Vận hành hệ thống điện với độ xâm nhập cao của năng lượng tái tạo

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.

VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN VỚI ĐỘ XÂM NHẬP CAO CỦA NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO (PHẦN 1) PGS TS NGUYỄN HỮU PHÚC Trường ĐH Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP HCM TÓM TẮT Hiện nguồn phát điện từ lượng tái tạo, đặc biệt lương mặt trời, lượng gió, tích hợp ngày với tỉ lệ tăng dần vào hệ thống điện hữu nhiều nước Xu với mức độ xâm nhập ngày cao lượng tái tạo đặt vấn đề, thách thức lớn mặt kĩ thuật, mang tính chất vật lí, tính hệ thống mà lưới điện tương lai buộc phải đối mặt giải Bài báo trình bày thực tế với giải pháp cho vấn đề đặt trạng thái xác lập, trạng thái độ vận hành hệ thống, khía cạnh nhằm bảo đảm độ ổn định lưới điện mức xâm nhập nguồn phát từ lượng tái tạo trở nên cao hay cao cần đặc biệt lưu ý MỞ ĐẦU H iện nay, số nước giới đạt đến mức độ xâm nhập cao lượng tái tạo (NLTT) hệ thống điện quốc gia, chí mức cao đến 100% , Iceland cung cấp 100% nhu cầu điện với nguồn địa nhiệt thủy điện Một số quốc gia khác với lưới điện có mức độ xâm nhập cao lượng tái tạo dựa thủy điện bao gồm Na Uy (97%), Costa Rica (93%), Brazil (76%), Canada (62%) Trong nhiều thập kỷ nhà máy thủy điện cung cấp nguồn điện từ lượng tái tạo tương đối rẻ tiền, hệ thống tùy thuộc nhiều vào lượng mưa tự nhiên yếu tố địa lý Thực tế, phạm vi giới đến khai thác gần hết địa điểm với tiềm tốt thủy điện Trong xu hướng hệ thống điện (HTĐ) nước dần đưa nguồn lượng tái tạo vào làm việc, hệ thống phát quang điện điện gió có đóng góp to lớn, với chi phí đầu tư cho cơng nghệ năm gần giảm nhanh, việc triển khai nhà máy điện mặt trời điện gió cơng suất lớn xảy khắp giới Điển hình, Ireland, Đan Mạch, Đức vận hành hệ thống điện quốc gia với mức độ xâm nhập hàng năm NLTT 20% Thường dùng thuật ngữ mức độ xâm nhập hàng năm (annual penetration level) việc tính tốn mức độ tham gia NLTT vào hệ thống điện sở lượng điện sản xuất năm, thuật ngữ khác, mức độ xâm nhập tức thời (instantaneous penetration level) yếu tố nhiều quan trọng hơn, dùng để đánh giá độ ổn định HTĐ tham gia NLTT tăng cao Định nghĩa mức độ xâm nhập (sản lượng hàng năm (MWh) từ nguồn NLTT) % mức độ xâm nhập hàng năm = x 100% (sản lượng hàng năm (MWh)) (công suất tức thời (MW) từ nguồn NLTT) % mức độ xâm nhập tức thời = x 100%, (tổng công suất tức thời (MW)) thời điểm định  BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 Ví dụ, Ireland giới hạn mức xâm nhập tức thời nhiều đến 55%, NLTT cung cấp khoảng 13% sản lượng điện hàng năm Châu Âu 5% Hoa Kỳ Do đó, bối cảnh nhà máy điện (NMĐ) công suất lớn với công nghệ lượng tái tạo (NMĐ NLTT) phát triển ngày nhanh, tỉ lệ xâm nhập ngày cao vấn đề thời đặt tương lai hệ thống điện (HTĐ) phải có thay đổi đặc điểm để thích ứng với hồn cảnh TÁC ĐỘNG CỦA MỨC XÂM NHẬP NLTT CAO TRÊN LƯỚI Ba vấn đề liên quan đến việc xâm nhập cao nguồn phát NLMT lưới phân phối: i/ Khả hướng chảy dịng cơng suất bị đảo chiều hệ thống phân phối: tình hình phân bố cơng suất thay đổi hệ thống phân phối hữu điểm đấu nối công suất phát NMĐ NLTT vượt nhu cầu phụ tải, dịng cơng suất chảy ngược xảy điện áp có xu hướng tăng cao bus Điều dẫn đến việc vi phạm dãi điện áp cho phép ±10% điện áp danh định, hay điện áp bus vượt dãi < 5% giá trị trung bình mười phút trị hiệu dụng điện áp, tính tuần (tiêu chuẩn chất lượng điện Châu Âu EN 50160) ii/ Phân bố dịng cơng suất đảo chiều hệ thống truyền tải: dịng cơng suất chảy ngược hệ thống phân phối tác động đến phân bố công suất hệ thống truyền tải khiến vi phạm khả tải số đường dây Hai vấn đề mang tính xác lập trình bày [10], với chi tiết tốn điển hình mạch điện IEEE bus, với nhận xét mang tính mở rộng khái quát hóa BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020 iii/ Độ ổn định lưới (tần số điện áp): vấn đề giới thiệu [11], nguồn gốc chất vật lí với đáp ứng động học HTĐ trạng thái độ phân tích đầy đủ báo Phần 01 báo trình bày vấn đề chung ổn định lưới điện hữu, chủ yếu thuộc tính vật lí vận hành hệ thống điện hữu, thay đổi chất vật lí đưa vào công nghệ nguồn phát lượng tái tạo dần chiếm ưu điều kiện độ xâm nhập cao nhà máy phát từ lượng tái tạo hệ thống điện tương lai, Phần 02 trình bày chi tiết khả ổn định điều kiện trên, vấn đề bảo vệ hệ thống, từ giải pháp đề nghị Bài viết chủ yếu dựa vào tài liệu báo “Achieving A 100% Renewable Grid-Operating Electric Power Systems with Extremely High Levels of Variable Renewable Energy”, IEEE Power& Energy Magazine, Mar/Apr 2017 tác giả Benjamin Kroposki, Brian Johnson, Yingchen Zhang, Vahan Gevorgian, Paul Denholm, Bri-Mathias Hodge, Bryan Hannegan [2], [3] TÍNH BIẾN THIÊN (VARIABILITY) VÀ BẤT ĐỊNH (UNCERTAINTY) CỦA NLTT Điểm khác biệt NMĐ truyền thống (nhiệt điện, nguyên tử) với NMĐ NLTT (năng lượng gió mặt trời) NMĐ NLTT có cơng suất phát thay đổi không chắn, tùy lớn vào điều kiện thời tiết địa phương Về phương diện vận hành HTĐ, việc điều độ MĐ thông thường, nhà máy chạy than khí đốt, khả thi dễ dàng thay đổi công suất đầu (tăng, giảm) để đáp ứng nhu cầu phụ tải thay đổi Khi phần trăm (%) mức xâm nhập NLTT tăng lên, điều địi hỏi HTĐ phải có tính linh động cơng suất phát, cơng suất phát nhà máy điện mặt  trời (NMĐMT) lại thay đổi nhiều ngày hồn tồn khơng cịn vào buổi tối (đối với NMĐ công nghệ quang điện) Điều làm cho cơng suất phát NMĐMT có liên quan chặt chẻ với nhau, với sản lượng lớn lượng phát khung thời gian tương đối hẹp, việc dẫn đến thay đổi lớn công suất phát HTĐ vào chiều tối Năng lượng gió có tính thay đổi chu kì ngày đêm, với mức thay đổi so với Năng lượng mặt trời Tại nhiều địa điểm nhà máy điện gió (NMĐG), nhiều lượng gió thường sản xuất vào ban đêm so với ban ngày Khi điều kiện thời tiết khu vực địa lý có thay đổi lớn diện rộng tạo mức tăng sản lượng điện lượng gió Nhìn chung, mức tăng sản lượng có xu hướng xảy nhiều điều kiện địa lý có đa dạng tài nguyên lượng gió (NLG) Ngồi ra, nguồn NLTT có trùng hợp thời gian, thời điểm định sản lượng phát lại lớn nhiều so với nhu cầu, việc cắt giảm sản lượng từ NMĐ NLTT cần thiết mặt kinh tế ổn đinh hệ thống Hình Cắt giảm cơng suất phát (curtailment) từ nguồn NLTT ngày HTĐ vận hành với 80% mức xâm nhập NLTT Hình nghiên cứu tương lai nguồn NLTT [2], cho thấy việc điều độ nguồn phát khác tuần điều kiện mức phụ tải thấp mức 80% xâm nhập NLTT Trong thời điểm công suất phát NLG NLMT tăng vọt, việc cắt giảm sản lượng phát kinh tế, định cắt giảm phụ thuộc vào nhiều thông số, kể khả đáp ứng NMĐ lại HTĐ Dầu mức xâm nhập cao NLTT đặt thách thức lớn, tương lai có nhiều giải pháp giải thách thức Các giải pháp bao gồm san phẳng sản lượng điện phát từ NMĐ NLTT qua việc bố trí NMĐ vị trí địa lí khác Một giải pháp khác nâng cấp hệ thống truyền tải để chuyển vận lượng lượng lớn, từ khu vực đặt NMĐ NLTT đến khu vực có nhu cầu lớn Cơng nghệ tích trữ lượng công nghệ cho phép dịch chuyển mặt thời gian sản lượng NLTT phát Công nghệ giúp chuyển dịch NLG NLMT thời điểm, mà lẽ cần phải cắt giảm đó, sang thời điểm tải cần đến, nguồn phát NLTT thấp nhu cầu Có thể thực giải pháp dịch chuyển thời gian qua cơng nghệ tích trữ lượng khác nhau, NMĐ tích năng, hệ thống tích trữ dùng khí nến, hệ thống bình ắcqui dung lượng lớn Một công nghệ khác, công nghệ nhu cầu- đáp ứng (demand- response technology) đóng vai trị tương tự cách dịch chuyển nhu cầu phụ tải cho trùng với thời điểm phát điện nguồn NLTT, hay giảm thiểu qui định mức tăng nguồn phát Tương tự, số loại phụ tải  BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020  mới, tải sạc điện cho xe điện, đóng vai trị tương tự Một công nghệ tiên tiến khác hỗ trợ việc sử dụng hiệu nguồn phát dự báo nhu cầu phụ tải dự báo sản lượng phát từ NLTT Việc dự báo xác giúp giảm thiểu tính không chắn sản lượng phát từ nguồn NLTT hay phụ tải, đảm bảo HTĐ (gồm NMĐ truyền thống, trạm tích trữ lượng, hạ tầng truyền tải) vận hành cách hiệu generator-dominated system) LƯỚI ĐIỆN LÀM VIỆC VỚI MPBT Lưới điện làm việc chủ yếu với MPBT (inverter-dominated grids) khái niệm HTĐ tương lai Thật vậy, thấy HTĐ với NMĐ công suất lớn (NMĐ hạt nhân, NM nhiệt điện, NM thủy điện) chủ yếu dùng MPĐB kết nối với lưới điện qua đường dây truyền tải, phân phối cung cấp lượng điện đến phụ tải Điều Một vấn đề khác xuất ngày khác biệt yếu HTĐ truyền thống có nhiều nguồn NLTT huy động tích với HTĐ tương lai với mức xâm nhập cao hợp vào HTĐ Khác với HTĐ hữu với NLTT diện MPBT (trừ trường NMĐ làm việc chủ yếu với máy phát hợp NMĐMT kiểu tập trung, concentrating đồng (MPĐB), lưới điện tương lai phân solar power plants), thiết bị điện tử công tán bao gồm nhiều máy phát kiểu biến suất chủ yếu đóng vai trị biến đổi điện tần (MPBT, inverter-based generator) Tổng điện áp chiều thành xoay chiều đấu quát, nguồn NLTT thường dùng biến tần nối với lưới điện để đấu nối với lưới điện, thay MPĐB, với mức xâm nhập tức thời 50% trở lên NLTT, HTĐ lúc xem lưới điện biến tần (inverter-dominated grid) Các nghiên cứu [3,4 ] cho thấy lưới điện tương lai có số vận hành năm với tỉ lệ nguồn phát sử dụng MPBT nhiều từ MPĐB Hình biểu diễn đường cong mức xâm nhập tức thời vùng Hoa Kì với kịch 80% mức xâm nhập NLTT theo điều kiện giới hạn cơng suất truyền tải Trên Hình thấy HTĐ bang Texas (ERCOT, Electric Reliability Council of Texas) làm việc chủ yếu với MPBT với tỉ lệ 59% công suất phát đến từ NLTT Với kịch trên, Hình cho thấy tỉ lệ công suất phát NLTT so với công suất phụ Hình Đường cong mức xâm nhập tức thời NLTT HTĐ tải Các đường nét đậm biểu diễn số bang Texas (ERCOT) với kịch 80% mức xâm nhập NLTT theo điều kiện giới hạn công suất truyền tải HTĐ vận hành với tỉ lệ 50% từ NLTT, vài trường hợp với tỉ lệ lên đến 100%, Mặc dù số NMĐ NLG sử dụng nhiều xuất sản lượng thừa cho bang khác Với tầng chuyển đổi ac-dc dc-ac trước đấu kịch phát NLTT cao trên, HTĐ vận nối với lưới, cần tập trung vào tầng cuối hành nhiều chủ yếu với MPBT, biến đổi dc thành ac tương thích lưới, khung khác ngày chuyển mạch tương tác trực tiếp với hệ thống điện qua lại, luân phiên tình trạng vận hành xoay chiều lưới điện tương lai, mà chủ yếu với MPBT (inverter-dominated system) MPBT chiếm 50% công suất định vận hành chủ yếu với MPĐB (synchronous mức phát HTĐ thời điểm bất kì,  BẢN TIN HỘI ĐIỆN LỰC MIỀN NAM - THÁNG / 2020  HTĐ xem HT làm việc mức dư thừa hay thiếu hụt lượng HTĐ Mặt khác, tổng lượng quán tính chủ yếu với MPBT Các máy phát đồng NMĐ thông hệ thống (tổng khối lượng tất máy thường thiết bị quay cơ-điện với phần quay nối kết) tỷ lệ thuận với khả đứng yên (stato) phần quay (rôto) tạo từ hệ thống hấp thụ biến thiên trường quay cảm ứng điện áp dây tải nguồn NLTT, giá trị độ lệch quấn stato, trình biến đổi lượng cơ- tần số tỷ lệ nghịch với tổng quán tính điện tạo điện áp xoay chiều với tần số hệ thống Vì lẽ đó, dễ dàng có nhận xét cơng nghiệp (50 Hz 60 Hz) Trong hệ thống với tổng lượng quán tính quay thấp kỷ nay, MPĐB chất đồng nghĩa với việc dễ dàng bị định đặc điểm cho việc qui hoạch, ảnh hưởng nhiều nhiễu loạn, vận hành HTĐ Trong hệ thống này, độ lệch tần số có biên độ lớn MPĐB đồng với lưới công suất tác dụng máy điều khiển qua việc điều khiển moment trục máy, công suất phản kháng điều khiển qua việc điều khiển dịng kích từ Nhằm đảm bảo độ tin cậy HTĐ nối kết, tần số điện áp hệ thống điều chỉnh chặt chẽ thông qua kết hợp điều khiển vịng kín hoạt động nhanh máy (bộ điều khiển điều tốc- speed governor control- đảm bảo giữ tần số qui định) điều khiển máy phát (automatic generator control, AGC) tác động chậm hơn, điều khiển kiểu tập trung, mà nhân viên vận hành hệ thống sử dụng để khôi phục tần số hệ thống giá trị danh định Tần số điện áp thơng số yếu quy định hệ thống mục tiêu điều khiển HTĐ Từ quan điểm vật lý, hệ thống tuabin phận quay bên MPĐB có qn tính học, có khả tích trữ động khối quay Khi xuất cố nhiễu loạn HTĐ, khối quay hấp thu cung cấp lượng, điều giúp hệ thống nối kết vượt qua dao động có khác biệt cơng suất phát cơng suất phụ tải Cụ thể, tần số hệ thống tăng (hay giảm) công suất phát lớn (hay nhỏ hơn) công suất đưa vào (hay lấy ra) từ khối quay; điều có nghĩa mức tăng (giảm) tần số khỏi tần số định mức phản ánh Một yếu tố quan trọng khác định hành vi động học HTĐ hữu moment đồng hóa hình thành MPĐB Moment đồng hóa với qn tính quay có vai trị định việc xác định đáp ứng ban đầu tốc độ rôto MPĐB, sau cố xảy lưới điện Thông qua thành phần moment đồng hóa TSYN (synchronizing torque) (tỉ lệ với góc rơto δb MPĐB) thành phần moment cản dịu TD (damping torque) (tỉ lệ với vận tốc góc rơto dδb/dt MPĐB) moment điện từ TE, công suất tác dụng bơm vào HTĐ MPĐB có tác dụng trì tính đồng làm tắt dần dao dộng học hệ thống Hình trình bày mơ hình đơn giản MPĐB G bus điện áp Vs nối kết qua đường dây với 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 dòng 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 mơ 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, khơng phải 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 vơ khác biệt với MPĐB, chất vật lí máy, quán 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 khơng qn tính (zero-inertia machine) cho MPBT, đáp ứng chúng hoàn toàn 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 dịng 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 cơng suất NMĐ NLTT với MPBT theo kiểu điều khiển bám theo cịn 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 việc điều khiển công 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 cơng suất tác dụng, cơng 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 ... điện hữu, thay đổi chất vật lí đưa vào công nghệ nguồn phát lượng tái tạo dần chiếm ưu điều kiện độ xâm nhập cao nhà máy phát từ lượng tái tạo hệ thống điện tương lai, Phần 02 trình bày chi tiết... 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. .. xâm nhập ngày cao vấn đề thời đặt tương lai hệ thống điện (HTĐ) phải có thay đổi đặc điểm để thích ứng với hồn cảnh TÁC ĐỘNG CỦA MỨC XÂM NHẬP NLTT CAO TRÊN LƯỚI Ba vấn đề liên quan đến việc xâm