ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

VÕ VĂN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA
NGUỒN ĐIỆN GIĨ CƠNG SUẤT LỚN ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mãsố:

9 52 0201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯

VÕ VĂN PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG
CỦA NGUỒN ĐIỆN GIĨ CƠNG SUẤT LỚN
ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mãsố:

9 52 0201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS. TS. Đinh ThànhViệt
2. GS.TSKH. Trần QuốcTuấn

Đà Nẵng – 2023


1

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Những số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai
côngbố trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luậnán

Võ VănPhương


MỤC LỤC
LỜICAMĐOAN.........................................................................................................i
MỤCLỤC.................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC CHỮVIẾTTẮT.........................................................................vi
DANH MỤCCÁCHÌNH.........................................................................................vii
DANH MỤCCÁCBẢNG.........................................................................................xi
MỞĐẦU....................................................................................................................1

1. Tính cấp thiết củađềtài.......................................................................................1
2. Mục đíchnghiêncứu...........................................................................................2
3. Phương phápnghiên cứu.....................................................................................3
4. Đối tượng và phạm vinghiêncứu........................................................................3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn củaluậnán...........................................................4
6. Bố cục củaluậnán...............................................................................................5
CHƯƠNG 1...............................................................................................................6
TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN GIÓ VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ VẤNĐỀ
ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN GIÓ CÔNG SUẤT LỚN ĐẾN HỆ
THỐNG ĐIỆN VÀ THỊTRƯỜNG ĐIỆN...................................................................6
1.1. Tổng quan về nguồnđiệngió...........................................................................6
1.2. Tìnhhìnhnghiêncứuảnhhưởngcủanguồnđiệngiócơngsuấtlớnđối
với hệ thống điện và thịtrườngđiện......................................................................13
1.2.1. Cácn g h i ê n c ứ u v ề ả n h h ư ở n g c ủ a n g u ồ n đ i ệ n g i ó đ ế n h ệ t h ố n g
điện và thịtrườngđiện.......................................................................................14
1.2.2. Các nghiên cứu về quy hoạch phát triển nguồnđiệngió..........................15
1.2.3. Các nghiên cứu về dự báo cơng suất phát nguồnđiệngió.......................17
1.3. Kết luậnchương 1..........................................................................................29
CHƯƠNG 2.............................................................................................................30
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN ĐIỆN GIĨ CƠNG SUẤTLỚN
ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ THỊTRƯỜNGĐIỆN..........................................................30


2.1. Đặtvấnđề.......................................................................................................30
2.2. Mơ hình turbine, máy phátđiệngió................................................................31
2.2.1. Phân loạiturbinegió................................................................................31
2.2.2. Cấu trúcturbine gió:...............................................................................32
2.2.3. Turbinegiós ửdụng máyphátđiệnđồngbộnam châmvĩnh cửu
nốilưới.............................................................................................................33
2.2.4. Năng lượng gió và cơngsuấtgió:............................................................35

2.2.5. Bộ chuyển đổi phía máy phát vàphíalưới:..............................................37
2.2.6. Bộ điều khiểngóccánh:..........................................................................37
2.3. Ảnh hưởng của nguồn điện gió cơng suất lớn đến hệthống điện.....................37
2.3.1. Cân bằng công suất và ổn định hệthốngđiện..........................................37
2.3.2. Chất lượngđiệnnăng..............................................................................38
2.3.3. Ảnh hưởng đến đường dâytải điện.........................................................39
2.3.4. Ảnh hưởng đến vận hành tối ưu các nhàmáyđiện..................................39
2.3.5. An ninh cung cấp điện vàmơitrường......................................................40
2.4. Nghiêncứutínhtốnvàphântíchảnhhưởngcủanguồnđiệngióđến
hệthốngđiện.........................................................................................................40
2.4.1. Lưới điệnnghiêncứu..............................................................................41
2.4.2. Kết quảmơ phỏng..................................................................................46
2.5. Ảnh hưởng của nguồn điện gió cơng suất lớn đến thịtrườngđiện...................69
2.5.1. Ảnh hưởng đến giáthịtrường..................................................................69
2.5.2. Tăng chi phí cho các dịch vụphụtrợ.......................................................71
2.5.3. Ảnh hưởng đến tài chính của nhà máy điện gió tham gia trong
thịtrườngđiện....................................................................................................72
2.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của sai số dự báo cơng suất phát nguồn điện
gióđếnd o a n h t h u c ủ a n h à m á y đ i ệ n g i ó t h a m g i a t r o n g t h ị t r ư ờ n g p h á
t điện
cạnhtranh.............................................................................................................73
2.7. Kết luậnchương2...........................................................................................77
CHƯƠNG 3.............................................................................................................79


NGHIÊN CỨU TỐI ƯU HOÁ TÍCH HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁITẠO
VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN XÉT ĐẾN CÁC KỊCH BẢN GIẢM LƯỢNG
KHÍTHẢICO2......................................................................................................................................................................79
3.1. Đặtvấnđề.......................................................................................................79
3.2. Mơ hìnhtínhtốn...........................................................................................80

3.2.1. Hàmmụctiêu..........................................................................................80
3.2.2. Cácràngbuộc..........................................................................................81
3.2.3. Phát thảiCO2.............................................................................................................................................81
3.2.4. Thuật tốn tối ưu hố tích hợp nguồn năng lượng tái tạo vào hệthống
điện xét đến các kịch bản giảm lượng khíthảiCO2.............................................................................82
3.3. Nghiêncứutốiưuhốtíchhợpnguồnnănglượngtáitạovàohệthống
điện theo các kịch bản giảm lượng khíthảiCO2..................................................................................83
3.3.1. Mơ hình lưới điệnnghiêncứu..................................................................83
3.3.2. Kết quảmô phỏng..................................................................................87
3.4. Kết luậnchương3...........................................................................................95
CHƯƠNG 4.............................................................................................................97
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MƠ HÌNH DỰ BÁO CƠNG SUẤT
PHÁTNGUỒN ĐIỆN GIĨ SỬ DỤNG MẠNG TRÍ TUỆ NHÂN TẠO KẾT HỢP
VỚI CÁC THUẬT TOÁNTỐIƯU..........................................................................97
4.1. Đặtvấnđề.......................................................................................................97
4.2. Mạng trí tuệ nhân tạo và thuật tốntốiưu.......................................................99
4.2.1. Mạng trí tuệ nhântạo(ANN)...................................................................99
4.2.2. Thuật tốn tối ưu hốbầyđàn...............................................................101
4.2.3. Thuật tốn ditruyền(GA).....................................................................103
4.2.4. Thuật tốn PSO-ANN để huấn luyện mạng trí tuệnhântạo..................105
4.3. Mơ hình dự báo cơng suất phát nguồn điện gió sử dụng mạng trítuệ
nhân tạo kết hợp với các thuật tốntốiưu...........................................................108
4.3.1. Mơ hình dự báo cơng suất phát nguồn điệngióPSO-PSO-ANN...........108
4.3.2. Mơ hình dự báo cơng suất phát nguồn điệngióGA-PSO-ANN............110


4.3.3. Dữliệu..................................................................................................113
4.4. Kết quảthử nghiệm......................................................................................116
4.4.1. Phương pháp đánh giákếtquả...............................................................116
4.4.2. Kết quả thử nghiệm.............................................................................117

4.5. Kết luậnchương4........................................................................................122
KẾT LUẬN VÀKIẾNNGHỊ.................................................................................124
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ANN

Artificial Neural Network - Mạng trí tuệ nhân tạo

BESS

Battery Energy Storage System - Hệ thống tích trữ năng lượng

CAGR

Compound Annual Growth Rate - Tốc độ tăng trưởng hàng năm kép

COP21

The 21st Conference of the Parties - Hội nghị thượng đỉnh lần thứ 21
Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu

EMS

Energy Management Systems - Hệ thống quản lý năng lượng

EVN


Tập đoàn Điện lực Việt Nam

GA

Genetic Algorithm - Thuật toán di truyền

GDP

Gross Domestic Product - Tổng sản phẩm nội địa

GHG

Green-house Gases - Khí nhà kính

GWEC

Global Wind Energy Council - Uỷ ban năng lượng gió tồn cầu

IEA

International Energy Agency - Cơ quan năng lượng quốc tế

IRENA

International Renewable Energy Agency - Cơ quan năng lượng tái
tạo quốc tế

MAPE


Mean Absolute Percentage Error - Sai số phần trăm giá trị tuyệt đối
trung bình

MBA

Máy biến áp

NMĐ

Nhà máy điện

MOPSO

Multi Objective Particle Swarm Optimisation - Thuật toán tối ưu hoá
bầy đàn đa mục tiêu

MSE

Mean Squared Error - Sai số bình phương trung bình

NLTT

Năng lượng tái tạo

PSO

Particle Swarm Optimisation - Thuật toán tối ưu hoá bầy đàn

SCADA


Supervisory Control and Data Acquisition - Hệ thống giám sát, điều
khiển và thu thập dữ liệu


DANH MỤCCÁCHÌNH
Hình 1.1. Cơng suất lắp đặt mới nguồn điện gió tồn thế giới quacácnăm.................7
Hình 1.2. Luỹ kế tổng cơng suất lắp đặt nguồn điện gió trên tồnthếgiới..................7
Hình 1.3. Tỷ trọng đóng góp lắp đặt mới nguồn điện gió trong năm 2022 của
các khu vực (biểu đồ bên trái) và các quốc gia (biểu đồbên phải)..............................8
Hình 1.4. Sản lượng điện năng do các nguồn điện gióphát ra....................................9
Hình 1.5. Bản đồ tiềm năng gió của Việt Nam ở độcao100m..................................11
Hình 2.1. Turbine gió trục ngang (a) và turbine gió trụcđứng(b).............................32
Hình 2.2. Sơ đồ cấu trúc cơ bản turbine gió sử dụng máy phát điện đồng bộ
nam châm vĩnh cửunốilưới......................................................................................34
Hình 2.3. Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa𝑐𝑝và𝜆....................................36
Hình 2.4. Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa𝑃𝑚và tốcđộgió.........................36
Hình 2.5. Sơ đồ lưới điện IEEE 9 nút và các nhà máy điện giónghiêncứu...............41
Hình 2.6. Sơ đồ lưới điện IEEE 9 nút bổ sung thêm nhà máy điện gió thể hiện
trên chương trìnhmơphỏng......................................................................................42
Hình 2.7. Mơ hình turbin gió sử dụng máy phát cảm ứngđiện từ.............................45
Hình 2.8. Mơ hình nhà máy điện gió trong phầnmềm DigSilent...............................45
Hình 2.9. Điện áp tại các nút ở kịchbản1.................................................................47
Hình 2.10. Điện áp tại các nút ở kịchbản2...............................................................47
Hình 2.11. Điện áp tại các nút ở kịchbản3...............................................................47
Hình 2.12. Cơng suất phát của các nguồn ở kịchbản1..............................................48
Hình 2.13. Cơng suất phát của các nguồn ở kịchbản2..............................................48
Hình 2.14. Cơng suất phát của các nguồn ở kịchbản3..............................................49
Hình 2.15. Cơng suất truyền tải trên các đường dây ở kịchbản1..............................49
Hình 2.16. Cơng suất truyền tải trên các đường dây ở kịchbản2..............................50
Hình 2.17. Cơng suất truyền tải trên các đường dây ởkịchbản.................................50

Hình 2.18. Đồ thị dịng điện ngắn mạch ở kịchbản1................................................51
Hình 2.19. Đồ thị dịng điện ngắn mạch ở kịchbản2................................................52


Hình 2.20. Đồ thị dịng điện ngắn mạch ở kịchbản3................................................52
Hình 2.21. Vi phạm mức độ mang tải các thiết bị ở kịchbản1.................................54
Hình 2.22. Vi phạm điện áp tại các nút ở kịchbản1.................................................54
Hình 2.23. Vi phạm mức độ mang tải các thiết bị ở kịchbản2.................................54
Hình 2.24. Vi phạm điện áp tại các nút ở kịchbản2.................................................55
Hình 2.25. Vi phạm mức độ mang tải các thiết bị ở kịchbản3.................................55
Hình 2.26. Vi phạm điện áp tại các nút ở kịchbản3.................................................55
Hình 2.27. Điện áp tại nút 8, điện áp tại nút 5 và dòng điện ngắn mạch tại nút
8 ở kịchbản1............................................................................................................56
Hình 2.28. Điện áp tại nút 8, điện áp tại nút 5 và dòng điện ngắn mạch tại nút
8 ở kịchbản2............................................................................................................57
Hình 2.29. Điện áp tại nút 8, điện áp tại nút 5 và dòng điện ngắn mạch tại nút
8 ở kịchbản3............................................................................................................57
Hình 2.30. Dao động điện áp tại các thanh cái 230kV khi ngắn mạch tại nút 8
ở kịchbản1...............................................................................................................58
Hình 2.31. Dao động điện áp tại các thanh cái 230kV khi ngắn mạch tại nút 8
ở kịchbản2...............................................................................................................58
Hình 2.32. Dao động điện áp tại các thanh cái 230kV khi ngắn mạch tại nút 8
ở kịchbản3...............................................................................................................59
Hình 2.33. Đồ thị dao động tốc độ, góc lệch rotor các nguồn và tần số hệ thống
ở kịchbản1...............................................................................................................60
Hình 2.34. Đồ thị dao động tốc độ, góc lệch rotor các nguồn và tần số hệ thống
ở kịchbản2...............................................................................................................60
Hình 2.35. Đồ thị dao động tốc độ, góc lệch rotor các nguồn và tần số hệ thống
ở kịchbản3...............................................................................................................61
Hình 2.36. Đường cong cơng suất cáctuabingió......................................................62

Hình 2.37. Dao động công suất phát các nhà máy, điện áp khi vận tốc gió thay
đổi đột ngột từ 14 m/sđến9m/s.................................................................................62


Hình 2.38. Dao động cơng suất phát các nhà máy, điện áp khi vận tốc gió thay
đổi đột ngột từ 14 m/sđến2m/s.................................................................................63
Hình 2.39. Cơng suất phátcủaWind1........................................................................65
Hình 2.40. Cơng suất phátcủaWind2........................................................................65
Hình 2.41. Điện áp tại cácthanhcái...........................................................................66
Hình 2.42. Cơng suất truyền tải trêncácnhánh..........................................................66
Hình 2.43. Tổn thất cơng suất tại cácthời điểm.........................................................67
Hình 2.44. Cơng suất phátcủaWind1........................................................................68
Hình 2.45. Cơng suất phátcủaWind2........................................................................68
Hình 2.46. Điện áp trên cácthanhcái.........................................................................69
Hình 2.47. Cơng suất truyền tải trên cácđườngdây...................................................69
Hình 2.48. Ảnh hưởng của nguồn điện gió đến giáthịtrường...................................70
Hình 2.49 Đồ thị giá điện theo từng giờ trong ngày của các nhàmáy điện................74
Hình 3.1. Lưu đồ thuật tốn tối ưu hố tích hợp nguồn năng lượng tái tạo vào
hệthốngđiện.............................................................................................................83
Hình 3.2. Sơ đồ lưới điệnnghiêncứu.........................................................................84
Hình 3.3. Phân bố phụ tải tạicácnút..........................................................................86
Hình 3.4. Kết quả mô phỏng phân bố sản lượng phát điện các loại nguồn theo
các kịch bảnkhácnhau..............................................................................................88
Hình 3.5. Biểu đồ phát tương ứng với các kịch bản giảm mức phát thải 0%,
8%, 25%....................................................................................................................90
Hình 3.6. Mức độ mang tải các đường dây ở kịchbản4............................................91
Hình 3.7. Phân bổ sản lượng phát điện các nhà máy khi có sự thâm nhập củaBESS
................................................................................................................................. 92
Hình 3.8. Đồ thị nạp xả của các hệthốngBESS.........................................................92
Hình 3.9. Mức giảm phát thải CO2 và tỉ lệ tương ứng ở cáckịchbản........................93

Hình 3.10. Tỉ lệ sản lượng phát của các loại nhà máy điện theo cáckịchbản............94
Hình 3.11. Tỉ lệ cơng suất lắp đặt các loại nguồn điện theo các kịch bản môphỏng
................................................................................................................................. 95


Hình 4.1. Sơ đồ mạng nơron nhiều lớptruyềnthẳng................................................100
Hình 4.2. Sơ đồ cập nhật các thơng số vị trí và vận tốc của thuậttốnPSO.............102
Hình 4.3. Lưu đồ thuật tốn ditruyền [140].............................................................104
Hình 4.4. Mơ hình thuậttốnPSO-ANN.................................................................105
Hình 4.5. Sơ đồ thực hiện thuậttốnPSO-ANN......................................................107
Hình 4.6. Mơ hình thuậttốnPSO-PSO-ANN.........................................................108
Hình 4.7. Lưu đồ thuật tốn của thuậttốnPSO-PSO-ANN....................................109
Hình 4.8. Mơ hình thuậttốnGA-PSO-ANN..........................................................111
Hình 4.9. Lưu đồ thuậttốnGA-PSO-ANN............................................................112
Hình 4.10. Các trụ điện gió thuộc Nhà máy điện gió Tuy Phong -BìnhThuận........113
Hình 4.11. Tiềm năng gió ở Tuy Phong BìnhThuận[6]..........................................113
Hình 4.12. Cấu tạo củatubingió..............................................................................115
Hình 4.13. Dữ liệu cơng suất phát và vận tốc giócủatuabin....................................116
Hình 4.14. Chỉ số MAPE cho 24 lầnthửnghiệm.....................................................118
Hình 4.15. Chỉ số MSE cho 24 lầnthửnghiệm........................................................118
Hình 4.16. Giá trị trung bình của MAPE cho 24 lầnthửnghiệm..............................119
Hình 4.17. Giá trị trung bình MSE cho 24 lầnthửnghiệm.......................................119
Hình 4.18. Cơng suất phát thực tế và dự báo của tuabin giótrong 24h.....................120
Hình 4.19. Công suất phát thực tế và dự báo của tuabin gió trong 24h (mơ hình
GA-PSO-ANN.......................................................................................................121
Hình 4.20. Đồ thị sai số MAPE trung bình của mơ hình dự báo sử dụngTensorflow
so với một số mơ hình dựbáokhác............................................................................122


DANH MỤCCÁCBẢNG


Bảng 2.1. Thông số các nút trong sơ đồnghiên cứu...................................................43
Bảng 2.2. Thông số các nguồn trong sơ đồnghiêncứu..............................................43
Bảng 2.3. Thông số các tải trong sơ đồnghiên cứu....................................................43
Bảng 2.4. Thông số các đường dây trong sơ đồnghiêncứu.......................................44
Bảng 2.5. Thông số các máy biến áp trong sơ đồnghiêncứu.....................................44
Bảng 2.6. Tổn thất cơng suất tác dụng trong tồn hệ thống điện trong 03 kịch
bảnnghiêncứu...........................................................................................................46
Bảng 2.7. Số liệu công suất phát thực tế và cơng suất phát dự báo của NMĐ
gió............................................................................................................................ 74
Bảng 2.8. Kết quả tính tốn doanh thu củanhàmáy..................................................76
Bảng 3.1. Thống kê tỉ lệ sản lượng phát điện trong cáckịchbản...............................93
Bảng 3.2. Thống kê tỉ lệ công suất lắp đặt trong cáckịchbản....................................94
Bảng 4.1. Các thơng số của thuậttốnPSO.............................................................106
Bảng 4.2. Bảng thơng sốvềtuabin...........................................................................114
Bảng 4.3. Bảng thơng sốmáyphát...........................................................................115
Bảng 4.4. Sai số của mơ hình dự báo đề xuất so sánh với mơ hình PSO-ANN
vàAdam-ANN........................................................................................................117
Bảng 4.5. Giá trị trung bình của MAPEvà MSE.....................................................119
Bảng 4.6. So sánh giá trị MAPE của mơ hình đề xuất so với các mơhìnhkhác.......123


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đềtài
Hiện nay, song song với cơng cuộc cơng nghiệp hóa - hiện đại hóa thì nhu
cầu về năng lượng cũng là một vấn đề quan trọng cần phải được quan tâm đúng
mức. Tuy nhiên, các nguồn năng lượng truyền thống từ nhiên liệu hoá thạch như
than đá, dầu mỏ, khí đốt... đang ngày càng cạn kiệt, đồng thời gây ô nhiễm môi

trường và là nguyên nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính. Trong những năm gần
đây, tồn thế giới đã có chung nhận thức sâu sắc về tình trạng của hành tinh chúng
ta. Quá trình phát triển của con người đã gây nên nhiều hậu quả đối với thế giới tự
nhiên, trong đó có vấn đề về biến đổi khí hậu do khí thải từ q trình sản xuất cơng
nghiệp. Những hậu quả này sẽ tác động ngược trở lại, gây ảnh hưởng xấu đối với sự
phát triển kinh tế, xã hội và an ninh của nhân loại. Hầu hết các quốc gia trên thế giới
đều đồng thuận và có chung nhận thức rằng biến đổi khí hậu thực sự đang là tình
trạng khẩn cấp tồn cầu. Do đó, Liên Hợp Quốc đã nhấn mạnh lời kêu gọi hành
độngkhẩncấpđểđạtmứcphátthảikhínhàkính(GHG)bằngkhơngvàonăm2050
- lời kêu gọi đã được hơn 120 quốc gia đại diện cho hơn một nửa GDP tồn cầu,
cùng với hàng nghìn doanh nghiệp, các nhà đầu tư, các thành phố, các vùng lãnh
thổ… hưởng ứng [1].
Trong bối cảnh đó, việc khai thác các nguồn năng lượng sạch, các nguồn năng
lượng tái tạo để thay thế các nguồn năng lượng hoá thạch một cách hiệu quả, đóng
góp tích cực cho mục tiêu giảm lượng khí thải nhà kính, giảm thiểu các tác động
xấu đến mơi trường, đảm bảo cung cấp năng lượng phục vụ cho việc phát triển kinh
tế - xã hội là xu hướng tất yếu trên toàn thế giới. Một trong những nguồn năng
lượng tái tạo có tiềm năng rất lớn hiện nay là nguồn năng lượnggió.
Theo báo cáo của GWEC, để đạt được mục tiêu giảm mức phát thải khí nhà
kính bằng khơng vào năm 2050 thì phải giảm dần và loại bỏ các nguồn năng lượng
từ nhiên liệu hóa thạch, đồng thời phải đẩy mạnh việc khai thác các nguồn năng
lượng tái tạo. Đối với các nguồn điện gió, tốc độ phát triển hàng năm sẽ cần phải


đẩy mạnh hơn nữa, đạt 160 GW vào năm 2025 và sau đó là 280 GW vào năm 2030
- gấp 3 lần cơng suất hiện có [1].
Theo báo cáo của IEA, việc giảm chi phí đầu tư cùng với các chính sách hỗ
trợ bền vững của các quốc gia dự kiến sẽ thúc đẩy tăng trưởng năng lượng tái tạo
mạnh mẽ sau năm 2022. Nguồn điện gió và nguồn điện mặt trời đã và đang là giải
pháp tiết kiệm và hiệu quả nhất để bổ sung thêm các nhà máy sản xuất điện mới ở

hầu hết các quốc gia hiện nay. Ở những quốc gia có tiềm năng năng lượng tái tạo tốt
và có cơ chế chính sách khuyến khích về mặt tài chính, các nhà máy điện gió và
năng lượng mặt trời sẽ thách thức các nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch
hiện có. Nhìn chung, các nguồn điện từ năng lượng tái tạo sẽ chiếm khoảng 95%
mức tăng rịng của cơng suất điện tồn cầu đến năm 2025 [2].
Từ những số liệu trên có thể nhận thấy việc xây dựng và khai thác các nguồn
điện gió đã và đang được các quốc gia trên toàn thế giới chú trọng phát triển mạnh
mẽ.
Tuy nhiên, quá trình mở rộng và phát triển các nguồn điện gió cơng suất lớn
sẽ tạo nên sự biến đổi lớn trong cơ cấu nguồn điện của các quốc gia, gây ra nhiều
ảnh hưởng đến hệ thống điện và thị trường điện. Một số câu hỏi được đặt ra như:
Quy hoạch phát triển các nhà máy điện gió như thế nào là phù hợp? Mơ hình nào để
có thể dự đốn tương đối khả năng phát cơng suất của các nguồn năng lượng gió?
Các vấn đề cần xem xét trong q trình tích hợp nguồn năng lượng gió?...
Do đó, luận án tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện gió cơng suất
lớn đối với hệ thống điện và thị trường điện nhằm giải quyết các vấn đề nêu trên.

2. Mục đích nghiêncứu
Sau khi tìm hiểu tồn bộ nội dung của các tác giả đã được nghiên cứu và
trình bày ở trên, để tìm lời giải cho việc nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện gió
cơng suất lớn đối với hệ thống điện và thị trường điện. Mục đích nghiên cứu của
luận ánlà:
-

Tìm hiểu về các nghiên cứu trong và ngồi nước có liên quan đến tích hợp
và vận hành nguồn năng lượnggió.


-


Nghiên cứu các mơ hình mạng trí tuệ nhân tạo, học máy, học sâu… được
sử dụng trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Từ đó nghiên cứu xây dựng mơ
hình dự báo cơng suất phát nguồn điện gió sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo
kết hợp với các thuật tốn tối ưu. Đồng thời cũng nghiên cứu đánh giá ảnh
hưởng của việc dự báo cơng suất phát nguồn điện gió đến thị trườngđiện.

-

Nghiên cứu xây dựng mơ hình phục vụ cho bài tốn quy hoạch, tích hợp
nguồn điện gió vào hệ thống điện, đề xuất phương pháp trong việc tính
tốn tích hợp nguồn điện gió và hệ thốngđiện.

3. Phương pháp nghiên cứu
Để nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện gió công suất lớn đối với hệ thống
điện và thị trường điện, phương pháp nghiên cứu trong luận án này sẽ thực hiện như
sau:
-

Phương pháp nghiên cứu tài liệu: thu thập và nghiên cứu các tài liệu trong
và ngoài nước đề cập đến vấn đề tích hợp và tối ưu hóa vận hành nguồn
năng lượng gió trong hệ thốngđiện.

-

Phương pháp xử lý thông tin: thu thập và xử lý thông tin định lượng về tình
hình khai thác và phát triển các nguồn năng lượng gió trong nước và thế
giới, các thơng tin về dữ liệu thời tiết, dữ liệu lịch sử vận hành của các
nguồn điện, hệ thốngđiện.

-


Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, lập trình, mơ phỏng trên các
phần mềm DIgSILENT PowerFactory, Matlab,Python…

-

Thử nghiệm ứng dụng phù hợp với các lưới điện giảđịnh.

4. Đối tượng và phạm vi nghiêncứu
Đối tượng nghiên cứu:Luận án nghiên cứu về nguồn điện gió và một số dạng
năng lượng tái tạo có liên quan; nghiên cứu các phần mềm và ngôn ngữ lập trình
Matlab, Python phục vụ mơ phỏng, tínhtốn.
Phạm vi nghiên cứu:Luận án nghiên cứu về các vấn đề liên quan đến cơng
tác dự báo cơng suất phát nguồn điện gió, vấn đề quy hoạch và vấn đề tính tốn tối
ưu nguồn điện gió.


5. Ýnghĩa khoa học và thực tiễn của luậnán
Với nội dung nêu trên, kết quả của luận án sẽ có ý nghĩa khoa học và ý nghĩa
thực tiễn như sau:
-

Luận án tiến hành nghiên cứu và xây dựng mơ hình dự báo cơng suất phát
nguồn điện gió sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo kết hợp với các thuật tốn tối
ưu. Hướng nghiên cứu này cũng phù hợp với định hướng phát triển khoa
học công nghệ phù hợp với cuộc cách mạng công nghiệp4.0.

-

Cho thấy sự cần thiết của việc nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện gió

cơng suất lớn đến hệ thống điện và thị trường điện, đặc biệt là tính tốn quy
hoạch lưới điện. Luận án nghiên cứu xây dựng mơ hình phục vụ cho bài
tốn quy hoạch, tích hợp nguồn điện gió vào hệ thống điện, đề xuất phương
pháp trong việc tính tốn tích hợp nguồn điện gió vào hệ thốngđiện.

-

Nội dung nghiên cứu được đăng trên tạp chí khoa học quốc tế sẽ là nguồn
tài liệu tham khảo cho các tác giả có nhu cầu nghiên cứu theo hướng tương
tự.

-

Mơ hình dự báo cơng suất phát nguồn điện gió do luận án đề xuất có thể
được sử dụng cho các nhà máy điện gió, các trung tâm điều độ nhằm phục
vụ cho công tác điều độ, vận hành, lập kế hoạch sản xuất các nhà máy điện
gió.

-

Mơ hình tính tốn quy hoạch cho phép các đơn vị tư vấn, các cơ quan chức
năng có một cơng cụ tính tốn phục vụ cho bài tốn quy hoạch hệ thống
điện với mức độ thâm nhập (tỷ lệ giữa tổng cơng suất lắp đặt các nguồn
điện gió và phụ tải đỉnh của hệ thống) ngày càng cao của các nguồn năng
lượng táitạo.

-

Các kết quả nghiên cứu cũng sẽ có đóng góp tích cực cho cơng tác đẩy
mạnh khai thác, ứng dụng và mở rộng các nguồn năng lượng tái tạo, đặc

biệt là nguồn năng lượnggió.


6. Bốcục của luậnán
Bố cục luận án gồm có: phần mở đầu, 4 chương nội dung, phần kết luận,
danh mục các cơng trình cơng bố, danh mục các tài liệu tham khảo và các phụlục.
Chương 1.Tổng quan về nguồn điện gió và các nghiên cứu về vấn đề ảnh
hưởng của nguồn điện gió cơng suất lớn đến hệ thống điện và thị trường điện.
Chương 2.Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn điện gió cơng suất lớn đến hệ
thống điện và thị trường điện.
Chương 3.Nghiên cứu tối ưu hố tích hợp nguồn năng lượng tái tạo vào
hệthống điện xét đến các kịch bản giảm lượng khí thải CO2.
Chương 4.Nghiên cứu xây dựng mơ hình dự báo cơng suất phát nguồn điện
gió sử dụng mạng trí tuệ nhân tạo kết hợp với các thuật toán tối ưu.


CHƯƠNG 1
TỔNG
QUANVỀNGUỒNĐIỆNGIĨVÀCÁCNGHIÊNCỨUVỀVẤ
NĐỀẢNHHƯỞNGCỦANGUỒNĐIỆNGIĨCƠNG
SUẤTLỚNĐẾNHỆTHỐNGĐIỆNVÀTHỊTRƯỜNGĐIỆN
1.1. Tổng quan về nguồn điệngió
Năng lượng điện gió là nguồn năng lượng sạch và có tiềm năng rất lớn. Trên
thế giới, ngày càng nhiều quốc gia khai thác các nguồn năng lượng tái tạo, đặc biệt
là nguồn năng lượng gió nhằm bổ sung cho nhu cầu năng lượng ngày càng tăng
trong bối cảnh các nguồn năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt. Ngày nay cơng
nghệ điện gió phát triển mạnh mẽ và có sự cạnh tranh lớn, với tốc độ phát triển như
hiện nay thì khơng bao lâu nữa năng lượng điện gió sẽ chiếm phần lớn trong thị
trường năng lượng của thế giới. Việc đầu tư phát triển nguồn điện gió mang lại
nhiều lợi ích thiết thực. Cụthể:

-

Khơng tổn hao ngun, nhiên liệu trong q trình vận hành và sản xuất,
cho nên có chi phí thấp, vì vậy năng lượng điện gió có thể cạnh tranh với
các nguồn năng lượng khác như than đá, khíđốt...

-

Nhà máy điện gió khơng gây ơ nhiễm mơi trường và góp phần tạo cảnh
quan cho việc phát triển du lịch tại khuvực.

-

Tạo môi trường thân thiện, các hoạt động nông nghiệp, cơng nghiệp vẫn
có thể hoạt động và sản xuất gần nhà máy.

-

Các nhà máy điện gió thường tập trung ở đồng bằng, nơng thơn, miền
núi, hải đảo, có thể tạo cơ hội việc làm cho cơng nhân tại địa phươngđó.

Theo báo cáo của GWEC, năm 2022 tiếp tục là một năm sự tăng trưởng
mạnh mẽ của nguồn điện gió trên tồn thế giới với 77,6 GW nguồn điện gió lắp đặt
mới, nâng tổng công suất lắp đặt luỹ kế của nguồn điện gió trên tồn thế giới đạt
mức 906 GW, tăng 9% so với năm 2021 như minh hoạ ởhình 1.1 và hình 1.2[1].


Hình 1.1. Cơng suất lắp đặt mới nguồn điện gió tồn thế giới qua các năm

Hình 1.2. Luỹ kế tổng cơng suất lắp đặt nguồn điện gió trên tồn thế giới

Mặc dù cơng suất điện gió trên bờ lắp đặt mới năm 2022 giảm so với năm
2020 và 2021, con số này vẫn cao thứ ba trong lịch sử (68,8 GW so với 72,5 GW
năm 2021 và 88,4 GW năm 2020). Tổng cơng suất điện gió ngồi khơi lắp đặt mới
năm 2022 là 8,8 GW, giảm nhiều so với năm 2021 (21 GW) nhưng vẫn cao thứ nhì
trong lịch sử. Khu vực châu Á – Thái Bình Dương năm 2022 giảm gần 3% tỷ trọng