Đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió

Đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió Đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió Đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió

MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý chọn đề tài tính cấp thiết đề tài 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Đóng góp điểm luận văn 1.6 Nội dung luận văn CHƯƠNG 2: CẤU HÌNH VÀ MƠ HÌNH TỐN HỌC .8 CỦA HỆ THỐNG 2.1 Cấu hình hệ thống nghiên cứu 2.2 Mơ hình tốn học hệ thống 2.2.1 Mơ hình pin lượng mặt trời 2.2.1.1 Tổng quan pin mặt trời 2.2.1.2 Đặc tính làm việc pin mặt trời 2.2.1.3 Tấm lượng mặt trời 12 2.2.1.4 Cách ghép nối pin lượng mặt trời 13 2.2.1.5 Hệ quang điện làm việc với lưới 15 2.2.1.6 Các biến đổi hệ PV 16 2.2.1.7 Mơ hình PV nghiên cứu 16 2.2.2 Mơ hình máy phát điện gió 18 2.2.2.1 Tuabin gió 19 2.2.2.2 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu 19 2.2.2.3 Bộ chuyển đổi công suất máy phát điện lượng gió đồng nam châm vĩnh cửu 20 2.2.3 Mơ hình tốn học hệ thống gồm máy phát đồng kết nối vô lớn dùng nghiên cứu ổn định 21 2.2.3.1.Mơ hình máy đồng có xét đến ảnh hưởng cuộn kích từ cuộn cản 22 2.2.3.2 Mơ hình kích từ PSS 23 2.2.3.3.Phương trình máy phát đồng có xét đến ảnh hưởng cuộn kích từ cuộn cản kích từ 23 CHƯƠNG 3: 28 LÝ THUYẾT VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG 28 3.1 Các khái niệm 28 3.1.1 Hệ thống điện (HTĐ) chế độ HTĐ 28 vi 3.1.1.1 Hệ thống điện (HTĐ) 28 3.1.1.2 Chế độ HTĐ 28 3.1.1.3 Yêu cầu chế độ HTĐ 29 3.1.2 Khái niệm ổn định HTĐ 30 3.1.2.1 Cân công suất 30 3.1.2.2 Khái niệm ổn định HTĐ[17] 32 3.1.3 Phân loại ổn định HTĐ 33 3.1.3.1 Ổn định tĩnh[17] 33 3.1.3.2 Ổn định động 33 3.2 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh 34 3.2.1 Tiêu chuẩn lượng[18] 34 3.2.2 Phương pháp dao động bé[18] 36 3.3 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định động 37 3.3.1 Phương pháp diện tích 37 3.3.2 Tiêu chuẩn cân diện tích 43 3.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định động 47 CHƯƠNG 4: 49 ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ MỘT MÁY 49 KẾT NỐI ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ĐIỆN GIÓ 49 4.1 Đánh giá ổn định tĩnh 49 4.1.1.Xét máy ĐB 555 MVA (2220 MVA), 24 kV, 60 Hz [19] 50 4.1.2.Xét hệ thống PV có cơng suất 60MW với chuyển đổi DC – AC 50 4.1.3.Xét hệ thống lượng gió cơng suất 60MW 51 4.1.4.Trị riêng hệ thống 52 4.2 Mô miền thời gian 53 4.2.1 Mô điều kiện gió thay đổi 53 4.2.2 Mô trường hợp ngắn mạch 56 4.2.3 Trường hợp tải thay đổi 59 4.2.4 Trường hợp điện áp hệ thống PV thay đổi 61 4.2.5 Trường hợp ngắn mạch điện áp hệ thống PV thay đổi 63 CHƯƠNG .66 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 66 5.1 Kết luận 66 5.2 Hướng phát triển đề tài 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 67 vii DANH SÁCH CHỮ VIẾT TẮT PV (Photovoltaics): Điện mặt trời MPP (Maximum Power Point): Điểm công suất cực đại PMSG (Permanent-magnet synchronous generator): Máy phát đồng nam châm vĩnh cữu VSC (Voltage Source Converter): Bộ biến đổi nguồn điện áp PSS (Power System Stabilizer): Thiết bị ổn định hệ thống điện SG (Synchronous generator): Máy phát điện đồng WT (Wind Turbine): Tuabin gió Λ (Eigen Value) : Trị riêng viii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH Trang Hình 1.1.Tổng cơng suất lượng mặt trời năm 2014 cộng thêm năm 2015[0]…………………………………………………………….1 Hình 2.1.Cấu hình hệ thống dùng để nghiên cứu………………… Hình 2.2.Đường đặt tính làm việc U – I pin mặt trời ………………… 10 Hình 2.3.Sơ đồ tương đương pin mặt trời……………………………………10 Hình 2.4.Sự phụ thuộc đặc trưng VA pin mặt trời vào cường độ xạ Mặt trời……………………………………………… 11 Hình 2.5.Sự phụ thuộc đường đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ pin……………………………………………………………… 11 Hình 2.6.Đường đặc tính tải đặc tính pin mặt trời……………………12 Hình 2.7.Ghép nối tiếp hai môđun pin mặt trời (a) đường đặc trưng VA môđun hệ (b) ………………… 13 Hình 2.8.Ghép song song hai mơđun pin mặt trời (a) đường đặc trưng VA mơđun hệ (b)…………………… 15 Hình 2.9.Mạch tương đương mảng PV nghiên cứu………………… 17 Hình 2.10.Mạch tương đương dòng dc biến tần dc-ac hệ thống PV ……………………………………………………………… 18 Hình 2.11.Biểu đồ khối điều khiển biến tần dc-to-ac hệ thống PV…… 18 Hình 2.12.Hệ thống máy phát đồng - PMSG…………………………… 19 Hình 2.13.Sơ đồ chuyển đổi cơng suất với máy phát PMSG …………… 20 Hình 2.14.Hệ gồm máy đồng kết nối với vô lớn ……… 21 Hình 2.15.Mạch tương đương máy phát đồng bộ…………………………… 22 Hình 2.16.Hệ thống kích từ với PSS ……………………………………… 23 Hình 2.17 Hệ thống kích từ với PSS dạng đơn giản……………………… 23 Hình 3.1.Hệ thống điện đơn giản sơ đồ tương đương…………………… 34 ix Hình 3.2.Miền làm việc ổn định hệ thống điện đơn giản (đậm)……… 35 Hình 3.3.Mơ hình máy phát nối với vơ lớn …………… 37 Hình 3.4.Biểu diễn hệ thống mơ hình máy phát cổ điển……………… 37 Hình 3.5.Sơ đồ hệ thống sơ đồ thay ngắn mạch………………… 39 Hình 3.6.Đồ thị đặc tính cơng suất………………………………………… 40 Hình 3.7.Sơ đồ tương đương hệ thống sau cắt ngắn mạch………… 40 Hình 3.8.Mối quan hệ góc – cơng suất……………………………………… 41 Hình 3.9.Đáp ứng thay đổi cơng suất cơ………………………… 42 Hình 3.10.Sự cố ngắn mạch xảy F (a) mạch tương đương (b)…… 45 Hình 3.11.Minh họa tượng ổn định động ………………………………46 Hình 4.1.Cấu hình hệ thống………………………………………………… 49 Hình 4.2.Sơ đồ khối thay đổi tốc độ gió…………………………………… 54 Hình 4.3.Đáp ứng hệ thống …………………………………………… 56 Hình 4.4.Sơ đồ khối ngắn mạch…………………………………………… 57 Hình 4.5.Đáp ứng hệ thống …………………………………………… 59 Hình 4.6.Đáp ứng hệ thống …………………………………………… 61 Hình 4.7.Đáp ứng hệ thống …………………………………………… 63 Hình 4.8.Đáp ứng hệ thống …………………………………………… 64 x DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 1.1.Giá trị trung bình cường độ xạ mặt trời ngày năm số nắng số khu vực khác Việt Nam [2]………… Bảng 1.2.Tiềm gió Việt Nam độ cao 80 m so với bề mặt đất Bảng 2.1.Ý nghĩa ký hiệu dùng phương trình………………… 25 Bảng 4.1.Các thông số sử dụng cho hệ thống PV………………………… 51 Bảng 4.2.Các thông số sử dụng cho hệ thống lượng gió…………… 52 Bảng 4.3 Các giá trị riêng (rad/s) hệ thống ………………………… 53 xi CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý chọn đề tài tính cấp thiết đề tài Hiện nay, nguồn nhiên liệu hóa thạch than đá, dầu mỏ, khí đốt đáp ứng phần lớn nhu cầu lượng người, nhiên lượng hóa thạch nguồn ngun liệu khơng bền vững Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch nguyên nhân gây biến đổi khí hậu chí làm ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe người Hơn nữa, nguồn nhiên liệu nói dần cạn kiệt, việc nghiên cứu sử dụng nguồn lượng có khả tái tạo như: lượng gió, lượng mặt trời Về lượng mặt trời, tính từ vĩ tuyến 17 trở vào phía Nam, xạ mặt trời nhiều ổn định suốt thời gian năm, giảm khoảng 20% mùa mưa Số nắng năm miền Bắc vào khoảng 1.500 – 1.700 giờ, miền Trung miền Nam vào khoảng 2.000-2.600 Hình 1.1 Tổng cơng suất lượng mặt trời năm 2014 công thêm năm 2015[0] Trong năm 2016, 75GW lượng mặt trời bổ sung toàn giới tương đương với việc 31.000 pin lượng mặt trời lắp đặt giờ[1] Việt Nam quốc gia có tiềm đáng kể lượng mặt trời, phía Bắc bình qn có khoảng 1.800 – 2.100 nắng/năm, phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình qn từ 2.000 – 2.600 nắng/năm Như thấy miền Nam quanh năm nắng dồi Giờ nắng Cường độ BXMT năm (kWh/m2,ngày) Đông Bắc 1600 - 1750 3,3 – 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình nước 1700 - 2500 4,6 Tốt Vùng Tây Nguyên Nam Trung Bộ Ứng dụng Bảng 1.1 Giá trị trung bình cường độ xạ mặt trời ngày năm số nắng số khu vực khác Việt Nam [2] Năng lượng mặt trời (NLMT) nguồn lượng lớn mà người tận dụng được: nguồn lượng sạch, gần vô tận, dễ dàng ứng dụng nhiều nơi Năng lượng mặt trời (bức xạ mặt trời) nguồn tài nguyên vô quan trọng Việt Nam Trung bình, tổng xạ lượng mặt trời Việt Nam vào khoảng 5kWh/m2 /ngày tỉnh miền Trung miền Nam vào khoảng 4kWh/m2 /ngày tỉnh miền Bắc Hiện tại, Việt Nam có hai dạng ứng dụng NLMT là: - Nhiệt mặt trời: Chuyển xạ mặt trời thành nhiệt năng, sử dụng hệ thống chưng cất nước, hệ thống sấy, bếp đun NLMT hệ thống đun nước mặt trời, - Điện mặt trời (ĐMT): Đối với Việt Nam, hệ thống điện mặt trời sử dụng công nghệ quang điện SPV (Solar Photovoltaic hay PV) Một số mơ hình ứng dụng phổ biến là: + Hệ thống phát điện mặt trời độc lập: quy mơ hộ gia đình, hệ thống đèn đường hệ thống điện nối lưới điện cục + Hệ thống phát điện NLMT nối lưới điện quốc gia Trong tổng tiềm điện gió Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức 200 lần công suất thủy điện Sơn La (con số bao gồm gió biển, gió thềm lục địa gió đất liền) Năng lượng gió nguồn lượng tự nhiên dồi phong phú , ưu tiên đầu tư phát triển Việt Nam Ngày cơng nghệ điện gió phát triển mạnh có cạnh tranh lớn, với tốc độ phát triển khơng lượng điện chiếm phần lớn thị trường lượng giới Năm 2007, EVN tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm gió, xác định vùng thích hợp cho phát triển điện gió tồn lãnh thổ với cơng suất kỹ thuật 1.785 MW Trong miền Trung Bộ xem có tiềm gió lớn nước với khoảng 880 MW tập trung hai tỉnh Quảng Bình Bình Định, tiếp đến vùng có tiềm thứ hai miền Nam Trung Bộ với công suất khoảng 855 MW, tập trung hai tỉnh Ninh Thuận Bình Thuận [3] Ngồi ra, Bộ Cơng thương Ngân hàng Thế giới (2010)[4] tiến hành cập nhật thêm số liệu quan trắc (đo gió điểm) vào đồ tiềm gió độ cao 80 m cho Việt Nam Kết cho thấy tiềm năng lượng gió độ cao 80 m so với bề mặt đất 2.400 MW (tốc độ gió trung bình năm m/s) Tốc độ gió