Đang tải... (xem toàn văn)
[r]
(1)ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI SOLAR PV CÔNG SUẤT LỚN ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN
VÀ GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA
Lê Cao Quyền[1], Lê Văn Đại [2], Trần Viết Thành [1]
[1] Công ty Cổ phần Tư vấn Xây dựng Điện 4, [2] Khoa Công nghệđiện, Trường Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh Tóm tắt: Theo QHĐ VII điều chỉnh, tính đến năm 2025 cấu nguồn điện sử dụng lượng tái tạo lớn chiếm đến 12,5%, điện mặt trời chiếm tỷ trọng cao Khác với nguồn điện khác, tác động nguồn điện mặt trời có cơng suất lớn lên hệ thống điện ảnh hưởng gián đoạn xạ mặt trời lớn, đặc biệt làm ảnh hưởng đến tần số khu vực lưới điện đấu nối gây sa thải phụ tải khu vực liên quan Ngoài ra, cố ngắn mạch lưới điện có đấu nối với nguồn điện mặt trời Solar PV có cơng suất lớn gây vấn đềảnh hưởng đến tần số, ổn định hệ thống điện cần quan tâm Để giải vấn đề viết xem xét sử dụng BESS (hệ thống Pin tích năng) so sánh với việc sử dụng STATCOM thơng qua đánh giá tính ưu việt loại thiết bịđối với tác động phục hồi tần số nhưổn định hệ thống Phần mềm PSS/E-33 dùng để mơ phân tích vấn đề
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Theo Quy hoạch điện VII điều chỉnh, tính đến năm 2025 cấu nguồn điện sử
dụng lượng tái lớn chiếm đến 12,5%, điện mặt trời chiếm tỷ trọng cao Ngoài ra, ngày 11/4/2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số
11/2017/QĐ-TTg chế khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam Với chế khuyến khích dự án điện mặt trời chủđầu tưđang chạy đua để triển khai làm thủ tục đầu tư xây dựng dự án điện mặt trời nhằm đưa vào vận hành trước ngày 30/6/2019 để hưởng chế theo Quyết định số
11/2017/QĐ-TTg nêu Với quy hoạch tỉnh Ninh Thuận đến năm 2025 tổng công suất lắp đặt dự kiến tăng thêm từ 2100 MW lên đến 4200 MW Với lượng công suất nhà máy điện mặt trời (NMĐMT) lớn không tránh khỏi ảnh hưởng đến tần số gây sa thải phụ tải khu vực lưới điện đấu nối bị gián đoạn xạ mặt trời Ngoài ra, cố ngắn mạch lưới điện có đấu nối với nguồn
điện mặt trời công suất lớn gây vấn đềảnh hưởng đến tần số, ổn định hệ
thống điện phải quan tâm Đây vấn đề phức tạp khó khăn q trình vận hành hệ thống điện có tỷ trọng điện mặt trời cao Để xem xét ảnh hưởng nhà máy điện mặt trời công suất lớn viết tiến hành phân tích sựảnh hưởng nhà máy điện mặt trời… Đưa giải pháp hạn chế dao động ảnh hưởng đến hệ thống
(2)2 TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI VÀ CÁC MƠ HÌNH TÍNH TỐN
Các pin mặt trời chuyển đổi trực tiếp ánh sáng thành điện năng, chúng làm từ vật liệu bán dẫn, ánh sáng mặt trời hấp thụ vật liệu này, lượng mặt trời đánh bật hạt điện tích (electron) lượng thấp nguyên tử vật liệu bán dẫn, cho phép hạt tích điện di chuyển vật liệu tạo thành điện Quá trình chuyển đổi photon thành điện gọi hiệu ứng quang
điện
2.1 Mơ hình Photovoltaic (PV) Arrays
2.1.1 Pin mặt trời
Pin mặt trời (viết tắt PV cell) có đặc tính V-I đặc biệt, chịu ảnh hưởng thay đổi trở kháng tải, cường độ xạ nhiệt độ Khi cường độ xạ tăng dòng
điện ngắn mạch PV cell tăng theo sóng điện áp hở mạch thay đổi không lớn Khi nhiệt độ tăng làm tăng dịng ngắn mạch kèm theo suy giảm điện áp hở
mạch Các PV cell có cơng suất cực đại vận hành điểm nối đặc tính nguồn dịng nguồn áp Thuật toán chọn điểm làm việc cực đại (Maximum Power Point Tracking - MPPT) đảm bảo cell ln ln vận hành điểm có cơng suất cực đại
Hình 1: Mơ hình tế bào PV
PV cell mơ hình nguồn dịng, Iph phát dòng điện hiệu ứng quang điện
dòng điện bão hòa ngược I0 dòng qua diode Trong mơ hình cịn có Rs điện trở nối
tiếp điện trở cell, điện trở dây dẫn, điện trở bề mặt; Rsh điện trở song
song tạo tượng dòng rị theo rìa PV cell dịng rị dọc theo vết nứt nhỏ hạt Mối quan hệ vật lý dòng điện điện áp thể theo công thức bên [4]:
= − ( )− − + (1)
Trong đó:
(3)Iph dịng điện phát từ tượng quang điện;
I0 dòng điện bão hòa diode;
q điện tích electron; k số Boltzman;
T nhiệt độ môi trường, n hệ số lý tưởng
Để tạo hệ thống PV có dịng điện điện áp định mức thích hợp, số cell
được kết nối song song nối tiếp Mặc dù có mơ hình tốn học dựa lý thuyết vật lý để mơ PV cell, lý thực tiễn nên viết dựa liệu sẵn có nhà sản xuất, mơ hình tốn học mơ tả [5]
= (1 − − ) (2)
= (1 − ) (3)
= ( − 1)[ln − ] (4)
Trong đó:
Voc điện áp hở mạch;
Isc dòng điện ngắn mạch;
Vmđiện áp điểm làm việc cực đại;
Im dòng điện điểm làm việc cực đại
Các thông số đưa theo điều kiện tiêu chuẩn Để có kết xác thơng số đầu cần xét đến thay đổi cường độ xạ nhiệt độ đầu vào cell PV V’oc, I’sc, V’mand I’mlà giá trị phụ thuộc vào thay đổi cường độ
bức xạ nhiệt độđầu vào thể sau:
∆T = T − T (5)
∆S = S
S −
(6)
= (1 + ∆ ) (7)
V = V (1 − c∆T [ln(1 + b∆S)]) (8)
I = I S
S (1 + a∆T)
(9) Trong đó:
(4)T nhiệt độ Tref = 25 oC;
V’0c điện áp hở mạch mới;
I’sc dòng điện ngắn mạch mới;
V’mđiện áp điểm làm việc cực đại mới;
I’m dòng điện điểm làm việc cực đại
Các thông sốđược tính với giá trị tiêu chuẩn cường độ xạ, S = 1000 W/m2
và T = 25 oC.
2.1.2 Thuật toán chọn điểm làm việc cực đại (Maximun Power Point Tracking -
MPPT)
Mục tiêu việc dùng MPPT nhà máy PV để tối đa hóa cơng suất đầu pin PV nâng cao hiệu suất làm việc việc biến đổi lượng Các công nghệ
MPPT giới thiệu tài liệu [4] thuật tốn xác định điểm làm việc có cơng suất lớn Incremental Conductance (INC - thuật toán điện dẫn gia tăng) Perturbation & Observation (P&O - thuật tốn nhiễu loạn quan sát) mơ hình hóa, nhiên [5] mơ hình INC dùng để mơ động phương pháp khắc phục nhược điểm phương pháp P&O Vì vậy, báo sử dụng thuật tốn INC để mơ Ngun lý làm việc thuật toán so sánh giá trịđiện dẫn tức thời (I/V) với giá trị điện dẫn gia tăng INC (dI/dV) Tại điểm công suất cực đại INC (dI/dV) với điện dẫn tức thời (I/V) nghĩa độ dốc đường cong công suất không Khi điện dẫn gia tăng bé lớn điện dẫn tức thời điện áp đầu PV tăng lên giảm xuống
2.1.3 Tích hợp mơ hình động PV
Một mơ hình động cho PV với thuật tốn MPPT xây dựng Trong PSS/E, mơ hình PV sử dụng thay mơ hình nhà máy gió loại WT4 đồng thời kết hợp thêm mơ hình tuyến tính đường cong đầu PV Panel model điều khiển
converter PVGU, điều khiển điện PVEU Thông số cường độ xạ mặt trời đầu vào cho mơ hình Panel [8]
Mơ hình PV sử dụng mơ mơ hình nhà máy gió loại WT4 loại thiết bị sử dụng loại công nghệ Cả hai công nghệ PV turbine gió loại WT4 dùng cơng nghệđiều khiển inverter đểđẩy cơng suất vào lưới
Theo hình mơ hình converter, tính hiệu dịng điện tác dụng dịng điện phản kháng dùng để tính tốn dịng điện bơm vào hệ thống Cơng suất từ PV thay
(5)Hình 2: Mơ hình điều khiển PSS/E [8]
2.2 Mơ hình thiết bị STATCOM
Nguyên lý tạo công suất bù nghịch lưu điện áp thể hình X điện kháng máy biến áp Bộ nghịch lưu áp sẽđược điều khiển để tạo điện áp pha tần số điện áp hệ thống Mỗi áp pha tạo nên nghịch lưu áp pha với điện áp hệ thống điện áp tạo thành mắc liên kết vào hệ thống lưới điện nhờ máy biến áp liên kết, điện kháng X thường có giá trị nhỏ
Hình 3: Mơ hình STATCOM sơđồ tương đương
Mơ hình hàm truyền điều khiển STATCOM thể bên dưới:
Hình 4: Sơđồ khối hàm truyền STATCOM
Tín hiệu điện áp lắp đặt STATCOM liên tục đưa vềđể so sánh với tín hiệu đặt VT Nếu điện áp VT pha với điện áp hệ thống V, có biên độ lớn
hơn, dịng cơng suất phản kháng chạy từ STATCOM vào hệ thống ICMAX, để nâng điện
áp lên Ngược lại, điều khiển điện áp VT thấp điện áp hệ thống, dịng điện
(6)2.3 Mơ hình Battery Energy Storege System – BESS
Thiết bị BESS dùng để nâng cao ổn định hệ thống cần thiết, hấp thụ cơng suất từ lưới đẩy công suất lên hệ thống trường hợp khẩn cấp Nếu công suất thiết bị BESS đủ để hấp thụ đẩy tồn cơng suất cần thiết hệ thống trường hợp khẩn cấp giảm thiểu ổn định tần số
Hình 5: Mơ hình thiết bị BESS
Mơ hình điều khiển BESS
Điều khiển BESS dựa tín hiệu phụ trợ tần số hệ thống Paux thông qua thiết
bị PAUX1 Trong trường hợp này, chức BESS hạn chế dao động tần số Mơ
hình PAUX1 (hình 6) điều khiển tỷ lệ với số Kc yêu cầu Ngõ
vào lấy tín hiệu dao động tần số, ngõ điều khiển công suất, gửi đến mơ hình BESS Đáp ứng cơng suất BESS tỷ lệ với độ lệch tần số nút, nơi pin nối Ngồi ra, có lọc thơng thấp (hằng số thời gian TR), lấy mẫu thiết bị
chuyển đổi có độ trễ (hằng số thời gian TD) khối giới hạn đầu ra, để giới hạn
công suất tác dụng pin
(7)2.4 Các kịch mô
Bài viết mô hình hóa xây dựng hệ thống lưới điện 500 kV, 220 kV Việt Nam, tỉnh Ninh Thuận phù hợp với QHĐ VII điều chỉnh có xem xét đến quy hoạch nguồn lượng tái tạo tỉnh Ninh Thuận đến năm 2025 Trong NM ĐMT khu vực huyện Thuận Nam mô nhà máy ĐMT (Solar T.N 24) có cơng suất tổng 1.187 MW (Cos = ±0,95) đấu nối với trạm biến áp 220 kV Thuận Nam qua đường dây mạch kép 220 kV dài khoảng 15 km Hình phân bố công suất lưới điện 500 kV, 220 kV khu vực kết nối tỉnh Ninh Thuận Bình Thuận thời
điểm lúc 11h am Hình hoạt động ngày Solar T.N 24, thời gian tính tốn phân tích 24h với thời gian lấy mẫu theo 60 phút/lần
Hình 7: Phân bố cơng suất lưới điện 500 kV, 220 kV khu vực Ninh Thuận Bình Thuận
Đểđánh giá ảnh hưởng nhà máy điện mặt trời công suất lớn đến lưới điện, viết trình bày kịch mơ sau:
Kịch 1: Ảnh hưởng mây che gây ảnh hưởng đến cường độ xạ;