Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió trong lưới điện cô lặp

MỞ ĐẦU Tên đề tài: GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TRONG LƯỚI CÔ LẬP 1. Tính cấp thiết Hiện nay nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt, đồng thời ô nhiễm môi trường do đốt nhiên liệu hóa thạch càng trở nên trầm trọng. Năng lượng tái tạo là nguồn năng lượng sạch và vô tận mà thiên nhiên ban tặng cho con người, là sự thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống trong tương lai. Các nguồn năng lượng tái tạo đang được quan tâm là năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng địa nhiệt, năng lượng sóng biển, năng lượng thủy triều… Năng lượng tái tạo góp phần rất lớn vào việc cải tạo cuộc sống nhân loại và cải thiện môi trường. Theo khảo sát của Ngân hàng thế giới, Việt Nam có tiềm năng về năng lượng gió lớn nhất Đông Nam Á với tổng công suất điện gió ước đạt 513.360 MW, nhiều hơn 200 lần công suất của Thuỷ điện Sơn La, hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Trước những thách thức về tình trạng thiếu điện và ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu, trong những năm tiếp theo thì kế hoạch phát triển “điện xanh” từ các nguồn năng lượng tái tạo là một giải pháp khả thi nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Từ hàng trăm năm trước con người đã biết sử dụng năng lượng gió để di chuyển thuyền buồm hay khinh khí cầu, ngoài ra năng lượng gió còn được sử dụng để tạo công cơ học nhờ vào các cối xay gió. Ý tưởng dùng năng lượng gió để sản xuất điện hình thành ngay sau các phát minh ra điện và máy phát điện. Lúc đầu, nguyên tắc của cối xay gió chỉ được biến đổi nhỏ và thay vì là chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ học thì dùng máy phát điện để sản xuất năng lượng điện. Khi khoa học về cơ học dòng chảy phát triển thì các thiết bị xây dựng và hình dáng của các cánh cũng được chế tạo đặc biệt hơn cho phù hợp. Từ sau những cuộc khủng hoảng dầu mỏ trong thập niên 1970 việc nghiên cứu sản xuất điện từ các nguồn khác được đẩy mạnh trên toàn thế giới, kể cả việc phát triển các turbine gió. Quá trình phát triển của việc sử dụng năng lượng gió nhằm sản xuất điện năng có thể coi như bắt đầu vào những năm 1970 với những thí nghiệm bước đầu và bùng nổ vào những năm 1980. Theo xu hướng đó, các hệ thống

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG NGỌC THÀNH GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIĨ TRONG LƯỚI ĐIỆN CƠ LẬP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN THÁI NGUYÊN – 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG NGỌC THÀNH GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIĨ TRONG LƯỚI ĐIỆN CƠ LẬP CHUN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 52 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lại Khắc Lãi THÁI NGUYÊN – 2020 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Đặng Ngọc Thành Đề tài luận văn: Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió lưới điện lập Chun ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 8.52.02.01 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 04/10/2020 với nội dung sau: - Sửa sai sót thuật ngữ, lỗi tả, format, in ấn - Sắp xếp mục luận văn soạn thảo theo quy trình Thái Nguyên, ngày 18 tháng 10 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Lại Khắc Lãi Tác giả luận văn Đặng Ngọc Thành CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Nguyễn Hữu Cơng Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn THƠNG TIN CHUNG Họ tên: Đặng Ngọc Thành Sinh ngày: 08/10/1988 Điện thoại: 0917332322 Email: thanhdang0810@gmail.com Đơn vị công tác: Công Ty Điện lực Lạng Sơn Ngành đào tạo: Kỹ thuật điện Lớp: K21 KTĐ Khóa học: 2018 - 2020 Mã ngành: 8.52.02.01 Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Cán hướng dẫn: PGS.TS Lại Khắc Lãi Điện thoại: 0913507464 Email: laikhaclai@tnut.edu.vn Tên đề tài: “Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió lưới điện lập” Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tên là: Đặng Ngọc Thành Sinh ngày: 08/10/1985 Học viên lớp cao học khóa 21 - Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác tại: Công Ty Điện lực Lạng Sơn Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió lưới điện lập” PGS.TS Lại Khắc Lãi hướng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình khác Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Thái Nguyên, Ngày … tháng … năm 2020 Tác giả luận văn Đặng Ngọc Thành Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, động viên, giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn với đề tài “Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió lưới điện lập” hồn thành Tác giả xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn PSG TS Lại Khắc Lãi tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Phịng quản lý đào tạo sau đại học, thầy giáo, cô giáo Khoa Điện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập trình nghiên cứu đề tài Tồn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình người thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt q trình học tập hồn thành luận văn Thái Nguyên, Ngày tháng năm 2020 Tác giả luận văn Đặng Ngọc Thành Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xi DANH MỤC CÁC BẢNG xiii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết Mục tiêu, nội dung nghiên cứu Dự kiến kết đạt Phương pháp nghiên cứu Bố cục luận văn CHƯƠNG .4 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 1.1 GIÓ VÀ NĂNG LƯỢNG GIÓ .4 1.1.1 Sự hình thành gió 1.1.2 Tiềm năng lượng gió Việt Nam 1.1.3 Điện gió 1.1.4 Ưu, nhược điểm hệ thống điện gió a) Ưu điểm b) Nhược điểm 1.1.5 Tính linh hoạt hệ thống điện gió 1.2 HỆ THỐNG ĐIỆN GIĨ Ở VÙNG CƠ LẬP 11 1.2.1 Hệ thống điện gió làm việc độc lập 11 1.2.2 Hệ thống điện gió kết hợp với máy phát điện diesel 12 1.2.3 Hệ thống điện gió + điện mặt trời 12 1.3 TURBINE GIÓ 13 1.3.1 Cấu trúc chung turbine gió .13 1.3.2 Đặc tính làm việc turbine gió 13 1.3.3 Cơ sở lượng gió 14 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.4 VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 16 1.4.1 Điều khiển tốc độ 16 1.4.2 Điều khiển mô men .16 1.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG 17 CHƯƠNG 18 THEO DÕI ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƯU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 18 2.1 GIỚI THIỆU .18 2.1.1 Tổng quan .18 2.1.2 Phương pháp điều khiển TSR .18 2.1.3 Phương pháp điều khiển PSF 19 2.1.4 Phương pháp điều khiển leo đồi 19 2.2 CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG TRONG TURBINE GIĨ .20 2.2.1 Turbin gió sử dụng máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu 20 2.2.2 Turbine gió sử dụng máy phát điện cảm ứng (SCIG) 22 2.2.3 Turbine gió sử dụng máy phát điện nguồn kép 22 2.3 MPPT CHO TURBINE GIÓ VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ KÍCH THÍCH VĨNH CỬU 23 2.3.1 Sơ đồ .23 2.3.2 Kết mơ thuật tốn MPPT 25 2.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 27 CHƯƠNG 28 HỆ THỐNG ĐIỆN GIĨ TRONG LƯỚI CƠ LẬP CĨ BỘ PHẬN LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG 28 3.1 MỞ ĐẦU .28 3.2 BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG 28 3.2.1 Tổng quan .28 3.2.2 Cấu tạo bánh đà lưu trữ lượng .29 3.2.3 Nguyên lý hoạt động bánh đà lưu trữ lượng 30 3.2.4 Đặc điểm bánh đà lưu trữ lượng 31 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.3 HOẠT ĐỘNG CỦA BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 31 3.3.1 Cấu trúc hệ thống bánh đà lưu trữ lượng 31 3.3.3 Nguyên lý điều khiển hoạt động FESS hệ thống 32 3.4 HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIĨ CƠ LẬP .33 3.4.1 Nguyên tắc hoạt động FESS hệ thống điện gió lập 33 3.4.2 Mơ hình tốn bánh đà .34 3.4.3 Mơ hình tốn động cơ-máy phát 35 Điều khiển .36 3.4.4 Mơ hình toán học biến đổi .37 3.4.5 Điều chế véc tơ không gian 38 3.5 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA FESS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIĨ 40 3.5.1 Sơ đồ mơ 40 3.5.2 Số liệu kịch mô .42 3.5.3 Kết mô 43 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG 45 KẾT LUẬN CHUNG 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .47 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu WECS Chú thích Wind Energy Conversion System - Hệ thống chuyển đổi lượng gió MPPT Maximum Power Point Traking - Theo dõi điểm công suất cực đại PMSG Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu SCIG Máy phát điện không đồng rotor lồng sóc DFIG Máy phát điện cảm ứng nguồn kép DC-AC Bộ biến đổi chiều- xoay chiều PV ANN Nơ ron nhân tạo PWM Pules- With- Modulation - Điều chế độ rộng xung 10 CB- PWM Carrier Based Pulse With Modulation - Điều chế Tế bào quang điện độ rộng xung dựa sóng mang 11 FESS Flywheel Energy Srorage System - Hệ thống bánh đà lưu trữ lượng 12 SVM Space vector Modulation - Điều chế véc tơ không gian 13 TRS Tip Speed Ratio – Tốc độ đầu cánh 14 PSF Power Signal Feedback -Phản hồi tín hiệu cơng suất Hill-Climb Seach - Tìm kiếm leo đồi 15 HCS 16 DC bus 17 idc Dòng điện DC đường chiều (A) 18 vdc Điện áp đường chiều (V) 19 AC-DC Bộ chuyển đổi xoay chiều sang chiều 20 DC-AC Bộ biến chuyển chiều sang xoay chiều đường chiều Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn d2 PF  J F F dt (3.5) Dưới dạng sai phân ta có: 2F PF  J F t t : [s] khoảng thời gian nạp xả cho công suất lớn (đơn vị s) F : độ biến thiên nhỏ góc quay lân cận điểm làm việc (đơn vị rad/s) PF t  J F 2F JF  2PF t 2F JF  2PF t   Fmin (3.6) (3.7) Fmax Trong ωFmax ωFmin tốc độ quay cực đại cực tiểu bánh đà (đơn vị rad/s) 3.4.3 Mơ hình tốn động cơ-máy phát Phương trình điện hệ tham chiếu (dq) Nối trục với bánh đà máy điện không đồng rotor lồng sóc, phương trình trạng thái từ thơng dịng điện máy phát điện khơng đồng pha tham chiếu (dq) mô tả:  R r  Lr  dr      s  pF  d qr    dt i ds   MR r    i qs   Ls L r  MpF    Ls L r M2 Với: R sr  R s  R r Lr  s  pF  MR r Lr R r Lr MpF Ls L r R sr Ls MR r Ls L2r s     MR r  dr  0    L r  qr     i ds   L s     s  i qs  0  R sr   Ls     u   ds  u   qs    Ls  (3.8) M2    Ls L r Trong đó: - Rs, Rr điện trở pha stator rotor Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn - Ls, Lr điện cảm pha stator rotor - M hỗ cảm - uds, uqs thành phần vuông góc điện áp stator - ids, iqs thành phần vng góc dịng điện stator - Φdr, Φqr thành phần vng góc từ thơng rotor - p số đôi cực - ωs tốc độ quay từ trường stator Điều khiển Việc điều khiển động /máy phát hệ thống FESS thực theo phương pháp điều chế véc tơ không gian tựa từ thông rotor Với giả thiết dr   (3.9) qr  Hệ phương trình trạng thái (3.8) trở thành:  R r  Lr dr   d    MR r i ds   dt    Ls L2r i qs     Mp F   L L s r  MR r Lr R sr Ls s    dr      s  i ds     i   Ls  qs R sr      Ls     u ds      u qs   Ls  (3.10) Từ thông tham chiếu xác định: f  ref rn f  fn    fn rn  f  fn f  rn  (3.11) Lr sn M (3.12)  rn từ thông định mức rotor (đơn vị Web) sn từ thông định mức stator (đơn vị Web) tinhstheo công thức sn  us s Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN (3.13) http://lrc.tnu.edu.vn Với us trị hiệu dụng điện áp pha stator; ωs tốc độ góc điện áp lưới có giá trị 314,16 rad/s Ta có: rn  Lr u s M s (3.14) Dòng điện stator trực tiếp tham chiếu xác định: i ds  ref = PI  r  ref  r est  (3.15) PI qui luật điều chỉnh tỉ lệ tích phân Giá trị ước lượng từ thông rotor biểu diễn dr est = M i L r ds 1 s Rr (3.16) s tốn tử laplace Cơng suất đặt (công suất tham chiếu) máy điện không đồng với bánh đà xác định theo công thức (3.2) Từ cơng suất tham chiếu suy mô men điện từ tham chiếu máy dẫn động bánh đà cách đo tốc độ quay Mô men điện từ xác định thơng qua dịng điện Mr = Pf ref f (3.17) 3.4.4 Mơ hình tốn học biến đổi Ta định nghĩa điện áp điều chế biến đổi tọa độ tham chiếu Park áp dụng cho stator máy điện không đồng công thức sau:  v ds  U  v d  reg  =   v   v q  reg   qs  (3.18) Với vd-reg vq-reg điện áp điều chỉnh hệ qui chiếu Park Dòng điện điều chế biến đổi xác định theo biểu thức (3.19) i m mac =  vd reg i ds  vq reg    i qs  (3.19) Việc điều khiển biến đổi kết hợp với máy điện rút từ phương trình (3.19) Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn  v  v ds  ref d  reg   U  v v qs  ref q  reg   U  (3.20) Biết rằng: vsd  ref  E d  ref  MR r r  ref  Ls i qs  ref L2r vsq  ref  E q  ref  MpF r  ref  Ls i ds  ref Lr E d  vds  MR r dr  Ls i qs L2r E q  vqs  MpF dr  Ls i ds Lr E d ref  PI '  i ds  ref  i ds  E q ref  PI '  i qs ref  i qs    pF + MR r iqs ref Lr r ref 3.4.5 Điều chế véc tơ không gian Việc điều khiển hoạt động biến đổi thực nhờ điều chế độ rộng xung (PWM) Trong luận văn sử dụng phương điều chế vector không gian (SVM), phương pháp điều chế kỹ thuật số coi kỹ thuật điều chế độ rộng xung tốt biến tần ba pha SVM có nhiều ưu điểm tần số chuyển đổi khơng đổi, tối ưu tổn thất chuyển mạch tối ưu sóng hài Véc tơ điều chế khơng gian cho Inveter pha có tám trạng thái, trạng thái xác định vector không gian điện áp Hinh 3.7, sáu vectơ không gian điện áp (U1 đến U6) chia tồn khơng gian thành sáu phần từ đến (6 secter), hai véc tơ không U0 U7 nằm gốc Góc hai secter khác khơng liền kề 60 ° Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 7: Các véc tơ không gian SVM Trong SVM, điện áp tham chiếu hệ tọa độ (dq) chuyển qua hệ tọa độ (αβ) thông qua biến đổi Clark Va = Vd cos q- Vq sin q (3.21) Vb = Vd sin q + Vq cos q SVM thực thơng qua bước sau: 1) Tính điện áp góc pha tham chiếu (Uref) theo biểu thức: U ref  U 2  U2 U    tan 1     U  (3.22) 2) Xác định vị trí sector, điều thực cách lấy góc tính từ bước cuối cungd sau so sánh với phạm vi góc sector; 3) Tính hệ số điều chế (m) khoảng thời gian T1, T2, T0; T1  Ts m sin   /    sin   / 3 T2  Ts m sin    sin   / 3 (3.23) T0  Ts   T1  T2  Trong đó: Ts  U ;m  ref fs U dc 4) Xác định thời gian đóng cắt van (S1 - S6) Sau tính T1, T2 T0 ta xác định thời gian xung SVM đóng cắt van (bảng 1) Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Bảng 1: Chu kỳ đóng/cắt van sector Sector Nhóm van (S1, S3, S5) Nhóm van (S4, S6, S2) S1 = T1+T2+T0/2 S4 = T0/2 S3 = T2+T0/2 S6 = T1+T0/2 S5 = T0/2 S2 = T1+T2+T0/2 S1 = T1+ T0/2 S1 = T2+T0/2 S3 = T1+T2+T0/2 S6 = T0/2 T0/2 S2 = T1+T2+T0/2 S1 = T0/2 S1 = T1+T2+T0/2 S3 = T1+T2+T0/2 S6 = T0/2 S5 = T2+T0/2 S2 = T1+ T0/2 S1 = T0/2 S1 = T1+T2+T0/2 S3 = T1+ T0/2 S6 = T2+T0/2 S5 = T1+T2+T0/2 S2 = T0/2 S1 = T2+T0/2 S1 = T1+ T0/2 S3 = T0/2 S6 = T1+T2+T0/2 S5 = T1+T2+T0/2 S2 = T0/2 S1 = T1+T2+T0/2 S1 = T0/2 S3 = T0/2 S6 = T1+T2+T0/2 S5 = T1+ T0/2 S2 = T2+T0/2 3.5 MÔ PHỎNG HOẠT ĐỘNG CỦA FESS TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 3.5.1 Sơ đồ mô Sơ đồ điều khiển hệ thống FESS biểu diễn Hình 3.8 Trong sơ đồ tín hiệu tham chiếu pref xác định theo biểu thức Pref = P3 = P2 – P1 Trong đó: P2 công suất cấp cho tải, công suất yêu cầu biến động tốt P1 cơng suất turbine gió cung cấp P3 cơng suất nạp/phóng bánh đà lưu trữ lượng Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 8: Sơ đồ điều khiển FESS Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.5.2 Số liệu kịch mô a) Kịch mô phỏng: Ta biết nguyên nhân bất ổn định lượng hệ thống điện mặt trời + gió cung cấp cho tải có biến động bất thường điều kiện môi trường xạ mặt trời biến đổi, lượng gió biến đổi, … Bài tốn điều khiển đặt ta giữ ổn định công suất hệ thống điện gió + FESS cung cấp cho tải có biến thiên đột ngột xạ mặt trời, dẫn đến biến thiên đột ngột công suất pin quang điện Ở trạng thái làm việc bình thường cơng suất hệ thống điện gió cung cấp đủ cơng suất để trì trạng thái làm việc ổn định hệ thống pWind = p Giả thiết biến động bất thường gió lượng turbine gió cung cấp cho lưới bị thiếu hụt lượng đó, hệ thống bánh đà tích lũy lượng trước xả lượng để bù vào thiếu hụt b) Thơng số mơ - Mơ men qn tính bánh đà: Jf = 150kg/m2 - Máy điện không đồng kết nối với bánh đà có thơng số: o Cơng suất máy điện kết nối với bánh đà: Pf = 50kW; o Số đôi cực: p = 2; o Điện trở stator: Rs = 0,05Ω; o Điện trở rotor: Rr = 0,043Ω; o Điện cảm stator: Ls = 40,7.10-3H; o Điện cảm rotor: Lr = 40,1.10-3H; o Hỗ cảm stator rotor: M = 40.10-3H o Thời gian mô phỏng: 10s o Công suất tải yêu cầu P = 500kW = const o Cơng suất turbine gió biến động, giả thiết: PWind = 500 + 50sin2t kW o Cơng suất nạp/phóng hệ thống bánh đà PFess = P- Pwind = -50sin2t kW (công suất dùng làm đại lượng tham chiếu để điều khiển hoạt động hệ thống FESS Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.5.3 Kết mô Các kết mô hình từ Hình 3.9 đến Hình 3.12 Trong đó: - Hình 3.9 đáp ứng tốc độ máy điện tích hợp bánh đà; - Hình 3.10 đường cong từ thông tham chiếu từ thông thực máy điện nối với bánh đà - Hình 3.11 công suất tham chiếu, đáp ứng công suất thu - phát FESS - Hình 3.12 cơng suất tham chiếu đáp ứng công suất thu - phát FESS công suất tổng hệ thống điện gió + mặt trời + FESS cấp cho tải Hình 3.13 đường cong điện áp dòng điện pha máy điện (dịng pha Hình 9: Cơng suất tức thời P , P P Hình 10: Đáp ứng tốc độ mát điện FESS Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 11: Công suất đặt công suất thực FESS Hình 12: Đáp ứng cơng suất FESS cơng suất hệ tổng cấp cho tải ua 5*ia Hình 3.13: Đường cong điện áp dòng điện pha máy điện FESS *Nhận xét: Kết mô ta thấy khoảng thời gian từ (0 1,67)giây, máy điện làm việc động điện, tốc độ tăng từ 157rad/s đến Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 195,3rad/s FESS thực nạp lượng Trong khoảng thời gia từ 1,67s đến 3,14s máy điện làm việc máy phát điện (công suất âm),tốc độ giảm từ 195,3rad/s đến 157rad/s, khoảng thời gian lượng lưu trữ bánh đà dạng động đưa bù vào phần lượng hao hụt turbine gió Tương tự khoảng thời gian từ lại Kết ta có tổng cơng suất hệ thống turbine gió + FFSS cấp cho tải không thay đổi 3.6 KẾT LUẬN CHƯƠNG Chương trình bày cấu trúc hệ thống điện gió lạp có tích hợp hệ thống bánh đà lưu trữ lượng; mô tả hoạt động FESS, xây dựng mơ hình tốn học hệ thống FESS nguyên tắc điều khiển chúng Đồng thời tiến hành mô cho kịch cụ thể để minh chứng vai trò hệ thống FESS việc ổn định công suất hệ thống điện gió làm việc độc lập có tích hợp FESS Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN CHUNG Sau thời gian làm luận văn với đề tài: “Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió lưới điện cô lập” hướng dẫn PGS.TS Lại Khắc Lãi đạt số kết sau: - Tìm hiểu tổng quan hình thành gió, tiềm năng lượng gió Việt Nam, ưu, nhược điểm, tính linh hoạt hệ thống điện gió ; cấu trúc số hệ thống điện gió triển khai vùng cô lập; cấu tạo, nguyên lý làm việc turbine gió, phương trình mơ tả quan hệ hệ thống chuyển đổi lượng gió; nguyên tắc phương pháp điều khiển điện gió - Nghiên cứu số phương pháp điều khiển bám điểm làm việc có cơng suất cực đại hệ thống turbine gió sử dụng máy phát điện khác - Mơ hình hóa, mơ hệ thống điều khiển bám điểm làm việc có cơng suất cự đại trạm phát điện gió sử dụng máy phát điện đồng kích từ nam châm vĩnh cửu - Nghiên cứu hệ thống bánh đà lưu trữ lượng FESS, xây dựng hệ thống tích hợp turbine gió với bánh đà lưu trữ lượng làm việc với lưới cô lập Đồng thời tiến hành mô với kịch cụ thể để minh chứng vai trò hệ thống FESS trạm phát điện sức gió lưới điện lập Kiến nghị: Hệ thống bánh đà lưu trữ lượng đảm bảo cân cung - cầu lượng có thăng giáng cơng suất thời gian ngắn Để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện thời gian dài hơn, trạm điện gió lưới điện lập thường có tích hợp thêm máy phát điện diesel nguồn lượng tái tạo khác Đây nội dung tiếp tục nghiên cứu tương lai 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L.K.Lai, Roan Van Hoa “Flywheel Energy Storage in Electrical System Integrates Renewable Energy Sources” SSRG International Journal of Electrical and Electronics Engineering ( SSRG - IJEEE ) - Volume Issue – June 2020, pp 2732 [2] Khac Lai Lai, Thi Thanh Thao Tran, "Three-Phase Grid Connected Solar System With Svm Algorithm", Journal of Engineering Research and Application, vol 8, no 11, pp 42-48, 2018 [3] KhacLai Lai, DanhHoang Dang, XuanMinh Tran, "Modeling and control the Gridconnected single-pha Photovoltaic System", SSRG International Journal of Electrical and Electronics Enginneering (SSRG-IJEEE), vol 4, no 5, pp 51-56, 2017 [4] F Tai-Ran Hsu, "On a Flywheel-Based Regenerative Braking System for Regenerative Energy Recovery", in Proceedings of Green and Systems Conference, Long Beach, 2013 [5] Yong Xiao, Xiaoyu Ge and Zhe Zh, "Analysis and Control of Flywheel Energy Storage System", Additional information is available at the end of the chapter, pp 131- 148, 2010 [ [6] Mustafa E Amiryar and Keith R Pullen “A Review of Flywheel Energy Storage System Technologies and Their Applications”, Applied Scienes (2017) [6] Aakash B Rajan1 Prof Parth H Patel2, “Analysis of Flywheel Energy Storage System”, IJSRD - International Journal for Scientific Research & Development| Vol 5, Issue 01, 2017 | ISSN (online): 2321-0613 [7] Thai-Thanh Nguyen, Hyeong-Jun Yoo and Hak-Man Kim, “A Flywheel Energy Storage System Based on a Doubly Fed Induction Machine and Battery for Microgrid Control”, Energies 2015, 8, pp: 5074-5089; doi:10.3390/en8065074 [8] Barbara H Kenny, Peter E Kascak and Ralph Jansen, Timothy Dever “A Flywheel Energy Storage System Demonstration for Space Applications”, NASA/TM— 2003- 212346 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn [9] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang, (2005) “Các thuật toán phi tuyến sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống phát điện chạy sức gió” The 6th Vietnam Conference on Automation (6th VICA), tr 545– 550 [10] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang, (2006) “Kết thực nghiệm điều khiển máy điện không đồng nguồn kép hệ thống phát điện chạy sức gió áp dụng phương pháp thiết kế phi tuyến backstepping” Tự động hoá ngày nay, tháng 12/2006, tr 3–12 [11] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang, (2007) “Vấn đề khử sai lệch tĩnh kết thực nghiệm áp dụng thuật toán phi tuyến sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống phát điện chạy sức gió” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ trường đại học, no 59, tr 39–44 [12] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang, (2007) “Điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống phát điện chạy sức gió với điều khiển dịng thích nghi bền vững sở kỹ thuật Backstepping” Tạp chí Khoa học Công nghệ - Đại học Thái Nguyên, vol 1, no 3, tr 115–120 [13] Công ty TNHH 1TV lượng tái tạo Điện lực Dầu khí Việt Nam, Cơng ty điện lực Bình Thuận, (2012) Qui trình phối hợp vận hành hỗn hợp gió – diesel đảo Phú Quý PC Bình Thuận, Bình Thuận [14] Đặng Danh Hoằng, Nguyễn Phùng Quang, (2012) “Điều khiển phi tuyến hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy phát khơng đồng nguồn kép sở hệ thụ động Euler - Lagrange Hamilton” Tạp chí tin học điều khiển học, vol 28, no 1, tr 9–19 [15] Dự án Năng lượng Gió GIZ, (2012) Tình hình phát triển điện gió khả cung ứng tài cho dự án việt nam Dự án Năng lượng Gió GIZ, Hà Nội [16] Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT, (2011) Thơng tin lượng gió Việt Nam Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT, Hà Nội [17] Lã Văn Út, (2011) Phân tích điều khiển ổn định hệ thống điện Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn [18] Nguyễn Phùng Quang, (1996) Phương pháp điều khiển máy điện không đồng nguồn kép dùng làm máy phát hệ thống phát điện chạy sức gió Cơng ty Windtech, Völkermarkt [19] Nguyễn Phùng Quang, (1998) “Máy điện dị nguồn kép d ng làm máy phát hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật tốn điều chỉnh đảm bảo phân ly momen hệ số công suất” Tuyển tập VICA 3, tr 413–437, 1998 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ... ổn định hệ thống điện gió 4) Giải pháp nâng cao hiệu hất lượng vận hành hệ thống điện gió lưới điện cô lập Dự kiến kết đạt Đề xuất số giải pháp nâng cao độ ổn định hệ thống điện gió kiểm chứng... thuật Công nghiệp Thái Nguyên Hiện công tác tại: Công Ty Điện lực Lạng Sơn Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: ? ?Giải pháp nâng cao chất lượng trạm phát điện sức gió lưới điện lập” PGS.TS Lại Khắc Lãi... THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP ĐẶNG NGỌC THÀNH GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRẠM PHÁT ĐIỆN SỨC GIĨ TRONG LƯỚI ĐIỆN CƠ LẬP CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 52 02 01 LUẬN VĂN THẠC