Ảnh hưởng của nguồn phân tán phong điện đến các thông số của lưới

B GIO DC V O TO TRNG I HC BCH KHOA H NI - NGUYN CH CễNG ảNH HƯởNG CủA NGUồN PHÂN TáN PHONG ĐIệN tới CáC THÔNG Số CủA LƯớI điện Chuyờn ngnh : H thng in LUN VN THC S KHOA HC H THNG IN NGI HNG DN KHOA HC: PGS.TS NGUYN LN TRNG H NI - 2013 LI CM N Trong quỏ trỡnh hon thnh lun tt nghip thc s khoa hc ny, tụi ó nhn c s giỳp tn tỡnh ca cỏc thy cụ, bn bố v gia ỡnh Tụi xin by t lũng kớnh trng v bit n sõu sc ti PGS.TS NGUYN LN TRNG, ngi thy ó ch bo v trc tip hng dn tụi hon thnh lun Tụi xin chõn thnh cm n cỏc thy cụ Vin in, c bit l cỏc thy, cỏc cụ b mụn H thng in ó truyn th cho tụi nhng kin thc quý bỏu tụi hon thnh lun ny Tụi xin chõn thnh cm n Ban giỏm hiu, phũng o to sau i hc ó to mi iu kin thun li v giỳp tụi quỏ tỡnh hc v nghiờn cu Tụi xin chõn thnh cm n bn bố, nhng ngi ó luụn c v, ng viờn v giỳp tụi quỏ trỡnh hc v thc hin lun ny Sau cựng tụi xin dnh tỡnh cm v lũng bit n vụ hn ti gia ỡnh ó chia s nhng thun li cng nh khú khn quỏ trỡnh hc v hon thnh lun Mt ln na tụi xin chõn thnh cm n! H Ni, ngy 25 thỏng 09 nm 2013 Hc viờn Nguyn Chớ Cụng LI CAM OAN Tụi xin cam oan nhng c trỡnh by bn lun ny l nhng nghiờn cu ca riờng cỏ nhõn tụi Cỏc s liu thng kờ, bỏo cỏo, cỏc ti liu khoa hc lun c s dng ca cỏc cụng trỡnh khỏc ó nghiờn cu, c chỳ thớch y , ỳng quy nh H Ni, ngy 25 thỏng nm 2013 Tỏc gi lun Nguyn Chớ Cụng DANH MC CC Kí HIU, CC CH VIT TT CC : Cu chỡ CSC : Chuyn i ngun dũng DC : in mt chiu DG : Ngun in phõn tỏn DFIG : Mỏy phỏt in cm ng ngun kộp FCL : Thit b hn ch dũng s c HVG : Mỏy phỏt in cao ỏp LPP : Li in phõn phi MBA : Mỏy bin ỏp OSIG : Mỏy phỏt in cm ng optislip PMSG : Mỏy phỏt in ng b nam chõm vnh cu PM : Nam chõm vnh cu PMW : iu ch rng xung SCIG : Mỏy phỏt in cm ng rotor lng súc SRG : Mỏy phỏt in chuyn i t húa TL : Thit b t ng ng li TF : Nguyờn tc ngang dũng TFG : Mỏy phỏt in ngang dũng VSC : Chuyn i ngun ỏp WRIG : Mỏy phỏt in cm ng rotor dõy qun WRSG : Mỏy phỏt in ng b rotor dõy qun MC LC M U 1 Lý chn ti Lch s nghiờn cu Mc ớch nghiờn cu ca lun vn, i tng, phm vi nghiờn cu 3.1 Mc ớch nghiờn cu 3.2 i tng, phm vi nghiờn cu Cỏc lun im c bn v úng gúp mi ca tỏc gi Phng phỏp nghiờn cu 5.1 Khỏi nim cỏc phng phỏp nghiờn cu 5.1.1 Phng phỏp nghiờn cu lý thuyt 5.1.2 Phng phỏp nghiờn cu thc nghim 5.1.3 Phng phỏp nghiờn cu phi thc nghim 5.2 La chn phng phỏp nghiờn cu CHNG I: TNG QUAN V PHONG IN V LI IN 1.1 TNG QUAN V PHONG IN 1.1.1 Giú v s hỡnh thnh giú 1.1.2 Lch s phỏt trin phong in 1.1.3 Tỡnh hỡnh ng dng phong in trờn th gii 1.1.4 Tỡnh hỡnh ng dng phong in Vit Nam 1.1.4.1 Tim nng nng lng giú 1.1.4.2 Cỏc d ỏn in giú hin 11 1.1.4.3 Cỏc nh cung cp thit b in giú Vit Nam 12 1.2 TNG QUAN V LI IN 13 1.2.1 Cỏc khỏi nim 13 1.2.2 S li in phõn phi 14 1.2.3 Cỏc yờu cu ca li in phõn phi 16 1.3 KT LUN 16 CHNG II: CU TO V NGUYấN Lí CA H THNG NNG LNG GIể17 2.1 TNG QUAN V TUABIN GIể 17 2.1.1 Mt s khỏi nim v tuabin giú 17 2.1.2 Cu to tuabin giú 19 2.1.3 Cỏc dng tuabin giú 21 2.2 CC LOI CU HèNH TUABIN GIể V PHNG PHP KT NI LI IN24 2.2.1 Tc hot ng ca tuabin giú 24 2.2.1.1 Tuabin giú cú tc c nh (Fixed-speed wind turbines) 24 2.2.1.2 Tuabin giú tc thay i (Variable-speed wind turbines ) 24 2.2.2 Tng quan v cỏc loi iu khin in nng 25 2.2.3 Cỏc loi cu hỡnh tuabin giú v phng phỏp kt ni li 26 2.2.3.1 Kt ni loi A: tc c nh (fixed speed) 28 2.2.3.2 Kt ni theo loi B: thay i tc hn ch (limited variable speed) 30 2.2.3.3 Kt ni theo loi C: thay i tc vi b chuyn i tn s tng phn (variable speed with partial scale frequency converter ) 31 2.2.3.4 Kt ni theo loi D: bin tc vi b chuyn i tn s y t l (variable speed with full-scale frequency converter ) 32 2.2.4 Xu th th trng ca cỏc cu hỡnh tuabin giú 32 2.3 MY PHT IN V IN T CễNG SUT CHO TUABIN GIể 33 2.3.1 Mỏy phỏt h thng tua bin giú 33 2.3.1.1 Mỏy phỏt in khụng ng b 34 2.3.2 in t cụng sut hin i 42 2.4 KT LUN 46 CHNG III: NH HNG CA PHONG IN TI CC THễNG S CA LI IN 47 3.1 TNG QUAN 47 3.2 NH HNG CA PHONG IN TI CC THễNG S CA LI 48 3.2.1 Nhp nhỏy hay dao ng in ỏp 48 3.2.2 Súng hi 54 3.2.3 S suy gim nhanh in ỏp 58 3.2.4 S gia tng in ỏp 59 3.2.5 Cụng sut phn khỏng 60 3.2.6 Cỏc v bo v li in 61 3.2.6.1 Mc dũng ngn mch 62 3.2.6.2 Thay i phi hp gia cỏc thit b bo v 63 3.2.6.3 Mỏy ct khụng mong mun 65 3.2.6.4 Tỏc ng n s lm vic ca t ng úng li 65 3.2.6.5 Thay i vựng tỏc ng ca rle bo v 68 3.2.6.6 Cỏc bin phỏp hn ch nh hng ca tuabin giú ch s c in 68 3.3 KT LUN 69 CHNG IV: Mễ PHNG NH HNG CA H MY PHT IN GIể TI CC THễNG S CA LI BNG MATLAB/SIMULINKđ 70 4.1 CC PHNG PHP V Mễ HèNH Mễ PHNG H MY PHT IN SC GIể Cể TRONG MATLAB/SIMULINKđ 70 4.1.1 Tng quan v matlab/simulinkđ 70 4.1.2 Cỏc phng phỏp mụ phng tuabin giú Matlab/Simulinkđ 71 4.1.3 Cỏc chc nng c bn 72 4.1.4 Cỏc mụ hỡnh mụ phng 74 4.1.4.1 Mụ hỡnh cỏnh ng giú s dng cu hỡnh DFIG (Mụ hỡnh chi tit)74 4.1.4.2 Mụ hỡnh cỏnh ng giú s dng cu hỡnh DFIG (Mụ hỡnh phasor)75 4.2 NH GI NH HNG CA NGUN PHN TN PHONG IN TI CC THễNG S CA LI QUA KT QU Mễ PHNG 76 4.2.1 Nhp nhỏy hay dao ng in ỏp 76 4.2.2 Súng hi 79 4.2.3 S suy gim nhanh in ỏp 79 4.2.4 S gia tng in ỏp 81 4.2.5 Cụng sut phn khỏng 83 4.2.6 Bo v li in 83 4.3 KT LUN 85 KT LUN 86 TI LIU THAM KHO DANH MC CC BNG Bng 1.1: Tim nng giú ca Vit Nam cao 80 m so vi b mt t 10 Bng 2.1 Cỏc cu hỡnh tuabin giú khỏc 28 Bng 2.2 u im v nhc im ca vic s dng thit b in t cụng sut 43 Bng 2.3 Thit b chuyn mch: phm vi hot ng v c im 45 Bng 3.1 Mc nhp nhỏy quy hoch v phỏt thi cho in ỏp trung bỡnh (MV) v in ỏp cao (HV) 53 Bng 3.2 Quy nh v gii hn mộo súng hi in ỏp cho phộp cho tng cp in ỏp theo IEC-61000-3-6 56 Bng 4.1: mộo hi THD 79 DANH MC CC HèNH V, TH Hỡnh 1.1: Tuabin giú u tiờn ca James Blyth Hỡnh 1.2: Tng cụng sut in giú trờn th gii t 1996-2012 Hỡnh 1.3: Giỏ in giú ca mt s nc t 1993-2007 Hỡnh 1.4 Li in phõn phi hỡnh tia khụng phõn on 15 Hỡnh 1.5 Li in phõn phi hỡnh tia cú phõn on 15 Hỡnh 1.6 Li in phõn phi kớn hnh h 15 Hỡnh 2.1 Minh nh lut Betz 17 Hỡnh 2.2 ng cong cụng sut lý tng ca tuabin giú 19 Hỡnh 2.3 Cu to ca tuabin giú 20 Hỡnh 2.4 Cu to mt cỏnh ún giú ca tuabin giú 20 Hỡnh 2.5 Tuabin giú trc ng 22 Hỡnh 2.6 Tuabin giú trc ngang 23 Hỡnh 2.7 Cu hỡnh giú tuabin tiờu biu 27 Hỡnh 2.8 Kt ni li ca mỏy mỏy phỏt in lng súc cm ng SCIG - squirrel cage induction generator 28 Hỡnh 2.9 Kt ni li ca mỏy phỏt in cm ng rotor dõy qun cú th thay i in tr rotor (WRIG = wound rotor induction generator ) 30 Hỡnh 2.10 Kt ni li ca mỏy mỏy phỏt in cm ng rotor dõy qun (WRIG = wound rotor induction generator) 31 Hỡnh 2.11 Kt ni li ca mỏy phỏt in ng b nam chõm vnh cu (PMSG = permanent magnet synchronous generator) 32 Hỡnh 2.12 T l cụng sut lp t ca cỏc loi cu hỡnh tuabin giú t 2000-2009 33 Hỡnh 2.13 Cỏc loi chuyn i nng lng t chuyn mch cho tua bin giú: (a) b chuyn i ngun dũng v (b) b chuyn i ngun ỏp Sao chộp t S Heier nm 1998, mng li tớch hp h thng chuyn i nng lng giú, bi John Wiley & Sons Ltd 46 Hỡnh 3.1 ng t l thay i in ỏp v s ln thay i in ỏp phỳt 48 Hỡnh 3.2 Dao ng cụng sut u ca tuabin giú tc c nh (loi A) .50 Cỏc tuabin giú cú th gõy lờn hin tng suy gim nhanh in ỏp lỳc ng v cú nh hng cỏc s c suy gim in ỏp li Mc nh hng tựy thuc vo loi tuabin giú v ch hnh tuabin giú Khi tng cụng sut phỏt, cỏc tuabin giú cú th lm tng in ỏp cc b ti im kt ni Cn quan tõm ti t s R/X ca li hn ch iu ny Cỏc ng c ng b cú th phỏt hoc tiờu th cụng sut phn khỏng ú cỏc ng c khụng ng b ch tiờu th cụng sut phn khỏng Cỏc tuabin giú loi D v DFIG ca loi C cú th iu chnh cụng sut phn khỏng trờn di rng lm n nh in ỏp li Khi tham gia li in cỏc tuabin giú lm phc thờm bo v li in Cỏc nghiờn cu cng ch rng cu hỡnh tuabin giú DFIG (loi C) v tuabin giú s dng ng c ng b (loi D) cú nhiu u im vt tri Trong ú DFIG ang l loi ph bin nht trờn th trng vi u th giỏ r ch n nh in ỏp cỏc tuabin giú loi ny khụng ch ớt gõy tỏc ng xu ti thụng s chớnh ca li in k trờn m cũn cú tỏc dng h tr, lm tng s n nh ca li in cỏc trng hp s c T cỏc kt qu nghiờn cu thu c, tỏc gi xin cú mt s kin ngh nh sau: hn ch nh hng ca phong in n thụng s chớnh ca li ó nờu trờn, nờn s dng cu hỡnh tuabin giú DFIG ca loi C hoc cu hỡnh tuabin giú loi D Trong ú tuabin giú nờn hnh ch n nh in ỏp Ngoi cn kt hp cỏc bin phỏp khc phc ó c nờu chng III i vi cỏc d ỏn phong in tng lai gn, nờn s dng cu hỡnh DFIG va ỏp ng c yờu cu k thut cho li in va cú giỏ thnh hp lý 87 Trong cỏc d ỏn phong in tng lai xa, nờn xem xột kh nng s dng cu hỡnh loi D vỡ chỳng khụng ch cú th ỏp ng cỏc yờu cu kht khe ca li in m cũn d bo dng v tn ớt chi phớ bo dng hn cu hỡnh DFIG Mc dự hin giỏ thnh ca chỳng cũn cao nhng vi s phỏt trin ca in t cụng sut tng lai giỏ thnh ca cu hỡnh ny s gim ti ó trỡnh by mt cỏch tng i ton din v cú h thng v ngun phõn tỏn phong in t nguyờn lý cu to, nh hng ti cỏc thụng s ca li cho tng cu hỡnh tuabin giú ti cũn xột ti lch s cng nh xu th phỏt trin ca tuabin giú tng lai Vỡ vy ti va cú th lm ti liu tham kho mang tớnh ph bin kin thc, va cú th lm mt c s xem xột la chn cu hỡnh tuabin giú cho cỏc d ỏn sn xut hay lp t tng lai 88 TI LIU THAM KHO [1] Ackermann, T., Andersson, G., S.oder, L (2001), Distributed generation: a definition, Electric Power Systems Research, Vol 57, p.p 195 [2] Anca D Hansen (2005), - Generators and Power Electronics for Wind Turbines, Wind Power in Power Systems, p.p 53 - 77 [3] Bin Wu, Yongqiang Lang, Navid Zargari, Samir Kouro (2011), Appendix B: Generator Parameters, Power Conversion and Control of Wind Energy Systems, JohnWiley & Sons, Ltd [4] Deutsches windenergie institute (2001), Wind turbine grid connection and interaction, p.p 12 [5] EVNHCMC (2013), Gii thiu sỏch mi: in giú v qut giú bm nc http://www.hcmpc.com.vn/customer/tintuc_tin.aspx?id=105075 [6] Fritz Santjer (2005), - Power Quality Measurements, Wind Power in Power Systems, p.p 97 - 113 [7] J.J Gutierrez, J Ruiz, P Saiz, I Azcarate, L.A Leturiondo and A Lazkano (2011), Power quality in grid connected wind turbines, Wind Turbines, p.p 547 570 [8] GWEC (2012), Global Wind Statistics 2012, GWEC, Rue dArlon 80, 1040 Brussels, Belgium [9] Muhammad H.Rashid (2001), 23.3 Power Electronics for Wind Power Systems, Power electronics handbook, p.p 562 [10] Roberto Lacal Arỏntegui (2012), JRC wind status report, European Commission, Joint Research Centre, Institute for Energy and Transport, Westerduinweg 3, NL-1755 LE Petten, The Netherlands [11] Th tng chớnh ph (2011), Quyt nh 1208/2011/Q - TTG ban hnh ngy 21 thỏng nm 2011 v phờ duyt Quy hoch phỏt trin in lc quc gia giai on 2011-2020 cú xột n nm 2030, Th tng chớnh ph, H Ni [12] Phan Thanh Tựng, V Chi Mai v Wasielke A (2012), Tỡnh hỡnh phỏt trin in giú v kh nng cung ng ti chớnh cho cỏc d ỏn Vit Nam, D ỏn Nng lng Giú GIZ, H ni [13] H V (2011) , Bin i nng lng giú v s phỏt trin ca tuabin giú, T/c in & i sng, s 150 - 2011, tr 35 [14] Yueming Qiua, Laura D Anadonb (2012), Fig 8.Comparison of the historical wind electricity price of China with major OECD countries using market exchange rates, Energy Economics, Volume 34, Issue http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0140988311001307 PH LC CC KT QU Mễ PHNG Cỏc kt qu mụ phng cỏnh ng giú cu hỡnh DFIG (Mụ hỡnh chi tit) Hỡnh P.1 Kt qu mụ phng vi tc giú 5m/s Tc giú 10m/s: Hỡnh P.2 Kt qu mụ phng vi tc giú 10m/s Tc giú 15m/s: Hỡnh P.3 Kt qu mụ phng vi tc giú 15m/s Tc giú 20m/s: Hỡnh P.4 Kt qu mụ phng vi tc giú 20m/s Cỏc kt qu mụ phng cỏnh ng giú s dng cu hỡnh DFIG (Phasor) 2.1 Kt qu mụ phng vi tc giú thay i Hỡnh P.5 ng cong cụng sut phỏt tc giú thay i t 0m/s n 30m/s Hỡnh P.6 Mụ phng vi tc giú thay i t 8m/s-14m/s, ch n nh in ỏp Hỡnh P.7 Mụ phng vi tc giú thay i t m/s 14 m/s, ch n nh cụng sut phn khỏng Tuabin giú lm vic tc giú m/s, ri cho tng tc giú lờn 14 m/s t thi im t = s Kt qu thu c nh trờn hỡnh P.6 v P.7 vi ch iu khin khỏc : a/ Ch n nh in ỏp (Voltage regulation): kt qu thu c nh trờn hỡnh P6 Ti thi im t = s cụng sut tỏc dng to bt u tng nh (cựng vi tc tuabin) t c giỏ tr cao nht l 9MW khong hi gian 15 s Trong khong thi gian ú tc tuabin s tng dn t 0,8 lờn 1,21 pu Ban u gúc picth c t 0o, sau ú c tng lờn n giỏ tr 0,75o nhn hn ch cụng sut c Quan sỏt cng cho thy in ỏp v cụng sut phn khỏng c to Cụng sut phn khỏng c iu khin trỡ in ỏp mc pu cụng sut danh nh cỏc tuabin giú hp th 0,68 MVAR ( tc l to - 0,68 MVAR) kim soỏt in ỏp mc pu Vỡ vy lm cho in ỏp trờn cỏc cỏi 110 kV, 22 kV, 690 V v in ỏp cung cp cho nh mỏy A nm gn trang tri c trỡ n nh Trang tri giú phỏt cụng sut tỏc dng cho nh mỏy A, phn d tha c cp lờn li phõn phi C trang tri giú v nh mỏy A u nhn cụng sut phn khỏng t li phõn phi b/ Ch n nh cụng sut phn khỏng: Trong ch ny cụng sut phn khỏng c trỡ mc khụng Do ú in ỏp c to s tng lờn mc 1,021 pu tuabin giú lm vic vi cụng sut nh mc iu ny lm cho in ỏp ti nh mỏy A nhn c tng lờn mc 1,014 pu, in ỏp trờn cỏi 22 kV cng tng lờn mc gn 1,013 pu Trang tri giú ch phỏt cụng sut tỏc dng Nh mỏy A nhn cụng sut tỏc dng t trang tri giú v cụng sut phn khỏng t li Kt qu c th nh trờn hỡnh P.7 2.2 Mụ phng vi mt vừng in ỏp trờn li 110 Kv Mụ phng tỏc ng ca mt vừng in ỏp t mt li t xa trờn li 110 kV iu chnh li tc giú mc m/s Sau ú ngun in ỏp 110 kV, trờn mc Time variation of ca parameter ta chn Amplitude Mt vừng in ỏp 0,15 pu kộo di 0,15s c lp trỡnh ti thi im t = s Ta mụ phng c ch lm vic ca tuabin giú ch n nh cụng sut phn khỏng, kt qu mụ phng thu c nh trờn hỡnh P8 Trang tri giú ang phỏt vi cụng sut 1,87 MW Ti t = s in ỏp gim xung di 0,9 pu v ti t = 5,22 s cỏc h thng bo v hot ng vỡ phỏt hin mt thp ỏp kộo di hn 0,2 s Dũng in nh mỏy A gim xung bng khụng v tc ng c gim dn, trang tri giú tip tc to cụng sut 1,87 MW Sau nh mỏy ngng hot ng 1,25 MW in nng c cp vo li in (o cỏi 22 kV) Hỡnh P8 Mụ phng vi mt vừng in ỏp trờn li 110 kV, ch n nh cụng sut phn khỏng ch n nh in ỏp, ta thy rng nh mỏy A s khụng b mt in na Nguyờn nhõn l s h tr in ỏp c cung cp MVAR cụng sut phn khỏng c to bi tuabin giú vừng in ỏp, gi in ỏp nh mỏy trờn ngng bo v 0,9 pu Trong vừng in ỏp, in ỏp ca nh mỏy c trỡ 0,93 pu Chi tit nh trờn hỡnh P9 di õy Hỡnh P9 Mụ phng vi mt vừng in ỏp trờn li 110 Kv, ch n nh in ỏp 2.3 Kt qu mụ phng li ngn mch mt pha trờn li 22 Kv quan sỏt tỏc ng ca mt li ngn mch mt pha trờn li 22 Kv ta vụ hiu húa cỏc bc in ỏp trờn ngun 110 Kv Sau ú ci t mt li ngn mch pha A ti thi im t = 5s trờn Fault Ta cng mụ phng c ch lm vic ca trang tri giú Kt qu mụ phng thu c nh trờn hỡnh P10 v P11 Ta thy ch n nh in ỏp, in ỏp ti cỏi 690 V gim xung 0,8 pu Tc l in ỏp trờn ngng bo v thp ỏp 0,75 pu cho li xy trờn 0,1 giõy Do ú trang tri giú lm vic bỡnh thng Trong ú, ch n nh cụng sut phn khỏng in ỏp gim xung di 0,7 pu lm cỏc thit b bo v tỏc ng Tc tuabin giú b tng v ti t = 40 s thỡ gúc pitch thay i lm gim tc tuabin Hỡnh P.10 Mụ phng vi li ngn mch mt pha trờn li 22 kV, ch n nh in ỏp Hỡnh P.11 Mụ phng vi li ngn mch mt pha trờn li 22 kV, ch n nh cụng sut phn khỏng ... III: ẢNH HƢỞNG CỦA PHONG ĐIỆN TỚI CÁC THÔNG SỐ CỦA LƢỚI ĐIỆN 47 3.1 TỔNG QUAN 47 3.2 ẢNH HƢỞNG CỦA PHONG ĐIỆN TỚI CÁC THÔNG SỐ CỦA LƢỚI 48 3.2.1 Nhấp nháy hay dao động điện. .. cứu ảnh hƣởng nguồn phân tán phong điện đến thông số lƣới điện quan trọng, đặc biệt hoàn cảnh hàng loạt dự án phong điện đã, đƣợc triển khai nhƣ: điện gió đảo Phú Quý, điện gió Bình Thuận, điện. .. triển nguồn điện phân tán phong điện xu tất yếu giới nói chung Việt Nam nói riêng  Đƣa đƣợc nguyên lý đặc điểm cấu tạo loại tuabin gió  Đƣa phân tích ảnh hƣởng phong điện đến thông số lƣới điện