Giải pháp vận hành lưới điện độc lập

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐÀO TRUNG KIÊN GIẢI PHÁP VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN ĐỘC LẬP Ngành KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 202.

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐÀO TRUNG KIÊN GIẢI PHÁP VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN ĐỘC LẬP Ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2022 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Cơng nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ VĂN ĐẠI Luận văn thạc sĩ bảo vệ Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 29 tháng 10 năm 2022 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS TS Châu Minh Thuyên - Chủ tịch Hội đồng PGS TS Trương Việt Anh - Phản biện PGS TS Nguyễn Văn Nhờ - Phản biện TS Dương Thanh Long - Ủy viên TS Nguyễn Thanh Thuận - Thư ký (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS TS CHÂU MINH THUYÊN TRƯỞNG KHOA TS TRẦN THANH NGỌC BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐÀO TRUNG KIÊN MSHV: 19000381 Ngày, tháng, năm sinh: 15/10/1988 Nơi sinh: Đức Huệ, Long An Ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 8520201 I TÊN ĐỀ TÀI: Giải pháp vận hành lưới điện độc lập NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: i) Tìm hiểu tổng quan lưới điện độc lập ii) Nghiên cứu sở lý thuyết, chế độ vận hành nguồn phát tải hệ thống điện độc lập từ đề xuất giải pháp vận hành iii) Xây dựng hệ thống điện độc lập để đánh giá giải pháp vận hành đề xuất II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: thực định số 477/QĐ-ĐHCN ngày 08 tháng 04 năm 2021 Trường Đại học Công nghiệp TPHCM việc giao nhiệm vụ hướng dẫn luận văn thạc sĩ III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 10 tháng 10 năm 2022 IV NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Văn Đại TP Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 11 năm 2022 NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO TS LÊ VĂN ĐẠI TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TS TRẦN THANH NGỌC LỜI CẢM ƠN Trong suốt trình học tập trường Đại học Cơng Nghiệp TP.HCM em nhận giúp đỡ tận tình thầy cơ, điều thật đáng q trân trọng Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi lời cảm ơn đến quý Thầy Cô Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Thầy Cô thỉnh giảng, đặc biệt Thầy Cô môn khoa Điện – Điện tử dẫn truyền đạt cho em kiến thức vơ bổ ích, giúp em khắc phục nhiều thiếu sót q trình học tập, nghiên cứu làm việc Đặc biệt, em xin gửi đến TS Lê Văn Đại, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình thực luận văn lời cảm ơn sâu sắc Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè Anh Chị Tập đoàn TTC, Ban lãnh đạo, Anh Chị Em Công Ty Cổ Phần Điện TTC Đức Huệ Long An, giúp đỡ, sát cánh trình làm luận văn Sau cùng, em xin kính chúc q thầy thật dồi sức khỏe, tràn đầy niềm vui để tiếp tục thực sứ mệnh cao đẹp truyền đạt kiến thức cho hệ mai sau Học viên Đào Trung Kiên i TÓM TẮT Trong lưới điện độc lập, phối hợp tối ưu nguồn lượng tái tạo gió lượng mặt trời, hệ thống pin ắc quy trở thành đề tài nghiên cứu nhiều nhóm tác giả Luận văn phân tích mơ hình lưới điện độc lập phương pháp vận hành lưới điện, nhằm tối ưu dịng cơng suất hệ thống có thay đổi cơng suất phát Với biến thiên tốc độ, xạ nhiệt biến thiên nguồn lượng gió, lượng mặt trời dẫn đến có thay đổi hệ thống nạp giả phóng lượng Pin ắc quy Mơ hình lưới điện độc lập mô phần mềm PSCAD nhằm thể rõ đáp ứng điện áp, dòng cơng suất máy phát Diesel có thay đổi công suất nguồn phát lượng tái tạo Mục tiêu toán dùng nguồn phát Diesel để cân hệ thống có thay đổi công suất nguồn điện khác Cuối cùng, kết mô cho thấy thay đổi công suất nguồn phát cơng suất máy phát điện Diesel thay đổi theo để đảm bảo cân cân hệ thống lưới điện độc lập ii ABSTRACT In an isolated grid, the optimal combination of renewable energy sources such as wind and solar energy, and battery systems has become the research topic of many groups of authors The thesis analyzes the independent grid model and the method of grid operation max the priority of the rate of the system in the system when the change that power of development With variable speed, and radiation path to the natural variable of the source of wind, Solar energy leads to a change in the battery charging and discharging system Model isolated grid, simulated on PSCAD software to clearly show the voltage response, Current capacity of Diesel generator when there is a variable capacity of generator energy regeneration The objective of the problem is used diesel source to balance the system when there is change in the power of another power source Finally, the simulation results show that the capacity of the generator changes and the capacity of the Diesel generator also changes to ensure the balance of the isolated grid system iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi Các kết nghiên cứu kết luận luận văn trung thực, không chép từ nguồn hình thức Việc tham khảo nguồn tài liệu thực trích dẫn ghi nguồn tài liệu tham khảo quy định Học viên Đào Trung Kiên iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i TÓM TẮT ii LỜI CAM ĐOAN iv MỤC LỤC v DANH MỤC HÌNH ẢNH viii DANH MỤC BẢNG BIỂU x DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu .3 Ý nghĩa thực tiễn đề tài .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN ĐỘC LẬP 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Hệ thống điện gió vùng độc lập .4 1.2.1 Hệ thống phát điện gió hoạt động độc lập 1.2.2 Hệ thống phong điện kết hợp quang điện 1.2.3 Hệ thống điện gió kết hợp với máy phát điện diesel 1.3 Tổng nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.3.1 Nghiên cứu nước 1.3.2 Nghiên cứu nước 1.4 Tổng kết chương CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 11 2.1 Cấu trúc chung lưới điện độc lập 11 2.2 Mơ hình turbine gió 12 2.2.1 Mơ hình khí động học .13 2.2.2 Mơ hình tốn học turbine gió 13 2.2.3 Hiệu suất turbine gió .15 2.2.4 Mơ hình turbine DFIG .17 v 2.3 Mơ hình nguồn điện mặt trời 17 2.3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin lượng mặt trời 19 2.3.2 Đặc tính cơng suất pin lượng mặt trời 20 2.3.3 Mơ hình Solar Photovoltaic Cell .22 2.3.4 Mơ hình nguồn điện điện mặt trời 23 2.4 Mô hình nguồn điện phân tán 24 2.4.1 Mơ hình tốn học máy phát điện diesel 24 2.4.2 Mơ hình máy phát điện diesel 25 2.5 Mơ hình tích trữ lượng điện 27 2.5.1 Nguyên lý hoạt động pin acid 28 2.5.2 Phương trình mạch tương đương ắc quy 29 2.5.3 Một số phương pháp sạc pin axít-chì 31 2.5.4 Mơ hình pin acid 32 2.6 Mơ hình đường dây 34 2.6.1 Mơ hình chỉnh lưu 36 2.6.2 Bộ lọc điện áp DC 38 2.6.3 Bộ nghịch lưu 39 2.6.4 Mơ hình máy biến áp .40 2.7 Tiêu chuẩn kỹ thuật 42 2.7.1 Tiêu chuẩn Lyapunov khảo sát ổn định tĩnh 42 2.7.2 Tiêu chuẩn ổn định phi chu kỳ (tiêu chuẩn Gidanov) 43 2.8 Tiêu chuẩn vận hành lưới điện độc lập 43 2.8.1 Tiêu chuẩn kỹ thuật tần số 43 2.8.2 Tiêu chuẩn kỹ thuật điện áp 44 2.9 Kết luận chương 44 CHƯƠNG GIẢI PHÁP VẬN HÀNH LƯỚI ĐIỆN ĐỘC LẬP .45 3.1 Giải pháp vận hành 45 3.1.1 Giải pháp vận hành Diesel/Wind/BESS 45 3.1.2 Giải pháp vận hành Thuỷ điện/Wind/PV/BESS .46 3.2 Đề xuất giải pháp .48 vi 3.3 Kết luận chương 52 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 53 4.1 Đề xuất mơ hình lưới điện độc lập 53 4.2 Giả thuyết đầu vào thông số lưới điện 55 4.3 Vận hành lưới điện độc lập 56 4.3.1 Trường hợp 56 4.3.2 Trường hợp 58 4.3.3 Trường hợp 62 4.3.4 Trường hợp 66 4.4 Kết luận chương 70 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72 Kết luận 72 Hướng phát triển 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN 77 vii Mơ hình lưới điện độc lập trình bày Hình 4.1 Điện áp bus nguồn máy phát theo thời gian mơ Hình 4.10 Hình 4.10 Điện áp nguồn phát DFIG hoạt động v = (m/s) Trong trường hợp điện áp nguồn dần ổn định sau khoảng thời gian nguồn máy phát điện kết nối vào lưới điện, hệ thống hoạt động ổn định thời gian t = 0.9s, dạng sóng điện áp pha ngõ bus thể Hình 4.11, giá trị điện áp pha tăng dần theo thời gian ổn định mức 22kV hòa lưới, ổn định cung cấp điện cho phụ tải Hình 4.12 thể CS tác dụng CS phản kháng nguồn phát 63 Hình 4.11 Điện áp pha bus máy phát DFIG hoạt động v = (m/s) 64 Hình 4.12 Cơng suất nguồn phát DFIG hoạt động v = (m/s) 65 Hình 4.13 So sánh công suất máy phát DFIG hoạt động v = (m/s) 4.3.4 Trường hợp Các nguồn phát kết nối lưới, với công suất máy phát điện diesel, ĐG, NLĐMT trực tiếp hòa lưới phần nguồn NLMT tích cực qua hệ thống Pin ắc quy Các nguồn lượng điện hoạt động CS định mức với nguồn máy phát DFIG hoạt động tốc độ gió V  5(m / s) ; nguồn PV công suất 1000 (W / m2 ) ; hệ thống Pin ắc quy bị hỏng, khơng tích trữ lượng điện khơng kết nối với LĐĐL Mơ hình LĐĐL trình bày Hình 4.1 Điện áp bus nguồn máy phát theo thời gian mơ Hình 4.15 66 Hình 4.14 Điện áp bus nguồn có Battery khơng tích trữ lượng Trong trường hợp điện áp nguồn dần ổn định sau khoảng thời gian nguồn máy phát điện kết nối vào lưới điện, hệ thống hoạt động ổn định thời gian t  0.9 s , dạng sóng điện áp pha ngõ bus thể Hình 4.15, giá trị điện áp pha tăng dần theo thời gian ổn định mức 22kV hòa lưới, ổn định cung cấp điện cho phụ tải Hình 4.16, thể CS tác dụng CS phản kháng nguồn phát 67 Hình 4.15 Điện áp nguồn phát Battery khơng tích trữ lượng 68 Hình 4.16 Cơng suất nguồn phát Battery khơng tích trữ lượng 69 Hình 4.17 So sánh cơng suất nguồn phát Battery khơng tích trữ lượng 4.4 Kết luận chương Trong phần phân tích trường hợp vận hành lưới điện, cụ thể trường hợp vận hành lưới điện lúc bình thường trường hợp vận hành lưới điện lượng xạ nhiệt giảm (500W/m2); tốc độ gió thay đổi m/s; hệ thống pin xả điện khơng tích trữ lượng điện Các mơ hệ thống lưới điện độc lập với nguồn phát, NLĐMT, NLĐG, hệ thống ắc quy thực phần mềm PSCAD 70 Kết mô cho thấy đáp ứng sử ảnh hưởng nguồn phát NLTT đến LĐĐL nguồn phát không ổn định Và điều chỉnh CS máy phát diesel trình cân hệ thống LĐĐL 71 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Từ kết nghiên phần trước, chương này, luận văn xin tóm tắt lại kết đạt, nêu lên số hạn chế đề tài, đồng thời đề xuất nâng cao khả vận hành lưới điện, nhằm tối ưu kinh tế kỹ thuật cho HTLĐĐL Kết luận Tổng quan kiến thức mơ hình lưới điện độc lập gồm nguồn NLG , NLMT, pin ắc quy diesel Dựa vào cấu trúc mơ hình lưới điện độc lập, luận văn phân tích, mơ hình tốn mơ chi tiết phần tử mơ hình lưới điện Mơ hình lưới điện độc lập mơ phần mềm pscad nguồn phát điện gió, lượng mặt trời, hệ thống pin ắc quy máy phát điện Diesel Đã đưa cấu trúc điều khiển tổng hợp nguồn lượng điện nói Tìm hiểu nghiên cứu nguồn phát thiết lập mô lưới điện độc lập vận hành bốn trường hợp khác nhau: (1) lưới điện vận hành điện kiện nguồn phát hoạt động chế độ đinh mức; (2) nguồn lượng Pin mặt trời với xạ 500W/m2 nhỏ định mức; (3) nguồn lượng gió hoạt động tốc độ m/s; (4) hệ thống pin ắc quy bị hỏng khơng tích trữ lượng điện Kết phân tích, mơ cho thấy nguồn phát Diesel có nhiệm vụ cân phụ tải trường hợp nêu trường hợp nguồn phát lượng tái thay đổi công suất phát lưới điện hoạt động bình thường Hướng phát triển Trong tương lai gần, tác giả mở rộng nghiên cứu, đề xuất áp dụng cho lưới điện độc lập cho hệ thống điện Huyện Côn Đảo, Phú Quý, … 72 Nghiên cứu, mở rộng, kết nối hệ thống lưới điện độc lập với hệ thống điện lưới quốc gia, kiểm tra điều kiện vận hành trường hợp Đề xuất nghiên cứu gắn thêm tụ bù, ảnh hưởng tụ bù đến hệ thống lưới điện độc lập 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P T Dung "Phân tích đánh giá hiệu dự án đầu tư phát điện lượng gió qui mô công nghiệp Việt Nam," Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Hà Nội, 2007 [2] Đ T H Linh et al."Nghiên cứu số điều kiện phát triển điện gió Việt Nam sở dự án Nhà máy Phong Điện I-Bình Thuận." Science, Vol 32, no 1S, mar 2016 [3] D H Hoang et al "Analysis of Uncertainties for the Operation and Stability of an Islanded Microgrid," International Conference on System Science and Engineering (ICSSE), Doi: 10.1109/ICSSE.2019.8823105 2019.09.05 [4] L T Hiệp et al "Nghiên cứu hệ thống phát điện gió - diesel nhằm nâng cao mức thâm nhập điện gió với lưới cô lập," Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2016 [5] M Q Duong et al "Effects of FSIG and DFIG Wind Power Plants on Ninh Thuan Power Grid, Viet nam," No 12(3), pp.133-137, 2018 [6] A Daud et al "Optimal allocation and sizing of Photovoltaic-based distributed generation for voltage dip improvement," in Proceedings of the IEEE International Conference on Power and Energy (PECon), Melaka, Malaysia, Pp 88-95, doi: 10.1109/PECON.2016.7951539 2016.06.19 [7] A R Gupta et al "Effect of optimal allocation of multiple D G and STATCOM in radial distribution system for minimising losses and THD," in Proceedings of the 7th International Symposium on embedded Computing and System Design, (ISED) Durgapur, India, doi: 10.1109/ISED.2017.8303936 2018.03.01 [8] M A AKouadria et al "Power Quality improvement in isolated Wind-Diesel Power System," WSEAS Transactions on Systems and Control Vol 12, pp 78-84 Art 50, 2017, http://hdl.handle.net/2299/19874 74 [9] J F Manwell et al Wind energy explained theory, design and application John Wiley & Sons, Rogers, anthony L,.1948-III, 2009, inteternet: https://books.google.com.vn/books [10] F D Bianchi et al "Wind turbine control systems principles, modelling and gain scheduling design," Springer Vol 19, 2007 [11] J Fortmann "Modeling of wind turbines with doubly fed generator system." Internet: http:dnb.d-nb.de, doi:10.1007/978-3-658-06882-0 2014 [12] S Sumathi et.al "Solar PV and wind energy conversion systems," Green Energy and Technology, 2015 Available: http://www Springer.com/series/8059 [13] S Liu et al "Dynamic multiphysics model for solar, " IEEE Transactions on Energy Conversion Vol 17(2), pp 285-294, 2022, doi: 10.1109.TEC.2002.1009482 [14] H Bevrani et al Microgrid dynamics and control John Wiley & Sons, Inc, lll river street, hoboken, NJ 07030, USA, 2017 https://lccn.loc.gov/2017016748 [15] H He et al "Evaluation of Lithium-Ion Battery Equivalent Circuit Models for State of Charge Estimation by an Experimental Approach," Energies, Vol 4, no 4, pp 582-598, 2011, doi: 10.3390/en4040582 [16] Y.H Chiang et al "Online estimation of internal resistance and open-circuit voltage of lithium-ion batteries in electric vehicles," Journal of Power Sources, Vol 196, no 8, pp 3921-3932, 2011, https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.01.05 [17] H He et al "Online estimation of model parameters and state-of-charge of LiFePO4 batteries in electric vehicles," Energies Vol 89, no 1, pp 413-420, 2012 [18] D Salvatore et al "Simplified Synchronous Machine," IEEE Transaction on smart grid Vol 5, Pp 5-394-395, doi: 10.1109/TSG.2013.2288000 2013 [19] Remus Teodorescu et al Grid Converter for Photovoltaic and Wind Power System John Wiley and Sons Publisher, 2011 www.wiley.com 75 [20] S Sahdev Electrical machines analysis using finite elements Cambridge University Press, https://doi.org/10.1201/9781315219295 2017/01/31 [21] Mrinal K Pal Power system stability Edison, New Jersey., https://doi.org/10.1201/9781420009248 2007/05/30 [22] L V Ut Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội 2011.tr 107-117 [23] N H V Phương et al " Chiến lược điều khiển công suất hệ thống lưu trữ pin cho HDPQ " 2020 Internet: https://sti.vista.gov.vn/tw/Lists/TaiLieuKHCN [24] Z Liu et al "Optimal operation of independent regional power grid with multiple wind-solar-hydro-battery power," Springer Vol 235, pp 1541-1550, 2019 76 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ tên: Đào Trung Kiên Giới tính: nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/10/1988 Nơi sinh: Đức Huệ Long An Email: daotrungkien1510@gmail.com Điện thoại: 0365117388 II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học chuyên nghành Kỹ Thuật Điện - Trường đại học Lạc Hồng Viện đào tạo JITCO JAPAN nghành Kỹ Thuật Cơ III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN: Thời gian Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm 09/2008 Nhân viên SANSEITECKU OSAKA JAPAN 10/2011 12/2013 NAGOYA JAPAN – Việt Nam 02/2016 TECOKU PISTONG RING 12/2020 Công ty cổ phần điện TTC Đức Huệ Đến Nhân viên quản lý thời kỳ đầu Trưởng ca vận hành Long An Tp HCM, ngày 15 tháng 10 Năm 2022 Người khai Đào Trung Kiên 77 ... QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN ĐỘC LẬP Trong phần tìm hiểu lưới điện độc lập, phân loại mơ hình lưới điện độc lập, tổng hợp phương pháp nghiên cứu đánh giá nước nước giải pháp vận hành lưới điện độc lập năm... LƯỚI ĐIỆN ĐỘC LẬP .45 3.1 Giải pháp vận hành 45 3.1.1 Giải pháp vận hành Diesel/Wind/BESS 45 3.1.2 Giải pháp vận hành Thuỷ điện/ Wind/PV/BESS .46 3.2 Đề xuất giải pháp. .. dựng được, nên việc giả lập mơ hình lưới điện cần thiết Vì vậy, học viên chọn đề tài ? ?Giải pháp vận hành lưới điện độc lập? ?? với mong muốn đưa giải pháp vận hành lưới điện ổn định điều kiện khác