Xác định vị trí và dung lượng của máy phát điện gió để cải thiện ổn định hệ thống điện

i LỜI CẢM ƠN Trong luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện với đề tài “xác định vị trí và dung lƣợng của máy phát điện gió để cải thiện ổn định hệ thống lƣới điện” là kết quả của quá trình cố gắng[.]

LỜI CẢM ƠN Trong luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện với đề tài “xác định vị trí dung lƣợng máy phát điện gió để cải thiện ổn định hệ thống lƣới điện” kết q trình cố gắng khơng ngừng thân đƣợc giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, bạn bè đồng nghiệp ngƣời thân Thông qua luận văn tác giả xin gửi lời cảm ơn tới ngƣời giúp đỡ suốt thời gian học tập - nghiên cứu vừa qua Tôi xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc TS Dƣơng Thanh Long trực tiếp tận tình hƣớng dẫn nhƣ cung cấp tài liệu thơng tin cần thiết cho tơi để hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trƣờng đại học Công Nghiệp TPHCM, khoa Sau đại học, khoa Công Nghệ Điện Bộ môn tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu luận văn Cuối tơi xin chân thành cảm ơn đồng nghiệp giúp đỡ suốt q trình học tập, cơng tác thực Luận văn i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Hệ thống điện hệ thống phức tạp, đƣợc phát triển liên tục để đáp ứng phát triển kinh tế nhu cầu tăng công suất Máy phát gió trải qua phát triển mạnh mẽ năm gần đƣợc ghi nhận môi trƣờng thân thiện cạnh tranh kinh tế phƣơng diện sản xuất điện Trong tƣơng lai gần, tham gia điện gió hệ thống điện đƣợc tăng lên bắt đầu thay máy phát điện thông thƣờng Kết bắt đầu ảnh hƣởng đến trạng thái tồn hệ thống Vì vậy, ảnh hƣởng máy phát gió đến ổn định động hệ thống cần phải đƣợc nghiên cứu kỹ lƣỡng để xác định vấn đề phát sinh phát triển phƣơng pháp để loại bỏ vấn đề phát sinh Trạng thái động hệ thống đƣợc xác định chủ yếu máy phát điện Ảnh hƣởng động hệ thống điện máy phát điện gió khác so với máy phát điện thơng thƣờng Vấn đề xem xét ảnh hƣởng động hệ thống thông thƣờng ổn định điện áp ổn định thoáng qua Một hệ thống đƣợc xem ổn định điện áp nhƣ điện áp đƣợc trì giới hạn vận hành Duy trì ổn định thống qua hệ thống vấn đề lớn vận hành hệ thống Đó khả trì đồng máy điện xảy cân lớn Luận văn tập trung phân tích ảnh hƣởng vị trí dung lƣợng của máy phát gió đến ổn định điện áp ổn định thoáng qua hệ thống điện Máy phát gió đƣợc sử dụng nghiên cứu máy phát cảm ứng nguồn kép (DFIG) Để cải thiện ổn định hệ thống, máy phát gió đƣợc lắp đặt vị trí khác để tìm vị trí tốt cơng suất gió đƣợc thay đổi để xác định giá trị tối ƣu Kết mô đƣợc thực phần mềm PSAT/Matlab/Simulink mà cho phép truy cập vào thƣ viện với nhiều mơ hình phần tử hệ thống điện mơ hình máy phát gió tƣơng ứng Hệ thống IEEE nút IEEE 14 nút đƣợc sử dụng để kiểm tra hiệu phƣơng pháp đề nghị Kết mơ cho thấy máy phát gió cải thiện đáng kể ổn định hệ thống cho vị trí cố khác ii ABSTRACT Power systems are complex systems that evolve over years in response to economic growth and continuously increasing power demand Wind power generation has experienced a tremendous growth in the past decade, has been recognized as an environmental friendly and economically competitive means of electric power generation In the near future, wind power penetration in electrical power systems will increase and will start to replace the output of conventional synchronous generators (CSGs) As a result, it may also begin to influence overall power system behavior Hence, the impact of wind power on the dynamics of power systems should be studied thoroughly in order to identify potential problems and to develop measures to mitigate those problems The dynamic behavior of a power system is determined mainly by the generators Wind turbine generators (WTGs) affect the dynamic behavior of the power system in a way that might be different from CSGs The major issues to be considered are voltage stability and transient stability A power system is said to be voltage stable if it maintains voltage within operational limits Maintaining the transient stability of the system is another major issue in the operation of power system It is the ability to maintain synchronous operation of the machines when subjected to a large disturbance This thesis presents a detailed analysis of the optimum location and rating of wind turbine for studying the voltage stability and transient stability of electric power system The wind turbine used is a variable speed doubly-fed induction generator (DFIG) In order to enhance transient stability of the grid system, the wind turbine has been installed at different buses to get the best location The wind power has been changed to obtain the optimum valu e The simulation analysis was established by PSAT/MATLAB, which gives access to an extensive library of grid components, and relevant wind turbine model An IEEE 9-bus and IEEE 14-bus system are used iv to evaluate the performance of proposed approach Simulation results show that wind turbine can improve significant transient stability for different fault locations v LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn dƣới hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu (nếu có) đƣợc thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Vũ Đức Vạn vi MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ .ii LỜI CAM ĐOAN vi MỤC LỤC vii DANH MỤC HÌNH ẢNH x DANH MỤC BẢNG BIỂU xv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xviii MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Cách tiếp cận phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 1.1 Ổn định hệ thống điện 1.1.1 Ổn định tĩnh 1.1.2 Ổn định động 1.1.3 Ổn định với cố thoáng qua 1.1.4 Ổn định điện áp 1.2 Phƣơng trình cơng suất góc hệ thống máy 1.3 Phƣơng trình dao động 10 1.4 Đồ thị dao động 11 CHƢƠNG HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 13 2.1 Các loại máy phát hệ thống lƣợng gió 13 2.1.1 Máy phát điện đồng 13 2.1.2 Máy phát điện cảm ứng 14 2.1.3 Máy phát điện cảm ứng rotor lồng sóc 14 2.1.4 Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn 15 2.1.5 Máy phát điện không đồng nguồn đôi DFIG 15 2.1.5.1 Nguyên lý làm việc DFIG 16 vii 2.1.5.2 Lƣu lƣợng công suất DFIG 18 2.2 Các hệ thống tuabin gió 18 2.2.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ khơng đổi 18 2.2.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 20 2.3 Mơ hình turbine gió 21 CHƢƠNG GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PSAT 28 3.1 Kết PSAT 31 3.2 Mơ tốn PSAT 32 3.2.1 Bài toán PF (power flow) 32 3.2.2 Bài toán CPF (continuation power flow) 36 3.2.3 Bài toán OPF (optimal power flow) 39 3.2.4 Chạy mô miền thời gian (time simulation) 41 3.2.5 Nhận xét phần mềm PSAT 43 CHƢƠNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ VÀ DUNG LƢỢNG CỦA MÁY PHÁT GIÓ ĐẾN ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 45 4.1 Nhận xét lƣới điện IEEE 9-bus 62 4.2 Mô hệ thống điện IEEE 14-bus 63 4.2.1 Trƣờng hợp 0: chƣa sử dụng lƣợng gió 65 4.2.2 Trƣờng hợp 1: Thay máy phát 40MW bus-2 DFIG 40MW 66 4.2.3 Trƣờng hợp 2: Thay máy phát bus-2 DFIG 60 MW bus-4 69 4.2.4 Trƣờng hợp 3: Loại bỏ máy phát 60MW bus-2 thay vào DFIG 60MW bus-5 72 4.2.5 Trƣờng hợp 4: Giảm công suất máy phát đồng bus-2 gắn thêm DFIG bus-4 làm nhiệm vụ chia sẻ công suất 73 4.2.6 Trƣờng hợp 5: Thay đổi công suất máy phát đồng bus-2 75 4.2.7 Trƣờng hợp 6: Thay đổi công suất DFIG thay cho MPĐB bus-2 78 4.3 Nhận xét kết trƣờng hợp với có mặt DFIG 78 4.4 Về ảnh hƣởng mức độ thâm nhập công suất DFIG 80 4.5 So sánh ảnh hƣởng đƣờng dây khác kết nối bus 81 4.6 Một số kết mô với máy phát đồng 82 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 100 Kết luận 100 Kiến nghị 101 viii TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 Phụ Lục ỨNG DỤNG PHẦN MỀM PSAT 103 Phụ Lục CÁC THÔNG SỐ LƢỚI ĐIỆN 14 BUS IEEE/PSAT 132 Phụ Lục ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN IEEE 135 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN ix 153 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thống máy Hình 1.2 Sơ đồ điện kháng Hình 1.3 Biểu đồ vector Hình 1.4 Biểu đồ cơng suất góc Hình 1.5 Đồ thị dao động 12 Hình 2.1 Máy phát khơng đồng nguồn đôi DFIG 15 Hình 2.2 Hƣớng cơng suất DFIG 16 Hình 2.3 Lƣu lƣợng công suất DFIG 18 Hình 2.4 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 19 Hình 2.5 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 20 Hình 3.1 Cộng đồng ngƣời sử dụng PSAT 28 Hình So sánh công cụ mở rộng PSAT/Matlab 29 Hình 3.3 Giao diện ứng dụng PSAT version 2.1.10 31 Hình 3.4 Giao diện vẽ đồ thị trình động PSAT 31 Hình 3.5 Mơ hình 9-bus 33 Hình 3.6 Kết toán PF 9-bus 35 Hình 3.7 Kết toán PF 9-bus 36 Hình 3.8 Cửa sổ History chạy CPF 38 Hình 3.9 Cửa sổ History chạy CPF 38 Hình 3.10 mơ tốn OPF PSAT 39 Hình 3.11 Thơng số khối Supply 40 Hình 3.12 Kết tốn trào lƣu cơng suất 41 Hình 3.13 Cửa sổ cài đặt thông số 41 x Hình 3.14 Mơ hình 9-bus có cố 42 Hình 3.15 Thơng số cố 9-bus 42 Hình 3.16 Kết mơ 9-bus cố 43 Hình 4.1 Lƣu đồ giải thuật xác định vị trí cơng suất máy phát điện gió 46 Hình 4.2 Sơ đồ hệ thống lƣới điện IEEE 9-bus 47 Hình 4.3 Biểu diễn đƣờng cong (p-v), cố bus-7(7-5) (thcb) CCT=80ms 54 Hình 4.4 Biểu diễn điện áp (V) bus (5, 6, 8) cố bus-7(7-5) (THCB) 54 Hình 4.5 Góc (ө) bus (5, 6, 8) cố bus 7(7-5) (THCB) với ʎ 55 Hình 4.6 Biểu diễn điện áp (V), cố bus 8(8-9) (THCB) với thời gian (t)s 55 Hình 4.7 Biểu diễn góc cơng suất ω cố bus-6 CCT=23ms 56 Hình 4.8 Biểu diễn góc cơng suất ω cố bus-6 CCT=83ms 56 Hình 4.9 Biểu diễn góc cơng suất ω, cố bus-6 CCT=350ms 57 Hình 4.10 Biểu diễn góc ω, cố bus-7(7-5) CCT=100ms 57 Hình 4.11 Góc cơng suất ω, cố bus-7 (7-5), DFIG bus-3 58 Hình 4.12 Góc cơng suất ω, cố bus-7 (5-7), DFIG bus-1 58 Hình 4.13 Biểu diễn góc ω, cố bus-7 (5-7), DFIG bus-2 59 Hình 4.14 Biểu diễn góc cơng suất ω, cố bus (5-7) CCT=100ms, DFIG bus-559 Hình 4.15 Góc cơng suất ω, cố bus-7 (5-7), DFIG bus-6 60 Hình 4.16 Biểu diễn góc cơng suất ω, cố bus-7 (5-7) 60 Hình 4.17 Biểu diễn góc cơng suất ω, cố bus-7 (5-7) 61 Hình 4.18 Biểu diễn Pω, cố bus-7 (5-7), DFIG bus-7 61 Hình 4.19 Biểu diễn Pω, cố bus-7 (5-7), DFIG bus-4 62 Hình 4.20 Hệ thống điện IEEE 14-bus 63 Hình 4.21 Sơ đồ lƣới IEEE 14-bus chƣa có DFIG 65 Hình 4.22 Sơ đồ 14-bus thay DFIG cho MPDB bus-2 66 xi ... tên ? ?Xác định vị trí dung lượng máy phát điện gió để cải thiện ổn định hệ thống điện? ?? với mục đích khảo sát ảnh hƣởng vị trí dung lƣợng máy phát DG gió, với ảnh hƣởng vị trí cố đển ổn định hệ thống. .. vị trí dung lƣợng của máy phát gió đến ổn định điện áp ổn định thoáng qua hệ thống điện Máy phát gió đƣợc sử dụng nghiên cứu máy phát cảm ứng nguồn kép (DFIG) Để cải thiện ổn định hệ thống, máy. .. thống điện Mục tiêu nghiên cứu  Phân tích ổn định điện điện áp ổn định độ hệ thống điện có khơng có máy phát gió xảy cố thống qua vị trí khác  Xác định vị trí dung lƣợng phù hợp máy phát gió để