MỞ ĐẦU Điện năng giữ một vai trò then chốt trong phát triển kinh tế xã hội. Nhưng hơn 1,3 tỷ người trên thế giới vẫn chưa được tiếp cận với điện [38, 54] ở những khu vực xa xôi như các hải đảo, vùng núi cao, vùng băng tuyết - những nơi mà lưới điện quốc gia không có khả năng vươn tới. Hệ thống điện ở những khu vực đó tạm gọi tên là hệ thống điện ốc đảo hay Remote Area Power Systems (RAPS). Nguồn điện trong RAPS sinh ra từ các tổ hợp phát điện diesel, quy mô phụ tải nhỏ và vừa, lưới điện có dung lượng hạn chế mang tính chất lưới yếu độc lập hoàn toàn với lưới điện quốc gia mang tính chất lưới cứng. Các nguồn năng lượng tái tạo đặc biệt là năng lượng gió được xem là một nguồn năng lượng tiềm năng để bổ sung cho hệ thống điện ốc đảo. Hệ thống điện ốc đảo thông thường lấy nguồn năng lượng từ tổ hợp phát điện diesel làm nền, là nguồn cung cấp năng lượng chính, nguồn năng lượng từ hệ thống phát điện sức gió (PĐSG) được huy động để giảm thiểu lượng tiêu thụ nhiên liệu hóa thạch [17, 61]. Nguyên tắc cơ bản để một hệ thống điện ổn định là sự cân bằng công suất giữa nguồn phát và tải tiêu thụ. Mối quan hệ cân bằng nói trên phản ánh sự cân bằng giữa công suất cơ của các nguồn năng lượng cơ sơ cấp cung cấp cho các máy phát với công suất điện tiêu thụ của phụ tải và các tổn hao. Trong hệ thống PĐSG, công suất cơ sản sinh từ turbine gió lại biến động thất thường theo tốc độ gió, ngẫu nhiên và không thể điều khiển được [16, 90]. Khi một hệ thống PĐSG hòa vào lưới quốc gia thì phải tuân theo những tiêu chuẩn cơ bản của nhà quản trị về điện áp, tần số, sóng hài được quy định t rong Grid-Codes, lưới điện quốc gia coi như một kho năng lượng vô hạn có khả năng hấp thụ tất cả lượng công suất phát vào. Với hệ thống điện ốc đảo, công suất nguồn phát lẫn dung lượng dây truyền tải là hữu hạn. Hệ thống điện ốc đảo mang đặc điểm lưới yếu, quán tính thấp nên rất nhạy cảm với những biến động của cả nguồn phát cũng như phụ tải. Để đảm bảo nguyên tắc cân bằng cân bằng công suất nói trên, hệ thống điều khiển giám sát (SCADA) có những sự tác động mang tính chất điều độ để vận hành lưới ổn định như: Điều chỉnh công suất nguồn phát, sa thải phụ tải. K hi điều chỉnh công suất nguồn phát, hệ thống điện ốc đảo có hai khả năng tác động: Điều chỉnh nguồn phát sức gió và điều chỉnh nguồn phát diesel. Với hệ thống PĐSG, công suất đầu ra không chủ động huy động được vì phụ thuộc vào yếu tố gió tự nhiên. Với nguồn phát diesel, tác động điều độ có thể diễn chủ động ra theo cả chiều tăng và giảm công suất nguồn phát. Khi nguồn phát sức gió được huy động cùng với nguồn phát diesel, sự chia sẻ công suất tác dụng giữa các nguồn phát dẫn tới đòi hỏi điều chỉnh công suất liên tục đưa tới hệ thống điều khiển tốc độ của động cơ diesel để điều chỉnh công suất cơ của động cơ sơ cấp. Trong khi đó ở RAPS, nguồn phát diesel đóng vai trò hình thành lưới, tần số lưới tỷ lệ với tốc độ quay của động cơ sơ cấp diesel. Chính hiện t ượng điều chỉnh liên tục công suất nguồn phát làm cho tần số lưới luôn biến động gây suy giảm nghiêm trọng chất lượng điện năng, ảnh hưởng tiêu cực đến sự hoạt động của các thiết bị điện cũng như chính bản thân tuổi thọ của động cơ diesel. Vì vậy, để khai thác hiệu quả năng lượng gió trong hệ thống điện ốc đảo cần thiết phải có giải pháp kỹ thuật phù hợp để giảm thiểu hiện tượng biến động công suất sao cho chất lượng điện năng (t ần số) của cả hệ thống phải được đảm bảo phù hợp với một số tiêu chuẩn IEEE 1547.4, EN 50160 hoặc IEC như Bảng 1.4. Một trong những giải pháp phát huy được hiệu quả đó là sử dụng thiết bị kho điện để bổ sung công suất thiếu hụt hoặc hấp thụ công suất dư thừa của nguồn phát sức gió qua đó làm làm trơn (smoothing) công suất đầu ra của các hệ thống PĐSG. Siêu tụ có những ưu thế vượt trội so với các công nghệ tích trữ năng lượng khác trong những ứng dụng đòi hỏi động học nhanh. Thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ (SCESS – Supercapacitor Energy Storage Systems) bao gồm siêu tụ và hệ thống biến đổi năng lượng (t ầng công suất) có khả năng trao đổi công suất hai chiều đã được một số nhà khoa học nghiên cứu, thử nghiệm tích hợp trong hệ thống điện với mục tiêu đảm bảo chất lượng điện năng [12, 14, 21, 27, 29, 49, 61, 64, 90]. Các chiến lược điều khiển và cấu trúc điều khiển của các công trình nghiên cứu trước đây phong phú nhưng vấn đề điều khiển bộ biến đổi DC-DC hai chiều còn nhiều hạn chế như: điều khiển tách biệt hai chiều năng lượng đòi hỏi phải có khóa chuyển giữa các chế độ; hoặc điều khiển hợp nhất hai chiều năng lượng sử dụng một cấu trúc điều khiển nhưng cơ sở thiết kế bộ điều khiển không tường minh do thiếu một mô hình động học phù hợp với các phương pháp điều khiển tuyến tính, phi tuyến. Những tồn tài đó dẫn tới nguy cơ suy giảm chất lượng hay thậm chí hệ mất ổn định khi điểm công tác thay đổi, t ham số của hệ thay đổi. Vì vậy, t rong luận án này, t ác giả thực hiện phân tích các chế độ làm việc của bộ biến đổi DC-DC hai chiều không cách ly để dẫn tới một mô hình động học mô tả thống nhất hai chiều năng lượng. Các phương pháp điều khiển tuyến tính có thể làm suy giảm chất lượng động học của hệ thống khi điểm làm việc t hay đổi và thực sự chưa phù hợp với bản chất phi t uyến của mô hình động học thống nhất hai chiều năng lượng của hệ. Do đó, luận án tiếp tục giải quyết vấn đề điều khiển phi tuyến thiết bị kho điện SCESS nhằm nâng cao chất lượng điều khiển hệ thống biến đổi điện năng gồm 2 bộ biến đổi DC-DC và DC-AC làm cơ sở để hoàn thành mục tiêu ổn định ngắn hạn công suất tác dụng đầu ra của turbine PĐSG, đảm bảo chất lượng tần số lưới. Đối tượng nghiên cứu: Thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ với ba thành phần: Siêu tụ, bộ biến đổi DCDC hai chiều, bộ biến đổi DC-AC hai chiều. Mục đích nghiên cứu: Đề xuất cấu trúc điều khiển thích hợp và có hiệu quả đối với hệ thống kho điện sử dụng siêu tụ để đảm bảo chất lượng điện năng của hệ thống điện ốc đảo nguồn phát hỗn hợp gió – diesel. Chỉ ra mối tương quan giữa công suất của hệ PĐSG với SCESS, xác định các thông số kỹ thuật của SCESS đối với các mức độ yêu cầu công suất theo profile gió cụ thể đối với hệ PĐSG.
1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực. Tác giả luận án Phạm Tuấn Anh 2 LỜI CẢM ƠN Trước hết, học trò xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc GS. TSKH. Nguyễn Phùng Quang – người Thầy hướng dẫn khoa học của luận án đã chỉ bảo tận tình, tạo mọi điều kiện thuận lợi, hỗ trợ và động viên kịp thời trong suốt quá trình thực hiện luận án. Cảm ơn Ban Lãnh đạo cùng toàn thể cán bộ Viện Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa Trường ĐHBK Hà Nội đã có những sự trao đổi thiết thực về nội dung chuyên môn cũng như những sự hỗ trợ quý báu về cơ sở vật chất để tôi có thể hoàn thành luận án. Cám ơn Ban chủ nhiệm đề tài KC.03.01/11-15 và TS. Vũ Hoàng Phương (BM Tự động hóa công nghiệp – ĐHBK Hà Nội, thành viên thực hiện đề tài KC.03.01/11-15) đã hỗ trợ tôi trong quá trình thí nghiệm. Cảm ơn Ban Chủ nhiệm cùng các bạn đồng nghiệp Bộ môn Điện tự động công nghiệp – Trường ĐH Hàng hải Việt Nam với những sự hỗ trợ về công việc tại cơ quan công tác trong quá trình tôi thực hiện luận án. Tôi dành những lời biết ơn chân thành nhất gửi đến gia đình. Sự động viên, chia sẻ và giúp đỡ của gia đình là động lực mạnh mẽ giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án này. 3 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 3 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT 6 DANH MỤC BẢNG 11 DANH MỤC HÌNH VẼ 12 MỞ ĐẦU 17 1 TỔNG QUAN 22 1.1 Khái niệm về hệ thống điện ốc đảo 22 1.2 Vấn đề đảm bảo chất lượng điện năng 24 1.3 Phân cấp điều khiển trong hệ thống điện ốc đảo 25 1.3.1 Điều khiển cấp hệ thống 25 1.3.1.1 Điều khiển tập trung 25 1.3.1.2 Điều khiển phân tán 26 1.3.2 Điều khiển cấp thiết bị 26 1.3.2.1 Điều khiển thiết lập lưới cơ sở 27 1.3.2.2 Điều khiển cấp năng lượng lên lưới 28 1.3.2.3 Điều khiển hỗ trợ lưới 28 1.4 Tình hình nghiên cứu về thiết bị kho điện trên thế giới 29 1.4.1 Khái quát về một số loại kho năng lượng 29 1.4.1.1 Hệ thống có khả năng đáp ứng dài hạn, tốc độ chậm 31 1.4.1.2 Hệ thống có khả năng đáp ứng ngắn hạn, tốc độ cao 32 1.4.2 Vấn đề điều khiển thiết bị kho điện 34 1.5 Lựa chọn hướng nghiên cứu 38 1.6 Các nhiệm vụ cần giải quyết của luận án 42 1.7 Kết luận chương 1 43 2 CÁC NGUỒN PHÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ỐC ĐẢO 44 2.1 Hệ thống phát điện sức gió 44 2.1.1 Nguyên tắc làm việc 44 2.1.2 Các cấu trúc PĐSG cơ bản 46 2.1.3 Chế độ điều khiển của hệ thống PĐSG 47 2.1.4 Các vấn đề điều khiển trong hệ thống PĐSG 48 2.1.5 Các vấn đề điều khiển cấp thiết bị 49 2.1.6 Sự khác biệt chính về ĐK giữa DFIG và PMSG 51 2.1.7 Điều khiển khi xảy ra lỗi lưới 53 2.1.8 Cấu trúc điều khiển hệ PĐSG sử dụng PMG với BBĐ CLKĐK 54 2.2 Hệ thống phát điện diesel 57 2.2.1 Nguyên tắc làm việc 57 2.2.2 Mô hình động cơ diesel 57 4 2.2.3 Điều chỉnh tốc độ động cơ diesel 58 2.2.4 Điều chỉnh điện áp 59 2.3 Kết luận chương 2 60 3 MÔ HÌNH THIẾT BỊ KHO ĐIỆN SỬ DỤNG SIÊU TỤ 61 3.1 Cấu trúc thiết bị kho điện 61 3.2 Thiết kế kho điện 62 3.2.1 Tính chọn dải điện áp làm việc của siêu tụ 63 3.2.2 Tính chọn điện dung của siêu tụ 66 3.2.3 Tính chọn dung lượng tụ DC-link 71 3.2.4 Tính chọn giá trị cuộn cảm 71 3.3 Mô hình hóa thiết bị kho điện 72 3.3.1 Mô hình động học siêu tụ 72 3.3.1.1 Sơ lược về cấu tạo 72 3.3.1.2 Mô hình của siêu tụ dùng trong thiết bị kho điện 73 3.3.2 Mô hình bộ biến đổi DC-DC dùng trong thiết bị kho điện 75 3.3.2.1 Mô hình chính xác 76 3.3.2.2 Mô hình trung bình ngắn hạn 79 3.3.2.3 Kiểm chứng mô hình 80 3.3.3 Mô hình bộ biến đổi DC-AC dùng trong thiết bị kho điện 83 3.3.3.1 Mô hình bộ biến đổi DC-AC 83 3.3.3.2 Mô hình BBĐ DC-AC ghép với lưới điện 87 3.4 Kết luận chương 3 90 4 CÁC VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN 91 4.1 Cấu trúc điều khiển tổng thể 91 4.2 Điều khiển bộ biến đổi DC-AC 93 4.2.1 Khâu điều chỉnh dòng điện 93 4.2.2 Điều khiển điện áp DC-link 95 4.3 Điều khiển bộ biến đổi DC-DC 96 4.3.1 Điều khiển tuyến tính 96 4.3.2 Điều khiển phi tuyến 99 4.3.2.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp 99 4.3.2.2 Các bước thiết kế 99 4.4 Kết luận chương 4 104 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THÍ NGHIỆM 105 5.1 Mô phỏng Offline 105 5.1.1 Chương trình mô phỏng Offline 105 5.1.1.1 Hệ phát điện sức gió 107 5.1.1.2 Hệ phát điện diesel 107 5.1.1.3 Thiết bị kho điện 108 5.1.2 Tham số mô phỏng 112 5.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của hệ phát điện sức gió đến hệ thống điện ốc đảo 114 5.1.3.1 Kịch bản mô phỏng 114 5 5.1.3.2 Kết quả các quá trình động học của hệ thống điện ốc đảo . 115 5.1.4 Mô phỏng động học hệ thống điện ốc đảo tích hợp với cấu trúc điều khiển tuyến tính của thiết bị kho điện 117 5.1.5 Mô phỏng động học hệ thống điện ốc đảo tích hợp với cấu trúc điều khiển phi tuyến của thiết bị kho điện 122 5.1.6 Nhận xét kết quả mô phỏng 127 5.2 Mô phỏng thời gian thực 128 5.3 Hệ thống thí nghiệm 130 5.3.1 Xây dựng mô hình thí nghiệm thiết bị kho điện 130 5.3.2 Chuẩn hóa cấu trúc điều khiển 132 5.3.3 Kết quả thí nghiệm 134 5.4 Kết luận chương 5 138 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ 150 PHỤ LỤC A 151 PHỤ LỤC B 160 PHỤ LỤC C 163 6 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Các chữ viết tắt Chữ viết tắt Ý nghĩa BBĐ Bộ biến đổi ĐC/ĐK Điều chỉnh/Điều khiển CLKĐK Chỉnh lưu không điều khiển DC-AC Nghịch lưu nguồn áp ba pha ĐCCS Điều chỉnh công suất DC-DC Bộ biến đổi DC-DC hai chiều không cách ly ĐCVTKG SVM Điều chế vector không gian Space Vector Modulation DFIG Máy phát không đồng bộ nguồn kép Doubly Fed Induction Generator DGs Tổ hợp Diesl – Generator DPC Điều khiển trực tiếp công suất (Direct Power Control) DSP Bộ xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processor) ESS Thiết bị kho điện (Energy Storage System) FC Bộ biến đổi phía lưới (Frontend converter) GC Bộ biến đổi phía máy phát (Generator-side converter) GCs Tiêu chuẩn lưới điện (Grid-Codes) HPS Hệ thống điện lai (Hybrid Power System) HSCS Hệ số công suất IG Máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc Squirrel Cage Induction Generator IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor MPPT Thuật toán xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất (Maximum power point tracking) NLNA Nghịch lưu nguồn áp NLPL Nghịch lưu phía lưới PĐSG Phát điện sức gió PLL Vòng khóa pha (Phase Locked Loop) PMSG/PMG Máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu Permanent Magnet Synchronous Generator PWM Điều chế độ rộng xung (Pulse Width Modulation) RAPS Hệ thống điện ốc đảo(Remote Area Power Systems) SCESS Thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ SuperCapacitor Energy Storage System SG Máy phát đồng bộ (Synchronous Generator) VFOC Điều khiển tựa từ thông ảo (Virtual Flux Oriented Control) 7 VOC Điều khiển tựa điện áp lưới (Voltage Oriented Control) WDHPS Hệ thống điện lai sức gió – diesl (Win – Diesel HPS) WECS Hệ thống biến đổi năng lượng từ gió (Wind Energy Conversion System) WPS Hệ thống điện gió (Wind Power System) WT Tua-bin gió (Wind Turbine) 8 Các ký hiệu Ký hiệu Ý nghĩa 0 L i Giá trị trung bình ngắn hạn của dòng điện qua cuộn cảm BBĐ DC-DC 0 DC u Giá trị trung bình ngắn hạn của điện áp trên tụ BBĐ DC-DC ˆ L , ˆ C Các giá trị ước lượng của điện cảm, điện dung BBĐ DC-DC ∆t max Thời gian huy động công suất tối đa của dàn siêu tụ A Diện tích đón gió của cánh turbine PĐSG C Giá trị tụ điện của mạch DC-Link trong SCESS C p Hệ số khai thác công suất từ gió của turbine PĐSG C SC Giá trị điện dung của dàn siêu tụ trong SCESS d Hệ số điều chế của BBĐ DC-DC D Giá trị xác lập của hệ số điều chế BBĐ DC-DC d 1 , d 2 Hệ số điều chế hai vector chuẩn trong mỗi sector d a , d b , d c Hệ số điều chế mỗi pha của nghịch lưu nguồn áp d S1 ÷d S6 Hệ số điều chế cho mỗi van bán dẫn BBĐ DC-AC E max Năng lượng huy động tối da từ dàn siêu tụ e N Vector điện áp lưới ESR Điện trở nối tiếp trong mạch điện tương đương mô hình siêu tụ i gd , i gq Thành phần dòng điện phía lưới theo trục d, q của hệ tọa độ tựa điện áp lưới VOC i inv Dòng điện phía DC-AC trao đổi với lưới quy đổi về phía một chiều i L Giá trị tức thời của dòng điện chảy qua cuộn cảm BBĐ DC-DC i sd , i sq Thành phần dòng điện đầu ra DC-AC theo trục d, q của hệ tọa độ tựa điện áp lưới VOC J D Mô men quán tính của động cơ diesel trong tổ hợp phát điện diesel J dg Mô men quán tính của rotor máy phát PMG J ge Mô men quán tính của máy phát trong tổ hợp phát điện diesel k 1 , k 2 Các hằng số dương là tham số của bộ điều khiển phi tuyến BBĐ DC-DC k ψ Hằng số điện áp của máy phát PMG L Giá trị điện cảm của mạch DC-DC L g Điện cảm phía mạch nghịch lưu m GD Mô men điện từ sinh ra bởi tải của máy phát trong tổ hợp phát điện diesel m GD ,m MD Mô men cơ của máy phát, động cơ diesel m MD Mô men cơ sinh ra bởi động cơ diesel N s , N p Số lượng siêu tụ mắc nối tiếp, song song P max-req Công suất huy động tối đa từ dàn siêu tụ 9 P opt Công suất khai thác tối ưu turbine PĐSG P wt Công suất cơ khai thác bởi rotor hệ PĐSG q Hàm chuyển mạch của BBĐ DC-DC khi điều khiển hợp nhất hai chế độ q Ch Hàm chuyển mạch của BBĐ DC-DC khi điều khiển ở chế độ nạp (Buck) q Dch Hàm chuyển mạch của BBĐ DC-DC khi điều khiển ở chế độ xả (Boost) R Chiều dài cánh turbine PĐSG R g Nội trở của cuộn cảm L g R L Giá trị điện trở cuộn cảm DC-DC R p Điện trở song song trong mạch điện tương đương mô hình siêu tụ s Toán tử Laplace T S-dc Chu kỳ điều chế PWM BBĐ DC-DC T wt Mô men cơ khai thác từ gió u DC Giá trị tức thời của điện áp một chiều trung gian u dc , U dc Giá trị trung bình, xác lập điện áp một chiều trung gian DC-AC u dcg Điện áp sau chỉnh lưu hệ PĐSG sử dụng PMG u ge Điện áp đầu cực PMG U gem Giá trị điện áp dây lớn nhất đầu cực PMG U LN Giá trị hiệu dụng điện áp pha u N , i N Vector điện áp, dòng điện đầu ra mạch DC-AC U SC-idl Điện áp dàn siêu tụ ở chế độ chờ (sẵn sàng hoạt động) U SC-max Điện áp làm việc lớn nhất của dàn siêu tụ U SC-min Điện áp làm việc bé nhất của dàn siêu tụ v, v wind Tốc độ gió x 1 Giá trị trung bình ngắn hạn của dòng điện qua cuộn cảm BBĐ DC-DC x 2 Giá trị trung bình ngắn hạn của điện áp một chiều trung gian x DSP Đại lượng x được cài đặt trên DSP (sau khi chuẩn hóa) z 1 Sai lệch điều khiển của dòng điện chảy qua cuộn cảm BBĐ DC- DC z 2 Sai lệch giữa giá trị thật của biến trạng thái với giá trị mong muốn BBĐ DC-DC z p Số cực của máy phát PMG z pD Số cặp cực của máy phát trong tổ hợp DG α, α 1 Hàm ổn định hóa (Stabilizing function) của bộ điều khiển phi tuyến BBĐ DC-DC β Góc nghiêng cánh turbine PĐSG γ L , γ C Các hằng số thích nghi của bộ điều khiển phi tuyến BBĐ DC- DC θ s Góc pha đồng bộ điện áp lưới 10 λ Tỷ lệ vận tốc quay của turbine với vận tốc gió ρ Mật độ không khí τ ge Mô men điện từ sinh ra bởi tải của máy phát PMG ω ge Tốc độ cơ học của máy phát trong tổ hợp phát điện diesel ω gm Tốc độ cơ học của máy phát PMG ω r Tốc độ quay turbine ω s , ω N Tần số góc của thành phần cơ bản điện áp lưới [...]... tập trung nghiên cứu, giải quyết Chương 2 CÁC NGUỒN PHÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ỐC ĐẢO trình bày về hệ thống điện ốc đảo sử dụng nguồn phát hỗn hợp giữa gió và diesel Hệ thống phát điện sức gió và hệ thống phát điện diesel sẽ được phân tích những điểm cốt lõi về nguyên tắc làm việc, các cấu trúc cơ bản và các vấn đề điều khiển Chương 3 MÔ HÌNH THIẾT BỊ KHO ĐIỆN SỬ DỤNG SIÊU TỤ trình bày về mô hình toán của... những yêu cầu điều khiển khác nhau trong cấu trúc điều khiển tổng thể của hệ thống điện hải đảo 1.3.1 Điều khiển cấp hệ thống Điều khiển cấp hệ thống mang đặc điểm điều khiển giám sát (SCADA) phục vụ mục tiêu đảm bảo các chế độ vận hành an toàn của cả hệ thống thông qua các tác động mang tính chất điều độ công suất giữa các nguồn phát Có hai chiến lược điều khiển cấp hệ thống là: Điều khiển tập trung... đến hệ thống điện ốc đảo trong khi chưa có một công trình nghiên cứu nào tại Việt Nam về vấn đề thiết bị kho điện cho hệ thống PĐSG hoạt động trong hệ thống điện ốc đảo Luận án đặt ra mục tiêu thiết kế cấu trúc điều khiển quá trình trao đổi năng lượng của thiết bị kho điện nhằm ổn định ngắn hạn công suất đầu ra của turbine 20 PĐSG, qua đó đảm bảo chất điện năng trong hệ thống điện ốc đảo nguồn phát. .. chất lượng điện năng, ảnh hưởng tiêu cực đến sự hoạt động của các thiết bị điện cũng như chính bản thân tuổi thọ của động cơ diesel Giải pháp điều độ các nguồn phát sức gió là không khả thi, thay vào đó người ta sử dụng giải pháp “vá – patch” những biến động của công suất tác dụng đầu ra hệ PĐSG bằng thiết bị kho điện: tích hợp kho điện tại từng turbine PĐSG (bù phân tán) hoặc tích hợp kho điện tại bus... cứu và các nhiệm vụ cần giải quyết trong luận án này 1.1 Khái niệm về hệ thống điện ốc đảo Hệ thống điện ốc đảo (RAPS) là một hệ thống điện độc lập hoàn toàn với lưới điện quốc gia nằm ở những khu vực xa xôi – nơi mà lưới điện quốc gia không có khả năng vươn tới được Hệ thống điện nói chung bao gồm các nhà máy điện, trạm biến áp, các đường dây tải điện và các thiết bị khác (như tụ bù, thiết bị bảo... nguồn phát bằng hai phương pháp độc lập: điều chỉnh công suất phản kháng thông qua điều chỉnh kích từ máy phát sử dụng bộ AVR và điều chỉnh công suất tác dụng thông qua điều chỉnh 1.3 Phân cấp điều khiển trong hệ thống điện ốc đảo 25 lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ sơ cấp sử dụng bộ điều tốc (Governor)[36, 68, 74, 121] Ở RAPS, tần số lưới tỷ lệ trực tiếp với tốc độ của động cơ sơ cấp diesel Trong. .. thiệu ở mục 1.3, trong hệ thống điện hải đảo phân chia thành nhiều cấp điều khiển, các nguồn phát có vai trò khác nhau trong hệ thống sẽ phải đáp ứng các yêu cầu về điều khiển khác nhau Đối với RAPS nguồn phát hỗn hợp gió – diesel có tích hợp thiết bị kho điện: 1.4 Tình h ình nghiên cứu về thiết bị kho điện trên thế giới 35 - Nguồn phát diesel đóng vai trò thiết lập lưới cơ sở Hệ PĐSG được điều khiển. .. hệ thống PĐSG, công suất đầu ra không chủ động huy động được vì phụ thuộc vào yếu tố gió tự nhiên Với nguồn phát diesel, tác động điều độ có thể diễn chủ động ra theo cả chiều tăng và giảm công suất nguồn phát Khi nguồn phát sức gió được huy động cùng với nguồn phát diesel, sự chia sẻ công suất tác dụng giữa các nguồn phát dẫn tới đòi hỏi điều chỉnh công suất liên tục đưa tới hệ thống điều khiển tốc... khai thác điện năng từ gió 45 Hình 2.3 Các hệ phát điện sức gió 47 Hình 2.4 Cấu trúc điều khiển tổng quát của hệ thống PĐSG 48 Hình 2.5 Khái quát về các vấn đề ĐK 3 loại máy phát trong hệ thống PĐSG 50 Hình 2.6 Chế độ điều khiển của máy phát DFIG phụ thuộc tốc độ quay trên đồng bộ hay dưới đồng bộ 52 Hình 2.7 Chế độ điều khiể n của máy phát PMSG không phụ thuộc tốc độ quay... lưới điện xoay chiều ba pha Phạm vi nghiên cứu: o Hệ thống điện ốc đảo được vận hành ở chế độ gió biến động ngẫu nhiên, không xem xét đến điều kiện thời tiết khắc nghiệt như bão o Phụ tải của hệ thống được giả thiết: Phân bố tập trung, đối xứng với hai dạng thuần trở và tải trở cảm o Thiết bị kho điện không vận hành ở chế độ sự cố lưới: Ngắn mạch, lồi/lõm điện áp, mất đối xứng điện áp/dòng điện o Thiết . 5.1.1.1 Hệ phát điện sức gió 107 5.1.1.2 Hệ phát điện diesel 107 5.1.1.3 Thiết bị kho điện 108 5.1.2 Tham số mô phỏng 112 5.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của hệ phát điện sức gió đến hệ thống. NGUỒN PHÁT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN ỐC ĐẢO trình bày về hệ thống điện ốc đảo sử dụng nguồn phát hỗn hợp giữa gió và diesel. Hệ thống phát điện sức gió và hệ thống phát điện diesel sẽ được phân tích. hợp với cấu trúc điều khiển tuyến tính của thiết bị kho điện 117 5.1.5 Mô phỏng động học hệ thống điện ốc đảo tích hợp với cấu trúc điều khiển phi tuyến của thiết bị kho điện 122 5.1.6