Đang tải... (xem toàn văn)
Bài viết trình bày nội dung về việc nghiên cứu sử dụng các nguồn phân tán (distributed generations, DG) để phát điện có ý nghĩa thiết thực đến việc giảm sự phụ thuộc vào các nguồn nhiên liệu hóa thạch. Mặc dù sử dụng các DG có thể giảm sự phụ thuộc vào các nhà máy điện truyền thống, tuy nhiên việc kết hợp chúng vào hệ thống cung cấp điện là một vấn đề lớn.
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) ĐIỀU KHIỂN CÁC NGUỒN PHÂN TÁN THEO CẤU TRÚC PHÂN TẦNG HIERARCHICAL CONTROL STRUCTURE IN CONTROLLING DISTRIBUTED GENERATIONS Lê Kim Anh Trường Cao đẳng Cơng nghiệp Tuy Hòa Tóm tắt: Nghiên cứu sử dụng nguồn phân tán (Distributed generations, DG) để phát điện có ý nghĩa thiết thực đến việc giảm phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch Mặc dù sử dụng DG giảm phụ thuộc vào nhà máy điện truyền thống, nhiên việc kết hợp chúng vào hệ thống cung cấp điện vấn đề lớn Vì kết hợp DG vào lưới điện thường xuất dao động điện áp tần số Sử dụng cấu trúc phân tầng để điều khiển DG với ưu điểm tần số, biên độ độ lệch điện áp ln đạt giá trị ổn định Ngồi giảm sóng hài bậc cao, điều có ý nghĩa lớn đến việc nâng cao chất lượng điện Bài báo đưa kết mô điều khiển DG theo cấu trúc phân tầng sử dụng phương pháp điều khiển theo độ trượt (Droop control method, DCM) nhằm trì cơng suất phát tối đa hệ thống bất chấp tải nối với hệ thống Từ khóa: Cấu trúc phân tầng, phương pháp điều khiển theo độ trượt, lượng tái tạo, nguồn công suất nhỏ, nguồn phân tán Abstract: The research of using distributed generations(DGs) to generate electricity is meaningful in terms of lessening the dependence on fossil energy sources Although the power dependence on conventional power plants could be reduced because of DGs penetration, the integration of these sources into electric power distribution networks is still a big issue This is because of voltage and frequency fluctuations The use of hierarchical control structure in controlling DGs has the advantage of stable operating frequency, voltage magnitude and voltage deviation Besides, the elimination of high order harmonics will also have a significant effect on power quality improvement This article provides simulation results of applying hierarchical structure in controlling DGs using droop control method (DCM) in order to maintain maximum generating capacity of the system, irrespective of connected loads Keywords:1 Hierarchical structure, droop control method, renewable energy, small power sources, distributed generation Ngày nhận bài: 12/12/2014; Ngày chấp nhận: 12/01/2015; Phản biện: PGS.TS Bạch Quốc Khánh SỐ tháng 10 - 2015 55 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) ĐẶT VẤN ĐỀ CÁC NGUỒN PHÂN TÁN Dựa theo [1], [2], [3], [4] nguồn lượng tái tạo (Renewable Energy sources, RES) nói chung, nguồn phân tán (Distributed generation, DG) nói riêng như: nguồn lượng gió, pin mặt trời, pin nhiên liệu dạng nguồn lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, đồng thời tiềm trữ lượng nguồn phân tán nước ta lớn Tuy nhiên, để khai thác sử dụng nguồn phân tán cho hiệu quả, giảm phát thải chất gây ô nhiễm môi trường, nitrogen oxit (NOx), sunfua oxit (SOx), đặc biệt carbon dioxit (CO2) mục tiêu nghiên cứu nhà quản lý Hiện có nhiều tác giả đưa chiến thuật điều khiển điều khiển dòng điện theo cơng suất điều khiển điện áp theo công suất, thông qua biến đổi điện tử công suất, DC/DC DC/AC bị ảnh hưởng sóng hài, dao động điện áp dao động tần số Bài viết tác giả đề xuất điều khiển phân tầng, bao gồm tầng điều khiển: Tầng điều khiển thứ 1, dùng để điều khiển tải với nghịch lưu, sử dụng phương pháp điều khiển theo độ trượt (độ dốc) Tầng điều khiển thứ 2, dùng để đồng với lưới đưa tín hiệu độ lệch tần số (δω), độ lệch điện áp (δE) đến tầng điều khiển thứ Tầng điều khiển thứ 3, dùng để trao đổi công suất nguồn phân tán với công suất lưới, đồng thời đưa tín hiệu biên độ tần số (ωref) biên độ điện áp (Eref) đến tầng điều khiển thứ Điều khiển nguồn phân tán theo cấu trúc phân tầng nhằm hướng đến phát triển lưới điện thông minh điều khiển nối lưới linh hoạt 2.1 Mơ hình tuabin gió 56 Theo [5] cơng suất tuabin gió tính theo biểu thức: Pm Cp ( , B ) A v3 (1) Trong đó: Pm: cơng suất đầu tuabin (W); Cp(λ,β): hệ số biến đổi lượng (là tỷ số tốc độ đầu cánh λ góc cánh β); A: tiết diện vòng quay cánh quạt (m2); ρ: mật độ khơng khí, ρ = 1.255 (kg/m3) Từ biểu thức (1) ta thấy vận tốc gió yếu tố quan trọng công suất; công suất đầu tăng theo lũy thừa vận tốc Hệ số biến đổi lượng Cp(λ, β) biểu thức (1) theo [6] tính sau: C P ( , ) 0.5176 ( 116 i 21 0.4 ) e i 0.0068 (2) với i 0.035 0.08 (3) Đường cong biểu diễn mối quan hệ Cp λ, hình Hình Đường cong mối quan hệ Cp λ SỐ tháng 10 - 2015 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Như ta biết tỷ số tốc độ đầu cánh R tuabin gió tốc độ là: , v ω: tốc độ quay tuabin, R: bán kính tuabin, v: vận tốc gió Mơmen tuabin gió tính sau: Tm 3 R 5C p Pm (4) Mặt khác tuabin gió vận hành theo quy tắc điều khiển khác tùy thuộc vào tốc độ gió Đường cong biểu diễn mối quan Pm tốc độ gió, hình Từ biểu thức (1), (2), (3), (4) phân tích trên, mơ hình tuabin gió xây dựng Matlab/Simulink với thơng số đầu vào tốc độ gió, tốc độ máy phát điện thơng số đầu mơmen, hình 2.2 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (PMSG) Mơ hình máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (PMSG) có hai loại hệ trục tọa độ sử dụng: hệ tọa độ gắn cố định với stator hệ tọa độ dq gọi hệ tọa độ tựa hướng từ thơng rotor, hình Theo [7] phương trình dòng điện điện áp PMSG biểu diển hệ tọa độ dq sau: UA Tọa độ α θ Tọa độ d ωs Tọa độ β Tọa độ q UB UC Hình Hệ trục tọa độ αβ dq Đường tối ưu L sq di sd 1 i sd s i sq u sd dt T sd L sd L sd (5) disq dt s p L sd 1 isd isq usq s Lsq Tsq Lsq Lsq (6) Hình Đường cong mối quan hệ Pm tốc độ gió Trong đó: Lsd: điện cảm Stator đo vị trí đỉnh cực; Lsq: điện cảm Stator đo vị trí ngang cực; p : từ thông cực (vĩnh cửu); Tsd, Tsq: số thời gian Stator vị trí đỉnh cực Phương trình mơmen tính sau: mM Hình Mơ hình tuabin gió SỐ tháng 10 - 2015 Pc p i sq i sd i sq ( L sd L sq ) (7) 57 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC (ISSN: 1859 - 4557) Để xây dựng mơ hình PMSG matlab / simulink dựa vào biểu thức (5), (6), (7) pin với nhiệt độ pin tính sau: I s I RS ( qE (T T ref Tc ) exp G c T ref T ref T c kA (10) Hình Mơ hình máy phát điện PMSG băng thơng BW = 164,28MHz (S11