Nghiên cứu phát triển thủy điện nhỏ và nâng cao ổn định cho thủy điện nhỏ có kênh dẫn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LƯU VĂN DOANH NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN THỦY ĐIỆN NHỎ VÀ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH CHO THỦY ĐIỆN NHỎ CÓ KÊNH DẪN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Mã ngành: 60520202 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC KHOA CHUYÊN MÔN TS Đỗ Trung Hải TS Ngô Đức Minh PHÒNG ĐÀO TẠO TS Đặng Danh Hoằng THÁI NGUYÊN 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi Lưu văn Doanh, học viên lớp cao học K16 chuyên ngành Kỹ thuật điện, sau thời gian học tập nghiên cứu, giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt Thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp TS Ngô Đức Minh, em hoàn thành chương trình học tập đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên cứu phát triển thủy điện nhỏ nâng cao ổn định cho thủy điện nhỏ có kênh dẫn” Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn thầy giáo TS Ngô Đức Minh Nội dung luận văn có tham khảo trích dẫn tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Thái Nguyên, ngày 23 tháng 01 năm 2016 Học viên Lưu Văn doanh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học làm đề tài thạc sỹ, em nhận truyền đạt kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận giảng viên trường Sự quan tâm lớn nhà trường, khoa Điện, thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên bạn lớp Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học, thầy cô giáo tham gia giảng dạy tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Ngô Đức Minh tập thể cán giảng viên môn Hệ thống điện Hội đồng bảo vệ đề cương thạc sỹ khóa K16 - KTĐ cho dẫn quý báu để em hoàn thành luận văn Mặc dù cố gắng, xong kiến thức kinh nghiệm hạn chế nên chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót, em mong muốn nhận dẫn từ thầy, cô giáo bạn học để luận văn hoàn thiện có ý nghĩa thực tiễn Xin chân thành cảm ơn! Học viên Lưu Văn Doanh Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU viii LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG THỦY ĐIỆN NHỎ 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1.1 khái niệm lượng tái tạo 1.1.2 Các dạng lượng tái tạo phổ biến KẾT LUẬN CHƯƠNG 14 CHƯƠNG THỦY ĐIỆN NHỎ 16 2.1 TỔNG QUAN VỀ THỦY ĐIỆN NHỎ 16 2.1.1 Điện thủy triều 16 2.1.2 Thủy điện hải lưu 19 2.1.3 Thủy điện sóng biển 21 2.1.4 Thủy điện dòng suối (kênh dẫn) 25 2.2 MÔ HÌNH THỦY ĐIỆN NHỎ KIỂU KÊNH DẪN 28 2.2.1 Giới thiệu chung 28 2.2.2 Nguyên lý hoạt động thủy điện nhỏ 28 2.2.3 Tính toán kỹ thuật 30 2.2.4 Turbine thủy điện nhỏ 32 CHƯƠNG MẠNG ĐIỆN NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ 36 3.1 MÔ HÌNH MẠNG ĐIỆN THỦY ĐIỆN NHỎ 36 3.1.1 Giới thiệu chung 36 3.1.2 Phân tích hoạt động sơ đồ 37 3.1.3 Đề suất ứng dụng BESS mạng điện nguồn thủy điện nhỏ 43 3.2 HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG ẮC QUY (BESS) 43 3.3.1 Giới thiệu chung 43 3.3.2 Bộ biến đổi công suất 44 3.3.3 Điện cảm đầu biến đổi công suất 47 3.3.4 Kho tích trữ lượng chiều 48 3.3 MÔ HÌNH BESS TRONG MẠNG ĐIỆN NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ 52 3.3.1 Mô hình hóa BESS 52 3.3.2 Phương pháp điều khiển BESS 57 3.3.2.1 Mô hình cấu trúc điều khiển 57 3.3.3 Thiết kế điều khiển cho hệ BESS 65 3.3.4 Thiết kế điều chỉnh điện áp 72 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv 3.3.5 Thiết kế điều khiển công suất tác dụng 74 KẾT LUẬN CHƯƠNG 75 CHƯƠNG HÓA PHỎNG HOẠT ĐỘNG MẠNG ĐIỆN NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ 76 4.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 76 4.2 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG 82 4.2.1 Phân tích động học điều khiển dòng kiểu PI kiểu D-B 82 4.2.2 Phân tích chất lượng điều khiển hệ thống bị kích động 82 KẾT LUẬN CHƯƠNG 86 KẾT LUẬN CHUNG 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Tình hình NLTT toàn cầu (thống kê năm 2006) Hình Minh họa hình thành gió Hình Tốc độ triển khai lượng gió giai đoạn 1997-2010 giới Hình Các hệ thống khai thác lượng Mặt trời Hình Năng lượng địa nhiệt công nghệ điện địa nhiệt 11 Hình Một số hình ảnh thủy điện nhỏ dòng suối 13 Hình Một số hình ảnh thuỷ điện thuỷ triều 16 Hình 2 Cơ chế vận hành turbine nước 17 Hình Cơ chế vận hành turbine phát điện kiểu khí 18 Hình Một số dòng hải lưu lớn giới 19 Hình Trạm phát điện hải lưu SeaGen, Bắc Ailen 19 Hình Mô tả lượng sóng biển nhà máy thuỷ điện sóng biển 21 Hình Máy phát điện sóng biển cánh ngầm 22 Hình Mô tả nguyên lý hoạt động phương pháp Cockrell Raft 22 Hình Cơ cấu DEXA phao 23 Hình 10 Mô tả truyền lực DEXA Converler suốt ¼ chu kỳ sóng 23 Hình 11 Mô tả quan hệ lực tạo với bước sóng 24 Hình 12 Mô tả nguyên tắc sinh công 24 Hình 13 Một số hình ảnh nhà máy thuỷ điện kênh dẫn 26 Hình 14 Mô hình nhà máy thuỷ điện kênh dẫn 27 Hình 15 Mô hình trạm thủy điện nhỏ 28 Hình 16 Mô tả biến đổi lượng mà turbine nhận 29 Hình 17 Minh họa giá trị HG HN 29 Hình 18 Biểu diễn quan hệ tổn thất đường ống phụ thuộc loại ống 30 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi Hình 19 Phương pháp đo lưu tốc 32 Hình 20 Mô hình turbine Pelton nhiều vòi phun 33 Hình 21 Turbine Right-Angle-Drire 35 Hình Mô hình tổng quát mạng điện cục nguồn thủy điện nhỏ 36 Hình Mô hình số trạm thủy điện nhỏ kênh dẫn 37 Hình 3 Đặc tính ổn định tần số theo tải 38 Hình Mạng điện cục thủy điện nhỏ có BESS 43 Hình Mô hình mạch lực BESS 44 Hình Cấu trúc ký hiệu IGBT 44 Hình Sơ đồ khai triển cấu tạo mô tả nguyên lý làm việc IGBT 45 Hình Đặc tính đóng mở van IGBT 46 Hình Sơ đồ tương đương ắcquy 49 Hình 10 Quá trình phóng điện ắcquy phụ thuộc vào dòng phóng 50 Hình 11 Sự phụ thuộc công suất vào dòng điện phóng 52 Hình 12 Mô tả BESS mạng điện nguồn thủy điện nhỏ 52 Hình 13 Sơ đồ thay biến đổi BESS 53 Hình 14 Mô hình tín hiệu trung bình biến đổi BESS tọa độ abc 54 Hình 15 Mô hình biến đổi BESS hệ tọa độ quay dq tựa điện áp lưới 56 Hình 16 Mô hình biến đổi BESS miền toán tử Laplace 56 Hình 17 Cấu trúc điều khiển hệ BESS mạng điện cục thủy điện nhỏ 57 Hình 18 Biểu diễn đại lượng vector tọa độ dq tựa điện áp 58 Hình 19 Cấu trúc khối đồng tựa điện áp lưới PLL 59 Hình 20 Dạng tín hiệu tựa đồng điện áp lưới có kết mô 60 Hình 21 Tám khả chuyển mạch biến biến đổi van 62 Hình 22 Vị trí vector chuẩn hệ toạ độ αβ 63 Hình 23 Tổng hợp vector chuẩn sector 63 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii Hình 24 Thời gian đóng/cắt van sector 64 Hình 25 Mô dạng sóng biến điệu vector SVM 65 Hình 26 Cấu trúc khử tương tác thành phần dòng iBd iBq 66 Hình 27 Cấu trúc điều chỉnh dòng kiểu PI cho biến đổi BESS 67 Hình 28 Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện kiểu Dead-Beat 69 Hình 29 Đáp ứng động học tín hiệu đặt thực điều chỉnh Dead-Beat 70 Hình 30 Cấu trúc điều chỉnh dòng kiểu Dead-Beat 71 Hình 31 Cấu trúc điều khiển công suất tác dụng 75 Hình Mô hình mô hệ BESS MĐTĐN công suất 85 kVA 76 Hình Cấu trúc nguồn thủy điện 85 kVA-0,4kV 77 Hình Cấu trúc mạch lực BESS 79 Hình 4 Khối đo lường 80 Hình Cấu trúc điều khiển vòng cho điều dòng điện kiểu D-B 81 Hình Cấu trúc điều khiển dòng điện vòng kiểu D-B 81 Hình So sánh đáp ứng động học điều chỉnh PI D-B 82 Hình Mô trị hiệu dụng điện áp tải chế độ nguồn tạm thời trường hợp dùng điều khiển D-B 83 Hình Mô trị tức thời điện áp tải chế độ nguồn tạm thời 83 trường hợp dùng điều khiển D-B 83 Hình 10 Mô dòng điện phóng nạp ắcquy chế độ nguồn tạm thời trường hợp dùng điều khiển D-B 84 Hình 11 Biên dạng dòng điện pha tải, trường hợp dùng điều khiển D-B84 Hình 12 Kiểm tra THD cho dòng điện tải BESS cấp thời điểm 0,6s 85 trường hợp dùng điều khiển D-B 85 Hình 13 Mô chế độ BESS bù công suất đỉnh động khởi động 85 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU Bảng 1 Bảng tổng hợp tiềm năng lượng Mặt trời Bảng Tỷ lệ lượng số trồng 10 Bảng Quan hệ công suất theo lưu lượng, chiều cao cột nước 27 Bảng 3.1 Các số liệu tính toán mạng điện 40 Bảng 3.2 Các số liệu tính toán mạng điện 42 Bảng 3 Bảng thời gian đóng/cắt cho van bán dẫn sector 65 Bảng Thông số mạch điều khiển turbine thủy điện 77 Bảng Thông số mạch điều khiển dòng kích từ máy phát 78 Bảng Thông số đường dây 78 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, từ cuối kỷ 20 đặc biệt 10 năm trở lại tình hình lượng thay đổi - có số lượng lớn nguồn cung cấp lượng dạng truyền thống thúc đẩy phát triển mạch mẽ riêng nước ta, mà phạm vi toàn cầu Đó dạng nguồn phát điện theo công nghệ Ví dụ như: phong điện, thủy điện nhỏ, điện mặt trời, V.V Chúng khai thác loại hình mạng điện khác nhau: mạng điện cục bộ, mạng phân tán có kết nối với lưới quốc gia, mạng điện thông minh Trước đây, loại hình mạng điện chưa quan tâm khai thác phát triển, lý đặc tính dạng nguồn có tính chất mềm (siêu mềm), không ổn định Tính kinh tế hệ thống thấp, chất lượng điện cung cấp chưa đảm bảo Ngày nay, đứng trước phát triển mặt xã hội, hoạt động sản xuất ngày phong phú, đời sống văn hóa tinh thần người ngày nâng cao dẫn đến đòi hỏi lưới điện vận hành phải đảm bảo tiêu chất lượng điện quy định (mang lại lợi ích cho phía người tiêu dùng), giảm nhỏ tối thiểu tổn thất lượng mạng nâng cao hiệu khai thác hệ thống (mạng lại lợi ích cho phía sản xuất phân phối điện năng) Đặc biệt, bối cảnh giới khuyến khích phát triển nguồn lượng sạch, hệ nguồn phân tán, công suất nhỏ… cần thiết kết hợp với biến đổi, kho lưu trữ lượng kỹ thuật điều khiển đại nhằm phát huy hết công hệ nguồn Xuất phát từ phân tích trên, đề tài luận văn định hướng nghiên cứu phát triển nguồn thủy điện nhỏ, đại diện cho nguồn lượng tái tạo có tiềm lớn Việt Nam Đề xuất giải pháp khắc phục số nhược điểm thủy điện nhỏ Tìm hiểu nắm vững mô hình đối tượng nghiên cứu, mạng điện phân tán có nguồn thủy điện nhỏ có kênh dẫn Phân tích ưu nhược điểm hệ thống, đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng điện ăng tính ổn định động cho hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 75 d dt uPCC iL Tính công suất đặt  P* i* Bd K Kp  i s PB uPCC Tính công suất thực iB Hình 31 Cấu trúc điều khiển công suất tác dụng Đáp ứng biến thiên công suất đặt dP*/dt tác động lên hệ số KP để tăng độ phản ứng nhanh điều chỉnh Khi đạt đến sai lệch tĩnh ε cho hệ số Ki tác động vào điều chỉnh để triệt tiêu sai lệch tĩnh KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương đưa cấu trúc điều khiển hệ BESS mạng điện cục xây dựng hệ tọa độ dq thông qua phép chuyển hệ tọa độ Điều thuận lợi cho việc thiết kế điều chỉnh đại lượng dòng điện điện áp hệ toạ độ thành phần chiều Đầu điều chỉnh dòng lượng đặt cho khâu điều chế vector không gian SVM phát xung điều khiển van bán dẫn nhằm đạt chất lượng đầu cao biến đổi công suất Đặc biệt, chế độ nghịch lưu đảm bảo cho điện áp gần sin nhất, không lẫn sóng hài – Đây yếu tố quan trọng để xác nhận cho dạng “nguồn sạch” Nhiệm vụ đề tài giải chương thiết kế điều chỉnh dòng theo hai phương pháp khác theo kiểu PI kiểu Dead-Beat Đồng thời, thiết kế số Bộ điều chỉnh vòng thực chức công nghệ hệ BESS, nhằm đạt cấu hình BESS hoàn chỉnh áp dụng cho hệ nguồn MĐCBTĐN: - Bộ điều khiển công suất tác dụng, điều khiển trình phóng/nạp lượng ắc quy, hỗ trợ nguồn phát thủy điện nhỏ có đột biến phụ tải; - Bộ điều khiển điện áp điểm kết nối chung PCC, bù công suất phản kháng để nâng cao chất lượng điện áp Đầu điều chỉnh vòng lượng đặt cho điều chỉnh dòng điện Tiếp theo sang chương 4, kiểm chứng nghiên cứu lý thuyết thông qua mô Matlab-Symulink Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 76 CHƯƠNG HÓA PHỎNG HOẠT ĐỘNG MẠNG ĐIỆN NGUỒN THỦY ĐIỆN NHỎ Dựa phân tích mạng điện nguồn thủy điện nhỏ chương chương 3, cho ta đầy đủ sở xây dựng mô hình mô phần mềm MatlabSimulink Đối tượng nghiên cứu đề tài mạng điện cục công suất nhỏ (một vài chục đến vài trăm 100 kVA) có đặc điểm tính ổn định chất lượng điện thấp Cụ thể, xét mạng điện độc lập nguồn thủy điện nhỏ công suất 85 kVA (MĐTĐN) có kết hợp thiết bị BESS 4.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG Trên sở hình 3.1, cấu trúc mô MĐTĐN 85 kVA có kết hợp với BESS thiết kế Matlab-Simulink hình 4.1 Hình Mô hình mô hệ BESS MĐTĐN công suất 85 kVA Cấu trúc mô hình 4.1 bao gồm khối sau: 1- Khối nguồn: Trong Matlab-Simulink, Nguồn chọn hệ turrbine-máy phát thủy điện công suất 85 kVA, điện áp phát đầu cực 0,4 kV Cấu trúc hệ nguồn mô tả hình 4.2: Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 77 Hình Cấu trúc nguồn thủy điện 85 kVA-0,4kV Các thông số mạch điều khiển turbine mạch kích từ máy phát lựa chọn theo bảng 4.1 bảng 4.2 Bảng Thông số mạch điều khiển turbine thủy điện Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 78 Bảng Thông số mạch điều khiển dòng kích từ máy phát 2- Khối đường dây tải: Đường dây pha điện áp 0,4 kV xoay chiều tần số 50 HZ từ nguồn đến tải có thông số ghi bảng 4.3 Bảng Thông số đường dây Phụ tải gồm hai thành phần tải tĩnh tải khởi động: - Các tải tĩnh dạng phụ tải ổn định đặc trưng cho hệ số mang tải nguồn Trong đó: Tải đầu nguồn: S1 = 40+j15 KVA , Tải cuối nguồn: S2 = 22+j10 kVA Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 79 S3 = 8+j0 kVA - Phụ tải động, động không đồng pha công suất 10HP (7,5 kW) để kiểm chứng khả ổn định động mạng điện cục thủy điện nhỏ động học hệ thống 3- Khối BESS: Trong khối BESS phân chia số khối chức sau:  Khối mạch lực BESS: Mạch lực khối BESS thiết kế có cấu trúc hình 4.3 Hình Cấu trúc mạch lực BESS Trong đó: - Các van bán dẫn dùng loại HVIGBT Modules Dual FF1400R12IP4 có sẵn điốt hãng EUPEC (European Power Semiconductor and Electronics Company) có thông số bảng 4.4 Bảng 4 Thông số IGBT Thông số Điện áp collectoremitter Dòng collector Dòng điện peak Công suất tiêu hao Điện áp điều khiển Điện áp đánh thủng Điện áp giữ Thời gian mở van Thời gian khóa van Nhiệt độ cho phép Điều kiện TVj = 250C Ký hiệu VCES Giá trị 1200 V TC = 1000C tP = 1ms TVj = 250C IC ICRM Ptot VGE VISOL VGE (th) ton toff TVJ 140 A 280 A 0,765 kW 20 V 2,4 kV 5V < VGE (th)= 5,8 < 6,5V 0,21 µs 1,1 µs -40  175 0C f= 50Hz,t = phút TVj = 250C TVj = 250C Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 80 - Công suất BEES: 40 kW - Khối chiều: Udc = 700 V ; Cdc = 3600 μF ; - Điện cảm: L = 1,8 mH, - Ăc quy: R1 = 10kΩ, R2 = 0.1Ω, C1=15000F  Khối đo lường BESS: Khối đo lường thiết kế có cấu trúc hình 4.4 thực đo lường đại lượng thông số cần thiết sau: - Đo giá trị tức thời giá trị hiệu dụng đại lượng dòng, áp, công suất tác dụng, công suất phản kháng, công suất biểu kiến nguồn phát (tại đầu nguồn điểm PCC1), tải BEES điểm kết chung PCC2 - Đo kiểm tra thông số hoạt động khối điều khiển Hình 4 Khối đo lường  Khối điều khiển BESS: Trong chương có nghiên cứu điều khiển hệ BESS theo hai phương pháp PI phương pháp Bead-Beat (D-B) Trong phương pháp B-D có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt có động học cao, thỏa mãn cho yêu cầu cho huy động công suất đỉnh hay cấp nguồn dự phòng, V.V Trong nội dung này, nghiên cứu mô cho trường hợp áp dụng điều khiển khiển kiểu D-B Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 81 Khối điều khiển có điều khiển dòng theo kiểu D-B, thiết kế có cấu trúc hình 4.5 hình 4.6 Hình Cấu trúc điều khiển vòng cho điều dòng điện kiểu D-B Hình Cấu trúc điều khiển dòng điện vòng kiểu D-B Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 82 4.2 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG 4.2.1 Phân tích động học điều khiển dòng kiểu PI kiểu D-B Để chứng tỏ điều khiển dòng kiểu D-B có động học cao hơn, ta khảo sát đáp ứng động học điều chỉnh kiểu PI D-B cho đối tượng điều khiển có L = mH, R = 0,02 Ω Kết mô thể hình 4.7 Hình So sánh đáp ứng động học điều chỉnh PI D-B Nhận xét: Với đối tượng điều khiển đáp ứng động học hệ thống sử dụng điều chỉnh D-B nhanh nhiều, lượng điều khiển thể đồ thị mô cho thấy: dòng điện đươc điều khiển đạt giá trị đặt nhanh gấp lần so với điều khiển kiểu PI 4.2.2 Phân tích chất lượng điều khiển hệ thống bị kích động Để chứng tỏ điều khiển dòng kiểu D-B có động học cao Trong trường hợp này, kích động hệ thống giả thiết dạng cố thoáng qua phóng điện sét đường dây – dạng cố có xác suất xảy nhiều vận hành mạng điện Nhiều trường hợp thời gian nguồn trì đến hàng trăm ms lâu dài Nhiệm vụ đặt cho BESS lúc đóng vai trò nguồn dự phòng với thời gian tự động hóa nhanh nhất, đặc biệt phụ tải thiết bị có điều khiển điện tử 4.2.2.1 Mô chế độ nguồn tạm thời: Giả thiết: thời điểm 0,2s xảy cố gây nguồn tạm thời khoảng (0,2 - 0,3)s đến thời điểm 0,5s xảy nguồn kéo dài BESS tự kích hoạt thay Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 83 nguồn dự phòng cấp công suất cho tải Đối với phương pháp D-B, cần chu kỳ (0,025s) BESS đáp ứng đầy đủ điện áp danh định cấp cho tải Sau nguồn khôi phục BESS lại trở chế độ dự phòng (không phát công suất tác dụng) Đến thời điểm 0,5s xảy tương tự Mặt khác, kết cho thấy phương pháp D-B có động học cao Kết mô hình 4.8 Thời gian (s) ÷2 Có/mất nguồn có ÷3 ÷5 5÷∞ nguồn có nguồn bo dieu khien D-B Uload (V) 400 300 200 100 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Time (s) 0.45 0.5 0.55 0.6 Hình Mô trị hiệu dụng điện áp tải chế độ nguồn tạm thời trường hợp dùng điều khiển D-B Tương ứng, mô theo giá trị tức thời điện áp tải thu hình 4.9 Hình Mô trị tức thời điện áp tải chế độ nguồn tạm thời trường hợp dùng điều khiển D-B Trong khoảng thời gia nguồn, BESS nguồn thay tức thời, lượng huy động cấp cho tải BESS xuất từ kho lưu trữ lượng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 84 ắc quy Kết mô dòng điện phóng nạp ắc quy thể hình 4.10 bo dieu khien D-B 100 Idc (A) 50 -50 -100 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 Time (s) 0.45 0.5 0.55 0.6 Hình 10 Mô dòng điện phóng nạp ắcquy chế độ nguồn tạm thời trường hợp dùng điều khiển D-B Rõ ràng là: - Trong khoảng thời gian (0,2-0,3)s, ắcquy nạp điện với dòng  -50A (giá trị âm) - Trong khoảng thời gian (0,3-0,5)s, ắcquy phóng điện - Sau thời điểm 0,5s ắc quy lại chế độ nạp điện Kiểm tra chất lượng điện cung cấp cho thấy sau: - Ở chế độ xác lập, độ sai lệch điện áp nằm phạm vi cho phép [U]≤ 5% thời gian độ thời gian độ ngắn khoảng chu kỳ Kết mô hình 4.11 - Độ méo dạng không sin dòng điện qua tải đạt chuẩn THD ˂ 5% Kết mô phân tích FFT hình 4.12 Hình 11 Biên dạng dòng điện pha tải, trường hợp dùng điều khiển D-B Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 85 FFT window: of 40 cycles of selected signal 50 -50 0.6 0.61 0.62 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 Time (s) 0.68 0.69 Fundamental (50Hz) = 62.21 , THD= 0.82% Mag (% of Fundamental) 0 50 100 Harmonic order 150 200 Hình 12 Kiểm tra THD cho dòng điện tải BESS cấp thời điểm 0,6s trường hợp dùng điều khiển D-B 4.2.2.2 Mô chế độ có động khởi động: Trường hợp khi có động khởi động, phụ tải đỉnh vượt khả mang tải máy phát BESS đóng vai trò bù công suất đỉnh cho động khởi động thành công, giảm áp lực cho máy phát đồng thời vững điện áp mạng không làm ảnh lượng chất lượng điện hệ thống Kết mô thu thể hình 4.13 x 10 Bo dieu khien dong kieu Dead-Beat Pdc 2.5 Pbess P dc (W) 1.5 0.5 -0.5 -1 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Time (s) 0.55 0.6 0.65 0.7 Hình 13 Mô chế độ BESS bù công suất đỉnh động khởi động trường hợp dùng điều khiển D-B Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 86 KẾT LUẬN CHƯƠNG Với nỗ lực nghiên cứu chương xây dựng thành công cấu trúc mô mạng điện độc lập nguồn thủy điện nhỏ có kết hợp với BESS, hệ điều khiển BESS thiết kế theo hai phương pháp điều khiển kết mô thể rõ hệ điều khiển có điều khiển dòng điện kiểu Dead – Beat có động học cao so với hệ điều khiển có điều khiển dòng điện kiểu PI Chính điều đem lại sức phát triển cho nguồn thủy điện nhỏ với tiềm khả cạnh tranh sách khuyến khích phát triển lượng tái tạo toàn cầu Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 87 KẾT LUẬN CHUNG Luận văn giới thiệu tổng quan nguồn lượng tái tạo, tập trung phân tích nguồn thủy điện nhỏ Chỉ mạnh yếu điểm tồn nguồn thủy điện nhỏ mạng điện độc lập không kết nối lưới Từ đề xuất giải pháp khắc phục nhằm thực hóa lợi loại hình mạng điện tương lại Những kết đạt được: - Phân tích mở rộng thủy điện nhỏ Trong nghiên cứu trước chủ yếu đến thủy điện đất liền, đề cập đến thủy điện đại dương - Phân tích kỹ lưỡng thủy điện dạng kênh dẫn, có ví dụ tính toán cụ thể Xây dựng mô hình mạng điện độc lập với nguồn thủy điện nhỏ có kết hợp với BESS nhằm nâng cao tính ổn định chất lượng điện cung cấp, khắc phục nhược điểm thủy điện nhỏ - đại diện cho dạng nguồn siêu mềm - Thiết kế điều khiển có mach vòng điều khiển dòng điện kiểu Dead-Beat có động học cao so với điều khiển có mach vòng điều khiển dòng điện kiểu PI - Mô hình hóa mô hệ thống phần mềm Matlab-Simulink kiểm chứng kết nghiên cứu lý thuyết thông qua kết mô Kết nghiên cứu tăng cường niềm tin cho xu hướng phát triển nguồn lượng sạch, hệ nguồn phân tán, công suất nhỏ… có kết hợp với biến đổi, kho lưu trữ lượng kỹ thuật điều khiển đại nhằm phát huy hết công hệ nguồn Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê Cung cấp điện NXB Khoa học Kỹ thuật, 2000 [2] Nguyễn Phùng Quang Truyền động điện thông minh NXB Khoa học Kỹ thuật, năm 2004 [3] Lê Văn Doanh Điện tử công suất,Tập2 NXB Khoa học Kỹ thuật, 2008 [4] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh Điện tử công suất NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 [5] Ngô Đức Minh Kết hợp BESS với nguồn thủy điện nhỏ để nâng cao chất lượng điện hiệu khai thác nguồn thủy năng.Tạp chí KHCN Đại học Thái Nguyên, tháng năm 2008 [6] Ngô Đức Minh Ứng dụng chỉnh lưu BESS mạng điện cục nguồn thủy điện công suất nhỏ Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ, năm 2009-2010 [7] Ngô Đức Minh Dynamic improvement of BESS using deadbeat type controller in local power networks IEEE Việt Nam Section, Internation From On Strategic Technologies (IFOST2009), 21-23 October 2009 in HoChiMinh City, Vietnam [8] Ngô Đức Minh Nhà máy thủy điện NXB Khoa học Kỹ thuật, 2009 Tài liệu tiếng Anh [9] Gilbert M Masters Renewable and Efficient Electric Power Systems [10] Micro -Hydro Power , Practical Action, The Schumacher Centre for Technology and Development, Bourton on Dunsmore, Rugby, Warwickshire, www.practicalaction.org [11] Helena Ramos, M Manuela Portela, H Pires de Almeida G U I D E L I N E S F O R D E S I G N O F SMALL HYDROPOWER PLANTS Published in 2000 through WREAN (Western Regional Energy Agency & [12] Network) and DED (Department of Economic Development), Belfast, North Ireland Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 89 [13] Bhim Singh', SeniorMember, IEEE, Jitendra Solankil, Ambrish Chandra2, SeniorMember, IEEE and Kamal-A1-Haddad2, SeniorMember, IEEE A Solid State Compensator with Energy Storage for Isolated Diesel Generator Set Electrical Engineering Department, Indian nstitute of Technology Delhi, New Delhi- 110016, India.2Dept de genie electrique, ETS, 1100, Quebec, H3C 1K3, Canada, pp1774-1778 [14] By Alejandro Montenegro Leon Advanced Power Electruaoinic For WindPower Generation Buffering Copyright 2005, pp 27-40 [15] Charles.H.W.Foster, “The Northfield Moutain Pumped Storage project”, Harvard University, 1970, pp1-10 1] Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... nghiệp Nghiên cứu phát triển thủy điện nhỏ nâng cao ổn định cho thủy điện nhỏ có kênh dẫn Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn thầy giáo TS Ngô Đức Minh Nội dung luận văn có. .. hình tổng quát mạng điện cục nguồn thủy điện nhỏ 36 Hình Mô hình số trạm thủy điện nhỏ kênh dẫn 37 Hình 3 Đặc tính ổn định tần số theo tải 38 Hình Mạng điện cục thủy điện nhỏ có. .. điểm thủy điện nhỏ Tìm hiểu nắm vững mô hình đối tượng nghiên cứu, mạng điện phân tán có nguồn thủy điện nhỏ có kênh dẫn Phân tích ưu nhược điểm hệ thống, đề xuất giải pháp nâng cao chất lượng điện