ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

HUỲNH TRỌNG NGUYỄN

TỐI ƢU VẬN HÀNH
HỆ THỐNG PV – DIESEL – BATTERY HYBRID
TẠI ĐẢO BÉ, HUYỆN LÝ SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Đà Nẵng - Năm 2018


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

HUỲNH TRỌNG NGUYỄN

TỐI ƢU VẬN HÀNH
HỆ THỐNG PV – DIESEL – BATTERY HYBRID
TẠI ĐẢO BÉ, HUYỆN LÝ SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
Mã số: 60. 52. 02. 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LƢU NGỌC AN

Đà Nẵng - Năm 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Huỳnh Trọng Nguyễn


TỐI ƢU VẬN HÀNH HỆ THỐNG PV – DIESEL – BATTERY HYBRID
TẠI ĐẢO BÉ, HUYỆN LÝ SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI
Học viên: Huỳnh Trọng Nguyễn
Mã số: 60.52.02.02
ĐHĐN

Chuyên nghành: Kỹ thuật điện

Khóa: K34.KTĐ.QNg

Trƣờng Đại học Bách khoa –

Tóm tắt – Một hệ thống điện độ lập ao gồm: điện mặt trời (PV), diesel và pin
lƣu trữ năng lƣợng (BESS). Với yêu cầu vận hành kinh tế và độ tin cậy của hệ
thống điện độ lập, việc xây dựng phƣơng thức vận hành tối ƣu là sử dụng năng
lƣợng mặt trời tối đa, giảm giá thành vận hành và khí thải là vấn đề đáng quan

tâm và nghiên cứu hiện nay. Quy hoạ h động đƣợc biết đến nhƣ là một kỹ thuật
tối ƣu hóa, iến đổi một vấn đề phức tạp thành vấn đề đơn giản hơn ằng cách
chia nhỏ một vấn đề thành một loạt các vấn đề phụ. Thuật toán Bellman đƣợc sử
dụng để tìm đƣờng đi ngắn nhất từ tất cả các nút của biểu đồ. Từ thuật toán
Bellman ta xây dựng hƣơng trình xá định đƣợc trạng thái làm việc của Pin và
Diesel sao cho tối ƣu nhất chi phí vận hành của hệ thống. Tình trạng nạp/xả Pin
SOC đã đƣợc thể hiện. Ta thấy đƣợc Pin luôn hoạt động ổn định và luôn giữ ở
mức cho phép và chi phí vận hành thấp hơn so với thực tế. Vì vậy, phƣơng pháp
này đã thu về đƣợc kết quả chấp nhận và đáng tin ậy.
Từ khóa – Bellman; SOC; Diesel; chi phí vận hành thấp.
OPTIMIZATION OF PV - DIESEL - BATTERY HYBRID SYSTEM IN
ISLAND BEACH, LY SON DISTRICT, QUANG NGAI PROVINCE
Abstract - A standalone power system includes: PV, diesel and battery power
storage (BESS). With the demand for economic operation and the reliability of
the independent power system, the optimal operating mode is maximized solar
utilization, reduced operating costs and emissions are a matter of concern. mind
and current research. Dynamic planning is known as an optimization technique
that transforms a complex problem into a simpler one by dividing a problem into
a series of sub-problems. Bellman algorithm is used to find the shortest path
from all nodes of the graph. From the Bellman algorithm we have developed a
program that determines the working state of the battery and the diesel in order
to maximize the operating cost of the system. The SOC battery charge /
discharge status has been shown. The battery life is always stable and always
kept at a lower level and operating costs lower than the actual. Therefore, this
method has gained an acceptable and reliable result.
Key Words – Bellman; SOC; Diesel; Low operating costs.


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................................

MỤC LỤC .........................................................................................................................
DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................................
DANH MỤC BẢNG .........................................................................................................
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ...................................................
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1.Lý do chọn đề tài ......................................................................................................... 1
2.Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:................................................................................... 2
3.Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên ứu: ...................................................................... 2
4.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu:................................................. 2
5.Cấu trúc của luận văn: .................................................................................................. 2
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
TỐI ƢU ........................................................................................................................... 3
1.Giới thiệu năng lƣợng tái tạo: ...................................................................................... 3
1.1.Các nguồn năng lƣợng tái tạo trên thế giới: ............................................................. 3
1.2.Năng lƣợng mới và tái tạo tại Việt Nam .................................................................. 6
1.2.1.Năng lƣợng mặt trời .............................................................................................. 6
1.2.2.Thuỷ điện nhỏ ........................................................................................................ 7
1.2.3.Năng lƣợng gió ...................................................................................................... 7
1.2.4.Năng lƣợng sinh khối ............................................................................................ 8
1.2.5.Khí sinh học (Biomass) ......................................................................................... 8
1.2.6.Năng lƣợng địa nhiệt ............................................................................................. 8
1.2.7.Năng lƣợng đại dƣơng ........................................................................................... 9
1.2.8.Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng năng lƣợng tái tạo ở Việt Nam: ........................ 9
2.Cá phƣơng pháp tối ƣu: ........................................................................................... 11
2.1.Giới thiệu chung: .................................................................................................... 11
2.2.Cá phƣơng pháp giải quyết ài toán tối ƣu hóa: ................................................... 11
2.2.1.Thuật toán m phỏng luyện kim Simulated Annearling - SA): ......................... 11
2.2.2.Thuật toán di truyền GAs : ................................................................................ 12
2.2.2.1.Các tính chất của giải thuật di truyền: .............................................................. 13
2.2.2.2.Cá


ƣớ

ơ ản của giải thuật di truyền: ........................................................ 13

2.2.2.3.Nguyên lý hoạt động: ....................................................................................... 14
2.2.2.4.So sánh GAs với kỹ thuật tối ƣu khá : ............................................................. 15


2.2.3.Hệ thống Mờ Fuzzy System : ............................................................................ 15
2.2.3.1.Cấu tr

ủa ộ điều khiển mờ: ........................................................................ 17

2.2.3.2.Khối tiền xử l : ................................................................................................. 17
2.2.3.3.Bộ điều khiển mờ ơ ản: ................................................................................. 17
2.2.3.4.Khối hậu xử l : ................................................................................................. 18
2.2.3.5.Phƣơng pháp thiết kế ộ điều khiển mờ: .......................................................... 18
2.2.3.6.Cá

ƣớ thiết kế ộ điều khiển mờ: ................................................................ 18

2.2.4.Thuật toán tối ƣu ầy đàn PSO : ........................................................................ 19
2.2.5.Thuật toán tìm kiếm TaBu: .................................................................................. 20
2.2.6.Thuật toán nhánh – ận Bran h and ound : ..................................................... 21
2.2.6.1.Giới thiệu thuật toán trên ví dụ: ........................................................................ 22
2.2.6.2.Chia nhánh, đặt cận, chạm đáy: ........................................................................ 25
2.2.6.3.Thuật toán nhánh - và - cận: ............................................................................. 26
2.2.7.Lập trình động và thuật toán Bellman: ................................................................ 27
3.Tổng kết hƣơng 1: .................................................................................................... 30

CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN TỐI ƢU VẬN HÀNH HỆ THỐNG PV DIESEL – BATTERY HYBRID .................................................................................. 31
2.1. Phƣơng pháp tối ƣu hóa: ........................................................................................ 31
2.1.1. M hình ài toán tối ƣu hóa: .............................................................................. 31
2.1.2. Ph n loại ài toán tối ƣu: .................................................................................... 32
2.1.3. Bài toán quy hoạch tuyến tính: ........................................................................... 32
2.1.4. Bài toán tối ƣu đa mục tiêu: ............................................................................... 33
2.2. Phƣơng pháp tối ƣu hóa hệ thống điện

lập: ...................................................... 33

2.2.1. Giới thiệu: ........................................................................................................... 33
2.2.2. Cấu tr

hệ thống điện

lập: ............................................................................ 34

2.2.2.1. Hệ thống năng lƣợng mặt trời (PV):................................................................ 34
2.2.2.2. Hệ thống Pin lƣu trữ năng lƣợng (BESS): ...................................................... 34
2.2.2.3. Diesel: .............................................................................................................. 35
2.2.2.4. Phụ tải: ............................................................................................................. 35
2.2.3. Bài toán tối ƣu hóa trong hệ thống PV-diesel-battery cô lập: ............................ 35


2.2.3.1. Hàm mục tiêu: ................................................................................................. 35
2.2.3.2. Hàm ràng buộc: ............................................................................................... 37
2.3. Xây dựng thuật toán tối ƣu vận hành hệ thống PV - Diesel – Battery Hybrid: .... 37
2.3.1. Quy hoạ h động và thuật toán Bellman Algorithm ............................................ 38
2.3.2. Ứng dụng thuật toán Bellman tối ƣu vận hành hệ thống PV - Diesel – Battery
Hybrid

................................................................................................................. 40
2.4. Tổng kết hƣơng 2: ................................................................................................ 43
CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN TỐI ƢU VẬN HÀNH HỆ THỐNG PV – DIESEL –
BATTERY HYBRID ĐẢO BÉ .................................................................................... 44
3.1. Tổng quan về điều kiện kinh tế xã hội huyện L Sơn: .......................................... 44
3.1.1. Vị trí địa lý .......................................................................................................... 44
3.1.2. Tình hình phát triển Kinh tế - Xã hội ................................................................. 44
3.1.3. Phƣơng hƣớng phát triển Kinh tế - Xã hội ......................................................... 45
3.2. Đánh giá tiềm năng phát triển điện mặt trời: ......................................................... 45
3.2.1. Các khảo sát, thống kê về tiềm năng ức xạ mặt trời tại huyện đảo L Sơn ..... 45
3.2.2. Sự phát triển của điện năng lƣợng mặt trời: ....................................................... 48
3.3. Mô hình biến đổi NLMT thành điện năng: ........................................................... 49
3.3.1. Mô hình hệ thống NLMT cấp điện cô lập: ......................................................... 49
3.3.2. Mô hình hệ thống cô lập kết hợp giữa NLMT và nguồn NL khác ..................... 51
3.3.3. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lƣới ................................................................ 52
3.3.3.1. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lƣới không dự trữ ....................................... 52
3.3.3.2. Mô hình hệ thống NLMT kết nối lƣới có dự trữ ............................................. 53
3.4. Hệ thống điện Đảo Bé, huyện L Sơn: .................................................................. 54
3.4.1. Hiện trạng hệ thống điện cô lập đảo Bé: ............................................................ 54
3.4.1.1. Hệ thống điện, gồm: ........................................................................................ 54
3.4.1.2. Tấm pin năng lƣợng mặt trời IR32 P-72 ......................................................... 55
3.4.1.3. Ắc quy SEC 12-ETGB-200 ............................................................................. 56
3.4.1.4. Inverter SMA SUNNY ISLAND 8.0H-11 ...................................................... 56
3.4.1.5. Inverter SMA SUNNY TRIPOWER STP 20000TL-30 ................................. 57
3.4.2. Chế độ vận hành hệ thống điện cô lập đảo Bé, huyện L Sơn: .......................... 57


3.4.3. Phụ tải: ................................................................................................................ 59
3.5. Tính toán theo phƣơng thức vận hành hiện tại của hệ thống PV - Diesel – Battery
Hybrid. ........................................................................................................................ 61

3.5.1. Mô phỏng phƣơng thức vận hành thực tế: .......................................................... 61
3.5.2. Tính toán chế độ vận hành tối ƣu: ...................................................................... 63
3.5.3. Chi phí thực tế cho 1 ngày vận hành hiện nay: .................................................. 64
3.5.4. So sánh: ............................................................................................................... 65
3.6. Tổng kết hƣơng 3: ................................................................................................ 65
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 67


DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Sự tham gia nguồn phát năng lượng tái tạo ở 4 khu vực .................................3
Hình 1.2 Sự đóng góp của các nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống điện ..............4
Hình 1.3 Công suất lắp đặt của các nguồn năng lượng tái tạo tại Đức. ........................ 4
Hình 1.4 Sự phát triển của nguồn năng lượng mặt trời lắp đặt tại Pháp ....................... 4
Hình 1.5 Giá thành PV được lắp đặt ở Hoa Kỳ .............................................................. 5
Hình I.6 Giá thành PV được lắp đặt ở Đức ...................................................................5
Hình 1.7 Xe dùng pin mặt trời ......................................................................................... 6
Hình 1.10 Đèn dùng pin mặt trời .................................................................................... 7
Hình 1.8 Lắp pin mặt trời ở nhà ...................................................................................... 7
Hình 1. 9: Sơ đồ thực hiện giải thuật di truyền đơn giản..............................................13
Hình 1. 10: Điều khiển mờ trực tiếp ..............................................................................16
Hình 1. 11: Điều khiển thích nghi mờ ...........................................................................16
Hình 1. 12: Bộ điều khiển mờ cơ bản ............................................................................17
Hình 1. 5 Biểu đồ quy hoạch nguyên .............................................................................22
Hình 1. 13 Biểu đồ chính tắc và thuật toán đơn hình tiêu chuẩn ..................................23
Hình 1. 14: Sơ đồ khối thuật toán Nhánh-Cận .............................................................. 27
Hình 1. 15: Ví dụ đồ thị được chỉ dẫn G (V, E)............................................................. 28
Hình 2.1: Cấu tr c của một hệ thống điện cô lập ......................................................... 34
Hình 2. 2: Dữ liệu sản xuất theo giờ của hệ thống PV .................................................34

Hình 2.3: Đồ thị phụ tải h ng ngày. ..............................................................................35
Hình 2.4: Ví dụ về đồ thị được chỉ dẫn G (V, E) ........................................................... 39
Hình 2.5: Ứng dụng thuật toán Bellman cho không gian SOC của pin ........................ 41
Hình 2.6: Thuật toán tối ưu vận hành hệ thống hybrid .................................................42
Hình 3. 1: Đồ thị số giờ nắng trong năm tại Quảng Ngãi ............................................46
Hình 3. 2: Đồ thị giá trị bức xạ mặt trời theo giờ tại Lý Sơn .......................................48
.......................................................................................................................................48
Hình 3.3: Sơ đồ điển hình của hệ thống NLMT cô lập.................................................. 50
Hình 3.4: Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT cô lập ....................................................... 50


Hình 3.5: Mô hình hệ thống cô lập kết hợp giữa NLMT- Diesel ..................................51
Hình 3.6: Mô hình hệ thống cô lập kết hợp giữa NLMT- gió- Diesel ........................... 51
Hình 3.7: - Sơ đồ điển hình hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ ........................ 52
Hình 3.8: Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới không dự trữ ......................... 52
Hình 3.9: Sơ đồ minh họa hệ thống NLMT kết nối lưới có dự trữ ................................ 53
Hình 3.10: Mô hình hệ thống sản xuất điện mặt trời hòa lưới có dự trữ ..................... 54
Hình 3.11: Tấm pin năng lượng mặt trời ......................................................................55
Hình 3.12: Cấu tạo tấm pin năng lượng mặt trời ......................................................... 55
Hình 3.13: Ắc quy SEC 12-ETGB-200. .........................................................................56
Hình 3.14: Inverter SMA Sunny Island .........................................................................56
Hình 3.15: Inverter SMA Sunny Tripower ....................................................................57
Hình 3.16: Sơ đồ nguyên lý 1 ........................................................................................ 57
Hình 3.17: Sơ đồ nguyên lý 2 ........................................................................................ 58
Hình 3.18: Đồ thị phụ tải ngày điển hình ......................................................................60
Hình 3.19: Kết quả mô phỏng theo số liệu thực ............................................................ 62
Hình 3.20: Kết quả mô phỏng theo chương trình tối ưu ...............................................63
Hình 3.21: Kết quả nạp/xả pin theo chương trình tối ưu ..............................................63



DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Phân bố bức xạ mặt trời 6 tháng đầu năm tại Quảng Ngãi ......................... 46
Bảng 3.2: Phân bố bức xạ mặt trời 6 tháng cuối năm tại Quảng Ngãi ........................ 46
Bảng 3.3: Giá trị bức xạ mặt trời trung bình 6 tháng đầu năm tại Lý Sơn................... 47
Bảng 3.4: Giá trị bức xạ mặt trời trung bình 6 tháng cuối năm tại Lý Sơn .................. 47
Bảng 3.5: Giá trị bức xạ mặt trời theo giờ tại Lý Sơn .................................................. 48
Bảng 3.6: Tổng sản lượng điện năng sử dụng .............................................................. 59
Bảng 3.7: Doanh thu tiền điện ...................................................................................... 60
Bảng 3.8: Công suất điển hình ...................................................................................... 61


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

PV

Điện mặt trời

SA

Simulated Annearling

GAs

Thuật toán di truyền

POS

Thuật toán tối ƣu ầy đàn


BESS

Hệ thống pin lƣu trữ năng lƣợng

SOC

Trạng thái nạp/xả của Pin

CS

chi phí của hệ thống

FC

Chi phí hệ thống bao gồm giá của nguyên liệu

EC

giá khí thải

BrC

Giá thay thế Pin


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Huyện L Sơn, trƣớ đ y òn gọi là Cù Lao Ré, thuộ tỉnh Quảng Ngãi. Diện

tí h khoảng 9,97 km2, d n số khoảng 22.460 ngƣời. Gồm 3 đảo: đảo lớn L Sơn, Cù
Lao Ré , đảo Bé ù lao Bờ Bãi ở phía Bắ đảo Lớn, và hòn Mù Cu ở phía Đ ng ủa
đảo Lớn. Huyện đƣợ hia làm 3 xã: An Vĩnh huyện lỵ - đảo Lớn , An Hải Đảo Lớn
và An Bình đảo Bé).
Từ tháng 9/2014, Đảo Lớn đƣợ ấp điện từ hệ thống điện Quố gia, ằng
tuyến áp ngầm xuyên iển 22kV từ xuất tuyến 470/TBA 220kV Dung Quất. Riêng
đảo Bé hiện nằm á h đảo Lớn 3,5 hải l hơn 6km về phía Bắ , hiện ó 120 hộ d n
sinh sống. Để ấp điện ho đảo Bé ngành Điện đầu tƣ hệ thống Diesel ó 2 máy phát
ó ng suất 2x110 KVA và pin năng lƣợng mặt trời ó ng suất 96 KWp.
Hiện nay mạ h lai ghép năng lƣợng mặt trời và Diesel sau khi lắp đặt, thí
nghiệm và vận hành ấp điện 24/24h từ tháng 9/2017. Đảm ảo ấp điện ho huyện
đảo L Sơn nói hung, đảo Bé nói riêng là nhiệm vụ hính trị ó nghĩa quan trọng,
ngoài việ đảm ảo điện năng ho sự phát triển kinh tế - xã hội ủa xã đảo òn góp
phần giữ vững an ninh, quố phòng, hủ quyền iển đảo ủa Tổ quố . Việ ung ấp
nguồn điện ổn định từ trạm phát điện diesel kết hợp hệ thống năng lƣợng tái tạo phụ
vụ nhu ầu sinh hoạt và phát triển kinh tế ho đảo Bé, góp phần phát triển văn hóa, xã
hội, n ng ao mứ sống, trình độ d n trí, xóa đói giảm nghèo, kí h thí h sự phát triển
kinh tế ho xã đảo An Bình là việ làm ần thiết. Đồng thời, địa điểm lắp đặt hệ thống
điện mặt trời hiện nay ũng trở thành điểm tham quan ho du khá h.
Qua số liệu áo áo kết quả kinh doanh 4 tháng đầu năm 2018 ủa Điện lự L
Sơn – C ng ty Điện lự Quảng Ngãi, trong đó số liệu kinh doanh ủa Đảo Bé nhƣ sau:
Phát Diesel: 42.412 kWh; điện mặt trời PV : 23.266 kWh; điện thƣơng phẩm án ho
khách hàng là 61.565 kWh; doanh thu tiền điện là 109,12 triệu đồng, tổn thất điện
năng ủa hệ thống là 6,2%. Với giá dầu 19.083 đồng; hƣa tính ho phần hi phí phải
mua điện mặt trời PV thì với sản xuất Diesel đã lỗ khoảng 130,9 triệu đồng. Nhƣ
vậy, nếu kh ng ó phƣơng án tối ƣu thì àng phát Diesel thì àng lỗ.
Để đảm ảo ấp điện an toàn, liên tụ ằng nguồn Diesel và hệ thống pin năng
lƣợng mặt trời về mặt l thuyết là đảm ảo, tuy nhiên qua vận hành ho thấy để tối ƣu
kỹ thuật và kinh tế hạn hế hạy Diesel ần phải tính toán hế độ vận hành hợp l là
ần thiết. Ngoài ra việ nghiên ứu và ph n tí h ản hất hiện tƣợng này sẽ gi p ho

nhà quản l , án ộ kỹ thuật và nh n viên vận hành hiểu rõ hơn ản hất ủa vấn đề để
n ng ao trá h nhiệm trong vận hành hệ thống điện. Đó là l do họn đề tài:
- Tên đề tài: “ TỐI ƢU VẬN HÀNH HỆ THỐNG PV – DIESEL –
BATTERY HYBRID TẠI ĐẢO BÉ, HUYỆN LÝ SƠN, TỈNH QUẢNG NGÃI ”


2

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Luận văn sẽ nghiên ứu á phƣơng pháp tối ƣu vận hành hệ thống điện
X y dựng thuật toán tối ƣu vận hành hệ thống PV - Diesel – Battery Hybrid.

lập;

Tính toán tối ƣu hệ thống điện PV - Diesel – Battery Hybrid tại đảo Bé huyện
đảo L Sơn.
3. Đối tƣợng và phƣơng pháp nghiên cứu:
a. Đối tƣợng nghiên cứu:
Hệ thống PV - Diesel – Battery Hybrid tại Đảo Bé, huyện L Sơn.
b. Phƣơng pháp nghiên cứu:
Nghiên ứu á l thuyết giải ài toán tối ƣu vận hành hệ thống điện

lập;

Thu thập số liệu hệ thống điện PV - Diesel – Battery Hy rid tại đảo Bé.
Mô phỏng và x y dựng thuật toán.
Tính toán ứng dụng: áp dụng á l thuyết đã nghiên ứu, x y dựng phần mềm
tính toán để thao tá tính toán, m phỏng á quá trình xá lập và quá trình quá độ ủa
hệ thống để tìm giải pháp vận hành tối ƣu, kinh tế, m i trƣờng.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu:

Qua kết quả tính toán ho iểu đồ vận hành tối ƣu hệ thống PV - Diesel –
Battery Hy rid Đảo Bé huyện L Sơn sao ho kinh tế nhất.
Giải pháp kỹ thuật nguồn lai ghép PV - Diesel – Battery trong giai đoạn hiện
nay ho á vùng hải đảo là xu hƣớng ng nghệ tối ƣu trên thế giới. Với việ lựa
họn BESS dự trữ và á tấm pin mặt trời phù hợp ho phép tạo ra một hệ thống
nguồn điện lai hy rid với giá thành hợp l và đảm ảo á điều kiện kỹ thuật đặt ra.
Đồng thời, đầu tƣ, vận hành nguồn Diesel hợp l sẽ đảm ảo ấp điện ổn định, đáp
ứng đƣợ á điều kiện thời tiết, khí hậu khắ nghiệt.
5. Cấu trúc của luận văn:
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo trong luận văn gồm ó á
hƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu năng lƣợng tái tạo và á phƣơng pháp tối ƣu.
Chƣơng 2: X y dựng thuật toán tối ƣu vận hành hệ thống PV - Diesel – Battery
Hybrid.
Chƣơng 3: Tính toán tối ƣu vận hành hệ thống PV - Diesel – Battery Hy rid tại
đảo Bé, huyện L Sơn.


3

CHƢƠNG 1:
GIỚI THIỆU NĂNG LƢỢNG TÁI TẠO VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU
1. Giới thiệu năng lƣợng tái tạo:
1.1. Các nguồn năng lƣợng tái tạo trên thế giới:
Ngày nay và tƣơng lai, hệ thống điện sẽ phát triển với sự tham gia của các
nguồn năng lƣợng tái tạo. Các nguồn năng lƣợng tái tạo tại bốn khu vực trên thế giới
đƣợc thể hiện trong hình 1.1. Từ biểu đồ này cho thấy có sự gia tăng kh ng ngừng của
các nguồn năng lƣợng tái tạo trên thế giới từ năm 2010 đến năm 2050 với tố độ phát
triển cao ở tất cả các vùng trên thế giới. Trong đó, ở Châu Âu dẫn đầu trong việc phát
triển và sử dụng nguồn năng lƣợng tái tạo.


Hình 1.1 Sự tham gia nguồn phát năng lượng tái tạo ở 4 khu vực
(Nguồn: ; Technology Roadmap: Energy Storage)
Công suất của các nguồn năng lƣợng tái tạo khác nhau ở á nƣớc Châu Âu
đƣợc dự áo đến năm 2050, đƣợc thể hiện trong hình 1.2. Chúng ta thấy trong hình
này, nguồn năng lƣợng mặt trời và năng lƣợng gió đƣợc dự báo sẽ có công suất đặt là
lớn nhất trong các nguồn năng lƣợng tái tạo tính đến năm 2050. Trong đó, nguồn năng
lƣợng mặt trời có tố độ phát triển về tăng trƣởng công suất là lớn nhất từ 5GW năm
2007 tăng đến 340 vào năm 2050.


4

Hình 1.2 Sự đóng góp của các nguồn năng lượng tái tạo trong hệ thống điện
(Nguồn: ; Energy (R)evolution-Towards a fully
renewable energy supply in the EU 27)
Công suất lắp đặt của các nguồn năng lƣợng tái tạo cung cấp cho phụ tải tại
Đứ đƣợc thể hiện trong hình 1.3. Chúng ta có thể thấy từ biểu đồ này rằng, có rất
nhiều nguồn năng lƣợng tái tạo đƣợc sủ dụng để đáp ứng cho yêu cầu của phụ tải tại
Đứ , trong đó nguồn năng lƣợng mặt trời đóng vai trò là lớn nhất với công suất đƣợc
lắp đặt lên sấp xỉ khoảng 37.5GW trong tháng 7 năm 2014, trong khi đó nguồn năng
lƣợng gió đóng góp khoảng 34.6GW.

Hình 1.3 Công suất lắp đặt của các nguồn năng lượng tái tạo tại Đức.
(Nguồn: B.Burger, Fraunhofer ISE, data :
Bundesnetzagentur)
Trong đó, ng suất lắp đặt của nguồn mặt trời cung cấp cho phụ tải tại Pháp
đƣợc thể hiện trong hình 1.4 với giá trị khoảng 4.3GW.

Hình 1.4 Sự phát triển của nguồn năng lượng mặt trời lắp đặt tại Pháp

(Nguồn: Bilan électrique français 2013, RTE, 23 Janvier 2014)


5

Giá thành lắp đặt của năng lƣợng mặt trời tại Hoa Kỳ đƣợc thể hiện rõ trong
hình 1.5. Chúng ta có thể thấy từ hình này, rằng các giá thành lắp đặt PV đã giảm
mạnh trong khoảng thời gian gần đ y 2008-2013.

Hình 1.5 Giá thành PV được lắp đặt ở Hoa Kỳ
(Nguồn: ; Tracking the Sun VII: An Historical
Summary of the Installed Price of Photovoltaics in the United States from 1998 to
2013)
Giá thành trên một giá trị công suất lắp đặt ở nƣớ Đứ đƣợc thể hiện trên hình
1.6. Giá trị này sẽ đƣợc giảm liên tục trong khoảng thời gian từ năm 2013-2030. Dự
đoán rằng giá thành lắp đặt PV trên 1kWh trung ình trong năm 2030 với khoảng sấp
xỉ 0.06euro/1kWh.

Hình I.6 Giá thành PV được lắp đặt ở Đức
(Nguồn: />

6

1.2.

Năng lƣợng mới và tái tạo tại Việt Nam

Việt Nam đƣợc thiên nhiên ban tặng cho một tài nguyên năng lƣợng tái tạo
(NLTT) rất đa dạng và khá dồi dào. Chúng ta có gần nhƣ tất cả các loại nguồn năng
lƣợng tái tạo nhƣ nguồn năng lƣợng mặt trời, thuỷ điện nhỏ, gió, địa nhiệt, sinh khối,

thuỷ triều, sóng biển và nhiệt đại dƣơng với trữ lƣợng khá lớn.
1.2.1. Năng lƣợng mặt trời
Việt Nam nằm trong vành đai nhiệt đới ó vĩ độ từ 8 đến 23 độ Bắ nên ó năng
lƣợng bức xạ mặt trời (NLMT) khá lớn. Tuy nhiên tuỳ thuộ vào điều kiện tự nhiên
mà năng lƣợng mặt trời có sự biến đổi từ vùng này sang vùng khác.
Vùng Đ ng Bắc là khu vực chịu ảnh hƣởng mạnh nhất của gió mùa Đ ng Bắc
lạnh và ẩm nên năng lƣợng mặt trời thấp nhất cả nƣớc. Mật độ năng lƣợng mặt trời
biến đổi trong khoảng từ 250 đến 400 cal/cm2. ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm
trong khoảng 1600 đến 1900 giờ.
Vùng Tây Bắc gồm các tỉnh Lai Ch u, Sơn La, Lào Cai,... và vùng Bắc Trung
Bộ ó năng lƣợng mặt trời khá lớn. Mật độ năng lƣợng mặt trời biến đổi trong khoảng
từ 300 đến 500 cal/cm2.ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm khoảng 1800 đến 2100
giờ. Đặ điểm chung của bức xạ mặt trời ở miền Bắc là có sự thay đổi rất rõ rệt giữa
mùa Đ ng tháng 12, 1, 2 và mùa Hè tháng 5, 6, 7, 8 . Năng lƣợng mặt trời về mùa
hè nói chung lớn gấp 1,5 đến 2 lần so với mùa đ ng.
Từ Đà nẵng trở vào năng lƣợng mặt trời rất tốt và phân bố tƣơng đối điều hoà
trong suốt cả năm. Mật độ năng lƣợng mặt trời biến đổi trong khoảng từ 350 đến 500
cal/cm2.ngày. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 2000 đến 2600 giờ. Đ y là
khu vực ứng dụng năng lƣợng mặt trời rất hiệu quả.
Ứng dụng pin mặt trời
Pin mặt trời là phƣơng pháp sản xuất điện
trực tiếp từ năng lƣợng mặt trời qua thiết bị biến
đổi quang điện. Pin mặt trời ó ƣu điểm là gọn nhẹ
có thể lắp đặt bất kỳ ở đ u ó ánh sáng mặt trời,
đặc biệt là trong lĩnh vự tàu vũ trụ. Ứng dụng
năng lƣợng mặt trời dƣới dạng này đƣợc phát triển
với tố độ rất nhanh, nhất là ở á nƣớc phát triển.
Ngày nay on ngƣời đã ứng dụng pin mặt trời trong
rất nhiều dụng cụ á nh n nhƣ: máy tính, đồng hồ
và á đồ dùng dùng hàng ngày. Pin mặt trời còn

Hình 1.7 Xe dùng pin mặt trời
dùng để chạy xe ô tô thay thế dần nguồn năng
lƣợng truyền thống, dùng thắp sáng đèn đƣờng, đèn s n vƣờn và sử dụng trong từng


7

hộ gia đình. Trong ng nghiệp ngƣời ta ũng ắt
đàu lắp đặt các hệ thống điện dùng pin mặt trời có
công suất lớn.
Hiện nay giá thành pin mặt trời còn khá
cao, trung bình hiện nay khá cao nên ở á nƣớc
đang phát triển pin mặt trời hiện mới chỉ có khả
năng duy nhất là cung cấp năng lƣợng điện sử Hình 1.10 Đèn dùng pin mặt trời
dụng ho á vùng s u, xa nơi mà đƣờng điện quốc
gia hƣa ó.
Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của một số tổ chức
quốc tế đã thực hiện công việc xây dựng các trạm
dùng pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ
nhu cầu sinh hoạt và văn hóa ủa á địa phƣơng
vùng sâu, vùng xa, nhất là vùng đồng bằng sông
Cửu Long và Tây Nguyên. Tuy nhiên hiện nay pin
mặt trời vẫn còn là món hàng xa xỉ đối với nƣớc
nghèo nhƣ h ng ta.

Hình 1.8 Lắp pin mặt trời ở nhà

Trên thế giới ngƣời ta bắt đầu xây dựng á nhà máy quang điện mặt trời với
công suất lớn.
1.2.2. Thuỷ điện nhỏ

Thuỷ điện nhỏ đƣợc hiểu là các trạm thuỷ điện có công suất dƣới 10 MW. Do
không cần phải xây dựng các hồ chứa nƣớc lớn dẫn đến sự huỷ hoại m i trƣờng cảnh
quan nên thuỷ điện nhỏ đƣợc xếp vào năng lƣợng tái tạo. Việt Nam có nguồn tài
nguyên thuỷ điện nhỏ rất lớn, tập trung chủ yếu ở vùng núi phía Bắc và biên giới phía
Tây. Tổng tiềm năng thuỷ điện nhỏ đƣợ xá định khoảng 1800 đến 2000 MW, trong
đó:
- Loại có công suất 100 đến 10.000 MW có 500 trạm với tổng công suất 1400
đến 1800 MW, chiếm hơn 90% tổng tiềm năng thuỷ điện nhỏ .
- Loại có công suất dƣới 100 KW có khoảng 2500 trạm với tổng công suất 100
đến 200 MW, chiếm 7 đến 10% tổng công suất thuỷ điện nhỏ .
- Đặc biệt các thuỷ điện cực nhỏ, dƣới 5 KW đã đƣợc khai thác sử dụng rất
rộng rãi để cấp điện sinh hoạt cho các hộ gia đình miền núi.
1.2.3. Năng lƣợng gió
Tiềm năng năng lƣợng gió (NLG) của Việt Nam chỉ vào loại trung bình. Hầu
hết các khu vự trên đất liền có NLG thấp, khai thác không hiệu quả. Chỉ có một vài


8

nơi, do ó địa hình đặc biệt nên gió tƣơng đối khá. Tuy nhiên công suất lại không lớn.
Chỉ dọc theo bờ biển và trên các hải đảo năng lƣợng gió tốt hơn. Nơi ó gió tốt nhất là
đảo Bạ h Long Vĩ, tố độ gió trung ình năm đạt 7,1 đến 7,3 m/s. Tiếp đến là các khu
vự á đảo Trƣờng Sa, Ph Qu , C n Đảo,...vv có tố độ gió trung bình khoảng 4,0
đến 6,5 m/s. Cần nhấn mạnh rằng tiềm năng năng lƣợng gió ở nƣớ ta hƣa đƣợ điều
tra đánh giá đầy đủ vì phần lớn số liệu về năng lƣợng gió chủ yếu chỉ thu thập qua các
trạm khí tƣợng - thuỷ văn, tức là chỉ đo đƣợc ở độ ao 10 đến 12m trên mặt đất. Hiện
nay đang ó khoảng 10 cột đo gió ở độ cao từ 30 đến 50m.
1.2.4. Năng lƣợng sinh khối
Nƣớc ta có diện tích rừng rất lớn lại là nƣớc nông nghiệp nên có tiềm năng năng
lƣợng sinh khối khá lớn. Sinh khối vẫn còn là nguồn năng lƣợng chính của nông thôn

Việt Nam, nó chiếm khoảng 60 đến 70% tổng tiêu thụ năng lƣợng khu vực nông thôn.
Tổng khả năng ung ấp sinh khối thực tế cho khu vực nông thôn, miền n i nƣớc ta
năm 2000 là 77 triệu tấn gỗ tƣơng đƣơng Số liệu Viện Năng Lƣợng , trong đó sinh
khối có nguồn gốc từ gỗ là 24,5 triệu tấn còn lại là phế thải nông, công nghiệp là 52,5
triệu tấn. Tính theo nhiệt năng, tỷ trọng của năng lƣợng từ gỗ củi là 38,5%, rơm rạ là
35,5%, vỏ trấu là 9,4%, bã mía là 3,6% và phế thải công nghiệp là 13%.
Có hai nguồn sinh khối khá lớn là vỏ trấu và bã mía. Nếu tận dụng để sản xuất
điện có thể cung cấp 75 – 100MW. Tuy nhiên ho đến nay vẫn chỉ có một lƣợng trấu
rất nhỏ đƣợc sử dụng để sản xuất gạch, ngói, gốm sứ và đun nấu trong gia đình. Ngoài
ra h ng ta òn ó 43 nhà máy mía đƣờng, hàng năm thải ra 4,5 triệu tấn bã mía. Tiềm
năng sản xuất điện từ bã mía là 200 – 250MW. Đến nay khoảng 70 đến 80 % lƣợng bã
mía đã đƣợc sử dụng để sản xuất điện.
1.2.5. Khí sinh học (Biomass)
Nguyên liệu cho sản xuất khí sinh học là các phế thải của ngƣời và gia súc, gia
cầm ph n ngƣời, trâu, bò, gà, vịt...) và các phế thải hữu ơ ng, n ng, lâm nghiệp.
Tổng tiềm năng đƣợc tính toán là khoảng 10.000 triệu m3/năm, trong đó từ ngƣời là
624 triệu (6,3%), gia súc 3062 triệu (31%) và từ phế phẩm khác là 6.269 triệu m3/năm
(63%) (Số liệu Viện Năng Lƣợng). Công nghệ khí sinh học hiện đang rất phát triển ở
nƣớc ta.
1.2.6. Năng lƣợng địa nhiệt
Theo kết quả đã iết thì nƣớc ta có khoảng 300 nguồn nƣớc nóng có nhiệt độ từ
30 đến 1100C, trong đó khu vực Tây - Bắc có 78 nguồn (26%), Nam Trung Bộ có 61
nguồn (20%). Tuy nhiên phần lớn các nguồn có nhiệt độ cao lại nằm ở khu vực Nam
Trung Bộ, chiếm 61% tổng số nguồn nhiệt độ cao trên cả nƣớc. Tiềm năng năng lƣợng
địa nhiệt nƣớc ta dự tính khoảng 200 – 250 MW.


9

1.2.7. Năng lƣợng đại dƣơng

Năng lƣợng đại dƣơng ao gồm năng lƣợng thuỷ triều, sóng biển và nhiệt đại
dƣơng. Mặ dù nƣớc ta có bờ biển dài trên 3000km và vùng biển rộng lớn, nhƣng ho
đến nay hƣa ó đánh giá về tiềm năng nguồn năng lƣợng to lớn này. Nhƣng trong
tƣơng lai đ y là nguồn năng lƣợng quan trọng cần nghiên cứu và khai thác.
1.2.8. Hiện trạng nghiên cứu ứng dụng năng lƣợng tái tạo ở Việt Nam:
Mặc dù một số công nghệ năng lƣợng tái tạo đã đƣợc nghiên cứu ứng dụng ở
nƣớc ta từ những thập kỷ 60 (chủ yếu là thuỷ điện nhỏ nhƣng ho đến nay vẫn hƣa
ó ƣớc phát triển đáng kể. Tất cả các nghiên cứu ứng dụng đều mang tính tự phát,
manh mún, qui mô nhỏ. Phần lớn các dự án năng lƣợng tái tạo thực hiện đƣợc là nhờ
các nguồn tài trợ quốc tế. Các dự án từ nguồn kinh phí chính phủ Việt Nam là rất ít và
rất nhỏ. Về mặt vĩ m , ho đến nay nƣớc ta vẫn hƣa ó một chính sách rõ ràng nào về
năng lƣợng tái tạo và đó là nguyên nh n ủa tính tản mạn, cảm tính và tự phát của các
hoạt động nghiên cứu ứng dụng năng lƣợng tái tạo ở nƣớc ta. Trong vài chụ năm qua
một số nhóm hoạt động trên lĩnh vự năng lƣợng, nhờ sự vận động của mình đã triển
khai một số dự án về điện mặt trời, về thiết bị nhiệt mặt trời, thuỷ điện nhỏ, khí sinh
họ và điện gió, ...
Do dân số trên thế giới tăng kh ng ngừng. Hiện nay là 6 tỉ ngƣời và òn tăng
lên nữa. Mặt khác nhu cầu tiêu dùng năng lƣợng của on ngƣời ũng tăng ao. Trung
bình một ngƣời hiện nay tiêu thụ gấp 15 lần so với một ngƣời á h đ y 100 năm. Năm
2000 thế giới tiêu thụ 423x1012MJ. Tổng tiêu thụ năng lƣợng hiện nay trên toàn thế
giới tăng 16 lần so với đầu thế kỷ 19. Hơn nữa àng vào á giai đoạn sau sự tiêu thụ
năng lƣợng càng lớn. Chỉ trong khoảng thời gian từ 1970 đến năm 2000, tiêu thụ năng
lƣợng thế giới đã tăng 2 lần. Xu hƣớng này vẫn tiếp tục mạnh mẽ mà hƣa ó dấu hiệu
nào chậm lại.
Có đến 80% tổng năng lƣợng sử dụng hiện nay là các nguồn năng lƣợng hoá
thạch (than, dầu mỏ, khí đốt tự nhiên ). Do mức tiêu thụ quá lớn và tăng quá nhanh
nhƣ đã nói ở trên, nên nguồn năng lƣợng này đang ạn kiệt nhanh chóng . Hãy hình
dung rằng, để hình thành đƣợ lƣợng than, dầu, khí đốt nhƣ thế giới chúng ta có, thiên
nhiên cần một thời gian hàng 100 triệu năm. Nhƣng để khai thá nó on ngƣời chỉ cần
vài trăm năm.

Theo số liệu công bố tại hội nghị quốc tế về năng lƣợng tại Bon, cộng hòa liên
ang Đức tháng 10 – 2003, thì trữ lƣợng năng lƣợng hoá thạch của thế giới chỉ còn 34
triệu tỉ MJ 34x1012MJ , trong đó than hiếm khoảng 60% (19630x1012MJ), dấu các
loại khoảng 22% 9185x1012MJ và khí đốt còn 5110x1012MJ. Với mức tiêu thụ nhƣ
năm 2000 423x1012MJ/năm thì nguồn năng lƣợng hoá thạch còn lại chỉ đủ cho thế


10

giới chúng ta sử dụng thêm khoảng 80 năm, trong đó than 200 năm, dầu khoảng 48
năm, khí đốt khoảng 15 năm và uranium òn 40 năm.
Do nguồn cạn kiệt, trong khi đó nhu ầu tiêu dùng lại ngày àng tăng, nên giá
năng lƣợng sẽ tăng ao. Đối với dầu, chỉ trong vòng 10 đến 20 năm nữa, số lƣợng còn
lại chỉ bằng một nửa lƣợng có hiện nay, và khi đó giá dầu sẽ tăng lên gấp nhiều lần so
với giá dầu hiện nay. Ngoài ra hơn 70% dự trữ dầu, 65 % khí đốt còn lại tập trung vào
một số nƣớ trong “elip hiến lƣợ ” gồm Arập-xêut, Ira , Iran và Nga. “Thế giới
phƣơng t y” gồm nhiều nƣớc công nghiệp phát triển lại thuộc về khu vự “đói năng
lƣợng”. Đ y hính là nguy ơ dẫn đến các bất ổn về chính trị và có thể dẫn tới các
cuộc chiến tranh.
Việt Nam ũng kh ng nằm ngoài vòng cạn kiệt nguồn năng lƣợng hoá thạch
nhƣ đã nói ở trên. Theo dự báo thì chỉ sau 15 đến 20 năm nữa thì ta phải nhập than,
dầu và khí đốt ũng hỉ òn khai thá đƣợc khoảng 40 đến 60 năm nữa.
Nhƣ đã iết kinh tế - xã hội - m i trƣờng có mối quan hệ chặt chẽ và tƣơng hỗ.
Sử dụng năng lƣợng hoá thạch làm phát thải vào m i trƣờng rất nhiều khí và chất độc
hại. Cá khí nhƣ SO2, NO g y ra mƣa axít, làm hƣ hại á
ng trình văn hoá kiến
trúc, kinh tế xã hội. Khí CO2 tạo ra loại bụi bồ hóng độc hại. Đặc biệt CO2 là một khí
gây hiệu ứng nhà kính làm khí quyển của quả đất nóng lên. Hiện nay, mỗi năm á
hoạt động sản xuất tiêu dùng năng lƣợng hoá thạch làm phát thải vào m i trƣờng 23,5
tỉ tấn CO2. Tổng khối lƣợng CO2 tích tụ trong khí quyển quả đất đến nay đạt con số

khổng lồ là 1000 tỉ tấn, trong đó 50% do phát khí trong vòng 50 năm uối thế kỷ 20.
Mặc dù CO2 không phải là khí nhà kính duy nhất, nhƣng sự đóng góp ủa nó là 50%.
Theo tính toán thì với tố độ phát thải nhƣ hiện nay đến năm 2100 nhiệt độ khí quyển
mặt đất sẽ tăng lên từ 1,5 đến 5,80C kéo theo sự thay đổi hàng loạt về khí hậu trên
hành tinh của h ng ta, trong đó ó á iến đổi hƣa lƣờng hết đƣợc. Nói riêng, sự
tăng nhiệt độ, làm ho ăng ở 2 cực sẽ tan ra, nƣớc biển vào cuối thế kỷ này có thể
d ng lên ao hơn 13cm làm ngập chìm nhiều lãnh thổ của các quốc gia, nhiều quốc
đảo sẽ bị biến mất. Sự tăng nhiệt độ của khí quyển còn dẫn đến sự biến đổi và sự phân
bố lƣợng mƣa, làm thay đổi các vùng khí hậu và thảm thực vật, làm xuất hiện á điều
kiện thời tiết bất thƣờng, đất đai sẽ suy giảm chất lƣợng, sa mạc hoá thế giới sẽ lâm
vào nạn đói lƣơng thực, ...vv.
Nhƣ vậy, on ngƣời muốn tiếp tục tồn tại và phát triển trên hành tinh này thì
không còn cách nào khác là ngay từ bây giờ phải hợp tác cùng nhau tìm cách hạn chế
các phế thải do sử dụng năng lƣợng hoá thạch nói chung và CO2 nói riêng.
Năng lƣợng tái tạo là nguồn năng lƣợng sạch, không gây ô nhiễm m i trƣờng
và có trữ lƣợng vô cùng lớn do tính tái tạo của nó. Mặc dù hiện nay một số công nghệ
năng lƣợng tái tạo còn đòi hỏi hi phí ao. Nhƣng với sự phát triển của khoa học và


11

công nghệ, thì công nghệ năng lƣợng tái tạo sẽ nhanh hóng đƣợc hoàn thiện và giá
năng lƣợng tái tạo do đó sẽ giảm xuống nhanh chóng. Ngoài ra do cạn kiệt nên giá
năng lƣợng hoá thạch sẽ ngày càng tăng ao nên ơ hội cạnh tranh của năng lƣợng tái
tạo là một hiện thực.
2. Các phƣơng pháp tối ƣu:
2.1.

Giới thiệu chung:


Ngày nay, sự quan t m ngày àng lớn trong việ áp dụng ng nghệ trí tuệ nh n
tạo AI vào kỹ thuật hệ thống điện đã đƣợ giới thiệu là ó tiềm năng rất lớn. C ng
nghệ AI, kh ng hính xá giống nhƣ á phƣơng pháp toán họ , ó khả năng rõ ràng
để thích ứng với phi tuyến tính và sự ố kh ng liên tụ th ng thƣờng trong á hệ
thống điện. Cá thuật toán nổi tiếng nhất bao gồm phƣơng pháp Nhánh-Cận, lập trình
tiến hóa, á thuật toán di truyền, m phỏng luyện kim, tìm kiếm Ta u, và mạng nơron…
2.2.
2.2.1.

Các phƣơng pháp giải quyết ài toán tối ƣu hóa:
hu t toán mô ph ng lu ện kim Simulated nnearling - SA):

SA là một thuật toán tìm kiếm xác suất, là phƣơng pháp tối ƣu hoá ó thể áp
dụng để tìm kiếm tối ƣu hoá toàn cục của hàm chi phí và tránh tối ƣu hoá địa phƣơng
bằng việc chấp nhận một lời giải tồi hơn với một xác suất phụ thuộc nhiệt độ T.
Tiền thân của SA là thuật toán Monte Carlo năm 1953 ủa nhóm Metropolis.
Thuật toán SA đƣợ đề xuất bởi S. Kirk _ partrick năm 1982 và đƣợc công bố trƣớc
ng h ng năm 1983.
SA có nguồn gốc từ ơ học hệ thống. SA thự thi đơn giản và tƣơng tự quá
trình luyện kim vật lý. Trong luyện kim vật lý, kim loại đƣợ đốt nóng tới nhiệt độ cao
và làm lạnh từ từ để nó kết tinh ở cấu hình năng lƣợng thấp tăng kí h thƣớc của tinh
thể và làm giảm những khuyết điểm của chúng). Nếu việc làm lạnh không xảy ra từ từ
thì chất rắn kh ng đạt đƣợc trạng thái có cấu hình năng lƣợng thấp sẽ đ ng lạnh đến
một trạng thái không ổn định (cấu trúc tối ƣu địa phƣơng .
Gọi E là năng lƣợng của trạng thái s, E‟ là trạng thái năng lƣợng của trạng thái
s‟ và ∆E = E‟ – E là sự chệnh lệch nhiệt độ giữa trạng thái s‟ và trạng thái s. Nếu ∆E ≤
0 thì sự thay đổi kết quả đƣợc chấp nhận với xác suất trong đó T là nhiệt độ, kB là một
hằng số vật l đƣợc gọi là hằng số Boltzmann.
SA sử dụng một biến điều khiển toàn cục là biến nhiệt độ T. Ban đầu T ở giá trị
rất ao và sau đó đƣợc giảm dần xuống. Trong quá trình tìm kiếm SA thay lời giải hiện

thời bằng cách chọn ngẫu nhiên lời giải láng giềng với một xác suất phụ thuộc vào sự
chênh lệch giữa giá trị hàm mục tiêu và tham số điều khiển T.


12

Quá trình tối ƣu hoá đƣợc tiếp tục cho tới khi cực tiểu toàn cụ đƣợc tìm thấy
hoặc tổng số ƣớc chuyển vƣợt quá một số tối đa á ƣớc chuyển đã đƣợ định trƣớc.
Sự chuyển tiếp ở một nhiệt độ kết th khi đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt. Sau khi
đạt tới trạng thái cân bằng nhiệt thì nhiệt độ đƣợc giảm thấp hơn. Nếu hệ thống không
đ ng lạnh và ũng kh ng tìm đƣợc cực tiểu toàn cục thì vòng lặp vẫn tiếp tục và chỉ số
k tăng. Hệ thống đ ng lạnh khi T tiến tới nhiệt độ Tcuối do ngƣời dùng đƣa ra.
-

Mã giả thuật toán:

s ← s0; e ← E(s) // Initial state, energy.
sbest ← s; ebest ← e // Initial "best" solution
k ← 0 // Energy evaluation count.
while k < kmax and e > emax // While time left & not good enough:
T ← temperature(k/kmax) // Temperature calculation.
snew ← neighbour(s) // Pick some neighbour.
enew ← E(snew) // Compute its energy.
if P(e, enew, T) > random() then // Should we move to it?
s ← snew; e ← enew // Yes, change state.
if e < ebest then // Is this a new best?
sbest ← snew; ebest ← enew // Save 'new neighbour' to 'best found'.
k ← k + 1 // One more evaluation done
return sbest // Return the best solution found.
2.2.2.


hu t toán di tru n G s

GAs là một kỹ thuật của khoa học máy tính nhằm tìm kiếm giải pháp thích hợp
cho các bài toán tối ƣu tổ hợp (combinatorial optimization), là một phân ngành của
giải thuật tiến hóa, vận dụng các nguyên lý của tiến hóa nhƣ: di truyền, đột biến, chọn
lọc tự nhiên, và trao đổi chéo. Nó sử dụng ngôn ngữ máy tính để mô phỏng quá trình
tiến hoá của một tập hợp những đại diện trừu tƣợng (gọi là những nhiễm sắc thể), của
các giải pháp có thể (gọi là những cá thể) cho bài toán tối ƣu hóa vấn đề. Tập hợp này
sẽ tiến triển theo hƣớng chọn lọc những giải pháp tốt hơn. GAs ũng nhƣ á thuật
toán tiến hoá, đều đƣợc hình thành dựa trên một quan niệm đƣợc coi là một tiên đề phù
hợp với thực tế khá h quan. Đó là quan niệm "Quá trình tiến hoá tự nhiên là quá trình
hoàn hảo nhất, hợp lý nhất và tự nó đã mang tính tối ƣu". Quá trình tiến hoá thể hiện
tính tối ƣu ở chỗ thế hệ sau bao giờ ũng tốt hơn thế hệ trƣớc.


13

Ngày nay, GAs càng trở nên quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực tối ƣu hoá,
một lĩnh vực có nhiều bài toán thú vị, đƣợc ứng dụng nhiều trong thực tiễn nhƣng
thƣờng khó và hƣa ó phƣơng pháp hiệu quả để giải quyết.
2.2.2.1.

Các tính chất của giải thuật di truyền:

GAs là kỹ thuật chung, giúp giải quyết vấn đề bằng cách mô phỏng sự tiến hóa
của on ngƣời hay của sinh vật nói chung (dựa trên thuyết tiến hóa muôn loài của
Darwin , trong điều kiện qui định sẵn của m i trƣờng. Mục tiêu của GAs không nhằm
đƣa ra lời giải chính xác tối ƣu mà là đƣa ra lời giải tƣơng đối tối ƣu. Một cá thể trong
GAs sẽ biểu diễn một giải pháp của bài toán. Tuy nhiên, không giống với trong tự

nhiên là một cá thể có nhiều nhiễm sắc thể NST mà để giới hạn trong GAs, ta quan
niệm một cá thể có một NST. Do đó, khái niệm cá thể và NST trong GAs oi nhƣ là
tƣơng đƣơng. Một NST đƣợc tạo thành từ nhiều gen, mỗi gen có thể có các giá trị khác
nhau để quy định một tình trạng nào đó. Trong GAs, một gen đƣợ oi nhƣ một phần
tử trong chuỗi NST. Một tập hợp các cá thể có cùng một số đặ điểm nào đấy đƣợc gọi
là quần thể. Trong thuật giải di truyền, ta quan niệm quần thể là một tập các lời giải
của một bài toán.
2.2.2.2.

Các bước cơ bản của giải thuật di truyền:

Hình 1. 9 Sơ đồ thực hiện giải thu t di tru n đơn giản