Luận văn thạc sĩ Quản lý năng lượng: Phân tích đánh giá ổn định động của hệ thống điện khi có tác động của nguồn năng lượng điện gió

-

ĈҺNG THӎ CҬM HӖNG

3+Æ17Ë&+ĈÈ1+*,ÈӘ1Ĉӎ1+ĈӜNG CӪA Hӊ THӔ1*Ĉ,ӊN KHI CÓ 7È&ĈӜNG CӪA NGUӖ11Ă1*/ѬӦ1*Ĉ,ӊN GIÓ

DYNAMIC STABILITY ASSESSMENT OF POWER SYSTEM WITH THE IMPACTS OF WIND ENERGY

Chuyên ngành: QuҧQOêQăQJOѭӧng Mã sӕ: 8510602

LUҰ19Ă1THҤ&6Ƭ

&Ð1*75Î1+ĈѬӦC HOÀN THÀNH TҤI 75ѬӠ1*ĈҤI HӐC BÁCH KHOA ± Ĉ+4*-HCM

Cán bӝ Kѭӟng dүn khoa hӑc: PGS TS Võ NgӑFĈLӅu

Cán bӝ chҩm nhұn xét 1: TS HuǤnh Quang Minh

Cán bӝ chҩm nhұn xét 2: PGS TS HuǤnh Chung Duy

LuұQ YăQ WKҥF Vƭ ÿѭӧc bҧo vӋ tҥL 7UѭӡQJ Ĉҥi hӑF %iFK KRD Ĉ+4* 7S +&0 ngày 23 tháng 01 QăP2021

Thành phҫn HӝLÿӗQJÿiQKJLiOXұQYăQWKҥFVƭJӗm:

1 Chӫ tӏch: PGS TS Phan Thӏ Thanh Bình 2 Phҧn biӋn 1: TS HuǤnh Quang Minh

3 Phҧn biӋn 2: PGS TS HuǤnh Chung Duy 4 Uӹ viên: 76'ѭѫQJ7KDQK/RQJ 5 7KѭNê TS NguyӉn Ngӑc Phúc DiӉm

Xác nhұn cӫa Chӫ tӏch HӝL ÿӗQJ ÿiQK JLi /9 Yj 7Uѭӣng Khoa quҧn lý chuyên ngành sau khi luұQYăQÿmÿѭӧc sӱa chӳa (nӃu có)

I 7Ç1Ĉӄ7¬,

3KkQWtFKÿiQKJLiәQÿӏQKÿӝQJFӫDKӋWKӕQJÿLӋQNKLFyWiFÿӝQJFӫDQJXӗQQăQJOѭӧQJÿLӋQJLy(Dynamic stability assessment of power system with the impacts of wind energy)

II 1+,ӊ09Ө9¬1Ӝ,'81*

7uPKLӇXOêWKX\ӃWYӅFiFNKiLQLӋPYjQJX\rQWҳF KRҥWÿӝQJ FӫDWXDELQJLyWuPKLӇXFiFP{KuQKKӋWKӕQJQăQJOѭӧQJÿLӋQJLyQӕLOѭӟLWuPKLӇXFiF\rXFҫXYjWLrXFKXҭQOѭӟLÿLӋQÿӇWKӵFKLӋQNӃWQӕLPӝWQKjPi\ÿLӋQJLyYjRKӋWKӕQJ ÿLӋQ

6ӱGөQJSKҫQPӅPPSS/E (Power System Similator for Engineering) ÿӇWtQKWoán әQÿӏQKÿӝQJ khi KӋWKӕQJÿLӋQKҩSWKө PӝWOѭӧQJOӟQF{QJVXҩWWӯFiFQJXӗQÿLӋQJLy

LӠI CҦ0Ѫ1

%iFK.KRDOjQѫLÿmcho tôi nӅn tҧng kiӃn thӭc cùng nhӳQJFѫKӝLTXêEiXÿӇ hӑc tұp và làm viӋFWURQJOƭQKYӵc hӋ thӕQJÿLӋn Tӯ nhӳQJWKiQJQJj\FzQOjVLQKYLrQFKRÿӃn khi sҳSKRjQWKjQKFKѭѫQJWUuQKFDRKӑFW{LÿmUҩt may mҳn khi luôn nhұQÿѭӧc sӵ TXDQWkPJL~Sÿӥ tӯ nhӳQJQJѭӡi Thҫ\QJѭӡi Cô tұn tâm ӣ QJ{LWUѭӡQJQj\ĈyFNJQJFKtQKOjÿLӅu khiӃn tôi trân quý và tӵ hào nhҩWFKRÿӃn bây giӡ Nhӳng kiӃn thӭc, nhӳng sӵ JL~Sÿӥ tұn tình tӯ các Thҫy Cô chính là hành trang giúp tôi tӵ tin vӳQJEѭӟc trong công viӋc sau này

Vӟi lòng biӃWѫQVkXVҳc nhҩt, tôi xin gӱi lӡi cҧPѫQÿӃn quý Thҫy Cô giҧQJYLrQ7Uѭӡng Ĉҥi hӑF%iFK.KRD73+&0ÿһc biӋt là các Thҫy Cô Bӝ môn HӋ thӕQJÿLӋn, Khoa ĈLӋn - ĈLӋn tӱ ÿmWUX\ӅQÿҥt cho tôi nhӳng kiӃn thӭFFKX\rQP{QFNJQJQKѭNLQKQJKLӋm thӵc tiӉn quý báu trong suӕWFKѭѫQJWUuQK&DRKӑc tҥLWUѭӡng Nhӳng kiӃn thӭc chuyên sâu vӅ kӻ thuұWFNJQJQKѭQKӳng kiӃn thӭc mӟi giao thoa giӳa kӻ thuұt và kinh tӃ ÿmJL~Stôi mӣ rӝQJWѭGX\YjGҫn khҳc phөFÿѭӧc nhiӅu thiӃu sót trong hӑc tұp, nghiên cӭu và trong công viӋF7{LFNJQJ[LQJӱi lӡi cҧPѫQÿһc biӋWÿӃQQJѭӡLÿmViQJOұp ra ngành QuҧQ/ê1ăQJ/ѭӧQJFKѭѫQJWUuQKKӑFÿmEә trӧ cho tôi rҩt nhiӅu kiӃn thӭc mӟi mҿ và thú vӏ, giúp tôi có nhӳng cái nhìn rӝng mӣ KѫQFyÿѭӧc tҫPQKuQYjÿӏQKKѭӟng WURQJFiFQJjQKQăQJOѭӧng trên thӃ giӟi nói chung và ViӋW1DPQyLULrQJĈk\FNJQJchính nguӗn cҧm hӭQJJL~SW{LKuQKWKjQKêWѭӣng, quyӃWÿӏnh nghiên cӭXYjÿѭDQKӳng êWѭӣng này vào luұQYăQFӫa mình

Ĉһc biӋt, tôi xin gӱi lӡi cҧPѫQFKkQWKjQKQKҩWÿӃn PGS TS Võ NgӑFĈLӅXQJѭӡLÿmtұQWuQKKѭӟng dүQJL~Sÿӥ tôi tӯ nhӳQJEѭӟFÿҫXWLrQKuQKWKjQKÿӅ FѭѫQJFKRÿӃn suӕt quá trình thӵc hiӋn luұQYăQWӕt nghiӋp Xin chân thành cҧPѫQÿӃQ3KzQJ1ăQJ/ѭӧng, Trung tâm 1ăQJ/ѭӧng Tái Tҥo, Công ty Cә phҫQWѭYҩn xây dӵQJĈLӋn 5 3(&& ÿmOX{QWҥo mӑLÿLӅu kiӋn tӕt nhҩt cho tôi trong suӕt quá trình hӑc tұp và nghiên cӭX7{LFNJQJ[LQJӱi lӡi cҧPѫQÿӃn nhӳQJQJѭӡi Thҫ\QJѭӡi bҥQÿmWUX\Ӆn cҧm hӭng, hӛ trӧ tôi vӅ kiӃn thӭc, vӅ sӕ liӋu tӯ nhӳng dӵ án thӵc tӃ lүn thӡLJLDQÿӇ Kѭӟng dүn tôi trong viӋc nghiên cӭu vӅ QăQJOѭӧQJÿLӋQJLyÿӇ tôi có thӇ hoàn thành tӕt bài luұn này Xin gӱi lӡi cҧPѫQÿӃQJLDÿuQK0ҽ tôi và các bҥQÿmOX{QErQFҥQKJL~Sÿӥÿӗng hành cùng tôi trong quá trình thӵc hiӋn luұQYăQYjWURQJVXӕt quãng thӡLJLDQWѭѫLÿҽp nhҩt trên ghӃ giҧQJÿѭӡng

Sau cùng tôi xin kính chúc quý Thҫ\&{WUjQÿҫy sӭc khӓe, niӅm vui và thành công trong công tác nghiên cӭu và giҧng dҥy

73+&0QJj\WKiQJQăP

H͕c viên th͹c hi͏n

Ĉһng Thӏ Cҭm Hӗng

TÓM TҲT LUҰ19Ă17+Ҥ&6Ƭ

Phát triӇQQăQJOѭӧng tái tҥo có thӇ giúp cho các quӕc gia WURQJÿyFy9LӋt Nam ÿҥt ÿѭӧc các mөc tiêu phát triӇn bӅn vӳng bҵng viӋc cung cҩp khҧ QăQJWLӃp cұQQăQJOѭӧng sҥch, an toàn và tin cұy vӟi giá cҧ phҧLFKăQJ1ăQJOѭӧng tái tҥRÿmWUӣ WKjQK[XKѭӟng, chiӃm phҫn lӟn công suҩt bә sung trong nguӗn sҧn xuҩWÿLӋn nhӳQJQăPJҫQÿk\ Cùng vӟi xu thӃ phát triӇn trên thӃ giӟi và sӵ quyӃt tâm cӫa Chính phӫQJjQKQăQJOѭӧng ViӋW1DPÿDQJFyVӵ chuyӇn dӏch nhanh chóng vӟi sӵ WăQJWUѭӣQJYѭӧt trӝi cӫDQăQJOѭӧng tái tҥRWURQJFѫFҩu nguӗQÿLӋn Có thӇ thҩ\ÿѭӧFQJjQKQăQJOѭӧng ViӋt Nam ÿang ӣ thӡLÿLӇm quan trӑng quyӃWÿӏnh chiӃQOѭӧc phát triӇn trong thұp kӹ tiӃp theo Là mӝt nӅn kinh tӃ mӟi nәi, ViӋW1DPÿDQJWuPNLӃm các lӵa chӑQNKiFQKDXÿӇ ÿiSӭng nhu cҫXÿLӋQQJj\FjQJJLDWăQJFӫa nӅn kinh tӃ 7URQJÿyQăQJOѭӧQJJLyÿѭӧc ÿiQKJLiOjQJXӗn tài nguyên dӗi dào và phát triӇn bӅn vӳQJWURQJWѭѫQJODL4X\KRҥch phát triӇQÿLӋn lӵc quӕFJLD9,,,3'3 PDQJÿӃQFѫKӝLWăQJWӹ lӋ ÿLӋQQăQJOѭӧng tái tҥo và cө thӇ hóa mөc tiêu công suҩt lҳSÿһWÿӕi vӟLÿLӋQJLyQJRjLNKѫLKjQJ*:ÿӃn QăP

1ăQJOѭӧng gió là mӝt nguӗQQăQJOѭӧng biӃQÿәi vì nó phө thuӝc vào tӕFÿӝ gió cӫa tӯng khu vӵc MӭFÿӝ thâm nhұp cӫa nguӗQQăQJOѭӧng gió vào hӋ thӕQJÿLӋQWUѭӟc ÿk\OjNK{QJÿiQJNӇ do công suҩt lҳSÿһWWѭѫQJÿӕi thҩp Tuy nhiên, vӟLOѭӧng công suҩt lҳSÿһWQJj\FjQJWăQJFDR QKѭKLӋQQD\ÿmÿһt ra mӝt sӕ vҩQÿӅ trong viӋc vұn hành hӋ thӕQJÿLӋQ'RÿyÿӇ ÿҧm bҧo cho viӋc giҧi tӓa công suҩWOrQOѭӟLÿLӋn mӝt cách an toàn và tin cұy trong suӕt quá trình vұQKjQKÿzLKӓi các nhà máy phҧLÿiSӭng mӝt sӕ tiêu chuҭn nhҩWÿӏnh khi thӵc hiӋQÿҩu nӕi Vӟi sӵ phát triӇn nhanh chóng và mӭFÿӝ thâm nhұp ngày càng nhiӅu cӫDQăQJOѭӧQJÿLӋn gió thì viӋFSKkQWtFKÿiQKJLiәQÿӏnh hӋ thӕQJÿLӋn sӁ là vҩQÿӅ hӃt sӭc quan trӑng và cҩp thiӃt nhҩt hiӋQQD\'RÿyQӝi dung luұQYăQVӁ làm rõ vӅ vҩQÿӅ này, vӟLFiFP{KuQKWѭѫQJÿѭѫQJFӫDWXDELQJLyÿѭӧc tham khҧo tӯ tài liӋu thiӃt bӏ cӫa nhà sҧn xuҩt GE, các mô hình này sӁ ÿѭӧFÿѭDYjRphҫn mӅm PSS/E (Power System Simulator for Engineering ÿӇ thӵc hiӋn tính toán KӃt quҧ cӫa viӋFSKkQWtFKÿiQKJLiәQÿӏQKÿӝng trên hӋ thӕQJÿLӋQFNJQJÿmSKҫn nào chӭng PLQKÿѭӧc FiFѭXÿLӇPFNJQJQKѭKLӋu quҧ trong viӋc sӱ dөng phҫn mӅm PSS/E tính toán phân bӕ công suҩWYjÿiQKJLiWtQKÿiSӭng cӫa hӋ thӕQJÿLӋQNKLFyWiFÿӝng hay ҧQKKѭӣng cӫa nguӗQQăQJOѭӧQJÿLӋn gió

ABSTRACT

The development of the renewable energy sector could help achieve sustainable development goals in various countries by providing access to clean, secure, reliable and affordable energy Renewable energy now makes up a significant share of the capacity added to the generation mix in recent years Following these international trends and thanks to government support, Vietnam has made significant progress in DGGLQJ UHQHZDEOH HQHUJ\ WR LWV HOHFWULFLW\ PL[ 9LHWQDP¶V HQHUJ\ VHFWRU LV QRZ DW Dcritical point in determining its development strategy for the next decade

As an emerging economy, Vietnam is looking for different options to meet the economy's growing electricity demand In which, wind energy is considered an abundant resource and sustainable development in the future National Power Development Master Plan VIII (PDP8) offers an opportunity to increase the share of renewable energy and concretize the installed capacity target for offshore wind power with a value of GW by 2030

Wind energy is a variable energy source because it depends on the wind speed of each area The penetration of wind energy into the power system was previously negligible due to the relatively low installed capacity However, with the current increasing amount of injection capacity, problems have emerged in the operation of electrical systems Therefore, to ensure the release of capacity to the grid safely and reliably during the operation period requires wind power plants have to meet certain standards when making connections With the rapid development and increasing penetration of wind power, the analysis and assessment of the stability of the power system will be the most important and urgent issue today Therefore, the content of the thesis will clarify this issue, with equivalent models of wind turbines referenced from the equipment documentation of the manufacturer GE, these models will be added to the PSS/E software (Power System Similator for Engineering) to perform calculations The results of analyzing and evaluating dynamic stability on the power system have also demonstrated the advantages and effectiveness in using PSS/E software to calculate power distribution and evaluate the responsiveness of power system when there is the impact or influence of wind power energy sources.

LӠI &$0Ĉ2$1

7{LWrQOjĈһng Thӏ Cҭm HӗQJ[LQFDPÿRDQOXұQYăQWKҥFVƭÿӅ tài ³Phân tích ÿiQKJLiәQÿӏQKÿӝng cӫa hӋ thӕQJÿLӋQNKLFyWiFÿӝng cӫa nguӗQQăQJOѭӧQJÿLӋn gió´Oj công trình nghiên cӭu cӫa chính bҧQWKkQW{LGѭӟi sӵ Kѭӟng dүn khoa hӑc cӫa PGS.TS Võ NgӑFĈLӅu

Các sӕ liӋu, kӃt quҧ mô phӓng tính toán trong luұQYăQQj\OjWUXQJWKӵc Tôi FDPÿRDQNK{QJVDRFKpSEҩt kǤ công trình khoa hӑc nào cӫDQJѭӡi khác, mӑi sӵ tham khҧRÿӅu có trích dүn rõ ràng.

TP.HCM, ngày tháng QăP

1Jѭӡi FDPÿRDQ

Ĉһng Thӏ Cҭm Hӗng

MỤC LỤC - vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH - ix

DANH MỤC BẢNG BIỂU - xii

DANH MỤC BIỂU ĐỒ - xiii

Phần 1 THUYẾT MINH - xv

Chương 1GIỚI THIỆU - 1

Chương 2TỔNG QUAN - 4

2.1 TIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ Ở VIỆT NAM - 4

2.1.1.Tiềm năng phát triển điện gió trên đất liền - 4

2.1.2.Tiềm năng phát triển điện gió ngoài khơi - 6

2.2 TÌNH HÌNH THỊ TRƯỜNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ NĂM 2019 - 7

2.2.1.Thị trường điện gió trên đất liền - 8

2.2.2.Thị trường điện gió ngoài khơi - 8

2.2.3.Thị trường năng lượng điện gió ở Việt Nam - 10

2.3 ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY TRONG VIỆC TÍCH HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀO HTĐ - 11

2.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC KHÁI NIỆM TUABIN GIÓ - 13

2.4.1.Khái niệm tuabin gió tốc độ cố định - 13

2.4.2.Khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn (rôto được nối với một biến trở) - 14

2.4.3.Khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên với bộ chuyển đổi điện tử công suất một phần (DFIG) - 15

2.4.4.Khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên với bộ truyền động trực tiếp và bộ chuyển đổi công suất toàn phần - 16

2.5 CÁC THÀNH PHẦN ĐIỂN HÌNH TRONG TUABIN GIÓ - 17

2.6 CÁC LOẠI TUABIN GIÓ THƯƠNG MẠI - 23

2.7 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HAI KIỂU TUABIN ĐIỂN HÌNH LOẠI TỐC ĐỘ BIẾN THIÊN - 28

2.7.1.Nguyên tắc hoạt động của tuabin gió Type-3 - 28

2.7.2.Nguyên tắc hoạt động của tuabin gió Type-4 - 35

2.8 TIÊU CHUẨN KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀO LƯỚI ĐIỆN - 42

2.8.1.Khả năng vượt qua sự cố (FRT) - 42

2.8.2.Điện áp và dải tần số hoạt động - 45

2.8.3.Điều chỉnh công suất phản kháng và điện áp - 46

2.8.4.Điều khiển công suất tác dụng và tần số - 48

2.8.5.Hiện tượng nhấp nháy điện áp - 49

2.8.6.Hiện tượng phát sóng hài - 49

2.9 TÍCH HỢP THIẾT BỊ FACTS TRONG TRANG TRẠI ĐIỆN GIÓ - 49

2.9.1.Tổng quan về các thiết bị FACTS - 50

Chương 3TÍCH HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN - 53

3.1 YÊU CẦU KỸ THUẬT VÀ TIÊU CHUẨN ĐẤU NỐI - 53

3.2.2.Điện áp ở trạng thái ổn định - 56

3.2.3.Dao động điện áp - 57

3.2.4.Nhiễu sóng hài - 57

3.3 MÔ HÌNH HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ NỐI LƯỚI - 57

3.3.1.Mô hình động của một trang trại điện gió - 57

3.4 CÁC MÔ HÌNH TUABIN GIÓ ĐIỂN HÌNH CỦA GE - 60

3.4.1.Mô hình động của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG - 60

3.4.2.Mô hình động cho tuabin gió FSC - 72

Chương 4TÍNH TOÁN ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO MỘT HỆ THỐNG ĐIỆN ĐƠN GIẢN CÓ TÍCH HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ - 76

4.1 MÔ HÌNH NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ ĐƯỢC SỬ DỤNG ĐỂ MÔ PHỎNG - 76

4.2.5.Tiêu chuẩn đánh giá - 96

4.2.6.Sơ đồ đơn tuyến của lưới điện được xem xét - 97

4.2.7.Kết quả tính toán ổn định hệ thống - 97

4.2.8.Ứng dụng nghiên cứu vào hệ thống điện thực tế ở Việt Nam - 117

Chương 5KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN - 133

5.1 KẾT LUẬN - 133

5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI - 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO - 135

Phần 2 BẢN VẼ - 137

Hình 2-1 Tiềm năng điện gió trong đất liền [2] 4

Hình 2-2 Bản đồ tốc độ gió của Việt Nam ở độ cao 100m [1] 5

Hình 2-3 Hình ảnh minh họa tuabin gió ngoài khơi 6

Hình 2-4 Tiềm năng kỹ thuật ở các vùng nước có độ sâu khác nhau [3] 7

Hình 2-5 Tốc độ gió tương ứng với từng vùng trên lãnh thổ Việt Nam [2] 7

Hình 2-6 Công suất lắp đặt toàn cầu năm 2019 theo vùng và theo quốc gia [4] 7

Hình 2-7 Công suất lắp đặt điện gió toàn cầu [4] 8

Hình 2-8 Công suất lắp đặt điện gió trên đất liền năm 2019 theo vùng và theo quốc gia [4] 8

Hình 2-9 Tốc độ tăng trưởng của ngành năng lượng điện gió ngoài khơi [4] 9

Hình 2-10 Công suất lắp đặt điện gió ngoài khơi năm 2019 theo vùng và theo quốc gia [4] 9

Hình 2-11 Công suất lắp đặt mới điện gió toàn cầu qua từng năm [4] 9

Hình 2-12 Tổng công suất lắp đặt điện gió toàn cầu qua từng năm [4] 9

Hình 2-13 Bản đồ tiềm năng gió tại Việt Nam [5] 10

Hình 2-14 Cấu hình cơ bản của tuabin gió SCIG 14

Hình 2-15 Cấu hình cơ bản của tuabin gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn 14

Hình 2-16 Cấu hình cơ bản của máy phát điện cảm ứng được cấp nguồn kép 15

Hình 2-17 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ chuyển đổi PWM 16

Hình 2-18 Các bộ phận cấu thành nên tuabin gió 17

Hình 2-19 Bộ phận cột tháp của tuabin gió 18

Hình 2-20 Bộ phận máy phát của tuabin gió 18

Hình 2-21 Bộ phận trục truyền tốc độ cao 18

Hình 2-22 Bộ phận vỏ bọc của tuabin gió 18

Hình 2-23 Bộ phận mũi tên gió của tuabin gió 19

Hình 2-24 Bộ phận phong tốc kế của tuabin gió 19

Hình 2-25 Bộ phận bộ điều khiển của tuabin gió 19

Hình 2-26 Bộ phận hộp số của tuabin gió 19

Hình 2-27 Bộ phận trục truyền tốc độ thấp của tuabin gió 20

Hình 2-28 Bộ phận rôto của tuabin gió 20

Hình 2-29 Bộ phận cánh quạt của tuabin gió 20

Hình 2-30 Bộ phận hệ thống điều khiển độ nghiêng cánh của tuabin gió 20

Hình 2-31 Bộ phận phanh của tuabin gió 21

Hình 2-32 Bộ phận hệ truyền động phương vị của tuabin gió 21

Hình 2-33 Bộ phận động cơ lái phương vị của tuabin gió 21

Hình 2-34 Bộ phận hướng gió của tuabin gió 21

Hình 2-35 Chức năng của các thành phần chính cấu thành nên tuabin gió 23

Hình 2-36 Hệ thống tuabin gió tốc độ cố định (Type-1) 23

Hình 2-37 Hệ thống tuabia gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn (Type-2) 24

Hình 2-38 Hệ thống tuabin gió loại tốc độ biến thiên một phần (Type-3) 25

Hình 2-39 Hệ thống tuabin gió loại tốc độ biến thiên toàn phần (Type-4) 26

Hình 2-40 Hệ thống tuabin gió loại tốc độ biến thiên toàn phần bỏ qua MBA nâng 5) 27

(Type-Hình 2-41 Thành phần chính của hệ thống DFIG 29

Hình 2-44 Mô hình hai khối của bộ truyền động 32

Hình 2-45 Mô hình điều khiển dao động xoắn hai khối 34

Hình 2-46 Mô hình điều khiển góc nghiêng cánh 34

Hình 2-47 Sơ đồ điều khiển của hệ thống tuabin gió PMSG [12] 35

Hình 2-48 Đường cong hiệu suất tuabin gió 37

Hình 2-49 Đường cong miêu tả mối quan hệ giữa công suất và tốc độ gió 37

Hình 2-50 Khung tọa độ dq của máy phát điện PMSG 37

Hình 2-51 Phương pháp điều khiển MPPT trong hệ thống chuyển đổi NL gió [13] 38

Hình 2-52 Sơ đồ điều khiển biến tần phía máy phát điện [12] 39

Hình 2-53 Sơ đồ điều khiển biến tần phía lưới [12] 40

Hình 2-54 Mô hình bộ điều khiển góc nghiêng cánh 41

Hình 2-55 Đường cong công suất của tuabin gió ở các tốc độ gió khác nhau 41

Hình 2-56 Khả năng vượt qua sự cố điển hình của máy phát điện gió 43

Hình 2-57 Hệ thống năng lượng gió DFIG với đòn bẩy (crowbar) 44

Hình 2-58 Đo độ lớn điện áp và tần số điển hình cho máy phát điện gió 46

Hình 2-59 Đường cong giới hạn công suất phản kháng điển hình cho máy phát điện gió 47Hình 2-60 Điều khiển tần số theo công suất tác dụng điển hình 48

Hình 3-1 Sơ đồ PQ của nhà máy điện gió tại điểm đấu nối chung PCC [19] 55

Hình 3-2 U/pu và Q/Pmax tại điểm đấu nối PCC 55

Hình 3-3 Sơ đồ kết nối mô hình động GE WTG 58

Hình 3-4 Mô hình dòng công suất đơn giản cho một nhà máy điện gió 59

Hình 3-5 Khởi tạo điều kiện ban đầu để chạy ổn định động 60

Hình 3-6 Mô hình máy phát điện/ bộ chuyển đổi của DFIG 60

Hình 3-7 Tổng thể về công suất phản kháng và mô hình điều khiển điện 63

Hình 3-8 Mô hình điều khiển công suất phản kháng 64

Hình 3-9 Mô hình chức năng Q droop 65

Hình 3-10 Mô hình điều khiển điện của DFIG 66

Hình 3-11 Sơ đồ khối cho mô hình tuabin gió 68

Hình 3-12 Sơ đồ khối điều khiển góc nghiêng cánh và bù góc nghiêng cánh 69

Hình 3-13 Mô hình rôto hai khối của tuabin gió loại DFIG 70

Hình 3-14 Thành phần tạo nên hệ số biến đổi năng lượng Cp 71

Hình 3-15 Đường cong hệ số biến đổi năng lượng Cp 72

Hình 3-16 Mô hình máy phát điện/ bộ chuyển đổi của WTG loại chuyển đổi toàn phần 72Hình 3-17 Mô hình điều khiển điện của WTG chuyển đổi toàn phần 73

Hình 3-18 Mô hình giới hạn dòng của bộ chuyển đổi 74

Hình 4-1 Sơ đồ kết nối của mô hình GEWT 76

Hình 4-2 Sơ đồ điều khiển của mô hình GEWTA2 79

Hình 4-3 Khai báo thông số của mô hình GEWTA2 trong PSS/E 79

Hình 4-4 Mô hình khối điều khiển điện GEWTE2 cho tuabin GE-1.5/1.6 MW 84

Hình 4-5 Khai báo thông số của mô hình GEWTE2 trong PSS/E 84

Hình 4-6 Mô hình khối điều khiển điện GEWTE2 cho tuabin GE-2.5/2.75/4.0 MW 85

Hình 4-10 Mô hình trục truyền hai khối GEWTTT1 cho GE-1.5/2.5/2.75/4.0 MW 91

Hình 4-11 Công suất ngắn mạch tại Bus vô cùng 95

Hình 4-12 Đặc tính tốc độ gió thay đổi 98

Hình 4-13 Ngắn mạch 3 pha trên đường dây 220kV từ Bus 5 đến Bus 7 101

Hình 4-14 Ngắn mạch 3 pha trên đường dây 220kV từ Bus 8 đến Bus 9 103

Hình 4-15 Ngắn mạch 3 pha trên đường dây 220kV từ Bus 6 đến Bus 4 105

Hình 4-16 Ngắn mạch 3 pha trên đường dây 220kV từ Bus 4 đến Bus 5 107

Hình 4-17 Ngắn mạch 3 pha tại thanh cái 220kV vị trí Bus 7 109

Hình 4-18 Ngắn mạch 3 pha tại điểm đấu nối nhà máy GE-1.7 GEN2 và GE-2.8 GEN3 111

Hình 4-19 Ngắn mạch 3 pha trên đường dây 220kV từ Bus 5 đến Bus 7 113

Hình 4-20 Phân bố công suất tỉnh Bên Tre đến năm 2025 118

Hình 4-21 Ứng dụng các mô hình năng lượng gió của GE tính toán cho lưới điện thực tế 119

Hình 4-22 Khai báo thông số cho mô hình khảo sát biến đổi thời tiết 119

Hình 4-23 Khối chức năng giám sát điện áp và tần số vượt ra khỏi giới hạn cho phép 120Hình 4-24 Ngắn mạch 3 pha trên đường dây 110kV ĐG Thanh Hải 1,2 – ĐG Nexif Bến Tre 1,2,3 123

Hình 4-25 Ngắn mạch 3 pha trên đường dây 110kV Trạm cắt Bình Thạnh –TBA 110kV Bình Thạnh 126

Hình 4-26 Ngắn mạch 3 pha trên thanh cái 110kV TBA Bình Thạnh 129

Bảng 2-1 Tiềm năng điện gió trên đất liền ở Việt Nam [1] 4

Bảng 2-2 Quy mô công suất lắp đăt điện gió trên đất liền của từng vùng [2] 5

Bảng 2-3 Loại móng đối với tuabin gió ngoài khơi 6

Bảng 2-4 Ưu và nhược điểm của tuabin gió sử dụng SCIG 14

Bảng 2-5 Ưu và nhược điểm của tuabin gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn 15

Bảng 2-6 Ưu và nhược điểm của tuabin gió loại tốc độ biến thiên 15

Bảng 2-7 Ưu và nhược điểm của tuabin gió loại tốc độ biến thiên với bộ chuyển đổi công suất toàn phần 17

Bảng 2-8 Ưu và nhược điểm của tuabin gió Type-1 24

Bảng 2-9 Ưu và nhược điểm của tuabin gió Type-2 24

Bảng 2-10 Ưu và nhược điểm của tuabin gió Type-3 25

Bảng 2-11 Ưu và nhược điểm của tuabin gió Type-4 26

Bảng 2-12 Ưu và nhược điểm của tuabin gió Type-5 27

Bảng 2-13 Khả năng vận hành của máy phát điện gió 46

Bảng 2-14 Tổng quan về các bộ điều khiển FACTS chính 52

Bảng 3-1 Thời gian tối thiểu duy trì vận hành phát điện tương ứng với các dải tần số của hệ thống điện 53

Bảng 3-2 Thông số kỹ thuật cho tuabin gió loại DFIG (1 đơn vị) 62

Bảng 3-3 Thông số kỹ thuật cho tuabin gió loại DFIG (1 đơn vị) 62

Bảng 3-4 Thông số điều khiển công suất phản kháng 65

Bảng 3-5 Thông số của chức năng Q Droop 66

Bảng 3-6 Thông số mô hình điều khiển điện của tuabin DFIG 67

Bảng 3-7 Thông số khối điều khiển tuabin gió DFIG 69

Bảng 3-8 Thông số mô hình động cơ rôto cho tuabin gió DFIG 70

Bảng 3-9 Hệ số năng lượng gió đối với loại tuabin DFIG 71

Bảng 3-10 Khối điều khiển điện cho WTG loại biến đổi toàn phần 74

Bảng 3-11 Thông số trình giả lập WindCONTROL cho tuabin loại biến đổi toàn phần 74

Bảng 3-12 Thông số điều khiển tuabin loại biến đổi công suất toàn phần 75

Bảng 3-13 Thông số mô hình rôto tuabin loại biến đổi công suất toàn phần 75

Bảng 3-14 Thông số hiệu suất tuabin gió loại FSC 75

Bảng 4-1 Thông số đường dây truyền tải của lưới được xem xét 96

Biểu đồ 4-1 Công suất phát của NMĐG GE-2.8 GEN1 khi tốc độ gió thay đổi 99

Biểu đồ 4-2 Công suất phát của NMĐG GE-1.7 GEN2 khi tốc độ gió thay đổi 99

Biểu đồ 4-3 Công suất phát của NMĐG GE-2.8 GEN3 khi tốc độ gió thay đổi 99

Biểu đồ 4-4 Dao động điện áp đầu cực máy phát điện khi tốc độ gió thay đổi 99

Biểu đồ 4-5 Dao động góc rôto của các tổ máy phát điện gió khi tốc độ gió thay đổi 100

Biểu đồ 4-6 Dao động tần số trên thanh cái 220kV khi tốc độ gió thay đổi 100

Biểu đồ 4-7 Dao động điện áp tại các thanh cái 220kV 102

Biểu đồ 4-8 Dao động tần số trên Bus 5, Bus 8 và điểm đấu nối nhà máy GE-2.8 GEN3 102

Biểu đồ 4-9 Biểu đồ phát công suất tác dụng của các nhà máy điện gió trong khu vực 102Biểu đồ 4-10 Biểu đồ phát công suất phản kháng của các nhà máy điện gió trong khu vực 102

Biểu đồ 4-11 Dao động góc rôto của các nhà máy điện gió trong khu vực 103

Biểu đồ 4-12 Biểu đồ phát công suất tác dụng của các NMĐG 104

Biểu đồ 4-13 Biểu đồ phát công suất phản kháng của các NMĐG 104

Biểu đồ 4-14 Dao động tần số trên các thanh cái 220kV 104

Biểu đồ 4-15 Dao động điện áp trên các thanh cái 220kV 104

Biểu đồ 4-16 Dao động góc rôto của các nhà máy điện gió trong khu vực 105

Biểu đồ 4-17 Biểu đồ phát công suất tác dụng của các NMĐG 106

Biểu đồ 4-18 Biểu đồ phát công suất phản kháng của các NMĐG 106

Biểu đồ 4-19 Dao động điện áp trên các thanh cái 220kV 106

Biểu đồ 4-20 Dao động tần số trên các thanh cái 220kV 106

Biểu đồ 4-21 Dao động góc rôto của các máy phát điện gió 107

Biểu đồ 4-22 Dao động tần số trên các thanh cái 220kV 108

Biểu đồ 4-23 Dao động điện áp trên các thanh cái 220kV 108

Biểu đồ 4-24 Biểu đồ phát công suất tác dụng của các NMĐG 108

Biểu đồ 4-25 Biểu đồ phát công suất phản kháng của các NMĐG 108

Biểu đồ 4-26 Dao động góc rôto của các máy phát điện gió 109

Biểu đồ 4-27 Dao động điện áp trên các thanh cái 220kV 110

Biểu đồ 4-28 Dao động tần số trên các thanh cái 220kV 110

Biểu đồ 4-29 Biểu đồ phát công suất tác dụng các NMĐG 110

Biểu đồ 4-30 Biểu đồ phát công suất phản kháng các NMĐG 110

Biểu đồ 4-31 Dao động góc roto của các máy phát điện gió 111

Biểu đồ 4-32 Dao động điện áp trên các thanh cái 220kV 112

Biểu đồ 4-33 Dao động tần số trên các thanh cái 220kV 112

Biểu đồ 4-34 Biểu đồ phát công suất phản kháng của các NMĐG 112

Biểu đồ 4-35 Biểu đồ phát công suất tác dụng của các nhà máy điện gió trong khu vực 114

Biểu đồ 4-36 Biểu đồ phát công suất phản kháng của các nhà máy điện gió trong khu vực 114

Biểu đồ 4-37 Dao động điện áp tại Bus 8, Bus 5, Bus 7 114

Biểu đồ 4-38 Dao động tần số trên các Bus 8, Bus 5, Bus 7 114

Biểu đồ 4-39 Dao động góc rôto của các máy phát điện gió 115

Biểu đồ 4-40 Dao động tần số trên các thanh cái 220kV 115

Biểu đồ 4-43 Biểu đồ phát công suất của nhà máy GE-1.7 GEN2 116

Biểu đồ 4-44 Biểu đồ phát công suất của nhà máy GE-2.8 GEN3 116

Biểu đồ 4-45 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thanh Hải 1,2 121

Biểu đồ 4-46 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Nexif Bến Tre 1, 2, 3 121

Biểu đồ 4-47 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thanh Phong 121

Biểu đồ 4-48 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thạnh Phú 121

Biểu đồ 4-49 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thiên Phú 1,2 122

Biểu đồ 4-50 Dao động tần số trên các thanh cái 110kV 122

Biểu đồ 4-51 Dao động điện áp trên các thanh cái 110kV 122

Biểu đồ 4-52 Dao động góc rôto máy phát của tiabin gió 122

Biểu đồ 4-53 Dao động điện áp trên thanh cái 110kV của các NMĐG và các TBA 110kV trong khu vực 123

Biểu đồ 4-54 Dao động tần số trên thanh cái 110kV của các NMĐG và các TBA 110kV trong khu vực 124

Biểu đồ 4-55 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thanh Hải 1,2 124

Biểu đồ 4-56 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Nexif Bến Tre 1,2,3 125

Biểu đồ 4-57 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thanh Phong 125

Biểu đồ 4-58 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thạnh Phú 125

Biểu đồ 4-59 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thiên Phú 1,2 125

Biểu đồ 4-60 Dao động tần số trên thanh cái 110kV của các NMĐG và các TBA 110kV trong khu vực 126

Biểu đồ 4-61 Dao động tần số trên thanh cái 110kV của các NMĐG và các TBA 110kV trong khu vực 127

Biểu đồ 4-62 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thanh Hải 1,2 127

Biểu đồ 4-63 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thanh Phong 128

Biểu đồ 4-64 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Nexif Bến Tre 1,2,3 128

Biểu đồ 4-65 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thạnh Phú 128

Biểu đồ 4-66 Biểu đồ phát công suất của NMĐG Thiên Phú 128

Biểu đồ 4-67 Dao động tần số trên thanh cái 110kV của các NMĐG và các TBA 110kV trong khu vực 129

Biểu đồ 4-68 Dao động điện áp trên thanh cái 110kV của các NMĐG và các TBA 110kV trong khu vực 130

Chương 1 GIỚI THIỆU

Phần lớn các nước ở Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam đang phụ thuộc khá nhiều vào các nguồn nhiệt điện, thủy điện Tuy nhiên, tồn tại một thực trạng đó là nguồn nước dần khan hiếm, chặt cây phá rừng đầu nguồn gây ra lũ lụt thiên tai, vấn đề ô nhiễm môi trường từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch để sản xuất điện trong khi nhu cầu năng lượng ở các quốc gia trong khu vực này ngày càng gia tăng, điển hình là Việt Nam dự báo đến năm 2025 sẽ bị thiếu hụt nguồn cung cấp Hiện nay, thị trường năng lượng tái tạo đang nhận được sự quan tâm ngày càng đông đảo từ các nhà đầu tư trong nước và quốc tế, trong đó năng lượng điện gió là một trong những ngành mới nổi và phát triển nhanh nhất trên thế giới Ngành năng lượng gió là một thành phần quan trọng trong chiến lược phát triển nguồn năng lượng bền vững và là động lực chính cho quá trình chuyển dịch cơ cấu nguồn cung ứng Theo sau sự phát triển của ngành năng lượng gió là các chính sách khuyến khích của chính phủ Việt Nam Tuy nhiên, mức độ thâm nhập của điện gió sẽ phụ thuộc rất nhiều vào khả năng đáp ứng của hệ thống điện Việt Nam Lượng công suất giải tỏa từ các nhà máy điện gió vào lưới điện ngày càng chiếm tỷ trọng đáng kể trong cơ cấu nguồn điện Đây được xem là nguồn năng lượng có tiềm năng rất lớn và không gây ra ô nhiễm môi trường Nhưng hạn chế lớn nhất đó là các nhà máy điện gió thường phát công suất không liên tục, độ biến thiên sản lượng điện đầu ra khá lớn và không phụ thuộc vào nhu cầu tiêu thụ của phụ tải hay mùa trong năm Trước đây, ảnh hưởng của nguồn năng lượng gió vào hệ thống điện có thể được bỏ qua do lượng công suất lắp đặt tương đối thấp Tuy nhiên, với lượng công suất lắp đặt ngày càng tăng cao dẫn đến sự phân bố công suất trên đường dây truyền tải và quán tính của toàn hệ thống sẽ bị thay đổi khá nhiều sau khi các trang trại gió được kết nối Ngoài ra, những nơi có vận tốc gió cao thường khá xa trung tâm phụ tải và khu thương mại, dẫn đến việc bắt buộc truyền tải công suất đi xa gây ra một số vấn đề về chất lượng điện áp, tần số và khả năng phục hồi của nhà máy khi hệ thống điện xảy ra biến động

Theo truyền thống, nguồn điện gió được xem là nguồn phát điện nhỏ, các tuabin gió được phép ngắt khỏi trang trại gió khi hệ thống điện gặp sự cố, điều này không yêu cầu tuabin gió tham gia vào việc kiểm soát tần số và việc ngắt kết nối của tuabin được xem là không đáng kể đến tổn thất công suất phát và độ ổn định hệ thống điện Thời gian gần đây, sự thâm nhập của năng lượng gió đã tăng lên đáng kể, đặc biệt ở một số quốc gia như Đan Mạch, Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Đức, v.v Khi sự hiện diện của nguồn điện gió ngày càng trở nên quan trọng đối với hệ thống điện thì tất cả các yếu tố có thể ảnh hưởng đến chất lượng cũng như an ninh vận hành hệ thống điện phải được xem xét Do đó, việc sản xuất điện từ nguồn năng lượng gió bắt buộc

cấp các sản phẩm có tính năng đáp ứng yêu cầu của lưới điện Những yêu cầu cơ bản liên quan mật thiết đến grid code, đó là khả năng vượt qua sự cố (Fault ride through) và khả năng vượt qua điện áp thấp (Low voltage ride through) của tuabin gió LVRT là yêu cầu để đảm bảo cho các tuabin gió ở trạng thái “stay online”, các trang trại gió phải duy trì kết nối khi hệ thống điện bị xáo trộn, đồng thời cung cấp ngược lại công suất phản kháng và công suất tác dụng trong điều kiện quá độ điện áp Các nguồn điện gió cần đáp ứng các yêu cầu này để được phép đấu nối vào lưới điện Nếu hệ thống điện không được đáp ứng đủ lượng công suất phản kháng trong suốt quá trình sự cố hoặc sự gia tăng của phụ tải sẽ gây mất ổn định điện áp Trong trường hợp các trang trại điện gió được kết nối vào một lưới điện mạnh tức công suất ngắn mạch (MVA) tại điểm đấu nối lớn hơn nhiều so với lượng công suất nhà máy bơm vào, khi đó điện áp và tần số có thể nhanh chóng được thiết lập lại sau sự cố với sự hỗ trợ của chính lưới điện Mặc khác, việc kết nối vào lưới điện yếu sẽ không đáng tin cậy vì luôn tiềm ẩn nguy cơ gây mất ổn định điện áp do các xáo trộn trên lưới điện gây ra

Xuất phát từ những lý do trên, đề tài “Phân tích đánh giá ổn định động của

hệ thống điện khi có tác động của nguồn năng lượng điện gió” được thực

hiện với mục tiêu chính là tìm kiếm và nghiên cứu các mô hình toán học của tuabin gió cho việc tính toán ổn định được thực hiện trên phần mềm PSS/E Quá trình tính toán sẽ đi từng bước từ việc phân tích đánh giá ổn định động của một hệ thống điện đơn giản gồm 11 bus được giả định trước đến một hệ thống điện thực tế ở Việt Nam khi được tích hợp một lượng lớn công suất từ nguồn điện gió, cụ thể là lưới điện khu vực tỉnh Bến Tre Kết quả của nghiên cứu sẽ là cơ sở và công cụ cho việc xây dựng, phát họa những viễn cảnh cho một hệ thống điện trong tương lai về tính đáp ứng, mức độ bị ảnh hưởng và khả năng tích hợp đối với nguồn năng lượng điện gió Từ đó, đưa ra các kế hoạch vận hành ngắn hạn, dài hạn cho hệ thống điện Tất cả vấn đề nghiên cứu xuất phát từ xu hướng chuyển dịch cơ cấu các ngành năng lượng, tầm quan trọng của ngành năng lượng mới thay thế cho các ngành năng lượng truyền thống sử dụng nguyên liệu hóa thạch và chiến lược phát triển năng lượng tái tạo Việt Nam đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050

Nội dung của luận văn gồm có 5 chương với bố cục như sau: Chương 2 thảo luận ngắn gọn về tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam, sơ lược về tình hình thị trường năng lượng điện gió trong năm 2019 và trình bày về các khái niệm ổn định, các nghiên cứu trước đây trong việc tích hợp nguồn năng lượng điện gió vào lưới điện, phần tiếp theo sẽ trình bày tổng quan về các khái niệm tuabin gió và đi vào phân tích chi tiết thành phần cũng như nguyên tắc hoạt động của các loại tuabin gió thương mại thông dụng nhất hiện nay, nội dung tiếp theo sẽ trình bày sơ lược các tiêu chuẩn kết nối trang trại điện gió vào lưới điện, và cuối cùng là đưa ra một số ưu điểm của các thiết bị FACTS trong việc đáp ứng các yêu cầu của lưới điện một cách nhanh chóng, tăng cường độ ổn định và linh hoạt trong vận hành Chương 3 sẽ trình bày về các

yêu cầu kỹ thuật và tiêu chuẩn đấu nối theo tiêu chuẩn lưới điện Việt Nam, các tác động của nguồn điện gió đến chất lượng điện năng, giới thiệu các mô hình hệ thống năng lượng điện gió nối lưới của GE Chương 4 sẽ đưa các mô hình điện gió của GE vào chạy mô phỏng trên phần mềm PSS/E version 33.4, quá trình chạy mô phỏng được thực hiện lần lượt trên một hệ thống điện giả định đơn giản đến hệ thống điện thực tế ở tỉnh Bến Tre tương ứng với các kịch bản vận hành ở năm 2025 và từ đó đưa ra các đánh giá về mức độ ổn định của lưới điện sau sự cố hoặc biến đổi thời tiết Cuối cùng là phần kết luận và hướng phát triển trong tương lai sẽ được trình bày trong chương 5

Bảng 2-1 Tiềm năng điện gió trên đất liền ở Việt Nam [1]

Tốc độ gió ở độ cao 80m (m/s)

Dự kiến diện tích

Tỷ lệ phần trăm

Ước lượng tiềm năng Megawatt

Hình 2-1 Tiềm năng điện gió trong đất liền [2]

Tổng tiềm năng kỹ thuật: 217GW, trong đó:  Gió cao (>6m/s) là 24GW

 Gió trung bình (5.5-6m/s) là 30GW  Gió thấp (4.5-5.5m/s) ~ 163GW

Bảng 2-2 Quy mô công suất lắp đăt điện gió trên đất liền của từng vùng [2]

2.1.2 Tiềm năng phát triển điện gió ngoài khơi

Hình 2-3 Hình ảnh minh họa tuabin gió ngoài khơi

Theo phân tích tiềm năng kỹ thuật của điện gió ngoài khơi trong báo cáo của Ngân hàng Thế giới (WB), Việt Nam là một trong 8 quốc gia có tiềm năng rất lớn phát triển điện gió ngoài khơi Xem xét các khu vực ngoài khơi trong phạm vi 200km bờ biển, 8 quốc gia gồm: Brazil, India, Morocco, Philippines, South Africa, Sri Lanka, Turkey, and Việt Nam có tổng tiềm năng khoảng 3.1TW, gồm 1016 GW đối với móng cố định và 2066 GW đối với móng nổi [3]

Bảng 2-3 Loại móng đối với tuabin gió ngoài khơi

kỹ thuật điện gió ngoài khơi Việt Nam vào khoảng 475 GW, trong đó có 261 GW sử dụng loại móng cố định, 214 GW sử dụng móng nổi

Hình 2-4 Tiềm năng kỹ thuật ở các vùng nước có độ sâu khác nhau [3]

Hình 2-5 Tốc độ gió tương ứng với từng vùng trên lãnh thổ Việt Nam [2]

Tổng tiềm năng: 160 GW Trong đó: Quảng Ninh (11GW), Hà Tĩnh (4.4GW), Ninh Thuận (25GW), Bình Thuận và Ninh Thuận (42GW), Trà Vinh (20GW) 2.2 TÌNH HÌNH THỊ TRƯỜNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN GIÓ NĂM 2019

Top 5 thị trường điện gió lớn nhất trên thế giới năm 2019 gồm: Trung Quốc, Hoa Kỳ, Vương Quốc Anh, Ân Độ và Tây Ban Nha

Năm 2019 là năm đánh dấu năng lượng gió lắp đặt trên toàn cầu vượt hơn 60GW (54.2 GW điện gió trên đất liền và 6 GW điện gió ngoài khơi), tăng 19% so với năm 2018 và nâng tổng công suất lắp đặt lên 650 GW, tăng 10% so với năm trước

Hình 2-7 Công suất lắp đặt điện gió toàn cầu [4]

2.2.1 Thị trường điện gió trên đất liền

Năm 2019, toàn cầu có khoảng 54.2 GW công suất lắp đặt điện gió trên đất liền

Hình 2-8 Công suất lắp đặt điện gió trên đất liền năm 2019 theo vùng và theo quốc gia [4]

2.2.2 Thị trường điện gió ngoài khơi

Thị trường năng lượng điện gió ngoài khơi đã tăng từ 3.4 GW năm 2015 lên 6.1 GW năm 2019, nâng thị phần của ngành điện gió trong thị trường toàn cầu từ 5% đến 10% chỉ trong 5 năm GWEC Market Intelligence dự kiến thị trường điện gió ngoài khơi toàn cầu sẽ tiếp tục để tăng trưởng với tốc độ nhanh

Hình 2-9 Tốc độ tăng trưởng của ngành năng lượng điện gió ngoài khơi [4]

Hình 2-10 Công suất lắp đặt điện gió ngoài khơi năm 2019 theo vùng và theo quốc gia [4]

Hình 2-11 Công suất lắp đặt mới điện gió toàn cầu qua từng năm [4]

2.2.3 Thị trường năng lượng điện gió ở Việt Nam

Hình 2-13 Bản đồ tiềm năng gió tại Việt Nam [5]

Kể từ khi đưa trang trại điện gió đầu tiên 16MW vào vận hành tại Bạc Liêu vào năm 2013, Việt Nam đã nổi lên như một thị trường gió ngoài khơi được sự quan tâm đáng kể ở Đông Nam Á Hiện tại với công suất lắp đặt điện gió ngoài khơi là 99MW và 200MW sẽ đi vào hoạt động vào năm 2020, Việt Nam ngày càng thu hút sự quan tâm của rất nhiều nhà đầu tư trong nước và quốc tế trong ngành năng lượng điện gió

Với đường bờ biển dài hơn 3000 km và tốc độ gió trung bình 8-9m/s ở phía nam, Việt Nam Tiềm năng phát triển năng lượng gió là rất đáng kể Tính đến tháng 07/2020 Việt Nam có tổng công suất lắp đặt điện gió khoảng 429MW TSĐ VIII dự kiến vào cuối năm 2020, sẽ kéo dài giá FIT hiện tại cho gió ngoài khơi cũng như các mục tiêu tăng công suất lắp đặt cao hơn đến năm 2030 Vào tháng 4/2020, Bộ Công Thương Việt Nam (MOIT) đề xuất gia hạn cơ chế giá FIT cho các dự án gió từ 1/11/2021 đến ngày 31/12/2023 Đến năm 2024, chính phủ đang có kế hoạch chuyển sang cơ chế đấu thầu Sự phát triển này theo sau bởi chính sách cam kết với GWEC (Global Wind Energy Council) Châu Á, cam kết này thể hiện rõ sự gián đoạn của chuỗi cung ứng, thiếu lao động và chậm trễ xây dựng do sự bùng phát Covid-19 gây ra, cũng như sự chậm trễ của giấy phép đầu tư ở một số dự án điện gió khiến dự án không khả thi trong việc đáp ứng thời hạn vận hành năm 2021 theo khung giá FIT ban đầu

Chương trình thí điểm cơ chế mua bán điện trực tiếp (DPPA) cũng có thể tạo ra các cơ hội mang đến nguồn doanh thu mới và nhu cầu về năng lượng tái tạo từ

các hộ tiêu thụ công nghiệp Hiện tại, Tổng công ty Điện lực Việt Nam (EVN) và các công ty con đóng vai trò là đơn vị cung cấp điện duy nhất từ các nhà máy điện Tuy nhiên, chính phủ đã công bố tầm nhìn về thị trường điện cạnh tranh với kế hoạch thí điểm DPPA này hoạt động từ năm 2021 đến 2023, mở đường cho thị trường điện bán lẻ

Đặc biệt, trong quá trình xin thuê không gian biển và việc phê duyệt các dự án điện gió ngoài khơi sẽ rất quan trọng để thu hút vốn và sự quan tâm quốc tế, đây là yếu tố duy trì sự bùng nổ phát triển điện gió ngoài khơi ở Việt Nam Việt Nam có lộ trình cho điện gió ngoài khơi vững chắc, hầu hết là gần bờ, với 3 dự án đang trong giai đoạn xây dựng (142MW Bạc Liêu giai đoạn 3, 40MW Khai Long I và 48MW V1-1 – Dự án Trường Long Hòa) và 10 dự án đang trong giai đoạn xây dựng được khởi công từ tháng 6/2020 Đáng chú ý là dự án Thăng Long với công suất 3.4GW - trở thành một trong những trang trại điện gió ngoài khơi lớn nhất thế giới sau khi hoàn thành - đã được chính phủ phê duyệt Dự án vẫn đang trong giai đoạn đầu và 600MW đầu tiên được lên kế hoạch hoàn thành vào năm 2022

Gió ngoài khơi được đánh giá đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi năng lượng sạch của Việt Nam, thu hút đầu tư trong và ngoài nước, tạo việc làm tại chỗ và bền vững, giảm thiểu khí thải nhà kính và đưa đất nước trở thành quốc gia dẫn đầu về năng lượng ở Đông Nam Á Để mang lại tiềm năng này, chính phủ phải xúc tiến các cải tiến đối với khuôn khổ quy định hiện hành, hợp lý hóa các quy trình cấp phép và giảm sự phức tạp về pháp lý và kỹ thuật của việc phát triển điện gió ngoài khơi Nó cũng phải tập trung vào các cơ chế giảm thiểu rủi ro và cải cách tiêu chuẩn PPA, điều này sẽ làm tăng sự chắc chắn đối với các nhà đầu tư trong và ngoài nước, đồng thời giảm chi phí vốn cho các dự án điện gió

2.3 ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU TRƯỚC ĐÂY TRONG VIỆC TÍCH HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀO HTĐ Ổn định hệ thống điện là khả năng trở lại vận hành bình thường hoặc ổn định sau khi bị nhiễu Đây là điều kiện cần thiết để hệ thống điện tồn tại và vận hành Trong hệ thống điện có vô số nhiễu tác động làm thay đổi công suất của hệ thống dẫn đến phá vỡ trạng thái xác lập của hệ thống Cho nên hệ thống điện cần phải đảm bảo tính ổn định khi có nhiễu Khi hệ thống điện mất ổn định có thể dẫn đến việc phải cắt hàng loạt các tổ máy phát hay cắt phụ tải dẫn đến tan rã hệ thống điện, gây thiệt hại kinh tế v.v

Ổn định của hệ thống điện có thể chia thành một số loại như sau:

 Ổn định góc rôto: là khả năng của các máy phát đồng bộ liên kết với nhau trong hệ thống điện duy trì sự đồng bộ Bài toán ổn định góc rôto liên quan đến mối quan hệ công suất phát và góc rôto Khung thời gian quan tâm là

 Ổn định tần số ngắn hạn và dài hạn: thuật ngữ này đề cập đến khả năng duy trì tần số ổn định của hệ thống điện sau khi hệ thống gặp sự cố nghiêm trọng dẫn đến mất cân bằng giữa nguồn phát và tải Khung thời gian quan tâm cho nghiên cứu ổn định tần số thay đổi từ hàng chục giây đến vài phút  Ổn định điện áp ngắn hạn và dài hạn sau tác động của nhiễu lớn: đó là khả

năng duy trì điện áp ổn định của hệ thống điện sau các nhiễu lớn như sự cố trên lưới, mất nguồn hoặc nghẽn mạch Khoảng thời gian quan tâm cho nghiên cứu này thay đổi từ vài giây đến hàng chục phút

 Ổn định điện áp ngắn hạn và dài hạn sau tác động nhiễu nhỏ: tính ổn định này đề cập đến khả năng duy trì điện áp ổn định của hệ thống khi chịu các nhiễu nhỏ như thay đổi phụ tải Đối với hệ thống điện lớn, thời gian nghiên cứu có thể kéo dài từ vài giây đến vài phút

Đối với việc nghiên cứu tính ổn định trước đây, đa số đều tập trung phân tích đánh giá mức độ ảnh hưởng của các nguồn điện truyền thống như nhiệt điện, thủy điện đến hệ thống điện Việt Nam Hầu hết các đánh giá được công bố trong lĩnh vực tích hợp điện gió vào lưới điện đều tập trung vào việc ảnh hưởng của việc tích hợp, chẳng hạn như thảo luận về các thách thức kỹ thuật, kinh tế, xã hội, môi trường v.v., vẫn chưa làm rõ được mối quan hệ giữa tỷ lệ thâm nhập của điện gió và những thách thức này; sự suy giảm điện áp hay các trường hợp khác là không rõ ràng trong hệ thống điện lớn Một vài điển hình như điều tra tính ổn định của hệ thống điện 500/220kV Việt Nam của Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia (EVNNLDC) phối hợp với Siemens PTI [6] Tuy nhiên, một trong những vấn đề mới nổi của ngành năng lượng trong suốt một thập kỷ qua đó là sự phát triển mạnh mẽ của nguồn năng lượng tái tạo Kết quả là những thay đổi lớn trong cơ cấu nguồn điện có thể làm giảm đáng kể độ tin cậy và tính kinh tế Trong các nguồn NLTT thì năng lượng gió là nguồn tái tạo phát triển nhanh nhất trên thế giới, các nhà máy điện gió phải cung cấp điện theo yêu cầu đảm bảo độ tin cậy của hệ thống điện cũng như đáp ứng cho các khách hàng được kết nối cùng lưới điện, một số vấn đề xoay quanh đến sự bất định của tốc độ gió dẫn đến những nghiên cứu về sự ổn định tín hiệu nhỏ và tín hiệu lớn của các trang trại điện gió [7] Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây, đa phần đánh vào mục tiêu nghiên cứu các công nghệ tuabin gió hiện đại và một số tiêu chuẩn để kết nối với lưới điện, phần mô phỏng các tác giả đa số dừng lại ở việc tìm kiếm mô hình điện gió điển hình và tương đối đơn giản để đưa vào tính toán thông qua các phần mềm như PSS/E, ETAP, PSAT (Power System Analysis Toolbox), v.v., đa số các nghiên cứu chỉ tập trung phân tích đánh giá sự ổn định trong nội bộ nhà máy cũng như tính đáp ứng của nhà máy theo các yêu cầu grid code mà nhà vận hành hệ thống điện đưa ra Đồng thời, các nghiên cứu hiện nay trong một số bài báo của Việt Nam về vấn đề đánh giá ổn định động khi tích hợp nguồn năng lượng gió vào hệ thống điện chưa được ứng dụng trên một lưới điện thực tế

Hiện nay, năng lượng gió được tích hợp vào hệ thống điện đã ngày càng tăng lên đáng kể Do đó, các máy phát điện của tuabin gió được yêu cầu để đáp ứng

tiêu chuẩn lưới điện Việt Nam Trong trường hợp sự cố hoặc sụt áp trên lưới điện sẽ tạo ra sự sai lệch giữa công suất tác dụng được tạo ra từ máy phát điện gió với nhu cầu từ lưới điện, trong tình huống này các trang trại điện gió không được phép ngắt kết nối khỏi hệ thống Bài luận sẽ nghiên cứu khả năng duy trì ổn định của hệ thống điện khi trải qua các trường hợp vận hành sự cố, các tuabin gió được đưa vào mô phỏng sẽ là hệ thống tuabin gió của GE loại tốc độ biến thiên dựa trên máy phát điện cảm ứng nguồn kép DFIG và máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG), sau đó sẽ đưa các mô hình điện gió này vào ứng dụng trên một lưới điện thực tế của Việt Nam

2.4 TỔNG QUAN VỀ CÁC KHÁI NIỆM TUABIN GIÓ

Đề cập đến tốc độ quay, tuabin gió có thể được phân loại thành tốc độ cố định (fixed speed), loại tốc độ biến thiên bị giới hạn (limited variable speed) và loại tốc độ biến thiên (variable speed) Đối với tuabin gió loại tốc độ biến thiên, dựa trên các đánh giá của bộ biến đổi công suất liên quan đến công suất phát, chúng có thể được phân loại thêm thành hệ thống máy phát điện gió với bộ chuyển đổi điện tử công suất một phần (partial - scale) và toàn phần (full - scale) Ngoài ra, xem xét các thành phần của hệ thống truyền động, tuabin gió có thể được phân loại thành tuabin gió truyền động bằng bánh răng (có sử dụng hộp số) và truyền động trực tiếp

2.4.1 Khái niệm tuabin gió tốc độ cố định

Hệ thống máy phát điện gió tốc độ cố định được sử dụng hộp số nhiều cấp (chia tỷ số truyền mong muốn thành nhiều cấp truyền nhỏ hơn) và máy phát điện cảm ứng lồng sóc (SCIG) được kết nối trực tiếp với lưới điện thông qua một máy biến áp nâng áp như trong hình 2-14 [8] Bởi vì SCIG chỉ hoạt động trong phạm vi hẹp xung quanh tốc độ đồng bộ, tuabin gió được trang bị máy phát này thường được gọi là hệ thống máy phát điện gió tốc độ cố định Đây là khái niệm được nhà sản xuất tuabin gió Đan Mạch áp dụng trong những năm 1980 và 1990, SCIG phải lấy công suất phản kháng từ lưới Trong những năm 1980, cấu hình này đã được mở rộng với các khối tụ điện để bù công suất phản kháng, tích hợp bộ khởi động mềm (Soft - starters) nhằm giảm dòng điện khởi động và kết nối lưới điện mượt mà hơn

Máy phát điện cảm ứng hoạt động ở tốc độ cao hơn và do đó hộp số được sử dụng để truyền năng lượng cơ học từ trục tốc độ thấp rôto khí động học đến trục tốc độ cao gắn với máy phát điện Vì lý do kích thước và chi phí, máy phát điện cảm ứng hoạt động ở tốc độ danh định tiêu chuẩn là 1500 vòng/ phút Một giải pháp để tăng sản lượng điện là thiết kế một máy phát điện cảm ứng lồng sóc chạy ở hai tốc độ khác nhau, nhưng tốc độ được giữ mức cố định Điều này có thể thực hiện được bằng cách thay đổi số cặp cực stato từ 8 cực đối với tốc độ gió thấp và 4 đến 6 cực đối với tốc độ gió cao

Hình 2-14 Cấu hình cơ bản của tuabin gió SCIG Bảng 2-4 Ưu và nhược điểm của tuabin gió sử dụng SCIG

 Mạnh mẽ, dễ sử dụng và tương đối rẻ

 Hoạt động với tốc độ không đổi khi kết nối lưới điện lớn nên cung cấp tần số điều khiển ổn định

 Tốc độ rôto không thể điều khiển được và chỉ thay đổi trong một phạm vi rất hẹp, trong đó chỉ khi tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ thì mới hoạt động ở chế độ máy phát

 Độ trượt cao nên năng lượng tiêu tán trong các thanh rôto cao hơn

 Hộp số chiếm diện tích và khối lượng lớn trong vỏ bọc và cũng là một phần lớn của chi phí đầu tư 2.4.2 Khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn (rôto được nối với

một biến trở)

Khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn với hộp số nhiều cấp (multiple - stage) còn được gọi với thuật ngữ Optislip Nó đã được áp dụng từ giữa những năm 1990 [9] Cấu hình tuabin gió này sử dụng máy phát điện cảm ứng rôto dây quấn (WRIG) Stato của WRIG được nối trực tiếp vào lưới điện, các cuộn dây của rôto được mắc nối tiếp với một điện trở có thể điều khiển được Máy phát vận hành ở tốc độ thay đổi có thể đạt được bằng cách điều khiển năng lượng sinh ra từ rôto và tiêu tán nó đi bằng điện trở được gắn bên ngoài đó Để gia tăng dải tốc độ hoạt động, độ trượt cần phải cao hơn cho nên công suất lấy ra từ rôto cao và do đó hiệu suất máy phát thấp

Hình 2-15 Cấu hình cơ bản của tuabin gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn

Bảng 2-5 Ưu và nhược điểm của tuabin gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn

 Tốc độ thay đổi được (0-10% tốc độ đồng bộ

 Thiết kế mạnh mẽ

 Tốc độ thay đổi làm giảm ứng suất vật lý trên các cánh tuabin, cải thiện hiệu quả khí động học của hệ thống và các hành vi thoáng qua của mô-men xoắn

 Sản lượng điện tạo ra không tối ưu  Yêu cầu bảo dưỡng định kỳ hộp

số

 Phạm vi tốc độ biến thiên sẽ giới hạn dưới 10% so với tốc độ đồng bộ

 Cần bù công suất phản kháng và bộ khởi động mềm

2.4.3 Khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên với bộ chuyển đổi điện tử công suất một phần (DFIG)

Cấu hình này được gọi là máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) Cấu hình này tương ứng với tuabin gió sử dụng máy phát điện cảm ứng rôto dây quấn

WRIG và bộ chuyển đổi công suất một phần gắn trên mạch rôto (hình 2-16)

Stato được kết nối trực tiếp với lưới điện, rôto được kết nối với lưới điện thông qua bộ chuyển đổi điện tử công suất, bộ biến đổi sẽ điều khiển tần số rôto và do đó điều khiển tốc độ rôto máy phát.

Hình 2-16 Cấu hình cơ bản của máy phát điện cảm ứng được cấp nguồn kép

Khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên này có dải tốc độ hoạt động rộng hơn, tùy thuộc vào kích thước của bộ biến tần Thông thường phạm vi của tuabin loại tốc độ biến thiên là ±30% xung quanh tốc độ đồng bộ [9]

Bảng 2-6 Ưu và nhược điểm của tuabin gió loại tốc độ biến thiên

 Có thể điều chỉnh tốc độ để tối ưu năng lượng (±30% tốc độ đồng bộ)  Bộ điện tử công suất được thiết kế

bằn 30% công suất tuabin

 Yêu cầu bảo dưỡng hộp số  Chi phí cao cho thiết bị điện tử

công suất

 Hệ thống điều khiển phức tạp

2.4.4 Khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên với bộ truyền động trực tiếp và bộ chuyển đổi công suất toàn phần

Cấu hình này tương ứng với tuabin gió loại tốc độ biến thiên với máy phát điện dẫn động trực tiếp được kết nối với lưới điện thông qua bộ chuyển đổi công suất toàn phần Sự khác biệt quan trọng nhất giữa tuabin gió truyền động bằng hộp số và loại truyền động trực tiếp là tốc độ rôto của máy phát Máy phát điện truyền động trực tiếp quay với tốc độ thấp vì rôto của máy phát được nối trực tiếp với trục của rôto tuabin Tốc độ thấp là cần thiết để tạo ra mô-men xoắn cao hơn để cung cấp công suất tối ưu hơn Mô-men xoắn cao đòi hỏi số cặp cực nhiều nghĩa là kích thước của máy phát điện lớn hơn

Ưu điểm của tuabin gió dẫn động trực tiếp là quá trình truyền động được đơn giản hóa, hiệu suất tổng thể cao hơn, độ tin cậy và tính khả dụng cao hơn do được loại trừ đi hộp số So với khái niệm tuabin gió loại tốc độ biến thiên với bộ chuyển đổi công suất một phần, bộ chuyển đổi công suất toàn phần có thể cho phép tốc độ rôto của máy phát hoạt động trong dải tốc độ ±100% tốc độ đồng bộ Tuy nhiên, loại tuabin này sẽ có chi phí cao hơn và tổn thất trong thiết bị điện tử công suất cao hơn vì tất cả công suất tạo ra phải đi qua bộ chuyển đổi Máy phát điện truyền động trực tiếp tương ứng với tuabin loại tốc độ biến thiên thông dụng nhất là máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) được

thể hiện trong hình 2-17

Hình 2-17 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu với bộ chuyển đổi PWM

Kích từ của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu và do đó không cần cuộn dây rôto So với máy phát điện có dây quấn kích từ trên rôto thì máy phát PM có ưu điểm là tổn hao rôto thấp hơn, kích thước rôto nhỏ hơn, rôto không cần làm mát, giảm hỏng hóc Tuy nhiên, chi phí sản xuất nam châm vĩnh cửu rất cao và cần phải có hệ thống làm mát thích hợp vì nam châm vĩnh cửu nhạy cảm với nhiệt độ cao

Máy phát điện nam châm vĩnh cửu yêu cầu sử dụng bộ chuyển đổi công suất toàn phần để kết nối với lưới điện nhằm điều chỉnh điện áp và tần số ở đầu cực máy phát phù hợp với hệ thống điện

Bảng 2-7 Ưu và nhược điểm của tuabin gió loại tốc độ biến thiên với bộ chuyển đổi công suất toàn phần

 Hiệu quả và năng suất cao hơn  Không cần nguồn cung cấp cho

kích từ rôto

 Có khả năng điều khiển công suất phản kháng, công suất tác dụng  Không có tổn hao trên rôto, cải

thiện đặc tính nhiệt của máy phát  Khả năng vượt qua sự cố lưới điện

 Những khó khăn trong chế tạo sản xuất

 Bộ chuyển đổi lớn hơn nên đắt tiền hơn (100% công suất định mức) 2.5 CÁC THÀNH PHẦN ĐIỂN HÌNH TRONG TUABIN GIÓ

Hình 2-18 Các bộ phận cấu thành nên tuabin gió

Hình 2-19 Bộ phận cột tháp của tuabin gió

Hình 2-20 Bộ phận máy phát của tuabin gió

Hình 2-21 Bộ phận trục truyền tốc độ cao

Hình 2-22 Bộ phận vỏ bọc của tuabin gió

Hình 2-23 Bộ phận mũi tên gió của tuabin gió Hình 2-25 Bộ phận bộ điều khiển của tuabin gió

Hình 2-27 Bộ phận trục truyền tốc độ thấp của tuabin gió

Hình 2-28 Bộ phận rôto của tuabin gió

Hình 2-29 Bộ phận cánh quạt của tuabin gió

Hình 2-30 Bộ phận hệ thống điều khiển độ nghiêng cánh của tuabin gió

Hình 2-31 Bộ phận phanh của tuabin gió Hình 2-33 Bộ phận động cơ lái phương vị của tuabin gió

Anemometer (phong tốc kế): Đo tốc độ gió và truyền dữ liệu tốc độ gió đến bộ điều khiển

Blades (cánh quạt): Nâng và quay khi gió thổi qua chúng, làm cho cánh quạt quay Hầu hết các tuabin có hai hoặc ba cánh

Brake (phanh): Dừng rôto bằng cơ học, điện hoặc thủy lực, trong trường hợp khẩn cấp

Controller (bộ điều khiển): Khởi động máy phát ở tốc độ gió khoảng 8 đến 16 dặm/giờ (mph) và tắt máy vào khoảng 55 mph Tuabin không hoạt động ở tốc độ gió trên khoảng 55 dặm/giờ vì chúng có thể bị hỏng do gió lớn

Gear box (hộp số): Nối trục truyền tốc độ thấp với trục truyền tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ khoảng 30-60 vòng/phút (vòng / phút), lên khoảng 1000-1800 vòng/phút; đây là tốc độ quay của hầu hết các máy phát điện để sản xuất điện Hộp số là một bộ phận đắt tiền và khá nặng của tuabin gió và các kỹ sư đang khám phá các máy phát điện “truyền động trực tiếp” hoạt động ở tốc độ quay thấp hơn và không cần hộp số

Generator (máy phát): Sản xuất điện xoay chiều; nó thường là một máy phát điện cảm ứng

High-speed shaft (trục truyền tốc độ cao): Điều khiển máy phát điện

Low-speed shaft (trục truyền tốc độ thấp): Quay trục tốc độ thấp ở khoảng 30-60 vòng / phút

Nacelle (vỏ bọc): Nằm trên đỉnh tháp và chứa hộp số, trục truyền tốc độ thấp và tốc độ cao, máy phát điện, bộ điều khiển và phanh Một số vỏ bọc đủ lớn để trực thăng có thể hạ cánh

Pitch system (hệ thống điều khiển độ nghiêng cánh): tạo góc nghiêng cánh để điều khiển tốc độ cánh quạt và để giữ cho cánh quạt không quay trong gió quá cao hoặc quá thấp để tạo ra điện

Rôto (rôto): Cánh quạt và đầu hub cùng tạo thành rôto

Tower (cột tháp): Được làm từ thép hình ống, bê tông hoặc thép lưới Hỗ trợ cấu trúc của tuabin Bởi vì tốc độ gió tăng theo chiều cao, các tháp cao hơn cho phép tuabin thu được nhiều năng lượng hơn và tạo ra nhiều điện hơn

Wind direction (hướng gió): Xác định thiết kế của tuabin Tua bin gió ngược - như hình minh họa ở trên - gió hướng vào tuabin trong khi tuabin gió hướng ra xa

Wind vane (mũi tên gió): Đo hướng gió và giao tiếp với hệ truyền động phương vị để định hướng tuabin phù hợp với gió

Yaw drive (hệ truyền động phương vị): Định hướng các tuabin gió ngược để giữ cho chúng đối diện với gió khi hướng thay đổi Tua bin gió xuôi không yêu cầu hệ truyền động phương vị vì gió thổi cánh quạt ra khỏi nó theo cách thủ công

Yaw motor (động cơ lái phương vị): Tăng sức mạnh cho hệ truyền động phương vị

Chi tiết một số chức năng của các thành phần chính cấu thành nên tuabin gió:

Hình 2-35 Chức năng của các thành phần chính cấu thành nên tuabin gió

2.6 CÁC LOẠI TUABIN GIÓ THƯƠNG MẠI

Type-1: Hệ thống năng lượng gió tốc độ cố đinh (fixed-speed) với máy phát điện cảm ứng kiểu rôto lồng sóc SCIG (squirrel-cage induction generator)

Hình 2-36 Hệ thống tuabin gió tốc độ cố định (Type-1)

 Đây là công nghệ đầu tiên cho hệ thống năng lượng gió

 Máy phát điện tốc độ cố định (rôto chỉ thay đổi 1% xung quanh tốc độ đồng bộ)

 Tuabin được trang bị một hộp số để phù hợp với sự khác biệt về tốc độ giữa tuabin và máy phát điện

 Được kết nối với lưới điện thông qua bộ khởi động mềm (Soft starter) và máy biến áp nâng áp Soft starter được sử dụng nhằm hạn chế sự gia tăng dòng diện được gọi là “dòng khởi động” và mô-men xoắn của động cơ điện, giúp quá trình khởi động được thực hiện từ từ và mượt mà hơn, đảm bảo an toàn cho động cơ

 SCIG sử dụng các tụ điện ba pha để lấy công suất phản kháng từ lưới điện

Bảng 2-8 Ưu và nhược điểm của tuabin gió Type-1

 Mạnh mẽ  Đơn giản  Chi phí

thấp  Tin cậy

 Vestas V82, 1.65 MW

 Siemens SWT 101, 2.3MW

2.3-Type-2: Hệ thống tuabia gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn (rôto có thể thay đổi tốc độ trong khoảng ±10%) với máy phát điện cảm ứng kiểu rôto dây quấn (WRIG)

Hình 2-37 Hệ thống tuabia gió loại tốc độ biến thiên bị giới hạn (Type-2)

 Máy phát điện cảm ứng rôto dây quấn được trang bị thêm biến trở, biến trở được kết nối để điều khiển dòng điện rôto (RCC-Rôto curent control), hệ thống cho phép tăng tốc độ rôto tạm thời lên 10% ngay lập tức khi một cơn gió mạnh thổi vào cánh quạt (điều khiển Optislip), việc điều khiển này nhằm giảm thiểu dao động công suất đầu ra từ máy phát điện cảm ứng, do khi gió giật đột ngột sẽ làm biến đổi mô-men xoắn

 Máy phát điện có độ trượt biến đổi Độ trượt là một hàm của điện trở (DC) (đo bằng ohms) trong cuộn dây rôto của máy phát điện Lực cản càng cao thì độ trượt càng cao, vì vậy để thay đổi độ trượt là thay đổi điện trở trong rôto Bằng cách này, người ta có thể thay đổi độ trượt của máy phát khoảng 10%

 Đối với loại tuabin này thì điện áp không được điều khiển, và cần có tụ bù để bù công suất phản kháng

Bảng 2-9 Ưu và nhược điểm của tuabin gió Type-2

 Tăng hiệu quả chuyển đổi so với Type-I

 Giảm ứng suất cơ học do gió mạnh, giảm hao mòn hộp số và vòng bi, từ đó giúp tăng tuổi thọ cho tuabin

 Hiệu suất thấp  Dải tốc độ bị

hạn chế (chỉ ±10%)

 Vestas V66-2.0 MW

 Suzlon Energy S88-2.1 MW