Mô hình nhà máy điện gió Type IV trong phần mềm EMTP

mô hình động của các nhà máy điện gió trong phần mềm EMTP VÀ MỘT SỐ BỘ THÔNG SỐ TIÊU BIỂU MÔ HÌNH ĐỘNG CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ TRONG PHẦN MỀM EMTP VÀ MỘT SỐ BỘ THÔNG SỐ TIÊU BIỂU TRẦN HỮU PHÚC . Mô hình nhà máy điện gió Type IV trong phần mềm EMTP

MƠ HÌNH ĐỘNG CỦA CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN GIĨ TRONG PHẦN MỀM EMTP VÀ MỘT SỐ BỘ THÔNG SỐ TIÊU BIỂU TRẦN HỮU PHÚC NOVEMBER 9, 2022 Trần Hữu Phúc Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG TRONG MƠ HÌNH ĐIỆN GIĨ Tổng quan Tất loại tuabin gió có chia thành nhiều loại Hiện tại, EMTP có khả mô bốn loại Turbine sử dụng nhà máy điện gió sau: – Loại (Type 1): Turbine không đồng kết nối trực tiếp (Direct connected Conventional Induction Generator) – Loại (Type 2): Turbine không đồng sử dụng Rotor dây quấn kết nối thông qua biến trở (Wound rotor Induction Generator with Variable Rotor Resistance) – Loại (Type 3): Turbine không đồng nguồn kép (Doubly-Fed Induction Generator) – Loại (Type 4): Turbine sử dụng chuyển đổi điện tồn cơng suất (Full Size Converter Unit) Theo nghiên cứu khảo sát hệ thống điện Việt Nam, có loại turbine sử dụng là Turbine loại loại Do đó, báo cáo chi tiết nghiên cứu mơ hình tham số tiêu biểu cho loại turbine Sơ đồ đơn giản hóa trang trại gió điển hình thể hình sau Trong trang trại gió, WT (Wind Turbine) kết nối thông qua máy biến áp nâng áp (máy biến áp WT) với trung (MV) cáp ngầm Điện áp điểm đấu nối nâng lên mức điện áp cao (HV) nhờ máy biến áp nâng áp lên Nghiên cữu sờ Trang Trần Hữu Phúc Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP phía cao Tùy thuộc vào việc lựa chọn chức năng, công suất phản kháng điện áp hệ số công suất điểm đấu nối (POI Hình) điều khiển điều khiển trung tâm (WPC – Wind Power Control) đặt trạm biến áp trang trại gió Máy biến áp cơng viên gió thường chứa chuyển nấc MBA (OLTC) để trì điện áp danh định góp trung áp MV Công suất phản kháng khả dụng điểm đấu nối (POI) thường nhỏ nhiều so với công suất phản kháng danh định Wind Turbine tổn thất công suất phản kháng máy biến áp Wind Turbine, lưới thu điện trung (MV) máy biến áp cao áp Do đó, bù cơng suất phản kháng yêu cầu để đáp ứng yêu cầu hệ thống liên quan đến điều khiển hệ số cơng suất [1] Mơ hình EMT trình bày tài liệu không bao gồm thiết bị bù công suất phản kháng (chẳng hạn tụ bù, kháng bù) Đối với MBA cao áp đến điểm đấu nối, mơ hình tương tự máy biến áp nâng áp nguồn điện khác Sử dụng mơ hình EMT nhằm tính tốn chuẩn xác dao động tần số, điện áp so với tính tốn theo phasor domain (các phần mềm PSS/E, Power World… tính tốn q độ điện cơ) Từ đưa tham khảo xác Nghiên cữu sờ Trang Trần Hữu Phúc 1.2 Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP Mơ hình khí động lực học điện gió Tua bin gió chiết xuất động từ vùng quét cánh quạt Năng lượng trích xuất từ gió tính từ phương trình  A 3C p ( ,  ) Pt = Trong  mật độ khơng khí (xấp xỉ 1.225 kg/m3) A (Sweap area) diện tích vùng quét turbine (m2)  tốc độ gió theo chiều gió thổi (m/s) C p hệ số cơng suất tương quan Trong biến C p phụ thuộc trực tiếp đến Turbine sử dụng thường tập hợp nhiều đường cong (đường cong C p ) liên quan hệ số C p với góc pitch β tỷ lệ tốc độ đầu định nghĩa sau  = (t R) /  Trong đó, t vận tơc quay turbine (rad/s) R bán kính cánh quạt CPmax Curve Đường cong C p điện gió biểu thị mối liên hệ C p với góc pitch  Tại thời điểm với tốc độ gió góc pitch bất kỳ, turbine có tốc độ quay với giá trị hệ số tương quan C p −max (cực đại – đường đỏ hình) Thế vào phương trình ta Nghiên cữu sờ Trang Trần Hữu Phúc Mô hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP có cơng suất cực đại mà turbine nhận Trong cách tiếp cận mô hình, đường cong Cp turbine biểu diễn hàm số bậc cao từ biến  β sau n n C p ( ,  ) =  ij  i  j i =1 j =1 Các mối quan hệ khí động lực học thể hình sau Mơ hình tính tốn công suất turbine nhận Như vậy, cần tham số bao gồm vận tốc gió  , góc pitch β, vận tốc quay turbine t (rad/s) liên quan đến cấu tạo turbine để tính tốn cơng suất mà Turbine nhận từ gió 1.3 Hệ thống khí Hệ thống khí cấu tạo cánh liên kết với trục quay, khớp với trục chậm, liên kết với hộp giảm tốc nhân tốc độ quay trục nhanh nối với máy phát Mặc dù biểu diễn học toàn WT phức tạp, việc biểu diễn tần số cộng hưởng tàu truyền động cách sử dụng mơ hình hai khối (Two – mass model) tương đối đầy đủ tần số cộng hưởng khác cao nhiều độ lớn chúng thấp Nghiên cữu sờ Trang Trần Hữu Phúc Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP Two-mass model cho mơ hình điện gió Bằng cách tham chiếu tất cường độ trục nhanh (phía máy phát), phương trình khơng gian trạng thái hai hệ khối lượng viết dạng Trong đó, t , t Tt tốc độ rotor (rad/s), vị trí góc rotor (rad) momen lực (Nm) máy phát (hay gọi trục nhanh) Các tham số g , g , Tg tơc độ, vị trí góc momen điện từ máy phát Jt Dt momen quán tính (kgm2) hệ số hãm tốc – speed selfdamping coefficient (Nm/rad) Ktg Dtg số lò xo (Nm/rad) hệ số giảm xóc (NM/rad) turbine máy phát 1.4 Điều tốc turbine gió Tín hiệu tốc độ quay turbine tính tốn cơng suất đầu turbine (cơng suất điện) góc pitch cần thiết để hiệu suất trình biến đổi –> điện đạt cao giữ cho turbine gió vận hành an toàn Turbine dừng hoạt động tốc độ gió thấp để tạo điện (dưới tốc độ cut-in) Nghiên cữu sờ Trang Trần Hữu Phúc Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP Khi tốc độ gió tốc độ cut-in nhỏ tốc độ định mức ( rated ), góc pitch thường giữ không β = công suất tham chiếu turbine tính tốn chức MPPT (Maximum power point tracking) Về thuật tốn tìm điểm cực đại nhằm tối đa công suất đầu turbine Phương pháp thông thường sử dụng để tính tốn cơng suất tham chiếu (MW) sử dụng chức theo tốc độ góc turbine (MPPT) Pref = Koptt3 Với Kopt = (1/ 2)C −max  A( R / opt )3 Với tốc độ gió định mức >  rated , góc pitch tăng lên điều khiển góc pitch để giới hạn cơng suất lấy từ turbine gió giảm lực tác động lên hệ thống khí Bộ điều khiển góc pitch ( β ) EMTP Nghiên cữu sờ Trang Trần Hữu Phúc Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP Bộ điều khiển góc pitch phải đảm bảo góc pitch β = tốc độ gió nhỏ tốc độ định mức  rated Khi tốc độ gió vượt vận tốc cut-out, cut −off turbine dừng vận hành Trong tham số mẫu mơ hình WT sử dụng turbine 1.5MW GE Đặc tính cơng suất – tốc độ gió Turbine hình sau Bảng đặc tính cơng suất – tốc độ gió Turbine Đối với NMĐG sử dụng Turbine có cơng suất lớn (2,3 12,15MW) → Scale theo tỉ lệ (x P (turbine)/1.5) đường đặc tính để tính tốn cơng suất phát Turbine từ tốc độ gió đầu vào STT Tốc độ gió Cơng suất STT Tốc độ gió Công suất (m/s) (kW) (m/s) (kW) 24 1.01 12.97 1,452 25 1.53 13.51 1,478 26 1.99 13.97 1,482 27 2.43 14.43 1,496 28 2.97 0.59 15.01 1,498 29 3.51 18.91 15.49 1,495 30 3.97 58.88 15.98 1,497 31 4.52 100.82 16.46 1,505 32 5.01 162.89 16.97 1,506 33 5.52 235.1 17.52 1,512 10 34 5.99 303.63 18 1,497 11 35 6.52 399.01 18.47 1,509 12 36 7.04 513.9 19.06 1,499 Nghiên cữu sờ Trang Trần Hữu Phúc Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP STT Tốc độ gió Cơng suất STT Tốc độ gió Cơng suất (m/s) (kW) (m/s) (kW) 13 37 7.51 608.8 19.4 1,502 14 38 742.33 19.96 1,511 15 39 8.49 853.63 20.51 1,508 16 40 9.01 975.43 20.95 1,503 17 41 9.52 1,096 21.45 1,499 18 42 10.03 1,200 22 1,497 19 43 10.48 1,260 23 1,505 20 44 10.99 1,318 24 1,506 21 45 11.49 1,390 25 1,512 22 46 11.98 1,400 26 23 47 12.52 1,453 27 Power Performance Test Report for the U.S Department of Energy 1.5-Megawatt Wind Turbine 1.5 Điều khiển công suất phản kháng Công suất thực P điểm đấu nối (POI) phụ thuộc vào điều kiện thời tiết turbine bên trang trại gió chức MPPT tốc độ lớn tốc độ cut-in cut −in nhỏ tốc độ định mức  rated Tuy nhiên, dựa vào quy định vận hành lưới (grid-code) nhà máy điện gió bắt buộc phải có điều khiển công suất phản kháng điểm đấu nối Điều khiển cơng suất phản kháng điện gió dựa khái niệm điều khiển điện áp thứ cấp Tại mức thứ cấp, điều khiển turbine (WT controller) giám sát điều khiển điện áp thứ tự thuận điện áp đầu cực V+wt với chế độ điều khiển phần Tại mức sơ cấp, trung tâm điều khiển nhà máy (WPC) giám sát công suất phản kháng điểm đấu nối (QPOI) điều khiển điện áp tham chiếu (V ‘) thông qua điều khiển PI (PID khơng có khâu D) Trong cơng suất phản kháng đầu u cầu Q’POI tính theo cơng thức sau Nghiên cữu sờ Trang Trần Hữu Phúc Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP Q’POI = KVpoi (V ‘POI – V+POI) Với V+POI điện áp thứ tự thuận điểm đấu nối, KVpoi hệ số điều áp trung tâm điều khiển (Park Controller → V-control KV) Khi chế dộ đảm bảo hệ số công suất (điều khiển Cos φ ) cơng suất phản kháng đầu u cầu Q’POI tính tốn dựa công suất thực điểm đấu nối PPOI hệ số cơng suất Cos φ u cầu Khi có cố sụt áp xảy điểm đấu nối (ngắn mạch, dao động hệ thống…) khâu PI điều khiển điện áp (ΔU’) giữ thành số nhằm tránh Q’POI >> QPOI gây áp cố bị loại trừ (OVRT) Điện áp yêu cầu cố nhà máy NLTT theo thông tư 30 (TT30-BCT) Nghiên cữu sờ Trang ... mơ hình Nhấn Push Into để vào chi tiết mơ hình Mơ hình chi tiết điện gió Type thể hình sau Nghiên cữu sờ Trang 13 Trần Hữu Phúc Mơ hình nhà máy điện gió vầ mầt trời phần mệm EMTP Tổng quan mơ hình. .. Tổng quan mơ hình điện gió Type phần mềm EMTP Trong mơ hình bao gồm thành phần sau - Mơ hình turbine điện gió “Wind Turbine” - Mơ hình điện Turbine “WT Electrical System” - Mơ hình điều khiển Turbine... khiển nhà máy WPC (Wind Power Plant Control Center) 2.2 Mơ hình điện gió Type phần mềm EMTP Sử dụng mơ hình điện gió Type lấy từ Parts by Library → Renewables → FC Wind Park Giao diện bên mơ hình