Nghiên cứu xây dựng cấu hình vận hành tự động và giám sát hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trạm biến áp 220kv Mỹ Xuân

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CẤU HÌNH VẬN HÀNH TỰ ĐỘNG VÀ GIÁM

SÁT HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TRẠM BIẾN ÁP

220KV MỸ XUÂN

RESEARCH BUILDING OPERATING AUTOMATION AND

MONITORING SOLAR CELL SYSTEM MY XUAN 220 KV SUBSTATION

PGS.TS Trương Đình Nhơn¹, Hà Văn Nguyên²

¹Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

²Học viên cao học Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

TÓM TẮT

Trạm biến áp 220kV Mỹ Xuân lắp đặt hệ thống pin năng lượng mặt trời nhằm sử dụng điện

tự dùng. Trạm biến áp này đang vận hành không người trực. Do đó, bài báo này đề xuất ứng

dụng logic mờ vào việc điều khiển và vận hành tự động tối ưu hệ thống pin năng lượng mặt trời

cho trạm biến áp trên. Bên cạnh đó hệ thống còn có khả năng giám sát từ xa. Đặc điểm của hệ

thống là khai thác tối ưu các vấn đề như: sự thay đổi của nhiệt độ, bức xạ năng lượng mặt trời và

các chế độ vận hành của Trạm biến áp. Và nó được mô phỏng trong môi trường Matlab. Kết quả

việc nghiên cứu của bài báo này sẽ là nguồn tài liệu tham khảo đối với các trạm biến áp không

người trực nhằm tối ưu vận hành hệ thống pin năng lượng mặt trời.

Từ khóa: Điện tự dùng, Trạm biến áp không người trực, Hệ thống pin năng lượng mặt trời.

ABSTRACT

My Xuan 220kV substation installed systems for solar cell use automatic power. This

substation is operating without a human. Therefore, this paper proposed using fuzzy logic to

control and operate the system automatically optimizes solar battery for Substation on. Features

of the system is the optimal exploitation of the issue: the change of temperature, radiation and

solar power operation mode of Substation. And it is modeled in Matlab environment. Research

results of this paper will be a source of reference for unmanned substation directly to optimize

system operation Solar cell.

Keywords: Self power, Unmanned substation, Solar cell system.

nguồn điện một cách hợp lý và tận dụng tối

ưu nguồn năng lượng mặt trời.

1. GIỚI THIỆU

Hệ thống điện truyền tải trong năm 2018

vừa qua đã có những bước thay đổi lớn. Điển

hình như chuyển đổi các trạm biến áp 220kV

có người trực (trước đây) sang vận hành

không người trực. Và các trạm biến áp này sẽ

được trang bị hệ thống pin năng lượng mặt

trời nhằm cung cấp nguồn điện tự dùng tại

trạm.

2. THIẾT KÊ HỆ THỐNG PIN

2.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống

Đặc điểm của hệ thống pin năng lượng

mặt trời này là được thiết kế xen kẽ với

nguồn điện tự dùng đã có trước đây của trạm

biến áp. Và hệ thống pin năng lượng mặt trời

này không được hòa chung với nguồn điện tự

dùng sẵn có trong quá trình vận hành ^[1]. Dó

đó, yêu cầu đặt ra là việc thiết kế và vận

hành phải đảm bảo sao cho việc lựa chọn

Hình 3.5: Hệ thống pin mặt trời kết hợp

điện lưới

Hệ thống được thiết kế đơn giản và

1/6

không có nguồn dự trữ Accu như các hệ

thống pin khác. Sự lựa chon nguồn điện lưới

hay nguồn điện từ hệ thống pin năng lượng

mặt trời là được vận hành một cách tự động

thông qua khóa K1 (như hình vẽ).

3.2 Sơ đồ giải thuật:

Hệ thống làm việc dựa vào sự thay đổi

của nhiệt độ môi trường, cường độ bức xạ.

Để đảm bảo hệ thống pin năng lượng mặt

trời làm việc đúng thì điện áp đầu ra của

Inverter được kiểm tra với Uac>198 (VAC).

Khi điện áp inverter thỏa mãn, hệ thống sẽ

làm việc theo các chế độ vận hành của trạm

biến áp. Tương ứng với mỗi chế độ vận hành

khác nhau của trạm biến áp thì điện tự dùng

sẽ được sử dụng khác nhau. Do đó, hệ thống

làm việc theo giải thuật này sẽ đảm bảo sử

dụng tối ưu nguồn năng lượng mặt trời.

2.2 Sơ đồ số lượng phụ tải cần thiết kế

Mô tả chi tiết bố trí thiết bị:

Hình 3.6: Sơ đồ phân phối phụ tải

Số lượng các phụ tải là 3. Các phụ tải

này được phân ra nhằm phân phối nguồn sử

dụng một cách hợp lý. Và chúng khác nhau ở

vị trí lắp đặt, điện năng tiêu thụ.

3. ỨNG DỤNG LOGIC MỜ ĐỂ ĐIỀU

KHIỂN LỰA CHỌN NGUỒN

3.1 Mô tả hệ thống NLMT ứng dụng logic

Hình 4.3: Sơ đồ giải thuật của hệ thống

3.3 Cấu trúc bộ điều khiển logic mờ:

Fuzzy

Hình 4.3: Chi tiết nguyên lý điều khiển logic

mờ

Theo cấu trúc này, giá trị đặt ngõ vào là

giá trị nhiệt độ, cường độ bức xạ. Các giá trị

này sau đó sẽ được mờ hóa. Cụ thể:

 Nhiệt độ của môi trường

Hình 4.1: Cấu trúc phần cứng của hệ thống

Hệ thống bao gồm: Thiết bị xử lý trung

tâm PLC; Thiết bị chấp hành là SCR;

Inverter hòa lưới được sử dụng trong thời

gian đóng cắt hòa chung hai nguồn điện mặt

trời và nguồn điện lưới; Thiết bị đo lường,

cảm biến là cảm biến nhiệt độ, cảm biến bức

xạ, máy biến dòng; Tải tiêu thụ là công suất

P1, P2, P3 được bố trí đều hai bên nguồn tự

dùng MBA 1 và tự dùng MBA 2.

 Biến tường minh: t<28⁰C,

28⁰C<=t<35 , 35⁰C<=t<40, t>=40⁰C.

 Biến mờ: Nhiệt độ thấp, nhiệt độ hơi

thấp, nhiệt độ vừa, nhiệt độ cao.

 Cường độ bức xạ của mặt trời:

 Biến tường minh: E<2.5, 2.5<=E<3.5

, 3.5<=E<4, E >=4.

2/6

 Biến mờ: Bức xạ thấp, Bức xạ hơi

thấp, Bức xạ vừa, bức xạ cao.

Các giá trị này sau đó thông qua luật mờ

ta sẽ cho ra các giá tri ngõ ra sau khi mờ hóa

nó. Và từ đây ta sẽ đưa tín hiệu đi điều khiển

hệ thống thông qua các thiết bị chấp hành.

3.4 Các bước thực hiện:

Hình 4.7: Mờ hóa ngõ ra “công suất”

3.5 Mô phỏng và kết quả:

Mô phỏng:

Hình 4.4: Lựa chọn ngõ vào

Hình 4.10: Sơ đồ mô phỏng

Kết quả điển hình:

Nếu nhiệt độ thấp (27,78) và cường độ

bức xạ thấp (2,4) thì công suất ra là P0=0

(không điều khiển đóng chọn phụ tải nào)

Hình 4.5: Mờ hóa ngõ vào “nhiệt độ”

29

28.5

28

27.5

27

26.5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Hình 4.11: Nhiệt độ

3.5

3

Hình 4.6: Mờ hóa ngõ vào “cường độ bức

2.5

2

xạ”

1.5

1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Hình 4.12: Cường độ bức xạ

3/6

5. Kết luận:

Bài báo “xây dựng cấu hình vận hành tự

động và giám sát hệ thống pin năng lượng

mặt trời tại trạm biến áp 220kV Mỹ Xuân”

đã đề xuất:

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0

-0.2

-0.4

-0.6

-0.8

-1

 Giải pháp cho việc vận hành tự động

hệ thống pin năng lượng mặt trời trong trạm

biến áp không người trực bằng việc ứng

dụng logic mờ.

 Đề tài đã đề xuất được thiết bị đóng

cắt phù hợp SCR và các giai đoạn điều khiển

đóng cắt phù hợp nhằm đảm bảo tính cung

cấp điện cho tải tự dùng.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Hình 4.13: Công suất

4. Giám sát hệ thống pin năng lượng mặt

trời:

Trạm biến áp 220kV Mỹ Xuân là trạm

biến áp không người trực. Do đó, trong quá

trình vận hành mọi thông số vận hành phải

luôn được giám sát. Đối với hệ thống pin

năng lượng mặt trời cũng như vậy.

 Đề tài đã thiết kế hệ thống pin

NLMT phù hợp với việc vận hành tự động và

đặc điểm vận hành của hệ thống.

 Đề tài đã xây dựng được lược đồ

giải thuật phù hợp với các chế độ vận hành

của trạm biến áp Mỹ Xuân.

 Ngoài ra, ở phần giám sát đề tài đã

xây dựng được sơ đồ kết nối phần cứng hợp

lý với đặc điểm truyền thông tại trạm biến áp

220kV Mỹ Xuân. Tuy nhiên, đề tài chưa xây

dựng được hệ thống phần mềm giao tiếp với

hệ thống pin năng lượng mặt trời.

 Đề tài đã thiết kế hệ thống pin

NLMT phù hợp với việc vận hành tự động và

đặc điểm vận hành của hệ thống.

Hệ thống giám sát sau đây ta sẽ thiết kế

bao gồm các thiết bị phần cứng sau: PLC,

Module IVCS – EPM của hãng INVT, dây

cáp mạng Internet, Router và 1 đường truyền

ADSL, CPU kèm màn hình hiển thị, thiết bị

transitor dùng để kéo dài đường truyền. Và

các phần mềm phục vụ thiết kế như sau: VT

Designer, Net – Config.

 Bài báo sẽ là tài liệu tham khảo tốt

đối với các trạm biến áp không người trực.

Hình 5.1: Sơ đồ kết nối hệ thống giám sát

4/6

TꢀI LIỆU THAM KHꢁO

[1]. Quyết định số 2046/QĐ-EVNNPT ngày 23/11/2017 “ về việc ban hành quy đinh tiêu chuẩn

kỹ thuật trang bị hệ thống điện mặt trời trong các TBA truyền tải điện’’.

[2]. Thông tư 25/2016/TT-BCT quy định hệ thống điện truyền tải do bô công thương ban hành.

[3]. Thông tư 40/2014/TT-BCT quy trình điều độ hệ thống điện quốc gia do bô công thương ban

hành.

[4]. Thông tư 28/2014/TT-BCT quy trình xử lý sự cố trong hệ thống điện quốc gia do bô công

thương ban hành.

[5] Nguyễn Thị Mi Sa, Trương Đình Nhơn. Nâng cao độ ổn định hệ thống tích hợp năng lượng

gió, năng lượng mặt trời, năng lượng truyền thống kết nối với lưới. Hội nghị công nghệ xanh và

phát triển bền vững lần 2, 2014, tr. 8-16.

[6]. Rajendra Singh, Fellow, IEEE, Githin Francis Alapatt, Student Member, IEEE, and Akhlesh

Lakhtakia, Senior Member, IEEE. Making Solar Cells a Reality in Every Home: Opportunities

and Challenges for Photovoltaic Device Design. IEEE JOURNAL OF THE ELECTRON

DEVICES SOCIETY, VOL. 1, NO. 6, JUNE 2013 .

[7]. Seok-Il Son Mabookri R&D Center, Hyundai Motor Co., Kyunggi-Do, South Korea.

Application of fuzzy logic control to an automotive active suspension system 2002.

[8]. S.-I. Son, Fuzzy Logic Controller for an Automotive Active Suspension System, 1996.

[9]. L.ZelloumaaB.RabhibS.SaadcA.BenaissadM.F.Benkhorise. Fuzzy Logic Controller of

Five Levels Active Power Filter, 2015

Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:

Họ tên: Hà Văn Nguyên

Đơn vị: Học viên Cao học Trường Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. Hồ Chí Minh

Điện thoại: 0366537708

Email: hvnguyenhv27@gmail.com

5/6

6/6

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.

Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý

của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.