(Luận văn) nghiên cứu phát triển thủy điện nhỏ và nâng cao ổn định cho thủy điện nhỏ có kênh dẫn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LƯU VĂN DOANH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THỦY ĐIỆN NHỎ VÀ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO THỦY ĐIỆN NHỎ CÓ KÊNH DẪN lu an n va ie gh tn to LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT p CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 60520202 oa nl w d NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ll u nf va an lu KHOA CHUN MƠN oi m TS Ngơ Đức Minh z at nh TS Đỗ Trung Hải z PHÒNG ĐÀO TẠO n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu THÁI NGUYÊN 2016 m co l gm @ TS Đặng Danh Hoằng si i LỜI CAM ĐOAN Tôi Lưu văn Doanh, học viên lớp cao học K16 chuyên ngành Kỹ thuật điện, sau thời gian học tập nghiên cứu, giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt Thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp TS Ngơ Đức Minh, em hồn thành chương trình học tập đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu phát triển thủy điện nhỏ nâng cao ổn định cho thủy điện nhỏ có kênh dẫn” Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn thầy giáo TS Ngô Đức Minh Nội dung luận văn có tham khảo trích dẫn lu tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng an tài liệu khác n va tn to Thái Nguyên, ngày 23 tháng 01 năm 2016 p ie gh Học viên nl w d oa Lưu Văn doanh ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học làm đề tài thạc sỹ, em nhận truyền đạt kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận giảng viên trường Sự quan tâm lớn nhà trường, khoa Điện, thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên bạn lớp Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học, thầy giáo tham gia giảng dạy tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn lu Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Ngô Đức Minh tập an thể cán giảng viên môn Hệ thống điện Hội đồng bảo vệ đề cương thạc sỹ khóa va n K16 - KTĐ cho dẫn quý báu để em hoàn thành luận văn to tn Mặc dù cố gắng, xong kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên ie gh chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong muốn nhận p dẫn từ thầy, cô giáo bạn học để luận văn hồn thiện có ý nghĩa w thực tiễn oa nl Xin chân thành cảm ơn! d Học viên u nf va an lu ll Lưu Văn Doanh oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU viii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG THỦY ĐIỆN NHỎ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1.1 khái niệm lượng tái tạo 1.1.2 Các dạng lượng tái tạo phổ biến lu KẾT LUẬN CHƯƠNG 14 CHƯƠNG THỦY ĐIỆN NHỎ 16 an n va p ie gh tn to 2.1 TỔNG QUAN VỀ THỦY ĐIỆN NHỎ 16 2.1.1 Điện thủy triều 16 2.1.2 Thủy điện hải lưu 19 2.1.3 Thủy điện sóng biển 21 2.1.4 Thủy điện dòng suối (kênh dẫn) 25 d oa nl w 2.2 MƠ HÌNH THỦY ĐIỆN NHỎ KIỂU KÊNH DẪN 28 2.2.1 Giới thiệu chung 28 2.2.2 Nguyên lý hoạt động thủy điện nhỏ 28 2.2.3 Tính tốn kỹ thuật 30 2.2.4 Turbine thủy điện nhỏ 32 CHƯƠNG MẠNG ĐIỆN NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ 36 an lu ll u nf va 3.1 MƠ HÌNH MẠNG ĐIỆN THỦY ĐIỆN NHỎ 36 3.1.1 Giới thiệu chung 36 3.1.2 Phân tích hoạt động sơ đồ 37 3.1.3 Đề suất ứng dụng BESS mạng điện nguồn thủy điện nhỏ 43 oi m z at nh 3.2 HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG ẮC QUY (BESS) 43 3.3.1 Giới thiệu chung 43 3.3.2 Bộ biến đổi công suất 44 3.3.3 Điện cảm đầu biến đổi công suất 47 3.3.4 Kho tích trữ lượng chiều 48 z @ m co l gm 3.3 MƠ HÌNH BESS TRONG MẠNG ĐIỆN NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ 52 3.3.1 Mô hình hóa BESS 52 3.3.2 Phương pháp điều khiển BESS 57 3.3.2.1 Mơ hình cấu trúc điều khiển 57 3.3.3 Thiết kế điều khiển cho hệ BESS 65 3.3.4 Thiết kế điều chỉnh điện áp 72 an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si iv 3.3.5 Thiết kế điều khiển công suất tác dụng 74 KẾT LUẬN CHƯƠNG 75 CHƯƠNG HÓA PHỎNG HOẠT ĐỘNG MẠNG ĐIỆN NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ 76 4.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 76 4.2 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG 82 4.2.1 Phân tích động học điều khiển dòng kiểu PI kiểu D-B 82 4.2.2 Phân tích chất lượng điều khiển hệ thống bị kích động 82 KẾT LUẬN CHƯƠNG 86 KẾT LUẬN CHUNG 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Tình hình NLTT tồn cầu (thống kê năm 2006) Hình Minh họa hình thành gió Hình Tốc độ triển khai lượng gió giai đoạn 1997-2010 giới Hình Các hệ thống khai thác lượng Mặt trời Hình Năng lượng địa nhiệt công nghệ điện địa nhiệt 11 Hình Một số hình ảnh thủy điện nhỏ dịng suối 13 lu an Hình Một số hình ảnh thuỷ điện thuỷ triều 16 n va Hình 2 Cơ chế vận hành turbine nước 17 tn to Hình Cơ chế vận hành turbine phát điện kiểu khí 18 ie gh Hình Một số dịng hải lưu lớn giới 19 p Hình Trạm phát điện hải lưu SeaGen, Bắc Ailen 19 nl w Hình Mơ tả lượng sóng biển nhà máy thuỷ điện sóng biển 21 d oa Hình Máy phát điện sóng biển cánh ngầm 22 an lu Hình Mô tả nguyên lý hoạt động phương pháp Cockrell Raft 22 va Hình Cơ cấu DEXA phao 23 ll u nf Hình 10 Mô tả truyền lực DEXA Converler suốt ¼ chu kỳ sóng 23 oi m Hình 11 Mô tả quan hệ lực tạo với bước sóng 24 z at nh Hình 12 Mơ tả ngun tắc sinh công 24 Hình 13 Một số hình ảnh nhà máy thuỷ điện kênh dẫn 26 z Hình 14 Mơ hình nhà máy thuỷ điện kênh dẫn 27 @ l gm Hình 15 Mơ hình trạm thủy điện nhỏ 28 Hình 16 Mơ tả biến đổi lượng mà turbine nhận 29 m co Hình 17 Minh họa giá trị HG HN 29 an Lu Hình 18 Biểu diễn quan hệ tổn thất đường ống phụ thuộc loại ống 30 n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si vi Hình 19 Phương pháp đo lưu tốc 32 Hình 20 Mơ hình turbine Pelton nhiều vịi phun 33 Hình 21 Turbine Right-Angle-Drire 35 Hình Mơ hình tổng qt mạng điện cục nguồn thủy điện nhỏ 36 Hình Mơ hình số trạm thủy điện nhỏ kênh dẫn 37 Hình 3 Đặc tính ổn định tần số theo tải 38 Hình Mạng điện cục thủy điện nhỏ có BESS 43 Hình Mơ hình mạch lực BESS 44 lu an Hình Cấu trúc ký hiệu IGBT 44 n va Hình Sơ đồ khai triển cấu tạo mô tả nguyên lý làm việc IGBT 45 tn to Hình Đặc tính đóng mở van IGBT 46 gh Hình Sơ đồ tương đương ắcquy 49 p ie Hình 10 Q trình phóng điện ắcquy phụ thuộc vào dịng phóng 50 nl w Hình 11 Sự phụ thuộc cơng suất vào dịng điện phóng 52 oa Hình 12 Mô tả BESS mạng điện nguồn thủy điện nhỏ 52 d Hình 13 Sơ đồ thay biến đổi BESS 53 an lu Hình 14 Mơ hình tín hiệu trung bình biến đổi BESS tọa độ abc 54 va u nf Hình 15 Mơ hình biến đổi BESS hệ tọa độ quay dq tựa điện áp lưới 56 ll Hình 16 Mơ hình biến đổi BESS miền toán tử Laplace 56 oi m z at nh Hình 17 Cấu trúc điều khiển hệ BESS mạng điện cục thủy điện nhỏ 57 Hình 18 Biểu diễn đại lượng vector tọa độ dq tựa điện áp 58 z Hình 19 Cấu trúc khối đồng tựa điện áp lưới PLL 59 @ gm Hình 20 Dạng tín hiệu tựa đồng điện áp lưới có kết mơ 60 m co l Hình 21 Tám khả chuyển mạch biến biến đổi van 62 Hình 22 Vị trí vector chuẩn hệ toạ độ αβ 63 an Lu Hình 23 Tổng hợp vector chuẩn sector 63 n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si vii Hình 24 Thời gian đóng/cắt van sector 64 Hình 25 Mơ dạng sóng biến điệu vector SVM 65 Hình 26 Cấu trúc khử tương tác thành phần dòng iBd iBq 66 Hình 27 Cấu trúc điều chỉnh dòng kiểu PI cho biến đổi BESS 67 Hình 28 Cấu trúc mạch vịng điều khiển dòng điện kiểu Dead-Beat 69 Hình 29 Đáp ứng động học tín hiệu đặt thực điều chỉnh Dead-Beat 70 Hình 30 Cấu trúc điều chỉnh dịng kiểu Dead-Beat 71 Hình 31 Cấu trúc điều khiển công suất tác dụng 75 lu an Hình Mơ hình mơ hệ BESS MĐTĐN cơng suất 85 kVA 76 n va Hình Cấu trúc nguồn thủy điện 85 kVA-0,4kV 77 tn to Hình Cấu trúc mạch lực BESS 79 gh Hình 4 Khối đo lường 80 p ie Hình Cấu trúc điều khiển vịng ngồi cho điều dòng điện kiểu D-B 81 nl w Hình Cấu trúc điều khiển dòng điện vòng kiểu D-B 81 oa Hình So sánh đáp ứng động học điều chỉnh PI D-B 82 d Hình Mơ trị hiệu dụng điện áp tải chế độ nguồn tạm an lu thời trường hợp dùng điều khiển D-B 83 va u nf Hình Mơ trị tức thời điện áp tải chế độ nguồn tạm thời 83 ll trường hợp dùng điều khiển D-B 83 oi m z at nh Hình 10 Mơ dịng điện phóng nạp ắcquy chế độ nguồn tạm thời trường hợp dùng điều khiển D-B 84 z Hình 11 Biên dạng dòng điện pha tải, trường hợp dùng điều khiển D-B84 @ gm Hình 12 Kiểm tra THD cho dòng điện tải BESS cấp thời điểm 0,6s 85 m co l trường hợp dùng điều khiển D-B 85 Hình 13 Mô chế độ BESS bù công suất đỉnh động khởi động 85 an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si viii DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1 Bảng tổng hợp tiềm năng lượng Mặt trời Bảng Tỷ lệ lượng số trồng 10 Bảng Quan hệ công suất theo lưu lượng, chiều cao cột nước 27 Bảng 3.1 Các số liệu tính tốn mạng điện 40 Bảng 3.2 Các số liệu tính tốn mạng điện 42 lu Bảng 3 Bảng thời gian đóng/cắt cho van bán dẫn sector 65 an Bảng Thông số mạch điều khiển turbine thủy điện 77 va n Bảng Thơng số mạch điều khiển dịng kích từ máy phát 78 p ie gh tn to Bảng Thông số đường dây 78 d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, từ cuối kỷ 20 đặc biệt 10 năm trở lại tình hình lượng thay đổi - có số lượng lớn nguồn cung cấp lượng dạng truyền thống thúc đẩy phát triển mạch mẽ riêng nước ta, mà phạm vi tồn cầu Đó dạng nguồn phát điện theo cơng nghệ Ví dụ như: phong điện, thủy điện nhỏ, điện mặt trời, V.V Chúng khai thác loại hình mạng điện khác nhau: mạng điện cục bộ, mạng phân tán có kết nối với lưới quốc gia, mạng điện thơng minh Trước đây, loại hình mạng điện chưa quan tâm khai thác phát triển, lý đặc lu an tính dạng nguồn có tính chất mềm (siêu mềm), khơng ổn định Tính kinh n va tế hệ thống cịn thấp, chất lượng điện cung cấp chưa đảm bảo Ngày nay, tn to đứng trước phát triển mặt xã hội, hoạt động sản xuất ngày gh phong phú, đời sống văn hóa tinh thần người ngày nâng cao dẫn đến đòi p ie hỏi lưới điện vận hành phải đảm bảo tiêu chất lượng điện quy định (mang lại lợi ích cho phía người tiêu dùng), giảm nhỏ tối thiểu tổn thất lượng oa nl w mạng nâng cao hiệu khai thác hệ thống (mạng lại lợi ích cho phía sản xuất phân phối điện năng) Đặc biệt, bối cảnh giới khuyến khích d an lu phát triển nguồn lượng sạch, hệ nguồn phân tán, công suất nhỏ… va cần thiết kết hợp với biến đổi, kho lưu trữ lượng kỹ thuật điều khiển ll u nf đại nhằm phát huy hết công hệ nguồn oi m Xuất phát từ phân tích trên, đề tài luận văn định hướng nghiên cứu z at nh phát triển nguồn thủy điện nhỏ, đại diện cho nguồn lượng tái tạo có tiềm lớn Việt Nam Đề xuất giải pháp khắc phục số nhược điểm z thủy điện nhỏ @ gm Tìm hiểu nắm vững mơ hình đối tượng nghiên cứu, mạng điện phân l tán có nguồn thủy điện nhỏ có kênh dẫn Phân tích ưu nhược điểm hệ thống, đề xuất m co giải pháp nâng cao chất lượng điện ăng tính ổn định động cho hệ thống an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 75 d dt uPCC Tính cơng suất đặt iL  i* Bd K Kp  i s P* PB uPCC Tính cơng suất thực iB Hình 31 Cấu trúc điều khiển cơng suất tác dụng Đáp ứng biến thiên công suất đặt dP*/dt tác động lên hệ số KP để tăng độ phản ứng nhanh điều chỉnh Khi đạt đến sai lệch tĩnh ε cho hệ số Ki tác động vào lu điều chỉnh để triệt tiêu sai lệch tĩnh an KẾT LUẬN CHƯƠNG n va Chương đưa cấu trúc điều khiển hệ BESS mạng điện cục xây việc thiết kế điều chỉnh đại lượng dòng điện điện áp hệ toạ độ gh tn to dựng hệ tọa độ dq thông qua phép chuyển hệ tọa độ Điều thuận lợi cho ie thành phần chiều Đầu điều chỉnh dòng lượng đặt cho khâu p điều chế vector không gian SVM phát xung điều khiển van bán dẫn nhằm đạt w chất lượng đầu cao biến đổi công suất Đặc biệt, chế độ nghịch oa nl lưu đảm bảo cho điện áp gần sin nhất, khơng lẫn sóng hài – Đây yếu tố quan d trọng để xác nhận cho dạng “nguồn sạch” lu an Nhiệm vụ đề tài giải chương thiết kế va điều chỉnh dòng theo hai phương pháp khác theo kiểu PI kiểu Dead-Beat u nf Đồng thời, thiết kế số Bộ điều chỉnh vịng ngồi thực chức công ll nghệ hệ BESS, nhằm đạt cấu hình BESS hồn chỉnh áp dụng cho hệ oi m nguồn MĐCBTĐN: z at nh - Bộ điều khiển cơng suất tác dụng, điều khiển q trình phóng/nạp lượng ắc quy, hỗ trợ nguồn phát thủy điện nhỏ có đột biến phụ tải; z gm để nâng cao chất lượng điện áp @ - Bộ điều khiển điện áp điểm kết nối chung PCC, bù công suất phản kháng l Đầu điều chỉnh vịng ngồi lượng đặt cho điều chỉnh dòng điện an Lu Matlab-Symulink m co Tiếp theo sang chương 4, kiểm chứng nghiên cứu lý thuyết thông qua mô n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 76 CHƯƠNG HÓA PHỎNG HOẠT ĐỘNG MẠNG ĐIỆN NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ Dựa phân tích mạng điện nguồn thủy điện nhỏ chương chương 3, cho ta đầy đủ sở xây dựng mơ hình mơ phần mềm MatlabSimulink Đối tượng nghiên cứu đề tài mạng điện cục công suất nhỏ (một vài chục đến vài trăm 100 kVA) có đặc điểm tính ổn định chất lượng điện thấp Cụ thể, xét mạng điện độc lập nguồn thủy điện nhỏ công suất 85 kVA (MĐTĐN) có kết hợp thiết bị BESS lu an 4.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG n va tn to Trên sở hình 3.1, cấu trúc mơ MĐTĐN 85 kVA có kết hợp với BESS thiết kế Matlab-Simulink hình 4.1 p ie gh d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z Hình Mơ hình mơ hệ BESS MĐTĐN cơng suất 85 kVA @ l 1- Khối nguồn: gm Cấu trúc mơ hình 4.1 bao gồm khối sau: m co Trong Matlab-Simulink, Nguồn chọn hệ turrbine-máy phát thủy hình 4.2: an Lu điện công suất 85 kVA, điện áp phát đầu cực 0,4 kV Cấu trúc hệ nguồn mô tả n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 77 lu Hình Cấu trúc nguồn thủy điện 85 kVA-0,4kV an Các thông số mạch điều khiển turbine mạch kích từ máy phát lựa chọn n va theo bảng 4.1 bảng 4.2 p ie gh tn to Bảng Thông số mạch điều khiển turbine thủy điện d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 78 Bảng Thơng số mạch điều khiển dịng kích từ máy phát lu an va n 2- Khối đường dây tải: tn to Đường dây pha điện áp 0,4 kV xoay chiều tần số 50 HZ từ nguồn đến tải có gh thơng số ghi bảng 4.3 p ie Bảng Thông số đường dây d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh Phụ tải gồm hai thành phần tải tĩnh tải khởi động: z Trong đó: Tải đầu nguồn: S1 = 40+j15 KVA , an Lu S2 = 22+j10 kVA m co Tải cuối nguồn: l gm @ - Các tải tĩnh dạng phụ tải ổn định đặc trưng cho hệ số mang tải nguồn n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 79 S3 = 8+j0 kVA - Phụ tải động, động không đồng pha công suất 10HP (7,5 kW) để kiểm chứng khả ổn định động mạng điện cục thủy điện nhỏ động học hệ thống 3- Khối BESS: Trong khối BESS phân chia số khối chức sau:  Khối mạch lực BESS: Mạch lực khối BESS thiết kế có cấu trúc hình 4.3 lu an n va p ie gh tn to w oa nl Hình Cấu trúc mạch lực BESS d Trong đó: an lu - Các van bán dẫn dùng loại HVIGBT Modules Dual FF1400R12IP4 có sẵn điốt thông số bảng 4.4 oi Điều kiện TVj = 250C IC ICRM Ptot VGE VISOL VGE (th) ton toff TVJ 140 A 280 A 0,765 kW 20 V 2,4 kV 5V < VGE (th)= 5,8 < 6,5V 0,21 µs 1,1 µs -40  175 0C m co l gm @ f= 50Hz,t = phút an Lu TVj = 250C TVj = 250C Giá trị 1200 V z TC = 1000C tP = 1ms TVj = 250C Ký hiệu VCES z at nh Thông số Điện áp collectoremitter Dịng collector Dịng điện peak Cơng suất tiêu hao Điện áp điều khiển Điện áp đánh thủng Điện áp giữ Thời gian mở van Thời gian khóa van Nhiệt độ cho phép m Bảng 4 Thông số IGBT ll u nf va hãng EUPEC (European Power Semiconductor and Electronics Company) có n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 80 - Công suất BEES: 40 kW - Khối chiều: Udc = 700 V ; Cdc = 3600 μF ; - Điện cảm: L = 1,8 mH, - Ăc quy: R1 = 10kΩ, R2 = 0.1Ω, C1=15000F  Khối đo lường BESS: Khối đo lường thiết kế có cấu trúc hình 4.4 thực đo lường đại lượng thông số cần thiết sau: - Đo giá trị tức thời giá trị hiệu dụng đại lượng dịng, áp, cơng suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến nguồn phát (tại đầu nguồn điểm PCC1), tải BEES điểm kết chung PCC2 lu an - Đo kiểm tra thông số hoạt động khối điều khiển n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh Hình 4 Khối đo lường z @  Khối điều khiển BESS: gm Trong chương có nghiên cứu điều khiển hệ BESS theo hai phương pháp PI m co l phương pháp Bead-Beat (D-B) Trong phương pháp B-D có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt có động học cao, thỏa mãn cho yêu cầu cho huy động công suất đỉnh trường hợp áp dụng điều khiển khiển kiểu D-B an Lu hay cấp nguồn dự phịng, V.V Trong nội dung này, nghiên cứu mơ cho n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 81 Khối điều khiển có điều khiển dịng theo kiểu D-B, thiết kế có cấu trúc hình 4.5 hình 4.6 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w Hình Cấu trúc điều khiển vịng ngồi cho điều dịng điện kiểu D-B ll u nf va an lu oi m z at nh z l gm @ m co Hình Cấu trúc điều khiển dịng điện vòng kiểu D-B an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 82 4.2 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG 4.2.1 Phân tích động học điều khiển dịng kiểu PI kiểu D-B Để chứng tỏ điều khiển dịng kiểu D-B có động học cao hơn, ta khảo sát đáp ứng động học điều chỉnh kiểu PI D-B cho đối tượng điều khiển có L = mH, R = 0,02 Ω Kết mơ thể hình 4.7 lu an n va ie gh tn to p Hình So sánh đáp ứng động học điều chỉnh PI D-B nl w Nhận xét: Với đối tượng điều khiển đáp ứng động học hệ thống oa sử dụng điều chỉnh D-B nhanh nhiều, khơng có lượng q điều khiển thể d đồ thị mô cho thấy: dòng điện đươc điều khiển đạt giá trị đặt nhanh lu va an gấp lần so với điều khiển kiểu PI u nf 4.2.2 Phân tích chất lượng điều khiển hệ thống bị kích động ll Để chứng tỏ điều khiển dịng kiểu D-B có động học cao Trong trường hợp m oi này, kích động hệ thống giả thiết dạng cố thống qua phóng điện z at nh sét đường dây – dạng cố có xác suất xảy nhiều vận hành mạng điện Nhiều trường hợp thời gian nguồn trì đến hàng trăm ms lâu dài z @ Nhiệm vụ đặt cho BESS lúc đóng vai trị nguồn dự phịng với thời gian tự 4.2.2.1 Mơ chế độ nguồn tạm thời: m co l gm động hóa nhanh nhất, đặc biệt phụ tải thiết bị có điều khiển điện tử Giả thiết: thời điểm 0,2s xảy cố gây nguồn tạm thời khoảng an Lu (0,2 - 0,3)s đến thời điểm 0,5s xảy nguồn kéo dài BESS tự kích hoạt thay n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 83 nguồn dự phịng cấp cơng suất cho tải Đối với phương pháp D-B, cần chu kỳ (0,025s) BESS đáp ứng đầy đủ điện áp danh định cấp cho tải Sau nguồn khơi phục BESS lại trở chế độ dự phịng (khơng phát cơng suất tác dụng) Đến thời điểm 0,5s xảy tương tự Mặt khác, kết cho thấy phương pháp D-B có động học cao Kết mơ hình 4.8 Thời gian (s) ÷2 Có/mất nguồn có ÷3 ÷5 5÷∞ nguồn có nguồn bo dieu khien D-B lu 400 n va Uload (V) an 300 200 to 100 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Time (s) 0.45 0.5 0.55 0.6 p ie gh tn 0.15 w Hình Mơ trị hiệu dụng điện áp tải chế độ nguồn tạm thời oa nl trường hợp dùng điều khiển D-B Tương ứng, mô theo giá trị tức thời điện áp tải thu d ll u nf va an lu hình 4.9 oi m z at nh z gm @ Hình Mơ trị tức thời điện áp tải chế độ nguồn tạm thời trường hợp dùng điều khiển D-B l m co Trong khoảng thời gia nguồn, BESS nguồn thay tức thời, lượng huy động cấp cho tải BESS xuất từ kho lưu trữ lượng an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 84 ắc quy Kết mơ dịng điện phóng nạp ắc quy thể hình 4.10 bo dieu khien D-B 100 Idc (A) 50 -50 -100 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Time (s) 0.45 0.5 0.55 0.6 Hình 10 Mơ dịng điện phóng nạp ắcquy chế độ nguồn lu tạm thời trường hợp dùng điều khiển D-B an va Rõ ràng là: n - Trong khoảng thời gian (0,2-0,3)s, ắcquy nạp điện với dòng  -50A (giá trị âm) to - Sau thời điểm 0,5s ắc quy lại chế độ nạp điện ie gh tn - Trong khoảng thời gian (0,3-0,5)s, ắcquy phóng điện p Kiểm tra chất lượng điện cung cấp cho thấy sau: nl w - Ở chế độ xác lập, độ sai lệch điện áp nằm phạm vi cho phép [U]≤ 5% d oa thời gian độ thời gian độ ngắn khoảng chu kỳ Kết mơ an lu hình 4.11 va - Độ méo dạng khơng sin dịng điện qua tải đạt chuẩn THD ˂ 5% Kết ll u nf mơ phân tích FFT hình 4.12 oi m z at nh z l gm @ Hình 11 Biên dạng dịng điện pha tải, trường hợp dùng điều khiển D-B m co an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 85 FFT window: of 40 cycles of selected signal 50 -50 0.6 0.61 0.62 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 Time (s) 0.68 0.69 Fundamental (50Hz) = 62.21 , THD= 0.82% lu Mag (% of Fundamental) an 50 100 Harmonic order n va 150 200 to gh tn Hình 12 Kiểm tra THD cho dòng điện tải BESS cấp thời điểm 0,6s ie trường hợp dùng điều khiển D-B p 4.2.2.2 Mơ chế độ có động khởi động: nl w Trường hợp khi có động khởi động, phụ tải đỉnh vượt khả mang oa tải máy phát BESS đóng vai trị bù cơng suất đỉnh cho động khởi động d thành công, giảm áp lực cho máy phát đồng thời vững điện áp mạng không làm lu x 10 Bo dieu khien dong kieu Dead-Beat ll Pdc Pbess oi 2.5 m u nf hình 4.13 va an ảnh lượng chất lượng điện hệ thống Kết mô thu thể z at nh 1.5 z 0.5 gm @ P dc (W) 0.35 0.4 0.45 0.5 Time (s) 0.55 m co -1 0.3 l -0.5 0.6 0.65 0.7 trường hợp dùng điều khiển D-B an Lu Hình 13 Mô chế độ BESS bù công suất đỉnh động khởi động n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 86 KẾT LUẬN CHƯƠNG Với nỗ lực nghiên cứu chương xây dựng thành công cấu trúc mô mạng điện độc lập nguồn thủy điện nhỏ có kết hợp với BESS, hệ điều khiển BESS thiết kế theo hai phương pháp điều khiển kết mô thể rõ hệ điều khiển có điều khiển dịng điện kiểu Dead – Beat có động học cao so với hệ điều khiển có điều khiển dịng điện kiểu PI Chính điều đem lại sức phát triển cho nguồn thủy điện nhỏ với tiềm khả cạnh tranh sách khuyến khích phát triển lượng tái tạo tồn cầu lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 87 KẾT LUẬN CHUNG Luận văn giới thiệu tổng quan nguồn lượng tái tạo, tập trung phân tích nguồn thủy điện nhỏ Chỉ mạnh yếu điểm tồn nguồn thủy điện nhỏ mạng điện độc lập khơng kết nối lưới Từ đề xuất giải pháp khắc phục nhằm thực hóa lợi loại hình mạng điện tương lại Những kết đạt được: - Phân tích mở rộng thủy điện nhỏ Trong nghiên cứu trước chủ yếu đến thủy điện đất liền, đề cập đến thủy điện đại dương lu an - Phân tích kỹ lưỡng thủy điện dạng kênh dẫn, có ví dụ tính tốn n va cụ thể Xây dựng mơ hình mạng điện độc lập với nguồn thủy điện nhỏ có kết hợp tn to với BESS nhằm nâng cao tính ổn định chất lượng điện cung cấp, khắc phục - Thiết kế điều khiển có mach vịng điều khiển dịng điện kiểu Dead-Beat có p ie gh nhược điểm thủy điện nhỏ - đại diện cho dạng nguồn siêu mềm w động học cao so với điều khiển có mach vịng điều khiển dịng điện kiểu PI oa nl - Mơ hình hóa mơ hệ thống phần mềm Matlab-Simulink kiểm d chứng kết nghiên cứu lý thuyết thông qua kết mô an lu Kết nghiên cứu tăng cường niềm tin cho xu hướng phát triển nguồn u nf va lượng sạch, hệ nguồn phân tán, cơng suất nhỏ… ln có kết hợp với biến đổi, kho lưu trữ lượng kỹ thuật điều khiển đại nhằm phát huy ll oi m hết công hệ nguồn z at nh z m co l gm @ an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê Cung cấp điện NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000 [2] Nguyễn Phùng Quang Truyền động điện thông minh NXB Khoa học Kỹ thuật, năm 2004 [3] Lê Văn Doanh Điện tử công suất,Tập2 NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 [4] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh Điện tử công suất NXB lu Khoa học Kỹ thuật, 2007 an [5] Ngô Đức Minh Kết hợp BESS với nguồn thủy điện nhỏ để nâng cao chất lượng va n điện hiệu khai thác nguồn thủy năng.Tạp chí KHCN Đại học Thái tn to Nguyên, tháng năm 2008 ie gh [6] Ngô Đức Minh Ứng dụng chỉnh lưu BESS mạng điện cục nguồn thủy p điện công suất nhỏ Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ, năm 2009-2010 [7] Ngô Đức Minh Dynamic improvement of BESS using deadbeat type controller w oa nl in local power networks IEEE Việt Nam Section, Internation From On Strategic d Technologies (IFOST2009), 21-23 October 2009 in HoChiMinh City, Vietnam lu Tài liệu tiếng Anh u nf va an [8] Ngô Đức Minh Nhà máy thủy điện NXB Khoa học Kỹ thuật, 2009 ll [9] Gilbert M Masters Renewable and Efficient Electric Power Systems m oi [10] Micro -Hydro Power , Practical Action, The Schumacher Centre for Technology Development, Bourton www.practicalaction.org z at nh and on Dunsmore, Rugby, Warwickshire, z gm @ [11] Helena Ramos, M Manuela Portela, H Pires de Almeida G U I D E L I N E S F O R D E S I G N O F SMALL HYDROPOWER PLANTS Published in 2000 l through WREAN (Western Regional Energy Agency & m co [12] Network) and DED (Department of Economic Development), Belfast, North an Lu Ireland n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si 89 [13] Bhim Singh', SeniorMember, IEEE, Jitendra Solankil, Ambrish Chandra2, SeniorMember, IEEE and Kamal-A1-Haddad2, SeniorMember, IEEE A Solid State Compensator with Energy Storage for Isolated Diesel Generator Set Electrical Engineering Department, Indian nstitute of Technology Delhi, New Delhi- 110016, India.2Dept de genie electrique, ETS, 1100, Quebec, H3C 1K3, Canada, pp1774-1778 [14] By Alejandro Montenegro Leon Advanced Power Electruaoinic For WindPower Generation Buffering Copyright 2005, pp 27-40 [15] Charles.H.W.Foster, “The Northfield Moutain Pumped Storage project”, lu Harvard University, 1970, pp1-10 1] an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va http://www.lrc.tnu.edu.vn ac th Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN si