Bài viết trình bày thực tế này với các giải pháp cho các vấn đề đặt ra trong trạng thái xác lập, cũng như trong trạng thái quá độ khi vận hành hệ thống, trong đó các khía cạnh nhằm bảo đảm độ ổn định của lưới điện khi mức xâm nhập của các nguồn phát từ năng lượng tái tạo sẽ trở nên cao hay quá cao cần đặc biệt được lưu ý.
ới điện kháng jXe với bus điện áp Vb lưới điện cơng suất vơ lớn Phương trình vi phân mơ tả hành vi động học góc rơto δb, điều kiện ổn định góc nhỏ cho [1] phương trình vi phân sau: Hình MPĐB G nối kết qua đường dây với lưới điện vô lớn BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 d2 δb tổng moment dt2 (TM+ TE) tác động vào khối quay, Từ quan hệ gia tốc với TE= TSYNC+TD (1) Trong điều kiện dao động nhỏ góc rơto Δδb quanh điểm cân δbo , phương trình thành: (2) (3) Với toán tử p= d/dt, δb= δbo + Δδb, TE= TE+ ΔTE, TM= TM+ ΔTM M = 2H ωb = 2πfb ΔTE = K1Δδb + ΔTM = K1Δδb Hình Dao động nhỏ góc rơto MPĐB điều kiện làm việc ổn định ổn định sau nhiễu loạn hệ thống Hình mơ tả tình hệ thống khơng ổn định, góc rơto dao động với biên độ tăng dần cuối rôto rơi vào trạng thái bước (machine looses step), nói cách khác MPĐB đồng hoàn toàn (pull out of synchronism) D (d(Δδb)) ωb dt δb, góc rơto, góc lệch trục dọc d cực từ rôto trục dọc d cực từ trường quay dây quấn stato fb, tần số lưới điện t, thời gian TM, moment học (đơn vị tương đối) TE, moment điện từ (đơn vị tương đối) H, quán tính khối quay, bao gồm qn tính quay rơto MPĐB rôto động sơ cấp K1, hệ số moment đồng hóa D, hệ số moment cản dịu Hình mơ tả q trình dao động nhỏ góc rơto MPĐB sau tác động nhiễu loạn biên độ nhỏ cố lưới điện Trong tình hệ thống ổn định, góc rơto quay giá trị góc rơto trước cố, tình hệ thống ổn định góc rơto tăng dần BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 Hình Hệ thống khơng ổn định, góc rơto dao động với biên độ tăng dần MPĐB đồng Hình cho thấy trình dao động góc rơto MPĐB sau tác động nhiễu loạn có cố nghiêm trọng lưới điện Trong tình hệ thống ổn định Hình 6.(a), góc rơto có giá trị ổn định mới, sau dao động lớn với biên độ tắt dần, tình tồi tệ khác Hình 6.(b) góc rơto có dao động biên độ giảm sau vài dao động, lại tăng mạnh sau đó, khiến hệ thống rơi vào trạng thái ổn định Hình Q trình dao động góc rơto MPĐB sau tác động nhiễu loạn có cố nghiêm trọng lưới điện Có thể nói HTĐ hữu, nhờ vào quán tính quay lớn, khả moment đồng hóa cao, điều khiển tác động nhanh giúp giảm thiểu tác động tiêu cực hệ thống xuất cân công suất phát công suất phụ tải (công suất tác dụng phản kháng) Rõ ràng, đặc tính quan trọng chất HTĐ hữu bị ảnh hưởng lớn thay đổi nghiêm trọng mức xâm nhập NLTT với công nghệ MPBT vào HTĐ tăng dần Ngược lại, công nghệ sản xuất điện từ NLTT sử dụng cơng nghệ hồn tồn khác biệt, việc biến đổi lượng đấu nối với lưới điện Qua trung gian MPBT nguồn NLTT đấu nối với vào HTĐ Rất khác với MPĐB truyền thống, MPBT với cơng nghệ vật liệu bán dẫn, hồn tồn khơng có phận quay, biến đổi dịng dc thành ac quản lí dịng cơng suất qua việc điều khiển khóa đóng cắt bán dẫn theo thời gian Do đó, dễ thấy chất vật lí MPBT hồn tồn khác với tượng vật lí mô tả máy điện quay Trong công nghệ MPĐ NLG kiểu nguồn kép DFIG (Doubly Fed Induction Generator) loại III, với dây quấn roto nối với lưới qua vành trượt MPBT MPĐ NLG kiểu MPĐB (FullSize Synchronous Generator) loại IV biến đổi tồn cơng suất phát từ ac thành dc, sau từ dc thành ac với điện áp tần số phù hợp để đấu nối với lưới điện Năng lượng điện dc sản xuất từ NMĐ MT thông qua MPBT để chuyển đổi dc thành ac với điện áp tần số phù hợp để đấu nối với lưới điện Trong lưới điện tương lai với mức xâm nhập NLTT cao, nhà máy tích trữ lượng (với cơng nghệ acqui, pin nhiên liệu), với vai trò cân lượng HTĐ, sử dụng MPBT để đấu nối với lưới điện Vì thế, hệ thống NMĐ NLTT có sử dụng MPBT, ln cần đến điều khiển vịng kín để điều chỉnh dịng cơng suất từ nguồn phát dc, thông qua kĩ thuật biến đổi điện tử công suất để đấu nối với lưới điện Trong điều khiển số đo lường theo thời gian thực xử lí chương trình điều khiển lập trình thực thi theo yêu cầu người vận hành Điều quan trọng điều khiển đặc tính chiến lược điều khiển, chất vật lí MPBT, định tính chất động học MPBT có cố cách thức MPBT đáp ứng với lưới điện ac Nói cách khác, đáp ứng vật lí MPBT hồn tồn định chương trình điều khiển lập trình Điều vô khác biệt với MPĐB, chất vật lí máy, qn tính phận quay, thông số điện từ định đặc tính độ chúng Để làm rõ khác biệt MPĐB MPBT, thường dùng thuật ngữ thiết bị không quán tính (zero-inertia machine) cho MPBT, đáp ứng chúng hồn tồn phụ thuộc vào chiến lược chương trình điều khiển khơng có phận quay Nhìn chung, phân loại điều khiển MPBT theo: điều khiển bám theo lưới (grid following inverter controller) điều khiển tạo lưới (grid forming inverter controller) Các điều khiển bám theo lưới loại BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 phổ biến nay, phổ biến MPBT quang điện MBT điện gió Các điều khiển chủ yếu dùng mạch vịng khóa pha (phase-locked loop) để ước lượng góc pha tức thời điện lưới hình sin điểm đấu nối MPBT với lưới điện Sau đó, mạch tạo bơm dịngđược điều khiển vào lưới, với tính chất dòng bám theo điện áp lưới Bản chất MPBT với điều khiển bám theo lưới làm việc nguồn dòng “bám theo” điện áp đểm đấu nối Hạn chế MPBT với điều khiển kiểu dựa giả định điện áp ac điểm đấu nối có biên độ tần số không đổi (cứng, stiff ac voltage) Trong thực tế, điều có nghĩa xem tồn đáp ứng hệ thống, MPĐB, điều khiển kèm, thiết bị điều chỉnh lưới làm việc điều kiện điện áp tần số thương đối ổn định bất kí điểm nút lưới Trên Hình thấy giả thiết tương đối hợp lí đến nay, thực tế công suất NMĐ NLTT với MPBT theo kiểu điều khiển bám theo tương đối nhỏ so với cơng suất MPĐB, mà đóng vai trị điều khiển điện áp tần số HTĐ hữu Tuy nhiên, tình hình thay đổi HTĐ mức xâm nhập NMĐ NLTT ngày cao, với số lượng MPBT ngày nhiều lưới điện tương lai? BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 Hình Tình hình lưới điện (bên trái) chủ yếu làm việc với MPĐB với quán tính quay hệ thống lớn, lưới điện tương lai (bên phải) mức xâm nhập NLTT ngày cao, MPĐB dần thay HTĐ chủ yếu làm việc với MPBT Khi đó, HTĐ tương lai làm việc chủ yếu với MPBT với đặc tính khơng qn tính sử dụng điều khiển bám theo lưới, MPBT làm việc nguồn dòng bám theo điện áp lưới Rõ ràng, lưới điện tương lai khó làm việc bình thường điều kiện với MPBT kiểu điều khiển bám theo lưới Nhằm khắc phục nhược điểm trên, hệ biến tần loại điều khiển tạo lưới dần phát triển để thích ứng làm việc với hạ tầng điện sử dụng MBT, với khả điều chỉnh điện áp tần số qua việc điều khiển phi tập trung chỗ (local de-centralized control) Trước xem xét đặc tính cần có hệ biến tần này, cần xem xét thách thức kĩ thuật phải giải Đầu tiên , MBT hệ dần đưa vào làm việc lưới điện, với việc tỉ lệ NLTT xâm nhập ngày cao vào lưới điện nhiều năm, nhiều thập kỉ tới, song song với việc thay dần MPĐB Ngoài ra, MPBT có phạm vi cơng suất định mức nhỏ nhiều lần so với MPĐB, điều có nghĩa phụ tải hạ tầng lưới điện làm việc với MBT cần làm việc với số lượng MPBT lớn lưới điện Đối với lưới điện lớn, - Khả bảo đảm chất lượng điện, điều có nghĩa số lượng lên đến hàng triệu MPBT vận hành ngồi việc điều khiển cơng suất tác dụng phản kháng phạm vi địa lí rộng lớn Để thực mục tiêu Xét đến đặc điểm trên, điều phương cách khả thi điều khiển dộ khiển tạo lưới phải có đặc tính sau: - Khả tương thích với HTĐ dốc (droop control) tương tự điều khiển hữu liền mạch với HTĐ phát triển dần MPĐB cách lập trình mối quan hệ tuyến tính công suất tác dụng, công suất phản tương lai theo Hình kháng theo giá trị tần số điện áp Tuy vậy, - Do hệ thống vận hành với tập hợp việc tính tốn tương đối chậm giá trị từ nhiều MPBT phân bố phân tán công suất tác dụng, công suất phản kháng, địa lí rộng lớn cần sử dụng phương MPBT điều khiển độ dốc (droop-controlled án điều khiển phân tán, việc điều khiển inverters) có nhược điểm đáp ứng chậm nhanh theo thời gian không cần đến kĩ thuật độ Hiện nay, phát triển truyền thông phương pháp điều khiển với tên gọi máy - Khả làm việc tin cậy, lâu dài đồng ảo hay máy quán tính ảo (virtual tương lai mà MPĐB synchronous, virtual inertia machines) với khả mô tượng vật lí khơng cịn diện HTĐ MPĐB./ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] T.A Lipo,” Analysis of Synchronous Machines”, CRC Press, Second Edition 2012, ISBN-13: 978-1439880678, ISBN-10: 1439880670 [2] Benjamin Kroposki, Brian Johnson, Yingchen Zhang, Vahan Gevorgian, Paul Denholm, Bri-Mathias Hodge, and Bryan Hannegan, “Achieving A 100% Renewable Grid- Operating Electric Power Systems with Extremely High Levels of Variable Renewable Energy”, IEEE Power& Energy Magazine, Mar/ Ar 2017, pp 61- 73 [3] Jan von Appen, Martin Braun, Thomas Stetz, Konrad Diwold, and Dominik Geibel, “Time in the Sun The Challenge of High PV Penetration in the German Electric Grid”, IEEE Power& Energy Magazine, Mar/Apr 2013, pp 55- 64 [4] M M Hand, S Baldwin, E DeMeo, J Reilly, T Mai, D Arent, G Porro, M Meshek, and D Sandor, “Renewable Electricity Futures Study”, NREL, Golden, CO, Tech Rep., NREL/TP-6A20-52409, June 2012 [5] P Denholm and R Margolis, “Energy Storage Requirements for Achieving 50% Solar Photovoltaic Energy Penetration in California” , NREL, Golden, CO, NREL/TP-6A20-66595, Aug 2016 [6] J Taylor, S Dhople, and D Calloway, “Power Systems without Fuel,” Renew Sustain Energy Rev., vol 57, pp 1322–1336, May 2016 [7] J O’Sullivan, Y Coughlan, S Rourke, and N Kamaluddin, “Achieving The Highest Levels of Wind Integration: A System Operators Perspective”, IEEE Trans Sustain Energy, vol 3, no 4, pp 819–825, Oct 2012 [8] V Gevorgian, Y Zhang, and E Ela, “Investigating The Impacts of Wind Generation Participation in Interconnection Frequency Response”, IEEE Trans Sustain Energy, vol 6, no 3, pp 1004–1012, July 2015 [9] D Ramasubramanian, V Vittal, and J Undrill, “Transient Stability Analysis of An All Converter Interfaced Generation WECC System” , Proc Power System Computation Conf., Genoa, Italy, 2016 [10] Nguyễn Hữu Phúc, “Tác Động Mức Xâm Nhập Cao Nhà Máy Điện Mặt Trời Kĩ Thuật Quang Điện lên Lưới Điện- Phần 01”, Bản Tin Hội Điện Lực Miền Nam SEEA, Số 26 (10.2019), pp 01-07 [11] Nguyễn Hữu Phúc, “Tác Động Mức Xâm Nhập Cao Nhà Máy Điện Mặt Trời Kĩ Thuật Quang Điện lên Lưới Điện- Phần 02”, Bản Tin Hội Điện Lực Miền Nam SEEA, Số 27 (01.2020), pp 08-15 BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 ... nối với lưới điện Trong lưới điện tương lai với mức xâm nhập NLTT cao, nhà máy tích trữ lượng (với công nghệ acqui, pin nhiên liệu), với vai trò cân lượng HTĐ, sử dụng MPBT để đấu nối với lưới điện. .. suất phát từ ac thành dc, sau từ dc thành ac với điện áp tần số phù hợp để đấu nối với lưới điện Năng lượng điện dc sản xuất từ NMĐ MT thông qua MPBT để chuyển đổi dc thành ac với điện áp tần số... so với MPĐB, điều có nghĩa phụ tải hạ tầng lưới điện làm việc với MBT cần làm việc với số lượng MPBT lớn lưới điện Đối với lưới điện lớn, - Khả bảo đảm chất lượng điện, điều có nghĩa số lượng