Khảo sát điện áp lưới phân phối khi có máy phát điện gió

vii MC LC Trang tựa TRANG QUYTăĐNHăGIAOăĐ TÀI LÝ LCH KHOA HC i LIăCAMăĐOAN iii LI CMăN iv TÓM TT v ABSTRACT vi MC LC vii DANH SÁCH CÁC CH VIT TT xi DANH SÁCH CÁC HÌNH xii DANH SÁCH CÁCăBNG xv Chngă1ăTNG QUAN 1 1.1 Đặt vấn đề 1 1.2 Mục đích ca đề tài 2 1.3 Nhiệm vụ, phm vi nghiên cu 2 1.4 Phơng pháp nghiên cu 2 1.5 Đim mới ca luận văn 2 1.6 Nội dung ca luận văn 3 Chngă2ăăCHUYNăĐIăNĔNGăLNGăGIịăCăBN 4 2.1 Công suất trong phổ gió 4 2.2 Phân tích dữ liệu gió 5 viii 2.3 Vận tốc gió trung bình 7 2.4 Phân bố vận tốc gió 8 Chngă3ăMỌăHỊNHăXÁCăSUTăĐ PHÂN TÍCH D LIU GIÓ 14 3.1 Phân bố Weibull 14 3.1.1 Phơng pháp đồ thị 19 3.1.2 Phơng pháp độ lệch chuẩn 21 3.2 Phân bố Rayleigh 24 3.3 Sử dụng phân bố xác suất vào hệ thống chuyn đổi năng lợng tua bin gió 27 3.3.1 Đặc tuyến công suất ca tuabin gió 27 3.3.2 Tiếp cận năng lợng đợc phát bi tuabin gió dựa trên Weibull 29 Chngă4ăKHOăSÁTăĐINăÁPăLI PHÂN PHI KHI CÓ MÁY PHÁT ĐIN GIÓ 33 4.1 nh hng ca phân bố gió lên điện áp 33 4.1.1 Mô t hệ thống 33 4.1.2 Mô hình máy phát điện gió 35 4.1.3 Mô hình ti 38 4.1.4 Xác suất điện áp lới trong hệ thống điện khi không có DG gió 39 4.1.5 Xác suất điện áp lới trong hệ thống điện khi có DG gió 40 4.2 Phân tích điện áp theo cách tiếp cận phi xác suất 41 Chngă5ăÁPăDNG TÍNH TOÁN GIÁ TR Kǵ VNGăĐINăÁPăLI PHÂN PHI 44 5.1 Trng hợp 1: Tính điện áp ti ph ti cho sơ đồ đặc trng 44 5.1.1 Tính điện áp lới phân phối trớc khi lắp WTG 45 ix 5.1.2 Xét nh hng ca vị trí lắp WTG lên điện áp lới phân phối 46 5.1.3 Xét nh hng công suất định mc WTG lên điện áp lới phân phối 50 5.2 Trng hợp 2: Phân tích dữ liệu gió ti Tuy Phong – Bình Thuận và áp dụng kết qu đ tính toán, mô phỏng điện áp lới phân phối bất kỳ 55 5.2.1 Đặc đim dữ liệu gió ti Tuy Phong – Bình Thuận 55 5.2.2 Phân tích dữ liệu gió Tuy Phong – Bình Thuận theo phân bố Weibull 57 5.2.3 Kết qu phân tích dữ liệu gió bằng phần mềm Windpro (nguồn dự án) 58 5.2.4 Tính ớc lợng công suất điện đầu ra WTG ng với dữ liệu gió thu thập đợc ti Tuy Phong – Bình Thuận 61 5.2.5 Mô phỏng điện áp lới phân phối bất kỳ khi kết nối WTG 63 5.2.5.1 Mô phỏng điện áp lới phân phối vào ban ngày 64 5.2.5.1.1 Mô phỏng điện áp lới phân phối trớc khi lắp đặt WTG 64 5.2.5.1.2 Mô phỏng điện áp lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti đầu đng dây 65 5.2.5.1.3 Mô phỏng điện áp lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti giữa đng dây 66 5.2.5.1.4 Mô phỏng điện áp lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti cuối đng dây 67 5.2.5.2 Mô phỏng điện áp lới phân phối vào ban đêm 68 5.2.5.2.1 Mô phỏng điện áp lới phân phối trớc khi lắp đặt WTG 68 5.2.5.2.2 Mô phỏng điện áp lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti đầu đng dây 69 5.2.5.2.3 Mô phỏng điện áp lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti giữa đng dây 70 5.2.5.2.4 Mô phỏng điện áp lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti cuối đng dây 71 x Chngă6ăKT QU VÀăHNG PHÁT TRINăĐ TÀI 74 6.1. Kết luận 74 6.2. Hn chế ca luận văn. 74 6.3. Hớng phát trin. 74 TÀI LIU THAM KHO 75 xi DANH SÁCH CÁC CH VIT TT Vm Vận tốc gió trung bình k Thông số hình dng ca vận tốc gió c Thông số tỉ lệ ca vận tốc gió a Phân số giữa khong cách ca vị trí đặt WTG với tổng chiều dài đng dây D Khong cái từ nút nguồn đến vị trí đặt WTG, km SLmax Công suất phụ ti cực đi, pu SLmin Công suất phụ ti cực tiu, pu P L Công suất phụ ti, pu P R Công suât định mc WTG, pu P W Công suất điện đầu ra WTG, pu PF L Hệ số công suất phụ ti Q L Công suất phn kháng phụ ti, pu S L Công suất biu kiếng phụ ti, pu V Vận tốc gió, m/s V i Vận tốc gió Cut-in, m/s V o Vận tốc gió Cut-out, m/s V R Vận tốc gió định mc, m/s V L Điện áp pha hiệu dụng  đim phụ ti, pu V S Điện áp pha hiệu dụng  nút nguồn, pu x Điện kháng đng dây trên 1 đơn vị chiều dài đng dây, pu/km X Tổng tr kháng đng dây Y Tổng chiều dài đng dây, km WTG Máy phát điện gió xii DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: Luồng không khí dịch chuyn đến tuabin gió 4 Hình 2.2: Biu đồ hoa gió theo tần suất gió  những hớng khác nhau. 6 Hình 2.3: Biu đồ hoa gió theo vận tốc gió  những hớng khác nhau. 6 Hình 2.4: Biu đồ hoa gió theo năng gió  những hớng khác nhau. 7 Hình 2.5: So sánh phân bố gió ti 2 vị trí 10 Hình 2.6: Xác suất phân bố vận tốc gió 12 Hình 2.7: Phân phối tích lũy vận tốc gió 12 Hình 3.1: Hàm mật độ xác suất gió 17 Hình 3.2: Hàm phân phối tích lũy gió 18 Hình 3.3: Phơng pháp đồ thị xác định k và c 21 Hình 3.4: Phân phối tích lũy đợc to ra từ hai phơng pháp 24 Hình 3.5: So sánh trng dữ liệu gió với phân bố Weibull và Rayleigh 26 Hình 3.6 Đặc tuyến công suất lý tng ca tuabin gió điều khin pitch 27 Hình 3.7 ớc lợng năng lợng gió 30 Hình 4.1: Sơ đồ hình tia ca hệ thống điện đơn gin khi cha lắp WTG 33 Hình 4.2: Sơ đồ hình tia ca hệ thống điện đơn gin khi lắp WTG 34 Hình 4.3: Đặc tuyến công suất ca tuabin gió 36 Hình 4.4: Hàm mật độ xác suất phụ ti 39 Hình 4.5: Hàm phân phối tích lũy phụ ti 39 Hình 5.1: Sơ đồ hình tia ca hệ thống điện đơn gin khi lắp WTG 44 xiii Hình 5.2: nh hng ca vị trí lắp đặt WTG lên điện áp phụ ti  các chế độ gió khác nhau 49 Hình 5.3: nh hng công suất định mc lên điện áp lới phân phối  các chế độ gió khác nhau 54 Hình 5.4: Vận tốc gió trong năm ti Tuy Phong 56 Hình 6.5: Áp dụng phơng pháp đồ thị đ phân tích dữ liệu gió ti Tuy Phong 58 Hình 5.6: Phân bố Weibull 59 Hình 5.7: Tốc độ gió trung bình theo hớng 60 Hình 5.8: Tần suất gió theo hớng 60 Hình 5.9: Năng lợng theo hớng gió ch đo 61 Hình 5.10: Sơ đồ lới phân phối khi máy cắt đầu cực WTG  vị trí m 64 Hình 5.11: Đặc tuyến điện áp ti các nút ca lới phân phối khi máy cắt đầu cực WTG  vị trí m 65 Hình 5.12: Sơ đồ lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti đầu đng dây 65 Hình 5.13: Đặc tuyến điện áp ti các nút ca lới phân phối khi khi lắp đặt WTG  nút phụ ti đầu đng dây 66 Hình 5.14: Sơ đồ lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti giữa đng dây 66 Hình 5.15: Đặc tuyến điện áp ti các nút ca lới phân phối khi khi lắp đặt WTG  nút phụ ti giữa đng dây 67 Hình 5.16: Sơ đồ lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti cuối đng dây 67 Hình 5.17: Đặc tuyến điện áp ti các nút ca lới phân phối khi khi lắp đặt WTG  nút phụ ti cuối đng dây 68 Hình 5.18: Sơ đồ lới phân phối khi máy cắt đầu cực WTG  vị trí m 68 Hình 5.19: Đặc tuyến điện áp ti các nút ca lới phân phối khi máy cắt đầu cực WTG  vị trí m 69 xiv Hình 5.20: Sơ đồ lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti đầu đng dây 69 Hình 5.21: Đặc tuyến điện áp ti các nút ca lới phân phối khi khi lắp đặt WTG  nút phụ ti đầu đng dây 70 Hình 5.22: Sơ đồ lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti giữa đng dây 70 Hình 5.23: Đặc tuyến điện áp ti các nút ca lới phân phối khi khi lắp đặt WTG  nút phụ ti giữa đng dây 71 Hình 5.24: Sơ đồ lới phân phối khi lắp đặt WTG  nút phụ ti cuối đng dây 71 Hình 5.25: Đặc tuyến điện áp ti các nút ca lới phân phối khi khi lắp đặt WTG  nút phụ ti cuối đng dây 72 xv DANHăSÁCHăCÁCăBNG BNG TRANG Bng 2.1: Vận tốc gió trong khong 10 phút 8 Bng 2.2: Tần suất phân bố vận tốc gió trong tháng 10 Bng 3.1: Tần suất phân bố tốc độ gió 20 Bng 3.2: Đặc tính ca tuabin gió 28 Bng 5.1: Dữ liệu gió 44 Bng 5.2: Thông số tuabin gió, phụ ti, đng dây 44 Bng 5.3: Kết qu tính toán điện áp ti phụ ti khi lắp đặt WTG  các vị trí khác nhau và  các chế độ gió khác nhau 50 Bng 5.4: Kết qu tính toán điện áp ti phụ ti khi thay đổi công suất định mc WTG và  các chế độ gió khác nhau 54 Bng 5.5: Vận tốc gió trung bình từng tháng, c năm  các độ cao 60m và 40m (m/s) 55 Bng 5.6: Tần suất lặng gió, tần suất thịnh hành ti Dự án  độ cao 60m 56 Bng 5.7: Tính thông số k, c bằng phơng pháp đồ thị 57 Bng 5.8: Dữ liệu gió 58 Bng 5.9: Dữ liệu gió và đặc tính tua bin gió 61 Bng 5.10: Thông số nguồn, phụ ti, đng dây 63 Bng 5.11: giá trị điện áp ti các nút: 72 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình HVTH: Nguyn Đình Phú Trang 1 Chngă1 TNG QUAN 1.1 Đặtăvnăđ Với sự phát trin mnh mẽ ca nền kinh tế nh hiện nay thì nhu cầu về sử dụng điện càng tr nên cấp thiết hơn bao gi hết. Do sự gia tăng phụ ti điện, đòi hỏi ngành điện phi đầu t xây dựng các nhà máy điện cũng nh phát trin và hoàn thiện hệ thống truyền ti và phân phối. Việc xây dựng những nhà máy phát điện công suất lớn đòi hỏi phi có thi gian dài và vốn đầu t lớn đồng thi ny sinh hàng lot các vấn đề nh: nhiên liệu cung cấp, diện tích đất đai, nh hng môi trng v.v Mặt khác, đ đa đợc công suất phát đến nơi tiêu thụ li cần đến hệ thống truyền ti và phân phối làm cho chi phí tăng cao. Vì vậy việc sử dụng kết hợp máy phát phân tán trong hệ thống đợc xem là một gii pháp hữu hiệu đ gii quyết vấn đề này. Máy phát phân tán là máy phát công suất nhỏ đợc đặt gần nơi tiêu thụ. Khi tham gia vào hệ thống điện, máy phát phân tán mang li những u đim nh: - Không cần nâng cấp mng truyền ti cũng nh mng phân phối bằng cách đặt nguồn phát ti nơi có nhu cầu. - Có kh năng nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và chất lợng điện năng đến khách hàng bằng cách gim thiu thi gian ngừng cung cấp điện đến khách hàng do sự cố về điện cũng nh tăng kh năng đáp ng công suất cho hệ thống do thiếu điện. - Ít nh hng đến môi trng, một số dng nguồn phát sử dụng năng lợng sch, hoàn toàn không có khí thi. Bên cnh những u đim thì máy phát phân tán cũng tồn ti một số nhợc đim đó là: - Phụ thuộc vào yếu tố tự nhiên. [...]... a phân bố gió, ớc l ợng công suất máy phát điện gió và những nh h ng c a máy phát điện gió lên phổ điện áp c a l ới phân phối - Dùng làm tài liệu tham kh o cho lĩnh vực năng l ợng gió 1.3 Nhi măv ,ăph măviănghiênăc u - Nghiên c u về điện áp l ới điện tr ớc và sau khi lắp đặt máy phát điện gió - Nghiên c u về phân bố gió - Nghiên c u đặc tính hệ thống chuy n đổi năng l ợng gió - ng dụng ph ơng pháp... o sát đi n áp l Nghiên c u nh h iăđi n khi có máy phát đi n gió ng c a phân bố gió lên l ới phân phối Tính xác suất điện áp l ới trong hệ thống tr ớc và sau khi lắp đặt Máy phát điện gió Phân tích điện áp theo cách tiếp cận phi xác suất Ch ngă5: Áp d ng tính toán giá tr kǶ v ngăđi n áp l i phân ph i Tính giá trị kỳ vọng điện áp t i phụ t i cho sơ đồ l ới đặc tr ng Mô phỏng giá trị kỳ vọng điện áp t i phụ... Làm thay đổi cấu trúc, sự phân bố công suất trên hệ thống cũng nh các vấn đề về điều khi n, b o vệ Chính vì vậy, khi hệ thống có sự tham gia c a nguồn phân tán thì một trong những vấn đề lớn cần ph i quan tâm lớn đó là bài toán dự báo điện áp l ới điện khi có nguồn phân tán đ a vào Chính b i lý do này nên tôi đư chọn đề tài “Kh o sát điện áp l ới phân phối khi có máy phát điện gió làm đề tài luận văn... Viết ch ơng trình gi i bài toán trên phần mềm MATLAB - Mô phỏng điện áp l ới phân phối bằng phần mềm PsCad 1.5 Đi măm iăcủaălu năvĕnă - ng dụng ph ơng pháp xác suất và phi xác xuất đ tính giá trị kỳ vọng công suất c a máy phát điện gió, giá trị kỳ vọng c a điện áp phụ t i l ới phân phối - Áp dụng tính toán, mô phỏng giá trị kỳ vọng điện áp phụ t i cho cấu hình l ới bất kỳ HVTH: Nguy n Đình Phú Trang... pháp nghiên c u và nội dung nghiên c u Ch ngă2: Chuy năđ iănĕngăl ng gió c ăb n Công suất trong phổ gió và ph ơng pháp tính toán dữ liệu gió Ch ngă3: Mô hình xác su tăđ phân tích d li u gió Ph ơng pháp xác định dữ liệu gió bằng phân bố Weibull Ph ơng pháp xác định dữ liệu gió bằng phân bố Rayleigh Trình bày đặc tuyến công suất c a tuabin gió và h ớng tiếp cận dựa trên phân bố Weibull Ch ng 4: Kh o sát đi... toán giá trị kỳ vọng điện áp t i phụ t i khi đ a máy điện gió vào vận hành - Xét nh h ng c a công suất tác dụng WTG lên điện áp l ới phân phối, ch a xét đến nh h ng c a công suất ph n kháng WTG lên điện áp l ới phân phối 1.4 Ph ngăphápănghiênăc uă - Thu thập và nghiên c u các tài liệu liên quan từ cán bộ h ớng dẫn, b n bè, tài liệu sách v , các bài báo và tài liệu từ internet - Phân tích tổng hợp bài... (2.3) ng đến công suất sẵn có luồng gió là mật độ không khí, mặt cắt rotor tuabin gió và vận tốc gió nh h ng c a vận tốc gió với công suất là nổi bậc nhất 2.2 Phơnătíchăd ăli u gió Đ thiết lập năng l ợng gió, dữ liệu gió đ ợc thu thập từ địa ph ơng nên đ ợc phân tích và di n gi i Dữ liệu gió lâu dài t i các tr m khí t ợng có th đ ợc dùng đ ớc tính sơ bộ Dữ liệu này, có th có sẵn cho kho ng th i gian... chúng ta có th cân chỉnh mật độ xác suất và hàm phân phối tích lũy c a gió dựa vào vận tốc trung bình Phân bố Rayleigh có giá trị trong phân tích năng l ợng gió đ ợc thiết lập b i so sánh Rayleigh đư sinh ra mẫu gió với dữ liệu th i gian dài D ới phân bố Rayleigh, xác suất vận tốc gió giữa V1 và V2 là 2 P(V1  V  V2 )  e  V  V   1     2      4  Vm  4  Vm  2 e (3.30) Xác suất gió theo... (3.17) Đ phân tích chế độ gió theo phân bố Weibull, chúng ta ph i thiết lập thông số Weibull k và c Có nhiều ph ơng pháp đ xác định k và c là: Ph ơng pháp đồ thị, ph ơng pháp độ lệch chuẩn, ph ơng pháp moment, ph ơng pháp hợp lý cực đ i, HVTH: Nguy n Đình Phú Trang 18 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình ph ơng pháp hệ số mẫu năng l ợng Trong nghiên c u này đề cập đến ph ơng pháp đồ thị,... thiết lập k và c Phân phối tích lũy đ ợc dùng đ so sánh giữa 2 ph ơng pháp trong hình 3.2 Kết qu cho thấy ph ơng pháp đồ thị cho kết qu chính xác hơn ph ơng pháp độ lệch chuẩn HVTH: Nguy n Đình Phú Trang 23 Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS Phan Thị Thanh Bình Hình 3.4: Phân phối tích lũy đ ợc t o ra từ hai ph ơng pháp 3.2 Phơnăb Rayleigh Độ tin cậy c a phân bố Weibull trong phân tích chế độ gió phụ thuộc . Kho sát đin áp liăđin khi có máy phát đin gió Nghiên cu nh hng ca phân bố gió lên lới phân phối. Tính xác suất điện áp lới trong hệ thống trớc và sau khi lắp đặt Máy phát điện gió. . đó là bài toán dự báo điện áp lới điện khi có nguồn phân tán đa vào. Chính bi lý do này nên tôi đư chọn đề tài “Kho sát điện áp lới phân phối khi có máy phát điện gió làm đề tài luận văn. gió dựa trên Weibull 29 Chngă4ăKHOăSÁTăĐIN ÁP LI PHÂN PHI KHI CÓ MÁY PHÁT ĐIN GIÓ 33 4.1 nh hng ca phân bố gió lên điện áp 33 4.1.1 Mô t hệ thống 33 4.1.2 Mô hình máy phát điện