Tên luận án:
NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG MICROGRID
Ngành:
Kỹ thuật điện
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung giải quyết thách thức về nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và những tác động tiêu cực từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch, như biến đổi khí hậu và nóng lên toàn cầu. Để đối phó, các quốc gia đang chuyển dịch sang sử dụng các nguồn năng lượng phân tán (DER), thân thiện với môi trường hơn. Tuy nhiên, việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo (RES) với đặc tính bất định cao vào lưới điện có thể gây mất cân bằng công suất, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và độ tin cậy của hệ thống. Microgrid nổi lên như một giải pháp tiềm năng, nhưng khi hoạt động ở chế độ độc lập, nó đối mặt với các vấn đề như quán tính thấp, khó khăn trong điều khiển và cân bằng công suất do sự biến động của RES, dẫn đến dao động tần số và mất ổn định.
Trên cơ sở đó, luận án đề xuất các giải pháp điều khiển nhằm nâng cao hiệu quả vận hành của Microgrid độc lập. Đối tượng nghiên cứu là các phương pháp điều khiển áp dụng cho Microgrid, tập trung vào việc xây dựng mô hình và đề xuất giải pháp điều khiển ở cấp sơ cấp cho Microgrid độc lập khi có các dao động nhỏ, với cấu trúc gồm máy phát Diesel, hệ thống năng lượng mặt trời (PV), hệ thống lưu trữ lai (HESS) và phụ tải. Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết và mô hình toán mô phỏng, kế thừa các kết quả công bố.
Những đóng góp chính của luận án bao gồm: đề xuất thuật toán MPPT cải tiến cho hệ thống PV, giúp nâng cao hiệu suất bám điểm công suất cực đại (MPP) hiệu quả, tốc độ nhanh và giảm dao động công suất đầu ra trong mọi điều kiện thời tiết, tăng khả năng tích hợp của hệ thống PV vào Microgrid. Luận án cũng đề xuất và xây dựng bộ điều khiển bền vững Hinf cho bộ nghịch lưu của HESS, giúp phân bổ công suất chính xác giữa các nguồn, duy trì ổn định tần số Microgrid độc lập trong giới hạn cho phép, nâng cao tính linh hoạt và độ tin cậy. Đặc biệt, thuật toán hạ bậc cho bộ điều khiển bền vững Hinf dựa trên toán tử Hankel và phương pháp hạ bậc cân bằng được đề xuất, giúp giảm khối lượng tính toán, đơn giản hóa phần cứng và tăng tính khả thi khi áp dụng thực tế mà vẫn đảm bảo chất lượng điều khiển tương đương với bộ điều khiển đầy đủ bậc. Các giải pháp này góp phần giảm sai lệch tần số, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo và tăng cường độ tin cậy của Microgrid.
Mục lục chi tiết:
- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ MICROGRID VÀ CÁC CHIẾN LƯỢC, PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRONG MICROGRID
- 1.1 Tổng quan về Microgrid
- 1.2 Các chiến lược quản lý và điều khiển trong Microgrid
- 1.3 Các chiến lược điều khiển ở cấp điều khiển sơ cấp
- 1.4 Các phương pháp điều khiển
- 1.5 Sơ đồ cấu trúc Microgrid nghiên cứu
- 1.6 Nhận xét và kết luận chương
- CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN TRONG MICROGRID
- 2.1 Đặt vấn đề
- 2.2 Mô hình hóa và điều khiển hệ thống PV
- 2.3 Mô hình và điều khiển máy phát Diesel
- 2.4 Mô hình và điều khiển hệ thống lưu trữ
- 2.4.1 Tổng quan về hệ thống lưu trữ
- 2.4.2 Mô hình các bộ biến đổi kết nối giữa HESS với Microgrid
- 2.4.2.1. Mô hình bộ biến đổi hai chiều DC/DC
- 2.4.2.2. Mô hình bộ nghịch lưu (VSI)
- 2.4.3 Các phương pháp điều khiển HESS trong Microgrid
- 2.4.3.1. Cấu trúc điều khiển phương pháp thứ 2
- 2.4.3.2. Điều khiển bộ biến đổi DC/DC hai chiều
- 2.4.3.3. Điều khiển bộ nghịch lưu (VSI)
- 2.5 Mô hình và điều khiển tần số của Microgrid
- 2.6 Mô phỏng và phân tích kết quả
- 2.6.1 Mô hình mô phỏng
- 2.6.2 Thông số và kịch bản mô phỏng
- 2.6.3 Phân tích ảnh hưởng của hệ thống PV đến Microgrid
- 2.6.3.1. Phân tích ảnh hưởng đến ổn định tần số
- 2.6.3.2. Phân tích ảnh hưởng đến máy phát Diesel
- 2.6.3.3. Phân tích ảnh hưởng đến đáp ứng của HESS
- 2.6.4 Phân tích ảnh hưởng thay đổi của phụ tải đến Microgrid
- 2.6.4.1. Phân tích ảnh hưởng đến ổn định tần số
- 2.6.4.2. Phân tích ảnh hưởng đến máy phát Diesel
- 2.6.4.3. Phân tích ảnh hưởng đến đáp ứng của HESS
- 2.6.5 Kết luận các kết quả mô phỏng
- 2.7 Nhận xét và kết luận chương 2
- CHƯƠNG 3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG MICROGRID
- 3.1 Đặt vấn đề
- 3.2 Đề xuất thuật toán MPPT cải tiến dựa trên ∆P, AV và AD
- 3.2.1 Thuật toán MPPT đề xuất
- 3.2.1.1. Trường hợp bức xạ mặt trời thay đổi đột ngột
- 3.2.1.2. Trường hợp khi bức xạ mặt trời ổn định
- 3.2.1.3. Các trường hợp khác
- 3.2.2 Mô phỏng đánh giá thuật toán MPPT đề xuất
- 3.2.2.1. Phân tích các kết quả mô phỏng
- 3.2.3 Kết luận đánh giá thuật toán MPPT đề xuất
- 3.2.4 Đánh giá ảnh hưởng của thuật toán MPPT đề xuất đến khả năng thâm nhập của hệ thống PV vào Microgrid
- 3.2.4.1. Đánh giá ảnh hưởng đến sai lệch tần số của Microgrid
- 3.4.2.2. Đánh giá ảnh hưởng đến máy phát Diesel
- 3.4.2.3. Đánh giá ảnh hưởng đến hệ lưu trữ dùng SC
- 3.4.2.4. Đánh giá ảnh hưởng đến hệ lưu trữ dùng Pin
- 3.4.2.5. Kết luận
- 3.3 Nhận xét và kết luận chương 3
- CHƯƠNG 4. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN BỀN VỮNG Hinf ÁP DỤNG CHO HESS ĐỂ NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH CỦA MICROGRID ĐỘC LẬP
- 4.1 Đặt vấn đề
- 4.2 Bài toán điều khiển bền vững Hinf
- 4.2.1 Vấn đề điều khiển độ nhạy hỗn hợp
- 4.2.2 Cấu trúc điều khiển P-K
- 4.2.3 Hàm trọng số trong bài toán điều khiển Hinf
- 4.2.4 Các bước thiết kế và tổng hợp bộ điều khiển Hinf
- 4.2.5 Phân tích tính bền vững của hệ thống sử dụng cấu trúc M-A
- 4.3 Đề xuất thuật toán hạ bậc cho bộ điều khiển Hinf
- 4.3.1 Tổng quan về nguyên lý hạ bậc bộ điều khiển
- 4.3.2 Đề xuất thuật toán hạ bậc cho bộ điều khiển.
- 4.4 Đề xuất sử dụng phương pháp điều khiển bền vững Hinf cho bộ nghịch lưu của HESS trong Microgrid
- 4.4.1 Cấu trúc điều khiển ổn định tần số Microgrid
- 4.4.2 Xây dựng mô hình toán của Microgrid
- 4.4.3 Thiết kế bộ điều khiển bền vững Hinf cho bộ nghịch lưu
- 4.4.3.1 Xây dựng mô hình không gian trạng thái
- 4.4.3.2 Xây dựng cấu trúc P-K
- 4.4.3.3 Xác định các hàm trọng số
- 4.4.3.4 Tổng hợp bộ điều khiển K
- 4.4.3.5 Đánh giá bộ điều khiển dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng
- 4.4.3.6. Đánh giá bộ điều khiển xét đến các yếu tố không chắc chắn
- 4.4.4 Tổng hợp và so sánh bộ điều khiển hạ bậc và đầy đủ bậc
- 4.4.4.1. Đánh giá bộ điều khiển hạ bậc
- 4.4.4.2. Đánh giá bộ điều khiển hạ bậc khi xét đến các yếu tố không chắc chắn
- 4.5 Mô phỏng đánh giá các giải pháp điều khiển đề xuất đến hiệu quả vận hành của Microgrid
- 4.5.1 Bộ điều khiển bền vững Hinf đầy đủ bậc
- 4.5.1.1. Kịch bản hệ thống PV thay đổi và phụ tải không đổi
- 4.5.1.2. Kịch bản hệ thống PV không đổi và phụ tải thay đổi
- 4.5.2 So sánh đánh giá các giải pháp điều khiển
- 4.5.2.1. Kịch bản hệ thống PV thay đổi và phụ tải không đổi
- 4.5.2.2 Kịch bản hệ thống PV không đổi và phụ tải thay đổi
- 4.5.3 Kết luận
- 4.6 Nhận xét và kết luận chương 4
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ