Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu tác dụng của việc tích hợp hệ thống tích trữ năng lượng ắc quy - Hệ thống tích trữ năng lượng dạng bánh đà kết hợp với nguồn năng lượng gió

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN LÊ CƯỜNG MSHV: 7140403

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN LÊ CƯỜNG

NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG CỦA VIỆC TÍCH HỢP HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG ẮC QUY - HỆ THỐNG TÍCH TRỮ

NĂNG LƯỢNG DẠNG BÁNH ĐÀ KẾT HỢP VỚI NGUỒN

NĂNG LƯỢNG GIÓ

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số: 60 52 02 02

LUẬN VĂN THẠC SĨ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG –HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: TRẦN LÊ CƯỜNG MSHV: 7140403 Ngày, tháng, năm sinh: 10/02/1989 Nơi sinh: Bình Phước Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02

TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TÁC DỤNG CỦA VIỆC TÍCH HỢP HỆ

THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG ẮC QUY – HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG DẠNG BÁNH ĐÀ KẾT HỢP VỚI NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Mô phỏng để đánh giá rõ tác dụng của hệ thống tích trữ trong hệ thống điện gió cục bộ, đưa ra các lợi ích về tính kinh tế và ổn định, đảm bảo nâng cao hiệu suất hoạt động của nguồn năng lượng gió, đồng thời đi so sánh khả năng đáp ứng công suất và phạm vi ứng dụng của hai hệ thống tích trữ bánh đà và ắc quy ở các chế độ vận hành khác nhau

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/01/2016 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2016

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, đề tài “Nghiên cứu tác dụng của việc tích hợp hệ thống tích trữ năng lượng ắc quy - hệ thống tích trữ năng lượng dạng bánh đà kết hợp với nguồn năng lượng gió” đến nay đã được hoàn thiện Em xin chân thành

cảm ơn sự chỉ dẫn nhiệt tình, đầy tâm huyết của thầy TS Lê Kỷ đã truyền đạt

những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình thực hiện luận văn Bên cạnh đó, em cũng xin cảm ơn tới tất cả quý Thầy, Cô trong Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM đã giảng dạy, truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích trong suốt thời gian em học tập tại trường

Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp đỡ, hỗ trợ và tạo điều kiện trong quá trình học tập, công tác, cũng như trong thời gian thực hiện luận văn

Tphcm, tháng 12 năm 2016

Trần Lê Cường

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Phát triển nguồn năng lượng tái tạo nói chung mà cụ thể là nguồn năng lượng gió là một trong những xu thế tất yếu với nhu cầu của xã hội hiện nay, sự có mặt của loại nguồn năng lượng này giúp giải quyết các vần đề về môi trường, bên cạnh đó nó còn giảm gánh nặng cũng như thời gian phát của các nguồn điện sử dụng năng lượng truyền thống (than, dầu, ) Để có thể nâng cao hiệu suất hoạt động cũng như hạn chế những biến động công suất, việc sử dụng một hệ thống tích trữ là vô cùng quan trọng Trong rất nhiều dạng tích trữ khác nhau thì tích trữ dạng hóa năng và động năng là có những ưu điểm và phổ biến hơn cả Đề tài luận văn “Nghiên cứu tác dụng của việc tích hợp hệ thống tích trữ năng lượng ắcquy - hệ thống tích trữ năng lượng dạng bánh đà kết hợp với nguồn năng lượng gió” sẽ khảo sát hệ thống điện gió cục bộ (IWPS) bao gồm hệ thống nguồn phát từ turbine điện gió (WTG) và tải tiêu thụ luôn thay đổi (CL), bên cạnh đó là hệ thống máy phát đồng bộ, hệ thống tải giả, hệ thống tích trữ bánh đà (FESS), hệ thống tích trữ ắc quy (BESS) Các kết quả mô phỏng của hệ thống sẽ được trình bày trên các đồ thị như công suất, tần số, điện áp hệ thống, dòng điện qua các chế độ vận hành khác nhau để từ đó đánh giá được tác dụng của các hệ thống tích trữ với nguồn năng lượng gió trong hệ thống lưới điện cục bộ, thêm vào đó là đi so sánh hai loại tích trữ này để có những chọn lựa cho phù hợp

ABSTRACT

In general, the development of renewable energy is the vital trend with requirement of society nowadays, like wind energy The appearance of this type of energy assists to solve environment's matters and to decrease the burden as well as the generation time from the traditional energy resources (coal, petrol,…) In order to limit the impact of fluctuations in active power and improve the operating performance as

popular and preeminent "The research on the benefits of integration battery based energy storage system (BESS) – flywheel based energy storage systems (FESS) with wind energy resource” will survey an isolated wind power system (IWPS) which consists the changeable of wind turbine generator (WTG) and consumer load (CL), beside synchronous machine (SM), dump load, BESS, and FESS Simulation results of the system will be shown on the graphs such as power, frequency, voltage and current through various operation cases so that we can analyze and evaluate the benefits of storage systems with wind energy resource in IWPS, as well as compare

two these types of storage to have a suitable selection

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này hoàn toàn do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa

học của thầy TS Lê Kỷ Các kết quả nêu trong luận văn chưa được công bố trong

bất kỳ công trình nào khác Các số liệu, ví dụ và trích dẫn trong luận văn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực

Tôi xin chân thành cảm ơn

Học viên

Trần Lê Cường

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1-1

1.1 Lý do chọn đề tài 1-1 1.2 Mục tiêu 1-1 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1-2 1.4 Ý nghĩa khoa học 1-2

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ NHU CẦU CỦA HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG 2-1

2.1 Tổng quan về nguồn năng lượng tái tạo và tính cấp thiết của việc tích trữ năng lượng 2-1 2.2 Các vấn đề khi lựa chọn loại hệ thống tích trữ 2-1 2.3 So sánh các kỹ thuật tích trữ khác nhau 2-2 2.3.1 So sánh dựa vào hiệu suất năng lượng 2-2 2.3.2 So sánh công suất dựa vào vùng ứng dụng 2-3 2.3.3 So sánh dựa vào chi phí đầu tư 2-4 2.3.4 So sánh dựa vào mật độ năng lượng theo thể tích và khối lượng 2-5 2.4 Tóm tắt chương 2-6

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ 3-1

3.1 Lịch sử hình thành 3-1 3.2 Những lợi ích và thách thức của nguồn năng lượng gió 3-1 3.2.1 Lợi ích: 3-1 3.2.2 Thách thức: 3-2 3.3 Giới thiệu các loại mô hình turbine gió và máy phát 3-2

3.3.1 Loại mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi sử dụng máy phát điện không đồng bộ nguồn kép 3-2 3.3.2 Loại mô hình turbine gió với tốc độ cố định sử dụng máy phát cảm ứng3-4

3.3.3 Loại mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi sử dụng máy phát cảm ứng rotor dây quấn 3-5 3.3.4 Loại mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi chỉnh lưu toàn phần sử dụng máy phát cảm ứng rotor lồng sóc hoặc máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) 3-5 3.3.5 Loại mô hình turbine gió với góc pitch có thể thay đổi sử dụng máy phát không đồng bộ 3-6 3.4 Tóm tắt chương 3-9

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG 4-1

4.1 Hệ thống tích trữ năng lượng ắc quy (BESS) 4-1 4.1.1 Giới thiệu 4-1 4.1.2 Đánh giá và so sánh đặc điểm của từng loại ắc quy 4-1 4.1.3 Mô hình ắc quy 4-3 4.1.4 Đường cong đặc tính xả điện của ắc quy 4-5 4.1.5 Đường cong đặc tính nạp của ắc quy 4-6 4.1.6 Các phương pháp nạp ắc quy 4-7 4.2 Hệ thống tích trữ năng lượng bánh đà (FESS) 4-9 4.2.1 Giới thiệu 4-9 4.2.2 Năng lượng tích trữ trong bánh đà 4-10 4.2.3 Vật liệu chế tạo bánh đà 4-11

4.2.6 Khối phát xung 4-20 4.3 Tóm tắt chương 4-22

CHƯƠNG 5 PHÂN TÍCH TÁC DỤNG CỦA TÍCH HỢP HỆ THỐNG TÍCH TRỮ VỚI NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ TRONG LƯỚI ĐIỆN CỤC BỘ 5-1

5.1 Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điện gió cục bộ 5-1 5.2 Mô hình mô phỏng Matlab Simulink cho hệ thống điện gió cục bộ kết nối với tải giả 5-7 5.2.1 Mô hình mô phỏng 5-7 5.2.2 Khi thay đổi bước tải 5-7 5.2.3 Khi thay đổi tốc độ gió 5-9 5.2.4 Kết Luận 5-10 5.3 Mô hình mô phỏng Matlab Simulink cho hệ thống điện gió cục bộ kết hợp với ắc quy (BESS) 5-11 5.3.1 Mô hình hệ thống điện gió cục bộ kết hợp với ắc quy (BESS) 5-11 5.3.2 Mô hình mô phỏng Matlab Simulink hệ thống điện gió cục bộ kết hợp với hệ thống tích trữ ắc quy (BESS) 5-11 5.3.3 Các bước mô phỏng và đánh giá kết quả mô phỏng với các giá trị dòng điện nạp xả khác nhau 5-15 5.3.4 Kết Luận 5-21 5.4 Mô hình mô phỏng Matlab Simulink cho hệ thống điện gió cục bộ kết hợp với bánh đà (FESS) 5-22 5.4.1 Mô hình hệ thống điện gió cục bộ kết hợp với bánh đà (FESS) 5-22 5.4.2 Mô hình mô phỏng Matlab Simulink hệ thống điện gió cục bộ kết hợp với hệ thống tích trữ năng lượng dạng bánh đà (FESS) 5-23 5.4.3 Các bước mô phỏng và đánh giá kết quả mô phỏng 5-26 5.4.4 Kết Luận 5-29

5.5 So sánh hai loại tích trữ ắc quy NiMh và bánh đà khi được kết nối vói lưới điện cục bộ 5-29

CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN 6-1

6.1 Đánh giá kết quả đạt được và ý nghĩa thực tiễn 6-1 6.1.1 Kết quả đạt được 6-1 6.1.2 Ý nghĩa thực tiễn 6-2 6.2 Hướng phát triển của đề tài 6-2

CHƯƠNG 7 TÀI LIỆU THAM KHẢO 7-1

PHỤ LỤC

đồng bộ nguồn kép (DFIG) 3-2

Hình 3.2 - Lưu đồ công suất của máy phát không đồng bộ nguồn kép 3-3Hình 3.3 - Mô hình turbine gió với tốc độ cố định sử dụng máy phát cảm ứng rotor

lồng sóc 3-4

Hình 3.4 - Mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi giới hạn sử dụng máy phát cảm

ứng rotor dây quấn 3-5

Hình 3.5 - Mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi chỉnh lưu toàn phần 3-6Hình 3.6 - Mô hình turbine gió có điều khiển góc pitch (beta) 3-8Hình 3.7 - Mối quan hệ giữa công suất cơ đầu ra của turbine và tốc độ gió 3-8Hình 4.1 - Sơ đồ mô phỏng Matlab Simulink của ắc quy NiMh 4-4Hình 4.2 - Đường cong xả điện đặc trưng của ắc quy 4-6Hình 4.4 - Đường cong đặc tính nạp của ắc quy 4-7Hình 4.5 - Các thành phần của bánh đà 4-10Hình 4.6 - Hình dạng khác nhau của bánh đà 4-13Hình 4.7 - Mạch tương đương theo trục d của máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc 4-15

Hình 4.8 - Mạch tương đương theo trục qcủa máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc 4-15

Hình 4.9 - Điện áp so với tần số theo nguyên lý V/f không đổi 4-17Hình 4.10 - Điều khiển hệ thống máy điện ASM và bánh đà sử dụng FOC 4-18Hình 4.11 - Bánh đà trao đổi công suất với lưới thông qua bộ biến đổi công suất hai

chiều 4-19

Hình 4.12 – Dạng sóng điều khiển sáu xung điều khiển cầu ba nhánh (three-arm

bridge) 4-20

Hình 4.13 – Mô hình điều khiển sáu xung cho cầu ba nhánh (three-arm bridge) 4-21Hình 5.1- Mô hình hệ thống điện gió cục bộ sử dụng máy phát turbine gió DFIG 5-1Hình 5.2 - Mô hình hệ thống điện gió cục bộ sử dụng máy phát turbine gió ASM

với tốc độ cố định 5-3

Hình 5.3 - Khối điều khiển tần số hệ thống rời rạc theo thời gian 5-3Hình 5.4 - Khối tải giả sử dụng điện trở được đóng cắt bởi các khóa GTO 5-4Hình 5.5 - Hệ thống kích từ cho máy phát đồng bộ 5-5Hình 5.6 - Mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện cục bộ kết hợp với tải giả thay đổi

trên phần mềm Matlab Simulink 5-7

Hình 5.7 - Đồ thị phụ tải khách hàng khi hệ thống kết hợp với tải giả 5-7Hình 5.8 - Công suất điện phát từ turbine gió khi hệ thống kết hợp với tải giả 5-8Hình 5.9 - Tần số hệ thống khi hệ thống kết hợp với tải giả 5-8Hình 5.10 - Đồ thị công suất tiêu thụ từ tải giả 5-9Hình 5.11 - Đồ thị điện áp hệ thống khi hệ thống kết hợp với tải giả 5-9Hình 5.12 - Đồ thị dòng điện tải khi hệ thống kết hợp với tải giả 5-9Hình 5.13 - Dòng điện trên tải giả 5-10Hình 5.14 - Mô hình hệ thống điện gió cục bộ sử dụng máy phát không đồng bộ

(ASM) có tốc độ cố định kết hợp với hệ thống tích trữ ắc quy 5-11

Hình 5.15 - Mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện cục bộ kết hợp với hệ thống tích

trữ ắc quy (BESS) trên phần mềm Matlab Simulink 5-12

Hình 5.16 - Sơ đồ khối điều khiển dòng điện bên trong CCI xây dựng trên

Simulink 5-14

Hình 5.17 - Đồ thị phụ tải khách hàng khi hệ thống kết hợp với ắc quy 5-15Hình 5.18 - Đồ thị công suất turbine gió khi hệ thống kết hợp với ắc quy 5-15Hình 5.19 - Tần số hệ thống khi hệ thống kết hợp với ắc quy 5-16Hình 5.20 - Công suất BESS trao đổi với lưới 5-16

Hình 5.23 - Điện áp trên ắc quy 5-18Hình 5.24 - Điện áp lưới khi hệ thống kết hợp với ắc quy 5-18Hình 5.25 - Dòng điện máy phát turbine gió khi hệ thống kết hợp với ắc quy 5-18Hình 5.26 - Đồ thị phụ tải khách hàng khi hệ thống kết hợp với ắc quy 5-19Hình 5.27 - Đồ thị công suất turbine gió khi hệ thống kết hợp với ắc quy 5-19Hình 5.28 - Tần số hệ thống khi hệ thống kết hợp với ắc quy 5-19Hình 5.29 - Công suất BESS trao đổi với lưới 5-19Hình 5.30 - Trạng thái vận hành của ắc quy SOC 5-20Hình 5.31 - Dòng điện trên ắc quy 5-20Hình 5.32 - Điện áp trên ắc quy 5-21Hình 5.33 - Sơ đồ hệ thống điện gió cục bộ sử dụng máy phát không đồng bộ kết

hợp với hệ thống tích trữ dạng bánh đà 5-23

Hình 5.34 - Mô hình mô phỏng hệ thống lưới điện cục bộ kết hợp với hệ thống tích

trữ dạng bánh đà (FESS) trên phần mềm Matlab Simulink 5-24

Hình 5.35 - Khối điều khiển phía lưới VSC1 xây dựng trên Matlab Simulink 5-24Hình 5.36 - Khối điều khiển phía bánh đà VSC2 5-26Hình 5.37 - Đồ thị công suất turbine gió khi hệ thống kết hợp với bánh đà 5-27Hình 5.38 - Đồ thị phụ tải khách hàng khi hệ thống kết hợp với bánh đà 5-27Hình 5.39 - Tần số hệ thống khi hệ thống kết hợp với bánh đà 5-27Hình 5.40 - Công suất FESS trao đổi với lưới 5-27Hình 5.41 –T ốc độ ASM 5-28Hình 5.42 - Điện áp hệ thống khi kết hợp với bánh đà 5-29Hình 5.43 - Dòng điện máy phát turbine gió 5-29

DANH MỤC BẢNG

Bảng 4.1 - Đặc tính của bánh đà tốc độ thấp và bánh đà tốc độ cao 4-12Bảng 4.2 - Đặc tính khác nhau của các loại vật liệu dùng cho bánh đà 4-13Bảng 4.3 - Đặc điểm chính của các loại máy điện được sử dụng cho bánh đà 4-14

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

IWPS : Isolate Wind Power System – Hệ thống điện gió cục bộ FESS : Flywheel Based Energy Storage System - Hệ thống tích trữ năng lượng

bánh đà WTG : Wind Turbine Generator - Máy phát turbine gió CL : Consumer Load – Tải tiêu thụ

DL : Dump Load – Tải giả ASM : Asynchronous Machine - Máy điện không đồng bộ CCI : Current Controlled Inverter – Bộ nghịch lưu điều khiển dòng SM : Synchronous Machine - Máy điện đồng bộ

PID : Proportional, Integral and Derivative - Vi tích phân tỉ lệ PWM : Pulse Width Modulation - Điều chế độ rộng xung PHS : Pumped Hydro Storage - Bơm tích trữ khí hydro CAES : Compressed Air Storage - Tích trữ khí nén SMES : Supperconducting Magnetic Energy Storage – Tích trữ năng lượng siêu

từ tính PLL : Phase Locked Loop - Vòng khóa pha VSC : Voltage Source Converter - Bộ biến đổi nguồn áp FOC : Field-Oriented Control - Điều khiển định hướng trường DTC : Direct Torque and Flux Control - Điều khiển từ thông và momen trực

tiếp

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, điện năng là một trong những lĩnh vực có vai trò quan trọng trong sự phát triển của các lĩnh vực kinh tế, an ninh, sinh hoạt hằng ngày của người dân,…do đó việc xây dụng và phát triển không ngừng các nguồn năng lượng điện là rất cần thiết Với những yêu cầu của xã hội hiện nay, hệ thống năng lượng này không chỉ phải đáp ứng đủ nhu cầu mà còn phải tin cậy khi mà các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt, bên cạnh đó yếu tố ảnh hưởng đến môi trường cũng đặc biệt được quan tâm

Với sự ra đời của các nguồn năng lượng sạch mà nhất là các nguồn năng lượng tái tạo có thể kể đến như năng lượng gió, năng lượng mặt trời đã phần nào giải quyết được những khó khăn trên

Nhưng những thách thức đặt ra để có thể nâng cao hiệu suất hoạt động của loại năng lượng này rất đáng được nghiên cứu như lượng điện sản xuất ra phụ thuộc vào những yếu tố khách quan không ổn định như gió, mặt trời, không đồng bộ với đồ thị phụ tải

Vì vậy, tích trữ năng lượng điện là một biện pháp rất khả thi nhằm sử dụng hiệu quả các nguồn điện năng lượng tái tạo, giảm thời gian phát cũng như giảm chu kì khởi động và dừng của máy phát sử dụng năng lượng truyền thống (than, dầu )

1.2 Mục tiêu

Đề tài “Nghiên cứu tác dụng của việc tích hợp hệ thống tích trữ năng lượng ắcquy - hệ thống tích trữ năng lượng dạng bánh đà kết hợp với nguồn năng lượng gió” được nghiên cứu nhằm mục đích để đánh giá rõ tác dụng của hệ thống tích trữ đối với nguồn điện gió trong hệ thống cục bộ, đưa ra các lợi ích về tính kinh tế và ổn định, đảm bảo nâng cao hiệu suất hoạt động của nguồn năng lượng gió, đồng

thời đi so sánh đáp ứng công suất và phạm vi ứng dụng của hai hệ thống tích trữ bánh đà và ắc quy ở các chế độ vận hành khác nhau

1.3 Phạm vi nghiên cứu

Trong đề tài này sẽ xây dựng hệ thống lưới điện cục bộ với nguồn điện gió trên phần mềm Matlab Simulink với các trạng thái vận hành khác nhau như: trường hợp hệ thống không có tích trữ, trường hợp có hệ thống tích trữ Bằng phương pháp điều khiển tần số hệ thống điện sẽ thực hiện phân tích các thành phần của hệ thống như điện áp, tần số, công suất, thời gian đáp ứng,…ở các trường hợp khác nhau

1.4 Ý nghĩa khoa học

Vai trò của tích trữ năng lượng trong hệ thống điện trở nên rất cần thiết, đặc biệt là trong hệ thống điện cục bộ có các nguồn máy phát phân tán Đề tài sử dụng hai loại tích trữ là ắc quy và bánh đà trong hệ thống lưới điện cục bộ có nguồn năng lượng gió nhằm mục đích:

 Nâng cao hiệu suất hoạt động của nguồn năng lượng này khi thường bị ảnh hưởng bởi những yếu tố khách quan không ổn định

 Giúp ổn định tần số lưới  Giảm số lần khởi động, tiết kiệm nhiên liệu và giảm thời gian chạy cho các

máy phát điện vận hành nóng như diesel sử dụng các nguồn nhiên liệu truyền thống

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀ NHU CẦU CỦA HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG 2.1 Tổng quan về nguồn năng lượng tái tạo và tính cấp thiết của việc tích trữ

năng lượng

Năng lượng tái tạo hay năng lượng tái sinh, theo [1] được định nghĩa là nguồn năng lượng có được từ những nguồn được xem là vô hạn như năng lượng mặt trời, gió, mưa, thủy triều, sóng và địa nhiệt

Sự ra đời của năng lượng tái tạo là rất cần thiết do bởi các nguồn năng lượng truyền thống (than, dầu,…) đang dần cạn kiệt và ảnh hưởng của nó đến môi trường trong khi nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng

Nhưng loại năng lượng này lại có nhược điểm là không liên tục do phải phụ thuộc vào các yếu tố khách quan như gió và mặt trời Vì vậy, cần có một hệ thống tích trữ để nâng cao hiệu suất hoạt động và đảm bảo độ tin cậy cho những thay đổi của hệ thống trên

2.2 Các vấn đề khi lựa chọn loại hệ thống tích trữ

Theo [9], để việc tích trữ năng lượng điện có thể đạt được hiệu quả, ban đầu thì nó phải được chuyển vào dạng năng lượng khác để có thể tích trữ được và có thể biến đổi ngược lại khi cần

Có nhiều kỹ thuật để tích trữ năng lượng đã được tìm thấy trong thực tế như ở dạng nhiệt, hóa, cơ và có thể chia thành bốn loại tùy thuộc vào các ứng dụng của chúng

 Các ứng dụng có công suất thấp ở những khu vực cách ly với lưới, cần thiết trong trường hợp khẩn cấp

 Các ứng dụng có công suất vừa cũng ở những khu vực cách ly với lưới,

 Các ứng dụng với mục đích kết lưới để phủ đỉnh  Các ứng dụng để điều khiển chất lượng điện năng Hai loại đầu tiên là những hệ thống có quy mô nhỏ nơi mà năng lượng có thể được lưu trữ ở dạng động năng (bánh đà), hóa năng (ắc quy), khí nén, pin nhiên liệu, siêu tụ điện hay vật liệu siêu dẫn

Trong khi loại ba và bốn dành cho những hệ thống có quy mô lớn khi mà năng lượng được lưu trữ trong các hệ thống nhà máy thủy điện, nhiệt điện, khi nén…

2.3 So sánh các kỹ thuật tích trữ khác nhau

Hiệu suất hoạt động của các kỹ thuật tích trữ năng lượng khác nhau dựa vào các tiêu chuẩn sau như: giá cả, mật độ năng lượng, hiệu suất năng lượng, khả năng tái sử dụng và tuổi thọ

2.3.1 So sánh dựa vào hiệu suất năng lượng

Hiệu suất năng lượng và tuổi thọ dự kiến là hai thông số quan trọng cần được quan tâm trước khi lựa chọn công nghệ tích trữ bởi vì chúng sẽ ảnh hưởng đến chi phí trên toàn bộ hệ thống tích trữ Với những loại mà có hiệu suất thấp sẽ làm tăng chi phí năng lượng hiệu quả bởi vì chỉ có một phần năng lượng tích trữ được sử dụng Tuổi thọ ngắn cũng là một vấn đề về chi phí lâu dài khi mà các thiết bị tích trữ phải được thay thế thường xuyên Hình 2.1 minh họa đặc tính của các loại tích trữ khác nhau dựa trên tuổi thọ và hiệu suất hoạt động

Hình 2.1 - Các kỹ thuật tích trữ khác nhau dựa trên tuổi thọ và hiệu suất hoạt động

[9]

2.3.2 So sánh công suất dựa vào vùng ứng dụng

Với những ứng dụng tích trữ năng lượng lớn và cố định có thể được chia thành ba loại chế độ vận hành chính:

 Đảm bảo chất lượng điện năng: năng lượng được tích trữ trong vùng này chỉ được sử dụng trong vài giây, thậm chí ít hơn để đáp ứng công suất thiếu hụt kịp thời

 Dùng trong trường hợp khẩn cấp hay còn gọi là vùng tích trữ “đệm”: có thể đảm bảo công suất cho hệ thống từ vài giây đến vài phút để đảm bảo hệ thống hoạt động liên tục khi chuyển từ nguồn này sang nguồn khác  Quản lý năng lượng: giúp đồng bộ giữa công suất phát ra và công suất

tiêu thụ, hệ thống sẽ lưu trữ vào những giờ thấp điểm (giá cả thấp) và sẽ phát ngược lên lưới vào những giờ cao điểm (giá cao)

Hình 2.2 - So sánh công suất tích trữ dựa vào vùng ứng dụng [9] 2.3.3 So sánh dựa vào chi phí đầu tư

Chi phí đầu tư ban đầu được xem là một trong những yếu tố quan trọng nhất của việc ứng dụng các công nghệ tích trữ Chi phí này được xét trên cùng một đơn vị năng lượng qua hình sau:

Hình 2.3 - So sánh dựa vào chi phí đầu tư trên đơn vị năng lượng [9]

Với cùng một đơn vị năng lượng, chi phí ban đầu của các công nghệ như siêu tụ điện, bánh đà công suất lớn phải tiêu tốn nhiều, hơn 1000 $/kWh Ở các mức thấp hơn cùng thời gian sử dụng lâu hơn là các loại công nghệ: pin điện hóa, bơm hydro, CAES, pin lưu lượng, v.v Những công nghệ có chi phí ban đầu càng ít thì càng đem lại hiệu quả quản lý năng lượng tốt hơn, theo đó thời gian đáp ứng càng ngắn thì chất lượng nguồn năng lượng càng được đảm bảo

2.3.4 So sánh dựa vào mật độ năng lượng theo thể tích và khối lượng

Thể tích và khối lượng là hai thông số quan trọng, như hình có thể thấy những vật liệu nào vừa nhẹ, vừa nhỏ thì mật độ năng lượng càng cao

Loại so sánh này đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp vận tải, thiết bị cầm tay

Hình 2.4 - So sánh dựa vào mật độ năng lượng theo khối lượng và thể tích [9]

Dựa vào các tiêu chí đã được đánh giá ở trên thì hai công nghệ tích trữ bằng bánh đà và ắc quy NiMH có những ưu điểm vượt trội và lợi ích mà chúng mang lại khi kết hợp với hệ thống năng lượng gió, với lưới điện cục bộ đang xét

CHƯƠNG 3 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ

Chương 3 sẽ giới thiệu tổng quát về nguồn năng lượng gió, những lợi ích và thách thức đặt ra đối với nguồn năng lượng này Bên cạnh đó là trình bày những ưu nhược điểm của các mô hình máy phát turbine gió được sử dụng trong thực tế, để từ đó đưa ra những chọn lựa loại mô hình phù hợp nhất với đề tải

3.1 Lịch sử hình thành

Theo [19], vào cuối những năm 1970, cuộc khủng hoảng dầu mỏ đã buộc con người phải tìm các nguồn năng lượng mới để thay thế, một trong số đó là năng lượng gió Những năm sau đó, rất nhiều những nghiên cứu và phát triển năng lượng gió đã được thực hiện với nguồn hỗ trợ từ các chính phủ, bên cạnh đó là các dự án

nghiên cứu do các cá nhân, tổ chức đứng ra thực hiện

Lịch sử phát triển của thế giới loài người đã chứng kiến những ứng dụng của năng lượng gió vào cuộc sống từ rất sớm Gió giúp quay các cối xay bột, gió giúp các thiết bị bơm nước hoạt động, và gió thổi vào cánh buồm giúp đưa các con thuyền đi xa, cho đến những ứng dụng của turbine gió phát điện hiện đại ngày nay

3.2 Những lợi ích và thách thức của nguồn năng lượng gió 3.2.1 Lợi ích:

Theo [20], • Thân thiện với môi trường: các turbine gió không gây ra hay thải ra các

khí nhà kính như carbon dioxide (CO2) hay methane (CH4) • Giảm tiêu thụ các nhiên liệu hóa thạch: nhu cầu đốt than, dầu và khí để

phát điện giảm đáng kể khi có nguồn điện phát từ turbine gió • Năng lượng gió là vô tận và miễn phí: không cần phải mất tiền mua và

cũng không bao giờ cạn kiệt, kéo theo giá bán điện cũng rẻ hơn giá bán điện từ các nguồn năng lượng khác

3.2.2 Thách thức:

Theo [5], • Lượng điện sản xuất phụ thuộc vào tốc độ gió, do đó không thể sử dụng

để phủ đỉnh đồ thị công suất phát • Gây ra dao động tần số do công suất phát thay đổi theo tốc độ gió • Ngoài ra, turbine gió còn có thể gây ra tiếng ồn hoặc ảnh hưởng đến cảnh

quan của khu vực được lắp đặt

3.3 Giới thiệu các loại mô hình turbine gió và máy phát 3.3.1 Loại mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi sử dụng máy phát điện

không đồng bộ nguồn kép

Theo [16], máy điện không đồng bộ nguồn kép được dùng rất phổ biến trong các hệ thống phát điện gió hiện đại Một trong những ưu điểm chính khi dùng các máy điện không đồng bộ nguồn kép là các bộ biến đổi điện tử công suất được gắn với cuộn stator, do đó có công suất hoạt động nhỏ hơn nhiều so với công suất hoạt động của máy (khoảng 20-30% công suất phát của hệ) Các bộ điện tử công suất trên cũng được kết nối vào lưới điện

Hình 3.1 - Mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi sử dụng máy phát điện không

đồng bộ nguồn kép (DFIG) [16]

Đối với máy phát không đồng bộ nguồn kép, công suất có thể được phát lên lưới từ stator hay cả từ rotor tùy theo giá trị của vận tốc rotor như trình bày trong Hình 3.2:

Hình 3.2 - Lưu đồ công suất của máy phát không đồng bộ nguồn kép [16]

a) Khi vận tốc dưới vận tốc đồng bộ; b) Khi vận tốc trên vận tốc đồng bộ Các ký hiệu như P P Pr, s, co,Pgrid tượng trưng cho công suất rotor, công suất stator, công suất cơ trên trục rotor và công suất của bộ biến đổi điện tử công suất Mối liên hệ giữa các loại công suất trên được trình bày trong các phương trình sau:



Đối với máy phát không đồng bộ nguồn kép, công suất định mức của các bộ biến đổi điện tử công suất vào khoảng 30% công suất định mức của máy Đây chính là một trong những ưu điểm của loại máy phát này

3.3.2 Loại mô hình turbine gió với tốc độ cố định sử dụng máy phát cảm ứng

Theo [5], loại máy phát điện gió với tốc độ cố định thường được biết đến như là máy phát cảm ứng vận tốc cố định (FSIG - Fixed Speed Induction Generator) FSIG sử dụng bộ máy phát điện cảm ứng lồng sóc và được nối trực tiếp với lưới điện như trong Hình 3.3 Bộ điều tốc (Gear-box) có vai trò biến đổi tăng tốc độ quay của tuabine gió phù hợp với tốc độ của rotor máy phát điện

Hình 3.3 - Mô hình turbine gió với tốc độ cố định sử dụng máy phát cảm ứng rotor

lồng sóc [5] Máy biến áp được sử dụng để nâng điện áp máy phát lên điện áp của lưới điện đấu nối hoặc điện áp hệ thống Khi máy phát vận hành ở tốc độ đồng bộ với độ trượt từ 1-2%, có thể xem như vận tốc không đổi hoặc cố định FSIG tiêu thụ công suất phản kháng để tạo ra từ trường và phát công suất tác dụng lên lưới Để giảm thiểu gánh nặng cho lưới điện tại điểm máy phát đấu nối vào, một bộ tụ bù được lắp đặt để cung cấp phần nhu cầu công suất phản kháng của máy phát

Đây chính là mô hình đơn giản nhất và có giá thành thấp nhất trong các mô hình máy phát điện gió nhưng mô hình này có rất nhiều hạn chế

Trong đó hạn chế lớn nhất là mô hình này không có khả năng điều khiển công suất phản kháng (hay hệ số công suất) của máy phát, do đó mô hình này đòi hỏi phải có nguồn công suất phản kháng trong hệ thống có khả năng điều khiển được

3.3.3 Loại mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi sử dụng máy phát cảm ứng rotor dây quấn

Hình 3.4 - Mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi giới hạn sử dụng máy phát cảm

ứng rotor dây quấn Một máy phát cảm ứng rotor dây quấn (WRIG) được kết nối trực tiếp đến lưới Biến trở được điều khiển được kết nối trực tiếp với các cuộn dây pha rotor của máy phát Bằng cách này mà ta có thể điều chỉnh được trở kháng rotor, và vì vậy mà tốc độ trượt và công suất đầu ra cũng được điều khiển Dãy tốc độ thay đổi thường nhỏ khoảng từ 0-10% trên tốc độ đồng bộ do giới hạn về kích cỡ của biến trở

3.3.4 Loại mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi chỉnh lưu toàn phần sử dụng máy phát cảm ứng rotor lồng sóc hoặc máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM)

Hình 3.5 - Mô hình turbine gió với tốc độ thay đổi chỉnh lưu toàn phần

Theo [5], trong loại turbine gió tốc độ thay đổi với bộ chỉnh lưu toàn phần thì máy phát có thể loại rotor lồng sóc cảm ứng (squirrel-cage induction) hoặc là máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) được kết nối với lưới thông qua bộ chuyển đổi điện tử công suất như Hình 3.5

Bộ chỉnh lưu công suất này được nối trực tiếp với stator của máy phát nên bộ chỉnh lưu công suất này phải có khả năng biến đổi toàn bộ công suất từ máy phát điện phát lên lưới Bộ điều tốc (gear box) có thể được xóa bỏ hoặc đơn giản nếu máy phát đồng bộ nhiều cực

Ưu điểm lớn của loại turbine gió này là thuận lợi trong việc đánh giá theo thời gian trạng thái nhiễu loạn với quá độ nhỏ nhất tại thời điểm xuất hiện sự cố và thời điểm sau sự cố Nó cũng có khả năng để nâng cao điều khiển công suất tiêu thụ và công suất phản kháng Do đó khả năng yêu cầu kết nối lưới có thể thỏa mãn

Mô hình turbine gió này có khả năng linh hoạt về điều khiển công suất phản kháng Hạn chế của mô hình này là công suất phát phụ thuộc vào công suất của hệ thống chỉnh lưu nên sẽ làm tăng giá thành đầu tư và tăng tổn thất qua bộ chỉnh lưu đối với turbine gió có công suất lớn

3.3.5 Loại mô hình turbine gió với góc pitch có thể thay đổi sử dụng máy phát không đồng bộ

Theo [20], mô hình này dựa trên đặc tính công suất ở trạng thái ổn định của turbine Khả năng truyền động không bị giới hạn, hệ số ma sát và quán tính của turbine phải được kết hợp với máy phát nối vào turbine Công suất cơ đầu ra của turbine được cho bởi công thức sau:

w

,2

CC CCCeC

mpum

rpu

PT



Mô hình Simulink của turbine được minh họa như sơ đồ Hình 3.6 Ba ngõ vào lần lượt là tốc độ máy phát (r_pu), góc pitch (độ), và tốc độ gió (m/s) Tỉ số tốc độ tip (pu) có được bằng cách chia tốc độ quay (pu) cho tốc độ gió (pu) Ngõ ra momen được đưa đến trục máy phát không đồng bộ ba pha

Hình 3.6 - Mô hình turbine gió có điều khiển góc pitch (beta) [20]

Hình 3.7 - Mối quan hệ giữa công suất cơ đầu ra của turbine và tốc độ gió

3.4 Tóm tắt chương

Qua các phân tích những ưu nhược điểm của từng loại turbine gió cũng như là yêu cầu về tận dụng triệt để nguồn công suất phát từ turbine gió thậm chí ở tốc độ gió cao, ta có thể thấy rằng mô hình turbine gió có thể điều chỉnh góc pitch (điều chỉnh góc pitch bằng 0) là tối ưu hơn cả Vì thế, mô hình này đã được lựa chọn để có thể đáp ứng yêu cầu của đề tài

CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG

Chương 4 sẽ trình bày các ưu điểm của hai loại tích trữ ắc quy NiMh và tích trữ dạng bánh đà Cùng với đó là đi giới thiệu mô hình mô phỏng dạng mạch điện để đánh giá đặc tính nạp xả của loại ắc quy, đưa ra các phương pháp nạp thường được sử dụng cho ắc quy Chi tiết cấu tạo, nguyên lý tích trữ, phương pháp điều khiển máy điện, các bộ biến đổi công suất trong hệ thống bánh đà cũng được trình bày trong chương này

4.1 Hệ thống tích trữ năng lượng ắc quy (BESS) 4.1.1 Giới thiệu

Đi cùng với sự phát triển mạnh của các kỹ thuật tích trữ năng lượng khác, thì việc nghiên cứu kỹ thuật tích trữ hóa năng đã và đang đạt đến những thành tựu quan trọng và được ứng dụng phổ biến trong cuộc sống Ưu điểm của loại tích trữ này là ít có khí thải độc hại, không gây ồn và đòi hỏi bảo trì rất ít Các phản ứng điện hóa sẽ xảy ra bên trong ắc quy khi có năng lượng điện cung cấp hoặc quá trình cũng có thể diễn ra ngược lại

Có rất nhiều công nghệ được sử dụng để sản xuất ắc quy như: ắc quy chì axit (lead-acid), nikel-cadmium, nikel-metal hydride, nikel-iron, zinc-air, iron-air, sodium-sulphur, lithium-ion, lithium-polymer, )

4.1.2 Đánh giá và so sánh đặc điểm của từng loại ắc quy

Để đánh giá được mức độ ảnh hưởng của từng loại ắc quy lên hiệu suất của toàn hệ thống, các thông số cũng như những thuộc tính sau đã được xác định như:

• tỉ lệ nạp/xả đỉnh • dung lượng tích trữ • mức độ xả sâu lớn nhất • hiệu suất nạp/ xả

• hệ số tích trữ

 Ắc quy axit chì (Pb-Acid):

Một loại ắc quy mà để có được công suất cao thì phải tỉ lệ với trọng lượng, đó là lý do tại sao nó thường chỉ được ứng dụng phổ biến khi mà trọng lượng và kích thước thường không quan trọng, như để chiếu sáng hoặc đánh lửa

 Ắc quy Nickel-cadmium (NiCd):

Là loại ắc quy có mật độ công suất cao từ 140-180 W/kg trong khi mật độ năng lượng 40-60 Wh/kg Hiệu suất năng lượng nằm trong khoảng 60% và 90%, độ tự xả thấp khoảng 1%/ngày, với tuổi thọ trung bình khoảng 3000 lần nạp Tuy nhiên loại ắc quy này lại có nhược điểm là được sản xuất bởi kim loại cadmium rất độc, trong khi chi phí sản xuất lại đắt hợn loại ắc quy NiMh có mật độ công suất cao hơn nó gấp 3 lần Nhưng đó là chuyện của sau này, khi mà ở giai đoạn đầu mới được phát minh, ắc quy NiCd là loại ắc quy được sử dụng cho những ứng dụng có kích thước hệ thống lớn nhất trên thế giới như dự án "Golden Valley Electric Association BESS " ở Fairbanks, Alaska Khi đó người ta đã thiết kế với công suất đầu ra lớn nhất đạt 46MW, và có khả năng trao đổi công suất 27MW với lưới trong vòng 15 phút Dự án bao gồm 13760 cells pin, mỗi cell có tuổi thọ từ 20 đến 30 năm Chi phí của toàn dự án tốn hết 35 triệu đôla

 Ắc quy Nickel-metal hydride (NiMh):

Theo [6], loại ắc quy có mật độ công suất, mật độ năng lượng gấp 3 lần (70-80 Wh/kg) so với những người tiền nhiệm Pb-acid, NiCd nhưng vẫn thấp hơn so với lithium-ion Số chu kỳ nạp xả có thể đạt đến 1000 lần với mức độ xả sâu (DOD)

100% gấp ba lần so với Pb-acid

• Loại ắc quy này cho phép nạp xả với dòng điện lớn: 60% dung lượng của NiMh có thể đạt đến trong vòng 15 phút nạp và đạt 100% dung lượng trong vòng 1 giờ, và cũng có thể xả trong một thời gian rất ngắn

xuất người ta hoàn toàn không sử dụng các loại kim loại nặng, như Pb và Cd, chúng là một trong nhưng kim loại nặng rất có hại cho con người cũng như môi trường

• Không có hiệu ứng nhớ: Một ắc quy NiMh có thể nạp/ xả bất cứ lúc nào mà không gây hiệu ứng nhớ, nhược điểm chính xảy ra đối với ắc quy NiCd có thể gây giảm dung lượng

• Rất ít bảo trì Chính những ưu điểm nổi trội ở trên, ắc quy NiMh đã được nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi đáp ứng nhanh như các dự án xe điện, phủ đỉnh để ổn định hệ thống lưới điện có nguồn phát biến đổi liên tục như nguồn năng lượng tái tạo

4.1.3 Mô hình ắc quy

Có ba loại mô hình ắc quy được đưa ra trong các tài liệu khoa học như: mô hình thực nghiệm, mô hình điện hóa, và mô hình dạng mạch điện Trong khi hai loại mô hình thực nghiệm và điện hóa không phù hợp để thể hiện đặc tính động cho mục đích ước lượng trạng thái vận hành của ắc quy SOC(%), thì mô hình dạng mạch điện lại rất hữu ích để mô phỏng và đánh giá đặc tính của ắc quy

Shepherd, người đã xây dựng phương trình để miêu tả đặc tính của ắc quy điện hóa ở dạng mạch điện và có thể ứng dụng cả trường hợp nạp cũng như xả Nhưng có một nhược điểm là gây ra vấn đề loop đại số (algebraic loop problem) Chính vì lẽ đó người ta đã tìm cách khắc phục yếu điểm trên để xây dựng mô hình tương tự nhưng không gây ra loop đại số

Hình 4.1 - Sơ đồ mô phỏng Matlab Simulink của ắc quy NiMh

Mô hình 4.1 được xây dựng trên Matlab Simulink dựa vào các phương trình 4.1, 4.2 và 4.3 bao gồm nguồn áp có thể được điều chỉnh để thay đổi với giá trị là E mắc nối tiếp với một điện trở nội R với trở kháng không đổi, E phụ thuộc vào dung lượng thực tếidt(Ah)và dung lượng lớn nhất của ắc quy theo lý thuyết Q Ah() Các thông số Eo, K, A và B có được từ đặc tính xả của ắc quy Trạng thái vận hành

SOC(%) của ắc quy là 0 khi ắc quy cạn và 100% thi được sạc đầy Trong đó:

E : điện áp không tải của ắc quy (V)

Vbatt: điện áp ắc quy (V)

• Điện áp ắc quy không tải nhỏ nhất là 0V và điện áp ắc quy lớn nhất không bị giới hạn

• Dung lượng nhỏ nhất của ắc quy là 0Ah và không bị giới hạn khi dung lượng lớn nhất Vì vậy, SOC(%) có thể lớn hơn 100% nếu ắc quy bị quá nạp

4.1.4 Đường cong đặc tính xả điện của ắc quy

Đường cong xả điện bao gồm ba phần (section) như Hình 4.2: • Phần đầu tiên thể hiện điện áp rơi trên ắc quy khi nạp theo hàm mũ, nó

phụ thuộc vào từng loại ắc quy mà phần này sẽ rộng hay hẹp • Phần thứ hai có độ dốc không lớn, ta gọi đó là giai đoạn xả ổn định hay

thời gian xả điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ xả điện của ắc quy (dòng điện xả)

• Trong khi phần thứ ba trở đi độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột Điện áp của ắc quy sẽ giảm rất nhanh nếu ta tiếp tục cho ắc quy xả điện

Hình 4.2 - Đường cong xả điện đặc trưng của ắc quy

Hình 4.3 - Đường cong xả điện của ắc quy được sử dụng trong mô phỏng

Hình 4.3 thể hiện đường cong xả điện của ắc quy có dung lượng 156.25Ah, điện áp ắc quy 600V, với dòng điện xả 280A khi thời gian xả điện trong khoảng 15 phút

Đặc tính xả điện của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp ắc quy và nồng độ dụng dịch điện phân theo thời gian xả khi dòng điện xả không thay đổi

4.1.5 Đường cong đặc tính nạp của ắc quy

Đặc tính nạp của ắc quy là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc giữa sức điện động, điện áp và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian nạp khi trị số dòng điện nạp không thay đổi

Trị số dòng điện nạp sẽ ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của ắc quy Dòng nạp định mức của ắc quy NiMh là In 20%Q hr/ , hoặc với chế độ nạp cưỡng bức In 0.5 /Q hr Với Q là dung lượng của ắc quy, trong khi hr là số giờ nạp

Hình 4.4 - Đường cong đặc tính nạp của ắc quy [21] 4.1.6 Các phương pháp nạp ắc quy

Theo [22], có ba phương pháp nạp ắc quy là: • Phương pháp dòng điện

• Phương pháp điện áp • Phương pháp dòng áp

 Phương pháp nạp ắc quy với dòng điện không đổi

Đây là phương pháp nạp cho phép chọn được dòng nạp thích hợp với mỗi loại ắc quy, bảo đảm cho ắc quy được no Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng sửa chữa để nạp điện cho ắc quy hoặc nạp sửa chữa cho các ắc quy bị