Nghiên cứu hệ thống điện gió kết nối lưới điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - ĐỖ TIẾN VĂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60 52 02 02 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - ĐỖ TIẾN VĂN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60 52 02 02 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HUỲNH CHÂU DUY TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2013 TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày tháng 07năm 2012 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ĐỖ TIẾN VĂN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01- 04- 1984 Nơi sinh: Thái Thụy- Thái Bình- Việt Nam Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV:108 1031031 I- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1) Giới thiệu: Năng lượng tái tạo, tầm quan trọng lượng tái tạo Tình hình nghiên cứu, sử dụng, phát triển lượng gió giới Việt Nam 2) Tổng quan toán nghiên cứu kết nối hệ thống điện gió với lưới điện (Các nghiên cứu tốn kết nối hệ thống điện gió với lưới điện nước Việt Nam 3) Hệ thống điện gió: Trình bày hệ thống điện gió, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại tuabine gió, chuyển đổi cơng suất hệ thống điện gió, điều kiện vận hành hệ thống điện gió 4) Mơ kết nối hệ thống điện gió với lưới điện 5) Kết luận hướng phát triển đề tài III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 5-2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07- 2013 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH CHÂU DUY CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn ĐỖ TIẾN VĂN LỜI CÁM ƠN Xin gởi lời cảm ơn chân thành đến TS Huỳnh Châu Duy nhiệt tình hướng dẫn tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn tồn thể q thầy trường Đại học kỹ thuật cơng nghệ Thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy, truyền thụ , hướng dẫn tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành cơng trình nghiên cứu Xin cảm anh chị, bạn lớp 10SMĐ, ngành thiết bị, mạng nhà máy điện chia sẻ, hỗ trợ tài liệu, giúp đỡ trình học tập vừa qua Xin cảm ơn thành viên gia đình giúp đỡ, động viên, hỗ trợ cho cơng việc học tập Xin chân thành cảm ơn Học viên thực ĐỖ TIẾN VĂN CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP- HCM Cán hướng dẫn khoa học: TS HUỲNH CHÂU DUY (Ghi rõ họ, tên¸ học hàm, học vị chữ ký) Luận văn bảo vệ Trường Đại học kỹ thuật công nghệ TP- HCM ngày 28 tháng 09 năm 2013 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm Luận văn Thạc sĩ) TS NGÔ CAO CƯỜNG Chủ tịch hội đồng TS HUỲNH QUANG MINH Phản biện TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Phản biện TS NGUYỄN HÙNG Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau Luận văn sửa chữa (Nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Khoa quản lý chuyên ngành BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM TP Hồ Chí Minh, ngày 19 tháng 10 năm 2013 BẢN CAM ĐOAN Họ tên học viên: ĐỖ TIẾN VĂN Ngày sinh: 01- 04- 1984 Nơi sinh: Thái Thụy- Thái Bình- Việt Nam Trúng tuyển đầu vào năm: 06/ 2010 Là tác giả luận văn: NGHIÊN CỨU KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã ngành: 60520202 Bảo vệ ngày: 28 tháng 09 năm 2013 Điểm bảo vệ luận văn: 5.4 Tôi cam đoan chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài theo góp ý Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ Các nội dung chỉnh sửa: 1) Chỉnh sửa lại cách trình bày 2) Thống tần số mơ 50 Hz 3) Bổ sung phần nhận xét đánh giá kết hình mơ 4) Điều chỉnh thông số mô cấp điện áp 22 kV, 110 kV, 50 Hz Người cam đoan (Ký, ghi rõ họ tên) Cán Hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) i TĨM TẮT Trước tình hình nguồn lượng truyền ngày khan hiếm, việc sử dụng nguồn lượng thường gây ô nhiễm môi trường lớn số lượng khí thải CO2 sau sản suất điện môi trường lớn, điều gây lên hiệu ứng nhà kính, nóng lên tồn cầu, biến đổi khí hậu gây lũ lụt, hạn hán nhiều nơi trái đất gây khó khăn cho sống lồi người phát triển kinh tế- xã hội Vì vây, lồi người ln nghiên cứu tìm nguồn lượng có khả tái tạo, sử dụng lâu dài, gây ô nhiễm môi trường thay thế, giảm phụ thuộc vào nguồn lượng truyền thống Trong nguồn lượng tái tạo, lượng điện gió có tiềm lớn, quốc gia giới quan tâm, nghiên cứu, phát triển, sử dụng nguồn lượng góp phần giải vấn đề thiếu hụt lượng để phát triển kinh tế- xã hội Năng lượng điện gió sản suất khơng sử dụng khu vực mà kết nối lưới điện để truyền tải xa đến nơi thiếu lượng điện để sản xuất, phát triển Việc nghiên cứu, khảo sát hệ thống lượng điện gió kết nối lưới điện đề tài, tốn địi hỏi nhà khoa học cần nghiên cứu, để kết nối hệ thống lượng điện gió với lưới điện phải đảm bảo ổn định, an tồn cho hệ thống lưới điện vận hành có hiệu Với nước có ngành lượng điện gió phát triển đề tài khơng cịn Việt Nam nước mới, xây dựng phát triển nguồn lượng hữu ích địi hỏi cần phải học hỏi, nghiên cứu, sử dụng phát triển lượng điện gió cho hiệu quả, an tồn ổn định Do đó, luận văn trình bày, khảo sát hệ thống lượng điện gió kết nối lưới điện, xét điều kiện hịa đồng hòa lưới, kết khảo sát điều kiện kết nối lưới ii ABSTRACT Facing the conventional energy sources increasingly scarce, the use of this energy source pollution often very large due to the amount of CO2 emissions after electricity production is a very large environment, this cause the greenhouse effect, global warming, climate change induced floods, droughts in many parts of the earth makes it difficult for human life and economic development of society Thus, human studies are finding new energy sources are renewable, long-term use, less polluting alternative environment, reduce dependence on traditional energy sources In the renewable energy sources, wind power has great potential, being the world's national interest, research, development and use of energy sources contribute to solving energy shortages for the development of socio-economy Wind power production are used not only in the region but also connected to the transmission grid to go away to places lacking electricity to energy production, development The study surveyed wind energy systems connected to the grid is the subject, the problem requires scientists to study, so that when connected wind energy systems to the grid to ensure stability, safety and grid systems operate effectively With water wind energy development, the subject is not new, but Vietnam a new country, is building and developing this energy source is useful requires learning, research, use wind energy development so effective, safe and stable Therefore, in this thesis will present, the survey electric wind energy systems connected to the grid, considering the conditions along the grid, the results of the survey grid connection conditions iii MỤC LỤC TÓM TẮT ĐỀ TÀI i ABSTRACT ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH vii Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1- Tầm quan trọng việc phát triển lượng tái 1.2- Tầm quan trọng việc phát triển lượng gió 1.3- Tình hình nghiên cứu, sử dụng, phát triển lượng gió giới Việt nam 1.3.1- Tình hình nghiên cứu, sử dụng, phát triển lượng giới 1.3.2- Tình hình nghiên cứu sử dụng, phát triển lượng gió Việt nam11 1.4- Tầm quan trọng việc nghiên cứu kết nối hệ thống điện gió nối lưới điện 15 1.5- Bố cục luận văn 16 1.6- Kết luận 16 Chương 2: TỔNG QUAN BÀI TOÁN KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN 18 2.1- Tình hình nghiên cứu tốn kết nối hệ thống điện gió nối lưới điện nước 18 2.2- Tình hình nghiên cứu tốn kết nối hệ thống điện gió nối lưới Việt Nam 21 2.3- Kết luận 22 Chương 3: HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 24 3.1- Sự hình thành lượng gió 24 3.2- Năng lượng gió 25 3.3- Sự chuyển đổi lượng gió rotor máy phát điện gió 26 3.4- Hệ thống điện gió 28 55 Sau thời gian 20s tốc độ tuabin ổn định 1.25 (pu), cơng suất hệ thống điện gió đạt (MW), cơng suất Q đạt (MVar) Khi tốc độ gió thay đổi vượt tốc độ gió định mức, phân điều chỉnh góc cánh quạt (pitch angle) để đảm bảo tốc độ gió cánh quạt tuabin gió ổn định tốc độ quay cua rotor tuabin gió ổn định 4.3.1 Trường hợp thay đổi tốc độ gió Các dạng sóng đáp ứng đầu hệ thống điện gió tốc độ gió thay đổi, tốc độ gió cài đặt lớn 14 m/s Hình 4.8 đáp ứng đầu hệ thống điện gió ứng với vận tốc gió m/s 56 Hình 4.9 đáp ứng đầu hệ thống điện gió ứng với vận tốc gió m/s Hình 4.10 đáp ứng đầu hệ thống điện gió ứng với vận tốc gió 12 m/s 57 Hình 4.11 đáp ứng đầu hệ thống điện gió ứng với vận tốc gió 12 m/s Qua hình 4.8, hình 4.9, hình 4.10, ta thấy tốc độ gió tăng thi thời gian đáp ứng công suất hệ thống điện gió nhanh, để tốc độ tuabin ổn định phụ thuộc vào tự điều chỉnh góc cánh quạt Khi vận tốc gió đạt tốc độ gió quy định 14 m/s, hệ thống tự điều chỉnh cho tốc độ tuabin ổn định (hình 4.11) 4.3.2 Trường hợp ngắn mạch điện áp 25 kV Hình 4.12a Mơ hình mơ ngắn mạch 58 Khi bị cố ngắn mạch pha chạm đất (hình 4.12b, 4.12c) ảnh hưởng tới hệ thống lưới Hình 4.12b Cài đặt thơng số ngắn mạch Hình 4.12c Kết mô ngắn mạch pha chạm đất 59 Qua hình 4.12c, ta thấy ngắn mạch pha chạm đất lưới 25 kV, ảnh hưởng tới hệ thống điện gió thống qua máy cắt 25 kV phụ hồi lại trang thái ban đầu Khi ngắn mạch pha cấp 25 kV (hình 4.13) ảnh hưởng tới hệ thống điện gió Hình 4.13 Kết mô ngắn mạch pha Khi ngắn mạch pha cấp 25 kV (hình 4.14) ảnh hưởng tới hệ thống điện gió Hình 4.14 Kết mơ ngắn mạch pha 60 Qua hình 4.13 hình 4.14, ta thấy ngắn mạch pha ngắn mạch pha lưới điện 25 kV hệ thống điện gió bị cắt khỏi lưới điện ngừng cung cấp công suất cho lưới điện 4.3.3 Trường hợp điện áp đầu hệ thống điện gió thay đổi * Khi hệ thống điện gió hoạt động bình thường (hình 4.15): điện áp đầu hệ thống điện gió 575 V, tần số 50Hz 61 Hình 4.15 Kết điện áp hệ thống điện gió chế độ hoạt động bình thường  Khi điện áp đầu hệ thống điện gió điện áp định mức 575V (hình 4.16): 62 Hình 4.16 Khi điện áp đầu hệ thống điện gió ≤ 500V  Khi điện áp đầu hệ thống điện gió vượt điện áp định mức 575V (hình 4.17): 63 Hình 4.17 Khi điện áp đầu hệ thống điện gió ≥ 637 V Kết luận: so sánh hình 4.16 hình 4.17 với hình 4.15, ta thấy điện áp đầu hệ thống điện gió có dao động điện áp thấp vượt giới hạn cho phép tốc độ tuabin gió ln thay đổi hệ thống điện gió khơng ổn định, hệ thống điện gió cần cách ly khỏi lưới điện công suất phát lên lưới lúc MVA 4.3.4 Trường hợp tần số đầu hệ thống điện gió thay đổi * Khi tần số đầu hệ thống điện gió tần số lưới điện: 50 Hz (hình 4.18) 64 Hình 4.18: tần số đầu hệ thống điện gió tần số lưới điện * tần số đầu hệ thống điện gió lớn tần số lưới điện (hình 4.29) 65 Hình 4.19 tần số đầu hệ thống điện gió lớn tần số lưới điện 66 * Khi tần số đầu hệ thống điện gió nhỏ tần số lưới điện (hình 4.20) Hình 4.20: Khi tần số đầu hệ thống điện gió nhỏ tần số lưới điện 67 Kết luận: so sánh hình 4.20, hình 21 với hình 4.19 thấy tần số hệ thống điện gió nhỏ hay lớn tần số lưới điện, tốc độ tubine không ổn định, khơng thỏa điều kiện nối lưới Do hệ thống điện gió khơng kết nối lưới phát công suất lên lưới điện 4.3.4 Trường hợp thay đổi thứ tự pha đầu hệ thống điện gió nối lưới điện Khi thứ tự pha hệ thống điện gió thứ tự pha với lưới điện (hình 4.21) Hình 4.21 hệ thống điện gió thứ tự pha với lưới điện 68 Khi thay đổi thứ tự pha pha A pha B điểm hệ thống điện gió hịa lưới điện (Hình 4.22) Hình 4.22 hệ thống điện gió khác thứ tự pha với lưới điện 69 Kết luận: qua hình 4.22 hình 4.23 ta thấy hệ thống điện gió hịa với lưới điện khơng thành cơng nên không kết nối với lưới, công suất phát lên lưới điện MVA Do phải đảm bảo thứ tự pha hòa hệ thống điện gió với lưới điện 4.4 Kết luận Qua kết mơ hệ thống điện gió kết nối lưới điện, ta thấy tốc độ gió thay đổi ảnh hưởng tới thời gian đáp ứng công suất phát lện hệ thống, ngắn mạch phía lưới điện ảnh hưởng tới hệ thống điện gió Khi tốc độ gió thay đổi để đáp ứng cơng suất ổn định cần điều góc cánh tuabin gió Qua khảo sát đáp ứng thay đổi thứ tự pha,tần số, điện áp hệ thống điện gió nối lưới điện Ta thấy hệ thống điện gió kết nối lưới điện phải đảm bảo yêu cầu kết nối lưới hịa với lưới giống hòa lưới điện nhà máy thủy điện nhà máy nhiệt điện ... TOÁN KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN 18 2.1- Tình hình nghiên cứu tốn kết nối hệ thống điện gió nối lưới điện nước 18 2.2- Tình hình nghiên cứu tốn kết nối hệ. .. hòa đồng kết nối hệ thống điện gió với lưới điện 47 4.2- Mơ hình hệ thống tuabine điện gió kết nối lưới điện 47 4.3- Các phần tử mơ hình hệ thống tuabine điện gió kết nối lưới điện 48... 2.3- Kết luận Qua tình hình nghiên cứu tốn kết nối hệ thống điện gió với lưới điện giới, ta thấy điện gió giới thập kỷ phát triển có nhiều nghiên cứu hệ thống điện gió kết nối lưới điện, hướng nghiên