành Việc so sánh các mức tăng công suất gió ở từng kịch bản giúp đề xuất các biện pháp kiểm soát, tối ưu chi phí vận hành và đảm bảo tính an toàn, tin cậy của lưới khi tích hợp nguồn gió tại một điểm duy nhất.

Kịch bản 3 tập trung phân tích hệ thống điện khi có sự bổ sung năng lượng gió tại nhiều nút (thanh cái) trong lưới điện Các biến đổi của hệ thống được khảo sát khi công suất từ nguồn năng lượng gió tăng lên lần lượt 10%, 30% và 60%, nhằm đánh giá ảnh hưởng đến ổn định điện áp, cân bằng tải và điều chỉnh vận hành Kết quả cho thấy khả năng tích hợp gió vào lưới và các biện pháp tối ưu hóa điều tiết để đảm bảo an toàn, hiệu quả và tin cậy của hệ thống khi nguồn gió biến thiên.

Hệ thống không có sự tham gia của nguồn phát điện gió

Hình 4.3 Đồ thị độ lệch góc

Hình 4.4 Đồ thị biến thiên tần số

Vì hệ thống không chịu nhiễu loạn theo thời gian nên duy trì ổn định, tức là sự lệch góc pha giữa các máy phát và máy phát Slack (máy phát 1) không đổi so với thanh cái, như thể hiện ở hình 4.3 Tần số của hệ thống được duy trì ở giá trị vận hành, ở ví dụ này là 50 Hz, như được minh họa ở hình 4.4.

Từ trường hợp này ta thu được dòng công suất chính, như có thể thấy ở hình 4.5, và nó giữ nguyên các thông số trong suốt thời gian mô phỏng

Hình 4.5 Phân bố Công suất của hệ thống điện 9 bus khi chưa có năng lượng gió

Sau khi thu được dòng công suất từ hình trước, công suất phát của thanh cái Slack là 71.641 MW và được dùng làm tham chiếu cho các phân tích tiếp theo Dòng công suất tham chiếu này sẽ được phân phối cho các máy phát điện gió được triển khai vào hệ thống điện trong các trường hợp nghiên cứu tiếp theo.

4.3.1 Sự thâm nhập của năng lượng gió ở một vị trí

4.3.1.1 Năng lượng gió thâm nhập ở một vị trí mức 10%

Hình 4.6 Góc lệch pha với mức tăng năng lượng gió 10% ở 1 vị trí, thời gian mô phỏng 3s

❖ Phân tích đồ thị góc pha:

Trong khoảng 0–0.5 giây, các đường biểu diễn của máy 2, máy 3 và máy 4 hầu như phẳng, cho thấy mức độ ổn định rất cao Các máy phát duy trì độ lệch so với máy chuẩn (máy 1) lần lượt ở khoảng +21° (máy 2), +14° (máy 3) và −3° (máy 4), cho thấy đồng bộ vận hành tốt của hệ thống Kết quả cho thấy hệ thống đang vận hành ổn định, không dao động, và sự phối hợp giữa các máy phát rất tốt Đây là tín hiệu tích cực về hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

Vào lúc 0,5 giây khi gió được đưa vào hệ thống điện gió, các đường công suất bắt đầu dao động nhẹ; độ lệch Δ không còn phẳng hoàn toàn mà xuất hiện những gợn sóng nhỏ, do sự thay đổi đột ngột của công suất cơ học làm moment quán tính biến thiên và sinh ra dao động rotor Các máy phát phải điều chỉnh để tái lập cân bằng công suất của lưới điện.

Sau khoảng 2–3 giây, các dao động không tăng lên mà duy trì ở biên độ rất nhỏ; không xuất hiện hiện tượng gợn to dần, cho thấy hệ thống đã ổn định sau khi hấp thụ năng lượng gió.

Hình 4.7 Dao động tần số với mức tăng năng lượng gió 10% ở 1 vị trí, thời gian mô phỏng 3s

❖ Phân tích dao động tần số:

Trong khoảng thời gian trước 0.5 giây đầu tiên, các đường tần số của máy phát 2, 3 và 4 duy trì ở mức 50 Hz, cho thấy hệ thống vận hành hoàn toàn ổn định và không có dao động Tần số của các máy phát được đồng bộ, bằng nhau và đúng định mức, đảm bảo sự cân bằng và an toàn cho lưới điện.

Ở 0,5 giây sau khi gió bắt đầu thâm nhập vào hệ thống, tần số của các máy phát điện gió bắt đầu dao động khi công suất phát của từng turbine thay đổi Vì các máy phát điện gió đồng thời điều chỉnh công suất phát, công suất tổng trong hệ thống cũng bị biến động theo thời gian Kết quả là hệ thống điện gió trải qua sự dao động ngắn về công suất và tần số, đòi hỏi các biện pháp điều chỉnh để duy trì cân bằng và ổn định lưới điện.

Trong khoảng thời gian 0.5–3 giây, các dao động có dạng gợn sóng tuần hoàn với tần số riêng biệt cho mỗi máy Biên độ dao động lớn nhất ở máy 2, dao động quanh 49.75 Hz đến 50.25 Hz; máy 3 có biên độ nhỏ hơn, còn máy 4 có biên độ nhỏ nhất và ổn định hơn Điều này cho thấy máy 2 chịu ảnh hưởng mạnh từ biến đổi công suất, có thể do vị trí, tham số H thấp hơn hoặc các tham số đường dây gần nguồn gió, trong khi máy 4 chịu ảnh hưởng ít hơn hoặc có độ quán tính cao hơn Các dao động ở những tần số này có biên độ tương đối nhỏ và dần suy giảm theo thời gian, cho thấy hệ thống có khả năng hấp thụ sốc công suất tốt.

Hình 4.8 Góc lệch pha với mức tăng năng lượng gió 10% ở 1 vị trí, thời gian mô phỏng 100s

Phân tích góc lệch pha khi thời gian mô phỏng đạt 100 giây cho thấy ở giai đoạn sau (5–100 giây) góc lệch giữa các máy so với máy chuẩn gần như không đổi Điều này cho thấy hệ thống đã đạt trạng thái ổn định mới sau khi có gió, các máy phát duy trì hoạt động đồng bộ và bám theo nhau một cách chặt chẽ, không có dao động tự do kéo dài và mất đồng bộ giữa các máy.

Hình 4.9 Dao động tần số với mức tăng năng lượng gió 10% ở 1 vị trí , thời gian mô phỏng 100s

Trong giai đoạn đầu (0–10 giây) sau khi xảy ra sự gia tăng công suất, hệ thống điện xuất hiện các dao động tần số với biên độ lớn, dao động quanh mức định mức Những dao động này thể hiện đáp ứng tức thời của hệ thống trước khi các cơ chế ổn định tần số can thiệp, và là tín hiệu cho quá trình điều chỉnh để đưa tần số về giá trị ổn định.

Trong hệ thống vận hành ở tần số 50 Hz, biên độ dao động ban đầu nằm trong khoảng từ 49.8 Hz đến 50.2 Hz Những dao động này cho thấy phản ứng quá độ của hệ thống trước sự thay đổi đột ngột về công suất phát.

Trong giai đoạn suy giảm dao động kéo dài 10–40 giây, sau khoảng 10 giây biên độ dao động bắt đầu giảm dần theo thời gian, cho thấy hệ thống có khả năng tự hiệu chỉnh (damping) và điều chỉnh tần số để trở về trạng thái cân bằng Tần suất dao động cũng giảm dần, thể hiện sự cải thiện trong đặc tính đáp ứng động khi hệ thống tiến tới trạng thái cân bằng.

Ở giai đoạn hội tụ và ổn định sau khoảng 40 giây, tần số của ba máy phát gần như hội tụ và ổn định tại giá trị danh định 50 Hz Đánh giá tổng quát cho thấy hệ thống có đặc tính đáp ứng động tốt với thời gian ổn định xấp xỉ 40 giây; quá trình giảm dao động nhanh và hội tụ tần số về giá trị danh định cho thấy khả năng kiểm soát và điều chỉnh hiệu quả sau sự thay đổi công suất Sai số cực đại và thời gian ổn định ở mức chấp nhận được đối với hệ thống điện tiêu chuẩn, và các dao động này nhanh chóng tắt dần khi hệ thống có lực cản cơ học tốt được tối ưu bằng thuật toán GA, đồng thời các máy phát phối hợp tốt với nhau cho thấy tính ổn định tạm thời rất tốt.

Hình 4.10 Phân bố công suất của hệ thống khi năng lượng gió thâm nhập ở mức 10%

Trong hình 4.10, phân bố công suất sau khi tăng công suất phát từ nguồn gió thêm 10% cho thấy các máy phát gió đạt công suất 25,3 MW Công suất tại thanh cân bằng (Slack bus), Bus1, duy trì ở mức dương là 47,657 MW, bảo đảm quá trình ước lượng trạng thái hệ thống điện vẫn nằm trong các điều kiện vận hành cho phép.

Các giá trị góc mà mỗi máy phát điện ổn định sẽ được trình bày trong bảng sau:

Bảng 4.7 Giá trị góc pha trên mỗi máy phát ở mức 10% khi bổ sung năng lượng gió tại 1 điểm

Hình 4.11 Điện áp tại các bus với mức tăng năng lượng gió 10% ở 1 vị trí, thời gian mô phỏng 3s

Trước thời điểm 0.5 giây, điện áp tại các bus trong hệ thống duy trì ổn định, dao động quanh mức 0.95–1.05 p.u., nhưng khi máy phát điện gió thâm nhập tại thời điểm 0.5 giây, điện áp tại hầu hết các bus giảm đột ngột, đặc biệt tại Bus 5, Bus 6 và Bus 8 xuống còn khoảng 0.65–0.75 p.u Tuy nhiên, sau giai đoạn xáo trộn ban đầu, điện áp tại các bus nhanh chóng ổn định lại mà không xuất hiện dao động kéo dài, dù giá trị điện áp mới thấp hơn so với ban đầu Kết quả cho thấy hệ thống có khả năng ổn định điện áp sau sự thâm nhập của nguồn năng lượng gió, nhưng để đảm bảo chất lượng điện áp tốt hơn, có thể cần bổ sung tụ bù hoặc điều chỉnh bộ điều khiển điện áp AVR.

4.3.1.2 Năng lượng gió thâm nhập ở một vị trí mức 30%

Hình 4.12 Góc lệch pha với mức tăng năng lượng gió 30% ở 1 vị trí, thời gian mô phỏng 3s

Hình 4.13 Dao động tần số với mức tăng năng lượng gió 30% ở 1 vị trí, thời gian mô phỏng 3s

Hình 4.14 Góc lệch pha với mức tăng năng lượng gió 30% ở 1 vị trí, thời gian mô phỏng 100s

Hình 4.15 Dao động tần số với mức tăng năng lượng gió 30% ở 1 vị trí, thời gian mô phỏng 100s

Phân tích ảnh hưởng của sự thâm nhập năng lượng gió

4.4.1 Ảnh hưởng của vị trí thâm nhập

Các mô phỏng cho thấy khi năng lượng gió thâm nhập tại một vị trí (ví dụ Bus

Khi nguồn gió thâm nhập đơn lẻ tại một vị trí (ví dụ Bus 10 hoặc Bus 11), hệ thống chỉ xuất hiện dao động nhẹ về góc pha, tần số và điện áp, và nhanh chóng đạt lại trạng thái ổn định Tuy nhiên, khi thâm nhập đồng thời tại nhiều vị trí (Bus 10 và Bus 11), biên độ dao động góc pha và tần số tăng mạnh, điện áp tại các nút giảm sâu, và thời gian để hệ thống ổn định kéo dài hơn Điều này cho thấy vị trí thâm nhập nguồn gió ảnh hưởng lớn đến tính ổn định của hệ thống.

4.4.2 Ảnh hưởng của công suất thâm nhập

Khi mức công suất thâm nhập tăng từ 10% lên 60%, các mô phỏng cho thấy:

- Biên độ dao động góc pha và tần số tăng rõ rệt

- Thời gian dập dao động kéo dài hơn

Điện áp các bus đang sụt giảm nghiêm trọng hơn, cho thấy hệ thống đang chịu áp lực từ biến động công suất và cần được kiểm soát chặt chẽ Đây phản ánh rõ ràng rằng dung lượng công suất DG đóng vai trò then chốt trong việc duy trì ổn định vận hành của toàn bộ hệ thống điện Việc tối ưu hóa quản lý DG, cải thiện cấp phát nguồn và dự phòng công suất có thể giảm thiểu sụt áp, nâng cao độ tin cậy và ổn định cho lưới điện trong mọi điều kiện vận hành.

4.4.3 Phân tích các chỉ số góc pha, tần số, điện áp

- Góc pha: Dao động góc pha lớn làm tăng nguy cơ mất đồng bộ giữa các máy phát

- Tần số: Dao động tần số rộng phản ánh sự thiếu cân bằng công suất tức thời sau thâm nhập gió

- Điện áp: Sự sụt giảm điện áp cục bộ cho thấy cần kiểm soát vị trí và dung lượng

DG hợp lý để đảm bảo giới hạn điện áp cho phép

❖ Kết quả mô phỏng cho thấy rõ rằng:

- Vị trí DG cần tối ưu để hạn chế dao động góc pha, giữ ổn định tần số và cải thiện điện áp

- Dung lượng công suất DG cần tối ưu để tránh gây dao động quá mức và đảm bảo phân bố công suất hợp lý

Việc tối ưu đồng thời nhiều mục tiêu như giảm tổn thất công suất, giữ điện áp ở mức giới hạn cho phép và tối thiểu hóa chi phí đầu tư là cần thiết, phù hợp với mô hình bài toán được giải bằng thuật toán đa mục tiêu Phương pháp này giúp cân bằng giữa hiệu suất hệ thống, ổn định điện áp và chi phí vận hành, tối ưu hóa hiệu quả hoạt động và nâng cao độ tin cậy của mạng lưới.

Các giải pháp cải thiện ổn định hệ thống khi thâm nhập năng lượng gió

4.5.1 Tối ưu hóa vị trí và dung lượng nguồn gió

- Mục tiêu: Xác định vị trí và công suất lắp đặt nguồn gió hợp lý để:

+ Giảm dao động góc pha,

+ Giảm tổn thất công suất,

+ Tối ưu chi phí đầu tư

- Phương pháp: Áp dụng thuật toán để tối ưu đồng thời nhiều mục tiêu:

- Ý nghĩa: Giải pháp này trực tiếp giải quyết bài toán tối ưu hóa quy hoạch nguồn gió

4.5.2 Triển khai các thiết bị hỗ trợ ổn định điện áp

+ Tụ bù (Shunt Capacitors): cải thiện điện áp cục bộ ở các bus yếu

+ STATCOM hoặc SVC: thiết bị bù công suất phản kháng nhanh, kiểm soát điện áp hiệu quả khi công suất gió biến thiên

- Ứng dụng: Triển khai tại các nút có sụt áp sâu nhất khi gió thâm nhập, như Bus

4.5.3 Điều chỉnh chiến lược điều khiển máy phát và lưới

- Điều chỉnh AVR (Automatic Voltage Regulator): Nâng cao độ nhạy và dải điều chỉnh điện áp cho các máy phát lân cận vùng thâm nhập gió

- Tái cấu trúc mạng lưới (Network Reconfiguration): Thay đổi kết nối giữa các nhánh để:

+ Phân bổ lại dòng công suất,

+ Giảm tải các đường dây gần nguồn gió

- Tối ưu dispatch công suất gió: Điều chỉnh mức phát của nguồn gió theo trạng thái tải và tình trạng điện áp thực tế (dynamic curtailment)

4.5.4 Tăng cường khả năng dự báo và điều chỉnh thích nghi

- Ứng dụng dự báo sản lượng gió: Dự báo ngắn hạn và dài hạn để lập kế hoạch vận hành linh hoạt, tránh shock công suất đột ngột

- Điều chỉnh dung lượng vận hành linh hoạt (Flexibility Reserve): Giữ một phần công suất máy phát truyền thống để dự phòng khi công suất gió biến thiên lớn.

Giải pháp tối ưu hóa vị trí và dung lượng nguồn gió

Hệ thống điện hiện đại đang trải qua một tiến trình chuyển dịch mạnh từ cấu trúc tập trung sang phân tán, đồng thời nguồn năng lượng tái tạo như điện gió và điện mặt trời ngày càng chiếm tỷ trọng lớn Trong đó, điện gió ghi nhận vai trò ngày càng quan trọng nhờ tiềm năng to lớn và tính bền vững, nhưng đặc tính không liên tục và khó dự đoán của gió tạo ra các thách thức về ổn định mạng lưới và vận hành an toàn cho hệ thống điện.

Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá ảnh hưởng của điện gió đến ổn định động của hệ thống điện, đặc biệt trong bối cảnh nhiều nguồn phát phân tán (Distributed Generation - DG) Đồng thời đề xuất một phương pháp tối ưu hóa quy hoạch điện gió dựa trên thuật toán học tăng cường sâu đa mục tiêu (Multi-Objective Deep Reinforcement Learning - MODRL) nhằm tối ưu hóa các mục tiêu vận hành, hiệu quả kinh tế và tích hợp DG trong mạng lưới điện đang ngày càng phức tạp. -**Support Pollinations.AI:**🌸 **Quảng cáo** 🌸 Tối ưu hóa quy hoạch điện gió bằng MODRL giúp hệ thống điện ổn định hơn—[ủng hộ chúng tôi](https://pollinations.ai/redirect/kofi) để phát triển AI cho mọi người!

4.6.1 Phương pháp tối ưu hóa quy hoạch điện gió bằng thuật toán học tăng cường sâu đa mục tiêu (Multi-Objective Deep Reinforcement Learning -

Thuật toán MODRL được sử dụng để giải bài toán đa mục tiêu tối ưu hóa vị trí và công suất của các nguồn điện gió tích hợp trong hệ thống phân phối Thuật toán này tập trung cân bằng ba mục tiêu chính nhằm tối ưu hóa chi phí vận hành, tăng hiệu suất khai thác nguồn gió và tăng độ tin cậy của hệ thống Điều này cho phép định vị và cấp công suất cho các nguồn gió một cách tối ưu, từ đó nâng cao hiệu quả và tính bền vững của hệ thống phân phối.

- Giảm tổn thất công suất (Power Loss)

- Giữ điện áp ổn định trong giới hạn cho phép (Voltage Deviation)

- Giảm chi phí đầu tư tổng thể cho nguồn phát (Investment Cost)

Khác với các phương pháp truyền thống như GA, PSO và FA, MODRL cho phép máy học và thích nghi với trạng thái của hệ thống qua mạng nơ-ron sâu và môi trường học tăng cường, từ đó tìm ra các giải pháp tối ưu trong các tình huống phức tạp có nhiều yếu tố nhiễu loạn, đặc biệt khi tích hợp điện gió vào hệ thống để nâng cao hiệu suất vận hành và tính ổn định.

4.6.2 Mô hình bài toán tối ưu

Bài toán được thiết lập nhằm tối ưu đồng thời ba yếu tố:

Minimize: 𝑓 = 𝑤 1 𝑃 loss + 𝑤 2 𝑉 dev + 𝑤 3 𝐶 inv (4.1) Trong đó:

• 𝑉 dev : độ lệch điện áp tại các nút

• 𝐶 inv : chi phí đầu tư các nguồn phát

• 𝑤 1 , 𝑤 2 , 𝑤 3 : các trọng số phản ánh ưu tiên cho từng mục tiêu

Hàm mục tiêu (1) cho phép điều chỉnh linh hoạt giữa yêu cầu kỹ thuật và các yếu tố kinh tế, nhằm tối ưu hóa hiệu suất vận hành và chi phí liên quan cho hệ thống điện gió Việc điều chỉnh này giúp hệ thống điện gió thích nghi với các tình huống thực tế đa dạng trong quá trình vận hành, cân bằng giữa tiêu chí an toàn, tin cậy và hiệu quả kỹ thuật với tối ưu chi phí vận hành và bảo trì Nhờ tính linh hoạt của hàm mục tiêu, các quyết định tối ưu có thể đáp ứng tốt các biến đổi của điều kiện gió, nhu cầu thị trường và quy định liên quan, đồng thời đảm bảo hiệu quả kinh tế và tính bền vững cho lưới điện.

4.6.3 Các ràng buộc kỹ thuật Để đảm bảo tính khả thi và an toàn trong vận hành, bài toán được ràng buộc bởi các điều kiện sau:

- Giới hạn công suất từng DG:

- Điện áp tại các nút trong giới hạn:

- Tổng công suất phát không vượt tải:

4.6.4 Học tăng cường sâu với MODRL

MODRL is the fusion of Deep Reinforcement Learning and the Proximal Policy Optimization (PPO) algorithm It learns from a real-world operating environment to determine optimal actions, such as selecting the location and capacity of distributed generation (DG), and it receives rewards to reinforce the policy.

𝑅 = −(𝑤 1 𝑃 loss + 𝑤 2 𝑉 dev + 𝑤 3 𝐶 inv ) (4.5) Để tối ưu chính sách hành động, PPO sử dụng hàm mục tiêu:

𝐿 CLIP (𝜃) = 𝔼 𝑡 [min(𝑟 𝑡 (𝜃)𝐴̂ 𝑡 ,clip(𝑟 𝑡 (𝜃), 1 − 𝜖, 1 + 𝜖)𝐴̂ 𝑡 )] (4.6) Trong đó:

𝑟 𝑡 (𝜃): tỉ lệ giữa chính sách mới và cũ

𝐴̂ 𝑡 : ước lượng lợi thế hành động

𝜖: tham số giới hạn cập nhật chính sách

MODRL cho phép hệ thống tự học và thích nghi với biến thiên bất định của nguồn gió, từ đó nâng cao khả năng phản ứng nhanh và hiệu quả trước các nhiễu loạn lớn Khả năng tự điều chỉnh này là yếu tố cốt lõi giúp duy trì ổn định động của hệ thống và tối ưu hóa hiệu suất vận hành nguồn gió.

Hai hệ thống phân phối tiêu chuẩn được sử dụng để kiểm định hiệu quả mô hình:

Hệ thống 33 nút (33-bus system): Công suất tải 3.72 MW, tổn thất ban đầu 202.69 kW, điện áp thấp nhất 0.9131 p.u

Hệ thống 69 nút (69-bus system): Công suất tải 3.802 MW, tổn thất ban đầu 224.89 kW, điện áp thấp nhất 0.9092 p.u

4.6.5 Kết quả mô phỏng trên hệ thống 33 nút và 69 nút

Sau khi áp dụng MODRL, kết quả thu được:

Bảng 4.16 Kết quả tối ưu hóa của MODRL và các thuật toán khác đối với hệ thống phân phối 33 nút

Thuật toán Vị trí DG

Vị trí và công suất tối ưu của các nguồn phân tán (DGs) được xác định bằng phương pháp đề xuất trình bày ở Bảng 4.15 Trên hệ thống 33 nút, thuật toán MODRL cho thấy hiệu suất vượt trội trong việc giảm tổn thất công suất, cải thiện độ ổn định và chất lượng điện áp cũng như tối ưu chi phí đầu tư Trước khi lắp đặt DG, tổn thất công suất là 202.69 kW và điện áp tối thiểu 0.9131 p.u., phản ánh hiệu suất vận hành còn kém của hệ thống Sau khi áp dụng MODRL, tổn thất giảm 65.96% xuống còn 69.0 kW và điện áp tối thiểu được nâng lên 0.9707 p.u., đảm bảo chất lượng điện năng và ổn định vận hành So với các thuật toán khác, MODRL vượt trội ở mọi phương diện: FA và WOA cũng đạt mức giảm tổn thất tương đối cao lần lượt là 65.81% và 65.41%, nhưng vẫn thấp hơn MODRL về độ lệch điện áp tổng và chi phí đầu tư MODRL còn có chi phí đầu tư thấp nhất, 1,280,000 USD, so với FA 1,290,000 USD và WOA 1,310,000 USD, cho thấy tính kinh tế của thuật toán này.

Bảng 4.17 Kết quả tối ưu hóa của MODRL và các thuật toán khác đối với hệ thống phân phối 69 nút

Thuật toán Vị trí DG

V_min (p.u.) ΔV_i (p.u.) Chi phí đầu tư ($)

Trong hệ thống 69 nút (Bảng 5), MODRL chứng tỏ ưu thế vượt trội so với các thuật toán truyền thống Tổn thất ban đầu đạt 224.89 kW và điện áp tối thiểu 0.9092 p.u.; sau tối ưu hóa bằng MODRL, tổn thất giảm 56.08% xuống còn 98.75 kW, điện áp tăng lên 0.9540 p.u và độ lệch điện áp chỉ còn 0.015 p.u MODRL cũng đạt chi phí đầu tư thấp nhất, ở mức 1.450.000 USD, vượt trội so với GA và PSO.

4.6.6 Đánh giá vai trò của MODRL trong nâng cao ổn định động hệ thống có điện gió

Những kết quả trên cho thấy MODRL không chỉ tối ưu hóa quy hoạch nguồn phân bổ (DG) một cách hiệu quả mà còn gián tiếp nâng cao ổn định động của hệ thống thông qua việc cải thiện điều khiển, tối ưu phân bổ công suất giữa các nguồn DG và tăng khả năng phục hồi trước biến động tải Điều này giúp cân bằng cung cầu, giảm dao động ngắn hạn và tăng độ tin cậy của lưới điện.

- Giảm dao động điện áp ngắn hạn

- Phân bổ hợp lý công suất phản kháng, giảm nguy cơ sụt áp tại điểm lắp đặt điện gió

- Giảm tải cho các máy phát truyền thống, từ đó tăng thời gian phản ứng trong sự cố

- Duy trì độ ổn định tần số tốt hơn, hạn chế mất đồng bộ do mất cân bằng công suất

Việc tích hợp điện gió nếu không có quy hoạch phù hợp sẽ gây ra rủi ro mất ổn định động nghiêm trọng

Thuật toán MODRL cho thấy khả năng xử lý hiệu quả bài toán đa mục tiêu có ràng buộc kỹ thuật cao, phù hợp với đặc trưng phi tuyến của hệ thống điện gió Phương pháp này tối ưu hóa đồng thời nhiều mục tiêu quan trọng như sản lượng điện, chi phí vận hành và độ ổn định của hệ thống trong bối cảnh biến động gió Nhờ khả năng thích ứng với giới hạn kỹ thuật và điều kiện vận hành thực tế, MODRL mang lại các lời giải tối ưu và bền vững cho các trang trại điện gió Kết quả cho thấy MODRL đạt hiệu suất cao trong cân bằng giữa hiệu quả phát điện và an toàn hệ thống, đồng thời giảm thiểu rủi ro do biến động gió và các ràng buộc kỹ thuật.

Mô hình này được thiết kế để mở rộng bằng cách tích hợp thêm pin lưu trữ, hệ thống điều khiển tần số và cơ chế điều chỉnh công suất phản kháng, nhằm tăng tính linh hoạt và ổn định cho toàn hệ thống Việc bổ sung pin lưu trữ giúp cân bằng nguồn, giảm dao động và nâng cao độ tin cậy của lưới điện Hệ thống điều khiển tần số đảm bảo sự đồng nhất về tần số vận hành giữa các phần tử liên kết, từ đó tăng tính ổn định chung Việc điều chỉnh công suất phản kháng hỗ trợ ổn áp và cải thiện khả năng chịu tải của hệ thống, đặc biệt trong các điều kiện biên hoặc thay đổi tải Với khả năng mở rộng, mô hình này có thể đáp ứng các yêu cầu vận hành của mạng lưới ngày càng phức tạp và tối ưu hóa hiệu suất, độ tin cậy và chi phí vận hành, đồng thời chuẩn bị nền tảng cho các giải pháp tích hợp nguồn điện và lưu trữ trong tương lai.

Một kết quả nghiên cứu cho thấy thuật toán MODRL đạt hiệu quả cao trong tối ưu hóa vị trí và công suất nguồn phát phân tán, đặc biệt là nguồn điện gió Bên cạnh lợi ích về kinh tế, phương pháp này còn góp phần đảm bảo vận hành an toàn và nâng cao ổn định động của hệ thống điện hiện đại, đáp ứng yêu cầu chuyển đổi năng lượng theo hướng bền vững.