TỔNG QUAN về lưới điện SIÊU NHỎ và các NGUỒN NĂNG LƯỢNG tái tạo hệ THỐNG lưới điện SIÊU NHỎ tại PHÒNG THÍ NGHIỆM lưới điện THÔNG MINH

MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ VÀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1 Lưới điện siêu nhỏ 1.2 Điện gió 1.3 Điện mặt trời 1.4 Hệ thống SCADA 1.5 Kết luận chương CHƯƠNG HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH .4 2.1 Cấu trúc phần cứng .4 2.1.1 Hệ thống điện gió DFIG 2.1.2 Hệ thống điện mặt trời 2.1.3 Nguồn điện lưới .8 2.1.4 Phụ tải điện 2.2 Cấu trúc mạng truyền thông 2.2.1 Ethernet 2.2.2 Profibus 2.2.3 USB .8 2.3 Phần mềm thiết kế SCADA Designer 2.3.1 Giao diện chương trình 2.3.2 Các bước thiết lập chương trình .8 2.4 Kết luận chương CHƯƠNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG MINISCADA CHO LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ CĨ TÍCH HỢP ĐIỆN GIĨ, ĐIỆN MẶT TRỜI .9 3.1 Cấu trúc lưới điện siêu nhỏ có tích hợp điện gió, điện mặt trời 3.2 Xây dựng thuật tốn chương trình MiniSCADA 3.3 Thiết lập đặc tính 3.3.1 Đặc tính cường độ xạ mặt trời 3.3.2 Đặc tính thay đổi tốc độ gió 3.3.3 Đặc tính tải tĩnh .9 3.3.4 Đặc tính tải động 3.4 Các kết thực nghiệm 3.4.1 Kết giám sát 3.4.2 Kết sóng hài 3.4.3 Kết logging .9 3.5 Kết luận chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .10 TÀI LIỆU THAM KHẢO .11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ VÀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1 Lưới điện siêu nhỏ Lưới điện siêu nhỏ nhóm nguồn phụ tải điện phân cấp hoạt động thường kết nối đồng với lưới điện đồng diện rộng truyền thống (macrogrid), ngắt kết nối sang "chế độ đảo" - hoạt động tự chủ theo điều kiện kinh tế vật lý quy định.  Lưới điện nhỏ thông minh (SMG) mạng lưới phân phối điện thông minh quản lý thành phần kỹ thuật khác hệ thống lưới điện mini Thường kết hợp với việc phát điện , lưới điện mini thông minh hoạt động cách sử dụng điều khiển thông minh kỹ thuật điều khiển tiên tiến, chứa nhiều nguồn lượng khác nhau, lưu trữ phân phối lượng. Lưới điện mini thông minh dựa một hệ thống quản lý cho phép đo lường, giám sát điều khiển tải điện kết hợp với tự động hóa phép vận hành từ xa, đo lường thông minh, giảm tải tối ưu hóa hiệu suất Một thành phần quan trọng khác khả tự phục hồi, khả lưới điện mini thông minh phát hiện, phản hồi tự phục hồi trường hợp có cố thay đổi hệ thống Một mạng lưới điện thông minh cho phép quản lý lượng cung cấp dự trữ hoạt động thông qua việc điều khiển tập trung hệ thống lưu trữ phân tán Cùng nhau, chúng tạo thành "đơn vị lưu trữ ảo" với dung lượng công suất lưu trữ cao Tùy thuộc vào điều kiện mức sạc hệ số khác có thể, nhiên, hệ thống lưu trữ điều khiển riêng lẻ Với trợ giúp SCADA, điều khiển (từ xa) hệ thống lưu trữ CO3208-2L thực nghiên cứu 1.2 Điện gió Khai thác, sản xuất tiêu thụ lượng có nguồn gốc hóa thạch (dầu mỏ, than đá…) các nguyên nhân làm tăng lượng khí nhà kính dẫn đến biến đổi khí hậu mối nguy tồn cầu, nhưng nhu cầu lượng lại ngày tăng nhanh Trong đó, nguồn lượng hóa thạch đang cạn dần có tác động mạnh đến mơi trường, nguồn thủy điện nhạy cảm với hệ sinh thái thiên tai lũ lụt động đất Năng lượng hạt nhân có nhiều nguy an toàn thiếu biện pháp dài hạn cho chất thải hạt nhân Nằm khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có thuận lợi để phát triển lượng gió So sánh tốc độ gió trung bình vùng biển Đơng Việt Nam vùng biển lân cận cho thấy gió biển Đơng mạnh thay đổi nhiều theo mùa Theo Ngân hàng Thế giới, Việt Nam có tiềm gió lớn với tổng tiềm điện gió Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, 10 lần tổng công suất dự báo ngành điện vào năm 2020 Tất nhiên, để chuyển từ tiềm lý thuyết thành tiềm khai thác, đến tiềm kỹ thuật, cuối cùng, thành tiềm kinh tế câu chuyện dài; điều không ngăn cản việc xem xét cách thấu đáo tiềm to lớn lượng gió Việt Nam Vì thế, cơng nghệ lượng nước tiên tiến hiện nay chuyển dần sang nguồn tái tạo mặt trời, gió, khí sinh học, sóng thủy triều Trong đó, khai thác điện từ gió mặt trời cơng nghệ lượng tái tạo phát triển nhanh Khai thác lượng từ gió dường khả thi đáng tin cậy nhiều nước với tỷ lệ phát triển hàng năm khoảng 25-30% Cơng nghiệp điện gió với tốc độ đầu tư phát triển cơng nghệ có thể cung cấp tới 12% nhu cầu điện toàn cầu vào năm 2050. Hơn nữa, điện gió đóng góp lớn cho giảm thiểu khí nhà kính, dự báo làm giảm 0.5 tỷ CO2 (9.2%) vào năm 2020 làm giảm 3 tỷ CO2 (7.8%) vào năm 2050 Hệ thống điện gió tạo thành từ tuabin gió gắn tháp để cung cấp khả tiếp cận tốt với gió mạnh hơn. Ngồi tuabin tháp, hệ thống điện gió nhỏ yêu cầu phận cân hệ thống Ưu nhược điểm điện gió:  1.2.1 Ưu điểm: - Năng lượng gió nguồn lượng tái tạo, than đá gỗ nguồn lượng tái tạo Có điều chắn rằng, lượng gió ln ln tồn Nếu có nỗ lực lớn để đưa lượng gió vào khai thác, làm giảm việc sử dụng nguồn tái tạo được, mà việc khai thác nguồn lượng gây ảnh hưởng xấu đến hệ mai sau - Sự nóng lên cảu toàn cầu thách thức lớn toàn nhân loại Theo báo cáo công bố vấn đề này, yêu cầu cấp thiết phải giảm phát thải chất ô nhiễm bầu khí Trái đất Năng lượng gió lựa chọn thay tuyệt vời cho nhu cầu lượng chúng ta, khơng gây ô nhiễm diện rộng nhiên liệu hóa thạch - Có thể phải khai phá vùng đất lớn để xây dựng nhà máy điện Nhưng với nhà máy điện sử dụng lượng gió, bạn cần diện tích nhỏ để xây dựng Sau lắp đặt tua bin, khu vực sử dụng cho canh tác hoạt động nông nghiệp khác - Một lợi lớn lượng gió so với nguồn lượng tái tạo khác hiệu mặt chi phí Khơng có chi phí liên quan đến việc mua, vận chuyển nhiên liệu vào tua bin gió, nhà máy điện hoạt động than Thêm vào đó, với tiến cơng nghệ, lượng gió trở nên rẻ hơn, làm giảm lượng vốn mà nước phải bỏ để đáp ứng nhu cầu lượng - Các nước phát triển thiếu sở hạ tầng cần thiết để xây dựng nhà máy điện, hưởng lợi từ nguồn lượng Chi phí lắp đặt tuabin gió thấp so với nhà máy điện than, quốc gia khơng có nhiều kinh phí, lựa chọn sử dụng phương án với hiệu chi phí cao mà đáp ứng nhu cầu lượng 1.2.2 Nhược điểm: - Nhược điểm lớn lượng gió khơng liên tục Điện sản xuất cung cấp đầy đủ gió đủ mạnh, có thời điểm gió tạm lắng, việc sản xuất điện lượng gió khơng thể Những nỗ lực thực lưu trữ lượng gió thành cơng sử dụng kết hợp với dạng lượng khác, nhiên, để nguồn lượng trở thành nguồn lượng tương lai gần, nỗ lực cần phải nhanh chóng rộng rãi - Do tính chất khơng liên tục lượng gió, cần phải lưu trữ phải sử dụng thêm nguồn lượng thơng thường Tuy nhiên, việc lưu trữ tốn nhiều chi phí quốc gia phải sử dụng nhà máy nhiên liệu hóa thạch để đáp ứng nhu cầu lượng - Có báo cáo trước nguy hiểm mà cối xay gió đặt với loài chim Do chiều cao đáng kể cối xay gió nên thường gây va chạm với loài chim bay, số lượng lớn lồi chim chết lý - Lắp đặt cối xay gió phải đối mặt với phản đối gay gắt từ người sống khu vực lân cận, nơi mà nhà máy điện gió dự kiến xây dựng Các yếu tố tốc độ gió tần số đưa vào để tính tốn trước lựa chọn nơi để lắp đặt cối xay gió người dân địa phương kiên phản đối kế hoạch Một lý gây phản đối họ cối xay gió gây nhiễm tiếng ồn Ngồi ra, số ý kiến cho tua-bin gió làm ảnh hưởng xấu đến thẩm mỹ thành phố ngành công nghiệp du lịch khu vực họ 1.3 Điện mặt trời Với vị trí địa lý Việt Nam nằm giới hạn xích đạo chí tuyến Bắc, thuộc vùng nội chí tuyến có ánh nắng mặt trời chiếu sáng quanh năm, khu vực Nam Bộ Với tổng số nắng năm dao động khoảng 1.400-3.000 giờ, tổng lượng xạ trung bình năm vào khoảng 230-250 lcal/cm2/ngày tăng dần từ Bắc vào Nam Tuy nhiên việc khai thác sử dụng nguồn lượng hạn chế Trong tương lai mà khai thác nguồn lượng khác đến mức tới hạn nguồn lượng mặt trời tiềm lớn.[2] Điện lượng mặt trời ngày sử dụng nhiều hộ gia đình, nhà máy, tịa nhà văn phịng…Theo nhiều khảo sát, Việt Nam nước có cường độ xạ mặt trời cao, phù hợp để lắp đặt hệ thống Pin mặt trời Nhiều chuyên gia cho rằng, hệ thống pin lượng mặt trời đạt hiệu suất tối ưu lắp đặt Việt nam Hệ thống điện mặt trời giải pháp tiết kiệm điện hiệu hoàn toàn miễn phí -Hịa lưới điện mặt trời: Loại hình này, hệ thống điện lượng mặt trời không trộn với lưới điện Dù kết nối lưới điện, nguyên lý tự động tắt điện từ pin không đủ dùng chuyển sang dùng lưới điện quốc gia Về nguyên tắc hệ thống ưu tiên sử dụng điện mặt trời lấy điện từ hệ thống lưu trữ Khi điện từ Pin mặt trời khơng đủ, lấy thêm điện từ bình lưu trữ Nếu hệ thống pin bình lưu trữ khơng đủ, chuyển sang dùng lưới điện -Ưu nhược điểm việt hòa lưới điện mặt trời: + Không sử dụng hệ thống lưu trữ ắc quy phí đầu tư bảo dưỡng thấp Hệ thống, thao tác vận hành đơn giản, dễ dàng nâng cấp mở rộng hệ thống + Tuổi thọ hệ thống pin lượng mặt trời cao 50 năm, bảo hành hiệu suất pin 25 năm + Nhược điểm hệ thống tự động ngưng hoạt động trường hợp điện để đảm bảo an toàn cho lưới điện người sử dụng 1.2 Hệ thống SCADA SCADA từ viết tắt cho supervisory control and data acquisition (SCADA) quy trình kỹ thuật theo thời gian thực Trong kỹ thuật điện SCADA triển khai cho loạt hoạt động từ máy phát điện, truyền tải bảo vệ đường dây đến việc sử dụng điện SCADA cho phép người sử dụng: theo dõi nhập liệu phần quy trình kỹ thuật hiển thị giá trị theo thời gian thực,điều chỉnh tín hiệu điều khiển trình, trình điều khiển tự động,ghi lại nhiều giá trị đo cho phép lập kế hoạch tương lai tối ưu hóa kinh tế Hệ thống điều khiển từ xa mạng truy cập cục (LAN) Lab kỹ thuật hệ thống điện SCADA chương trình phần mềm thiết kế để điều khiển giám sát hệ thống kỹ thuật điện Phần mềm cung cấp hiển thị thời gian thực tất giá trị đo trạng thái hoạt động thiết bị đo hệ thống Các thông số tín hiệu quan trọng kiểm sốt phần mềm Bằng phương tiện trình ghi liệu, giá trị trạng thái hoạt động thiết bị chọn, lưu, hiển thị đánh giá theo thời gian xuất 1.3 Kết luận chương CHƯƠNG HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM LƯỚI ĐIỆN THƠNG MINH 2.1 Cấu trúc phần cứng CHƯƠNG 2.1.1 Hệ thống điện gió DFIG Hệ thống thí nghiệm máy phát điện gió DFIG phịng thí nghiệm (PTN) Lưới điện thơng minh (LĐTM) thuộc Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn mơ hình nhà máy điện gió dựa sở máy phát điện không đồng nguồn kép DFIG Nó máy điện khơng đồng rotor dây quấn cấp nguồn điện xoay chiều thơng qua stator rotor Nó có khả điều chỉnh độc lập công suất phản kháng công suất tác dụng, điều chỉnh giá trị điện áp tần số phát Trong ngành công nghiệp điện, DFIG chủ yếu sử dụng làm máy phát cho hệ thống tuabin gió DFIG có cấu tạo giống máy điện không đồng rotor dây quấn với cuộn dây stator nối với lưới thông qua máy biến áp ba pha cuộn dây rotor nối với biến đổi điện tử công suất AC/DC/AC thông qua vành trượt chổi than Hình Máy biến áp IDFIG DC-chopper IGRID UGRID Q Turbine RB Gió IMSC RB ILSC LSC MSC UDC DFIG Bộ khởi tạo sụt áp ngắn hạn Control Điều khiển góc pitch Bộ chuyển đổi AC/DC/AC Q Bộ tải điện trở (Crowbar) Hình 2.1: Sơ đồ ngun lý hệ thống thí nghiệm DFIG a) Bộ băm DC (DC-Chopper) Nguồn lưới E/% 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 t/min Thiết bị phịng thí nghiệm khơng thể hoạt động suốt 24h chương trình mơ mơ 24 phút tương ứng phút Từ đến lúc cường ddooj xạ khơng có Và khoảng thời gian từ đến 18h có nắng nên độ thị xạ có dạng bậc thang Từ 11 đến 13 xạ mặt trời cực đại thời gian cơng suất phát gần tối đa Thiết lập Logger Intruments Các hình sau đồ thị U,P ứng với đặc tính cường độ xạ mặt trời v/(m/s) 2.3.2 Đặc tính thay đổi tốc độ gió 15 14 13 12 11 10 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720 780 840 900 96010201080114012001260132013801440 t/s Điều kiện thí nghiệm khơng cho phép vận hành mơ đun điện gió thời gian dài, điều làm cho động sơ cấp nóng lên ảnh hưởng đến thiết bị Vì vậy, thí nghiệm vận hành 24 phút, với phút tương ứng với Thiết lập vận hành cách vào Control Center chọn POWER CHAR, DRIVE Bắt đầu tăng tốc độ gió lên vận tốc rotor đạt 1000 đến 1400 vịng/phút, chọn DFIG Điện gió bắt đầu tự động hịa vào lưới Đồ thị biểu diễn đường đặc tính gió, thay đổi theo thời gian 2.3.3 Đặc tính tải tĩnh Tải trở : Ba lưu biến hình trịn điều chỉnh đồng bộ với tỷ lệ 100 - 0%, có cầu chì kết nối tiếp điểm trượt Tải cảm Tải dung 2.3.4 Đặc tính tải động Động không đồng pha roto lồng sóc thí nghiệm lưới điện thơng minh, trường đại học Quy Nhơn Động có thơng sơ sau: Điện áp địn mức: 690 / 400V Tần số: 50Hz Dòng điện định mức: 1.2A / 2.1A Tốc độ : 2900rpm Công suất: 1kW cos phi: 0,83 Kích thước: 380 x 220 x 250mm (WxHxD) Cân nặng: 13kg 2.3.5 Cách thiết lập giao diện 3.3.5.1 Cách thiết lập giao diện logging Thiết lập giao diện logging mạch 2.4 Các kết thực nghiệm Kết đồ thị véc tơ dòng điện điện áp mạch nguồn lưới Cảnh báo lỗi thao tác nhầm mạch máy cắt dao cách ly Giao diện mạch nguồn cấp điện cho phụ tải tĩnh Đồ thị véc tơ dòng điện điện áp tải 2.4.1 Kết giám sát 2.4.2 Kết sóng hài 2.4.3 Kết logging Biểu đồ logging mạch phụ tải tĩnh Kết file *txt logging thông số mạch tải 2.5 Kết luận chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ TÀI LIỆU THAM KHẢO ... CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ VÀ CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1 Lưới điện siêu nhỏ Lưới điện siêu nhỏ nhóm nguồn phụ tải điện phân cấp hoạt động thường kết nối đồng với lưới điện đồng... CHƯƠNG HỆ THỐNG LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ TẠI PHỊNG THÍ NGHIỆM LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH 2.1 Cấu trúc phần cứng CHƯƠNG 2.1.1 Hệ thống điện gió DFIG Hệ thống thí nghiệm máy phát điện gió DFIG phịng thí nghiệm. .. KẾ HỆ THỐNG MINISCADA CHO LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ CĨ TÍCH HỢP ĐIỆN GIĨ, ĐIỆN MẶT TRỜI 2.1 Cấu trúc lưới điện siêu nhỏ có tích hợp điện gió, điện mặt trời Trong thí nghiệm này, cấu hình mạng cho Lưới