Đề tài lắp đặt hệ thống điện một pha sử dụng nguồn bộ biến tầng năng lượng mặt trời chuyển đổi nguồn dc thành ac

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC  BÁO CÁO MÔN HỌC ĐỀ TÀI: LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN MỘT PHA SỬ DỤNG NGUỒN BỘ BIẾN TẦNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC THÀNH AC GVHD : Nguyễn Thành Cơng SVTH: Nhóm Nguyễn Ngọc Un Phương 21154024 Tơ Duy Nơng 21154060 Cao Đình Hiếu 21154051 TP HCM, tháng 11 năm 2023 MỤC LỤC MỞ ĐẦU………………………………………………………………………3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ STATCOM……………………………….4 1.1 Cấu trúc STATCOM……………………………………………… 1.2 Ngun lí hoạt đơng………………………………………………….… 1.3 Bộ bù đồng tĩnh…………………………………………………… …6 1.4 Ý nghĩa hệ thống truyền tải STATCOM………………………… CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI STATCOM TRONG THỰC TẾ…………………………………………………………….8 2.1 Trong ngành lượng tái tạo………………………………………… 2.2 Trong công nghiệp…………………………………………………… 11 CHƯƠNG 3: LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN PHA SỬ DỤNG NGUỒN BỘ BIÊN TẦN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC THÀNH AC………………………………………………………………… 13 3.1 Giới thiệu hệ thống……………………………………………… …13 3.1.1 Tổng quan………………………………………………………… 13 2.1.2 Ưu điểm ………………………………………………… .13 3.1.3 Nhược điểm ……………………………………………… …13 3.2 Tiến hành lắp đặt……………………………… … 14 3.2.1 Các thiết bị cần thiết……………………………………… .……….14 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý…………………………………………… … 17 3.2.3 Sơ đồ nối dây…………………………………………… … 17 3.2.4 Kết thu được…………………………………………… 18 KẾT LUẬN……………………………………………………………… ……23 MỞ ĐẦU Ngày nay, việc lắp đặt hệ thống điện pha ( điện mặt trời, điện gió, ) khơng cịn q xa lạ Rất nhiều hộ gia đình, doanh nghiệp… lắp đặt hệ thống điện điện pha ( từ nguồn lượng mặt, trời gió, )vì lợi ích to lớn mà hệ thống mang lại Và để hệ thống điện pha hoạt động hiệu khơng thể thiếu thiết bị tốt Trong đó, xem trái tim hệ thống, biến tần phận vô quan trọng vận hành toàn hệ thống Bài báo cáo hôm tìm hiểu khái niệm cách để lắp đặt hệ thống điện pha sử dụng nguồn biến tần lượng mặt trời chuyển đổi nguồn DC thành AC thiết bị thí nghiệm có phịng thí nghiệm Để lắp đặt hệ thống ta cần biết kiến thức ý nghĩa hệ thống truyền tải STATCOM hệ thống điện số ứng dụng hệ thống truyền tải STATCOM thực tế NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ STATCOM Điều khiển bù công suất hệ thống điện thường sử dụng cấu hình STATCOM biến đổi STATCOM định nghĩa với ba chức hoạt động chính:  Chức chuyển đổi tĩnh: hệ thống thu phát công suất phản kháng hệ thống truyền tải điện xoay chiều  Chức thứ hai thiết bị đồng bộ: tương tự máy đồng lí tưởng với điện áp ba pha hình sin tần số  Chức thứ ba khả bù: cung cấp bù cơng suất phản kháng Mục đích Cung cấp lượng công suất phản kháng tác dụng nhanh, xác điều chỉnh cho hệ thống điện xoay chiều STATCOM đạt cách điều chỉnh cường độ cực tính (pha) thành phần phản kháng dịng điện chạy qua phía xoay chiều 1.1 Cấu trúc STATCOM Một thiết bị chuyển đổi nguồn điện áp, chuyển đổi nguồn điện áp chiều thành điện áp xoay chiều để bù công suất phản kháng cho HTĐ Bao gồm: biến đổi nguồn điện áp ba pha (VSC) nối phía thứ cấp máy biến áp ghép; nguồn điện áp DC 1.2 Nguyên lí hoạt động STATCOM Việc thay đổi công suất phản kháng thực VSC nối bên thứ cấp máy biến áp VSC sử dụng linh kiện điện tử công suất (GTO, IGBT IGCT) để điều chế điện áp xoay chiều ba pha V2 từ nguồn chiều Nguồn chiều lấy từ tụ điện Nguyên lý hoạt động STATCOM rỏ hình, thể cơng suất tác dụng phản kháng truyền điện áp hệ thống để điều khiến VI điện áp tạo VSC V2 STATCOM thiết bị bù ngang, điều chỉnh điện áp vị trí lắp đặt đến giá trị cài đặt (Vref) thơng qua việc điều chỉnh biên độ góc pha điện áp rơi STATCOM HTĐ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA STACOM 1.3 Bộ bù đồng tĩnh Điều khiển dòng CSPK lưới thông qua việc điều chỉnh điện áp phát từ thiết bị bù STATCOM thiết bị bù song song FACTS Sơ đồ cấu trúc STATCOM STATCOM điều chỉnh điện áp đầu cực cách điều khiển lượng CSPK phát hay hấp thụ từ hệ thống 1.4 Ý nghĩa hệ thống truyền tải STATCOM hệ thống điện STATCOM có chức ứng dụng sau điều khiển linh hoạt hệ thống điện:  Tăng khả truyền tải công suất  Giảm thiều tồn thất đường dây  Bù công suất phản kháng  Ngăn chặn chập chờn lưới điện  Điều chinh điện áp  Cân điện áp ba pha  Nâng cao ôn định độ  Nâng cao ồn định trạng thái ôn định  Giảm dao động công suất Chức STATCOM tương tự tụ bù đồng thời gian phản ứng cực kỹ nhanh chóng vả hiệu Tóm lại, STATCOM cung cấp bù cơng suất phản kháng để giải loạt yêu cầu chất lượng cho hệ thống điện điện áp, tần số hệ thống lưới điện công nghiệp thân có biến động nguy ổn định Khi nối song song với lưới điện, việc điều chỉnh giá trị điện áp đặt so sánh với điện áp hệ thống, hệ thống STATCOM/SVG phản ứng tức thời bơm hút lượng công suất phản kháng vào lưới điện giúp khắc phục tượng nhấp nháy điện áp, nâng cao hệ số cơng suất, lọc sóng hài giúp lưới điện chống chịu với cố thoáng qua Các ứng dụng STATCOM vào hệ thống điện để bù công suất phản kháng nâng cao ổn định điện áp Điện áp tiêu quan trọng đề đánh giá chất lượng điện Ôn định điện áp khả trì điện áp tất nút HTĐ phạm vi cho phép (tuỳ thuộc vào tính chất nút mà phạm vi dao động cho phép điện áp khác nhau) điều kiện vận hành bình thường sau kích động Hệ thống vào trạng thái khơng ồn định xuất kích động tăng tải đột ngột hay thay đôi thông số hệ thống Các thay đổi làm cho trình giảm điện áp xảy nặng nề rơi vào tình trạng khơng thể điều khiển được, gọi sụp đồ điện áp Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến ồn định sụp đồ điện áp thường không đáp ứng đủ nhu cầu công suất phản kháng cần thiết phụ tải tăng bất thường đột biến Giải pháp kỹ thuật để khắc phục ồn định sụp đồ điện áp mà luận văn trình bày áp dụng điều khiển STATCOM thuộc nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt FACTS Với độ nhanh nhạy, xác, điều khiển linh hoạt, thiết bị FACTS cải thiện độ ồn định điện áp nâng cao khả truyền tải công suất hệ thống Theo kết nghiên cứu nhà khoa học cho thấy việc đáp ứng hiệu STATCOM chế độ hệ thống điện phụ thuộc vào tính làm việc điều khiển STATCOM Tuy nhiên việc đánh giá lựa chọn STATCOM hợp lí bù tối ưu phân tích chế độ xác lập, chế độ độ mối quan tâm hàng đầu việc đáp ứng nhu cầu công suất phản kháng nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống điện CHƯƠNG 2: CÁC ỨNG DỤNG CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN TẢI STATCOM TRONG THỰC TẾ Các thiết kế đại mô-đun cho phép khả mở rộng tính linh hoạt mức độ cao, đảm bảo tổng xếp hạng trạng thái động ổn định yêu cầu Thông qua việc bổ sung phần tử shunt, phạm vi đầu đối xứng thiết bị STATCOM túy điều chỉnh để đáp ứng yêu cầu hiệu suất không đối xứng Đối với điều kiện yêu cầu dải động không đối xứng nhanh, mặt, cuộn kháng tụ điện chuyển mạch thyristor vận hành song song để tạo thành giải pháp lai Mặt khác, thêm cuộn kháng tụ điện chuyển mạch học để tối ưu hóa hiệu suất phản hồi chậm cung cấp thêm công suất trạng thái ổn định theo yêu cầu e g thay đổi lưu lượng phụ tải ngày điển hình Hệ thống STATCOM thiết bị nâng cao khả vận hành hệ thống điện, nâng cao chất lượng điện năng, đáp ứng với phụ tải lớn giao động mạnh, phù hợp với lưới truyền tải bị vấn đề giao động áp sóng hài, tăng khả vận hành nhà máy điện gió điện mặt trời 2.1 Ứng dụng lĩnh vực lượng tái tạo Nằm xu hướng dịch chuyển sang nguồn lượng tái tạo toàn giới, vài năm gần đây, tỉ trọng công suất đặt từ nguồn điện mặt trời điện gió Việt Nam có gia tăng, phát triển mạnh mẽ thuộc hàng cao khu vực Với xu hướng ngày gia tăng số lượng nhà máy điện gió kết nối vào lưới điện, quy định, thỏa thuận kết nối theo ngày chặt chẽ Một số kết nghiên cứu trình bày ứng dụng thiết bị bù SVC STATCOM nhà máy điện gió phạm vi thiết bị chưa vào phân tích với quy định kết nối cụ thể Bài báo trình bày nghiên cứu, đánh giá so sánh việc sử dụng thiết bị SVC STATCOM việc đảm bảo cho nhà máy đáp ứng quy định kỹ thuật kết nối lưới Công suất phản kháng thành phần lượng chạy lưới điện Quá nhiều công suất phản kháng dẫn đến hiệu truyền tải dịng cơng suất tác dụng, ngược lại tạo tình trạng cân Cơng suất phản kháng dùng để điều chỉnh điện áp hệ thống Cấp thêm cơng suất phản kháng nâng cao điện áp ngược lại hấp thụ công suất phản kháng làm giảm điện áp nút điện áp dâng cao Lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng SVC STATCOM [8, 9] điểm kết nối hệ thống (PCC - Point of Common Coupling) giúp nhà máy điện gió điều khiển cơng suất phản kháng đảm bảo khả tích hợp vào lưới điện đáp ứng quy định hành Việc ứng dụng bù đồng tĩnh (STATCOM) để cải thiện ổn định điện áp hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió sử dụng máy phát cảm ứng nguồn đơi (DFIG) tuabin gió có kết nối lưới điện Với xâm nhập ngày tăng lượng gió vào lưới điện, máy phát cảm ứng nguồn đơi (DFIG) dựa tubin gió phần lớn triển khai nhờ vào khả điều khiển độc lập công suất phản kháng công suất tác dụng Ngồi ra, cịn loại máy phát có hiệu cao so với hệ thống lượng gió trực tiếp với chuyển đổi công suất lớn có khoảng 20% cơng suất lưu thơng qua chuyển đổi cơng suất phần cịn lại thông qua stator mà không cần thiết bị điện tử công suất Tuy nhiên, cách kết nối cuộn dây stator trực tiếp với lưới điện, vơ nhạy cảm với cố lưới điện Để cải thiện ổn định điện áp cho bus hệ thống điện Bộ bù đồng tĩnh (STATCOM) đề xuất sử dụng để cải thiện vấn đề cân cải thiện độ tin cậy hệ thống điện 10 Thiết bị bù đồng (STATCOM) đề xuất để điều chỉnh điện áp bus 14 cách điều khiển lượng công suất phản kháng thêm vào hấp thu qua hệ thống điện để ổn định điện áp hệ thống điện 2.2 Ứng dụng Công nghiệp Với phát triển công nghệ bán dẫn đời thiết bị nâng cao chất lượng điện STATCOM, hệ thống luyện kim lạc hậu cải thiện hiệu suất hoạt động đến 20% kết làm giảm đáng kể suất tiêu hao lượng cho ngành luyện kim Chất lượng điện làm tiêu giảm hiệu luyện kim nhà máy gây thất điện khơng nhỏ Đơn cử sóng hài sinh hoạt động lị hồ quang làm nóng cuộn dây máy biến áp, làm động bị tải nhiệt, đốt nóng đường dây truyền tải Hơn nữa, hệ số công suất thấp làm giảm hiệu suất sử dụng điện nhà máy, hệ số công suất thấp đôi với việc nhà máy bị phạt khoản tài khơng nhỏ tháng 11 Với tình trạng nhà máy cơng nghiệp ngày trở nên lạc hậu, ngày nay, công nghệ lĩnh vực ổn định điện nâng cao hiệu suất phát triển mạnh, có công nghệ nhắm tới đối tượng nhà máy luyện kim lớn Nắm bắt xu hướng này, nhà máy xỉ Titan SQC Bình Định với cơng ty TNHH Gia Lực lắp đặt thành công hệ thống bù tĩnh lọc sóng hài STATCOM (Static Var Compensator) Với việc áp dụng công nghệ này, nhà máy xỉ Titan Bình Định đầu nước việc áp dụng công nghệ STATCOM đại vào ổn định sản xuất Hệ thống STATCOM cơng nghệ phát triển dựa tiêu chí nâng cao chất lượng điện với khả ổn định điện áp trung thế, tiêu giảm sóng hài, bù hệ số công suất, giảm nhấp nháy điện áp Tiềm tiết kiệm điện STATCOM lớn quy mơ cơng nghiệp hệ thống triệt tiêu sóng hài, nguyên nhân gây thất thoát điện nhiều Với hệ thống lưới điện sạch, nhà máy tiết kiệm - 6% điện tiêu thụ tháng Một ưu điểm trội mơ hình STATCOM so với giải pháp cũ tính phản ứng nhanh cố thay đổi đột ngột lưới điện Với tính này, STATCOM giữ cho hệ số cơng suất hệ thống luôn mức tối ưu không tác động tiêu cực vào lưới điện công nghệ bù công suất phản kháng cũ Theo hãng ABB, công ty đa quốc gia cung cấp thiết bị điện, hệ thống STATCOM nâng cao suất luyện kim lò hồ quang lên đến 20% STATCOM cải thiện hiệu suất sử dụng điện nhà máy xỉ Titan Bình Định mà cịn hỗ trợ đắt lực việc cắt giảm chi phí hoạt động Trong thời điểm hoạt động nhẹ tải, nhà máy phép giảm số lị hồ quang mà khơng cịn lo lắng sản lượng trước Qua cho thấy, STATCOM giải pháp tiết kiệm điện cải thiện hiệu sử dụng điện đáng nhà máy luyện kim 12 nói riêng, sở sản xuất cơng nghiệp nói chung xem xét đầu tư Nhìn xa hơn, khả tiết kiệm 2% đến 6% mức tiêu thụ điện nhà máy quy mô lớn STATCOM quan trọng mặt dây chuyền sản xuất dần trở nên lạc hậu Việt Nam CHƯƠNG 3: LẮP ĐẶT HỆ THỐNG ĐIỆN PHA SỬ DỤNG NGUỒN BỘ BIÊN TẦN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC THÀNH AC 3.1 Giới thiệu hệ thống 3.1.1 Tổng quan Lắp đặt hệ thống điện pha sử dụng nguồn biến tần lượng mặt trời chuyển đổi nguồn DC thành AC dịng điện xoay chiều (AC) tăng hạ điện áp dễ dàng nhờ máy biến áp, giảm hao phí truyền tải điện xa Khi lắp đặt thiết bị điện xoay chiều dễ dàng thiết bị điện chiều khơng cần phải để ý cực dương cực âm cần điện áp định mức Hơn máy phát điện xoay chiều cấu tạo đơn giản máy phát điện chiều cần ta hồn tồn chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng chiều nhờ hệ thống mạch chỉnh lưu Thực tế để phát huy hiệu kinh tế, tiết kiệm dây dẫn tạo từ trường quay mạnh người dùng hệ thống điện xoay chiều pha Dòng điện sử dụng gia đình thực tế lấy pha lưới điện pha nên có dây nóng dây trung hòa 3.1.2 Ưu điểm Những ưu điểm lắp hệ thống điện pha sử dụng nguồn biến tần lượng mặt trời chuyển đổi nguồn DC thành AC:  Bảo vệ tải, ngắn mạch, áp, thấp áp nhiệt  Tương thích với đa số thiết bị điện văn phòng, nhà ở, sản xuất, kinh doanh  Ổn định điện áp đầu 220V xoay chiều 3.1.3 Nhược điểm 13 Khi lắp hệ thống điện pha sử dụng nguồn biến tần lượng mặt trời chuyển đổi nguồn DC thành AC nhược điểm chi phí đầu tư ban đầu cao 3.2 Tiến hành lắp đặt 3.2.1 Các thiết bị cần thiết - Tải điện trở bao gồm mô-đun chứa chín điện trở nguồn quấn dây xếp thành ba dãy giống hệt Mỗi dãy bao gồm ba điện trở mắc song song, bật tắt công tắc để thu giá trị điện trở khác Điều cho phép tăng giảm tổng điện trở (tương đương) ngân hàng theo bước - Tải cảm ứng bao gồm mơ-đun chứa chín cuộn cảm điện lõi sắt xếp thành ba dãy giống hệt Mỗi dãy bao gồm ba cuộn cảm mắc song song, bật tắt công tắc để thu giá trị điện cảm khác Điều cho phép độ tự cảm tương đương dãy tăng giảm theo bước 14 - Động cực làm việc chế độ cấp nguồn đóng vai trị nguồn thay nguồn điện mặt trời cấp nguồn DC - Bộ nghịch lưu: có vai trị chuyển đổi dòng điện DC thành AC để thực việc hòa lưới - Bộ lọc cuộn cảm tụ điện: chứa cuộn cảm tụ điện có tác dụng lọc bớt sóng hài từ dịng AC, giúp dịng điện ổn định 15 - Máy biến áp: đấu Y-Y có tác dụng nâng điện áp nguồn AC để đưa vào hòa lưới - Bộ giao diện mạng nguồn AC- AC: có tác dụng làm hịa lưới, nơi mà nguồn AC từ máy phát1( điện mặt trời) máy phát 2( nguồn điện lưới) hòa vào với điện áp, pha tần số - DACI thực thu thập liệu để cung cấp liệu tín hiệu thơ cho thiết bị dựa máy tính LVDAC-EMS thực nhiều loại chức điều 16 khiển khác nhau, chủ yếu để điều khiển công tắc điện tử mô-đun Chopper/Biến tần IGBT, Model 8837 Power Mô-đun thyristor, Model 8841 3.2.2 Sơ đồ nguyên lý - Sơ đồ nguyên lý giải thích đơn giản sau: động cực chế độ máy phát đóng vai trò thay nguồn điện mặt trời để cung cấp nguồn điện DC với điện áp điều chỉnh, sau nguồn DC đưa vào Inverter để biến đổi dòng điện DC thành AC với mức điện áp tần số pha ban đầu Sau nguồn AC đưa qua lọc để lọc bớt sóng hài tránh gây nhiễu làm giảm tuổi thọ thiết bị Sau đưa qua tải trở tải cảm điện trở tương đương dãy tăng giảm Các thiết bị dùng để đo điện áp dòng điện mắc song song nối tiếp tương ứng để đo giá trị đưa vào đọc thông tin hiển thị hình máy tính 3.2.3 Sơ đồ nối dây Do lắp máy biến áp khơng thấy rõ thay đổi dịng điện I truyền tải đường dây cung cấp cho tải 1200/2400/4800 Ω tải cảm 3.8/7.6/15.3 H Nên nhóm chúng em xin phép không sử dụng máy biến áp 17 - Tiến hành nối dây sau với thiết bị mắc nối tiếp vào theo thứ tự từ nguồn DC đến đầu vào Inverter để chuyển thành dịng AC, sau đầu Inverter qua tụ lọc để lọc sóng hài, sau đưa vào tải trở tải cảm tiến hành đo lấy số liệu 3.2.4 Kết thu 18 Ta đọc kết cung cấp cho tải 1200Ω tải cảm 3.8H dịng điện có giá trị 0.043A, điện áp 20.87V, hệ số công suất lưới điện 0.419, công suất tiêu thụ phụ tải 0.38W 19 Khi bật tải 1200Ω tải cảm 3.8H, ta biểu đồ thể giá trị: dịng điện, điện áp, cơng suất 100s 20