1. Trang chủ
  2. » Luận Văn - Báo Cáo

Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới

77 4 0

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

THÔNG TIN TÀI LIỆU

Thông tin cơ bản

Tiêu đề Nghiên Cứu Và Mô Phỏng Ảnh Hưởng Của Thiết Bị Bù Công Suất Phản Kháng Với Nhà Máy Điện Gió Nối Lưới
Tác giả Phạm Thị Trà
Người hướng dẫn TS. Nguyễn Duy Minh
Trường học Trường Đại Học Điện Lực
Chuyên ngành Kỹ Thuật Điện
Thể loại Luận Văn Thạc Sĩ
Năm xuất bản 2023
Thành phố Hà Nội
Định dạng
Số trang 77
Dung lượng 1,63 MB

Cấu trúc

  • I. MỞ ĐẦU (13)
    • 1. Lý do chọn đề tài (13)
    • 2. Mục đích nghiên cứu (13)
    • 3. Nhiệm vụ nghiên cứu (13)
    • 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu (14)
    • 5. Phương pháp nghiên cứu (14)
  • II. NỘI DUNG (14)
  • CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM (15)
    • 1.1. Nhu cầu điện năng trên thế giới và xu hướng gia tăng tỉ trọng của năng lượng tái tạo (15)
    • 1.2. Bối cảnh điện gió trên thế giới và tại Việt Nam (19)
      • 1.2.1. Bối cảnh điện gió trên thế giới (19)
      • 1.2.2. Bối cảnh điện gió tại Việt Nam (23)
    • 1.3. Kết luận chương 1 (26)
  • CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC TUABIN ĐIỆN GIÓ VÀ CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI (28)
    • 2.1. Cấu trúc tuabin điện gió (28)
      • 2.1.1. Tháp (29)
      • 2.1.2. Nền (móng) (30)
      • 2.1.3. Rotor và cánh quạt (31)
      • 2.1.4. Hub trung tâm (Đùm) (33)
      • 2.1.5. Bộ phận kiểm soát năng lượng (33)
      • 2.1.6. Nacelle (Bầu) (34)
      • 2.1.7. Các thiết bị điện tử khác (38)
    • 2.2. Các thiết bị bù trong việc tích hợp nhà máy điện gió nối lưới (39)
      • 2.2.1. Thiết bị bù tĩnh SVC (39)
      • 2.2.2. Thiết bị bù tĩnh đồng bộ STATCOM (42)
      • 2.2.3. So sánh hiệu suất giữa STATCOM và SVC (45)
    • 2.3. Kết luận chương 2 (46)
  • CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI VỚI THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG (48)
    • 3.1. Sơ đồ mô phỏng (48)
    • 3.2. Các trường hợp mô phỏng và kết quả (50)
      • 3.2.1. Điện áp lưới dao động (50)
      • 3.2.2. Sự cố ngắn mạch thoáng qua (62)
      • 3.2.3. Công suất tải địa phương thay đổi (68)
    • 3.3. Kết luận chương 3 (72)
    • III. KẾT LUẬN (74)

Nội dung

Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.Nghiên cứu và mô phỏng ảnh hưởng của thiết bị bù công suất phản kháng với nhà máy điện gió nối lưới.

NỘI DUNG

Ngoài phần mở đầu và kết luận dự kiến luận văn sẽ gồm 3 chương với các nội dung chính như sau:

Chương 1: Khái quát về xu hướng phát triển của điện gió trên thế giới và ở Việt Nam.

Chương 2: Cấu trúc Tuabin điện gió và các thiết bị bù công suất phản kháng trong nhà máy điện gió nối lưới.

Chương 3: Mô phỏng một hệ thống điện gió nối lưới với thiết bị bù công suất phản kháng.

KHÁI QUÁT VỀ XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM

Nhu cầu điện năng trên thế giới và xu hướng gia tăng tỉ trọng của năng lượng tái tạo

Trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng và nhu cầu năng lượng gia tăng, năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió, đã trở thành một giải pháp quan trọng để giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu Sự khan hiếm tài nguyên năng lượng hóa thạch và những biến động giá cả do xung đột khu vực đã thúc đẩy các quốc gia chuyển hướng sang phát triển năng lượng sạch Việc chuyển đổi sang năng lượng tái tạo không chỉ cần thiết mà còn là điều kiện tiên quyết để đạt được các Mục tiêu Phát triển Bền vững về năng lượng sạch và giá cả phải chăng mà Liên hợp quốc đề ra cho năm 2030.

Nhu cầu điện năng toàn cầu đã tăng 5,4% vào năm 2021, đánh dấu mức tăng trưởng nhanh nhất kể từ năm 2010, nhờ vào sự phục hồi của nhiều nền kinh tế sau đại dịch Covid-19 Trong nửa đầu năm 2022, tổng nhu cầu điện đạt 13.393 TWh, tăng từ 13.004 TWh so với cùng kỳ năm trước Mặc dù nhu cầu điện toàn cầu năm 2021 chủ yếu được đáp ứng từ nguồn điện than (59%), nhưng trong nửa đầu năm 2022, sản lượng điện từ hóa thạch chỉ tăng nhẹ 4 TWh, với điện than giảm 36 TWh (-1%) và khí đốt giảm 1 TWh (-0,05%), trong khi các nhiên liệu hóa thạch khác, chủ yếu là dầu mỏ, tăng 34 TWh (+14%).

Hình 1-1: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng đáp ứng nhu cầu điện năng nửa đầu năm 2022 [1]

Trong nửa đầu năm 2022, tổng sản lượng điện từ năng lượng tái tạo đã tăng thêm 416 TWh, vượt qua nhu cầu điện năng gia tăng toàn cầu 389 TWh Năng lượng tái tạo đã chiếm 28% tổng điện năng toàn cầu, đạt 3.802 TWh, tăng từ 26% (3.387 TWh) trong cùng kỳ năm 2021 Điều này cho thấy nhu cầu điện năng gia tăng hoàn toàn được đáp ứng từ nguồn năng lượng tái tạo, mà không cần phát điện từ nhiên liệu hóa thạch.

Trong nửa đầu năm 2022, sản xuất điện từ nhiên liệu hóa thạch đã giảm, nhưng đến nửa cuối năm, tiêu thụ than và khí đốt lại tăng cao vào tháng 7 và tháng 8 do hạn hán kéo dài ở Trung Quốc, làm ảnh hưởng đến sản xuất thủy điện Đồng thời, ở châu Âu, sản xuất điện hạt nhân cũng giảm đáng kể vì tình trạng mất điện kéo dài tại Pháp, trong khi Đức đang lên kế hoạch đóng cửa các nhà máy điện hạt nhân để ứng phó với khủng hoảng năng lượng.

Hình 1-2: Biểu đồ sản lượng điện năng từ các nguồn năng lượng trong từng tháng năm 2022

Từ tháng 1 đến tháng 8, sản lượng điện than và điện khí đốt đều tăng 1% và 1,6% tương ứng, với mức tăng lần lượt là 63 TWh, trong khi sản lượng dầu tăng mạnh 14% (+57 TWh) so với cùng kỳ năm ngoái Kết quả là, lượng khí thải CO2 từ ngành điện toàn cầu đã tăng 1,7% (tương đương 133 Mt) trong khoảng thời gian này.

Chúng ta kỳ vọng năng lượng sạch sẽ đáp ứng toàn bộ nhu cầu điện năng tăng cao, nhằm ngăn chặn sự gia tăng sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong ngành điện Tuy nhiên, số liệu tăng trưởng trong tháng 7 và tháng 8 cho thấy mục tiêu này trong năm 2022 là không khả thi Sự gia tăng phát thải hiện tại hoàn toàn trái ngược với yêu cầu cần thiết để đạt được mục tiêu giữ mức tăng nhiệt độ toàn cầu dưới 1,5 độ C.

Hình 1-3: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi hàng năm trong sản xuất điện trên toàn cầu [1]

Hình 1-4: Biểu đồ phát thải của ngành điện qua các năm [1]

Sản lượng điện gió toàn cầu đã ghi nhận mức tăng 14% vào năm 2021, đạt 1.814 TWh, và tiếp tục tăng 175 TWh (19%) trong nửa đầu năm 2022, đánh dấu mức tăng trưởng cao nhất so với cùng kỳ các năm trước Năng lượng gió hiện chiếm 8% tổng điện năng toàn cầu, tương đương 1.102 TWh, vượt qua năng lượng mặt trời với 5% điện năng toàn cầu, tương đương 619 TWh trong cùng thời gian.

Năm 2022 chứng kiến sự bùng nổ sản lượng điện gió, chủ yếu nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ của điện gió ngoài khơi Trong khi trước đây, sản lượng chủ yếu phụ thuộc vào các trang trại điện gió trên bờ, hiện nay các dự án điện gió ngoài khơi với công suất lắp đặt lớn đã đạt hệ số công suất trung bình gần 50%, vượt xa con số 35% của các tuabin trên bờ Các tuabin gió hiện đại trên bờ sản xuất trung bình 3TWh điện mỗi năm cho mỗi GW lắp đặt, trong khi tuabin ngoài khơi đạt 4,4TWh mỗi năm Lợi thế lớn nhất của năng lượng gió ngoài khơi là khả năng tạo ra điện cao hơn do tốc độ gió ổn định và mạnh mẽ hơn trên đại dương, cùng với việc không bị hạn chế bởi vị trí địa lý như trên đất liền Thêm vào đó, những tiến bộ công nghệ gần đây đã giúp giảm chi phí vốn, lắp đặt và vận hành cho các dự án điện gió ngoài khơi.

Để đạt được mục tiêu sản lượng điện gió chiếm 21% tổng sản lượng điện toàn cầu vào năm 2030, sản lượng điện từ gió cần tăng gấp 4 lần so với mức 7% vào năm 2021, với mức tăng trưởng hàng năm duy trì ở 18% Hiện tại, có 130 quốc gia phát triển điện gió, với tổng công suất điện gió toàn cầu đạt 733 GW vào năm 2020, gần gấp đôi so với năm 2011 Hơn một nửa lượng điện gió mới được bổ sung từ năm 2010 đến nay đến từ các thị trường ngoài Châu Âu và Bắc Mỹ, chủ yếu nhờ vào sự phát triển mạnh mẽ ở Trung Quốc và Ấn Độ Năm 2021, Trung Quốc chiếm 65% tăng trưởng sản xuất điện gió toàn cầu, với 148 TWh được bổ sung, tương đương với toàn bộ nhu cầu điện của Argentina Trong khi đó, các quốc gia châu Âu cũng ghi nhận kỷ lục về tỷ lệ lắp đặt trang trại điện gió mới trong năm 2021, mặc dù sản xuất điện gió đã giảm vào năm 2020 do điều kiện gió không thuận lợi.

Mặc dù năng lượng tái tạo đã tăng trưởng ấn tượng, nhưng vẫn chưa thể hoàn toàn thay thế nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất điện để đáp ứng nhu cầu toàn cầu Có dấu hiệu tích cực từ các cam kết khử carbon và giải quyết ô nhiễm, nhưng cần hành động khẩn trương hơn để đạt được mục tiêu năng lượng bền vững Với nhu cầu điện năng ngày càng tăng và lượng phát thải từ ngành điện, điện gió đang được kỳ vọng trở thành nguồn cung cấp chính, đóng vai trò quan trọng trong việc đạt được mục tiêu phát thải bằng không.

Bối cảnh điện gió trên thế giới và tại Việt Nam

1.2.1 Bối cảnh điện gió trên thế giới

Ngành công nghiệp điện gió toàn cầu đã có những bước tiến mạnh mẽ từ năm 2019 đến 2021, với tổng công suất điện gió mới bổ sung đạt 93,6 GW vào năm 2021, chỉ giảm 1,8% so với kỷ lục năm trước đó.

2020, nâng tổng công suất điện gió lắp đặt lên 837 GW, tăng 12,4% so với năm 2020.

Mặc dù công suất lắp đặt mới của điện gió trên bờ giảm còn 72,5 GW vào năm 2021, nhưng đây vẫn là năm có mức cao thứ hai trong lịch sử Trong khi đó, thị trường điện gió ngoài khơi đạt kỷ lục với hơn 21 GW được nối lưới, gấp ba lần so với năm trước, biến năm 2021 thành năm cao nhất từ trước đến nay.

Hình 1-5: Biểu đồ tổng công suất điện gió lắp đặt mới hàng năm [4]

Châu Á Thái Bình Dương tiếp tục dẫn đầu về phát triển điện gió toàn cầu, với thị phần năm 2021 gần bằng năm 2020 nhờ sự tăng trưởng mạnh mẽ từ lắp đặt điện gió ngoài khơi ở Trung Quốc và điện gió trên bờ ở Việt Nam Châu Âu đã giành lại vị trí thị trường khu vực lớn thứ hai với 19% tổng công suất lắp đặt mới, trong khi Bắc Mỹ đạt 14% Cả khu vực Châu Mỹ Latinh và Châu Phi - Trung Đông đều ghi nhận năm kỷ lục về lắp đặt mới vào năm 2021, với thị phần toàn cầu lần lượt là 6% và 2%, giữ nguyên vị trí so với năm trước.

Hình 1-6: Công suất lắp đặt điện gió mới theo vùng và thị phần của năm khu vực hàng đầu [4]

Năm 2021, năm thị trường hàng đầu thế giới về sản lượng lắp đặt mới là Trung Quốc, Mỹ, Brazil, Việt Nam và Vương quốc Anh, chiếm 75,1% tổng lượng lắp đặt toàn cầu, giảm 5,5% so với năm 2020 Sự sụt giảm này chủ yếu do Trung Quốc và Hoa Kỳ mất tổng cộng 10% thị phần Về lắp đặt tích lũy, các thị trường hàng đầu vẫn là Trung Quốc, Mỹ, Đức, Ấn Độ và Tây Ban Nha, chiếm 72% tổng số lắp đặt điện gió toàn cầu, giảm 1% so với năm trước.

Hình 1-7: Biểu đồ tổng công suất lắp đặt tích lũy hàng năm [4]

1.2.1.1 Tình hình thị trường điện gió trên bờ

Năm 2021, toàn cầu đã lắp đặt mới 72,5 GW công suất gió trên bờ, nâng tổng công suất lên 780 GW Các khu vực như Châu Âu, Châu Mỹ Latinh, Châu Phi và Trung Đông ghi nhận mức lắp đặt mới kỷ lục, tuy nhiên tổng công suất lắp đặt vẫn giảm 18% so với năm 2020 Nguyên nhân chính của sự suy giảm này là do sự chậm lại trong phát triển điện gió trên đất liền tại hai thị trường lớn nhất thế giới, Trung Quốc và Mỹ.

Năm 2020, Trung Quốc đã ghi nhận kỷ lục lắp đặt điện gió trên bờ với hơn 50 GW nhờ chính sách hỗ trợ của chính phủ Mặc dù năm 2021, công suất lắp đặt mới giảm 39% so với năm trước, nhưng thị trường điện gió trên bờ vẫn được dự đoán sẽ đạt mức kỷ lục mới trong những năm tới khi Trung Quốc hoàn thành các mục tiêu mới.

Trong quý đầu tiên và quý thứ hai của năm 2021, Hoa Kỳ đã ghi nhận kỷ lục lắp đặt điện gió trên bờ Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng đã chậm lại trong nửa cuối năm do nhiều dự án bị trì hoãn vì các vấn đề về chuỗi cung ứng và gián đoạn do dịch bệnh COVID-19.

Năm 2021, ngoài Trung Quốc với 30,7 GW và Hoa Kỳ với 12,7 GW, các thị trường hàng đầu về công suất lắp đặt mới điện gió trên bờ còn bao gồm Brazil (3,8 GW), Việt Nam (2,7 GW) và Thụy Điển (2,1 GW).

Mặc dù COVID-19 đã bùng phát trở lại, thị trường điện gió trên bờ toàn cầu vẫn tiếp tục phát triển mạnh mẽ và đang tiến gần đến các mục tiêu đã đề ra trong năm 2021.

1.2.1.2 Tình hình thị trường điện gió ngoài khơi

Năm 2021, toàn cầu đã kết nối 21,1 GW điện gió ngoài khơi với lưới điện, thiết lập kỷ lục mới cho ngành điện gió ngoài khơi Tổng công suất điện gió ngoài khơi trên thế giới đạt 57,2 GW vào cuối năm 2021.

Châu Âu là thị trường phát triển ổn định cho năng lượng gió ngoài khơi, với 215 trang trại điện gió đang hoạt động trên toàn cầu, chủ yếu tập trung tại khu vực này nhờ vào nguồn gió dồi dào.

110 trang trại, tiếp theo là châu Á với 103 trang trại và 2 trang trại ở Mỹ.

Trung Quốc đã thiết lập kỷ lục trong lĩnh vực điện gió ngoài khơi, chiếm hơn 80% thị trường với 45 trang trại điện gió, tổng công suất đạt khoảng 12,7 GW trong số 53 trang trại được đưa vào hoạt động năm 2021 Tổng công suất lắp đặt điện gió ngoài khơi của Trung Quốc hiện đạt 19,7 GW, chiếm 40% tổng công suất toàn cầu Nước này đang dẫn đầu thị trường điện gió ngoài khơi, với công suất gần bằng tổng công suất của Anh và Đức cộng lại Trong khi đó, Đức chỉ có tổng công suất 7,7 GW và không có công suất bổ sung trong năm 2021 Ngoài Trung Quốc, một số quốc gia như Hà Lan và Đan Mạch cũng đang phát triển điện gió ngoài khơi với các trang trại mới được bổ sung.

Năm 2021 đánh dấu sự bùng nổ của điện gió ngoài khơi với nhiều dự án mới được triển khai, dự kiến sẽ xây dựng thêm 17 GW công suất Trong số đó, Trung Quốc đang dẫn đầu với tổng công suất lên đến 8 GW đang được xây dựng.

GW đang phát triển các dự án điện gió với quy mô trung bình từ 200 đến 300 MW, đồng thời triển khai một số dự án lớn hơn với công suất 1.000 MW trở lên Đặc biệt, Na Uy hiện đang thực hiện dự án điện gió ngoài khơi dạng nổi lớn nhất thế giới với công suất 88 MW.

Hình 1-8: Biểu đồ công suất điện gió ngoài khơi đang hoạt động của các quốc gia [5]

1.2.2 Bối cảnh điện gió tại Việt Nam

Việt Nam, nằm trong vùng gió mùa châu Á mạnh và ổn định, sở hữu tiềm năng năng lượng gió dồi dào, được Ngân hàng Thế giới đánh giá là lớn nhất Đông Nam Á với tổng tiềm năng điện gió lên tới 513.360 MW, gấp 200 lần công suất nhà máy thủy điện Sơn La Quốc gia này có ít nhất 24 GW tiềm năng gió chất lượng cao trên bờ với tốc độ gió trung bình trên 6 m/giây, cùng 404 GW tiềm năng khác ở tốc độ gió từ 5-6 m/giây Tiềm năng gió này có thể cung cấp lượng điện tương đương với điện than hiện tại nhờ vào đường bờ biển dài và sức gió mạnh của gió mùa Đông Bắc Tuy nhiên, để khai thác tiềm năng này, Việt Nam cần đầu tư lớn, vì hiện tại công suất điện gió chỉ đạt dưới 4 GW.

Kết luận chương 1

Chương 1 của luận văn phân tích nhu cầu điện năng toàn cầu và lượng phát thải cao kỷ lục của ngành điện, đồng thời đánh giá những thành tựu của điện gió trong năm 2021 và nửa đầu năm 2022 Điện gió được xác định là một trong những nguồn năng lượng thay thế phát triển nhanh nhất, vượt trội hơn so với điện than, điện nhiệt và điện hạt nhân Mục tiêu của điện gió là đáp ứng nhu cầu điện năng ngày càng tăng, giảm thiểu lượng phát thải, đảm bảo an ninh năng lượng và thúc đẩy chiến lược phát triển xanh toàn cầu.

Chương 1 của luận văn đã phân tích bối cảnh điện gió toàn cầu và tại Việt Nam, với Trung Quốc dẫn đầu Châu Á về thị trường điện gió, đặc biệt là điện gió ngoài khơi, khi đạt tổng công suất lắp đặt 19,7 GW vào năm 2021, chiếm 40% tổng công suất toàn cầu Đồng thời, thị trường Châu Âu và Châu Mỹ cũng ghi nhận kỷ lục mới về công suất lắp đặt trong năm 2021, mặc dù bị ảnh hưởng bởi đại dịch COVID-19 và các vấn đề chuỗi cung ứng.

Việt Nam, với tiềm năng gió dồi dào và công nghệ tiên tiến, đã trở thành thị trường năng lượng gió lớn nhất Đông Nam Á, đạt hơn 3.360 MW công suất điện gió mới vào cuối năm 2021 Mặc dù đã có những thành công nhất định, Việt Nam vẫn cần nỗ lực nhiều hơn để khắc phục các hạn chế về lưới điện và cơ chế giá cả, nhằm đáp ứng cam kết an ninh năng lượng và thực hiện chiến lược phát triển xanh toàn cầu.

CẤU TRÚC TUABIN ĐIỆN GIÓ VÀ CÁC THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI

Cấu trúc tuabin điện gió

Tuabin gió hiện đại đang trở nên tiết kiệm chi phí và đáng tin cậy hơn, nhờ vào sự phát triển của các cánh quạt dài hơn và nhẹ hơn, tháp cao hơn, cùng với hệ thống truyền động đáng tin cậy và hệ thống điều khiển tối ưu hóa hiệu suất Những cải tiến này giúp tăng công suất của tuabin, từ đó nâng cao quy mô chung của các dự án năng lượng gió.

Thông thường, một tuabin sẽ bao gồm những thành phần chính sau: tháp, nền móng, nacelle (thân-trục tuabin) cánh quạt, hub trung tâm, máy phát điện.

Tuabin gió bao gồm nhiều thành phần quan trọng, nhưng trong bài viết này, chúng ta sẽ chỉ tập trung vào các cấu tạo chính như hệ thống theo dõi hướng gió, bộ phận làm mát và sưởi ấm, thiết bị chống sét, cần trục và thang máy, cũng như thiết bị chữa cháy.

Hình 2-1: Cấu trúc cơ bản của tuabin gió

Tháp gió không chỉ chịu tải trọng từ nacelle và cánh quạt mà còn phải hấp thụ lực tĩnh lớn do gió Do đó, tháp thường có cấu trúc hình ống bằng bê tông hoặc thép, và đôi khi là dạng lưới Thép chiếm từ 30% đến 65% tổng trọng lượng của tuabin, nhưng các nhà nghiên cứu đang tìm kiếm hợp kim thép nhẹ hơn để cải thiện sự ổn định Tuy nhiên, thép cũng có nhược điểm, đặc biệt là không đủ cứng vững để hỗ trợ các tháp cao hơn 90 mét.

Tháp tuabin gió chịu tải trọng lớn do nacelle nặng và lực từ cánh quạt cùng gió Bên trong tháp, các dây cáp dẫn điện đến bộ chuyển đổi ở chân tháp Hầu hết các tuabin sản xuất điện xoay chiều, sau đó được biến đổi điện áp và cung cấp trực tiếp vào lưới điện.

Tháp tuabin gió đóng góp 15 – 20% chi phí và ảnh hưởng lớn đến tính khả thi kinh tế của dự án Chiều cao tháp, thường khoảng 65 mét, là yếu tố quyết định trong sản lượng năng lượng và khả năng phát điện Việc điều chỉnh chiều cao tháp có thể tác động đáng kể đến công suất điện dự kiến Để duy trì sự ổn định, việc tăng gấp đôi chiều cao tháp cần phải tăng gấp đôi đường kính và lượng vật liệu lên gấp 4 lần.

Độ cao lý tưởng cho máy phát tuabin gió phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm chi phí, mục đích sử dụng và cần được xác định riêng cho từng vị trí cụ thể.

Một số loại tháp phổ biến hiện nay đang được triển khai áp dụng bao gồm tháp bê tông và tháp thép, trong đó tháp bê tông và tháp thép được ưa chuộng hơn so với tháp lưới thép.

- Tháp thép thường bao gồm hai đến bốn phân đoạn.

Các tháp bê tông với ván khuôn leo được xây dựng tại chỗ mang lại lợi ích trong việc vận chuyển và lắp đặt dễ dàng hơn, thường được gọi là bê tông đổ tại chỗ.

- Tháp bê tông đúc sẵn: Ở đây các phân đoạn được đặt chồng lên nhau tại chỗ và được giằng bằng cáp thép trong tường.

- Tháp lưới thép rất phổ biến ở Ấn Độ, nhưng cũng có thể được tìm thấy ở các nước khác, như ở Mỹ và ở Đức.

- Tháp lai bao gồm các thành phần của các loại tháp nói trên.

Trụ với gia cố dây là một giải pháp phổ biến cho các máy phát điện gió nhỏ, nhờ vào trọng lượng nhẹ và khả năng lắp đặt dễ dàng mà không cần sử dụng cần trục.

Các tháp cao hơn 80m thường có thang máy ở bên trong tháp để thuận tiện cho việc đi lên [9].

Hình 2-2: Các loại tháp tuabin gió phổ biến

Để đảm bảo sự ổn định cho tuabin gió, phần nền cố định được chôn sâu vào lòng đất, với móng cọc hoặc móng nông được xây dựng tùy thuộc vào điều kiện địa chất của lớp đất dưới bề mặt.

Móng tấm hay móng nông là loại móng phổ biến trong xây dựng tuabin gió, với cấu trúc là một tấm bê tông cốt thép lớn nằm dưới lòng đất, đảm bảo sự ổn định và bền vững cho công trình.

- Móng cọc: các bản móng (móng bản) được cố định bằng cọc vào đất Điều này đặc biệt cần thiết ở vùng đất mềm.

Ngoài ra, đối với các tuabin gió ngoài khơi lại sử dụng các loại móng dưới đây [9]:

Móng trọng lực được sử dụng phổ biến dưới đáy biển, với thiết kế nặng và ổn định nhờ vào trọng lượng bê tông lớn, cho phép chúng không cần phải được cố định thêm vào đáy biển.

Tuabin gió được lắp đặt trên giá ba chân, với các cọc bên dưới tháp kết nối vào một khung thép nhằm phân phối lực Mỗi cọc thép đều được cố định chắc chắn, có độ sâu từ 10 đến 20 mét dưới đáy biển.

Móng xô là một loại móng xây dựng có hình dạng hình trụ bằng thép, mở về phía dưới Quá trình thi công bắt đầu bằng việc đặt xi lanh dưới đáy biển và bơm không khí ra ngoài, tạo ra áp lực âm bên trong để ép móng xuống đất Vật liệu ở đáy bên trong hình trụ không chỉ hỗ trợ nền móng mà còn cố định nó vào đáy biển, đảm bảo tính ổn định và bền vững cho công trình.

Monopile là một loại cọc thép có đường kính khoảng 4 mét, được lắp đặt dưới đáy biển Tùy thuộc vào điều kiện của đáy biển, độ sâu của monopile có thể được điều chỉnh từ 10 đến 20 mét.

Các thiết bị bù trong việc tích hợp nhà máy điện gió nối lưới

Các dự án trang trại điện gió thế hệ đầu tiên sử dụng máy phát cảm ứng tốc độ cố định, tuy nhiên, chúng gặp khó khăn trong việc kiểm soát công suất thực và tiêu thụ công suất phản kháng Việc tích hợp điện gió vào lưới điện quốc gia yêu cầu tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật nghiêm ngặt, bao gồm khả năng điều chỉnh điện áp và dải thu phát công suất phản kháng Điều này đảm bảo nhà máy hoạt động ở hệ số công suất đã định và có khả năng vượt qua các sự cố Khi số lượng nhà máy điện gió kết nối vào lưới ngày càng tăng, các quy định và thỏa thuận kết nối sẽ trở nên chặt chẽ hơn.

Công suất phản kháng là yếu tố quan trọng trong lưới điện, ảnh hưởng đến hiệu quả truyền tải công suất tác dụng Quá nhiều công suất phản kháng có thể gây ra tình trạng mất cân bằng, trong khi việc điều chỉnh công suất phản kháng giúp kiểm soát điện áp hệ thống Bổ sung công suất phản kháng có thể nâng cao điện áp, trong khi hấp thụ công suất phản kháng giúp giảm điện áp Việc lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng như SVC hoặc STATCOM tại điểm kết nối hệ thống (PCC) là cần thiết để các nhà máy điện gió quản lý công suất phản kháng và đảm bảo tích hợp hiệu quả vào lưới điện theo các quy định hiện hành.

2.2.1 Thiết bị bù tĩnh SVC

Thiết bị bù ngang (shunt compensator) là các thiết bị có khả năng phát ra hoặc nhận công suất phản kháng trong hệ thống điện Chúng được kết nối giữa một nút trong hệ thống và điểm trung tính, tương tự như các máy phát và phụ tải, nhằm cải thiện hiệu suất và ổn định điện áp.

Thiết bị bù tĩnh SVC, hay còn gọi là thiết bị bù ngang có điều khiển, là các bộ nguồn phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng tĩnh, được kết nối vào một nút trong hệ thống điện SVC có khả năng tự động điều chỉnh công suất phản kháng đầu ra theo các tham số của hệ thống Đây là một loại nguồn công suất phản kháng tĩnh, sử dụng cuộn kháng và tụ điện điều khiển bằng thyristor, cho phép điều khiển nhanh chóng Tuy nhiên, SVC không có khả năng phát nhận công suất tác dụng.

Hệ thống SVC bao gồm các bộ tụ điện đóng cắt bằng thyristor (TSC) kết hợp với cuộn kháng điều khiển thyristor (TCR), cuộn kháng đóng cắt (TSR) và bộ lọc sóng hài, tất cả được kết nối song song Van thyristor là thành phần quan trọng nhất, cung cấp khả năng điều khiển cho hệ thống Các thiết bị này được kết nối với lưới điện thông qua máy biến áp, cho phép tạo ra các thiết bị bù với phạm vi thay đổi liên tục rộng, đảm bảo an toàn và kinh tế, do các thành phần của hệ thống SVC khó chế tạo để kết nối trực tiếp vào lưới điện áp cao hàng trăm kV.

Hình 2-9: Cấu tạo thiết bị SVC

2.2.1.2 Nguyên lý hoạt động của SVC

Chu kỳ dẫn của thyristor trong bộ SVC được điều chỉnh để cung cấp công suất phản kháng cần thiết trong hệ thống Tại các nhà máy điện gió, SVC thường bao gồm các thành phần TSC và TCR Nếu cả tụ điện và cuộn kháng đều có công suất định mức tương đương, thì việc điều chỉnh này sẽ tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Khi điều khiển tụ điện và thyristor trên cuộn kháng ở chế độ không dẫn hoặc dẫn một phần, SVC sẽ tạo ra công suất phản kháng.

Khi điều khiển ngắt tụ điện và thyristor trên cuộn kháng dẫn điện, công suất phản kháng sẽ được hấp thụ bởi SVC trong trường hợp dẫn điện hoàn toàn hoặc một phần.

Khi điều khiển ngắt tụ điện cũng như thyristor nhánh cuộn kháng không dẫn thì công suất phản kháng sẽ không được SVC sản xuất/tiêu thụ.

Hình 2-10: Thiết bị SVC dùng cho nhà máy điện gió

2.2.1.3 Điều khiển hoạt động của SVC

Bằng cách điều chỉnh thời điểm mở thyristor trong các phần tử TCR, TSC, TSR, công suất phản kháng trên thanh cái hệ thống có thể thay đổi liên tục về trị số và dấu Bộ SVC hoạt động theo nguyên tắc thu hoặc nhận công suất phản kháng tức thời để duy trì ổn định điện áp hệ thống Khi điện áp hệ thống thấp, SVC sẽ tạo ra công suất phản kháng, trong khi khi điện áp cao, SVC sẽ hấp thụ công suất phản kháng Hệ thống điều khiển của SVC được minh họa trong hình 2-11.

Hệ thống điều khiển SVC bao gồm bộ đo điện áp và bộ điều chỉnh điện áp, với nhiệm vụ xác định sự khác biệt giữa điện áp tham chiếu Vref và điện áp đo được Vm tại điểm đấu nối Dựa vào sự chênh lệch này, dung dẫn cần thiết của bộ SVC sẽ được xác định để duy trì điện áp ổn định Bộ phận phân phối tín hiệu điều khiển sẽ xác định góc kích hoạt α của bộ TCR và quyết định việc bật hoặc tắt các TSC Hệ thống đồng bộ sử dụng vòng lặp khoá pha (PLL) để đồng bộ tín hiệu trên điện áp thứ cấp, trong khi bộ tạo xung gửi các xung điều khiển thích hợp tới các thyristor.

Để tối ưu hóa hiệu quả của SVC trong việc điều khiển tuabin gió, cần nghiên cứu các quy luật điều khiển phù hợp Tín hiệu điều khiển có thể được thu thập từ nhiều vị trí khác nhau trong hệ thống thông qua các thiết bị đo lường.

2.2.2 Thiết bị bù tĩnh đồng bộ STATCOM

2.2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của STATCOM

Mô hình thiết bị STATCOM, như thể hiện trong hình 2-12, bao gồm một bộ biến đổi nguồn áp VSC và máy biến áp đấu kiểu shunt kết nối vào lưới điện.

Hình 2-12: Cấu tạo cơ bản của STATCOM

STATCOM hoạt động chủ yếu ở hai chế độ: điều khiển điện áp và điều khiển công suất phản kháng Trong chế độ điều khiển điện áp, thiết bị này giúp duy trì mức điện áp ổn định trong hệ thống điện.

Giả sử công suất tác dụng không đổi giữa lưới và STATCOM, khi đó:

STATCOM hấp thụ công suất phản kháng từ lưới khi biên độ điện áp tại điểm kết nối vượt quá giá trị tham chiếu Trong tình huống này, STATCOM hoạt động như một cuộn cảm hoặc máy phát thiếu kích thích, giúp hấp thụ dòng điện phản kháng và giảm điện áp lưới điện.

Công suất phản kháng được cung cấp cho lưới điện bởi STATCOM khi biên độ điện áp thấp hơn giá trị tham chiếu tại điểm kết nối Trong tình huống này, STATCOM hoạt động như một tụ điện hoặc máy phát quá kích, bơm dòng điện phản kháng để hỗ trợ điện áp của lưới điện Ở chế độ điều khiển công suất phản kháng, STATCOM đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định điện áp.

Kết luận chương 2

Chương 2 của luận văn tập trung vào hai nội dung chính: đầu tiên, cấu tạo cơ bản của tuabin điện gió, và thứ hai, các thiết bị bù cần thiết cho việc tích hợp nhà máy điện gió vào lưới điện.

Một tuabin gió thường bao gồm các thành phần chính như tháp, nền móng, nacelle, cánh quạt, hub trung tâm, máy phát điện và nhiều thiết bị khác như hệ thống theo dõi hướng gió, thiết bị làm mát và sưởi ấm, thiết bị chống sét, cần trục, thang máy và thiết bị chữa cháy Các tuabin gió hiện đại ngày càng trở nên tiết kiệm chi phí và đáng tin cậy hơn nhờ vào việc phát triển cánh quạt dài hơn, nhẹ hơn, tháp cao hơn, hệ thống truyền động tin cậy hơn và hệ thống điều khiển tối ưu hóa hiệu suất, từ đó nâng cao công suất và quy mô dự án Để đáp ứng nhu cầu tăng cao của các nhà máy điện gió kết nối vào lưới điện và giải quyết vấn đề điều khiển công suất phản kháng, hiện nay người ta sử dụng các thiết bị bù công suất phản kháng như SVC hoặc STATCOM tại điểm kết nối hệ thống PCC.

SVC là thiết bị FACTS thế hệ đầu tiên với các thành phần tĩnh, có khả năng phát ra hoặc nhận công suất phản kháng mà không có phần tử quay Trong khi đó, STATCOM là phiên bản nâng cấp, thuộc thế hệ thứ hai của FACTS, sử dụng bộ biến đổi điện áp VSC thay vì thyristor như SVC.

So với SVC, STATCOM nổi bật hơn nhờ vào những ưu điểm như kích thước nhỏ gọn, khả năng hoạt động trong nhiều điều kiện khác nhau để ổn định và điều chỉnh điện áp, cùng với độ tin cậy và tính linh hoạt cao.

MÔ PHỎNG MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI VỚI THIẾT BỊ BÙ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG

Sơ đồ mô phỏng

Để so sánh ưu điểm của thiết bị bù STATCOM và SVC, chúng tôi đã xây dựng mô hình mô phỏng bằng phần mềm Matlab-Simulink nhằm nghiên cứu tác động của hai thiết bị này khi tích hợp nhà máy điện gió vào lưới điện Kết quả cho thấy rằng thiết bị bù giúp ổn định điện áp và cân bằng công suất phản kháng cho lưới điện Hình 3-1 và hình 3-2 minh họa mô hình hệ thống lưới điện tích hợp điện gió với sự hỗ trợ của STATCOM và SVC.

Hình 3-1: Mô hình mô phỏng với thiết bị STATCOM

Hình 3-2: Mô hình mô phỏng với thiết bị SVC

Sơ đồ mô phỏng bao gồm một nguồn điện 3 pha có công suất 2500MVA và điện áp đầu nguồn 110kV, được giảm xuống 22kV qua máy biến áp Đường dây dài 18 km nối từ đầu ra của máy biến áp đến nhà máy điện gió, với thanh cái B22 kết nối nhà máy điện gió với lưới điện ở mức điện áp 22kV Từ thanh cái B22, hai phụ tải địa phương có công suất 4MW và 6MW được mắc thêm, với khả năng thay đổi công suất.

Tại thanh cái, chúng ta kết nối thiết bị bù công suất phản kháng như STATCOM hoặc SVC với công suất định mức 3MVAr Nhà máy điện gió có tổng công suất 6MW, bao gồm 2 tuabin, mỗi tuabin có công suất 3MW Điện áp máy phát của tuabin gió là 690V, được nâng lên 22kV qua máy biến áp và đấu nối vào thanh cái B22.

Bảng 3.1: Thông số đường dây

Thông số đường dây Điện trở (Ohms/km) 0,1153 Điện kháng (H/km) 0,00105 Điện dung (F/km) 1,133x10 -8

Bảng 3.2: Thông số máy phát điện của Tuabin

Thông số máy phát điện của Tuabin gió

Công suất (MVAr) 3,3333 Điện áp (V) 690

Llrotor’ (pu) 0,1791 Độ tự cảm từ hóa Lm (pu) 6,77 Hằng số quán tính H (s) 5,04

Bảng 3.3: Thông số của Tuabin

Tốc độ gió cơ bản (m/s) 9

Góc nghiêng tối đa (deg) 45 Tốc độ thay đổi góc nghiêng tối đa (deg/s)

Các thiết bị bù công suất phản kháng có vai trò quan trọng trong việc duy trì ổn định điện áp cho lưới điện Để đánh giá hiệu quả và thời gian vận hành khi xảy ra sự cố thoáng qua, cần xem xét các yếu tố như dao động điện áp lưới, sự cố ngắn mạch thoáng qua, và biến động công suất phụ tải địa phương.

Các trường hợp mô phỏng và kết quả

3.2.1 Điện áp lưới dao động

Trong trường hợp điện áp lưới dao động, điện áp tăng lên 1,18pu và giảm xuống 0,82pu trong khoảng thời gian từ 13-14 giây, sau đó trở về mức 1pu như ban đầu Trang trại điện gió hoạt động ổn định với công suất 6MW, trong khi phụ tải địa phương là 4MW.

3.2.1.1 Điện áp giảm Ở kịch bản này, hệ thống đang hoạt động ổn định ở chế độ xác lập Đến thời điểm t = 13s ta để điện áp giảm còn 0,82pu sau 1s đến thời điểm t = 14s điện áp trở về 1pu và giữ ổn định Sau đó thu được các kết quả mô phỏng điện áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng tại thanh cái B22, công suất phản kháng trên thiết bị bù tương ứng với hình 3-3, 3-4, 3-5, 3-6 và công suất phát của Turbine gió tại hình 3-7. Đánh giá điện áp tại điểm đấu nối (PCC)

Hình 3-3: Dao động điện áp tại PCC khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c)

Khi không có thiết bị bù, điện áp tại thanh cái B22 ban đầu đo được là 0,96pu Trong thời gian xảy ra sự cố, điện áp giảm xuống mức 0,82pu theo giả thiết Sau sự cố, giá trị điện áp đo được là 0,98pu.

Trong hình 3-3b, thiết bị bù STATCOM được sử dụng với điện áp ban đầu là 0,98pu Khi xảy ra sự cố, điện áp giảm xuống còn 0,86pu, nhưng sau đó, điện áp phục hồi trở lại mức ban đầu là 0,98pu.

Trong hình 3-3c, thiết bị bù SVC được sử dụng, với giá trị điện áp ban đầu đo được là 0,98pu Sau khi xảy ra sự cố, điện áp giảm xuống còn 0,84pu Tuy nhiên, sau một thời gian, giá trị điện áp đã trở lại mức 0,98pu như lúc đầu.

Dựa trên các thông số mô phỏng về điện áp, có thể nhận thấy rằng trước khi xảy ra sự cố, điện áp tại thanh cái B22 thấp hơn khoảng 0,02pu so với khi sử dụng thiết bị bù STATCOM và SVC Trong thời gian xảy ra sự cố, điện áp cũng giảm xuống mức thấp hơn khi không có thiết bị bù, chứng tỏ rằng việc sử dụng thiết bị bù giúp hạn chế sự sụt giảm điện áp tại điểm đấu nối khi xảy ra sự cố.

Sau sự cố không có thiết bị bù, điện áp tăng lên so với mức ban đầu và tiến gần tới giá trị định mức do nhà máy điện gió bị ngắt khỏi lưới Ngược lại, khi sử dụng STATCOM và SVC, điện áp trở về giá trị ban đầu và duy trì ổn định, chứng tỏ rằng thiết bị bù có khả năng điều chỉnh điện áp hiệu quả và giữ kết nối nhà máy điện gió với lưới trong suốt và sau sự cố Việc đánh giá công suất tác dụng tại điểm đấu nối (PCC) là rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện.

Hình 3-4: Công suất tác dụng trao đổi khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c)

Khi không sử dụng thiết bị bù, công suất tác dụng đo được trước sự cố là +2MW Trong thời gian xảy ra sự cố, giá trị này có sự thay đổi, và sau sự cố, công suất đo được giảm xuống còn -4MW.

Khi sử dụng thiết bị bù STATCOM, giá trị công suất tác dụng trước và sau sự cố đều duy trì ở mức +2MW, không có sự thay đổi nào.

Khi sử dụng SVC, công suất tác dụng trước và sau sự cố đều giữ nguyên ở mức +2MW, tương tự như giá trị của STATCOM.

Công suất tác dụng ban đầu khi không sử dụng thiết bị bù, cũng như khi áp dụng STATCOM và SVC, đều ghi nhận ở mức +2MW Điều này cho thấy tải địa phương vào thời điểm này được cấp điện bởi nhà máy điện gió Chiều (+) biểu thị công suất tác dụng từ nhà máy điện gió truyền về lưới, với giá trị 2MW tương ứng với công suất phát của nhà máy điện gió là 6MW, sau khi trừ đi công suất cung cấp cho tải địa phương là 4MW.

Sau sự cố không có thiết bị bù, công suất tác dụng đã thay đổi từ (+) thành (-) và tăng từ 2MW lên 4MW Điều này có thể được giải thích rằng khi nhà máy điện gió ngắt khỏi lưới, tải địa phương chuyển sang nhận điện từ hệ thống, và chiều (-) biểu thị công suất tác dụng truyền từ lưới về tải địa phương với giá trị 4MW.

Trong trường hợp lắp đặt thiết bị bù STATCOM và SVC, sau sự cố, dòng công suất tác dụng duy trì giá trị ổn định ở mức +2MW Điều này chứng minh rằng thiết bị bù có vai trò quan trọng trong việc duy trì kết nối giữa nhà máy điện gió và lưới điện trong và sau khi xảy ra sự cố Việc đánh giá công suất phản kháng tại điểm đấu nối (PCC) là cần thiết để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Hình 3-5: Công suất phản kháng trao đổi khi không có thiết bị bù (a), khi có STATCOM (b) và khi có SVC (c)

Trong hình 3-5a, khi không có thiết bị bù, giá trị công suất phản kháng tại thanh cái B22 ban đầu đo được là 3,2 MVAr Sau sự cố, giá trị này đã thay đổi và trở về 0 MVAr.

Khi sử dụng STATCOM, giá trị công suất phản kháng trao đổi ban đầu là 1,5 MVAr và sau khi xảy ra sự cố, giá trị này vẫn được duy trì ổn định.

Kết luận chương 3

Trong chương 3, luận văn trình bày mô hình nhà máy điện gió nối lưới với thiết bị bù công suất phản kháng SVC hoặc STATCOM, đồng thời thực hiện mô phỏng cho các trường hợp dao động điện áp, sự cố ngắn mạch và thay đổi công suất tải Kết quả cho thấy, khi không sử dụng thiết bị bù, nhà máy điện gió bị tách khỏi lưới trong các sự cố tăng hoặc giảm điện áp và không duy trì được ổn định Ngược lại, với sự hỗ trợ của SVC hoặc STATCOM, hệ thống có khả năng điều chỉnh công suất phản kháng, giúp duy trì điện áp ổn định và giữ kết nối của nhà máy điện gió với lưới điện trong suốt quá trình xảy ra sự cố.

Khi hệ thống gặp sự cố ngắn mạch thoáng qua, việc không sử dụng thiết bị bù có thể dẫn đến việc nhà máy điện gió bị ngắt khỏi lưới điện Sự cố ngắn mạch gây ra sự giảm đột ngột điện áp, và thiết bị bù sẽ cung cấp công suất phản kháng, hỗ trợ ổn định điện áp trong thời gian sự cố và duy trì kết nối của nhà máy với lưới điện Ngoài ra, khi công suất tải tăng, điện áp tại điểm đấu nối sẽ giảm so với mức ban đầu Sử dụng thiết bị bù trong trường hợp này giúp giảm thiểu sự sụt giảm điện áp, với khả năng điều chỉnh công suất phản kháng phù hợp, giữ cho điện áp ổn định và hệ thống hoạt động bình thường.

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng nhà máy điện gió thường bị tách khỏi lưới khi không có thiết bị bù SVC hoặc STATCOM Việc lắp đặt thiết bị bù công suất phản kháng tại điểm đấu nối PCC giúp cải thiện sự ổn định điện áp và duy trì kết nối lưới Các mô phỏng cũng chỉ ra rằng STATCOM hoạt động hiệu quả hơn SVC trong các trường hợp điện áp giảm, với khả năng đáp ứng nhanh và cung cấp lượng công suất phản kháng lớn hơn Hiện nay, nhiều nhà máy điện gió ưu tiên sử dụng hệ thống STATCOM do tính linh hoạt và kích thước nhỏ gọn, trong khi SVC vẫn có thể được sử dụng cho các yêu cầu công suất lớn.

KẾT LUẬN

Luận văn này nghiên cứu và đánh giá tầm quan trọng của điện gió, đồng thời mở ra bối cảnh phát triển điện gió tại Việt Nam và trên thế giới Dựa trên số liệu về nhu cầu điện năng và lượng phát thải cao kỷ lục của ngành điện, kết quả từ điện gió trong những năm qua cho thấy đây là một trong những nguồn năng lượng thay thế triển vọng nhất Với tiềm năng gió dồi dào và khả năng tiếp cận công nghệ tiên tiến, Việt Nam hứa hẹn sẽ trở thành một trong những thị trường năng lượng gió đầy tiềm năng.

Nghiên cứu đã trình bày cấu tạo và các thành phần cơ bản của tuabin điện gió, nhấn mạnh sự cải tiến hiện đại nhằm tăng độ tin cậy và tiết kiệm chi phí Việc tăng chiều dài cánh quạt, giảm trọng lượng, và nâng chiều cao tháp giúp nâng cao hiệu suất và công suất của tuabin Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường điện gió, số lượng nhà máy điện gió kết nối vào lưới điện cũng gia tăng, đồng thời sử dụng thiết bị bù công suất phản kháng như SVC và STATCOM tại điểm đấu nối PCC Luận văn đã giới thiệu chi tiết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu điểm của SVC, thiết bị FACTS thế hệ đầu tiên, và STATCOM, phiên bản nâng cấp với bộ biến đổi điện áp VSC.

Nghiên cứu này làm rõ tác dụng của thiết bị bù công suất phản kháng như STATCOM và SVC trong nhà máy điện gió nối lưới Mô hình hệ thống điện gió tích hợp thiết bị bù đã được mô phỏng bằng phần mềm Matlab Simulink, cho thấy rằng nhà máy điện gió thường bị tách khỏi lưới khi không có thiết bị bù Việc sử dụng STATCOM hoặc SVC tại điểm đấu nối PCC giúp điều khiển công suất phản kháng, ổn định điện áp và duy trì kết nối với lưới điện trong các trường hợp sự cố Kết quả mô phỏng cho thấy STATCOM vượt trội hơn SVC về khả năng đáp ứng nhanh và phát công suất phản kháng tốt hơn trong một số tình huống cụ thể Đề tài này có thể làm tài liệu tham khảo cho các dự án nhà máy điện gió nối lưới quy mô lớn tại Việt Nam.

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] EMBER, 2022, Global Electricity Mid-Year Insights, Technology Report. Global Electricity Mid-Year Insights 2022 | Ember (ember-climate.org) Truy cập vào ngày 06/08/2022.

[2] International Renewable Energy Agency (IRENA), 2021, Renewable energy statistics 2021 https://irena.org/publications/2021/Aug/Renewable-energy- statistics-2021 Truy cập vào ngày 08/08/2022.

[3] IEA, 2021, Wind Power, Technology Report Wind Power – Analysis - IEA Truy cập vào ngày 15/08/2022.

[4] GWEC, 2022, Global Wind Report 2022, Technology Report Global Wind Report 2022 - Global Wind Energy Council (gwec.net) Truy cập vào ngày 15/08/2022.

[5] WFO, 2022, Global Offshore Wind Report 2021, Technology Report. https://wfo-global.org/wp-content/uploads/2022/02/WFO_Global-Offshore- Wind-Report-2021.pdf Truy cập vào ngày 22/08/2022.

[6] Thông tư số 25/2016/TT-BCT ngày 30/11/2016 của Bộ Công Thương về việc quy định hệ thống điện truyền tải.

Thông tư số 30/2019/TT-BCT, ban hành ngày 18/11/2019 bởi Bộ Công Thương, điều chỉnh và bổ sung một số quy định trong Thông tư 25/2016/TT-BCT về hệ thống điện truyền tải và Thông tư số 39/2015/TT-BCT về hệ thống điện phân phối.

[8] Xiao-Ping Zhang, Christian Rehtanz and Bikash Pal, Flexible AC Transmission

Systems: Modelling and Control, Springer, 2006.

[9] Brendan Fox, Leslie Bryans, Damian Flynn, Nick Jenkins, David Milborrow,

2014, “Wind Power Integration: Connection and system operational aspects

(Energy Engineering) 2nd Edition”, The Institution of Engineering and

[10] L Xu, L Yao and C Sasse, 2006 , "Comparison of Using SVC and STATCOM for Wind Farm Integration," International Conference on Power System

Ngày đăng: 24/12/2023, 22:11

TÀI LIỆU CÙNG NGƯỜI DÙNG

TÀI LIỆU LIÊN QUAN

w