(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng

(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng(Luận văn thạc sĩ) Ứng dụng SMES (Supperconducting magnetic energy store cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ năng lượng) trong cải thiện chất lượng điện năng

LUẬN VĂN THẠC SĨ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành với trân trọng lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy PGS.TS NGUYỄN HỮU PHÚC, trường Đại học Báck Khoa Tp HCM, tận tình hướng dẫn để tơi sớm hồn thành luận văn Tơi chân thành gửi lời cảm ơn đến tập thể q Thầy Cơ khoa Điện –Điện tử trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HCM tận tình, hết lịng giúp đỡ tạo điều kiện cho thời gian học tập thực luận văn Tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln động viên, ủng hộ giúp đỡ suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn Học viên thực Phan Thanh Cảnh …………… Trang iii LUẬN VĂN THẠC SĨ TÓM TẮT Ứng dụng hệ thống cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ lượng (SMES) dần trở thành ứng dụng quan trọng để ổn định công suất điều khiển hệ thống điện Xu hướng ứng dụng hệ thống SMES vào mạng lưới điện dần phát triển với nhiều nghiên cứu lĩnh vực Một thiết bị SMES với đặc tính siêu dẫn “zero-resistance” hoạt động linh hoạt, chu kỳ hoạt động gần vô hạn, hiệu suất cao khả lưu trữ lượng cao mà không tiêu hao lượng Hệ thống SMES thành phần quan trọng hệ thống điều khiển cơng suất (PCS) việc kiểm sốt trao đổi công suất cuộn dây mạng điện xoay chiều AC Công suất tác dụng công suất phản kháng lưới điện cung cấp cho hệ thống SMES hệ thống điện không đủ công suất để cân trạng thái ổn định hệ thống điện hệ thống SMES xả cơng suất để bù vào lượng thiếu hụt Trong đề tài này, kiến thức hệ thống SMES nguyên lý hoạt động, cấu trúc hệ thống, điều khiển ứng dụng hệ thống thể phần tổng quan Dựa nghiên cứu có, hệ thống SMES phát triển từ cấu trúc hệ thống SMES phương trình tốn học tương đương, thuật điều khiển chương trình mơ Thuật điều khiển xây dựng khung tham chiếu d-q cho nghịch lưu nguồn áp (VSI) nhằm đơn giản hóa giá trị tham chiếu đầu vào kết hợp với giá trị đo để tạo giá trị so lệch nhằm điều khiển kiểm soát hệ thống trạng thái cân Chopper điều khiển dựa dòng điện chiều DC dòng xoay chiều AC Sự sai lệch hai dòng điện sử dụng để tính tốn chu kỳ nhiệm vụ trạng thái nạp xả Trong mô phỏng, kết hệ thống điện kết hợp hệ thống SMES cho ta thấy độ dao động điện áp giảm hệ thống điện có thêm phụ tải thâm nhập vào hệ thống điện so với trường hợp khơng có kết nối hệ thống SMES vào lưới điện Hệ thống SMES bù công suất cho hệ thống điện hệ thống điện không đủ công suất để cung cấp cho phụ tải thâm nhập Trong đề tài này, tác giả sử dụng phần mềm MATLAB để mô ảnh hưởng lên lưới điện ta ứng dụng hệ thống SMES kết nối lưới Trang iv LUẬN VĂN THẠC SĨ ABSTRACT Superconducting magnetic energy storage (SMES) is gradually becoming interested application for power flow stabilization and control in the power system The trends of SMES system application into electric networks are developing with a great number of researches in this field SMES devices, is the “zero-resistance” characteristic, permitted instantaneous dynamic response, nearly infinite cycle life, high roundtrip efficiency, and stored large energy without storage loss The SMES system is a crucial component for the power condition system (PCS) in term of controlling the power exchange between the power system coil and AC network system The active and reactive power in the electric network is absorbed to the SMES system and it injects these powers to the grid power system when the power system is insufficient in order to balancing power and stability in the power system In this project, basic comprehension of the SMES system such as principle operation, structure, controlling and its applications have been demonstrated in the literature review Basing on previous researches, the development of SMES system has been developed from the proposed structure of the SMES system to the mathematic equation equivalence, proposed scheme control and simulation The control strategy has been built in the d-q reference frame for voltage source inverter (VSI) to simplify the comparable values of measured value and reference value in order to obtain the error value which applies to control the system The control chopper bases on the power flow from the DC side and AC side The difference of both sides has been used to archive the duty cycle of the state of charge and discharge In the simulation, the result of the system with SMES system has been demonstrated that the voltage has been mitigated the voltage fluctuation in the power system with SMES system connection when penetrated loads were student connection and disconnection frequently to the power system The SMES system released its energy to compensate the inadequate of the power system to mitigate the impact of the penetration loads The dynamic implement in this project is experimented by computer simulation in the MATLAB software environment Trang v LUẬN VĂN THẠC SĨ MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH MỤC KÝ HIỆU ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x DANH SÁCH CÁC BẢNG xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 Tổng quan hệ thống tích trữ lượng vật liệu từ siêu dẫn SMES 1.2 Lịch sử phát triển SMES cơng trình liên quan bật 1.3 Mục đích nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu .7 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Ý nghĩa khoa học thực tiễn 1.6.1 Ý nghĩa khoa học 1.6.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.7 Tóm lược nội dung luận văn 10 CHƯƠNG 11 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Hệ thống SMES 11 2.1.1 Nguyên lý hoạt động hệ thống SMES 11 2.1.2 Cấu trúc hệ thống SMES .13 2.1.2.1 Bộ nghịch lưu nguồn áp ( Voltage Source Inverter – VSI) 14 2.1.2.2 Bộ Chopper DC/DC 18 2.1.2.3 Bộ điều khiển CU 23 2.1.2.4 Cuộn dây siêu dẫn với nam châm 26 CHƯƠNG 27 Trang vi LUẬN VĂN THẠC SĨ XÂY DỰNG MƠ HÌNH HỆ THỐNG SMES KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB .27 3.1 Mục tiêu 27 3.1.1 Hệ thống lưới điện 27 3.1.2 Hệ thống SMES 28 3.1.3 Phụ tải thâm nhập 29 3.1.4 Tính tốn cấp điện áp lưới điện 29 3.1.4.1 Biểu diễn hệ thống điện hệ đơn vị tương đối 29 3.1.4.2 Tính toán cấp điện áp .30 3.2 Cấu trúc điều khiển hệ thống SMES 32 3.2.1 Tổng quan cấu trúc hệ thống SMES 32 3.2.2 Bộ nghịch lưu áp 32 3.2.3 Khối DC Chopper 35 3.3 Phương thức điều khiển hệ thống SMES 38 3.3.1 Điều khiển nghịch lưu VSI 38 3.3.2 Điều khiển DC-DC Chopper .39 CHƯƠNG 42 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SMES TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB .42 4.1 Sơ đồ khối tổng thể hệ thống 42 4.2 Trạng thái ổn định hệ thống .43 4.2.1 Đo lường thông số hệ thống 44 4.2.2 Đo lường thông số hệ thống SMES .45 4.3 Trạng thái hệ thống có phụ tải thâm nhập với QL =100 kVAR 48 4.3.1 Đo lường thông số hệ thống .50 4.3.2 Đo lường thông số hệ thống SMES 50 4.4 Trạng thái hệ thống có phụ tải thâm nhập với QL =200 kVAR 53 4.4.1 Đo lường thông số hệ thống .53 4.4.2 Đo lường thông số hệ thống SMES……………………………… 54 4.5 Trạng thái hệ thống có xảy cố pha chạm đất thoáng qua với RF =0.44 Ohm ( giá trị điện trở lổi chạm đất) 57 4.5.1 Đo lường thông số hệ thống .57 4.5.2 Đo lường thông số SMES 59 Trang vii LUẬN VĂN THẠC SĨ 4.6 Trạng thái hệ thống có xảy cố ngắn mạch phase thoáng qua với RF =0.44 Ohm 61 4.6.1 Đo lường thông số hệ thống .61 4.6.2 Đo lường thông số SMES 62 4.7.Trạng thái hệ thống có xảy cố ngắn mạch phase thoáng qua lưới 132kV với RF =0.88 Ohm 64 CHƯƠNG 66 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 66 5.1 Kết đạt 66 5.2 Những hạn chế chưa đạt hướng khắc phục 67 5.3 Hướng phát triển đề tài 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO .69 PHỤ LỤC A: MƠ HÌNH SIMULINK 71 PHỤ LỤC B: BẢNG THÔNG SỐ HỆ THỐNG 73 Trang viii LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH MỤC KÝ HIỆU PI : Bộ điều khiển vi tích phân SMES: Cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ lượng PWM: Điều chế xung HTS: Công nghệ siêu dẫn nhiệt độ cao PLL: Vịng khóa pha THD: Độ méo dạng sóng hài LTS: Công nghệ siêu dẫn nhiệt độ thấp NP: Điểm trung tính CS: Hệ thống làm lạnh DG: Máy phát phân phối SC: Cuộn dây siêu dẫn P: Công suất tác dụng SCM: Cuộn dây siêu dẫn với nam châm Q: Công suất phản kháng V: Điện áp PV: Quang điện I: Dòng điện CU: Bộ điều khiển Z: Tổng trở PCC: Điểm kết nối lưới điện L: Độ tự cảm PCS: Hệ thống điều khiển công suất R: Trở kháng C: Điện dung FACTS: công nghệ truyền tải điện xoay chiều linh hoạt IOP: Tổng công suất tăng VSI: Bộ nghịch lưu nguồn áp LDC: Bù sụt áp đường dây VSC: Bộ chuyển đổi nguồn áp SVR: Bộ điều khiển điện áp CCM : Chế độ điều khiển dòng điện CB: Máy cắt VCM : Chế độ điều khiển điện áp Trang ix LUẬN VĂN THẠC SĨ DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Mơ hình kết nối SMES hệ thống lưới điện Trang Hình 2.1 Vật liệu phi tuyến (a) vật liệu tuyến tính (b) nằm đường cong B-H (B) Trang 12 Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống SMES Trang 13 Hình 2.3 Sơ đồ mạch tương đương nghich lưu nguồn áp VSI .Trang 14 Hình 2.4 Chuyển đổi hệ tọa độ vector không gian từ hệ tọa độ A-B-C sang hệ tọa độ d-q ngược lại Trang 16 Hình 2.5 Chế độ sạc chuyển đổi DC/DC ba bậc .Trang 20 Hình 2.6 Chế độ nghỉ chuyển đổi DC/DC ba bậc Trang 21 Hình 2.7 Chế độ xả chuyển đổi DC/DC ba bậc Trang 21 Hình 2.8 Chế độ Buck Mode Chopper với chu kỳ chuyển mạch trạng thái Trang 22 Hình 2.9 Chế độ Boost Mode Chopper với chu kỳ chuyển mạch trạng thái Trang 22 Hình 2.10 Cấu trúc cuộn dây SMES Trang 26 Hình 3.1 Hệ thống điện khơng có phụ tải thâm nhập Trang 28 Hình 3.2 Hệ thống điện khơng có phụ tải thâm nhập Trang 29 Hình 3.3 Sơ đồ đơn tuyến hệ thống Trang 30 Hình 3.4 Mơ hình hệ thống điện xây dựng phần mềm Powerworld Trang 31 Hình 3.5 Sơ đồ biểu diễn chi tiết hệ thống SMES Trang 32 Hình 3.6 Sơ đồ tương đương nghịch lưu áp VSI .Trang 34 Hình 3.7 Mô hinh chi tiết Chopper Trang 35 Hình 3.8 Sơ đồ trạng thái sạc Chopper Trang 36 Hình 3.9 Trạng thái nghỉ Chopper Trang 36 Hình 3.10 Trạng thái xả chopper Trang 37 Hình 3.11 Sơ đồ khối mơ hình tốn điều khiển VSI .Trang 38 Hình 3.11.1 Mơ hình mơ điều khiển VSI Trang 39 Trang x LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 3.12 Sơ đồ khối mơ hình toán điều khiển DC Chopper Trang 40 Hình 3.12.1 Mơ hình mơ điều khiển DC Chopper Trang 40 Hình 4.1 Mơ hình hệ thống điện xây dựng Simulink với hai trường hợp có khơng có SMES với đối tượng tải thâm nhập thống qua QL .Trang 42 Hình 4.1.1 Mơ hình mơ hệ thống SMES Simulink Trang 43 Hình 4.2 Dạng sóng điện áp 11kV, (a) hệ thống có SMES, (b) hệ thống khơng có SMES Trang 44 Hình 4.3 Dạng sóng điện áp dây trung bình đường dây 11kV… Trang 45 Hình 4.4 Điện áp hệ thống SMES điều kiện bình thường Trang 46 Hình 4.5 Điện áp liên kết DC hệ thống SMES điều kiện bình thường Trang 46 Hình 4.6 Điện áp cuộn dây SMES, (a) trạng thái điện áp chế độ sạc (b) điện áp chế độ chờ Trang 47 Hình 4.7 Dịng điện qua cuộn dây SMES chế độ sạc chế độ chờ Trang 48 Hình 4.8 Điện áp 11kV phụ tải thâm nhập lưới điện, (a) lưới điện có kết nối với hệ thống SMES (b) lưới điện khơng có kết nối với hệ thống SMES .Trang 49 Hình 4.9 Trị điện áp trung bình đường dây 11kV Trang 50 Hình 4.10 Điện áp hệ thống SMES, (a) điện áp đầu cuối, (b) liên kết DC (c) cuộn SMES mục tiêu thâm nhập kết nối Trang 51 Hình 4.11 Dịng điện cuộn dây SMES có thêm phụ tải thâm nhập .Trang 52 Hình 4.12 Điện áp 11kV phụ tải thâm nhập lưới điện, (a) lưới điện có kết nối với hệ thống SMES (b) lưới điện kết nối với hệ thống SMES .Trang 53 Hình 4.13 Trị điện áp trung bình đường dây 11kV Trang 54 Hình 4.14 Điện áp hệ thống SMES, (a) điện áp đầu cuối, (b) liên kết DC (c) cuộn SMES mục tiêu thâm nhập kết nối Trang 55 Hình 4.15 Dịng điện cuộn dây SMES có thêm phụ tải thâm nhập .Trang 56 Hình 4.16 Mơ hình hệ thống điện xây dựng Simulink với hai trường Trang xi LUẬN VĂN THẠC SĨ hợp có khơng có SMES với đối tượng ngắn mạch thống qua phía trung Trang 57 Hình 4.17 Điện áp 11kV có cố lổi chạm đất thoáng qua .Trang 57 Hình 4.18 Trị điện áp trung bình đường dây 11kV Trang 58 Hình 4.19 Điện áp hệ thống SMES, (a) điện áp đầu cuối, (b) liên kết DC (c) cuộn SMES có đối tượng thâm nhập thống qua kết nối Trang 60 Hình 4.20 Dòng điện cuộn dây SMES xảy cố lỗi chạm đất thoáng qua .Trang 61 Hình 4.21 Điện áp 11kV có cố lổi ngắn mạch hai pha thống qua, (a) lưới điện có kết nối với hệ thống SMES (b) lưới điện khơng có kết nối với hệ thống SMES Trang 62 Hình 4.22 Trị điện áp trung bình đường dây 11kV Trang 62 Hình 4.23 Điện áp hệ thống SMES, (a) điện áp đầu cuối, (b) liên kết DC (c) cuộn SMES có đối tượng thâm nhập thoáng qua kết nối Trang 63 Hình 4.24 Dịng điện cuộn dây SMES xảy cố lổi ngắn mạch hai pha thoáng qua Trang 64 Hình 4.25 Điện áp 11kV có cố lổi ngắn mạch hai pha thoáng qua, (a) lưới điện có kết nối với hệ thống SMES (b) lưới điện khơng có kết nối với hệ thống SMES Trang 64 Hình A.1 Mơ hình Simulink hai hệ thống điện với hệ thống có khơng có SMES với trường hợp có tải thâm nhập thống qua Trang 71 Hình A.2 Mơ hình Simulink hai hệ thống điện với hệ thống có khơng có SMES với trường hợp có lổi ngắn mạch thoáng qua Trang 71 Hình A.3 Mơ hình Simulink hệ thống SMES Trang 72 Hình A.4 Mơ hình Simulink điều khiển VSI .Trang 72 Hình A.5 Mơ hình Simulink điều khiển DC-DC chopper Trang 73 Trang xii LUẬN VĂN THẠC SĨ (b) Hình 4.21 Điện áp 11kV có cố lổi ngắn mạch hai pha thống qua, (a) lưới điện có kết nối với hệ thống SMES (b) lưới điện khơng có kết nối với hệ thống SMES Hình 4.22 Trị điện áp trung bình đường dây 11kV hai hệ thống có khơng có hệ thống SMES có ngắn mạch tống hai pha thâm nhập lưới điện, màu xanh điện áp hệ thống điện có kết nối hệ thống SMES màu hồng điện áp hệ thống điện khơng có hệ thống SMES 4.6.2 Đo lường thông số SMES Trang 62 LUẬN VĂN THẠC SĨ (a) (b) (c) Trang 63 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình 4.23 Điện áp hệ thống SMES, (a) điện áp đầu cuối, (b) liên kết DC (c) cuộn SMES có đối tượng thâm nhập thống qua kết nối Hình 4.24 Dòng điện cuộn dây SMES xảy cố lổi ngắn mạch hai pha thoáng qua 4.7 Trạng thái hệ thống có xảy cố ngắn mạch phase thoáng qua lưới 132kV với RF =0.88 Ohm Đánh giá tác động SMES có cố lưới cao ảnh hưởng chất lượng điện áp phía trung 11kV Đo lường hệ thống bus 11kV cho kết mơ hình Trường hợp lưới khơng có SMES kết nối vào lưới điện 11kV Thời gian khảo sát xem xét 200 ms Hình 4.25 Điện áp 11kV có cố lổi ngắn mạch pha thoáng qua lưới điện 132kV khơng có kết nối với hệ thống SMES Trang 64 LUẬN VĂN THẠC SĨ Trường hợp lưới có SMES kết nối vào Hình 4.26 Điện áp 11kV có cố lổi ngắn mạch pha thống qua lưới 132kV có kết nối với hệ thống SMES Nhận xét: Trường hợp có cố ngắn mạch pha thoáng qua lưới cao 132kV với điện trở ngắn mạch chạm đất RFG = 0.88 Ohm, sau tiến hành mô cho kết hình 2.25 hệ thống khơng có SMES kết nối vào lưới điện 11kV hình 2.26 có SMES kết nối vào lưới điện 11kV, cho thấy với hệ thống lưới điện có SMES cải thiện đáng kể thành phần sụt điện áp, võng điện áp, méo biên dạng điện áp cải thiện đáng kể Ở hình 2.26 cho thấy thành phần võng điện áp đạt đến giá trị đỉnh 20kV sụt áp với giá trị đỉnh 11.5kV Trang 65 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Trong chương này, tác giả trình bày kết đạt được, chưa đạt trình nghiên cứu, tìm hiểu, mơ hệ thống lưới điện với kết nối hệ thống SMES Đồng thời, trình bày rõ mặt hạn chế, khó khăn thực đề tài nghiên cứu để từ đưa hướng khắc phục khó khăn, hạn chế đề tài Cuối cùng, tác giả đưa hướng phát triển đề tài nhằm đưa đề tài ngày hồn thiện có khả ứng dụng tốt vào lĩnh vực sống nâng cao kiến thức chuyên môn, xã hội tác giả sau 5.1 Kết đạt Kết nghiên cứu đóng góp đề tài “Ứng dụng SMES (Supperconducting Magnetic Energy Store: Cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ lượng) cải thiện chất lượng điện năng” thể điểm sau đây: - Tổng hợp sở lý luận, đánh giá cơng trình nghiên cứu liên quan đến đề tài, xác định nội dung cần sâu giải vấn đề - Về nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu lý thuyết trình bày cách tổng thể hệ thống SMES, nguyên lý hoạt động hệ thống SMES, trình bày tổng quan mơ hình tốn học hệ thống từ làm cở sở xây dựng mơ hình hóa hệ thống lưới điện với việc áp dụng SMES môi trường MATLAB nhằm đánh giá khả phục hồi hệ thống có cố thoáng qua lưới điện - Sự ổn định hệ thống điện đóng vai trị quan trọng để đảm bảo cung cấp an toàn liên tục cho phụ tải Hệ thống từ cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ lượng (SMES) phát triển phần mềm MATLAB Sự dao động điện áp giảm nhẹ, bù đắp lượng thiếu hụt cho lưới có đối tượng thâm nhập thống qua vào hệ thống điện hướng phát triển đề tài Trang 66 LUẬN VĂN THẠC SĨ - Ưu điểm hệ thống SMES đặc tính "điện trở gần không", cho phép đáp ứng động tức khắc, chu kỳ sống vô hạn, hiệu suất cao, cho phép lưu trữ nhiều lượng mà không bị chế độ chờ Do đó, hệ thống SMES có đặc tính khả giải phóng lượng nhanh bồi thường lượng cho hệ thống điện để góp phần đáng kể ổn định hệ thống điện - Trong nhiều nghiên cứu trước, thiết kế đề xuất hệ thống SMES tập trung vào mục đích cụ thể ứng dụng Tuy nhiên, hệ thống điện, có nhiều ứng dụng điều khiển điện áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng, tần số, đảo ngược, cân phụ tải Những bất lợi tình hệ thống điện phân phối nhiều hệ thống SMES ứng dụng khác dọc theo hệ thống điện, làm tăng chi phí đầu tư, không gian, quản lý môi trường Một ứng dụng đa dạng hệ thống SMES thách thức đáng kể phải đối mặt với hệ thống kiểm soát phức tạp 5.2 Những hạn chế chưa đạt hướng khắc phục Bên cạnh kết đạt được, đề tài cịn khó khăn hạn chế cần khắc phục sau: - Về thiết kế mơ hình: tác giả xây dựng mơ hình hóa hệ thống điện điển hình gồm phần gồm: nguồn phát, máy biến áp đường dây truyền tải, khu vực phụ tải, tính tốn dừng mức độ tương đối để đánh giá tác động có đối tượng xâm nhập vào hệ thống điện khả đáp ứng hệ thống SMES có đáp ứng u cầu hay khơng Thực tế ứng dụng cần có khảo sát đặc tính hệ thống điện khu vực ứng dụng riêng biệt để có sở sở tính tốn hệ thống hợp lý nhằm đạt mục tiêu đưa số lưới điện đạt chất lượng mong muốn Đối với hệ thống điện có hai nút nhánh cần có khảo sát điểm bất lợi hệ thống áp dụng SMES cho lưới khu vực - Phần điều khiển: tác giả xây dựng mơ hình điều khiển SMES dựa cơng trình nghiên cứu có sẵn cơng bố tạp chí khoa học nhằm giải phạm vi nghiên cứu đề tài với mục đích cải thiện chất Trang 67 LUẬN VĂN THẠC SĨ lượng điện số điện áp đối tượng xâm nhập thoáng qua gây nên tượng sụt áp, nhấp nháy điện áp, võng điện áp Hệ thống điều khiển hạn chế việc thu thập liệu lưới so với liệu tham chiếu cài đặt sẵn để thực nạp xả giá trị mong muốn, dó cần có nghiên cứu sâu rộng việc giám sát điều khiển thông minh Bộ điều khiển VSI mà tác giả sử dụng dừng lại điều khiển điện áp 12 xung điện áp DC ngỏ chưa thực tuyến tính, với việc áp dụng thực tế cần triển khai điều khiển 48 xung trở lên nhằm đạt điện áp DC tuyến tính - Phần khảo sát hệ thống: tác giả dừng lại mức đánh giá hệ thống với đối tượng thâm nhập thoáng qua tải dao động mà thành phần đặc trưng xu hướng tiêu thụ công suất phản kháng QL, đối tượng thứ hai phạm vị xem xét tượng ngắn mạch thống qua phía khu vực phụ tải 11kV 5.3 Hướng phát triển đề tài Trong tương lai, công nghệ phát triển đáng kể ứng dụng đa dạng hệ thống SMES sử dụng Một hệ thống SMES với nhiều ứng dụng kiểm sốt vấn đề khác hệ thống điện sử dụng vào thực tế hệ thống điện Do đó, nghiên cứu phát triển dựa sở đề tài để áp dụng cho hệ thống lượng gió, lượng mặt trời với trường hợp hệ thống có khả lướt qua cố (LVRT: low voltage ride throug) kết nối với lưới truyền tải Hệ thống SMES có khả bồi đắp cơng suất đáng kể hệ thống PIN lượng mặt trời hợp ảnh hưởng đến đám mây che cường độ nắng thấp khoảng thời gian định Các ứng dụng khác hệ thống máy phát nguồn phát công suất kéo trục máy phát có thay đổi tốc độ dẫn đến thay đổi tần số máy phát, công suất điện phát ra, tổ hợp máy phát tạo nên ảnh hưởng chất lượng điện áp không ổn định phát lên lưới, SMES đáp ứng khả bồi đắp công suất điều chỉnh tần số tham số cho phép nhằm đưa đến hệ thống ổn định Trang 68 LUẬN VĂN THẠC SĨ TÀI LIỆU THAM KHẢO X.D Xue, K.W.E Cheng, D Sutanto, “A study of the status and future of superconducting magnetic energy storage in power systems”, Superconductor Science and Technology, 19(6), pp R31-R39, 2006 [2] M.G Molina, P.E Mercado, et al., “Improved superconducting magnetic energy storage (SMES) controller for high-power utility applications”, IEEE Trans on Energy Conversion, Early excess, 2015 [3] S-T Kim, B-K Kang, S-H Bae, J-W Park, “Application of SMES and grid code compliance to wind/photovoltaic generation system”, IEEE Trans on Applied Superconductivity, V.23, No.3, 2013 [4] W.V Torre et al., “Improving power delivery through the application of superconducting magnetic energy storage (SMES)”, IEEE PES GM 2001, p81–7 [5] A Canova, L Giaccone, F Spertino, and M Tartaglia, "Electrical impact of photovoltaic plant in distributed network," IEEE Trans on Industry Applications, vol 45, pp 341-347, 2009 [6] R A Walling, R Saint, R C Dugan, J Burke, and L A Kojovic, "Summary of distributed resources impact on power delivery systems," IEEE Trans on Power Delivery, V.23, pp 1636-1644, 2008 [7] M.J.E Alam, K.M Muttaqi, D Sutanto, “Mitigation of rooftop solar PV impacts and evening peak support by managing available capacity of distributed energy storage systems”, IEEE Trans on Power Systems, Vol 28, No 4, pp 3874 – 3884, 2013 [8] Y Ueda, K Kurokawa, T Tanabe, K Kitamura, and H Sugihara, “Analysis Results of Output Power Loss Due to the Grid Voltage Rise in GridConnected Photovoltaic Power Generation Systems”, IEEE Trans on Industrial Electronics, Vol 55, No 7, 2008, p.2744-2751 [9] N Kakimoto, H Satoh, et al., “Ramp-Rate Control of Photovoltaic Generator with Electric Double-Layer Capacitor”, IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.24, No.2, June 2009, pp.465-473 [10] Ernest Orlando Lawrence Berkeley National Laboratory, “Understanding Variability and Uncertainty of Photovoltaics for Integration with the Electric Power System” Report no LBNL-2855E, Environmental Energy Technologies Division, December 2009 [11] M.J.E Alam, K.M Muttaqi, D Sutanto, “A novel approach for ramp-rate control of solar PV using energy storage to mitigate output fluctuations caused by cloud passing”, IEEE Trans on Energy Conversion, V.29, No.2, pp.507 – 518, 2014 [12] Z Conka, M Kolcun, G Morva, “Impact of Renewable energy sourecs on power sytem stability”, Rigas Tehniskas Universitates Zinatniskie Raksti, ISSN 1407-7345, 01/2014, Volume 32, p 25 [1] Trang 69 LUẬN VĂN THẠC SĨ [13] Jiang Q and Conlon M F, “The power regulation of a PWM type superconducting magnetic energy storage unit” IEEE Trans Energy Convers, 1996, Vol 11, No pp168–174 [14] M Masuda, T Shintomi, “Superconducting magnetic energy storage”, ISSN 0011-2275, 1977, Volume 17, Issue 11, pp 607 – 612 [15] J Lee, J.H Kim, S.K Joo, “Stochastic Method for the Operation of a Power System With Wind Generators and Superconducting Magnetic Energy Storages (SMESs)”, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, ISSN 1051-8223, 2011, Volume 21, Issue 3, pp 2144 – 2148 [16] S.I.Kopylov, N.N Balashov, S.S Ivanov, A.S Veselovsky, V.D Zhemerikin, “Joint operation of the superconducting fault current limiter and magnetic energy storage system in an electric power network”, Conference Series, ISSN 1742-6596, 06/2010, Volume 234, Issue 3, p 032029 [17] J Rodriguez, J S Lai, and F Z Peng, “Multilevel inverters: A survey of topologies, controls, and applications,” IEEE Trans Ind Electron, Aug 2002, vol 49, no 4, pp 724–738 [18] J S Lai and F Z Peng, “Multilevel converters-a new breed of power converters,” IEEE Trans Ind Appl., 1996, vol 32, no 3, pp 509–517 [19] C Luonge, M Steurer, “Modeling of SMES and Its Integration to the Power Grid”, EPRI, Palo Alto, CA: 2005 1012153 [20] M G Molina, “Dynamic Modelling and Control Design of Advanced Energy Storage for Power System Applications”, ISBN 978-953-7619-68-8, January 2010, pp 50-93 [21] [21] M G Molina, P.E Mercado, “MULTI-LEVEL CONTROL OF A STATIC SYNCHRONOUS COMPENSATOR COMBINED WITH A SMES COIL FOR APPLICATIONS ON PRIMARY FREQUENCY CONTROL”, IEE, Universidad Nacional de San Juan – UNSJ Av Lib Gral San Martín Oeste 1109 - J5400ARL, San Juan, Argentina, Jan 2004 [22] [22] M.V Aware, D Sutanto, “Improved Controller for Power Conditioner Using High-Temperature Superconducting Magnetic Energy Storage (HTSSMES)”, IEEE TRANSACTIONS ON APPLIED SUPERCONDUCTIVITY, Vol 13, No 1, March 2003, pp 38-47 [23] [23] D Cuiuri, J Moscop, C Cook, “A FLEXIBLE APPROACH TO ONSITE POWER FILTERING AND SUPPLY BACKUP USING HIGH CAPACITY HIGH TEMPERATURE SMES FOR MAXIMUM EQUIPMENT UTILITY”, The University of Wollongong, Faculty of Engineering, Wollongong, NSW 2522, Australia, 01/2007, pp 1-6 Trang 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ PHỤ LỤC A MƠ HÌNH SIMULINK Hình.A.1 Mơ hình Simulink hai hệ thống điện với hệ thống có khơng có SMES với trường hợp có tải thâm nhập thống qua Hình.A.2 Mơ hình Simulink hai hệ thống điện với hệ thống có khơng có SMES với trường hợp có lổi ngắn mạch thống qua Trang 71 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình.A3 Mơ hình Simulink hệ thống SMES Hình.A.4 Mơ hình Simulink điều khiển VSI Trang 72 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hình.A.5 Mơ hình Simulink điều khiển DC-DC chopper PHỤ LỤC B BẢNG THƠNG SỐ HỆ THỐNG Thơng số hệ thống điện Thông số nguồn phát: Line Phase A Fault Frequency Internal Voltage angle level (Hz) connection (Vrms) (degree) (MVA) Base voltage (Vrms ph-ph) X/R ratio Load flow 13,800 13,800 swing 50 Yg 2500 Bảng 1.2 Thông số máy phát Thông số máy biến áp tăng áp (step-up) hạ áp (step-down) Transformer Step-up Step-down Capacity (MVA) 100 100 Frequency (Hz) 50 50 Winding 13.8 132 Winding 132 11 Voltage phase to phase(Vrms) Trang 73 LUẬN VĂN THẠC SĨ Winding 0.002 0.002 Winding 0.002 0.002 Winding 0.00 0.08 Winding 0.08 0.00 Magnetization resistance Rm (pu) 500 500 Magnetization inductance Lm (pu) 500 500 Winding Yg D11 Winding D11 Yg Resistance R (pu) Inductance L (pu) Configuration Bảng 1.3 Thông số máy biến áp tăng áp hạ áp Thông số đường dây truyền tải : Number of phase Frequency (Hz) Resistance (Ω/km) Inductance (H/km) Capacitance (F/km) Length (km) 50 0.01273 0.9337e-3 12.74e-9 100 Bảng 1.4 Thông số đường dây truyền tải Thông số tải: Configuration Voltage L-L (Vrms) Frequenc y (Hz) Active Power (MW) Inductive power (Mvar) Load type Y (grounded) 11,000 50 10 Constant Z Bảng 1.5 Thông số tải SMES system Thông số máy biến áp hạ áp đầu cuối hệ thống SMES: Voltage Power Winding Frequenc Resistanc Inductance capacity Winding1 y (Hz) e (pu) (pu) (MVA) (Vrms) (Vrms) 10 11,000 400 50 0.002 0.005 Bảng 1.6 Thông số máy biến áp hạn áp đầu cuối SMES Đối tượng tải thâm nhập thoáng qua Trang 74 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thơng số tải thâm nhập thống qua, tải thâm nhập có tính chất tiêu thụ cơng suất phản kháng Inducti Active ve Load ConHìnhurati Voltage L- Frequenc Power power type on L (Vrms) y (Hz) (MW) (Mvar) Y (grounded) 11,000 50 100 Constant Z Y (grounded) 11,000 50 200 Constant Z Bảng 1.7 Thông số phụ tải thâm nhập thoáng qua Trang 75 S K L 0 ... 25 LUẬN VĂN THẠC SĨ 2.1.2.4 Cuộn dây siêu dẫn với nam châm Sự tích trữ lượng cuộn dây siêu dẫn (SMES) lượng lưu trữ cuộn dây q trình tạo từ trường dịng điện DC chạy qua cuộn dây Cuộn dây đặt... thấp cuộn dây cho thấp so với giới hạn để trở thành cuộn dây siêu dẫn Dòng điện sạc cuộn dây siêu dẫn khơng bị có khả tích trữ vơ hạn cuộn dây dạng lượng từ trường Năng lượng tích trữ cuộn dây siêu. .. vào Từ đó, tiến hành mô đánh giá hệ thống qua phần mềm Matlab Học viên chọn đề tài: ? ?Ứng dụng SMES (Supperconducting Magnetic Energy Store: Cuộn dây từ siêu dẫn tích trữ lượng) cải thiện chất lượng