(Luận văn thạc sĩ) đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng mặt trời và năng lượng gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUỐC HIẾU ÐÁNH GIÁ ỔN ÐỊNH HỆ THỐNG ÐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NĂNG LƯỢNG GIÓ NGÀNH: GIÁO DỤC HỌC - 601401 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUỐC HIẾU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NĂNG LƯỢNG GIÓ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN QUỐC HIẾU ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ NĂNG LƯỢNG GIÓ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ MI SA TP Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần Quốc Hiếu Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 16/06/1986 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Tp Mỹ Tho, Tiền Giang Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 11B/17, Học Lạc, Phường 8, TP Mỹ Tho, Tiền Giang Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: tranquochieuspkt@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ / 2004 đến / 2006 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng, Tp HCM Ngành học: Điện tử công nghiệp Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 9/2007 đến 9/2011 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM Ngành học: Kỹ thuật Điện – Điện Tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 11/2011 Trường Cao Đẳng Nghề Tiền Giang Giảng dạy Đến 09/2018 ii 1.4505 0.068 1.45 0.066 0.062 1.449 Igrid (pu) 1.4495 II (pu) 0.064 0.06 1.4485 0.058 1.448 0.056 1.4475 0.054 1.447 0.052 10 15 20 t (s) 25 30 35 1.4465 40 j Đáp ứng dòng 10 15 20 t (s) 25 30 35 40 k Đáp ứng dòng điện lưới DC biến tần 0.42 0.335 0.33 0.4 0.325 0.38 0.315 II V(p.u.) 0.34 0.31 P IRPV (p.u.) 0.32 0.36 0.305 0.32 0.3 0.295 0.3 0.29 10 15 20 t (s) 25 30 35 40 l Đáp ứng dòng 10 15 20 t (s) 25 30 35 40 m Đáp ứng dòng DC chỉnh lưu PV DC biến tần PV Hình 4.3 Đáp ứng hệ thống Trong khoảng thời gian tốc độ gió cịn thay đổi ngẫu nhiên mức (13 ± 0.1) (m/s), đáp ứng hệ thống có dao động mức nhỏ Nhưng tố độ gió tăng đột biến từ 13 m/s lên đến 16 m/s ta thấy đáp ứng thay đổi theo Với trường hợp 4.3b, điện áp bus dao động mạnh với biên độ lớn 2.03 pu Công suất tiêu thụ đường dây dao động với biên độ lớn 0.0435 pu hình 4.3c công suất phản kháng đường dây 1.8 pu hình 4.3d Sau tốc độ gió trở trạng thái ngẫu nhiên ban đầu tín hiệu trở trạng thái ổn định cũ 4.2.2 Mô trường hợp ngắn mạch Trường hợp xảy lỗi ngắn mạch pha vô lớn thời điểm t = 2(s) kết thúc thời điểm t = 2.1(s) Đáp ứng hệ thống cho hình 4.5 56 Hình 4.4 Sơ đồ khối ngắn mạch 2.15 0.9 2.1 0.8 2.05 0.6 Vbus (p.u.) Vinf1 (pu) 0.7 0.5 0.4 1.95 1.9 0.3 1.85 0.2 1.8 0.1 1.75 10 t (s) 12 14 16 18 20 a Mô tả ngắn mạch 10 t (s) 12 14 16 18 20 16 18 20 b Đáp ứng điện áp bus 0.35 1.1 0.3 1.05 Qline (p.u.) Pline (p.u.) 0.25 0.2 0.15 0.95 0.1 0.9 0.05 0 10 t (s) 12 14 16 18 20 0.85 10 t (s) 12 14 c Đáp ứng công suất d Đáp ứng công suất tiêu thụ đường dây phản kháng đường dây 57 1.5 0.553 0.552 0.551 0.5 Pgrid(p.u.) Iload(p.u.) 0.55 0.549 0.548 0.547 -0.5 0.546 0.545 -1 0.544 0.543 -1.5 10 t (s) 12 14 16 18 20 e Đáp ứng dòng điện tải 10 t (s) 12 14 16 18 20 f Đáp ứng công suất tiêu thụ 1.6 0.5 1.4 1.2 -0.5 Vinv (pu) Qgrid(p.u.) lưới điện -1 0.8 -1.5 0.6 -2 0.4 -2.5 10 t (s) 12 14 16 18 0.2 20 g Đáp ứng công suất 0.16 0.16 0.14 0.14 0.12 0.12 0.1 0.08 0.06 0.06 10 t (s) 12 12 14 14 16 18 0.04 20 i Đáp ứng dòng 10 t (s) 12 14 16 j Đáp ứng dòng điện DC chỉnh lưu DC biến tần 0.9 0.9 0.8 0.8 0.7 0.7 IR-PV (p.u.) II-PV(p.u.) 0.6 0.6 0.5 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3 0.2 0.2 0.1 10 t (s) 12 14 16 16 18 20 0.1 0.08 10 t (s) đầu vào biến tần 0.18 II (pu) IR (pu) phản kháng lưới điện h Đáp ứng điện áp DC 0.18 0.04 18 20 k Đáp ứng dòng 10 t (s) 12 14 l Đáp ứng dòng DC chỉnh lưu PV DC biến tần PV 58 16 18 20 18 20 1.6 1.4 Igrid (pu) 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 10 t (s) 12 14 16 18 20 m Đáp ứng dòng điện lưới thời điểm ngắn mạch Hình 4.5 Đáp ứng hệ thống Trong khoảng thời gian trước xảy ngắn mạch đáp ứng hệ thống hoạt động ổn định Nhưng xảy lỗi ngắn mạch ta thấy đáp ứng thay đổi theo Với trường hợp 4.5b, điện áp bus dao động mạnh với biên độ lớn 2.075 pu Công suất tiêu thụ đường dây dao động với biên độ lớn 0.225 pu hình 4.5c cơng suất phản kháng đường dây 1.05 pu hình 4.5d Sau kết thúc lỗi ngắn mạch tín hiệu trở trạng thái ổn định cũ 4.2.3 Trường hợp tải thay đổi Giả định sau giây, độ lớn tải cục giảm 0.5 (pu) hệ thống thể hình 4.6 Các kết thể hình 4.6 cho thấy có thay đổi tải cục bộ, gây dao động đáng kể cho hệ thống 2.5 IqL (pu) 1.5 0.5 0 10 t (s) 12 14 a Mô tả thay đổi tải 59 16 18 20 0.12 2.2 0.1 1.8 0.08 Pline (p.u.) Vbus (p.u.) 1.6 1.4 0.06 1.2 0.04 0.02 0.8 10 t (s) 12 14 16 18 20 b Đáp ứng điện áp bus 10 t (s) 12 14 16 18 20 c Đáp ứng công suất tiêu thụ đường dây 2.4 1.4 2.2 1.2 1.8 Iload(p.u.) Qline (p.u.) 0.8 0.6 1.6 1.4 1.2 0.4 0.8 0.2 0.6 0 10 t (s) 12 14 16 18 20 0.4 d Đáp ứng công suất 10 t (s) 12 14 16 18 20 e Đáp ứng dòng điện tải 0.12 -0.2 0.1 -0.25 0.08 -0.3 0.06 -0.35 Qgrid(p.u.) Pgrid(p.u.) kháng đường dây 0.04 -0.4 0.02 -0.45 -0.5 -0.02 10 t (s) 12 14 16 18 20 -0.55 f Đáp ứng công suất 10 t (s) 12 14 16 18 20 g Đáp ứng công suất tiêu thụ lưới điện phản kháng lưới điện 1.452 0.1 1.451 0.08 1.45 0.06 1.449 IR (pu) Vinv (pu) 0.04 1.448 1.447 0.02 1.446 -0.02 1.445 -0.04 1.444 1.443 10 t (s) 12 14 16 18 20 -0.06 60 10 t (s) 12 14 16 18 20 h Đáp ứng điện áp i Đáp ứng dòng điện DC đầu vào biến tần DC chỉnh lưu 0.1 1.452 0.08 1.451 1.45 0.06 1.449 Igrid (pu) II (pu) 0.04 0.02 1.448 1.447 1.446 -0.02 1.445 -0.04 -0.06 1.444 10 t (s) 12 14 16 18 1.443 20 j Đáp ứng dòng điện 10 t (s) 12 14 16 18 20 k Đáp ứng dòng điện lưới DC biến tần Hình 4.6 Đáp ứng hệ thống Trong khoảng thời gian trước thay đổi tải đáp ứng hệ thống hoạt động ổn định Khi xảy lỗi ngắn mạch ta thấy đáp ứng thay đổi theo Với trường hợp 4.6b, điện áp bus dao động mạnh với biên độ lớn 2.2 pu Công suất tiêu thụ đường dây dao động với biên độ lớn 0.12 pu hình 4.6c cơng suất phản kháng đường dây 1.3 pu hình 4.6d Sau kết thúc lỗi ngắn mạch tín hiệu trở trạng thái ổn định cũ 4.2.4 Trường hợp điện áp hệ thống PV thay đổi Trong phần trình bày phản ứng động hệ thống điện áp hệ thống PV thay đổi, tốc độ gió ổn định 13m/s Sự thay đổi điện áp PV mơ tả hình 4.7a Tại thời điểm t = 10s điện áp hệ thống PV tăng đột biến 14 13.8 6.5 13.6 13.4 5.5 13.2 Vo (pu) WIND (m/s) xóa t = 10.5s 13 4.5 12.8 12.6 3.5 12.4 12.2 2.5 12 10 15 20 t (s) 25 30 35 40 a Mô tả tốc độ gió khơng đổi 10 15 20 t (s) 25 b Mô tả điện áp PV thay đổi 61 30 35 40 1.918 0.0405 1.9175 0.04 1.917 0.0395 Pline (p.u.) Vbus (p.u.) 1.9165 1.916 1.9155 0.039 0.0385 1.915 0.038 1.9145 0.0375 1.914 1.9135 10 15 20 t (s) 25 30 35 40 c Đáp ứng điện áp bus 0.037 10 15 20 t (s) 25 30 35 40 35 40 d Đáp ứng công suất tiêu thụ đường dây 1.02 1.48 1.018 1.475 1.016 Igrid (pu) Qline (p.u.) 1.47 1.014 1.012 1.01 1.46 1.455 1.008 1.006 1.465 1.45 10 15 20 t (s) 25 30 35 40 1.445 e Đáp ứng công suất phản kháng 10 15 20 t (s) 25 30 f Đáp ứng dòng điện lưới đường dây -0.51 0.071 0.07 -0.515 0.069 -0.52 Qgrid(p.u.) Pgrid(p.u.) 0.068 0.067 0.066 -0.525 0.065 -0.53 0.064 0.063 10 15 20 t (s) 25 30 35 40 g Đáp ứng công suất tiêu thụ lưới -0.535 10 15 20 t (s) 25 30 h Đáp ứng công suất phản kháng lưới 62 35 40 0.0575 0.057 0.057 0.0565 0.0565 II (pu) IR (pu) 0.0575 0.056 0.056 0.0555 0.0555 0.055 0.055 0.0545 10 15 20 t (s) 25 30 35 0.0545 40 10 i Đáp ứng dòng 15 20 t (s) 25 30 35 40 j Đáp ứng dòng DC chỉnh lưu PV DC biến tần PV Hình 4.7 Đáp ứng hệ thống Trong khoảng thời gian trước điện áp PV thay đổi đáp ứng hệ thống hoạt động ổn định Khi điện áp PV thay đổi mạnh thời điểm t = 10(s) ta thấy đáp ứng thay đổi theo Khi điện áp PV trở mức ổn định ban đầu tín hiệu trở trạng thái ổn định cũ 4.2.5 Trường hợp ngắn mạch điện áp hệ thống PV thay đổi Trong phần trình bày phản ứng động hệ thống xảy ngắn mạch điện áp hệ thống PV thay đổi, tốc độ gió ổn định 13m/s Sự thay đổi điện áp PV mơ tả hình 4.8 Tại thời điểm t = 10s điện áp hệ thống PV tăng đột biến xóa t = 10.5s Tại thời điểm t = 2(s) xảy ngắn mạch pha kết thúc thời điểm t = 2.1(s) 1.6 6.5 1.4 1.2 5.5 Vinv (pu) Vo (pu) 4.5 3.5 0.8 0.6 0.4 2.5 2 10 t (s) 12 14 16 18 20 0.2 a Mô tả điện áp PV thay đổi 10 t (s) b Mô tả ngắn mạch 63 12 14 16 18 20 0.35 2.15 2.1 0.3 2.05 0.25 0.2 Pline (p.u.) Vbus (p.u.) 1.95 0.15 1.9 0.1 1.85 0.05 1.8 1.75 0 10 t (s) 12 14 16 18 20 c Đáp ứng điện áp bus 10 t (s) 12 14 16 18 20 d Đáp ứng công suất tiêu thụ đường dây 1.6 1.1 1.4 1.05 Igrid (pu) Qline (p.u.) 1.2 0.95 0.8 0.6 0.9 0.4 0.85 10 t (s) 12 14 16 18 0.2 20 d Đáp ứng công suất 10 t (s) 12 14 16 18 20 16 18 20 d Đáp ứng dòng điện lưới phản kháng đường dây 0.18 0.18 0.16 0.16 0.14 0.12 0.12 IR (pu) II (pu) 0.14 0.1 0.1 0.08 0.08 0.06 0.06 0.04 10 t (s) 12 14 16 18 20 0.04 i Đáp ứng dòng 10 t (s) 12 14 j Đáp ứng dòng DC chỉnh lưu PV DC biến tần PV Hình 4.8 Đáp ứng hệ thống Trong khoảng thời gian trước điện áp PV thay đổi xảy ngắn mạch đáp ứng hệ thống hoạt động ổn định Khi xảy ngắn mạch t = 2(s) đáp ứng dao động với biên độ lớn Sau thời gian xảy ngắn mạch đáp ứng hệ thống dần ổn định Đến thời điểm t = 10(s) điện áp PV thay đổi đáp ứng hệ thống lại dao động với biên độ nhỏ so với thời điểm xảy ngắn mạch 64 Sau thời gian xảy lỗi ngắn mạch điện áp PV ổn định tín hiệu trở trạng thái ổn định ban đầu 65 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Luận văn đánh giá ổn định hệ thống gồm máy phát vô lớn tích hợp với hệ thống điện gió điện lượng mặt trời hịa lưới Trong đề tài phân tícn rõ phương trình tốn học máy phát điện đồng hệ thống điện gió hệ thống điện mặt trời, từ đánh giá ổn định tĩnh ổn định động Trong đánh giá ổn định tĩnh đề tài xuất giá trị riêng, đánh giá ỗn định động đề tài xuất đáp ứng hệ thống hệ thống hệ thống bị cố như: ngắn mạch ba pha, thay đổi tải thay đổi tốc độ gió Từ kết ổn định tĩnh ổn định động chứng minh hệ thống điện có tích hợp lượng điện gió lượng lượng điện mặt trời có khả ổn định sau cố xét 5.2 Hướng phát triển đề tài Các hướng nghiên cứu sau tiếp tục thực tương lai luận văn này: - Đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp lượng mặt trời lượng gió sử dụng thêm thiết bị FACTS UPFC, GUPFC, SSSC, STATCOM - So sánh ổn định hệ thống hai trường hợp: không sử dụng thiết bị FACTS có sử dụng thiết bị FACTS 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO: [0] REN21, Renewables 2014, Global Status Report, December 2016 [1] RENEWABLES 2017 GLOBAL STATUS REPORT [2]Tiem-nang-thuc-trang-ung-dung-cong-nghe-dien-mat-troi-tai-cac-tinh-tay-bac Internet: http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-taitao/nang-luong-tai-tao/tiem-nang-thuc-trang-ung-dung-cong-nghe-dien-mat-troi-taicac-tinh-tay-bac [3] GIZ/MoIT (2011) Information on wind energy in Vietnam Prepared by Khanh NQ Website: www.windenergy.org.vn [4] Vietnam Ministry of Industry and Trade (2010) Wind resource atlas of Viet Nam Sponsored by World Bank Prepared by AWS Truepower 463 New Karner Road, Albany, New York 12205 [5].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 [6].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 [7].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 [8].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 128137, Sept 2012 67 [9].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 [10].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 [11] 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 [12] Tạ Văn Đa, "Đánh giá tài nguyên khả năng khai thác năn g lượng gió lãnh thổ Việt Nam", Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Bộ Hà Nội, 10-2006 [13] Phan Mỹ Tiên, “Phân bố tiềm năng năng lượng gió lãnh thổ Việt Nam”, Luận án PTS Khoa học Địa lý - Địa chất Hà Nội, 1994 [14] C P Steinmetz, “Power control and stability of electric generating stations,” Trans AIEE, vol 39, no 2, pp 1215-1287, Jul 1920 [15] G S Vassell, “Northeast blackout of 1965,” IEEE Power Engineering Review, vol 11, no 1, pp 4-8, Jan 1991 [16] P Kundur, J Paserba, V Ajjarapu, G Andersson, A Bose, C Canizares, N Hatziargyiou, D Hill, A Stankovic, C Taylor, T Cutsem, and V Vittal, “Definition and classification of power system stability,” IEEE Trans PowerSystems, vol 19, no 2, pp 1387-1401, May 2004 [17] Nguyễn Minh Cường, Bài giảng Ổn định hệ thống điện, Bộ môn Hệ thống điện, trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên, 2005 68 [18] Nguyễn Hoàng Việt, Ngắn mạch ổn định hệ thống điện, Nhà xuất Đại Học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, 2005 [19] P Kundur, Power System Stability and Control, McGraw – Hill, 1994 69 ... lượng gió lượng mặt trời yêu cầu đánh giá ổn định hệ thống điện tích hợp lượng mặt trời lượng gió vơ cần thiết Sự ổn định hệ thống điện xem vấn đề quan trọng vận hành an toàn hệ thống điện từ năm... Điều khiển ổn định hệ thống điện nhiệm vụ quan trọng vận hành hệ thống điện [16] Từ yêu cầu nêu trên, luận văn đề xuất đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp lượng mặt trời lượng gió có cơng... phát điện nối với vơ lớn có tích hợp lượng gió lượng mặt trời 1.3.2 Đối tượng nghiên cứu - Hệ thống điện gồm máy phát điện nối với vô lớn - Hệ thống điện gió - Hệ thống điện mặt trời - Hệ thống điện