Do đó, để sử dụng hết công suất nguồn năng lượng tái tạo mang lại, hệ thống Microgrid ra đời.. Hệ thống Microgrid kết hợp các nguồn phát sơ cấp là nguồn năng lượng tại tạo cùng với bộ Pi
Tổng quan về hướng nghiên cứu
Khi môi trường sống trên trái đất đang bị đe dọa bởi ô nhiễm do chất thải từ con người thì nguồn Năng Lượng Tái Tạo (NLTT) đang nhận được sự quan tâm và ưu tiên phát triển từ tất cả các quốc gia trên thế giới Với khả năng phát năng lượng vô hạn không thể cạn kiệt, nguồn phát NLTT sẽ cung cấp lượng điện năng dồi dào và phát triển lâu dài Các nguyên liệu đầu vào để sản xuất ra điện năng trong NLTT đều không ảnh hưởng đến môi trường như tốc độ gió, cường độ phát xạ mặt trời, thủy triều… do đó nguồn NLTT rất thân thiện với môi trường, sử dụng nguồn NLTT là giải pháp chống lại biến đổi khí hậu giúp bảo vệ hệ sinh thái chung Vì vậy, nguồn NLTT đang dần thay thế các nguồn phát điện truyền thống từ năng lượng hóa thạch và đang trở thành xu thế phát triển trong tương lai
Các nguồn năng lượng truyền thống đang cạn kiệt và không đủ công suất cung cấp cho phụ tải Việt Nam là một quốc gia đang phát triển nên có tốc độ tăng trưởng công nghiệp hóa, đô thị hóa rất nhanh dẫn đến nhu cầu sử dụng điện liên tục tăng Nói cách khác, nhu cầu năng lượng điện tỉ lệ thuận với tốc độ phát triển kinh tế, xã hội của một Quốc gia Tốc độ phát triển kinh tế nhanh vượt bậc khiến hệ thống điện quốc gia không đáp ứng kịp dẫn đến tình trạng thiếu điện Trong khi đó, các nguồn phát năng lượng điện chính ở nước ta vẫn là Thủy điện và Nhiệt điện, công suất của nguồn phát này phụ thuộc vào lượng nước tích trữ trong hồ và nguyên liệu than, dầu mỏ nhưng đang dần cạn kiệt Như về thủy điện, công suất điện phát ra phụ thuộc vào lượng nước tích trữ trong đập, nhưng hệ thống sông hồ nước ta nằm về phía hạ nguồn do đó khó điều khiển lượng nước trong đập, các con sông có khả năng phát triển thủy điện thì đã được khai thác đến 80% nên tiềm năng phát triển thủy điện trong tương lai sẽ không còn Còn việc phát triển nguồn nhiệt điện thì nhiên liệu than, dầu mỏ không phải là nguồn nguyên liệu vô tận và đã khai thác gần hết Mặt khác, nhiệt điện gây ảnh hưởng lớn đến môi trường khi chất thải thải trực tiếp ra bầu khí quyển cùng với việc đảm bảo cam kết của Việt Nam tại COP26 (Lượng khí thải vào khí quyển
2 bằng 0 vào năm 2050) [1] nên nhiệt điện đang hạn chế phát triển Khi nguồn phát đang bị hạn chế phát triển nhưng phụ tải phát triển không ngừng dẫn đến tình trạng mất cân bằng ảnh hưởng đến chất lượng điện năng trên hệ thống điện quốc gia Nhất là vào mùa khô, nguồn nước trong đập cạn kiệt nên công suất nguồn phát xuống mức thấp nhưng vào các giờ cao điểm thì phụ tải hoạt động ở đỉnh công suất gây thiếu hụt năng lượng, dao động hệ thống Nếu không xử lý kịp thời có thể xảy ra tình trạng tan rã hệ thống gây mất điện khu vực hoặc cả nước Hiện nay, vấn đề đó đang được giải quyết bằng cách mua điện từ Trung Quốc hoặc cắt giảm tải để đảm bảo cân bằng năng lượng Điển hình cho việc cắt giảm tải như tại Quảng Ninh, cắt điện lên đến cả ngày, cả đêm nên ảnh hưởng rất nghiêm trọng đến đời sống, kinh tế - xã hội [2] Bên cạnh đó, nguồn nhiệt điện có giá thành than, dầu mỏ liên tục tăng và khi tăng đến mức cao hơn giá điện bán lẻ ra dẫn đến phải tăng giá điện Từ năm 2010 đến nay, EVN đã nhiều lần điều chỉnh tăng giá điện vì liên tục báo lỗ Khi giá điện tăng thì đây là mối quan tâm hàng đầu từ các nhà đầu tư vì chi phí sản xuất ra sản phẩm tăng Để giải quyết các vấn đề trên và tận dụng ưu điểm nguồn NLTT, hệ thống Microgrid còn gọi là lưới điện siêu nhỏ ra đời Lưới điện siêu nhỏ giống như một hệ thống điện thu nhỏ với đầy đủ thành phần cấu tạo nên một hệ thống điện như nguồn phát, đường dây truyền tải và phụ tải tiêu thụ nhưng với quy mô công suất nhỏ Vì cung cấp cho phụ tải quy mô nhỏ nên rất phù hợp với việc kết hợp các nguồn phát NLTT vào hệ thống như năng lượng mặt trời, năng lượng điện gió Hệ thống được kết nối với hệ thống điện quốc gia để có thể thu khi thiếu điện và phát lên lưới khi thừa (nguồn phát NLTT không ổn định công suất phát), nhưng vẫn đảm bảo đủ công suất phát cho phụ tải khi nguồn lưới bị cắt nên hệ thống Microgrid được trang bị thêm bộ lưu trữ năng lượng Như vậy, lưới điện siêu nhỏ sẻ đảm bảo hoạt động xuyên suốt cho phụ tải, không gián đoạn khi lưới điện quốc gia bị cắt do sự cố hoặc cắt giảm tải Với ưu điểm này, hệ thống Microgrid có thể cung cấp cho các phụ tải có tầm quan trọng lớn như phụ tải loại I Ngoài ra, về tính kinh tế thì hệ thống Microgrid chỉ tốn chi phí đầu tư ban đầu cho các nguồn phát NLTT, còn trong quá trình vận hành thì sẽ giảm nhờ giảm mua năng lượng điện từ hệ thống điện quốc gia
Hình 1.1 Hệ thống Microgrid điển hình
Nguồn phát NLTT sẽ gây dao động trên hệ thống Việc kết hợp các nguồn phát chủ yếu là nguồn NLTT nên công suất phát sẽ phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tự nhiên, tác động của thời tiết Chẳng hạn như năng lượng mặt trời (NLMT) phụ thuộc vào cường độ bức xạ mặt trời, nên khi nào thời tiết có nắng lớn thì công suất phát mạnh, còn khi mặt trời bị che khuất bởi đám mây sẽ giảm mạnh lượng công suất phát, việc thay đổi công suất phát diễn ra nhanh chóng, đột ngột và không thể điều khiển được Còn nguồn năng lượng gió (NLĐG) thì công suất phát phụ thuộc mạnh vào tốc độ gió do đó công suất phát của nguồn NLĐG cũng thay đổi đột ngột tùy vào thời điểm trong ngày, đa số tốc độ gió ban đêm sẽ lớn hơn ban ngày Công suất phát của nguồn năng lượng điện gió mang tính xuyên suốt hơn năng lượng mặt trời vì nguồn năng lượng mặt trời chỉ phát điện lúc có nắng vào ban ngày Các dao động công suất nguồn phát này sẽ ảnh hưởng lớn đến tính ổn định trong hệ thống Microgrid Vì vậy việc nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn NLTT đến tính ổn định trong hệ thống Microgrid để đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cao cho phụ tải là điều tất yếu
Các nghiên cứu đánh giá ổn định hệ thống Micogrid
Nghiên cứu trong nước
Hệ thống Microgrid là một khái niệm mới, ra đời sau khi nguồn NLTT được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện quốc gia Ở Việt Nam, hệ thống Microgrid đã được vận dụng nhưng với số lượng rất ít và với quy mô rất nhỏ có thể kể đến một thí nghiệm của EVN Hồ Chí Minh ở tại khu trung tâm dữ liệu (Data center) Do đó, số lượng bài báo nghiên cứu tính ổn định trong hệ thống Microgrid trong nước còn hạn chế, một số nghiên cứu có thể kể đến:
Nguyễn Văn Tấn, năm 2021, Luận án Tiến sĩ đề tài “Nghiên cứu đề xuất giải pháp điều khiển nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống Microgrid” [3] Luận án đã nghiên cứu về ảnh hưởng của việc thay đổi công suất phát của nguồn NLMT đến hệ thống Microgrid khi đang hoạt động ở chế độ độc lập Sau đó tác giả đưa ra giải pháp ổn định hệ thống thông qua đề xuất giải pháp điều khiển hệ thống Pin lưu trữ đáp ứng triệt tiêu dao động trong hệ thống Mặt khác, tác giả cũng đã cho thấy được tính linh hoạt của hệ thống Microgrid khi chuyển đổi giữa hai chế độ hoạt động kết nối lưới và chế độ độc lập
Trần Duy Trinh, năm 2014, Luận án Tiến Sĩ đề tài: “Nghiên cứu điều khiển bộ khôi phục điện áp động (DVR) để bù lõm điện áp cho phụ tải quan trọng trong xí nghiệp công nghiệp” [4] Các phụ tải nhạy cảm hoạt động yêu cầu nguồn áp cấp cho nó hoạt động phải đảm bảo đúng định mức và ít dao động Do đó luận án đã nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tưởng lõm/dâng điện áp khi xảy ra sự cố ở một nhánh khác đến phụ tải nhạy cảm Từ đó đưa ra giải pháp gắn bộ DVR nối tiếp với phụ tải, nhằm bù điện áp cho các lõm/dâng điện áp từ nguồn cấp Luận án đã nghiên cứu và đưa ra giải pháp điều khiển DVR và chứng minh được khả năng vận hành đáp ứng nhanh của bộ điều khiển mình đề xuất
Huỳnh Văn Dũng, năm 2014, Luận văn Thạc sĩ đề tài: “Kết hợp NLĐG và NLMT trong lưới điện Microgrid” [5] Tác giả đã tiếp cận và nghiên cứu hệ thống Microgrid khi nó vừa trở thành đề tài đáng quan tâm ở nước ta Tác giả đã giới thiệu và giải thích hoạt động của các thành phần cấu trúc nên hệ thống Microgrid Qua đó,
5 đã đề xuất giải pháp điều khiển các bộ nghịch lưu dùng cho các nguồn phát NLĐG, NLMT chuyển từ điện áp DC sang điện áp AC theo phương pháp hoạt động bám theo nguồn lưới Phương pháp này giúp các nguồn NLTT trong hệ thống Microgrid dễ dàng hòa với lưới điện quốc gia
Nguyễn Thái An, năm 2020, luận văn Thạc sĩ đề tài: “Cải tiến xa thải phụ tải trong Microgrid vận hành ở chế độ tách lưới” [6] Đây là một nghiên cứu mới gần đây, và là nghiên cứu đầu tiên xét tính ổn định của hệ thống Microgrid Tác giả đã nghiên cứu hệ thống Microgrid khi hoạt động ở chế độ độc lập và cung cấp cho phụ tải rải rác, tổng mô hình có 16 bus Khi hoạt động ở chế độ độc lập không thể tránh khỏi dao động tần số và điện áp do thay đổi công suất phát từ nguồn NLTT cũng như sự cố mất một nguồn phát trong hệ thống Microgrid Tác giả đã chỉ ra ảnh hưởng của nó đến hệ thống Microgrid mình nghiên cứu và đề xuất giải pháp xa thải phụ tải hợp lý với từng mức dao động, đưa cảnh báo nhanh chóng đến người vận hành hệ thống.
Nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới thì hệ thống Microgrid được quan tâm nhiều và phát triển nhanh chóng về số lượng với quy mô công suất lớn Do đó, đã xuất hiện nhiều công trình nghiên cứu về ổn định chất lượng điện năng trong hệ thống Microgrid nhưng đây luôn là đề tài hấp dẫn các nhà nghiên cứu trên thế giới Có thể kể đến các nghiên cứu gần đây:
Wei Du cùng với các cộng sự, vào năm 2021 đã công bố bài báo: “Using Distributed Dynamic Voltage Restorers to Improve the Frequency Stability of Low- Inertia Networked Microgrids” [7] Bài báo đã làm sáng tỏ khái niệm mới về việc sử dụng bộ DVR, được sử dụng để bù sụt giảm điện áp và cải thiện ổn định tần số của lưới Microgrid Trong quá trình quá độ tần số, các DVR phân tán nhanh chóng điều chỉnh điện áp tải trong phạm vi chấp nhận được, đáp ứng nhanh cho sự thay đổi công suất tiêu thụ của tải và giúp ổn định tần số Mô hình mô phỏng gồm ba hệ thống Microgrid kết nối với nguồn lưới và sáu DVR để xác minh tính hiệu quả của phương án đề xuất
Raseswari Pradhan và các cộng sự, năm 2021 đã có bài báo: “Power Quality Improvement in Photovoltaic Microgrid System Using FOPID Controller-Based DVR” [8] Trong bài báo tác giả đề cập vấn đề tổn hao cũng như chất lượng điện áp do sự phát triển nhanh của các linh kiện điện điện tử công suất.Trong lưới điện hiện nay, nơi các phụ tải nhạy cảm được sử dụng thì chất lượng điện áp là mối quan tâm hàng đầu vì nó ảnh hướng lớn đến khách hàng sử dụng Nó có thể làm tắt máy tạm thời, hư hỏng thiết bị, suy giảm chất lượng điện áp Bài báo đề xuất phương án dùng vòng lặp PLL (Phase locked loop) cùng với bộ điều khiển FOPID để xây dựng logic điều khiển DVR và thấy được hiệu quả của phương án đề xuất qua phần mềm Matlab/ Simulink
Năm 2023, Han Minxiao và các cộng sự đã công bố công trình nghiên cứu tên:
“Transient analysis and control for microgrid stability controller” [9] Bài báo đã nghiên cứu bộ điều khiển ổn định lưới Microgrid để hỗ trợ chuyển đổi linh hoạt giữa hai chế độ hoạt động của hệ thống Microgrid Khi Microgrid hoạt động hòa với nguồn lưới, bộ điều khiển ổn định hệ thống Microgrid sẽ đáp ứng thay đổi công suất phát theo sự thay đổi công suất phụ tải và giảm dao động điện Khi Microgrid hoạt động ở chế độ độc lập, bộ điều khiển ổn định lưới Microgrid sẽ cung cấp điện áp và tần số tham chiếu nhờ máy phát đồng bộ Hoạt động ở chế độ độc lập được phân tích bằng cách nghiên cứu các giải thuật điều khiển, phát hiện dao động tại điểm kết nối chung PCC (Common Coupling) Hơn nữa, bài báo này phân tích ổn định động của lưới Microgrid khi cho ngắn mạch lưới phân phối.
Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Tính cấp thiết của đề tài
Việt Nam là một quốc gia đang trên đà phát triển, cùng với lợi thế đã trở thành thành viên Tổ chức thương mại thế giới (WTO) sẽ giúp chúng ta mở rộng thị trường và nhận được ưu đãi thuế quan khi xuất khẩu sản phẩm đến các Quốc gia trên thế giới Cộng với việc nước ta đưa ra các chính sách nhằm thu hút nhà đầu tư nước ngoài sẽ làm gia tăng nhà máy sản xuất Các phụ tải trong nhà máy đa số là phụ tải nhạy cảm nên yêu cầu chất lượng điện năng cao cũng như hoạt động xuyên suốt không bao
7 giờ mất điện trên lưới điện Việt Nam Do đó, phải chú trọng phát triển hạ tầng lưới điện và đảm bảo chất lượng điện năng cũng như độ tin cậy cung cấp điện để thu hút các nhà đầu tư, khi đó nghiên cứu ổn định lưới điện rất cần thiết
Việc ưu tiên phát triển nguồn NLTT cụ thể NLMT, NLĐG đã giải quyết được các vấn đề thiếu hụt năng lượng cũng như tăng cao độ tin cậy cung cấp điện Tuy nhiên, nguồn NLTT gây nhiều khó khăn đến quá trình vận hành hệ thống điện, cụ thể như công suất phát phụ thuộc nhiều vào điều kiện tư nhiên dẫn đến các nguồn phát điện truyền thống sẽ điều tiết công suất không kịp cho những dao động đó Khái niệm mới về hệ thống Microgrid ra đời Hệ thống Microgrid có tích hợp bộ lưu trữ năng lượng ESS để giải quyết dao động do nguồn NLTT nhưng khả năng đáp ứng còn chậm Vì vậy, việc nghiên cứu đảm bảo ổn định trong hệ thống Microgrid cũng như ổn định hệ thống lưới điện quốc gia trong mọi trường hợp kích động nhỏ và vẫn giữ ổn định sau khi chịu kích động lớn như ngắn mạch là rất cần thiết và quan trọng Đó là lý do tác giả lựa chọn đề tài “Đánh giá ổn định Hệ Thống Điện có tích hợp năng lượng tái tạo” cụ thể nhằm nghiên cứu đánh giá ổn định hệ thống Microgrid có tích hợp NLĐG, NLMT và được nối trực tiếp với lưới truyền tải Sau khi nghiên cứu khả năng đáp ứng của hệ thống với với các dao động, tác giả đưa ra giải pháp dùng bộ khôi phục điện áp động DVR để giữ ổn định hệ thống.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Đóng góp một giải pháp quan trọng xu hướng toàn cầu đó là nguồn NLTT sẽ thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch Việc nghiên cứu ổn định điện áp trong mọi chế độ hoạt động, kết hợp có hiệu quả giữa hai nguồn NLTT và nguồn lưới điện quốc gia giúp các phụ tải nhảy cảm hoạt động an toàn, đảm bảo không gián đoạn cung cấp điện cho phụ tải quan trọng
Xác định ảnh hưởng của các nguồn NLTT đến hệ thống Microgrid, cùng với khả năng đáp ứng ổn định tĩnh và ổn định động của hệ thống Đánh giá hiệu quả của việc sử dụng bộ DVR đến chất lượng điện áp cấp cho phụ tải khi điện áp nguồn cung cấp bị các ảnh hưởng của nguồn NLTT cũng như thay đổi chế độ hoạt động của hệ thống Microgrid Giải pháp thích hợp bởi tận dụng điện
8 năng từ bộ lưu trữ năng lượng (ESS) nên giảm chi phí đầu tư và tăng độ tin cậy cung cấp điện
Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể dùng làm tiền đề cho các nhà đầu tư thấy được lợi ích và quyết định đầu tư hệ thống Micogrid cung cấp cho phụ tải của mình, nhất là phụ tải có tính nhạy cảm và quan trọng không thể mất điện đột ngột Sử dụng cho các sinh viên, học viên ngành Kỹ thuật điện khi quan tâm đến đề tài nghiên cứu ổn định HTĐ tích hợp NLTT, cụ thể NLTT trong lưới Microgrid.
Xác định mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
Nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn phát NLTT đến hệ thống Microgrid
Nghiên cứu các chế độ hoạt động Microgrid và mức độ dao động khi chuyển đổi giữa các chế độ đó đến điện áp hệ thống
Nghiên cứu đáp ứng của bộ DVR (Dynamic Voltage Restorer), một giải pháp giúp nâng cao chất lượng điện năng cho hệ thống khi xảy ra kích động nhỏ và lớn Đối tượng nghiên cứu của luận văn là đảm bảo ổn định điện áp cho HTĐ có tích hợp NLTT cụ thể nghiên cứu mô hình lưới Microgrid bao gồm: kết hợp các nguồn năng lượng tái tạo điện gió, điện mặt trời cùng với hệ thống Pin lưu trữ, máy phát điện và có thể kết nối với nguồn lưới phân phối thông qua các bộ nghịch lưu.
Xác định nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• Nghiên cứu hoạt động và điều khiển các thành phần cấu trúc nên hệ thống Microgrid Ảnh hưởng của nguồn NLTT, thay đổi chế độ vận hành đến điện áp của hệ thống
• Nghiên cứu các tiêu chí đánh giá điện áp trong hệ thống Microgrid
• Nghiên cứu đáp ứng của bộ khôi phục điện áp DVR đến hệ thống
• Nghiên cứu giữ ổn định HTĐ tích hợp NLTT Cụ thể giữ ổn định điện áp cung cấp cho phụ tải trong hệ thống Microgrid thông qua hỗ trợ của bộ DVR
Giới hạn của đề tài:
• Luận văn không xét đến ảnh hưởng sóng hài từ các bộ nghịch lưu và xem như dạng sóng điện áp ra khỏi bộ nghịch lưu đã được triệt tiêu hoàn toàn sóng hài.
Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu mà tác giả dùng để hoàn thiện bài luận văn như sau:
• Phân tích và tổng hợp.
• Mô hình hóa và mô phỏng.
Kế hoạch thực hiện
Nội dung luận văn được trình bày qua 6 chương
➢ Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu
➢ Chương 2: Cở sở lý thuyết hệ thống Microgrid
➢ Chương 3: Ổn định hệ thống điện
➢ Chương 4: Bộ khôi phục điện áp (DVR) và ứng dụng trong hệ thống
➢ Chương 5: Mô hình hóa và mô phỏng
➢ Chương 6: Kết luận và hướng nghiên cứu phát triển đề tài
CƠ SỞ LÝ THUYẾT HỆ THỐNG MICROGRID
Tổng quan về hệ thống Microgrid
2.1.1 Khái niệm về hệ thống Microgrid
Hệ thống Microgrid là một hệ thống điện thu nhỏ, có quy mô công suất nhỏ cung cấp cho phụ tải một vùng nhất định như trường học, bệnh viện, khu đô thị… Microgrid tích hợp bộ lưu trữ năng lượng (ESS) nên góp phần khai thác có hiệu quả các nguồn năng lượng tái tạo (RESs) nhằm nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải, giảm khả năng quá tải đường dây vì hệ thống Microgrid thường phát công suất trực tiếp cho phụ tải tiêu thụ, do đó giảm công suất nhận từ lưới truyền tải
Hình 2.1 Cấu trúc thành phần cấu tạo nên hệ thống Microgrid Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu, bài báo trên thế giới công bố về khái niệm hệ thống Microgrid Nhưng khái niệm hệ thống Microgrid được dùng phổ biến nhất: Theo [10] định nghĩa Microgrid là lưới điện thu nhỏ có khả năng tự tạo ra năng lượng cung cấp cho một nhóm khách hàng cụ thể và có thể hoạt động kết nối với nguồn lưới điện chính
2.1.2 Thành phần hệ thống Microgrid
Thành phần chính cấu tạo nên một hệ thống Microgrid gồm có các nguồn phát năng lượng phân tán (DERs) cung cấp cho phụ tải và có thể hoạt động kết nối với nguồn lưới quốc gia nên phải tích hợp hệ thống bảo vệ, đo lường điện năng Ngoài ra, trong hệ thống còn có đường dây truyền tải, máy biến áp…
Nguồn phân tán DERs sử dụng các máy phát điện có quy mô công suất nhỏ để sản xuất điện và đưa đến trực tiếp tải tiêu dùng Hệ thống máy phát quy mô nhỏ thường sử dụng từ nguồn phát NLTT có quy mô công suất nhỏ, như năng NLĐG, NLMT, năng lượng sinh khối, thủy triều… Khác với các nhà máy điện thông thường như nhà máy nhiệt điện, thủy điện, nhà máy điện hạt nhân, …được tập trung hóa và đặt ở xa khu dân cư (vì đây là nguồn năng lượng gây ô nhiễm) nên phải qua đường dây truyền tải dài Ngược lại, DERs sử dụng nguồn phát NLTT ít gây ảnh hưởng tác động đến môi trường nên đặt nằm gần phụ tải và trực tiếp cung cấp công suất cho nó Công suất phát của DERs thường nhỏ, nên cần có bộ lưu trữ năng lượng ESS để đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn và hiệu quả
Bộ lưu trữ năng lượng (ESS) đang được sử dụng ngày càng nhiều trong HTĐ bởi tính đảm bảo độ tin cậy cấp điện không gây gián đoạn và giữ ổn định nguồn cấp cho phụ tải nhất là các phụ tải quan trọng Do đó, việc dùng ESS trong hệ thống Microgrid là thiết yếu, tăng hiệu suất sử dụng NLTT, giảm thải khí CO2 vào khí quyển Mặt khác, khi khai thác có hiệu quả hệ thống ESS sẽ mang lại nhiều lợi ích về kinh tế giúp tiết kiệm tiền điện cho doanh nghiệp, do chênh lệch về giá mua điện giữa giờ cao điểm và thấp điểm
Phụ tải điện là nơi tiêu thụ điện, biến đổi điện năng thành nhiệt năng, cơ năng…
Do mục đích sử dụng điện khác nhau và tầm quan trọng đối với con người, nền kinh tế, chính trị và xã hội, phụ tải được chia thành 3 loại:
• Phụ tải loại 1: Đây là những phụ tải yêu cầu cung cấp điện liên tục, không bao giờ xảy ra tình trạng mất điện, khi mất điện sẽ gây ra hậu quả vô cùng nghiêm trọng như các bệnh viện, hầm mỏ… khi mất điện ảnh hưởng đến
12 tính mạng con người Các nhà máy luyện kim, nhà máy thép, xi măng… khi mất điện gây hư hỏng thiết bị, làm rối loạn quá trình sản xuất
• Phụ tải loại 2: Những phụ tải thuộc nhóm này là phụ tải nếu mất điện sẽ làm thiệt hại về kinh tế: nhiều phế phẩm được tạo ra khi ngưng sản xuất đột ngột, có thể gây hư hỏng thiết bị nhưng thiết bị giá trị kinh tế thấp hơn loại I, lãng phí nguồn nhân công… Phụ tải loại 2 có thể cho phép mất điện nhưng trong thời gian ngắn
• Phụ tải loại 3: Là phụ tải có yêu cầu độ liên tục cung cấp điện thấp hơn loại I và II, cho phép mất điện trong một thời gian để sửa chữa, thay thế thiết bị khi cần thiết như khu dân cư, công trình dân dụng…
Hệ thống Microgrid sẽ cung cấp điện năng cho một khu vực nhất định, thường có hai chế độ hoạt động đó là chế độ độc lập và chế độ kết nối với lưới phân phối Khi hoạt động ở chế độ kết nối với lưới, hệ thống Microgrid có thể nhận công suất phát từ lưới nên phụ tải sẽ hoạt động hết công suất Khi hoạt động ở chế độ độc lập, công suất phụ tải hoạt động tùy thuộc vào công suất phát tối đa của DERs và bộ lưu trữ năng lượng ESS Khi công suất phát của nguồn NLTT và công suất của bộ lưu trữ ESS càng lớn thì chi phí đầu tư càng cao nên ở chế độ độc lập, chỉ cho hoạt động phụ tải quan trọng Do đó, phụ tải trong lưới Microgrid được chia thành hai nhóm đó là: Phụ tải không quan trọng và phụ tải quan trọng Khách hàng công nghiệp, trung tâm thương mại, trường học, bệnh viện được coi là phụ tải quan trọng Các tải không quan trọng như khách hàng dân cư cho phép ngắt kết nối khi gặp sự cố mất điện từ lưới hoặc sự cố trong lưới Microgrid Điểm kết nối lưới Microgrid với lưới điện chính gọi là điểm khớp nối chung (PCC) thông qua thiết bị đóng cắt và bảo vệ Việc điều khiển và bảo vệ hệ thống thống được thực thi bởi bộ điều khiển Microgrid Bộ điều khiển này sẽ tính toán hòa giữa lưới Microgrid và lưới điện chính, đo lường điện năng, thu thập thông tin và bảo vệ toàn hệ thống
2.1.3 Phân loại hệ thống Microgrid
Hệ thống Microgrid AC có các thành phần cấu trúc nên hệ thống và lưới điện chính kết nối chung với nhau bằng thanh cái chính AC Cụ thể các nguồn NLĐG, NLMT, Pin lưu trữ được biến đổi thành điện áp AC bằng các bộ nghịch lưu Các phụ tải AC được kết trực tiếp với thanh cái chính AC, phụ tải DC khi kết nối phải có bộ chuyển đổi chỉnh lưu từ AC-DC Hệ thống Microgrid AC được áp dụng khi khu vực có nhiều phụ tải AC Do việc qua nhiều bộ chuyển đổi nguồn gây ra sóng hài truyền vào lưới chính
Hầu hết các nguồn phát năng lượng tái tạo và bộ lưu trữ năng lượng đều có điện áp đầu ra DC nên thanh cái chung hệ thống là thanh cái chính DC, nguồn lưới điện chính được chuyển đổi thành điện áp DC nhờ bộ chỉnh lưu trước khi kết nổi vào thanh cái chung Hệ thống Microgrid DC áp dụng ở khu vực có nhiều phụ tải DC Sử dụng hệ thống Microgrid DC làm giảm tổn thất điện năng vì giảm số lượng bộ nghịch lưu so với hệ thống Microgrid AC
2.1.3.3 Hệ thống Microgrid lai DC-AC
Kết hợp những ưu điểm của hệ thống Microgrid DC và hệ thống Microgrid AC thì hệ thống Microgrid lai DC-AC ra đời, hệ thống này có cả hai thanh cái chính AC và DC được nối với nhau thông qua bộ nghịch lưu Do đó, hệ thống này phù hợp với hệ thống có nhiều loại phụ tải AC hay DC khác nhau nên giảm số lượng bộ nghịch lưu giúp giảm tốn thất khi vận hành
2.1.4 Vai trò hệ thống Microgrid
Hệ thống Microgrid đang ngày càng khẳng định được vị thế trong HTĐ của nhiều quốc gia trên thế giới khi được khuyến khích đầu tư phát triển và mở rộng [11] Mặc dù trong hệ thống Microgrid các DERs có công suất phát phụ thuộc nhiều vào môi trường tự nhiên, nhưng qua việc tích hợp bộ ESS thì hệ thống Microgrid đã chứng mình được ưu điểm của mình khi sử dụng như:
Giảm tổn thất trên lưới điện chính quốc gia: Đây luôn là mục tiêu quan trọng hàng đầu trong vận hành HTĐ So với các nguồn phát truyền thống thường đặt xa phụ tải, khi công suất phụ tải càng lớn dẫn đến tổn thất năng lượng càng lớn, tăng chi phí đầu tư đường dây Thông qua lưới Microgrid sẽ hỗ trợ giảm tổn thất thông qua các nguồn phát NLTT được lắp đặt cung cấp trực tiếp năng lượng điện cho phụ tải hoạt động, giảm lượng công suất nhận từ lưới điện chính Nhờ đó có thể giữ lưới truyền tải luôn hoạt động ở trạng thái ổn định
Năng lượng điện gió và công suất Turbine
Máy phát điện gió hoạt động theo nguyên lý chuyển đổi năng lượng từ gió làm quay Turbine và phát thành điện năng, thuộc nguồn phát năng lượng sơ cấp trong hệ thống Microgrid Hệ thống Microgrid sử dụng máy phát điện gió loại công suất nhỏ nên chi phí đầu tư thấp, dễ bảo trì, sữa chữa và có thể vận hành ở vận tốc gió thấp
So với nguồn phát NLMT thì NLĐG có thời gian sử dụng lâu hơn Máy phát điện gió công suất nhỏ sử dụng trong lưới Microgrid thường dùng bộ nghịch lưu điều khiển và biến đổi hoàn toàn công suất hòa lên lưới
Khi có một mặt phẳng hình tròn đặt trong không khí chuyển động với vận tốc
V vuông góc với mặt phẳng, công suất P của gió tác động lên mặt phẳng thu được:
2 𝜋 𝑅 2 𝜌 𝑉 3 (2.1) Trong đó: P là công suất thu được từ năng lượng gió trên mặt phẳng tròn m là khối lượng gió đi qua mặt phẳng tròn, được tính:
𝜌 là tỉ trọng của không khí
R là bán kính mặt phẳng tròn
Từ biểu thức (2.1), công suất gió tỉ lệ theo lũy thừa bậc ba với vận tốc gió vì thế tốc độ gió là yếu tố quyết định công suất và tỉ lệ bậc một với tiết diện vật thể đặt trong không khí Năng lượng điện gió sử dụng Turbine đưa vào không khí, năng lượng gió tác động chuyển đổi vòng quay cơ học thành năng lượng điện Năng lượng gió cấp cho Turbine chỉ một phần là hữu ích vì tiết diện của Turbine gió trong không khí thay đổi phụ thuộc vào tiết diện của cánh Turbine Khi tăng số lượng cánh Turbine sẽ tăng tiết diện trong không khí nhưng tốc độ quay của Turbine tăng lên sẽ làm nhiễu khí động giữa các cánh làm giảm hiệu suất Nên hầu hết Turbine gió có hai hoặc ba cánh Gọi Cp là hiệu suất sử dụng năng lượng gió của Turbine, Cp được xác định bởi:
Trong đó: Pm là công suất đầu ra của Turbine α là góc pitch (góc xoay của cánh Turbine gió trong không khí) λi là hệ số, xác định theo biểu thức (2.4):
𝑎 3 + 1 (2.3) λ - hệ số tốc độ ở đầu cánh Turbine gió, được xác định:
𝑉 (2.4) ω m là tốc độ góc của Turbine
R là bán kính của cánh Turbine
Từ biểu thức (2.2), Hệ số Cp phụ thuộc vào cấu trúc hình học của Turbine Nhà vật lý người Đức Betz đã chỉ ra công suất lớn nhất Turbine gió thu được từ năng lượng gió có hiệu suất Cp = (16/27) = 59,3% khi tốc độ không khí phía sau cánh quạt bằng 1/3 phía trước cánh quạt Cũng từ biểu thức 2.2, ta xây dựng đường đặc tính C p
= f(λ) như hình 2.2 để thấy được các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất Turbine: Khi hệ số tốc độ khối khí λ thay đổi thì hiệu suất C p cũng thay đổi nhưng luôn tồn tại một góc pitch điều khiển mặt phẳng tiếp xúc của cánh Turbine thu về giá trị Cpmax (hệ số sử dụng năng lượng gió lớn nhất) Kết hợp biểu thức (2.1) và (2.2) ta có công suất của Turbine gió, được xác định:
𝜆 3 𝜔 𝑚 3 (2.5) Như vậy, công suất phát của NLĐG phụ thuộc vào tốc độ gió Để thu được NLĐG trong không khí với hiệu suất lớn nhất, phải có bộ điều khiển dò bám công suất cực đại (MPPT)
Mô hình mô phỏng trong luận văn sẽ xét đến công suất phát của năng lượng điện gió ở các tốc độ gió khác nhau để thấy được ảnh hưởng của tốc độ gió dao động điện áp hệ thống.
Hình 2.2 Đặc tính quan hệ giữa Cp và λ của Turbine gió
2.2.2 Đặc tính làm việc điển hình của Turbine gió Đối với một Turbine gió, khả năng phát điện thể hiện ở lượng công suất thu được có tính đến các giới hạn về kỹ thuật và kinh tế, được mô ta qua đồ thị công suất – vận tốc gió của Turbine Turbine chỉ hoạt động có hiệu quả trong vùng tốc độ gió nhất định, theo đồ thị thì từ VD đến VM.
Hình 2.3 Đồ thị công suất – vận tốc của Turbine gió
Dựa vào đồ thị, đặc tính làm việc của bất kì Turbine gió loại nào cũng có có 4 vùng, đó là:
• Vùng I: VD gọi là tốc độ bắt đầu khởi động của Turbine Ở vùng này, Turbine sẽ không quay và không tạo ra năng lượng điện do tốc độ gió trong không khí nhỏ hơn VD.
• Vùng II: Tốc độ gió nằm trong khoản khởi động của Turbine, Turbine gió bắt đầu phát công suất nhưng dưới giá trị định mức, đồ thị đang thể hiện giá trị công suất với hiệu suất lớn nhất nhờ bộ điều khiển dò bám công suất cực đại
• Vùng III: Trong vùng này, công suất của Turbine đã đạt giá trị định mức và không thay đổi bất kể khi tốc độ gió thay đổi trên mức VN Công suất phát của Turbine phụ thuộc vào tỉ lệ bậc ba của tốc độ gió, nhưng đến một tốc độ VN thì việc thay đổi tốc độ gió không còn có lợi cho giá trị công suất phát của Turbine vì nhiễu loạn giữa các cánh Do đó ở tốc độ này,
18 việc thay đổi các giá trị kích thước Turbine, sức bền cơ của cấu trúc… để tăng công suất của máy phát điện gió sẽ không bù được vào chi phí đầu tư, không mang lại lợi ích kinh tế.
• Vùng IV: Tốc độ gió VM là tốc độ tới hạn của Turbine gió, ở tốc độ này nếu vẫn hoạt động sẽ phá vỡ kết cấu của Turbine gió như: hỏng cánh quạt, hộp số… Mỗi Turbine gió đều được trang bị bộ hãm (Phanh), được dùng trong trường hợp dừng khẩn cấp để bảo trì bảo dưỡng hoặc tốc độ gió vượt quá giới hạn cho phép.
Năng lượng mặt trời và công suất phát
Điện mặt trời là nguồn năng lượng biến đổi quang năng thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn Có thể kết hợp với NLĐG tạo nguồn phát sơ cấp của hệ thống Microgrid sẽ mang lại tính cân bằng ổn định hệ thống, tận dụng có hiệu quả nguồn tài nguyên thiên nhiên khi NLĐG phát công suất lớn nhất vào ban đêm nhờ tốc độ gió vào ban đêm lớn hơn ban ngày, trong khi đó nguồn phát NLMT lại nhận công suất tối đa vào ban ngày ở thời điểm có nắng Đây là hai nguồn phát năng lượng sạch thích hợp ở nước ta vì khí hậu nhiệt đới gió mùa, chỉ tốn chi phí vốn đầu tư, nhưng không tốn chi phí nhiên liệu vận hành tạo ra điện năng như năng lượng hóa thạch
2.3.1 Công suất phát năng lượng mặt trời
Công suất của NLMT áp dụng trong luận văn được tính theo phương pháp công suất phát trên đơn vị diện tích:
Trong đó : Pref là công suất phát ra từ NLMT
APV là diện tích lắp đặt Pin mặt trời Ƞ là hiệu suất Pin mặt trời Hiệu suất của Pin 15-17% tại nhiệt độ
G là cường độ bức xạ ánh sáng mặt trời
Từ biểu thức 2.6 nhận thấy công suất phát của NLMT phụ thuộc vào cường độ sáng Do đó nguồn NLMT phát công suất thay đổi theo từng thời điểm trong ngày,
19 dao động nhanh trong hệ thống Microgrid nên ảnh hưởng đến chất lượng điện áp Mô hình luận văn có xét đến sự thay đổi cường độ sáng đến công suất phát của NLMT cũng như đến dao động điện áp hệ thống
2.3.2 Đặc tính làm việc của pin mặt trời
Pin mặt trời đơn thể phát ra điện áp và dòng điện rất nhỏ, một tấm Pin NLMT được tạo thành thông qua ghép các Pin đơn thể nối tiếp và song song với nhau để tạo ra công suất định mức tấm Pin lớn hơn, công suất của tấm Pin tỉ lệ với kích cở của nó Điện áp tấm Pin NLMT được tạo ra bằng cách ghép nối tiếp các Pin đơn thể và dòng điện được tạo ra từ việc mắc song song như hình 2.5
Hình 2.4 thể hiện là đặc tính I-V cũng như điểm hoạt động công suất cực đại của tấm Pin NLMT Điện áp hở mạch UOC là điện áp lớn nhất của tấm Pin xảy ra khi hở mạch và dòng điện ISC là dòng điện lớn nhất của tấm Pin phát ra tương ứng với trang thái ngắn mạch Thông qua hoạt động, tấm Pin NLMT chỉ tạo ra một điểm công suất tối đa (MPP)
Hình 2.4 Đặc tính làm việc I – V của pin NLMT
Hình 2.5 Sơ đồ tương đương một tấm pin NLMT
Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình dòng điện tấm Pin NLMT ra:
𝑅 𝑆ℎ (2.7) Trong đó: Iph : Dòng quang điện phát ra (khi không có tổn hao) (A/m 2 )
IS : Dòng bão hòa hoặc dòng rò của Diode (A/m 2 )
VPV : Điện áp ngõ ra của tấm Pin
IPV : dòng điện ngõ ra của tấm Pin
RS : điện trở nối tiếp của Pin
RSH : điện trở song song của Pin, giá trị này cực kỳ cao và nó thường bị bỏ qua khi phân tích PV n: Hệ số lý tưởng đặc trưng cho Diode
Vt : Điện áp nhiệt lớp tiếp giáp
𝑞 (2.8) K= 1.38×10 -23 J/ 0 K : Hằng số Boltzmann q= 1.6×10 -19 C : Độ lớn điện tích Electron
Công suất phát ra từ tấm pin PV được xác định:
Từ phương trình 2.8, 2.9, hệ thống PV có các đường đặc tính I-V phi tuyến tính Hai yếu tố chính ảnh hưởng đến công suất phát của NLMT là nhiệt độ và cường độ bức xạ
Dòng điện phát ra của tấm Pin NLMT Iph tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ do đó ta có đường đặc tính V – I thể hiện ở các mức cường độ bức xạ khác nhau được thể hiện trên hình 2.6
Hình 2.6 Công suất phát của Pin NLMT phụ thuộc vào cường độ bức xạ
Giá trị điện áp Voc phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường tác động lên tấm Pin Khi nhiệt độ càng thấp, điện áp của tấm Pin phát ra càng cao do đó đường đặc tính I-V của tấm Pin NLMT cũng phụ thuộc vào nhiệt độ được thể hiện ở hình 2.7
Hình 2.7 Công suất phát của Pin NLMT phụ thuộc vào nhiệt độ của pin
Qua phân tích, luôn tồn tại một điểm làm việc cực đại ở các điều kiện cường độ bức xạ và nhiệt độ khác nhau của tấm Pin Do đó cần có bộ điều khiển dò tìm điểm MPPT của hệ thống Pin NLMT để nâng cao hiệu quả sử dụng.
Hệ thống Pin lưu trữ (ESS)
Hệ thống Pin lưu trữ (ESS) sẽ thu năng lượng được tạo ra ở một thời điểm và được lưu trữ bởi Pin, bánh đà, và được lấy sử dụng khi cần Các nguồn năng lượng hóa thạch truyền thống thì quá trình sản xuất và tiêu thụ điện năng xảy ra đồng thời
Sự thay đổi đột ngột phụ tải tiêu thu gây mất ổn định hệ thống, mặt khác hệ thống phải đảm bảo độ dự trữ công suất tính ở thời điểm phụ tải cực đại Phụ tải càng ngày càng phát triển theo nhu cầu đời sống, tình hình phát triển kinh tế nên các nguồn năng lượng truyền thống sẽ đến lúc không đảm bảo đủ cung cấp cho phụ tải Với chức năng của hệ thống lưu trữ (ESS) sẽ giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng
Nguồn phát sơ cấp của hệ thống Microgrid chủ yếu từ nguồn NLTT nên công suất phát phụ thuộc nhiều vào tự nhiên, thay đổi liên tục làm ảnh hưởng đến điện áp và tần số của hệ thống Cùng với nhiệm vụ của hệ thống Microgrid phải đảm bảo luôn cấp điện cho phụ tải trong mọi trường hợp Hệ thống Pin lưu trữ (ESS) trong Microgrid sẽ giải quyết các vấn đề đó
Hiện nay, có rất nhiều loại Pin lưu trữ năng lượng khác nhau trên thị trường, nhưng Pin điện hóa Lithium luôn được sử dụng nhiều nhất, thuộc nhóm thiết bị lưu trữ có mật độ năng lượng cao, Pin được thương mại hóa từ 70-200 Wh/Kg và Pin
23 cũng có hiệu suất cao, lên đến 97% Nhược điểm của Pin là chu kỳ DoD (Deep of Dichange) có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của Pin, do đó cần phải có bộ điều khiển để quản lý quá trình nạp xả làm tăng chi phí chung
Hình 2.8 Mô hình tương đương của Pin Lithium
Từ mô hình tương đương của Pin, ta có phương trình:
𝑅 𝑖 = 𝑓(𝑖 𝐵𝑎𝑡𝑡 , 𝑆𝑜𝐶, 𝑇) (2.10) Trong đó: nb là số lượng Pin trong hệ thống
Eb là nguồn áp một Pin phát ra, thường sử dụng loại 3V iBatt là dòng điện chạy qua Pin
Ri là nội trở của Pin
Các thông số này phụ thuộc vào trạng thái sạc của Pin, dòng điện chạy qua Pin (Phụ thuộc vào phụ tải) và số Cell Pin trong một dãy làm thay đổi điện áp của Pin phát ra Giống với nguồn NLMT, Eb là điện áp hở mạch của Pin, điên áp này được tạo ra do quá trình lưu trữ năng lượng Giá trị nội trở của Pin Ri làm tổn thất hệ thống, do đó Pin càng hoạt động lâu năm hoặc ở trạng thái xả thì tổn thất càng lớn và ngược lại
Phương trình tính trạng thái sạc (SoC) % của Pin:
Trong đó: SoC(t) là trang thái sạc của Pin ở thời điểm t
SoC(0) là trạng thái sạc ban đầu của Pin
Ccap là tổng dung lượng Pin
24 Điện áp hở mạch của Pin được xác định qua các thực nghiệm, các đặc tính sạc xả của Pin và được biểu thị như sau:
+ 0.3201𝑆𝑜𝐶 3 (2.12) Dung lượng Pin Lithium được tính toán theo:
𝐶 𝑃𝑖𝑛 = 1,5.𝑃 𝑚𝑎𝑥 𝑡 𝑚𝑎𝑥 η 𝑉 𝑃𝑖𝑛 (2.13) Trong đó: Cpin là dung lượng của hệ thống Pin lưu trữ, tùy thuộc vào phụ tải hệ thống Pmax là công suất lớn nhất phụ tải, tmax là thời gian hoạt động lớn nhất của Pin ứng với công suất lớn nhất Pin phát ra VPin là điện áp của hệ thống Pin; η là hiệu suất (Pin Lithium có hiệu suất η =0,9)
Mô hình mô phỏng được thiết kế hệ thống ESS cấp cho 1,2 MVA phụ tải quan trọng, thời gian hoạt động 1h và điện áp hệ thống 1000 VDC Trong thời gian hoạt động hệ thống Microgrid ở chế độ độc lập sẽ có hỗ trợ công suất từ nguồn NLTT điện gió, điện mặt trời.
Bộ nghịch lưu
Nguồn DC từ NLTT điện gió, điện mặt trời, hệ thống Pin lưu trữ được chuyển sang AC thông qua bộ nghịch lưu nối lên thanh cái chung PCC cấp cho phụ tải AC
Bộ nghịch lưu có khả năng điều khiển CSTD (P) và CSPK (Q) phát ra thông qua điều khiển dòng điện và điện áp Để đơn giản hóa thì dòng điện và điện áp được chuyển sang hệ trục quay dq thông qua công thức biến đổi thuận Clark, Park giúp đáp ứng nhanh và điều khiển dễ dàng
Hình 2.9 Biến đổi Clarke và Park
Biến đổi Clarke và nghịch đảo Clarke điện áp được thể hiện biểu thức 2.14, 2.15, tương tự dùng công thức cho giá trị dòng điện Biến đổi Clarke chuyển đổi các đại lượng ba pha lên hai trục tĩnh αβ Khi hệ thống ba pha không cân bằng sẽ sinh ra giá trị V0
Sau khi qua biến đồi Clarke, ta tiếp tục thực hiện biến đổi Park, chuyển từ trục αβ sang dq theo biểu thức bên dưới Chuyển đổi này giúp biến đổi hai trục αβ đứng yên sang xoay đồng bộ với tần số tham chiếu Chuyển đổi Park và Clarke giúp khâu điều khiển được dễ dàng hơn qua hai thông số d,q
Giá trị CSTD (P) và CSPK (Q) được tính sau khi điều chế chuyển Clarke và Park:
Từ đây, ta có thể điều khiển kể cả CSTD và CSPK phát ra của bộ nghịch lưu
Có hai phương pháp: Điều khiển theo điện áp tham chiếu và điều khiển theo dòng điện tham chiếu Điều khiển bằng điện áp là tạo ra giá trị điện áp và góc pha ngõ ra bộ nghịch lưu theo giá trị mong muốn mà không phụ thuộc vào điện áp lưới Phương pháp này được dùng cho bộ nghịch lưu nguồn lưu trữ năng lượng ESS khi hệ thống Microgrid hoạt động ở chế độ độc lập Điều khiển dòng điện là tạo ra giá trị dòng điện mong muốn, còn điện áp hoạt động theo điện áp lưới Phương pháp này giúp điều khiển công suất phát ra từ bộ nghịch lưu theo giá trị mong muốn và được sử dụng cho các nguồn phát NLTT
2.5.1 Bộ nghịch lưu sử dụng cho năng lượng điện gió, năng lượng mặt trời: Để truyền toàn bộ công suất phát của NLĐG, NLMT vào lưới, công suất Pref tham chiếu đưa vào bộ nghịch lưu là công suất phát ra lớn nhất của năng lượng điện gió và mặt trời đã qua thuật toán điều khiển MPPT tương ứng với mức tốc độ gió và cường độ bức xạ ngoài môi trường, có thể được tính:
Pref của năng lượng gió được tính theo biểu thức 2.5 với Cp = (16/27) = 59,3%
Pref của năng lượng mặt trời được tính theo biểu thức 2.6
Qref được tính toán thông qua chọn 2 chế độ hoạt động của Inverter: Q mode, U mode
U mode là phương pháp điều khiển đơn giản: Sử dụng sai số giữa điện áp tham chiếu VRef với điện áp đo phản hồi về Vmeas và sử dụng sai số này gửi đến bộ PI controler Ngõ ra PI controller là QRef có thể điều chỉnh CSPK để duy trì điện áp ở giá trị tham chiếu
Q mode là phương pháp sử dụng thông số đầu vào là công suất phản kháng Khác với U mode, Q mode sử dụng sai số giữa QRef tham chiếu và Qmeas đo lường phản hồi về sau đó qua bộ PI controller Thông số đầu ra QRef có thể điều chỉnh CSPK phát ra ở mức mong muốn QRef đặt vào Thông thường, năng lượng tái tạo RES sẽ cung cấp ở điểm công suất tác dụng tối đa MPPT Vì vậy, công suất phản pháng cung cấp thường nhỏ nhất và đặt ở giá trị 0
Từ thông số PRef và QRef, ta tính được thông số Id_ref và Iq_ref đưa vào bộ điều khiển inverter:
Hình 2.12 Chi tiết hoạt động của bộ điều khiển Điện áp tham chiếu được tính:
Tín hiệu điều khiển biến tần md và mq được xác định theo biểu thức:
Sau khi điều chế được giá trị md, mq từ CSTD (PRef) và CSPK (QRef) tham chiếu Giá trị này sẽ qua bộ biến đổi nghịch Clarke và Park để chuyển về các giá trị điện áp, dòng điện ba pha phát ra của bộ nghịch lưu
2.5.2 Bộ nghịch lưu sử dụng cho ESS:
Hệ thống Microgrid có thể hoạt động ở chế độ hòa đồng bộ nối lưới và hoạt động ở chế độ độc lập với phụ tải Hệ thống ESS nhằm giữ ổn định tần số, điện áp cũng như nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấp điện Vì vậy bộ nghịch lưu chuyển đổi điện áp một chiều Vdc của Pin sang điện áp xoay chiều Vac hòa với lưới phải đáp ứng chuyển đổi linh hoạt giữa hai chế độ này Ở chế độ hoạt động kết nối hòa với lưới điện chính, điện áp và tần số hoạt động của hệ thống phụ thuộc vào nguồn lưới, do đó Inverter hoạt động ở chế độ Grid – Following inverters (GFLIs) còn gọi chế độ điều khiển dòng điện Ở chế độ hoạt động độc lập, cắt nguồn lưới khỏi hệ thống, lúc này biến tần hoạt động như bộ điều chỉnh điện áp, tần số để tạo thành lưới điện cục bộ cung cấp cho tải Chế độ Grid – Forming inverters (GFMIs) còn gọi là chế độ điều khiển điện áp được sử dụng
Hình 2.13 Chế độ Grid – Following
Từ điểm điều khiển, Chế độ GFLIs có thể xem như một nguồn dòng nối với trở kháng lớn mắc song song Vì vậy điện áp phát ra từ Inverter phụ thuộc vào điện áp, góc pha lưới tại vị trí PCC và điều chế để hòa lưới CSTD và CSPK phát ra từ GFLIs được điều khiển bởi dòng Id, Iq Trái ngược với GFLIs, GFMIs có thể xem như một
30 nguồn phát điện áp mắc nối tiếp với một trở kháng thấp GFMIs không đo lường Vpcc từ lưới nhằm mục hòa và thay vào đó Inverter sẽ tự động điều chỉnh Vpcc Vì vậy GFMIs có thể hoạt động một cách độc lập, như một nguồn phát cho tải mà không phụ thuộc vào lưới
Hình 2.14 Chế độ Grid – Forming Ở trạng thái hoạt động ổn định, tùy thuộc vào cấu trúc, điều kiện kết nối giữa lưới và bộ nghịch lưu, Cả hai phương pháp GFLIs và GFMIs đều có thể phát CSTD và CSPK vào lưới
Phương pháp điều khiển GFLIs giống với bộ nghịch lưu dùng cho RESs CSTD và CSPK tham chiếu Pref, Qref được đưa vào, và điều chế ra thông số md, mq điều khiển bộ nghịch lưu phát ra với công suất mong muốn Ở chế độ này, ta có thể điều khiển công suất phát của hệ thống ESS như phát ở giờ cao điểm (giá điện cao), và sạc ở giờ thấp điểm (giá điện thấp) giúp mang lại hiệu quả về kinh tế
Phương pháp điều khiển GFMIs: Điều chế ra điện áp, tần số, góc pha mong muốn So sánh điện áp tham chiếu đặt vào với điện áp đo được tại PCC và qua bộ PI
Hình 2.15 Phương pháp điều khiển chế độ GFMIs
Giá trị CSTD và CSPK phát ra từ Inverter ở chế độ GFMIs:
Hình 2.16 Mô hình GFMIs kết nối lưới
Máy phát đồng bộ diesel
Hệ thống Microgrid hoạt động ở chế độ độc lập, máy phát điện Diesel là nguồn phát chủ đạo để duy trì quán tính quay của hệ thống khi trạng thái Pin trong hệ thống ESS hết năng lượng dự phòng Hoạt động của máy phát đồng bộ Diesel được điều khiển bởi trạng thái sạc SoC của hệ thống ESS Cụ thể, khi SoC dưới 30% (SoC0 máy phát thiếu kích từ và nhận CSPK từ lưới, khi Q Qt điện áp nút tăng lên và QF < Qt điện áp nút tải U sẽ giảm xuống Khi có sự cố phải cắt đột ngột nguồn phát điện gió hoặc điện mặt trời hay tăng công suất phụ tải dẫn đến thay đổi thay đổi công suất nguồn phát (dao động bé), điện áp U sẽ dao động tắt dần về điểm cân bằng mới nhờ hệ thống ESS điều chỉnh công suất phát nhưng thời gian đáp ứng chậm dẫn đến khả năng hồi phục điện áp nút tải U chậm Do đó, hệ thống DVR được gắn nối tiếp với phụ tải
BỘ KHÔI PHỤC ĐIỆN ÁP (DVR) VÀ ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG MICROGRID
Bộ khôi phục điện áp DVR
DVR (Dynamic Voltage Restorer) còn gọi là bộ khôi phục điện áp động, là thiết bị được tạo ra với vai trò chủ yếu để bù lõm/dâng điện áp DVR được lắp đặt trước phụ tải và nối tiếp với nguồn phát, khi điện áp nguồn phát bị biến động (Ảnh hưởng từ nguồn phát năng lượng tái tạo, thay đổi chế độ vận hành…) nhưng qua hệ thống DVR sẽ giữ điện áp tải luôn ở giá trị đặt trước Những ưu điểm của DVR khi lắp đặt trong hệ thống Microgrid:
• Hệ thống Microgrid rất dễ bị dao động điện áp vì nguồn phát sơ cấp của hệ thống là nguồn năng lượng tái tạo nên lắp đặt bộ DVR giữ ổn định điện áp giúp phụ tải hoạt động an toàn rất phù hợp
• Bù lõm/dâng điện áp có thể hỗ trợ ở ba pha cùng thời điểm, thời gian đáp ứng nhanh, linh hoạt
• DVR sử dụng năng lượng từ Pin lưu trữ để hoạt động bù cho hệ thống, giúp giữ ổn định Trong hệ thống Microgrid có hệ thống ESS để điều tiết hoạt động của nguồn phát NLTT và nguồn lưới Nên DVR có thể tận dụng Pin lưu trữ có sẵn trong ESS
4.1.1 Nguyên lý hoạt động của DVR Ở hình 4.1 biểu thị sơ đồ hệ thống Microgrid bao gồm: Hệ thống ESS, nguồn phát NLĐG, nguồn phát NLMT và hệ thống máy phát Diesel kết nối với lưới tại điểm chung PCC Tải được giữ ổn định điện áp bởi mắc nối tiếp với hệ thống DVR
Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống Microgrid
Tại nút PCC kết nối hệ thống Microgrid và lưới truyền tải, sẽ xảy ra vô số các kích động ảnh hưởng đến chất lượng điện áp nhưng ta chỉ xét khi xảy ra sự cố chập trong hệ thống vì điện áp lúc này lõm xuống mức thấp nhất Giả sử hệ thống ngắn mạch ba pha chạm đất (ngắn mạch gây nguy hiểm nhất trong hệ thống) tại điểm FAULT phía nguồn phát điện mặt trời, điện áp tại FAULT bị giảm xuống 0V ở cả ba pha Dao động này làm cắt nguồn lưới ra, Microgrid chuyển sang chế độ hoạt động tách lưới làm điện áp tại nhánh tải bị ảnh hưởng lõm xuống (thông thường từ 40-60% giá trị định mức) Nếu phụ tải hoạt động ở mức điện áp này sẽ làm hư hỏng hoặc khi sự cố cắt tải ra để tránh ảnh hưởng thì gây mất điện phụ tải quan trọng làm thiệt hại nặng về kinh tế Để đảm bảo cho tải tiếp tục hoạt động và dao động điện áp luôn nằm
50 trong giới hạn cho phép, ta lắp đặt DVR nối tiếp với phụ tải DVR có khả năng tự động phát hiện dao động điện áp từ nguồn nhờ thiết bị đo lường (biến điện áp và biến dòng điện) và sau đó tạo ra một lượng điện áp đưa vào lưới tùy vào công suất DVR được thiết kế giúp tải luôn hoạt động với điện áp định mức đặt trước
Hình 4.2 mô tả đơn giản hóa hệ thống gồm nguồn lưới, bộ DVR và phụ tải DVR được thiết kế bù một điện áp Uinj vào lưới Ở đây DVR có thể là xem như một nguồn áp Uinj có thể điều chỉnh được tùy theo giải thuật điều khiển bộ nghịch lưu
Hình 4.2 Nguyên tắc hoạt động của DVR
Từ sơ đồ hệ thống ta vẽ đồ thị vector (độ lớn và góc pha) gồm các giá trị điện áp tải nhận được, điện áp lưới phát ra và điện áp chèn vào của DVR khi xảy ra sụt áp như hình 4.3
Giả sử, xảy ra hiện tượng lõm điện áp nguồn cung cấp đến tải với độ lớn và góc pha đã được xác định theo hình 4.3 là vector Ug UL là giá trị đặt, mong muốn phụ tải luôn luôn hoạt động ở mức điện áp này Để phụ tải luôn hoạt động ở giá trị đó thì DVR sẽ tính toán điều khiển bộ nghịch lưu phát ra một vector điện áp Uinj phù hợp để chèn vào lưới Vì bộ DVR được mắc nối tiếp với nguồn và phụ tải nên điện áp trên tải sau khi được hiệu chỉnh sẽ là:
Hình 4.3 Đồ thị vector thể hiện nguyên lý của DVR
Trong quá trình tính toán bù điện áp để khôi phục điện áp cấp cho tải về giá trị đặt trước thì DVR chèn vào cả CSTD và CSPK Công suất của DVR chèn vào phụ thuộc vào công suất của bộ lưu trữ năng lượng Giả sử giá trị điện áp và dòng điện tham chiếu đặt vào bằng 1Pu, DVR sẽ phát vào một lượng công suất:
Công suất tải tiêu thụ:
Từ đó, CSTD và CSPK được chèn vào:
4.1.2 Thành phần cấu trúc của DVR
Thành phần cấu trúc nên hệ thống DVR bao gồm MBA nối tiếp (ba máy biến áp một pha), bộ lưu trữ năng lượng, bộ lọc đầu ra, bộ nghịch lưu, được trình bày như hình 4.4
Hình 4.4 Các thành phần chính của DVR
MBA nối tiếp: Điện áp đầu ra bộ nghịch lưu có giá trị lớn hơn điện áp hệ thống tải hoạt động, sử dụng ba máy biến áp một pha để biến đổi điện áp bộ nghịch lưu về giá trị điện áp mong muốn có thể bù cho hệ thống tải Ba máy biến áp một pha được kết nối theo kiểu sao để có thể bơm cả điện áp thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không vào hệ thống
Bộ lọc tần số chuyển mạch: Bộ nghịch lưu chuyển đổi điện áp một chiều của nguồn Pin lưu trữ về dạng điện áp xoay chiều AC sẽ sinh ra sóng hài do các khóa chuyển mạch Sóng hài gây ảnh hưởng đến hoạt động của máy biến áp nên sử dụng bộ lọc tần số để triệt tiêu sóng hài của bộ nghịch lưu
Bộ nghịch lưu: Thường sử bộ nghịch lưu ba pha gồm các linh kiện điện tử công suất có khả năng đóng cắt nhanh như transistor IGBT, Thyristor hoặc GTO Đây là phần quan trọng nhất của bộ DVR, vì điện áp bộ nghịch lưu được điều chế cả biên độ, góc pha phù hợp để bù lõm từ điện áp nguồn phát
DC-link và Pin lư trữ: Pin lưu trữ tận dụng từ hệ thống ESS được lưu trữ dưới dạng điện áp DC Công suất của bộ lưu trữ quyết định công suất của bộ DVR
Thiết kế các thành phần DVR
4.2.1 Chọn công suất của DVR:
Chọn DVR có thể bù cho hiện tượng lượng lõm điện áp hệ thống đến 50% Do đó hệ số suy giảm:
𝑈 𝑟𝑎𝑡𝑒𝑑 = 0,5 (4.14) Vậy theo (4.14) công suất của DVR giữ ổn định cho phụ tải 1200kVA được xác định:
Khi thiết kế hệ thống DVR cần xét đến các thông số: khả năng chèn điện áp, khả năng điều chỉnh dòng điện và công suất bộ lưu trữ năng lượng
Thông số đầu tiên được xét đến là khả năng chèn điện áp, tính theo biểu thức:
𝑈 𝑆𝑢𝑝𝑝𝑙𝑦 100% (4.15) Khi bộ DVR hoạt động sẽ gây tổn thất trong MBA, bộ lọc, bộ nghịch lưu Nên chú ý khi thiết kế thông số này sẽ chọn thấp giá trị mong muốn để giảm tổn thất Luận văn sử dụng DVR bù 50% giá trị điện áp lõm, nhưng khi thiết kế sẽ chọn giá trị này là 45%
Khả năng điều chỉnh dòng điện được tính:
𝐼 𝑙𝑜𝑎𝑑 100% (4.16) Công suất tiêu thụ khi lõm điện áp xảy ra trong một khoản thời gian có thể tính:
𝐸 𝐷𝑉𝑅% = √3|𝑈 𝑆𝑢𝑝𝑝𝑙𝑦,𝑃𝑟𝑒 − 𝑈 𝑆𝑎𝑔 ||𝐼 𝐿𝑜𝑎𝑑 | cos(𝜃 𝐿𝑜𝑎𝑑 )𝑡 𝑠𝑎𝑔 (4.17) Trong đó: Tsag là thời gian dao động lõm điện áp
Usag là điện áp nguồn phát bị sụt áp
Usupply,Pre là điện áp đặt, giá trị mong muốn cho phụ tải hoạt động
4.2.2 Thiết kế máy biến áp nối tiếp
Hệ thống DVR khi hoạt động hết công suất thì điện áp thêm vào lưới sẽ là gá trị lớn nhất, chon hệ số suy giảm 50% Khi đó, khả năng điều chỉnh điện áp của DVR là
45% thấp hợn hệ số suy giảm để giảm tổn thất Do đó, điện áp danh định của DVR bù lõm cho lưới:
Trong đó Us là điện áp đặt, thường giá trị định mức của phụ tải hoạt động Cuộn dây nối trực tiếp với lưới của MBA phải có khả năng chịu được dòng điện hoạt động của toàn bộ của tải vì mắc nối tiếp Do đó, dòng định mức phía sơ cấp của MBA bằng dòng định mức của tải Ilđm
√3 380 = 1,823(𝑘𝐴) Xác định công suất danh định của MBA:
𝑆 𝑑𝑚𝑀𝐵𝐴 = 𝐾 𝑞𝑡 𝑈 đ𝑚1 𝐼 đ𝑚1 = 1,1.171.1,823 = 342,9𝑘𝑉𝐴 Chọn 3 MBA 1 pha công suất 350kVA
Hệ số này có thể xác định dựa trên tỉ số giá trị điện áp sơ cấp của DVR thiết kế và giá trị điện áp lớn nhất mà bộ nghịch lưu VSC phát ra Hệ số này có thể xác định:
Bộ biến đổi được thiết kế với công suất 600kVA, giống với bộ nghịch lưu điều khiển hệ thống RES Điện áp ngõ ra được tính:
Do đó hệ số máy biến áp được chọn:
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG
Giới thiệu hệ thống Microgrid
Hệ thống Microgrid nghiên cứu gồm:
Nguồn phát NLTT: NLĐG có công suất 500 kVA Nối với lưới thông qua bộ nghịch lưu toàn phần
Nguồn phát NLTT: NLMT có công suất 250 kVA Nối với lưới thông qua bộ nghịch lưu toàn phần
Năng lượng ESS: Hệ thống pin có công suất 1.6 MVA Nối với lưới thông qua bộ nghịch lưu toàn phần, chế độ hoạt động theo lưới khi hệ thống Microgrid hòa lưới, và hoạt động theo chế độ là nút Swing khi lưới bị sự cố hoặc cắt khỏi hệ thống Microgrid
Hệ thống DG: Máy phát Diesel có công suất 2 MVA Hệ thống DG hoạt động khi nguồn lưới mất và hệ thống Pin bị sự cố hoặc có hệ số SoS giảm dưới 30%, DG khởi động để nạp cho hệ thống Pin và cung cấp cho tải
Hệ thống tải gồm 3 loại tải: Tải quan trọng không thể mất nguồn cung cấp khi hệ thống mất ổn định hoặc sự cố, có công suất 700kVA Tải không quan trọng sẽ cắt ra khỏi hệ thống khi mất lưới có công suất 480kVA Phụ tải có thể thay đổi công suất dùng để mô phỏng công suất tiêu thụ tải phụ thuộc vào giờ cao điểm
Hệ thống DVR: Hoạt động với công suất 600kVA, giữ ổn định điện áp cho phụ tải
Ngoài các thành phần chính của hệ thống Hệ thống Microgrid gồm đường dây, máy biến áp, bộ điều khiển hệ thống Microgrid
Luận văn mô phỏng các trường hợp ảnh hưởng của nguồn phát NLTT trong hệ thống Microgrid Từ đó so sánh kết quả trước và sau khi có thiết bị DVR khôi phục điện áp bằng phần mềm Typhoon HIL Mô hình mô phỏng thu gọn được thể hiện như hình 5.1 và hình ảnh toàn mô hình mô phỏng thể hiện trong phần mềm Typhoon HIL ở phụ lục 1
Hình 5.1 Mô hình mô phỏng thu gọn hệ thống
Kết quả mô phỏng
Luận văn mô phỏng so sánh điện áp tại nút tải (ở giá trị cơ bản 1PU80V) bị dao động do thay đổi chế độ vận hành Microgrid, thay đổi công suất phát từ nguồn NLTT, ngắn mạch ba pha… được thể hiện qua giá trị Voltage Grid (Màu đỏ) và giá trị điện áp sau khi gắn bộ DVR (Dynamic Voltage Restorer) vào hệ thống thì điện áp cung cấp cho tải được giữ ổn định sau những dao động Kết quả mô phỏng điện áp cung cấp cho tải sau khi qua DVR được thể hiện qua giá trị điện áp Voltage Load (Màu xanh)
Các kết quả mô phỏng được thể hiện qua các trường hợp dao động hệ thống sau:
5.2.1 Khi hệ thống hoạt động: Nguồn lưới cấp trực tiếp cho tải
Trạng thái: NLMT, NLĐG, bộ lưu trữ năng lượng chưa hoạt động, nguồn lưới cấp trực tiếp cho phụ tải 700kVA, điện áp tại nút tải sụt giảm (0.987Pu) do sụt áp đường dây và tổn hao công suất từ hệ thống Microgrid khi chưa hòa vào lưới Điện
60 áp cấp cho tải được hồi phục bù vào lõm điện áp do sụt áp đường dây qua bộ khôi phục điện áp DVR, được thể hiện qua đường màu xanh hình bên dưới:
Hình 5.2 Hệ thống DVR khôi phục điện áp lõm khi đóng nguồn lưới vào
5.2.2 Khi đóng năng lượng điện gió vào:
Hình 5.3 Khi đóng nguồn điện gió vào lưới
Sau khi phụ tải được cung cấp trực tiếp từ nguồn lưới, thực hiện bước tiếp theo đóng các nguồn phát DERs, đóng nguồn năng lượng điện gió vào (tốc độ gió ở mức 10m/s) Việc đóng NLĐG đặt gần phụ tải giúp giảm công suất nhận từ lưới làm giảm sụt áp đến tải và điện áp cung cấp cho tải tăng lên từ 0.9829Pu đến 0.9929Pu (so với lúc chưa đóng nguồn NLĐG) Qua hệ thống DVR, điện áp cấp cho tải vẫn giữ ổn định sau những dao động nhỏ
5.2.3 Khi đóng NLMT vào lưới:
Hình 5.4 Khi đóng NLMT vào lưới
Ta thực hiện tiếp tục đóng các nguồn phát DERs trong hệ thống Microgrid cụ thể đóng nguồn phát NLMT vào hệ thống (cường độ bức xạ 700W/m 2 ) Khi vừa đóng NLMT vào xảy ra hiện tượng sụt giảm lõm điện áp do nhận CSTD và CSPK từ lưới, sau khi ổn định công suất điện mặt trời sẽ phát vào lưới sẽ làm giảm sụt áp, điện áp tăng lên ở nút tải (thể hiện đường màu đỏ giá trị Pu) Qua hệ thống DVR, điện áp cấp cho tải vẫn giữ ổn định (thể hiện đường màu xanh giá trị Pu)
5.2.4 Ảnh hưởng của tốc độ gió đến hệ thống:
Hình 5.5 Dao động điện áp lưới khi tốc độ gió thay đổi
Sau khi đóng các nguồn phát DERs vào hệ thống Microgrid, ta xét các dao động nhỏ từ việc thay đổi tốc độ gió dẫn đến công suất phát của năng lượng điện gió thay đổi, gây dao động điện áp cấp cho tải cụ thể khi tốc độ gió Vm/s thì điện áp tải ở mức 0.99Pu, khi tốc độ gió tăng Vm/s thì công suất phát của NLĐG tăng làm điện áp nút tải tăng lên ở mức 1.01Pu, ta thực hiên giảm tốc độ gió ở mức 7m/s thì công suất phát của NLĐG giảm làm điện áp nút tải giảm ở mức 0.98Pu Sau những
64 dao động nhỏ đó nhưng qua hệ thống DVR, điện áp tải vẫn giữ ổn định ở mức 1Pu (thể hiện đường màu xanh)
5.2.5 Ảnh hưởng cường độ bức xạ mặt trời đến hệ thống:
Hình 5.6 Ảnh hưởng của bức xạ mặt trời đến điện áp lưới
Tiếp theo, ta thực hiện dao động điện áp thông qua thay đổi cường độ bức xạ mặt trời (từ 700W/m 2 tăng lên 1200W/m 2 và giảm xuống mức 300W/m 2 ) dẫn đến thay đổi công suất phát của NLMT Sau khi mô phỏng trường hợp này làm xảy ra dao động điện áp nhưng giá trị nhỏ vì tổng công suất phát của điện mặt trời không đáng kể so với công suất tải tiêu thụ, ít ảnh hưởng đến hệ thống (đường màu đỏ) Khi qua hệ thống DVR, điện áp cấp cho tải được giữa ổn định
5.2.6 Khi đóng tải không quan trọng vào lưới:
Hình 5.7 Khi đóng tải nặng vào lưới
Sau khi đóng các nguồn phát DERs, và ESS vào hệ thống, Điện áp tải được phục hồi giữ mức 0.9987Pu Ta thực hiện đóng thêm phụ tải công suất 480kVA vào hệ thống Khi đóng thêm tải vào xảy ra hiện tượng điện áp tải sụt giảm sâu xuống giá trị 0.9676Pu (thể hiện qua đường màu đỏ) do sụt áp qua đường dây truyển tải, nhận thêm công suất từ nguồn lưới Khi qua hệ thống DVR, điện áp cung cấp cho tải vẫn giữ mức ổn định ở mức 1Pu không xảy ra hiện tượng dao động (thể hiện qua đường màu xanh)
Hình 5.8 Khi mất nguồn lưới
Khi mất nguồn lưới, hệ thống ESS chuyển từ chế độ Grid-following sang Grid- forming, bộ điều khiển sẽ cắt tải nặng 480kVA ra khỏi hệ thống, hệ thống chỉ hoạt động với tải quan trọng 700kVA Quá trình chuyển đổi chế độ gây mất ổn định điện áp hệ thống, sụt giảm điện áp đáng kể từ 0.9677Pu xuống 0.8937 Pu Sau đó được hồi phục bởi hệ thống ESS (hoạt động ở chế độ Grid-forming) ở mức 1Pu nhưng thời gian đáp ứng chậm (thể hiện qua đường màu đỏ) Khi qua hệ thống DVR, điện áp cấp cho tải vẫn giữ ổn định trong quá trình vận hành ở mức 1Pu (thể hiện qua đường màu xanh)
5.2.7.1 Khi nguồn năng lượng mặt trời bị gián đoạn, hoặc vào ban đêm không phát công suất vào hệ thống Microgrid:
Hình 5.9 Khi mất nguồn lưới và mất nguồn phát NLMT
Khi hệ thống đã mất nguồn lưới và điện áp tải được điều tiết bởi hệ thống ESS hoạt động ở mức 1Pu, nhưng vào buổi đêm cường độ bức xạ bằng không hoặc hệ thống NLMT gián đoạn gây cắt NLMT ra khỏi hệ thống Microgrid Khi đó điện áp cấp cho tải sụt giảm xuống mức 0.95Pu, nhưng được hồi phục chậm bởi hệ thống ESS, đồ thị tăng dầng theo thời gian thể hiện qua đường màu đỏ Khi qua bộ DVR, giúp bù điện áp vào hệ thống nhanh chóng, không gây dao động bởi các tác động, luôn giữ điện áp cho tải hoạt động ở giá trị định mức 1Pu
5.2.7.2 Khi trạng thái Pin SoS