Thông tin tài liệu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI PHẠM TUẤN ANH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ KHO ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ HOẠT ĐỘNG Ở CHẾ ĐỘ ỐC ĐẢO Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 62520216 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH Nguyễn Phùng Quang Hà Nội – 2015 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: GS TSKH NGUYỄN PHÙNG QUANG Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Điện giữ vai trò then chốt phát triển kinh tế xã hội Nhưng 1,3 tỷ người giới chưa tiếp cận với điện [38, 54] khu vực xa xôi hải đảo, vùng núi cao, vùng băng tuyết - nơi mà lưới điện quốc gia khơng có khả vươn tới Hệ thống điện khu vực tạm gọi tên hệ thống điện ốc đảo hay Remote Area Power Systems (RAPS) Nguồn điện RAPS sinh từ tổ hợp phát điện diesel, quy mô phụ tải nhỏ vừa, lưới điện có dung lượng hạn chế mang tính chất lưới yếu độc lập hồn tồn với lưới điện quốc gia mang tính chất lưới cứng Các nguồn lượng tái tạo đặc biệt lượng gió xem nguồn lượng tiềm để bổ sung cho hệ thống điện ốc đảo Hệ thống điện ốc đảo thông thường lấy nguồn lượng từ tổ hợp phát điện diesel làm nền, nguồn cung cấp lượng chính, nguồn lượng từ hệ thống phát điện sức gió (PĐSG) huy động để giảm thiểu lượng tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch [17, 61] Nguyên tắc để hệ thống điện ổn định cân công suất nguồn phát tải tiêu thụ Mối quan hệ cân nói phản ánh cân công suất nguồn lượng sơ cấp cung cấp cho máy phát với công suất điện tiêu thụ phụ tải tổn hao Trong hệ thống PĐSG, cơng suất sản sinh từ turbine gió lại biến động thất thường theo tốc độ gió, ngẫu nhiên điều khiển [16, 90] Khi hệ thống PĐSG hịa vào lưới quốc gia phải tuân theo tiêu chuẩn nhà quản trị điện áp, tần số, sóng hài quy định Grid-Codes, lưới điện quốc gia coi kho lượng vơ hạn có khả hấp thụ tất lượng công suất phát vào Với hệ thống điện ốc đảo, công suất nguồn phát lẫn dung lượng dây truyền tải hữu hạn Hệ thống điện ốc đảo mang đặc điểm lưới yếu, quán tính thấp nên nhạy cảm với biến động nguồn phát phụ tải Để đảm bảo nguyên tắc cân cân cơng suất nói trên, hệ thống điều khiển giám sát (SCADA) có tác động mang tính chất điều độ để vận hành lưới ổn định như: Điều chỉnh công suất nguồn phát, sa thải phụ tải Khi điều chỉnh công suất nguồn phát, hệ thống điện ốc đảo có hai khả tác động: Điều chỉnh nguồn phát sức gió điều chỉnh nguồn phát diesel Với hệ thống PĐSG, công suất đầu khơng chủ động huy động phụ thuộc vào yếu tố gió tự nhiên Với nguồn phát diesel, tác động điều độ diễn chủ động theo chiều tăng giảm công suất nguồn phát Khi nguồn phát sức gió huy động với nguồn phát diesel, chia sẻ công suất tác dụng nguồn phát dẫn tới địi hỏi điều chỉnh cơng suất liên tục đưa tới hệ thống điều khiển tốc độ động diesel để điều chỉnh công suất động sơ cấp Trong RAPS, nguồn phát diesel đóng vai trị hình thành lưới, tần số lưới tỷ lệ với tốc độ quay động sơ cấp diesel Chính tượng điều chỉnh liên tục công suất nguồn phát làm cho tần số lưới biến động gây suy giảm nghiêm trọng chất lượng điện năng, ảnh hưởng tiêu cực đến hoạt động thiết bị điện thân tuổi thọ động diesel Vì vậy, để khai thác hiệu lượng gió hệ thống điện ốc đảo cần thiết phải có giải pháp kỹ thuật phù hợp để giảm thiểu tượng biến động công suất cho chất lượng điện (tần số) hệ thống phải đảm bảo phù hợp với số tiêu chuẩn IEEE 1547.4, EN 50160 IEC Bảng 1.4 Một giải pháp phát huy hiệu sử dụng thiết bị kho điện để bổ sung công suất thiếu hụt hấp thụ công suất dư thừa nguồn phát sức gió qua làm làm trơn (smoothing) cơng suất đầu hệ thống PĐSG Siêu tụ có ưu vượt trội so với cơng nghệ tích trữ lượng khác ứng dụng đòi hỏi động học nhanh Thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ (SCESS – Supercapacitor Energy Storage Systems) bao gồm siêu tụ hệ thống biến đổi lượng (tầng công suất) có khả trao đổi cơng suất hai chiều số nhà khoa học nghiên cứu, thử nghiệm tích hợp hệ thống điện với mục tiêu đảm bảo chất lượng điện [12, 14, 21, 27, 29, 49, 61, 64, 90] Các chiến lược điều khiển cấu trúc điều khiển cơng trình nghiên cứu trước phong phú vấn đề điều khiển biến đổi DC-DC hai chiều nhiều hạn chế như: điều khiển tách biệt hai chiều lượng đòi hỏi phải có khóa chuyển chế độ; điều khiển hợp hai chiều lượng sử dụng cấu trúc điều khiển sở thiết kế điều khiển không tường minh thiếu mô hình động học phù hợp với phương pháp điều khiển tuyến tính, phi tuyến Những tồn tài dẫn tới nguy suy giảm chất lượng hay chí hệ ổn định điểm cơng tác thay đổi, tham số hệ thay đổi Vì vậy, luận án này, tác giả thực phân tích chế độ làm việc biến đổi DC-DC hai chiều khơng cách ly để dẫn tới mơ hình động học mô tả thống hai chiều lượng Các phương pháp điều khiển tuyến tính làm suy giảm chất lượng động học hệ thống điểm làm việc thay đổi thực chưa phù hợp với chất phi tuyến mơ hình động học thống hai chiều lượng hệ Do đó, luận án tiếp tục giải vấn đề điều khiển phi tuyến thiết bị kho điện SCESS nhằm nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống biến đổi điện gồm biến đổi DC-DC DC-AC làm sở để hoàn thành mục tiêu ổn định ngắn hạn công suất tác dụng đầu turbine PĐSG, đảm bảo chất lượng tần số lưới Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ với ba thành phần: Siêu tụ, biến đổi DC-DC hai chiều, biến đổi DC-AC hai chiều Mục đích nghiên cứu: Đề xuất cấu trúc điều khiển thích hợp có hiệu hệ thống kho điện sử dụng siêu tụ để đảm bảo chất lượng điện hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp gió – diesel Chỉ mối tương quan công suất hệ PĐSG với SCESS, xác định thông số kỹ thuật SCESS mức độ u cầu cơng suất theo profile gió cụ thể hệ PĐSG Kiểm chứng cấu trúc điều khiển hệ thống kho điện đề xuất thông qua minh chứng lý thuyết thực nghiệm Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết thuật toán điều khiển thiết bị kho điện đảm bảo tính ổn định, chất lượng điện hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp gió – diesel Tổng hợp hệ thống mô phần mềm MATLAB/Simulink để đánh giá kết nghiên cứu thuật toán điều khiển lý thuyết Kiểm chứng khả làm việc cấu trúc điều khiển đề xuất cho SCESS công cụ mô thời gian thực dSPACE-DS1104 mơ hình thí nghiệm SCESS trao đổi công suất hai chiều với lưới điện xoay chiều ba pha Phạm vi nghiên cứu: o Hệ thống điện ốc đảo vận hành chế độ gió biến động ngẫu nhiên, không xem xét đến điều kiện thời tiết khắc nghiệt bão o Phụ tải hệ thống giả thiết: Phân bố tập trung, đối xứng với hai dạng trở tải trở cảm o Thiết bị kho điện không vận hành chế độ cố lưới: Ngắn mạch, lồi/lõm điện áp, đối xứng điện áp/dòng điện o Thiết bị kho điện thực chức ổn định ngắn hạn công suất turbine PĐSG riêng rẽ (bù phân tán); không xử lý vấn đề hỗ trợ phụ tải đỉnh, vấn đề gián đoạn tạm thời nguồn phát (không hỗ trợ chức UPS); công suất phản kháng nhà quản trị hệ thống quy định Grid-Codes o Luận án tập trung vấn đề điều khiển SCESS – điều khiển cấp thiết bị khơng giải tốn điều khiển mang đặc điểm “điều độ” toàn hệ thống điện ốc đảo Ý nghĩa đề tài: Sự phát triển mạnh mẽ hệ thống phát điện sức gió giới trường ĐHBK Hà Nội (xem PHỤ LỤC C) năm gần phương diện nghiên cứu lẫn ứng dụng đa số tập trung vào hệ thống PĐSG hòa lưới quốc gia Với đặc điểm giàu tài nguyên gió, đặc biệt khu vực hải đảo, Việt Nam gần nghiên cứu, triển khai số dự án phát điện sức gió số hải đảo Phú Quý, Côn Đảo, Bạch Long Vĩ,… chưa thể vào vận hành khai thác hiệu kiến trúc tổng thể hệ thống điện khu vực khơng đảm bảo ổn định chất lượng điện tích hợp turbine PĐSG, cần phải có giải pháp kỹ thuật để giải vấn đề giảm thiểu ảnh hưởng tượng biến động công suất đầu turbine PĐSG đến hệ thống điện ốc đảo chưa có cơng trình nghiên cứu Việt Nam vấn đề thiết bị kho điện cho hệ thống PĐSG hoạt động hệ thống điện ốc đảo Luận án đặt mục tiêu thiết kế cấu trúc điều khiển trình trao đổi lượng thiết bị kho điện nhằm ổn định ngắn hạn công suất đầu turbine PĐSG, qua đảm bảo chất điện hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp gió – diesel Với tiền đề luận án hứa hẹn đem lại ý nghĩa tích cực mặt khoa học lẫn thực tiễn: Ý nghĩa khoa học: Chỉ khả ổn định công suất đầu turbine PĐSG thiết bị kho điện SCESS với cấu trúc điều khiển thích hợp nâng cao chất lượng điện hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp gió – diesel Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu tiền đề cho việc tích hợp thiết bị kho điện phù hợp với số lưới điệc ốc đảo nói riêng hệ thống điện vi lưới lập nói chung Việt Nam để nâng cao độ tin cậy vận hành, giảm thiểu tiêu thụ lượng hóa thạch so với lưới điện truyền thống (chưa tích hợp kho điện) Những kết luận án: - Xây dựng mơ hình động học hợp hai chế độ trao đổi lượng biến đổi DC-DC hai chiều không cách ly mang đặc điểm phi tuyến phù hợp với mục tiêu thiết kế điều khiển kho điện sử dụng siêu tụ - Đề xuất cấu trúc điều khiển thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ có tích hợp thuật tốn toán điều khiển phi tuyến cho biến đổi DC-DC hai chiều khơng cách ly đảm bảo kiểm sốt độc lập thành phần công suất tác dụng, công suất phản kháng với động học phù hợp với biến động cơng suất đầu turbine PĐSG có đầu điện xoay chiều ba pha - Chứng minh tính khả thi thuật tốn điều khiển thiết bị kho điện đề xuất nhằm ổn định ngắn hạn công suất đầu hệ thống PĐSG với giải pháp bù phân tán các kết mô offline - Kiểm chứng cấu trúc điều khiển thiết bị kho điện đề xuất luận án kết mô thời gian thực tảng DSP dSPACE DS1104 mơ hình thí nghiệm SCESS Bố cục luận án gồm chương sau: Chương TỔNG QUAN giới thiệu cấu trúc hệ thống điện hải đảo Vấn đề phân cấp điều khiển hệ thống điện hải đảo nguồn phát hỗn hợp nghiên cứu khái quát để định hướng rõ ràng yêu cầu điều khiển thiết bị kho điện hỗ trợ ổn định ngắn hạn công suất tác dụng đầu turbine PĐSG Tác giả phân tích đánh giá cơng trình nghiên cứu có tác giả ngồi nước liên quan đến thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ Từ nêu vấn đề cịn tồn tại, vấn đề mà luận án cần tập trung nghiên cứu, giải Chương CÁC NGUỒN PHÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ỐC ĐẢO trình bày hệ thống điện ốc đảo sử dụng nguồn phát hỗn hợp gió diesel Hệ thống phát điện sức gió hệ thống phát điện diesel phân tích điểm cốt lõi nguyên tắc làm việc, cấu trúc vấn đề điều khiển Chương MƠ HÌNH THIẾT BỊ KHO ĐIỆN SỬ DỤNG SIÊU TỤ trình bày mơ hình tốn siêu tụ, biến đổi DC-DC hai chiều không cách ly nghịch lưu nguồn áp DC-AC Các mơ hình tốn học xây dựng cở sở phân tích trạng thái làm việc biến đổi để thiết lập mối quan hệ điện biến trạng thái, biến điều khiển, biến đầu trình bày chi tiết Chương CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN trình bày cấu trúc điều khiển tổng thể SCESS cấu trúc điều khiển chi tiết biến đổi DC-AC DC-DC Chương KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM thể kết kiểm chứng cho cấu trúc điều khiển đã đề xuất Các kết thu phần mềm mô MATLAB/Simulink/SimPowerSystems, mô thời gian thực dSPACE DS1104 mơ hình thí nghiệm SCESS chứng minh cho khả làm việc, hiệu giải pháp đề xuất KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ đóng góp luận án hướng phát triển TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm hệ thống điện ốc đảo Hệ thống điện ốc đảo (RAPS) hệ thống điện độc lập hoàn toàn với lưới điện quốc gia nằm khu vực xa xôi – nơi mà lưới điện quốc gia khơng có khả vươn tới Đối với RAPS truyền thống, nguồn phát điện thường trạm phát sử dụng lượng từ dầu diesel (gọi tổ hợp phát điện diesel – DG) Sự phát triển mạnh mẽ công nghệ lượng tái tạo, turbine phát điện sức gió tích hợp thêm vào RAPS với mục tiêu giảm tiêu hao nhiên liệu hóa thạch Khi đó, RAPS trở thành hệ thống điện với nguồn phát hỗn hợp minh họa Hình 1.1 RAPS khơng trao đổi lượng với lưới điện chính, tự chịu trách nhiệm cân nguồn phát với tải tiêu thụ để trì tiêu chất lượng điện tần số, điện áp giới hạn cho phép Các nguồn phát RAPS Microgrids bao gồm nguồn phát có khả điều độ trạm phát điện diesel nguồn phát biến động thất thường từ turbine gió Do đó, để đảm bảo chất lượng điện độ tin cậy, RAPS Microgrids thường tích hợp thêm thiết bị tích trữ lượng tạm gọi tắt kho điện (Energy Storage Systems – ESS) Thiết bị kho điện lắp đặt rải rác vị trí cần bù (bù phân tán) lắp đặt tập trung bus kết nối tất nguồn phát (bù tập trung) HT SCADA TOÀN BỘ LƯỚI ĐIỆN ỐC ĐẢO HT ĐO LƯỜNG & ĐIỀU KHIỂN TRẠM PHÁT DIESEL Hệ thống phát điện tập trung sử dụng Diesel Governor DIESEL ENGINE Governor AVR DIESEL ENGINE SG AVR SG 0.4/22kV Thiết bị kho điện tập trung ESS 22/0.4kV ESS Thiết bị kho điện phân tán Lưới sử dụng Lưới truyền tải 0.4kV ESS 0.69/22kV 22kV HT ĐO LƯỜNG & ĐIỀU KHIỂN LƯỚI SỬ DỤNG HT PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ HT đo lường điều khiển turbine PĐSGn HT đo lường điều khiển turbine PĐSG2 HT ĐO LƯỜNG & ĐIỀU KHIỂN WIND PARK HT đo lường điều khiển turbine PĐSG1 Hình 1.1 Minh họa hệ thống điện hải đảo nguồn phát hỗn hợp gió - diesel 1.2 Vấn đề đảm bảo chất lượng điện RAPS phải tự đảm bảo tiêu chất lượng điện sở nguyên tắc hệ thống điện nào: Công suất nguồn phát phải cân với tải tiêu thụ Trong hệ thống điện ốc đảo, công suất phản kháng đáp ứng nguồn phát diesel, tụ bù, kháng điện, SVC, STATCOM tích hợp cách hợp lý để đảm bảo chất lượng điện áp [7, 8, 116, 119] Đối với vấn đề ổn định công suất tác dụng: RAPS mang đặc điểm lưới yếu, quán tính thấp nên nhạy cảm với biến động nguồn phát phụ tải Ở RAPS, tần số lưới tỷ lệ trực tiếp với tốc độ động sơ cấp diesel Trong trường hợp cân công suất tác dụng, điều tốc tác động điều chỉnh công suất động diesel để đưa tần số trở lại giá trị định mức khoảng thời gian cho phép từ 10-15 giây gọi tác động điều chỉnh sơ cấp (Primary load frequency control)[61, 62, 68] Tuy nhiên, tác động điều chỉnh điều tốc thường chậm so với biến động nhanh nguồn PĐSG làm cho trạng thái cân hệ thống không đảm bảo Giải pháp điều độ nguồn phát sức gió khơng khả thi, thay vào người ta sử dụng giải pháp “vá – patch” biến động công suất tác dụng đầu hệ PĐSG thiết bị kho điện Kho điện hấp thụ công suất nguồn sơ cấp dư thừa giải phóng cơng suất nguồn sơ cấp thiếu hụt Khả “vá” khoảng lồi lõm đến đâu, thời gian phụ thuộc vào mục tiêu điều độ cấp như: Ổn định ngắn hạn, ổn định theo đặc điểm phụ tải, ổn định theo mùa… 1.3 Phân cấp điều khiển hệ thống điện ốc đảo Như thể Hình 1.1, nguồn phát hệ thống điện ốc đảo chia làm loại: Nguồn phát kết nối trực tiếp với AC-bus (các tổ hợp DGs) nguồn phát kết nối với AC-bus thông qua biến đổi công suất (nguồn phát sức gió, thiết bị kho điện) Vấn đề điều khiển RAPS chia thành hai cấp: Cấp hệ thống (system-level controls) cấp thiết bị (component-level controls)[57, 58, 62] Mỗi nguồn phát phải đáp ứng yêu cầu điều khiển khác cấu trúc điều khiển tổng thể hệ thống điện hải đảo 1.4 Tình hình nghiên cứu thiết bị kho điện giới 1.4.1 Khái quát số loại kho lượng Tùy theo ứng dụng mà kho cần phải đáp ứng công suất thời gian giải phóng lượng phù hợp như: Ứng dụng quản lý lượng yêu cầu ESS phải có dung lượng lớn, thời gian giải phóng kéo dài hàng giờ; Ứng dụng chuyển nguồn yêu cầu dung lượng thấp hơn, thời gian giải phóng lượng kéo dài cỡ vài phút; Ứng dụng đảm bảo chất lượng điện độ tin cậy địi hỏi ESS phải có khả giải phóng nhanh (cỡ mili giây) Các cơng nghệ tích trữ lượng cần thiết phải có hệ thống biến đổi lượng để trao đổi cơng suất với lưới điện Siêu tụ có khả tích lũy trực tiếp lượng dạng điện DC với số ưu điểm vượt trội như: Điện dung lớn với kích thước nhỏ gọn (có thể đến hàng nghìn Farad); Động học nhanh: thời gian xả nạp lượng cực nhanh với công suất lớn; Mật độ lượng lớn nhiều so với tụ thường, acqui; Hiệu cao, tần số xả nạp lớn, xả kiệt mà không bị ảnh hưởng đến tuổi thọ, bị ảnh hưởng nhiệt độ thân thiện với môi trường 1.4.2 Vấn đề điều khiển thiết bị kho điện Trong hệ thống điện hải đảo phân chia thành nhiều cấp điều khiển, nguồn phát có vai trò khác hệ thống phải đáp ứng yêu cầu điều khiển khác Đối với RAPS nguồn phát hỗn hợp gió – diesel có tích hợp thiết bị kho điện: - Nguồn phát diesel đóng vai trị thiết lập lưới sở - Hệ PĐSG điều khiển cấp lượng lên lưới - Kho điện đóng vai trị thiết bị phụ trợ thực chức ổn định ngắn hạn công suất đầu hệ PĐSG tránh lây lan biến động cơng suất dẫn tới nguy ổn định hệ thống Thiết bị kho điện đặc trưng hai yếu tố: Dung lượng thiết kế cấu trúc điều khiển hệ thống biến đổi lượng Hệ thống biến đổi lượng biến đổi dạng lượng tích trữ thành điện phù hợp với phương án tích hợp kho điện (phân tán hay tập trung) phụ thuộc cấu trúc RAPS (AC-tập trung hay DC-tập trung) dẫn tới yêu cầu điều khiển khác Phương án bù tập trung, dung lượng kho điện đòi hỏi lớn, tỷ lệ với dung lượng toàn hệ thống điện Vấn đề điều khiển kho điện bù tập trung dựa thông tin đại lượng thông số lưới điện với buộc chặt chẽ vấn đề điều độ - điều khiển cấp hệ thống (như giới thiệu mục 1.3.1) Phương án bù phân tán, thiết bị kho điện hỗ trợ turbine PĐSG riêng lẻ, sử dụng thông tin công suất đầu turbine PĐSG để thực chức cấp lượng lên lưới (như giới thiệu mục 1.3.2) nhằm ổn định ngắn hạn công suất đầu Khả tích hợp SCESS vào hệ thống PĐSG đem lại hai lựa chọn: SCESS kết nối vào mạch chiều trung gian tầng biến đổi điện hệ thống PĐSG gọi DC-coupled SCESS kết nối vào đầu xoay chiều hệ thống PĐSG gọi AC-coupled Thiết bị kho điện đóng vai trị hệ thống phụ trợ, chức mở rộng hệ thống phát điện sức gió Kho điện điều khiển nạp/xả cách hợp lý để hỗ trợ ổn định công suất đầu turbine PĐSG, thân turbine PĐSG lại hoạt động tuân theo quy định nhà quản trị hệ thống điện định nghĩa Grid-Codes Điều khiển trình trao đổi lượng kho điện với lưới chất trình điều khiển biến đổi điện tử công suất DC-DC DC-AC Nếu phân loại chiều dòng lượng trao đổi kho điện có hai phương pháp điều khiển: Điều khiển hai chế độ độc lập ([72, 113] phương án DC-coupled [42, 65, 83] phương án AC-coupled) điều khiển hợp ([40, 41, 80-82, 94] phương án DC-coupled [11, 69-71, 99, 100] phương án ACcoupled) Điểm hạn chế phương pháp điều khiển hai chế độ độc lập ln địi hỏi khóa chuyển chế độ Điều làm suy giảm chất lượng động học mà tiểm ẩn nguy gây ổn định hệ thống yêu cầu chuyển trạng thái nạp/xả xảy với tần số cao trạng thái nạp/xả không thực rõ ràng So với phương pháp điều khiển hai chế độ độc lập, phương pháp điều khiển hợp hai chế độ đem lại độ tin cậy điều khiển cao số lượng điều khiển giảm đi, khơng tồn khóa chuyển cấu trúc điều khiển Sản phẩm thương mại thị trường: Trong trình thực luận án này, tác giả thấy diện thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ công ty M&P CHLB Đức 1.5 Lựa chọn hướng nghiên cứu Bài toán thiết kế cấu trúc hệ thống điện hải đảo không thuộc phạm vi nghiên cứu mà tác giả sử dụng (giả thiết) cấu trúc đơn giản đủ để đáp ứng yêu cầu kiểm nghiệm chất lượng q trình điều khiển ổn định ngắn hạn cơng suất turbine PĐSG minh họa Hình 1.15 - Về vấn đề lựa chọn loại máy phát sức gió: Hệ PĐSG sử dụng PMG PMG không tiêu thụ công suất phản kháng lưới nhà sản xuất chế tạo với công suất phù hợp với cỡ công suất môi trường hoạt động khu vực hải đảo [7, 8, 61, 90, 95, 112, 122] Sự lựa chọn đặc biệt phù hợp với hải đảo Việt Nam - Về phương án bù phân tán lựa chọn cho phép kiểm soát can thiệp trực tiếp vào công suất đầu hệ PĐSG, hiệu tác động đánh giá trực tiếp đầu hệ PĐSG - Cơng nghệ tích trữ điện dùng siêu tụ lựa chọn đặc điểm động học trình nạp/xả vượt trội so với cơng nghệ tích trữ lượng khác theo khuyến cáo tác giả nghiên cứu trước [12, 14, 21, 27, 29, 49, 61, 64, 90] hứa hẹn đem lại hiệu ổn định ngắn hạn công suất đầu biến động hệ PĐSG - Kho điện tích hợp vào phía AC hệ PĐSG tính linh hoạt phương án cao hẳn phương án tích hợp vào bus DC trung gian cấu trúc back-to-back - Vấn đề điều khiển: Để đảm bảo chất lượng điều khiển, sở mô hình tốn học mơ tả thống hai q trình trao đổi công suất BBĐ DC-DC, phương pháp thiết kế điều khiển phù hợp Tuy nhiên, công bố trên, tác giả luận án chưa tìm thấy mơ tả tường minh mơ hình hợp hai chế độ BBĐ DC-DC Vì vậy, tác giả bổ sung mơ hình xác mơ hình trung bình ngắn hạn mơ tả hợp hai q trình trao đổi cơng suất BBĐ DC-DC hai chiều so với cơng trình nghiên cứu trước thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ Thêm vào đó, điều khiển sử dụng cấu trúc P, PI truyền thống, sở lựa chọn tham số điều khiển chưa rõ ràng Vì vậy, tác giả thiết kế điều khiển theo hai phương pháp tuyến tính phi tuyến để thể rõ ưu điều khiển phi tuyến so với điều khiển tuyến tính Cấu trúc điều khiển phi tuyến điểm bổ sung vấn đề điều khiển thiết bị kho điện dùng siêu tụ so với cơng trình nghiên cứu trước Tác giả vận dụng kết nghiên cứu số cơng trình nghiên cứu trước theo tài liệu [8, 95, 101] để thiết kế điều khiển BBĐ DC-AC theo phương pháp tựa hướng điện áp lưới VOC với thuật toán điều khiển truyền thống PI, Dead-beat Với biến đổi DC-DC, xuất phát từ ý tưởng điều khiển hợp [73, 124, 125], tác giả thực phân tích chế độ làm việc biến đổi DC-DC hai chiều không cách ly để dẫn tới mơ hình động học mơ tả thống hai chiều lượng Các phương pháp điều khiển tuyến tính làm suy giảm chất lượng động học hệ thống điểm làm việc thay đổi thực chưa phù hợp với chất phi tuyến mơ hình động học thống hai chiều lượng hệ Trong luận án này, tác giả đề xuất thuật toán điều khiển phi tuyến theo lý thuyết ổn định Lyapunov áp dụng cho đối tượng DC-DC Phối hợp cấu trúc điều khiển cho hai biến đổi DC-DC DC-AC hình thành lên cấu trúc điều khiển tổng thể SCESS nhằm thực tốn “Ổn định ngắn hạn cơng suất tác dụng đầu hệ thống PĐSG hệ thống điện ốc đảo Hệ thống phát điện tập trung sử dụng Diesel Bộ điều tốc ref Governor Bộ ĐK điện áp AVR Dầu Diesel Van nhiên liệu Diesel Engine U ref BUS 400V SG Lưới sử dụng PLoad , QLoad Pdiesel , Qdiesel HT ĐO LƯỜNG & ĐIỀU KHIỂN TRẠM PHÁT ĐIỆN DIESEL HT ĐO LƯƠNG & ĐIỀU KHIỂN LƯỚI SỬ DỤNG Hệ thống phát điện sức gió BUS 400V AC PWT PSCESS , QSCESS SCESS AC Công suất Nạp/xả AC HT ĐO LƯỜNG & ĐIỀU KHIỂN TURBINE PĐSG Nạp e DC - Xả e- Xả Nạp N-cell đấu nối tiếp/song song HT SCADA TOÀN BỘ LƯỚI ĐIỆN ỐC ĐẢO HT ĐO LƯỜNG & ĐIỀU KHIỂN KHO ĐIỆN Hình 1.15 Cấu trúc WD–HPS lựa chọn để nghiên cứu - Để đánh giá hiệu giải pháp đề xuất, thời điểm cuối năm 2014, hiệp hội IEEE hoàn thiện tiêu đánh giá thiết bị kho điện tích hợp vào lưới điện tiêu chuẩn IEEE P2030.3 IEEE P2030.2 Vì tác giả đánh giá gián tiếp thông qua hiệu ổn định tần số lưới theo tiêu chất lượng điện quy định IEEE 1547.4, EN50160, AEMO, AEMC 1.6 Kết luận chương Nội dung chương nghiên cứu đặc điểm hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp nguồn lượng truyền thống từ với nguồn lượng tái tạo để hình thành lên hệ thống phát điện lai mà hệ thống phát điện lai sức gió – diesel đối tượng điển hình thu hút cơng trình nghiên cứu giới Thơng qua việc khảo sát cơng trình nghiên cứu cơng bố giới năm gần đây, tác giả đề xuất cấu trúc điều khiển để hoàn thiện phương pháp điều khiển áp dụng cho SCESS Những đề xuất kiểm chứng phần mềm mô MATLAB/Simulink Tác giả kiểm chứng làm việc SCESS phịng thí nghiệm Viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa (ICEA), Đại học Bách khoa Hà Nội Nội dung tóm tắt Chương tác giả công bố báo số [1] CÁC NGUỒN PHÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ỐC ĐẢO 2.1 Hệ thống phát điện sức gió Nội dung mục trình bày ngun tắc làm việc nói chung hệ thống phát điện sức gió cấu trúc có chế độ vận hành hệ thống Tiếp đó, vấn đề điều khiển cho hệ PĐSG phù hợp với hệ thống điện ốc đảo trình bày chi tiết 2.1.1 Nguyên tắc làm việc input Biến đổi điện Biến đổi output G Gió Turbine Hộp số Máy phát Bộ biến đổi Biến áp Lưới điện Hình 2.1 Quá trình biến đổi lượng turbine PĐSG Quá trình biến đổi lượng turbine PĐSG minh họa Hình 2.1 Năng lượng từ gió tự nhiên đầu vào biến đổi thành điện đưa lên lưới đầu Các cánh đón gió turbine biến lượng gió thành dạng chuyển động quay trục máy phát Đối với turbine gió cơng suất cỡ vài MW, tốc độ quay rotor turbine tương đối chậm (trong dải 5-16 rpm) nên hộp số (gearbox) thực nhiệm vụ biến đổi tốc độ lên cao (nhưng mô men giảm đi) cho phù hợp với tốc độ công tác máy phát Điện sinh từ máy phát phải điều chỉnh cho phù hợp với yêu cầu hòa lưới biến đổi điện tử công suất biến áp 2.1.2 Chế độ điều khiển hệ thống PĐSG Có thể phân chế độ vận hành, từ chế độ ĐK hệ thống PĐSG: a) Chế độ có hịa lưới quốc gia có số đặc điểm sau: Lưới quốc gia coi lưới cứng với P vô lớn, điện áp tần số ổn định; Công suất P hệ thống PĐSG thường ĐK bám theo đường công suất tối ưu, nhằm khai thác tối đa lượng từ gió; Hệ số cơng suất cos thường đặt cố định, chí xấp xỉ Nghĩa là: không phát không tiêu thụ Q b) Chế độ khơng hịa lưới quốc gia, hịa lưới ốc đảo với đặc điểm: Lưới ốc đảo thường nhóm máy phát diesel thiết lập với cơng suất P nhỏ Lưới ốc đảo lưới mềm với điện áp tần số ổn định; Phụ tải phân chia nhóm máy phát diesel hệ thống PĐSG Hệ thống PĐSG phép phát với P = const theo tỷ lệ phân chia quy định (thị phần nhà quản trị chi phối); Hệ số công suất cos PĐSG phải đặt linh hoạt giá trị thích hợp, bảo đảm an tồn hiệu khai thác nguồn phát diesel 2.1.3 Các vấn đề điều khiển hệ thống PĐSG Hệ thống điều khiển phân thành nhiều cấp điều khiển minh họa Hình 2.4 đảm bảo kiểm sốt dòng lượng vào hệ thống PĐSG a) Điều khiển cấp I trình trao đổi cơng suất phù hợp với biến động nhanh nên không sâu vào tốn mơ hình hóa nhận dạng tham số mà giả thiết siêu tụ xác định tham số 3.3.2 Mơ hình biến đổi DC-DC dùng thiết bị kho điện Q trình mơ hình hóa tóm tắt sau: Xác định cấu trúc mạch điện ứng với trạng thái chuyển mạch van; xây dựng mơ hình xác DC-DC biến trạng thái lựa chọn dòng điện qua cuộn cảm điện áp tụ mạch điện chiều trung gian; xác định mơ hình trung bình ngắn hạn 3.3.2.1 Mơ hình xác Hai van SBK, SBS điều khiển hoạt động chế độ nghịch đảo trạng thái nhau, nên cần dùng hàm chuyển mạch (3.35) kết hợp hệ phương trình (3.31), (3.32), (3.33) (3.34) để thu hệ phương trình mơ tả thống hai chế độ nạp/xả biến đổi (3.36) SBK ON; SBS OFF q qCh (3.35) SBK OFF; SBS ON qDch qCh diL dt duDC dt iL uDC RL L RL iL u q L L DC i q iinv C L iL u DC A 3.3.2.2 1 C uSC (3.36) iL q uDC L B uSC iinv L (3.37) C W Mơ hình trung bình ngắn hạn Để chuyển mơ hình (3.37) dạng mơ hình trung bình sử dụng phép trung bình ngắn hạn hay trung bình trượt – Sliding average [24, 96, 118] Như vậy, sử dụng vector biến trạng thái m giá trị trung bình ngắn hạn dòng điện qua cuộn cảm điện áp tụ, mơ hình trung bình ngắn hạn (3.37) viết lại (3.46) dựa tính chất (3.43) (3.44) Mơ hình (3.46) thể đặc điểm phi tuyến cấu trúc với phép nhân biến trạng thái biến điều khiển dm1 dt dm2 dt 3.3.2.3 RL m1 L md C 1 md L iinv C uSC L (3.46) Kiểm chứng mơ hình Sử dụng cơng cụ mơ Matlab-Simulink/SimPowerSystems để kiểm chứng tính đắn mơ hình trung bình với diễn biến mơ hình mạch van thực tế Mơ hình trung bình cho giá trị biến trạng thái dòng điện, điện áp trung bình 3.3.3 Mơ hình biến đổi DC-AC dùng thiết bị kho điện Ghép với lưới điện biến đổi DC-AC hoạt động hai chế độ: Chỉnh lưu nhận lượng từ lưới nghịch lưu đưa lượng lên lưới Những nội dung sau trình bày ngắn gọn mơ hình DC-AC dùng thiết bị kho điện [95, 96] 12 3.3.3.1 Mơ hình biến đổi DC-AC ghép với lưới điện BBĐ DC-AC thường sử dụng sơ đồ thay tối giản để phục vụ cho việc mơ hình hóa thiết kế Hình 3.21 3PVSC RD CF iT ~ eN LD 3~ iN RF iF = uN ud Hình 3.21 Sơ đồ tối giản BBĐ DC-AC ghép với lưới điện [95] d) Mô hình liên tục BBĐ DC-AC Mơ hình trạng thái nghịch lưu phía lưới là: dx dt Ax Bu (3.77) Trong đó: T A D N ; B LD 1 TD N i ; x Nd ; u iNq LD uNd eNd uNq eNq (3.78) e) Mơ hình gián đoạn BBĐ DC-AC Theo tài liệu, từ hệ phương trình (3.76), ta thu mơ hình dịng gián đoạn phía lưới sau: i T (k 1) N i T (k) H N u N (k) H N e Nv (k) (3.79) Với: T T N T 1 T L D N ;H D T N N T TD T LD (3.80) 3.4 Kết luận chương Các vấn đề cốt lõi trình thiết kế điều khiển tốn mơ hình hóa trình bày chi tiết Chương Các nội dung mơ hình động học siêu tụ, mơ hình BBĐ DC-AC ghép với lưới điện pha tác giả kế thừa từ tài liệu tham khảo trích dẫn đầy đủ Mơ hình (3.36) (3.46) BBĐ DC-DC hai chiều khơng cách ly điểm bổ sung tác giả so với cơng trình [40, 41, 80-82, 94], [11, 69-71, 99, 100] Mơ hình động học sở tốn học tường minh để đề xuất phương pháp điều khiển phù hợp Chương Những kết Chương tác giả cơng bố cơng trình [5] CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN Công suất tác dụng đầu WT ổn định ngắn hạn (làm trơn) thành phần công suất biến động tần số cao hấp thụ thiết bị kho điện thể mục 3.2.2 Thuật tốn lọc thơng thấp sử dụng để xác định lượng đặt công suất (tầng điều khiển cấp thiết bị) cho tầng điều khiển cấp biến đổi Bộ biến đổi DC-AC thường áp dụng theo số phương pháp quen thuộc VOC, VFOC, DPC với thuật toán điều khiển truyền thống PI, Dead-beat kiểm 13 chứng công cụ mơ phỏng, mơ hình thí nghiệm triển khai áp dụng thực tế Do đó, luận án này, tác giả vận dụng kết nghiên cứu theo tài liệu [95, 101] để điều khiển BBĐ DC-AC theo phương pháp VOC sử dụng điều khiển kinh điển PI, Dead-beat Với biến đổi DC-DC, tác giả không theo đường điều khiển độc lập hai chế độ nạp xả lượng kho điện cơng trình [42, 65, 72, 83, 113] mà xuất phát từ mơ hình hợp hai chế độ trao đổi lượng xây dựng mục 3.3.2 để thiết kế điều khiển theo phương pháp điều khiển tuyến tính phi tuyến điểm bổ sung tác giả so với cơng trình [40, 41, 73, 80-82, 94, 124, 125] Các phương pháp điều khiển hai BBĐ phối hợp để hình thành lên cấu trúc điều khiển tổng thể nhằm thực tốn “Ổn định ngắn hạn cơng suất đầu WT hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp gió – diesel 4.1 Cấu trúc điều khiển tổng thể Như giới thiệu mục 1.3, hệ thống điện ốc đảo bao gồm hai cấp điều khiển: cấp hệ thống cấp thiết bị điều khiển SCESS thuộc vấn đề điều khiển cấp thiết bị Trong toán điều khiển cấp thiết bị, SCESS điều khiển theo chức điều khiển cấp lượng lên lưới (gridfeeding control) giới thiệu mục 1.3.2.2 Chức thiết lập lưới trạm phát diesel thực hiện, SCESS không thực chức hỗ trợ lưới mà hỗ trợ turbine PĐSG đơn lẻ (bù phân tán) Như vậy, điều khiển SCESS q trình điều khiển bám xác lượng đặt cơng suất tầng điều khiển cấp hệ thống đưa tới minh họa Hình 1.4 BBĐ DC-DC SIÊU TỤ DC Link SBK DBS + usc iL udc RL,L BBĐ DC-AC iinv SAH SBH Filter PCC SCH A C C DBK SBS Cf Lf B SAL SBL SCL SBK SBS SVM PWM uN uN e d u Nd KĐC Dòng điện DC-DC N j u Nq uN KĐC Dòng điện DC-AC iL* iNd iNq * iNd ÷ iN e j iN uDC KĐC uDC p * ESS u *DC * pWT Từ HT ĐK hệ PĐSG * QESS Hình 4.1 Cấu trúc điều khiển tổng thể thiết bị kho điện 14 uN PLL abc iN 4.2 Điều khiển biến đổi DC-AC 4.2.1 Khâu điều chỉnh dịng điện Xuất phát từ mơ hình gián đoạn thu chương trước, mục tiêu thiết kế khâu điều chỉnh dòng với đáp ứng dead-beat đảm bảo tách kênh hai thành phần dòng điện mơ hình khâu điều chỉnh dịng có dạng (4.5) R IN I z1N (4.5) z2 Đầu điều khiển uN tính (4.6), (4.7) với quy ước (4.8) u Nd (k u Nq (k yNd (k ) xTd (k ) yNq (k ) xTq (k ) 1) LD yNd (k ) T T eNd (k LD 1) 1) LD yNq (k ) T T eNq (k LD 1) N T xTd (k 1) TD TxTd (k 1) N (4.6) TxNq (k 1) y Nd (k 2) (4.7) T xTq (k 1) TD y Nq (k 2) * * x T xTd jxTq ; xTd iTd iTd ; xTq iTq iTq (4.8) y N yNd jyNq Bộ điều khiển tổng hợp theo kiểu Dead-beat cho phép kiểm soát thành phần dịng điện bám xác theo giá trị đặt với động học nhanh sở để điều khiển ổn định điện áp chiều trung gian thông qua thành phần dòng điện iNd Thành phần dòng điện iNq bám đuổi theo giá trị đặt GridCodes quy định 4.2.2 Điều khiển điện áp DC-link Quá trình nạp q trình hút cơng suất từ lưới siêu tụ, điện áp DC link suy giảm tức thời; ngược lại trình siêu tụ xả lượng, điện áp DC link dâng lên tức thời Kiểm soát ổn định điện áp DC link kiểm sốt cân q trình trao đổi lượng Điện áp uDC ổn định cấu trúc điều khiển phía DC-AC Cấu trúc tổng hợp điều khiển Hình 4.4 với 𝜂 = 𝑢𝐷𝐶 biến điều khiển, pSC nhiễu tác động đến hệ thống pSC * * d i PI id 1 2TRI s u Nd sC Hình 4.1 Sơ đồ cấu trúc tổng hợp điều khiển điện áp DC-link Theo [5], thực tổng hợp điều khiển sử dụng phương pháp tối ưu đối xứng cho đối tượng ta thu điều khiển PI với tham số sau: GRUdc (s) k pu 1 Tu s (4.14) C k pu ; Tu 8Tt k 4Tt 15 4.3 Điều khiển biến đổi DC-DC Từ việc phân tích chế độ làm việc DC-DC dẫn tới mơ hình dẫn dắt chứng minh tính đắn Chương Trong luận án này, tác giả sử dụng hai phương pháp thiết kế điều khiển: 1) Điều khiển tuyến tính với cấu trúc điều khiển PI sở mơ hình tuyến tính hóa quanh điểm làm việc 2) Điều khiển phi tuyến sử dụng lý thuyết ổn định Lyapunov sở mơ hình phi tuyến 4.3.1 Điều khiển tuyến tính Khi thiết kế điều khiển dịng điện, ta giả thiết biến động điện áp tụ chậm nhiều so với dòng điện chảy qua cuộn cảm Thêm vào đó, giả sử điều khiển ổn định điện áp DC-link cấu trúc điều khiển DC-AC phát huy hiệu uDC trì số Hàm truyền đạt dịng điện chảy qua cuộn cảm hệ số điều chế sau: K IiL (4.1) GCiL (s) K PiL s Tham số điều khiển lựa chọn dựa đáp ứng mong muốn hệ kín miền thời gian hệ bậc hai hệ số suy giảm ζ (Damping ratio) tần số dao động tự nhiên 𝜔𝑛 (Undamped natural frequency) (4.2) K IiL n a K PiL (4.2) tan( ) (3o 5o ) 4.3.2 Điều khiển phi tuyến 4.3.2.1 Các bước thiết kế Hệ có đặc điểm phi tuyến cấu trúc, trình thiết kế điều khiển phi tuyến tác giả đặt hai trường hợp giả thiết liên quan đến tham số mơ hình: - Giả thiết tham số điện cảm L điện dung C không thay đổi suốt trình hoạt động hệ (tham số số) - Giả thiết tham số điện cảm L điện dung C bị biến đổi nhỏ theo thời gian sai số chế tạo giá trị thực giá trị danh định (tham số bất định) f) Trường hợp tham số L C số Gọi sai lệch biến trạng thái x1 giá trị đặt iLref z1 z1 x1 iLref (4.3) Hàm α1 gọi hàm ổn định hóa (Stabilizing function) 1 RL u 1 x1 SC iLref k1z1 d L L (4.28) Gọi sai lệch giá trị thật biến trạng thái với giá trị mong muốn z2 (4.33) z2 x2 1 L Từ xác định tín hiệu điều khiển thực hàm điều chế (4.41) k1 dz2 k1z1 iinv 1 1 d x1d d R R u u d z1 dk2 z2 L LC LC L x1 x2 d SC SC iLref L L L L L g) Trường hợp tham số L C bất định 16 (4.31) (4.39) ̂𝐿 , 𝜃 ̂𝐶 Giả sử giá trị thực θ sai khác 𝜃̃ so với Đặt θL=1/L θC=1/C; Gọi giá trị ước lượng online 𝜃 giá trị ước lượng 𝜃̂ theo biểu thức (4.45) L L L C C C (4.43) Gọi sai lệch x1 iLref z1: z1 x1 iLref (4.45) Hàm α1 gọi hàm ổn định hóa (Stabilizing function) iLref ˆL usc k1z1 1 dˆ (4.52) L Gọi sai lệch x2 α1 z2: z2 x2 1 (4.53) Từ xác định tín hiệu điều khiển thực hàm điều chế sau: d ˆ k2 z2 L C iinv dx1 L dz1 d ˆL iLref ˆu L d z dx2 L sc z dx2 L k1z1 usc usc (4.63) usc 4.4 Kết luận chương Nội dung Chương trình bày cấu trúc điều khiển cho biến đổi công suất DC-AC DC-DC Cấu trúc điều khiển DC-AC túy vận dụng tư tưởng cơng trình nghiên cứu trước Vấn đề điều khiển DC-DC áp dụng hai phương pháp thiết kế: Thiết kế tuyến tính tối ưu tham số cho cấu trúc điều khiển PI thiết kế thuật toán điều khiển phi tuyến theo lý thuyết ổn định Lyapunov (4.39), (4.63) Sự kết hợp điều khiển DC-AC điều khiển phi tuyến cho DC-DC hình thành lên cấu trúc điều khiển tổng thể cho hệ SCESS đóng góp tác giả vấn đề điều khiển SCESS, điểm phát triển so với công trình nghiên cứu trước [42, 65, 72, 83, 113], [40, 41, 73, 80-82, 94, 124, 125] Nội dung Chương tác giả cơng bố cơng trình số [5], [6], [7] KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM Những kết mô phần mềm MATLAB/Simulink trình bày chương để kiểm tra hiệu ổn định ngắn hạn công suất tác dụng đầu turbine PĐSG hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp gió – diesel với cấu trúc điều khiển SCESS đề xuất Chương Thêm vào đó, kết mơ thời gian thực tảng DSP dSPACE DS1104 kết thí nghiệm mơ hình kho điện sử dụng siêu tụ BMOD0058 E016 B02 (58F/16V/19A) xây dựng phòng thí nghiệm Viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa – ĐH Bách khoa Hà Nội để kiểm chứng khả trao đổi công suất hai chiều với lưới xoay chiều ba pha trình bày chương 5.1 Mô Offline 5.1.1 Tham số mô Trong thực tế, hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp gió – diesel bao gồm vài trạm phát diesel kết hợp với vài turbine PĐSG Tuy nhiên khả tính tốn máy tính mà tác giả thực mơ thực chương trình mơ với trạm phát diesel, hệ PĐSG sử dụng PMG thiết bị kho điện SCESS (khảo sát động học chi tiết tất tầng điều khiển thành phần hệ thống) với thời gian mô hạn chế Trong luận án này, tác giả mô RAPS bao gồm hai nguồn phát: hệ phát điện diesel có công suất 60 kVA hệ phát 17 điện sức gió với cơng suất 20 kVA Loại máy phát PMG công suất 20kW lựa chọn để mô tham số đầy đủ tin cậy hệ PĐSG tìm thấy nguồn tài liệu thuộc đề tài KC.05.20CN thực Trung tâm Nghiên cứu – triển khai công nghệ cao (nay Viện Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa) – ĐH Bách khoa Hà Nội 5.1.2 Khảo sát ảnh hưởng hệ phát điện sức gió đến hệ thống điện ốc đảo 5.1.2.1 Kịch mô Tác giả sử dụng profile gió minh họa Hình 5.17 liệu thu từ mơ hình tạo gió ngẫu nhiên nghiên cứu phát triển phịng thí nghiệm quốc gia lượng tái tạo thuộc đại học kỹ thuật Đan mạch Hệ thống WDHPS kiểm chứng với kịch thay đổi tải chia thành hai giai đoạn: Giai đoạn kiểm tra phản ứng hệ thống với tải thay đổi gió biến động (từ thời điểm bắt đầu mô đến thời điểm t=27 giây) o Hệ thống bắt đầu làm việc với tải S1=20+j0 kVA o Thời điểm t=7 giây, tiếp tục đóng tải S2=10+j0 kVA o Thời điểm t=17 giây, đóng tải S3=10+j5 kVA o Thời điểm t=27 giây, tải S3 ngắt khỏi hệ thống Giai đoạn kiểm tra phản ứng hệ thống tải ổn định (S1+S2) gió biến động (từ thời điểm t=27 giây đến kết thúc q trình mơ t=60 giây) 9.5 8.5 vWind [m/s] 7.5 6.5 5.5 10 20 30 Thêi gian [s] 40 50 60 Hình 5.17 Profile gió sử dụng quỏ trỡnh mụ phng CÔNG SUấT tác dụng CáC NGUồN PHáT TRONG RAPS 50 TầN Số LƯớI 52 45 PDG PWT 50 40 f [Hz] PLoad 35 46 44 30 P [kW] 48 10 20 30 40 50 60 50 60 25 SAI Số TƯƠNG ĐốI CủA TầN Sè L¦íI 20 15 f [%] 10 10 5 0 10 20 30 40 50 60 Thêi gian [s] Hình 5.20 Các thành phần cơng suất HT điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp Wind-Diesel 18 0 10 20 30 40 Thêi gian [s] Hình 5.21 Tần số lưới HT điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp Wind-Diesel
Ngày đăng: 15/02/2024, 01:13
Xem thêm:
