111111

Mở đầu về Microgrids Trong suốt thế kỷ 20, các công ty điện xây dựng hệ thống nhà máy ngày càng lớn, chủ yếu là thuỷ điện hoặc nhiệt điện (bằng cách sử dụng than, khí, dầu, hoặc nhiên liệu hạt nhân). Cuối của thế kỷ 20, sau khi bãi bỏ quy định hiện hành của ngành công nghiệp điện cùng với sự cạnh tranh gia tăng tại Hoa Kỳ và các nước khác, nguồn phát nhỏ hơn kết nối trực tiếp đến hệ thống phân phối đã xuất hiện. Phân phối các nguồn năng lượng là nguồn năng lượng bao gồm cả hệ thống và các thiết bị lưu trữ được đặt gần các tải địa phương. Nguồn năng lượng đó bao gồm các công nghệ tái tạo (bao gồm cả thủy triều đại dương, năng lượng địa nhiệt, năng lượng mặt trời và gió) và các công nghệ không thể tái tạo (bao gồm cả động cơ đốt trong, tua bin đốt, chu trình hỗn hợp, tuabin, và các tế bào nhiên liệu). Microgrids là những hệ thống đã phân phát các tài nguyên năng lượng và tải trọng liên quan có thể hình thành các tải cô lập có chủ ý trong các hệ thống phân phối. Bài viết sau đây mô tả những lợi ích của microgrids và công nghệ microgrid nhau đang được phát triển tại Hoa Kỳ và các nước khác. Chế độ làm việc của Microgrids Nguồn năng lượng phân phối (DER), bao gồm cả thế hệ phân phối (DG) và lưu trữ phân phối (DS), nguồn năng lượng nằm gần tải địa phương và có thể cung cấp một loạt các lợi ích bao gồm độ tin cậy được cải thiện nếu họ thuộc hệ thống phân phối điện . Microgrids là những hệ thống có ít nhất một nguồn năng lượng phân tán, liên kết tải và có thể hình thành chủ ý cô lập trong các hệ thống phân phối điện trong dự định. Trong vòng microgrids, tải và các nguồn năng lượng có thể được không được kết nối tại đây mà kết nối tại hệ thống điện khu vực hoặc địa phương với gián đoạn tối thiểu mà tải địa phương cho phép. Bất cứ lúc nào microgrid được thực hiện trong một hệ thống phân phối điện, thì nó cần phải được lên kế hoạch để tránh gây ra sự cố. Đối với microgrids để làm việc đúng, một công tắc chính phải mở (thường là trong một điều kiện tiên quyết), và DER phải có khả năng để thực hiện tải trên phần tải cô lập. Điều này bao gồm duy trì mức điện áp phù hợp và tần số cho tất cả các tải cô lập. Tuỳ thuộc công nghệ kết nối, gián đoạn tạm thời có thể xảy ra trong quá trình chuyển từ lưới điện đến tải cô lập. Trong trường hợp này, DER được giao để thực hiện tải cô lập sẽ có thể khởi động lại và chính thức cung cấp cho tải cô lập đã được kết nối. Dòng điện được phân tích nên sẽ đảm bảo điện áp theo quy định được duy trì và thiết lập DER để có thể xử lý sự xâm nhập trong quá trình "bắt đầu" của tải cô lập. DER phải có khả năng cung cấp thực và yêu cầu công suất phản kháng trong hoạt động tải cô lập và để cảm nhận nếu một dòng lỗi đã xảy ra ở hạ thế của các vị trí chuyển đổi. Khi có điện trở lại ở phía bên tiêu thụ, việc chuyển đổi không cần phải đóng, trừ khi các tiện ích và "tải cô lập" được đồng bộ hóa. Điều này đòi hỏi phải đo điện áp trên cả hai mặt của chuyển đổi để cho phép đồng bộ hoá tải cô lập và tiện ích. Tác động lớn nhất Microgrids là cung cấp dịch vụ cao hơn độ tin cậy điện và chất lượng điện tốt hơn cho khách hàng. Microgrids cũng có thể cung cấp thêm lợi ích cho các tiện ích địa phương bằng cách cung cấp điện liên tục sử dụng trong điều kiện công suất cực đại và giảm thiểu hoặc trì hoãn nâng cấp hệ thống phân phối. Công nghệ Microgrids Microgrids bao gồm một số công nghệ hoạt động cơ bản. Chúng bao gồm DG, DS, thiết bị chuyển mạch kết nối, và các hệ thống điều khiển. Một trong những thách thức kỹ thuật là thiết kế, sự công nhận, và sẵn có của các công nghệ chi phí thấp để cài đặt và sử dụng microgrids. Một số công nghệ đang được phát triển để cho phép an toàn trong kết nối và sử dụng microgrids. Cấp phát điện DG đơn vị là nguồn năng lượng nhỏ nằm tại chỗ hoặc gần các điểm sử dụng. DG công nghệ thông thường bao gồm quang điện (PV), gió, pin nhiên liệu, tuabin, và qua lại động cơ đốt trong nội bộ với máy phát điện. Các hệ thống này có thể được hỗ trợ bởi một trong hai nhiên liệu hóa thạch hoặc tái tạo. Hình 1 Microgrids và các thành phần Một số loại của DG cũng có thể cung cấp kết hợp nhiệt và năng lượng bằng cách phục hồi một số nhiệt thải được tạo ra bởi các nguồn như Microturbine trong hình 2. Điều này có thể làm tăng đáng kể hiệu quả của các đơn vị DG. Hầu hết các công nghệ DG yêu cầu một giao diện điện tử để chuyển đổi năng lượng vào điện ac tương thích. Giao diện điện điện tử có chứa các mạch cần thiết để chuyển đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Những chuyển đổi này có thể bao gồm cả hai bộ chỉnh lưu và biến tần hoặc chỉ một biến tần. Bộ chuyển đổi tương thích về điện áp và tần số với hệ thống điện mà nó sẽ được kết nối và bao gồm các bộ lọc đầu ra cần thiết. Các giao diện điện tử công suất cũng có thể chứa các chức năng bảo vệ cho cả hai hệ thống phân phối năng lượng và hệ thống điện địa phương cho phép đấu nối song song và ngắt kết nối từ hệ thống điện. Các giao diện điện điện tử cung cấp một khả năng độc đáo cho các đơn vị DG và có thể tăng cường hoạt động của một microgrid. Hình 2 Tuabin với bộ tản nhiệt CẤP BẢO VỆ DS công nghệ được sử dụng trong các ứng dụng microgrid nơi mà các thế hệ và tải của microgrid không có thể được chính xác phù hợp. Phân phối lưu trữ cung cấp một cầu nối trong việc đáp ứng các yêu cầu năng lượng và năng lượng của các microgrid. Khả năng lưu trữ được định nghĩa về thời gian mà công suất năng lượng danh nghĩa có thể bao gồm các tải công suất định mức. Dung lượng lưu trữ có thể được phân loại sau đó về các yêu cầu mật độ năng lượng (cho nhu cầu trung và dài hạn) hoặc về các yêu cầu mật độ công suất (đối với các nhu cầu ngắn hạn và rất ngắn hạn). Phân phối lưu trữ tăng cường hiệu suất tổng thể của vi hệ thống lưới theo ba cách. Đầu tiên, nó ổn định và cho phép máy phát DG để chạy ở một sản lượng liên tục và ổn định, mặc dù biến động tải. Thứ hai, nó có khả năng cung cấp xuyên suốt khi có những biến động của năng lượng sơ cấp (chẳng hạn như những nguồn của mặt trời, gió, và nguồn thủy điện). Thứ ba, nó cho phép DG dễ dàng hoạt động như một đơn vị phổ biến. Hơn nữa, năng lượng lưu trữ có thể mang lại lợi ích cho hệ thống điện là giảm thiếu hụt do nhu cầu điện tăng đột biến, chống rối loạn điện tạm thời, cung cấp xuyên suốt trong khi máy phát điện dự phòng khởi động, dự trữ năng lượng cho nhu cầu trong tương lai. Hình 3 Tua bin gió Hình 4 tế bào nhiên liệu Hình 5 PV mảng (mảng năng lượng mặt trời) Hình 6 Ngân hàng pin axít chì lớn (mạng pin axit chì lớn) Có nhiều hình thức lưu trữ năng lượng có sẵn mà có thể được sử dụng trong microgrids, bao gồm pin, siêu tụ điện, và bánh đà. Hệ thống pin lưu trữ năng lượng điện trong các hình thức của năng lượng hóa học (hình 6). Pin là điện dc do năng lượng điện tử để chuyển đổi năng lượng đến và đi từ điện ac. Nhiều kết nối tiện ích cho pin có chuyển đổi hai chiều, cho phép năng lượng được lưu trữ và sử dụng từ pin. Siêu tụ điện, còn được gọi là tụ điện, thiết bị lưu trữ năng lượng điện cung cấp mật độ năng lượng cao và khả năng cơ động rất cao. Hệ thống bánh đà gần đây đã lấy lại được xem xét như là một phương tiện hữu hiệu hỗ trợ tải quan trọng trong quá trình lưới điện bị gián đoạn vì phản ứng nhanh của nó so với lưu trữ điện năng lượng. Những tiến bộ trong ngành điện điện tử và các lĩnh vực kỹ thuật số kiểm soát đã dẫn đến thiết kế bánh đà tốt hơn cung cấp một giải pháp chi phí hiệu quả trong thị trường chất lượng điện. Thông thường, một động cơ điện cung cấp năng lượng cơ học để bánh đà và máy phát điện được cùng trên trục cùng một kết quả đầu ra năng lượng, khi cần thiết, thông qua một công cụ chuyển đổi. Nó cũng có thể thiết kế một hệ thống hai chiều với một máy tính mà là có khả năng động cơ và các hoạt động tái sinh. Việc chuyển đổi kết nối (Hình 7) KẾT NỐI TẮC Quan hệ điểm kết nối giữa các microgrid và phần còn lại của hệ thống phân phối. Công nghệ mới trong lĩnh vực này củng cố sức mạnh khác nhau và chức năng chuyển đổi (ví dụ, sức mạnh chuyển đổi, chuyển tiếp bảo vệ, đo sáng, và thông tin liên lạc) truyền thống được cung cấp bởi các rơ le, phần cứng, và các thành phần khác tại giao diện tiện ích vào một hệ thống duy nhất với một bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số (DSP). Điều kiện lưới điện được đo trên cả các tiện ích và phía microgrid chuyển đổi thông qua biến thế hiện tại (CT) và biến (PTS) để xác định điều kiện hoạt động (hình 8). Các thiết bị chuyển mạch kết nối được thiết kế để đáp ứng lưới liên kết nối tiêu chuẩn (IEEE 1547 và UL 1741 cho Bắc Mỹ) để giảm thiểu kỹ thuật tùy chỉnh và phê duyệt quy trình cụ thể và chi phí thấp hơn. Để tối đa hóa ứng dụng và chức năng, các điều khiển cũng được thiết kế để có công nghệ trung lập và có thể được sử dụng với một công tắc mạch cũng như bán dẫn nhanh hơn dựa trên thiết bị chuyển mạch tĩnh như triac và cổng tích hợp công nghệ bóng bán dẫn lưỡng cực và áp dụng đối với một loạt các tài nguyên DG với thông thường máy phát điện hoặc chuyển đổi năng lượng. HỆ THỐNG KIỂM SOÁT Hệ thống điều khiển của một microgrid được thiết kế để vận hành hệ thống một cách an toàn trong lưới điện kết nối và các chế độ độc lập. Hệ thống này có thể dựa trên một bộ điều khiển trung tâm hoặc nhúng như các bộ phận tự trị của mỗi máy phát điện phân phối. Khi tiện ích được ngắt kết nối hệ thống điều khiển phải kiểm soát điện áp và tần số địa phương, cung cấp (hoặc hấp thụ) điện tức thời sự khác biệt thực sự giữa thế hệ và tải, cung cấp sự khác biệt giữa công suất phản kháng được tạo ra và thực tế phản ứng năng lượng tiêu thụ bởi tải và bảo vệ microgrid nội bộ. Trong chế độ độc lập, kiểm soát tần số là một vấn đề thách thức. Đáp ứng tần số của hệ thống lớn hơn dựa trên khối lượng luân phiên và đây được coi là cần thiết cho sự ổn định vốn có của các hệ thống này. Ngược lại, microgrids vốn là lưới chuyển đổi không có hoặc có rất ít kết nối trực tiếp khối lượng luân phiên, như lưu trữ năng lượng bánh đà cùng thông qua một công cụ chuyển đổi. Kể từ tuabin và các tế bào nhiên liệu có phản ứng chậm để kiểm soát tín hiệu và là ít quán tính, bị cô lập hoạt động là kỹ thuật đòi hỏi và đặt ra vấn đề theo dõi tải. Các hệ thống điều khiển chuyển đổi phải được điều chỉnh để cung cấp phản hồi trước đây thu được từ kết nối trực tiếp quần chúng quay. Chiến lược kiểm soát tần số nên khai thác một cách hợp tác xã, các khả năng của các nguồn vi để thay đổi sức mạnh tích cực của họ, thông qua các chốt phân tán kiểm soát tần số, phản ứng của các thiết bị lưu trữ, và tải. Điều chỉnh điện áp thích hợp là cần thiết cho độ tin cậy và ổn định địa phương. Nếu không có điện áp kiểm soát hiệu quả tại địa phương, hệ thống với mức độ cao của các nguồn năng lượng phân tán có khả năng điện áp hoặc các chuyển đổi và dao động công suất phản kháng. Điện áp điều khiển yêu cầu rằng không có lưu thông dòng điện lớn phản ứng giữa các nguồn. Kể từ khi điều khiển điện áp vốn là một vấn đề địa phương, điện áp quy định phải đối mặt với vấn đề tương tự trong cả hai chế độ hoạt động, nghĩa là, cô lập hoặc kết nối với nhau. Trong chế độ lưới điện kết nối với nhau, có thể hiểu để xem xét DG đơn vị có thể cung cấp các dịch vụ phụ trợ trong các hình thức hỗ trợ điện áp địa phương. Khả năng của giao diện điện điện tử hiện đại cung cấp các giải pháp để cung cấp công suất phản kháng tại địa phương bằng việc thông qua một điện áp so với bộ điều khiển chốt phân tán phản ứng hiện tại, tương tự như với bộ điều khiển sụp xuống để kiểm soát tần số. Hình 8 Sơ đồ của một công tắc chuyển mạch dựa trên kết nối