Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới

Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn đã đề xuất giải pháp để đánh giá nâng cao ổn định hệ thống điện có tích hợp lương mặt trời Ninh Thuận dùng thiết bị bù tĩnh SVC mô phỏng bằng phần mềm Matlab Để nâng cao độ ổn định động hệ thống thiết bị bù SVC đề xuất kết nối vào chung nối với hệ thống pin lượng mặt trời nhằm giảm dao động hệ thống Kết nghiên cứu luận văn có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành Điện ứng dụng tính toán thiết kế lắp đặt hệ thống pin mặt trời nghiên cứu nâng cao khả điều khiển ổn định hệ thống lưới điện có tích hợp lượng mặt trời v ABSTRACT The thesis has proposed the solution to improve the stability of the power system integrated with solar energy in Ninh Thuan province using static compensation SVC and simulated by Matlab software To improve the dynamic stability of the system, a proposed SVC will be connected to the common bus connected to the solar system to reduce system oscillations Research results of the thesis can be used as a reference for PhD students and graduate students in Electrical field in the application of calculation and installation of solar battery systems or research to improve control ability stabilize the grid system with integrated solar energy vi MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM TẠ iv TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ v ABSTRACT vi CÁC TỪ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH HÌNH xii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu: 1.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học thực tiễn của đề tài .3 1.3 Xác định mục đích nghiên cứu, khách thể đối tượng nghiên cứu 1.4 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn của đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kế hoạch thực Chương ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Các khái niệm bản .6 2.1.1 Hệ thống điện (HTĐ) chế độ của HTĐ 2.1.1.1 Hệ thống điện (HTĐ) 2.1.1.2 Chế độ của HTĐ 2.1.1.3 Yêu cầu các chế độ của HTĐ 2.1.2 Khái niệm ổn định HTĐ .8 2.1.2.1 Cân công suất .8 2.1.2.2 Khái niệm ổn định HTTĐ 10 2.1.3 Phân loại ổn định HTĐ 11 vii 2.1.3.1 Ổn định tĩnh 11 2.1.3.2 Ổn định động 12 2.2 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh 12 2.2.1 Tiêu chuẩn lượng .12 2.2.2 Phương pháp dao động bé 14 2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định động 15 2.3.1 Phương pháp diện tích 15 2.3.2 Tiêu chuẩn cân diện tích 21 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định động 25 Chương 27 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ THIẾT BỊ BÙ SCV 27 3.1 Pin mặt trời 27 3.1.1 Giới thiệu pin mặt trời 27 3.1.2 Đặc tính làm việc của pin mặt trời 28 3.1.3 Tấm lượng mặt trời 31 3.1.4 Cách ghép nối pin lượng mặt trời 32 3.1.5 Hệ quang điện làm việc với lưới 34 3.1.6 Các biến đổi hệ PV 35 3.2 Thiết bị bù tĩnh SVC .36 3.2.1 Nguyên tắc hoạt động .36 3.2.2 Mô hình SVC .37 Chương 39 MƠ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH NINH THUẬN TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG PHẦN MỀM MATLAB .39 4.1 Hiện trạng lưới điện của tỉnh Ninh Thuận 39 4.1.1 Thống kê lưới điện trạng 39 viii 4.1.2 Tình hình vận hành hệ thống điện 40 4.2 Kết nối hệ thống pin mặt trời vào lưới điện 110KV Ninh Thuận .43 4.3 Đánh giá độ ổn định của hệ thống điện .45 4.3.1 Khi xạ thay đổi 45 4.3.2 Khi hệ cố xảy hệ thống 49 Chương 54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .54 5.1 Kết luận 54 5.2 Hướng phát triển 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 ix CÁC TỪ VIẾT TẮT HTĐ: Electric power system – Hệ thống điện VSC: Voltage SourceConverter - Bộ chuyển đổi nguồn áp PMSG: Permanent-Magnet Synchronous Generator - Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu NLMT: Solar – Năng lượng mặt trời PSS: Power system stability - Độ ổn định hệ thống điện IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers–Viện kỹ sư Điện Điện tử DC-link: Direct Current link - Liên kết DC AC-Link: Alternating Current link - Liên kết AC UPFC: Unified Power Flow Controller - Bộ điều khiển dịng cơng suất hợp IPFC: Interline Power Flow Controller - Bộ điều khiển dịng cơng suất liên đường dây DC: Direct Current – Dòng điện chiều AC: Alternating Current – Dòng điện xoay chiều R: Resitance – Điện Trở I: Current – Dòng điện V: Voltage - Điện áp P: Power - Công suất tác dụng Q: Reactive power – Công suất phẩn kháng T: Moment – Mô men L: Reactor – Cuộn kháng C: Capacitor – Tụ điện TL: Transmition Line – Đường dây tải điện ω: Omega – Vận tốc góc Vs: Voltage sending end – Điện áp điểm đầu x Vr: Voltage receiving end – Điện áp điểm cuối xi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống điện đơn giản sơ đồ tương đương…………………… .12 Hình 2.2: Miền làm việc ởn định hệ thống điện đơn giản (đậm)…………… 13 Hình 2.3: Mơ hình máy phát nối với vô lớn .15 Hình 2.4: Biểu diễn hệ thống bằng mơ hình máy phát cở điển .15 Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống sơ đồ thay ngắn mạch 17 Hình 2.6: Đồ thị đặc tính công suất 18 Hình 2.7: Sơ đồ tương đương hệ thống sau cắt ngắn mạch 18 Hình 2.8: Mối quan hệ góc – công suất 19 Hình 2.9: Đáp ứng đối với thay đổi công suất .20 Hình 2.10: Sự cố ngắn mạch xảy F (a) mạch tương đương (b)……… .23 Hình 2.11: Minh họa hiện tượng ổn định động .24 Hình 3.1: Đường đặt tính làm việc U – I pin mặt trời 28 Hình 3.2: Sơ đồ tương đương pin mặt trời 29 Hình 3.3: Sự phụ thuộc đặc trưng VA pin mặt trời vào cường độ bức xạ Mặt trời 30 Hình 3.4: Sự phụ thuộc đường đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ pin 30 Hình 3.5: Đường đặc tính tải đặc tính pin mặt trời 31 Hình 3.6:Ghép nối tiếp hai mơđun pin mặt trời (a)và đường đặc trưng VA môđun hệ (b) 32 Hình 3.7: Ghép song song hai môđun pin mặt trời (a)và đường đặc trưng VA môđun hệ (b) 34 Hình 3.8: Sơ đồ khối SCV ………… ……… .38 Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển SCV ……………………………………… 38 Hình 4.1: Sơ đồ lưới điện tỉnh Ninh Thuận…………………………………… .41 xii Hình 4.2: Sơ đồ nối điện chính nhà máy điện mặt trời BIM ……………… .42 Hình 4.3: Sơ đồ đơn tuyến tỉnh Ninh Thuận 110KV nối vào hệ thống pin lượng mặt trời kết hợp SVC mô phỏng .……….……………… … … 43 Hình 4.4: Sơ đồ lưới điện Ninh Thuận mô phỏng bằng phần mềm Matlab … .44 Hình 4.5: Bức xạ mặt trời thay đởi …………………………………… .45 Hình 4.6: Dịng điện điện áp hệ thống điện mặt trời ………………… .47 Hình 4.7: Điện áp bus hệ thống ……………………………… 49 Hình 4.8: Dòng điện hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b) ………………………………… .50 Hình 4.9: Điện áp hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b)……………………………………… ………………… 51 Hình 5.0: Kết mơ phỏng cố ngắn mạch xảy hệ thống trường hợp không có SVC (đường xanh dương) có SVC (đường đỏ)……… … 53 xiii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu: Nhu cầu về lượng người thời đại khoa học kỹ thuật phát triển ngày tăng Trong đó nguồn lượng dự trữ than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên…đều có hạn, khiến cho nhân loại đứng trước nguy thiếu hụt Việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng mới lượng gió, lượng mặt trời, lượng địa nhiệt…là hướng quan trọng để phát triển nguồn lượng đó, vấn đề lượng mặt trời vấn đề trọng tâm chương trình lượng mới Mục tiêu chương trình nghiên cứu lượng mặt trời tiến tới phổ cập việc ứng dụng thiết bị lượng mặt trời nền kinh tế quốc dân cách hiệu Hướng đến sử dụng lượng để giảm thiểu ô nhiễm môi trường lượng mặt trời có sẵn, siêu sạch, miễn phí thân thiện với mơi trường Tích hợp nguồn lượng mặt trời hòa với lưới điện xu hướng phát triển hiện quốc gia giới nhằm khai thác triệt để nguồn lượng sạch, giảm thiểu môi trường phá hủy môi trường sinh thái Tuy nhiên, hệ thống tích hợp thường được áp dụng hệ thống nhỏ, công suất vài chục mvar [1-4] Ngày nay, với phát triển vượt bậc khoa học công nghệ, hệ thống tích hợp đã được triển khai ứng dụng có công suất lớn, khoảng vài trăm mvar [5-6] Hơn nữa, việc hòa lưới kết hợp với nguồn năng lượng có công suất lớn từ nhà máy thủy điện, nhiệt điện xu hướng tất yếu Trong [7-8], năng lượng gió, lượng mặt trời tích hợp với máy phát điện phân tán đã được nghiên cứu phần khẳng định được tính thiết thực xu hướng Với hệ thống phát điện tích hợp này, việc thiết kế điều khiển nhằm giảm dao động nâng cao độ ởn định hệ thống đóng vai trị quan trọng Vì dao động có thể xuất phát từ thay đổi liên tục, ngẫu nhiên tốc độ gió, từ thay đổi cường độ ánh sáng mặt trời hay từ nhiễu tác động trực tiếp lên máy phát điện Trong đó, a b Dòng điện hệ thống điện mặt trời giây Dòng điện hệ thống điện mặt trời 0,05 giây 46 c d Điện áp hệ thống điện mặt trời giây Điện áp hệ thống điện mặt trời 0,5 giây Hình 4.6 Dịng điện điện áp hệ thống điện mặt trời 47 a Điện áp bus Ninh Sơn b Điện áp bus Thuận Bắc 48 c Điện áp bus Ninh Phước Hình 4.7 Điện áp bus hệ thống 4.3.2 Khi có cố xãy hệ thống Trong trường hợp ta xét đến khả ổn định hệ thống điện mặt trời nối lưới có cố ngắn mạch xảy bus số 16 thời gian chu kỳ với bức xạ mặt trời hằng số mức 750 W/m2 hình 4.7 Các kết dòng điện điện áp pha hệ thống điện mặt trời trình bày hình 4.8 Từ đáp ứng ta có thể thấy rõ dao động hệ thống thời gian ngắn mạch Tuy nhiên hết ngắn mạch hệ thống ổn định với giá trị ban đầu Phần này, đáp ứng hệ thống so sánh trường hợp có khơng có SVC, ta thấy rằng dao động hệ thống trường hợp có SVC cải thiện đáng kể so với trường hợp SVC 49 Hình 4.8a Hình 4.8b Hình 4.8 Dịng điện hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b) 50 Hình 4.9a Hình 4.9b Hình 4.9 Điện áp hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b) Các giá trị biên độ điện áp vài bus tiêu biểu trình bày hình 4.9 bao gồm bus Ninh Sơn, Thuận Bắc Ninh Phước Từ đáp ứng điện áp ta có thể thấy độ sụt điện áp bus xa vị trí cố biên độ giao động giảm 51 Từ kết mơ phỏng ta có thể thấy rằng nối lưới điện mặt trời công suất lớn vào hệ thống kết hợp thiết bị SVC góp phần làm giảm dao động điện áp cho hệ thống tăng tính ởn định a Điện áp bus Ninh Sơn b Điện áp bus Thuận Bắc 52 c Điện áp bus Ninh Phước Hình 5.0 Kết mô phỏng cố ngắn mạch xảy hệ thống trường hợp không có SVC (đường xanh dương) có SVC (đường đỏ) 53 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau thời gian tìm tịi, học hỏi nghiên cứu, vận dụng kiến thức chuyên ngành tìm hiểu kiến thức bên cũng dự án lượng mặt trời tương tự luận văn đã hoàn thành Tác giả đã đề xuất giải pháp nâng cao hiệu về khả ổn định công suất hệ thống điện mặt trời nối với lưới Trong đó bao gồm tổng quan về lượng mặt trời,tìm hiểu hệ thống điện lượng mặt trời, mô phỏng bằng phần mềm Matlab, đánh giá khả ổn định hệ thống điện huyện Ninh Phước, Tỉnh Ninh Thuận phát lên lưới điện Quốc gia 5.2 Hướng phát triển Dựa kết mô phỏng đã có, nội dung nghiên cứu có thể phát triển theo hướng sau: Nghiên cứu ứng dụng mô hình thật với quy mơ phịng thí nghiệm để đánh giá thực tế khả ổn định hệ thống lượng mặt trời Tìm giải pháp cải tiến tốt việc nâng cao khả điều khiển nghịch lưu hệ thống điện mặt trời có tính điều khiển ởn định điện áp cho hệ thống 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].K Wang, F Ciucu, C Lin and S H Low, “A stochastic power network calculus for integrating renewable energy sources into the power grid,” IEEE Trans Elected Areas In Communications, vol 30, no 6, pp 1037-1047, Jul 2012 [2].S Bae and A Kwasinski, “Dynamic modeling and operation strategy for a microgrid with wind and photovoltaic resources,” IEEE Trans Smart Grid, vol PP, no 99, 2012 [3].T Hirose and H Matsuo, “Standalone hybrid wind-solar power generation system applying dump power control without dump load,” IEEE Trans Industrial Electronics, vol 59, no 2, pp 988-997, Feb 2012 [4].H Ghoddami, M B Delghavi, and A Yazdani, “An integrated windphotovoltaic- battery system with reduced power-electronic interface and fast control for grid-tied and off-grid applications,” Renewable Energy, vol 45, pp 128-137, Sept 2012 [5].H Lund, “Large-scale integration of optimal combinations of PV, wind and wave power into the electricity supply,” Renewable Energy, 2006, vol 31, no 4, pp 503- 515, Apr 2006 [6].D A Halamay, T K A Brekken, A Simmons, and S.McArthur, “Reserve requirement impacts of large-scale integration of wind, solar, and ocean wave power generation,”IEEE Trans.Sustainable Energy, vol 2, no 3, pp 321-328, Jul 2011 [7].S Sarkar and V Ajjarapu, “MW resource assessment model for a hybrid energy conversion system with wind and solar resources,” IEEE Trans Sustainable Energy, vol 2, no 4, pp 383-391, Oct 2010 55 [8].L A de Souza Ribeiro, O R Saavedra, S L de Lima, and J Gomes de Matos, “Isolated micro-grids with renewable hybrid generation: the case of Lenỗúis island, IEEE Trans Sustainable Energy, vol 2, no 1, pp 1-11, Jan 2011.
 [9].L Wang, K.-H Wang, W.-J Lee, and Z Chen, “Power-flow control and stability enhancement of four parallel-operated offshore wind farms using a linecommutated HVDC link,” IEEE Trans Power Delivery, vol 25, no 2, pp 11901202, Apr 2010 [10] Hoàng Dương Hùng, Mai Vinh Hịa, Đồn Ngọc Hùng Anh, “Nghiên cứu hệ thống tích trữ lượng nhiệt mặt trời”, Tạp Chí Khoa Học Và Cơng Nghệ, Đại Học Đà Nẵng - Số 1(36).2010 [11] Tạ Văn Đa, "Đánh giá tài nguyên khả khai thác lượng gió lãnh thổ Việt Nam", Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Bộ Hà Nội, 10-2006 [12.]Phan Mỹ Tiên, “Phân bố tiềm năng lượng gió lãnh thổ Việt Nam”, Luận án PTS Khoa học Địa lý - Địa chất Hà Nội, 1994 [2].S Bae and A Kwasinski, “Dynamic modeling and operation strategy for a microgrid with wind and photovoltaic resources,” IEEE Trans Smart Grid, vol PP, no 99, 2012 [3].T Hirose and H Matsuo, “Standalone hybrid wind-solar power generation system applying dump power control without dump load,” IEEE Trans Industrial Electronics, vol 59, no 2, pp 988-997, Feb 2012 [4].H Ghoddami, M B Delghavi, and A Yazdani, “An integrated windphotovoltaic- battery system with reduced power-electronic interface and fast control for grid-tied and off-grid applications,” Renewable Energy, vol 45, pp 56 128-137, Sept 2012 [5].H Lund, “Large-scale integration of optimal combinations of PV, wind and wave power into the electricity supply,” Renewable Energy, 2006, vol 31, no 4, pp 503- 515, Apr 2006 [6].D A Halamay, T K A Brekken, A Simmons, and S.McArthur, “Reserve requirement impacts of large-scale integration of wind, solar, and ocean wave power generation,”IEEE Trans.Sustainable Energy, vol 2, no 3, pp 321-328, Jul 2011 [7].S Sarkar and V Ajjarapu, “MW resource assessment model for a hybrid energy conversion system with wind and solar resources,” IEEE Trans Sustainable Energy, vol 2, no 4, pp 383-391, Oct 2010 [8].L A de Souza Ribeiro, O R Saavedra, S L de Lima, and J Gomes de Matos, “Isolated micro-grids with renewable hybrid generation: the case of Lenỗúis island, IEEE Trans Sustainable Energy, vol 2, no 1, pp 1-11, Jan 2011.
 [9].L Wang, K.-H Wang, W.-J Lee, and Z Chen, “Power-flow control and stability enhancement of four parallel-operated offshore wind farms using a linecommutated HVDC link,” IEEE Trans Power Delivery, vol 25, no 2, pp 11901202, Apr 2010 [10] Hồng Dương Hùng, Mai Vinh Hịa, Đồn Ngọc Hùng Anh, “Nghiên cứu hệ thống tích trữ lượng nhiệt mặt trời”, Tạp Chí Khoa Học Và Cơng Nghệ, Đại Học Đà Nẵng - Số 1(36).2010 [11] Tạ Văn Đa, "Đánh giá tài nguyên khả khai thác lượng gió lãnh thổ Việt Nam", Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Bộ Hà Nội, 10-2006 [12 ] Phan Mỹ Tiên, “Phân bố tiềm năng lượng gió lãnh thổ Việt Nam”, 57 Luận án PTS Khoa học Địa lý - Địa chất Hà Nội, 1994 [13] J B Ekanayake and M Jenkins, “A three-level advanced static VAr compensator”, IEEE Trans Power Del., vol 11, no 1, pp 540–545, Jan 1996 [14] H Fujita, S Tominaga, and H Akagi, “Analysis and design of a DC voltage- controlled static VAr compensator using quad-series voltage-source inverters,” IEEE Trans Ind Appl., vol 32, no 4, pp 970–978, Jul./Aug 1996 58 58 ... giá nâng cao ởn định hệ thống điện Ninh Tḥn có tích hợp lượng mặt trời 1.6 Kế hoạch thực Chương 1: Tổng quan Chương 2: Ổn định hệ thống điện Chương 3: Mơ hình tốn học hệ thống pin lượng. .. Mô phỏng hệ thống điện Ninh Thuận tích hợp lượng mặt trời nối lưới có kết hợp thiết bị FACT bằng phần mềm Matlab Nâng ổn định hệ thống điện Ninh Tḥn có tích hợp lượng hịa lưới... 39 MÔ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH NINH THUẬN TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG PHẦN MỀM MATLAB .39 4.1 Hiện trạng lưới điện của tỉnh Ninh Thuận 39 4.1.1 Thống kê lưới điện trạng