Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo trong điều khiển lưới điện thông minh

41
Ứng dụng mô hình . . .
Kỹ thuật – Công nghệ
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NHÀ MÁY ĐIỆN ẢO TRONG 
ĐIỀU KHIỂN LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH
 Lê Kim Anh*
TÓM TẮT 
Ngày nay, các nước phát triển trên thế giới đang xu hướng đưa lưới điện thông minh (Smart 
Grid) vào vận hành tối ưu hóa hệ thống điện thay dần các lưới điện truyền thống hiện nay. Với 
những ưu điểm nổi bật của lưới điện thông minh như: dễ dàng kết nối và phát huy tối đa công suất 
của các nguồn cung cấp, cho phép các hộ tiêu thụ có vai trò trong việc tối ưu hóa vận hành lưới 
điện, cung cấp cho hộ tiêu thụ nhiều thông tin và nhiều phương án hơn về lựa chọn nguồn cung 
cấp. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo (Virtual Power Plants – VPP) trong điều khiển lưới điện 
thông minh là một hướng nghiên cứu mới. VPP sử dụng nguồn năng lượng tái tạo có công suất nhỏ 
và phân tán (Distributed Energy Resources – DER) để tích hợp chúng vào lưới điện thông minh là 
một vấn đề lớn, vì DER có quy mô quá nhỏ so với mạng lưới. Bài báo đã đưa ra được kết quả mô 
phỏng điều khiển lưới điện thông minh theo mô hình VPP là một phương pháp để kết hợp các DER 
vào lưới điện. 
Từ khóa: Nhà máy điện ảo; lưới điện thông minh; năng lượng tái tạo; nguồn công suất 
nhỏ; nguồn phân tán. 
APPLICATION OF VIRTUAL POWER PLANT IN SMART 
GRID CONTROLLING
ABSTRACT
Today, developed countries around the world tend to build Smart Grids for optimal operation 
and replace the traditional power grids gradually. Smart Grids have advantages such as: easy 
connectivity and maximize capacity of power supply, supplying customers with more information 
and more options to chose a power source, which makes them to play a role in optimizing the 
operation of power grids. Application of Virtual Power Plants (VPP) in smart grid controlling is a 
new research orientation. VPP integrate small and scattered capacity renewable energy sources, 
named Distributed Energy Resources (DER), into smart grids. This is a big issue because the DERs’ 
scales are too small compared to the network. This paper presents simulation results of smart grid 
control in the case of virtual power plant model which is a method to integrate DER into the grid.
Key words: Virtual Power Plants; Smart Grid; Renewable Energy; Small Power Sources; 
Distributed Energy Resource. 
* GV. Trường Cao đẳng Công nghiệp Tuy Hoà, tỉnh Phú Yên. 
42
Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät
1. Đặt vấn đề 
Thuật ngữ hệ thống điện thông minh (Smart 
Grid) đã xuất hiện vào năm 1998 và mô hình 
bắt đầu được áp dụng từ năm 2005 tại nhiều 
nước phát triển. Theo [1], đây là sự nâng cấp 
và cập nhật từ hệ thống điện hiện có bằng công 
nghệ đo lường, điều khiển và bảo vệ kỹ thuật 
số với hệ thống truyền thông hiện đại nhằm 
đáp ứng nhu cầu về độ tin cậy, an toàn, chất 
lượng điện, tiết kiệm năng lượng. Hệ thống 
điện thông minh phải có khả năng tự duy trì 
hoạt động trước các sự thay đổi bất thường của 
lưới điện (Bao gồm các hệ thống lưới truyền 
tải siêu cao áp 500 kV, 220 kV, lưới địa phương 
qua đường dây 110 kV và thấp hơn...v.v). Các 
kỹ thuật điều khiển cho lưới điện thông minh 
dựa trên cơ sở trí tuệ nhân tạo đã được phát 
triển và đem lại cho hệ thống điện các tính 
năng nổi trội. Các ưu điểm chính của hệ thống 
điện thông minh là: Dễ dàng kết nối và đảm 
bảo vận hành cho tất cả các nguồn điện với 
các kích cỡ và công nghệ khác nhau, kể cả các 
nguồn năng lượng tái tạo (Renewable Energy 
sources - RES) nói chung và nguồn điện phân 
tán (Distributed Energy Resources – DER) 
nói riêng, làm cho toàn bộ hệ thống vận hành 
hiệu quả hơn. Cho phép các hộ tiệu thụ điện 
chủ động tham gia vào việc vận hành tối ưu hệ 
thống, làm cho thị trường điện cạnh tranh và 
phát triển. Cung cấp cho các hộ dùng điện đầy 
đủ thông tin và các lựa chọn nguồn cung cấp. 
Giảm thách thức về môi trường của hệ thống 
điện một cách đáng kể, nâng cao độ tin cậy, 
chất lượng và an toàn của hệ thống cung cấp 
điện. Duy trì và cải tiến các dịch vụ hiện hành 
một cách hiệu quả. Bài báo ứng dụng mô hình 
điều khiển nhà máy điện ảo (Virtual Power 
Plants – VPP) trong điều khiển lưới điện thông 
minh, đây cũng là một phần trong hệ thống 
điều khiển lưới điện thông minh.
2. Điều khiển hệ thống lưới điện thông 
minh dựa trên mô hình nhà máy điện ảo 
(VPP)]
2.1. Khái niệm và phân loại nhà máy 
điện ảo
Nhà máy điện ảo (VPP) theo [2], là sự kết 
43
Ứng dụng mô hình . . .
hợp của các nguồn phân tán có công suất nhỏ 
như: nhà máy điện gió, điện - nhiệt kết hợp, 
nhà máy điện mặt trời, các thủy điện nhỏ và 
nhà máy điện chạy khí sinh học.v.v. VPP cho 
phép chúng đạt được quy mô tương đương và 
mức độ tin cậy cung cấp điện ổn định như các 
nhà máy điện truyền thống, đồng thời mang lại 
hiệu quả cao về tính kinh tế so với điều khiển 
các nguồn điện độc lập. Hệ thống điều khiển 
lưới điện thông minh đối với các nguồn phân 
tán dựa theo mô hình VPP bao gồm các thành 
phần cơ bản, như hình 1. Theo [3], hiện nay 
mô hình điều khiển nhà máy điện ảo bao gồm 
2 loại, loại VPP thương mại (Commercial, 
CVPP) và VPP kỹ thuật (Technical, TVPP). 
2.2. Các phương pháp điều khiển VPP
Theo [4], điều khiển VPP về cơ bản có 
thể được chia thành ba phương pháp điều 
khiển khác nhau, ở mỗi phương pháp sẽ có 
những cấu trúc và thông tin điều khiển khác 
nhau như:
2.2.1. Phương pháp điều khiển VPP 
tập trung
Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp 
điều khiển này được gọi là điều khiển tập 
trung (Centralized Controlled Virtual Power 
Plant –CCVPP) như hình 2, mô hình điều 
khiển VPP loại này thì yêu cầu các nhà máy 
điện cùng một lúc phải nắm bắt hết các thông 
tin liên quan và thiết lập các chế độ làm việc 
sao cho đáp ứng các nhu cầu khác nhau của 
hệ thống điện. 
2.2.2. Phương pháp điều khiển VPP 
phân cấp
Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp 
điều khiển này được gọi là điều khiển phân 
cấp (Distributed Controlled Virtual Power 
Plant - DCVPP) như hình 3, mô hình điều 
khiển VPP được chia thành một số cấp khác 
nhau. Ở cấp thấp các VPP điều khiển trước 
đối với các khu vực bị hạn chế thông tin về 
DER. So với phương pháp VPP điều khiển tập 
trung thì phương pháp này việc thu thập thông 
tin có hiệu quả cải thiện được những khuyết 
44
Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät
điểm. Sau cùng đến hệ thống điều khiển trung 
tâm hoạt động, quá trình phân cấp sẽ giám sát 
được tổng thể hệ thống và đảm bảo hệ thống 
luôn làm việc liên tục hơn. 
2.2.3. Phương pháp điều khiển VPP phân 
cấp toàn bộ
Nhà máy điện ảo dựa theo phương pháp 
điều khiển này được gọi là điều khiển phân 
cấp toàn bộ (Fully Distributed Controlled 
Virtual Power Plant - FDCVPP) như hình 4, 
3. Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo 
trong điều khiển lưới điện minh
3.1. Khả năng ứng dụng lưới điện thông 
minh tại Việt Nam
Theo [5], ngày 08/11/2012, Phó Thủ tướng 
Hoàng Trung Hải đã ký quyết định số 1670/
QĐ-TTg phê duyệt đề án phát triển lưới điện 
thông minh tại Việt Nam nhằm nâng cao chất 
lượng điện năng, độ tin cậy cung cấp điện; 
góp phần trong công tác quản lý nhu cầu điện, 
khuyến khích sử dụng năng lượng tiết kiệm 
và hiệu quả; tạo điều kiện nâng cao năng suất 
lao động, giảm nhu cầu đầu tư vào phát triển 
nguồn và lưới điện; tăng cường khai thác hợp 
lý các nguồn tài nguyên năng lượng, đảm bảo 
an ninh năng lượng quốc gia, góp phần bảo vệ 
môi trường và phát triển kinh tế - xã hội bền 
vững. (Đề án chia làm 3 giai đoạn thực hiện, 
phương pháp điều khiển này có thể được coi 
là một phần mở rộng của hệ thống phân cấp. 
Hệ thống điều khiển trung tâm dùng để trao 
đổi thông tin dữ liệu thông qua các bộ vi xử 
lý. VPP điều khiển phân cấp toàn bộ sẽ cho ta 
biết được dữ liệu về thị trường điện, dự báo 
thời tiết..v.v, cũng như dữ liệu đăng nhập và 
các thông tin có giá trị khác của hệ thống. So 
với hai phương pháp trên, ở phương pháp này 
hiệu quả mang lại cao hơn.
giai đoạn 1 (2012 – 2016), giai đoạn 2 ( 2017 
– 2022) và giai đoạn 3 sau năm 2022). 
3.2. Ứng dụng mô hình nhà máy điện 
ảo trong điều khiển lưới điện thông minh 
(Smart Grid)
3.2.1. Công nghệ điều khiển lưới điện 
thông minh
Cho đến hiện nay, theo [6] chưa có một 
tác giả hoặc một tổ chức nào khẳng định chắc 
chắn rằng về các công nghệ sẽ được sử dụng 
trong tương lai đối với lưới điện thông minh, 
tuy nhiên chúng ta có thể chỉ ra được các đặc 
tính chính của lưới điện thông minh bao gồm 
các thành phần cơ bản như: việc thu thập dữ 
liệu, phân tích và dự báo, điều khiển giám sát 
và quản lý, phát triển hệ thống cho phép trao 
đổi thông tin hai chiều giữa nhà cung cấp điện 
và khách hàng sử dụng điện, như hình 5.
45
Ứng dụng mô hình . . .
3.2.2. Lưới điện thông minh điều khiển 
theo VPP
Điều khiển các nguồn phân tán (DER) và 
nguồn năng lượng tái tạo (RES) tích hợp vào 
lưới điện thông minh theo mô hình VPP, như 
hình 6. Theo [7], các trạm biến áp thông minh, 
và thiết bị thông minh đã được lắp đặt trong 
hệ thống điện, ở các cấp điện áp khác nhau 
như: điện áp trung bình (MV), điện áp thấp 
(LV). Tuy nhiên chúng ta còn phải nỗ lực hết 
sức để có thể biến một hệ thống điện truyền 
thống như hiện nay thành một hệ thống điện 
thông minh (Smart Grid) thực sự. Bởi vì hệ 
thống không chỉ đơn thuần là các phần cứng 
và phần mềm.
46
Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät
4. Tính toán các thông số và xây dựng 
mô hình, mô phỏng trên Matlab - Simulink
4.1. Thông số của đường dây
Theo [8], điện trở và điện kháng trên các 
đoạn đường dây ở hình 7, được tính như sau:
*. Đoạn đường dây (L
1
) có chiều dài 0.5km. 
Điện trở trên đường dây (R
1
) = 0.356Ω/km x 
0.5km = 0.178Ω; điện kháng trên đường dây 
(X
1
) = 0.3226Ω/km x 0.5km = 0.1613Ω. 
*. Đoạn đường dây (L
2
) có chiều dài 0.4km. 
Điện trở trên đường dây (R
2
) = 0.2426Ω/km x 
0.4km = 0.09704Ω; điện kháng trên đường dây 
(X
2
) = 0.3614Ω/km x 0.4km = 0.14456Ω.
*. Đoạn đường dây (L
3
, L
4
, L
5
) có chiều dài 
0.2km, sử dụng cùng loại dây dẫn và tiết diện 
dây bằng nhau, nên điện trở trên đường dây (R
3
= 
R
4
 = R
5
) = 0.437Ω/km x 0.2km = 0.0874Ω; điện 
kháng trên đường dây (X
3
 = X
4
 = X
5
) = 0.302Ω/
km x 0.2km = 0.0602Ω.
4.2. Điện trở và điện kháng của máy biến áp tính theo đơn vị tương đối (per unit – p.u)
Theo [8], điện trở và điện kháng của máy biến áp (MBA) được tính như sau: 
47
4.3. Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab - Simulink
4.3.1. Xây dựng mô hình trên Matlab – Simulink
Các nguồn phân tán (DER) tích hợp trong lưới điện thông minh và điều khiển theo mô hình 
nhà máy điện ảo, cũng như các thông số tính toán và phương pháp điều khiển đã được phân tích 
ở các mục trên. Việc xây dựng mô hình ứng dụng VPP trong điều khiển lưới điện thông minh 
trên Matlab – Simulink như hình 8, sử dụng 3 nguồn phân tán là các máy phát điện diesel. Hệ 
thống điều khiển trung tâm VPP nhận tín hiệu phản hồi từ các tải, đồng thời đưa tín hiệu điều 
khiển đến các nguồn phân tán. 
Ứng dụng mô hình . . .
4.3.2. Kết quả mô phỏng trên Matlab - Simulink 
48
Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät
Nhận xét: Qua kết quả mô phỏng ta thấy 
tại thời điểm t 0.4s hệ thống làm 
việc không tải. Ở thời điểm [t = 0.1÷0.4s] thực 
hiện đóng tải, các giá trị dòng điện, điện áp và 
công suất luôn làm việc ở trạng thái ổn định. 
 5. Kết luận 
 Ứng dụng mô hình nhà máy điện ảo 
(VPP) trong điều khiển lưới điện thông minh 
đã phát huy được tối đa công suất của các 
nguồn phân tán tích hợp vào lưới, đồng thời 
mang lại hiệu quả cao về tính kinh tế so với 
điều khiển các nguồn độc lâp. Điều khiển lưới 
điện thông minh theo mô hình VPP nhằm 
hướng đến phát triển tối ưu hóa vận hành hệ 
thống điện, thông qua hệ thống cáp quang 
điện thoại và Internet người tiêu dùng có thể 
lựa chọn nguồn cung cấp, kiểm tra chất lượng 
điện năng, lượng điện tiêu thụ và hóa đơn tiền 
điện trực tuyến, thậm chí điều khiển các thiết 
bị dùng điện từ xa. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thị Nguyệt, Hệ thống điện thông minh Smart Grid, Tạp chí tự động hóa 
ngày nay, số 128 (7/2011). 
[2] H.Saboori, M. Mohammadi, R.Taghe, Virtual Power Plant (VPP), Definition, Concept,Components 
and Types,IEEE (2011).
[3] Shi You, Developing Virtual Power Plant for Optimized DER Operation and Integration, Department of 
Electrical Engineering Centre for Electric Technology (CET) Technical University of Denmark (2010). 
[4] Lê Kim Anh, Công nghệ điều khiển nhà máy điện ảo, 
[5]  Quyết định phê duyệt đề án phát triển lưới điện thông minh tại Việt Nam, 
Số: 1670/QĐ-TTg (2012).
[6] 
[7] K. El Bakari, W.L. Kling, Smart Grids: combination of ‘Virtual Power Plant’- concept and ‘smart 
network’- design, IEEE (2010)
[8] Lê Kim Anh, Võ Như Tiến, Xin Ai, Điều khiển các nguồn phân tán theo mô hình nhà máy điện ảo, 
Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại Học Đà Nẵng, số (3), 2013.