So sánh khả năng kết nối lưới yếu của các loại turbine gió

5 5 0
So sánh khả năng kết nối lưới yếu của các loại turbine gió

Đang tải... (xem toàn văn)

Thông tin tài liệu

Bài viết So sánh khả năng kết nối lưới yếu của các loại turbine gió phân tích và so sánh khả năng kết nối lưới yếu của 3 loại WT (wind turbine) gồm WT sử dụng SCIG (squirel cage induction generator), DFIG (Doubly fed induction generator) và máy phát với bộ biến tần toàn phần.

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(114).2017-Quyển 17 SO SÁNH KHẢ NĂNG KẾT NỐI LƯỚI YẾU CỦA CÁC LOẠI TURBINE GIĨ COMPARISON OF WIND TURBINES’ ABILITY INWEAK-GRID CONNECTION Phan Đình Chung, Lưu Ngọc An Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng; chungpy99d6@yahoo.com, lnadhbk@gmail.com Tóm tắt - Bài báo phân tích so sánh khả kết nối lưới yếu loại WT (wind turbine) gồm WT sử dụng SCIG (squirel cage induction generator), DFIG (Doubly fed induction generator) máy phát với biến tần toàn phần Bài báo tỷ số ngắn mạch (SCR) tối thiểu để nhà máy làm việc ổn định chế độ bình thường cố Ngoài ra, báo đưa giới hạn thời gian trì cố lưới nhà máy điện gió điểm cần phải khắc phục nhà máy điện gió có cố xảy lưới Từ kết so sánh, điều kiện lưới yếu nhà máy điện gió nên sử dụng loại máy phát DFIG chế độ điều khiển điện áp tốt so với nhà máy lại Nếu nhà máy phải sử dụng máy phát với biến tần toàn phần phía GSC nên điều khiển điện áp Trường hợp nhà máy điện gió phải sử dụng máy phát SCIG nên lắp đặt STATCOM thay sử dụng tụ bù tĩnh Abstract - This paper analyses and compares the ability of three wind turbines using SCIG, DFIG, and generators with a full converter in weak grid connection In this paper, the minimum value of short-circuit capacity ratio (SCR) of the connected grid so that the wind farms can be stable under normal and faulted-grid condition is indicated In the case of fault on the connected grid, this paper also shows maximum interval to isolate faulted line and problems occurring on wind farms From this comparison, under weak grid connection, DFIG-based wind turbines with voltage control mode should be prioritized In wind farms using the full converter, the grid side converter should be controlled to adjust voltage If the wind farm has to use SCIG, an STATCOM should be installed instead of a capacitor bank Từ khóa - lưới yếu; SCR; thời gian cắt cố; turbine gió; xrr Key words - weak grid; SCR; trip-time; wind turbine; xrr Đặt vấn đề WT đóng vai trò quan trọng việc cung cấp lượng điện nhiều quốc gia giới Theo báo cáo 2016 Hội đồng Năng lượng Gió Tồn cầu (GWEC) [1], đến cuối năm 2015, tổng dung lượng WT lắp đặt giới đạt đến 432.883 MW, dẫn đầu Trung Quốc, Mỹ Đức với tổng dung lượng lắp đặt tính đến cuối 2015 148.000 MW, 74.347 MW 45.192 MW Hai quốc gia có tốc độ phát triển lượng gió cao vào 2015 Brazil Ba Lan với tỷ lệ gia tăng tổng dung lượng lắp đặt 46,2% 33,1% so với năm 2014 Theo báo cáo Hiệp hội Năng lượng Gió châu Âu (EWEA) [2-3], có 13.805 MW WT lắp đặt châu Âu vào năm 2015, tăng 5,4% so với năm 2014 Theo dự báo EWEA, đến năm 2020, dung lượng lắp đặt châu Âu đạt đến 217 GW, 28 GW xây dựng khơi, tổng sản lượng điện đạt 500 TWh, đáp ứng 17% nhu cầu điện châu Âu Ở Việt Nam, theo [4] vào 2016, có 10 nhà máy điện gió (WF-wind farm) gồm Bạc Liêu (212,8 MW), Bạch Long Vĩ (0,8 MW), Bình Thuận (30 MW), Cơng Hai (3 MW), Khai -Long Cà Mau (300 MW), Mũi Dinh (37,6 MW), Phú Lạc (24 MW), Phú Quý (6 MW), Tây Nguyên (28 MW), Trà Vinh (48 MW).Tuy dung lượng lắp đặt điện gió Việt Nam cịn khiêm tốn nguồn lượng tiềm đầy hứa hẹn Nhìn chung, WF giới Việt Nam sử dụng chủ yếu loại WT trục ngang Tùy theo loại máy phát sử dụng mà WT trục ngang chia làm loại, gồm: turbine vận hành với tốc độ không đổi sử dụng máy phát điện cảm ứng rotor lồng sóc (SCIG) turbine vận hành với tốc độ thay đổi sử dụng máy phát điện cảm ứng loại nguồn (DFIG), turbine vận hành với tốc độ thay đổi với máy phát sử dụng biến tần toàn phần (GFC-Generator with full converter) [5-7] GFC thường sử dụng máy phát đồng (SG/PMSG-synchronous generator/permanent magnetic synchronous generator) SCIG Khi WT kết nối lưới, tùy thuộc vào công suất nhà máy điện gió truyền đến lưới, chất lượng điện lưới bị ảnh hưởng làm cho tác động lưới kết nối đến chế độ làm việc turbine khác Đến nay, nhiều nghiên cứu WT kết nối lưới yếu công bố [6, 8-14], nhiên chưa có nghiên cứu so sánh khả kết nối lưới loại turbine nói đến lưới yếu Bài báo so sánh khả kết nối lưới yếu loại WT nói chế độ làm việc bình thường cố Bài báo đưa yêu cầu độ mạnh lưới để WF trì kết nối Giới hạn thời gian tác động bảo vệ rơ le để đảm bảo WT trì kết nối với lưới Lưới điện yếu WT 2.1 Lưới điện yếu Lưới điện tập hợp gồm nguồn phát, đường dây truyền tải, trạm biến áp, phụ tải thiết bị khác Để đánh giá độ mạnh lưới, khái niệm sau sử dụng [9] 2.1.1 Tỷ số xrr xrr tỷ số điện kháng 𝑋𝑔 điện trở 𝑅𝑔 lưới tính đến điểm tham chiếu 𝑋𝑔 𝑥𝑟𝑟 = (1) 𝑅𝑔 Như tổng trở lưới tính đến điểm tham chiếu là: 𝑍𝑔 = √𝑅𝑔2 + 𝑋𝑔2 = 𝑅𝑔 √1 + 𝑥𝑟𝑟 (2) 2.1.2 Công suất ngắn mạch SCC SCC (short-circuit capacity) điểm lưới công suất ngắn mạch lớn chảy đến có ngắn mạch xảy điểm SCC phụ thuộc vào điện áp lưới 𝑈𝑔 tổng trở ngắn mạch tính đến điểm ngắn mạch 𝑍𝑔 Phan Đình Chung, Lưu Ngọc An 18 𝑆𝐶𝐶 = 𝑈𝑔2 𝑍𝑔 (3) 𝜔𝑚 RSC DC AC 2.1.3 Tỷ số SCR SCR (short-circuit capacity ratio) tỷ số công suất ngắn mạch 𝑆𝐶𝐶 điểm kết nối công suất tác dụng định mức WF𝑃𝑊𝐹 cung cấp đến điểm kết nối 𝑈𝑔2 𝑈𝑔2 𝑆𝐶𝐶 𝑆𝐶𝑅 = = = (4) 𝑃𝑊𝐹 𝑍𝑔 𝑃𝑊𝐹 𝑍𝑔 𝑃𝑊𝐹 Nếu công suất từ WF cung cấp vào lưới 𝑆𝑊𝐹 Hình điện áp điểm kết nối PCC (point of common coupling point of common connection) tính: 𝑅𝑔 (𝑃𝑊𝐹 + 𝑄𝑊𝐹 𝑥𝑟𝑟) 𝑈𝑝𝑐𝑐 ≈ 𝑈𝑔 + (5) 𝑈𝑔 Ngồi ra, gọi hệ số cơng suất WF 𝑐𝑜𝑠𝜑 thì: 𝑈𝑔 (1 + 𝑥𝑟𝑟𝑡𝑔𝜑) (6) 𝑈𝑝𝑐𝑐 = 𝑈𝑔 + 𝑆𝐶𝑅√1 + 𝑥𝑟𝑟 Như từ (6), SCR 𝑥𝑟𝑟 lớn điện áp điểm kết nối tiến đến 𝑈𝑔 , nghĩa cơng suất phát WT ảnh hưởng đến điện áp lưới Ngược lại, SCR 𝑥𝑟𝑟 nhỏ dao động cơng suất WF ảnh hưởng lớn đến điện áp lưới 𝑍𝑔 𝑈𝑔 𝑈𝑝𝑐𝑐 𝑆𝑊𝑇 𝑉𝑑𝑐 Bộ điều khiển RSC GSC AC 𝜔𝑚 SCIG 𝑃𝑠 𝑄𝑠 Bộ điều khiển GSC MSC DC AC 𝜔𝑚 𝑉𝑑𝑐 Tụ bù (a) GSC AC 𝑃𝑔 𝑄𝑔 DC 𝑣𝑔 ~ SG/PMSG/SCIG Bộ điều khiển GSC Bộ điều khiển MSC (c) Hình (a) WT sử dụng SCIG, (b) WT sử dụng DFIG, (c) WT sử dụng GFC 2.3 Cấu trúc hệ thống nghiên cứu Ở xét WF với công suất định mức MW, kết nối lưới Hình 3a Tốc độ gió turbine Hình 3b chế độ vận hành bình thường 12 m/s chế độ cố 0,575/22KV A AC-50, L=10km 2x1,5MW ~ 𝑖𝑔 DC MC1 Theo [15], SCR>20 xem lưới lớn SCR5s 𝑄𝑠 = 0𝑝𝑢 >5s 𝑉𝑑𝑐 dòng ≤1% rotor tăng cao ≤2,7% 𝑉𝑔 = 1𝑝𝑢 ≤0,2s 𝑉𝑑𝑐 tăng cao ≤1% 𝑄𝑔 = 0𝑝𝑢 ≤0,145s ≤3% Để so sánh WT điều kiện lưới yếu, Bảng kết mơ lưới có SCR=9,5, xrr=4 Bảng cho thấy, điều kiện làm việc bình thường, độ lệch điện áp điểm kết nối bé 5%, nhiên, với WF sử dụng SCIG kèm theo STATCOM, WF có sử dụng biến tần với điều khiển điện áp cho độ lệch điện áp bé trường hợp lại Ở chế độ cố, WF sử dụng biến tần cho phép thời gian trì ngắn mạch lâu trường hợp lại, đặc biệt nhà máy sử dụng DFIG Tuy nhiên với WF sử dụng biến tần, cần phải có biện pháp để hạn chế điện áp mạch chiều dòng điện rotor (ở WT sử dụng DFIG) để đảm bảo trì kết nối với lưới có ngắn mạch lưới xảy Như vậy, điều kiện lưới yếu nhau, WF sử dụng DFIG với RSC điều khiển điện áp cho kết tốt hẳn so với trường hợp lại WF sử dụng GFC cho kết tốt trường hợp GSC điều khiển điện áp WF sử dụng SCIG Kết luận Bài báo phân tích so sánh khả kết nối lưới yếu WF sử dụng loại turbine khác Bài báo SCR tối thiểu để nhà máy làm việc ổn định chế độ bình thường cố Ngoài ra, báo đưa giới hạn thời gian trì cố lưới WF điểm cần phải khắc phục WF có cố xảy Từ kết so sánh, điều kiện lưới yếu WF nên sử dụng loại máy phát DFIG chế độ điều khiển điện áp tốt so với nhà máy lại Nếu nhà máy phải sử dụng GFC phía GSC nên điều khiển điện áp Trường hợp WF phải sử dụng máy phát SCIG nên lắp đặt STATCOM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.gwec.net/wp-content/uploads/vip/GWEC-GlobalWind-Report_2016.pdf [2] http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/statistics/ EWEA-Annual-Statistics-2015.pdf [3] http://www.ewea.org/fileadmin/files/library/publications/scenarios/ EWEA-Wind-energy-scenarios-2020.pdf [4] http://www.thewindpower.net/country_maps_en_74_vietnam.php [5] Yu Zou, Malik Elbuluk, Yilmaz Sozer, “Simulation Comparisons and Implementation of Induction Generator Wind Power Systems”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.49, Iss.3, 2013, 1119-1128 [6] Li-Jun Cai and Istvan Erlich, “Doubly Fed Induction Generator Controller Design for the Stable Operation in Weak Grids”, IEEE Transactionson Sustainable Energy, Vol.6, Iss.3, 2015, 1078-1084 [7] Daniel Mueller, Walter Kuehn, “Full Converter Wind Turbine Operating under Weak Grid Conditions”, IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe, 2014, 1-6 [8] R Blasco-Gimenez, S ó-Villalba, R S Pa, “Control of PMSG-based Wind Turbines in Weak Grids During Unbalanced Faults”, 39th IEE Annual Conference on Industrial Electronics Society, 2013, 7664-7669 [9] T Neumann, C Feltes, I Erlich, “Response of DFG-based Wind Farms Operating on Weak Grids to Voltage Sags”, IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2011, 1-6 [10] Min Hong, Huanhai Xin, Weidong Liu, Qian Xu, Taiying Zhen, and Deqiang Gan, “Critical Short Circuit Ratio Analysis on DFIG Wind Farm with Vector Power Control and Synchronized Control”, Journal of Electr Engineering and Technol, Vol.11, No.2, 2016, 709-718 [11] J O G Tande,K Uhlen, “Wind turbines in weak grids constraints and solutions”, 16th International Conference and Exhibition on Electricity Distribution (IEE Conf Publ No 482), 2001, 261-266 [12] A M Green,N Jenkins, “Connection of small wind-turbines in weak grids”, IEE Colloquium onSmall Wind Power Systems, (Digest No 1996/175), 1996, 1-3 [13] Shoji Nishikata,Fujio Tatsuta, “A hybrid wind turbine generator system suitable for weak grid”, IEEE 2nd International Conference on Future Energy Electronics Conference (IFEEC), 2015, 1-6 [14] F Sulla,J Svensson,O Samuelsson, “Wind turbines voltage support in weak grids”, IEEE Power & Energy Society General Meeting, 2013, 1-6 [15] Abdelaziz Arbaoui, Mohamed Asbik, Khalid Loudiyi, Khalid Benhamou, “Added Value of Power Control in Improving the Integration of Wind Turbines in Weak Grid Conditions”, Energy and Power Engineering , Vol.2, 2010, 230-237 (BBT nhận bài: 16/03/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 19/04/2017) ... WF kết nối lưới 22 kV tốc độ gió So sánh khả kết nối lưới chế độ bình thường 3.1 Yêu cầu độ mạnh lưới Ở tác giả xét đến chế độ làm việc bình thường lưới nhà máy với tốc độ gió Hình 3b Theo kết. .. cho kết tốt trường hợp GSC điều khiển điện áp WF sử dụng SCIG Kết luận Bài báo phân tích so sánh khả kết nối lưới yếu WF sử dụng loại turbine khác Bài báo SCR tối thiểu để nhà máy làm việc ổn định... đảm bảo trì kết nối với lưới có ngắn mạch lưới xảy Như vậy, điều kiện lưới yếu nhau, WF sử dụng DFIG với RSC điều khiển điện áp cho kết tốt hẳn so với trường hợp lại WF sử dụng GFC cho kết tốt trường

Ngày đăng: 25/11/2022, 21:08

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan