Nghiên cứu ảnh hưởng của điện gió đối với lưới điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUỐC BẢO NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỆN GIÓ ĐỐI VỚI LƢỚI ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - Năm 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ QUỐC BẢO NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA ĐIỆN GIÓ ĐỐI VỚI LƢỚI ĐIỆN Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số : 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Ngƣờı hƣớng dẫn khoa học: TS LƢU NGỌC AN Đà Nẵng - Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Lê Quốc Bảo NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN GIÓ ĐỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN Học viên: Lê Quốc Bảo Mã số: 60.52.02.02 Chuyên nghành: Kỹ thuật điện Khóa: 2016-2017 (K31.KTĐ) Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt - Trong luận văn tác giả nghiên cứu vấn đề liên quan đến việc đấu nối điện gió vào HTĐ, ảnh hưởng NMĐG đến lưới điện địa phương mô minh họa Những nghiên cứu đề xuất tham khảo để xây dựng quy chuẩn đấu nối NMĐG vào HTĐ Việt Nam Nghiên cứu ảnh hưởng việc kết nối NMĐG Hướng Linh tỉnh Quảng Trị dùng tuabin DFIG vào lưới điện Khi nối NMĐG vào lưới không ảnh hưởng nhiều đến tính ổn định lưới điện ngược lại làm tăng khả ổn định động việc tăng thời gian cắt tới hạn Công suất phát trang trại gió phụ thuộc lớn vào vận tốc gió Việc tích hợp điện gió mức vận tốc gió lớn góp phần làm ổn định điện áp lưới, giữ cho điện áp nút chênh lệch Khi vận tốc gió mức thấp trường hợp cố trang trại gió, điện áp lưới giảm thấp đặc biệt nút tập trung phụ tải nằm xa nguồn Các mô thực phần mềm ETAP Từ khóa - điện gió, chất lượng điện năng, đánh giá ảnh hưởng, lượng tái tạo, ETAP STUDY ON THE EFFICIENCY OF WIND POWER ON ELECTRICITY Abstract - In this master thesis, the author has studied the issues related to the connection of wind power to the power system, the effects of the wind farm on the local grid are simulated and illustrated These studies and proposals can be consulted to develop a standard for connection of the wind farm to the power system in Viet Nam Study on the impact of connecting the Huong Linh Wind power Plant in Quang Tri using DFIG turbines to the grid When the grid is connected to the grid, it does not affect the stability of the grid, but increases the stability of the grid by increasing the critical cutting time The wind power of the wind farm depends greatly on the wind speed The integration of wind power at high wind speeds contributes to stabilizing the grid voltage, keeping the voltage at the node less volatile When the wind speed is low or in the case of a wind farm incident, the grid voltage decreases particularly at the load centers located far from the source Simulations are made using ETAP software Keywords - wind power, power quality, impact assessment, renewable energy, ETAP MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ .4 1.1 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG GIĨ TRÊN THẾ GIỚI 1.2 TIỀM NĂNG VÀ TÌNH HÌNH KHAI THÁC ĐIỆN GIĨ TẠI VIỆT NAM 1.2.1 Khả khai thác lƣợng gió Việt Nam .7 1.2.2 Tại độ cao 20m mặt đất 1.2.3 Tại độ cao 40m mặt đất 1.2.4 Tại độ cao 60m mặt đất 1.2.5 Bản đồ phân bố lƣợng gió Việt Nam 10 1.3 CÁC DỰ ÁN ĐIỆN GIÓ CÓ KẾT NỐI LƢỚI ĐIỆN Ở VIỆT NAM HIỆN NAY 11 1.4 CẤU TẠO TUABIN GIÓ 13 1.5 HIỆN TRẠNG PHÁT TRIỂN CƠNG NGHỆ TUABIN GIĨ 15 1.5.1 Phân loại tuabin gió 15 1.5.2 Cơng suất loại tuabin gió 16 CHƢƠNG HIỆN TRẠNG NGUỒN VÀ LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC TỈNH QUẢNG TRỊ 17 2.1 GIỚI THIỆU NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HƢỚNG LINH 2, TỈNH QUẢNG TRỊ 17 2.1.1 Tổng quan phần thiết bị nhà máy 18 2.1.1.1 Rotor 19 2.1.1.2 Bộ phận truyền lực 20 2.1.1.3 Cấp điện áp 21 2.1.2 Trạm biến áp 110kV Hƣớng Linh 22 2.1.2.1 Đặc điểm phần trạm biến áp 22 2.1.2.2 Các thơng số máy biến áp lực 40MVA 22 2.2 HIỆN TRẠNG NGUỒN VÀ LƢỚI ĐIỆN KHU VỰC 23 2.2.1 Nguồn điện 23 2.2.2 Lƣới điện 23 2.3 PHỤ TẢI .24 CHƢƠNG MƠ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HƢỚNG LINH 2, TỈNH QUẢNG TRỊ .27 3.1 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM ETAP 27 3.1.1 Các khả tính tốn etap 27 3.1.2 Giao diện ETAP 28 3.2 PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƢỚI ĐIỆN KHI CÓ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ KẾT NỐI 30 3.2.1 Chế độ phụ tải cực đại, tuabin gió phát cơng suất cực đại 31 3.2.2 Chế độ phụ tải cực đại, tuabin gió phát cơng suất cực tiểu 34 3.2.3 Chế độ phụ tải cực đại, cố tuabin gió 36 3.3 PHÂN TÍCH CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LƢỚI ĐIỆN QUẢNG TRỊ DỰ BÁO CHO GIAI ĐOẠN 38 3.3.1 Chế độ phụ tải cực đại 38 3.3.2 Chế độ phụ tải cực tiểu 41 3.3.3 Chế độ phụ tải bình thƣờng .43 3.4 KHẢO SÁT ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG .45 3.4.1 Tổng quan 45 3.4.2 Module khảo ổn định etap .45 3.5 TÍNH TỐN ỔN ĐỊNH ĐỘNG CHO NHÀ MÁY ĐIỆN GIĨ HƢỚNG LINH 53 3.5.1 Ảnh hƣởng tự động đóng lặp lại đến góc lệch rotor máy phát 53 3.5.2 Ảnh hƣởng cố ngắn mạch đến tần số lƣới 56 3.5.3 Ảnh hƣởng cố ngắn mạch đến ổn định điện áp lƣới 59 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1 Thống kê tiểm gió theo tỉnh (km2) 1.2 Phân loại tuabin gió theo cơng suất 16 2.1 Danh sách NMĐ địa bàn tỉnh Quảng Trị năm 2015 23 2.2 Danh sách ĐZ 110kV tỉnh Quảng Trị năm 2015 24 2.3 Thông số phụ tải lƣới điện phân phối tỉnh Quảng Trị 24 3.1 Số liệu phụ tải cực đại 32 3.2 Số liệu phụ tải cực đại giai đoạn 38 3.3 Số liệu trạm biến áp hạ 110/22 kV giai đoạn 38 3.4 Số liệu phụ tải cực tiểu giai đoạn 41 3.5 Số liệu phụ tải bình thƣờng giai đoạn 43 DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu Tên hình hình 1.1 Tiềm năng lƣợng gió đất liền độ cao 80 m.(năm 2010) Trang 10 1.2 Cấu tạo tuarbine gió 13 1.3 Tháp đỡ tuarbine gió 13 1.4 Cánh quạt 14 2.1 Đƣờng công công suất tuabin V100 18 2.2 Đấu nối theo vị trí địa lý tuabin 21 2.3 Đồ thị phụ tải điển hình ngày tỉnh Quảng Trị (MW) 25 3.1 Cửa sổ giao diện 28 3.2 Các chức tính tốn phần mềm ETAP 28 3.3 Các phần tử AC 29 3.4 Các thiết bị đo lƣờng bảo vệ 29 3.5 Sơ đồ lƣới điện tiến hành mơ phân tích 30 3.6 Kết tính tốn chế độ phụ tải cực đại, tuabin gió phát cơng suất cực đại 33 3.7 Kết tính tốn chế độ phụ tải cực đại, tuabin gió phát cơng suất cực tiểu 35 3.8 Kết tính tốn chế độ phụ tải cực đại, tuabin gió bị cố 37 3.9 Kết tính tốn lƣới điện giai đoạn chế độ phụ tải cực đại 40 3.10 Kết tính tốn lƣới điện giai đoạn chế độ phụ tải cực tiểu 42 3.11 Kết tính tốn lƣới điện giai đoạn chế độ phụ tải bình thƣờng 44 3.12 Thanh công cụ 45 3.13 Trang info 46 3.14 Trang Events 47 3.15 Tạo kiện 47 3.16 Biến đổi kiện 47 3.17 Trang Plot 48 3.18 Trang Dyn Model 49 3.19 Tạo kiện NM thời điểm 0,5s 50 3.20 Xem diễn biến hệ thống sơ đồ theo thời gian 50 Số hiệu Tên hình hình Trang 3.21 Chọn kết vẽ đồ thị 50 3.22 Điện áp nút 51 3.23 Tốc độ quay MP1 52 3.24 Điểm cố ngắn mạch đƣờng dây L2 53 3.25 Góc lệch rotor hai NMÐ khơng có NMÐG 54 3.26 Góc lệch rotor hai NMÐ có NMÐG 55 3.27 Điểm cố ngắn mạch1 pha chạm đất góp nhóm WTG 1,2,3,4,5 57 3.28 Tần số đo đƣợc nút Bus 18, Bus 23 Bus 30 có cố nhóm 5WTG 58 3.29 Điểm cố ngắn mạch3 pha góp nhóm WTG 1,2,3,4,5 59 3.30 Điện áp đo đƣợc nút Bus 18, Bus 23 Bus 30 có cố nhóm 5WTG 60 MỞ ĐẦU Trong năm gần kinh tế nƣớc ta chuyển có tốc độ tăng trƣởng tƣơng đối cao Chính điều thúc đẩy ngành công nghiệp mũi nhọn tiền đề cho kinh tế phải liên tục thay đổi công nghệ kĩ thuật để theo kịp tốc độ tăng trƣởng mạnh Trong ngành cơng nghiệp lƣợng đóng vai trị đặc biệt quan trọng đƣợc quan tâm đầu tƣ phát triển Tình hình lƣợng điện Việt Nam theo dự báo viện lƣợng quốc gia, nhu cầu điện tiêu dùng Việt Nam tăng 10%/năm năm 2020 [1] Hiện Việt Nam phải nhập điện từ Trung Quốc để chống việc thiếu điện Miền Bắc Để đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu dùng lƣợng nội bộ, Việt Nam có kế hoạch xây dựng thêm 32 nhà máy điện Tập đồn Điện lực Việt Nam (EVN) có kế hoạch đƣa vào hoạt động 16 nhà máy thuỷ điện, tăng công suất phát điện nhà máy điện chạy than Dự kiến đến năm 2020, nhà máy điện nguyên tử vào hoạt động, sản lƣợng điện nƣớc đáp ứng đƣợc 80% nhu cầu Sau gia nhập WTO, kinh tế VN đứng trƣớc thử thách lớn Để vƣợt qua đƣợc thử thách cần có cơng nghiệp điện phát triển Xây dựng điện sức gió giải pháp thực, có hiệu cao, nhanh chóng đáp ứng nhu cầu điện nƣớc Năng lƣợng gió thật kho báu vơ tận chờ ngƣời mở! Tính cấp thiết đề tài Hiện nguồn lƣợng hóa thạch ngày cạn kiệt nguồn lƣợng sản xuất cơng suất lớn nhƣ lƣợng nguyên tử lại tiềm ẩn hiểm họa khơn lƣờng Trong nguồn thủy điện đƣợc coi rẻ lại gặp nhiều khó khăn nhƣ: ảnh hƣởng lớn đến môi trƣờng, phụ thuộc nhiều vào lƣợng mƣa hàng năm, vị trí có độ cao để xây đập chứa có ít….Vì đòi hỏi cần phải xây dựng phƣơng án tìm thêm nguồn lƣợng để cung cấp thêm đa dạng hóa nguồn lƣợng Chính vậy, việc xem xét khai thác nguồn lƣợng tái tạo tƣơng lai có ý nghĩa quan trọng kinh tế, xã hội, an ninh lƣợng bảo vệ môi trƣờng Việt Nam số nhiều quốc gia có tiềm để phát triển lƣợng tái tạo nói chung, lƣợng điện gió điện mặt trời nói riêng, nguồn lƣợng lớn khai thác bổ sung cho nguồn điện lƣới quốc gia, thay nguồn lƣợng truyền thống 61 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Việc phát triển nguồn lƣợng tái tạo nói chung lƣợng gió để dần thay cho nguồn lƣợng truyền thống xu tất yếu giới nhƣ Việt Nam Nhiều nghiên cứu nƣớc quốc tế, cho thấy tiềm phát triển điện gió Việt Nam đƣợc đánh giá tốt Nếu có chiến lƣợc phát triển hợp lý vịng 15 – 20 năm đến, điện gió chiếm tỷ trọng đáng kể cân điện toàn quốc Sau nhiều năm bàn luận, nghiên cứu, gần dự án điện gió quy mơ cơng nghiệp đƣợc đƣa vào vận hành, đấu nối với lƣới điện Việt Nam hàng loạt dự án xây dựng NMĐG tồn quốc gia Việc nghiên cứu thơng số, chế độ làm việc nhƣ ảnh hƣởng NMĐG đến lƣới điện địa phƣơng cho phép rút đƣợc kết luận bổ ích phục vụ cho việc phát triển điện gió tƣơng lai Việt Nam Sau thời gian nghiên cứu làm việc nghiêm túc đƣợc giúp đỡ nhiệt tình thầy giáo TS Lƣu Ngọc An thầy giáo khoa Điện trƣờng Đại học bách Khoa Đà Nẵng đến luận văn hoàn thành thời hạn giải đƣợc nội dung kết ban đầu gồm: Một số kết đạt đƣợc luận văn: Giới thiệu lịch sử phát triển lƣợng gió, tình hình sử dụng điện gió triển vọng tƣơng lai, tiềm tình hình khai thác điện gió Việt Nam Luận văn nghiên cứu ảnh hƣởng việc kết nối NMĐG Hƣớng Linh tỉnh Quảng Trị dùng tuabin DFIG vào lƣới điện Khi nối NMĐG vào lƣới không ảnh hƣởng nhiều đến tính ổn định lƣới điện ngƣợc lại cịn làm tăng khả ổn định động việc tăng thời gian cắt tới hạn Tuy nhiên việc nghiên cứu giới hạn, với khả có hạn thời gian hạn chế, em giải đƣợc vấn đề đặt mức độ đơn giản thông số vận hành khả ổn định động lƣới Để đƣa lƣợng cơng suất điện gió lớn vào vận hành HTĐ cần xây dựng Quy chuẩn đấu nối điện gió vào HTĐ quy định tiêu chuẩn cụ thể cấp điện áp đấu nối, độ lệch điện áp tần số cho phép điều kiện vận hành, tiêu chất lƣợng điện nhƣ ảnh hƣởng NMĐG đến lƣới điện khu vực đƣợc kết nối Trong luận văn này, sau phần tổng quan phát triển điện gió giới giới thiệu tiềm điện gió Việt Nam, nghiên cứu vấn đề liên quan đến việc đấu nối điện gió vào HTĐ, ảnh hƣởng NMĐG đến lƣới điện địa phƣơng đƣợc mô minh họa cho lƣới điện giả 62 định Những nghiên cứu đề xuất đƣợc tham khảo để xây dựng quy chuẩn đấu nối NMĐG vào HTĐ Việt Nam Luận văn sử dụng phần mềm Etap mô hệ thống điện tỉnh Quảng Trị có kết nối NMĐG hai giai đoạn Giai đoạn kết nối NMĐG Hƣớng Linh công suất 30 MW, giai đoạn nâng tổng công suất kết nối lƣới nhà máy lên 150 MW Ở giai đoạn cho kết điện áp nằm phạm vi cho phép Hƣớng phát triển đề tài tƣơng lai: - Nghiên cứu giải pháp vận hành hệ thống điện có kết nối điện gió áp dụng Tỉnh Quảng Trị - Nghiên cứu giải pháp giảm tổn thất điện cho lƣới điện có kết nối điện gió áp dụng huyện Hƣớng Hóa, Tỉnh Quảng Trị TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Công ty điện lực Quảng Trị, Báo cáo tình hình kinh doanh điện tỉnh Quảng Trị, tỉnh Quảng Trị năm 2016 [2] Bộ Công Thƣơng, “Thông tư Quy định hệ thống điện truyền tải”, số 25/2016/TT- BCT, Hà Nội [3] GS.TS Lã Văn Út, “Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện”, Nhà xuất Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội [4] Bộ Công Thƣơng, “Thông tư Quy định hệ thống điện phân phối”, số 39/2015/TT- BCT, Hà Nội [5] Ðặng Ðình Thống, Lê Danh Liên (2010), Cơ sở lượng tái tạo, Ðại học Bách khoa Hà Nội [6] Ts Đoàn Anh Tuấn (2015), Bài giảng lượng tái tạo, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [7] Nguyễn Duy Khiêm, Trần Đình Long, “ Xây dựng đặc tính trao đồi cơng suất nhà máy điện gió với lưới điện”, Tạp chí Khoa học cơng nghệ 53, 2015 Tiếng Anh [8] Etap, “Etap 11.0 User Guide”, 2011 ... tài ? ?Nghiên cứu ảnh hưởng điện gió lưới điện? ?? yêu cầu mang tính cấp thiết bối cảnh nguồn lƣợng tái tạo xu hƣớng Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu đề tài đánh giá phân tích ảnh hƣởng điện gió điện. .. nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng điện gió điện mặt trời với quy mô lớn nối lƣới, điện áp lƣới vận tốc gió cƣờng độ xạ mặt trời thay đổi b Phạm vi nghiên cứu Ảnh hƣởng việc tích hợp điện gió điện mặt... đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Lê Quốc Bảo NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN GIÓ ĐỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN Học viên: