Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới

Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn đề xuất giải pháp để đánh giá nâng cao ổn định ̣ thớ ng điê ̣n có tích hợp lương mặt trời Ninh Thuận dùng thiết bị bù tĩnh SVC đươ ̣c mô phỏng bằ ng phầ n mề m Matlab Để nâng cao độ ổn định động hệ thống thiết bị bù SVC đề xuất kết nối vào chung nối với hệ thống pin lượng mặt trời nhằm giảm dao động hệ thống Kết nghiên cứu luận văn sử dụng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu sinh, học viên cao học ngành Điện ứng du ̣ng tính toán thiế t kế lắ p đă ̣t ̣ thố ng pin mă ̣t trời nghiên cứu nâng cao khả điều khiển ổn định ̣ thố ng lưới điê ̣n có tích hơ ̣p lươ ̣ng mă ̣t trời v ABSTRACT The thesis has proposed the solution to improve the stability of the power system integrated with solar energy in Ninh Thuan province using static compensation SVC and simulated by Matlab software To improve the dynamic stability of the system, a proposed SVC will be connected to the common bus connected to the solar system to reduce system oscillations Research results of the thesis can be used as a reference for PhD students and graduate students in Electrical field in the application of calculation and installation of solar battery systems or research to improve control ability stabilize the grid system with integrated solar energy vi MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM TẠ iv TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ v ABSTRACT vi CÁC TỪ VIẾT TẮT xi DANH SÁCH HÌNH xii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu: 1.2 Tính cấp thiết đề tài, ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .3 1.3 Xác định mục đích nghiên cứu, khách thể đối tượng nghiên cứu 1.4 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Kế hoạch thực Chương ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 Các khái niệm .6 2.1.1 Hệ thống điện (HTĐ) chế độ HTĐ 2.1.1.1 Hệ thống điện (HTĐ) 2.1.1.2 Chế độ HTĐ 2.1.1.3 Yêu cầu chế độ HTĐ 2.1.2 Khái niệm ổn định HTĐ .8 2.1.2.1 Cân công suất .8 2.1.2.2 Khái niệm ổn định HTTĐ 10 2.1.3 Phân loại ổn định HTĐ 11 vii 2.1.3.1 Ổn định tĩnh 11 2.1.3.2 Ổn định động 12 2.2 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh 12 2.2.1 Tiêu chuẩn lượng .12 2.2.2 Phương pháp dao động bé 14 2.3 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định động 15 2.3.1 Phương pháp diện tích 15 2.3.2 Tiêu chuẩn cân diện tích 21 2.3.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định động 25 Chương 27 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ THIẾT BỊ BÙ SCV 27 3.1 Pin mặt trời 27 3.1.1 Giới thiệu pin mặt trời 27 3.1.2 Đặc tính làm việc pin mặt trời 28 3.1.3 Tấm lượng mặt trời 31 3.1.4 Cách ghép nối pin lượng mặt trời 32 3.1.5 Hệ quang điện làm việc với lưới 34 3.1.6 Các biến đổi hệ PV 35 3.2 Thiết bị bù tĩnh SVC .36 3.2.1 Nguyên tắc hoạt động .36 3.2.2 Mô hình SVC .37 Chương 39 MƠ PHỎNG LƯỚI ĐIỆN TỈNH NINH THUẬN TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI DÙNG PHẦN MỀM MATLAB .39 4.1 Hiện trạng lưới điện tỉnh Ninh Thuận 39 4.1.1 Thống kê lưới điện trạng 39 viii 4.1.2 Tình hình vận hành hệ thống điện 40 4.2 Kết nối hệ thống pin mặt trời vào lưới điện 110KV Ninh Thuận .43 4.3 Đánh giá độ ổn định hệ thống điện .45 4.3.1 Khi xạ thay đổi 45 4.3.2 Khi hệ cố xảy hệ thống 49 Chương 54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN .54 5.1 Kết luận 54 5.2 Hướng phát triển 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 ix CÁC TỪ VIẾT TẮT HTĐ: Electric power system – Hệ thống điện VSC: Voltage SourceConverter - Bộ chuyển đổi nguồn áp PMSG: Permanent-Magnet Synchronous Generator - Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu NLMT: Solar – Năng lươ ̣ng mă ̣t trời PSS: Power system stability - Độ ổn định hệ thống điện IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers–Viện kỹ sư Điện Điện tử DC-link: Direct Current link - Liên kết DC AC-Link: Alternating Current link - Liên kết AC UPFC: Unified Power Flow Controller - Bộ điều khiển dịng cơng suất hợp IPFC: Interline Power Flow Controller - Bộ điều khiển dịng cơng suất liên đường dây DC: Direct Current – Dòng điện chiều AC: Alternating Current – Dòng điện xoay chiều R: Resitance – Điện Trở I: Current – Dòng điện V: Voltage - Điện áp P: Power - Công suất tác dụng Q: Reactive power – Công suất phẩn kháng T: Moment – Mô men L: Reactor – Cuộn kháng C: Capacitor – Tụ điện TL: Transmition Line – Đường dây tải điện ω: Omega – Vận tốc góc Vs: Voltage sending end – Điện áp điểm đầu x Vr: Voltage receiving end – Điện áp điểm cuối xi DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 2.1: Hệ thống điện đơn giản sơ đồ tương đương…………………… .12 Hình 2.2: Miền làm việc ổn định hệ thống điện đơn giản (đậm)…………… 13 Hình 2.3: Mơ hình máy phát nối với vơ lớn .15 Hình 2.4: Biểu diễn hệ thống mơ hình máy phát cổ điển .15 Hình 2.5: Sơ đồ hệ thống sơ đồ thay ngắn mạch 17 Hình 2.6: Đồ thị đặc tính cơng suất 18 Hình 2.7: Sơ đồ tương đương hệ thống sau cắt ngắn mạch 18 Hình 2.8: Mối quan hệ góc – cơng suất 19 Hình 2.9: Đáp ứng thay đổi công suất .20 Hình 2.10: Sự cố ngắn mạch xảy F (a) mạch tương đương (b)……… .23 Hình 2.11: Minh họa tượng ổn định động .24 Hình 3.1: Đường đặt tính làm việc U – I pin mặt trời 28 Hình 3.2: Sơ đồ tương đương pin mặt trời 29 Hình 3.3: Sự phụ thuộc đặc trưng VA pin mặt trời vào cường độ xạ Mă ̣t trời 30 Hình 3.4: Sự phụ thuộc đường đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ pin 30 Hình 3.5: Đường đặc tính tải đặc tính pin mặt trời 31 Hình 3.6:Ghép nối tiếp hai môđun pin mặt trời (a)và đường đặc trưng VA môđun hệ (b) 32 Hình 3.7: Ghép song song hai mơđun pin mặt trời (a)và đường đặc trưng VA môđun hệ (b) 34 Hình 3.8: Sơ đờ khớ i của SCV ………… ……… .38 Hình 3.9: Sơ đờ điề u khiể n của SCV ……………………………………… 38 Hình 4.1: Sơ đờ lưới điê ̣n tin̉ h Ninh Thuâ ̣n…………………………………… .41 xii Hình 4.2: Sơ đồ nố i điê ̣n chính nhà máy điê ̣n mă ̣t trời BIM ……………… .42 Hình 4.3: Sơ đồ đơn tuyế n tin ̉ h Ninh Thuâ ̣n 110KV nố i vào ̣ thố ng pin lươ ̣ng mă ̣t trời kế t hơ ̣p SVC mơ phỏng .……….……………… … … 43 Hình 4.4: Sơ đồ lưới điện Ninh Thuận mô phần mềm Matlab … .44 Hình 4.5: Bức xa ̣ mă ̣t trời thay đở i …………………………………… .45 Hình 4.6: Dòng điê ̣n và điê ̣n áp của ̣ thớ ng điê ̣n mă ̣t trời ………………… .47 Hình 4.7: Điê ̣n áp ta ̣i các bus ̣ thớ ng ……………………………… 49 Hình 4.8: Dịng điện hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b) ………………………………… .50 Hình 4.9: Điện áp hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b)……………………………………… ………………… 51 Hình 5.0: Kết mơ cố ngắn mạch xảy hệ thống trường hợp SVC (đường xanh dương) có SVC (đường đỏ)……… … 53 xiii Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan hướng nghiên cứu: Nhu cầu lượng người thời đại khoa học kỹ thuật phát triển ngày tăng Trong nguồn lượng dự trữ than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên…đều có hạn, khiến cho nhân loại đứng trước nguy thiếu hụt Việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng lượng gió, lượng mặt trời, lượng địa nhiệt…là hướng quan trọng để phát triển nguồn lượng đó, vấn đề lượng mặt trời vấn đề trọng tâm chương trình lượng Mục tiêu chương trình nghiên cứu lượng mặt trời tiến tới phổ cập việc ứng dụng thiết bị lượng mặt trời kinh tế quốc dân cách hiệu Hướng đến sử dụng lượng để giảm thiểu nhiễm mơi trường lượng mặt trời có sẵn, siêu sạch, miễn phí thân thiện với mơi trường Tích hợp nguồn lượng mặt trời hòa với lưới điện xu hướng phát triển quốc gia giới nhằm khai thác triệt để nguồn lượng sạch, giảm thiểu môi trường phá hủy môi trường sinh thái Tuy nhiên, ̣ thớ ng tích hơ ̣p thường đươ ̣c áp du ̣ng hệ thố ng nhỏ, công suấ t vài chu ̣c mvar [1-4] Ngày nay, với sự phát triể n vươ ̣t bâ ̣c của khoa ho ̣c công nghê ̣, ̣ thớ ng tích hơ ̣p đươ ̣c triể n khai ứng du ̣ng có cơng ś t lớn, khoảng vài trăm mvar [5-6] Hơn nữa, việc hòa lưới kế t hơ ̣p với ng̀ n năng lươ ̣ng có cơng suấ t lớn từ nhà máy thủy điê ̣n, nhiệt điê ̣n xu hướng tấ t yế u Trong [7-8], năng lươ ̣ng gió, lươ ̣ng mă ̣t trời tích hơ ̣p với máy phát điê ̣n phân tán đươ ̣c nghiên cứu phầ n khẳ ng đinh ̣ đươ ̣c tính thiế t thực xu hướng Với những ̣ thớ ng phát điện tích hơ ̣p này, viê ̣c thiế t kế bô ̣ điề u khiể n nhằ m giảm dao động nâng cao đô ̣ ở n đinh ̣ hệ thớ ng đóng vai trị rấ t quan tro ̣ng Vì dao ̣ng có thể x́ t phát từ sự thay đở i liên tu ̣c, ngẫu nhiên của tố c đô ̣ gió, từ sự thay đở i cường ̣ của ánh sáng mă ̣t trời hay từ nhiễu tác đô ̣ng trực tiế p lên máy phát điê ̣n Trong đó, bơ ̣ đề xuất để cải thiện vấn đề cân cải thiện độ tin cậy hệ thống điện Thiết bị SVC đề xuất kết nối PCC (Bus 16) để cung cấp cơng suất phản kháng thích hợp cho hệ thống 4.3 Đánh giá độ ổ n đinh ̣ của ̣thố ng điêṇ 4.3.1 Khi xạ thay đổi Để đánh giá mức độ ảnh hưởng điện mặt trời vào lưới điện, phần tác giả tiến hành mô trường hợp xạ mặt trời thay đổi hình 4.4 Các kết điện áp dòng điện nhà máy điện mặt trời thể hình 4.5 Ngồi thơng số điện áp số nút thể hình 4.6 Từ kết ta thấy điện áp nút gần không đổi công suất hệ mặt trời thay đổi Điều giải thích nghịch lưu hệ thống điện mặt trời có tính điều khiển ổn định điện áp cho hệ thống Hình 4.5 Bức xạ mặt trời thay đổi 45 a b Dòng điện hệ thống điện mặt trời giây Dòng điện hệ thống điện mặt trời 0,05 giây 46 c d Điện áp hệ thống điện mặt trời giây Điện áp hệ thống điện mặt trời 0,5 giây Hình 4.6 Dòng điện điện áp hệ thống điện mặt trời 47 a Điện áp bus Ninh Sơn b Điện áp bus Thuận Bắc 48 c Điện áp bus Ninh Phước Hình 4.7 Điện áp bus hệ thống 4.3.2 Khi có cố xãy hệ thống Trong trường hợp ta xét đến khả ổn định hệ thống điện mă ̣t trời nối lưới có cố ngắn mạch xảy bus số 16 thời gian chu kỳ với xạ mặt trời số mức 750 W/m2 hình 4.7 Các kết dòng điện điện áp pha hệ thống điện mặt trời trình bày hình 4.8 Từ đáp ứng ta thấy rõ dao động hệ thống thời gian ngắn mạch Tuy nhiên hết ngắn mạch hệ thống ổn định với giá trị ban đầu Phần này, đáp ứng hệ thống so sánh trường hợp có khơng có SVC, ta thấy dao động hệ thống trường hợp có SVC cải thiện đáng kể so với trường hợp SVC 49 Hình 4.8a Hình 4.8b Hình 4.8 Dịng điện hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b) 50 Hình 4.9a Hình 4.9b Hình 4.9 Điện áp hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b) Các giá trị biên độ điện áp vài bus tiêu biểu trình bày hình 4.9 bao gồm bus Ninh Sơn, Thuận Bắc Ninh Phước Từ đáp ứng điện áp ta thấy độ sụt điện áp bus xa vị trí cố biên độ giao động giảm 51 Từ kết mơ ta thấy nối lưới điện mặt trời công suất lớn vào hệ thống kết hợp thiết bị SVC góp phần làm giảm dao động điện áp cho hệ thống tăng tính ổn định a Điện áp bus Ninh Sơn b Điện áp bus Thuận Bắc 52 c Điện áp bus Ninh Phước Hình 5.0 Kết mô cố ngắn mạch xảy hệ thống trường hợp khơng có SVC (đường xanh dương) có SVC (đường đỏ) 53 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Sau thời gian tìm tịi, học hỏi nghiên cứu, vận dụng kiến thức chuyên ngành tìm hiểu kiến thức bên dự án lươ ̣ng mă ̣t trời tương tự luận văn hoàn thành Tác giả đề xuất giải pháp nâng cao hiệu khả ổn định công suất hệ thống điện mă ̣t trời nối với lưới Trong bao gồm tổng quan lượng mặt trời,tìm hiểu hệ thống điện lượng mặt trời, mô phần mềm Matlab, đánh giá khả ổn đinh ̣ của ̣ thố ng điê ̣n huyện Ninh Phước, Tỉnh Ninh Thuận phát lên lưới điện Quốc gia 5.2 Hướng phát triể n Dựa kết mơ có, nội dung nghiên cứu phát triển theo hướng sau: Nghiên cứu ứng dụng mơ hình thật với quy mơ phịng thí nghiệm để đánh giá thực tế khả ổ n đinh ̣ của ̣ thớ ng lươ ̣ng mă ̣t trời Tìm giải pháp cải tiến tốt việc nâng cao khả điều khiển nghịch lưu hệ thống điện mặt trời có tính điều khiển ổn định điện áp cho hệ thống 54 TÀ I LIỆU THAM KHẢO [1].K Wang, F Ciucu, C Lin and S H Low, “A stochastic power network calculus for integrating renewable energy sources into the power grid,” IEEE Trans Elected Areas In Communications, vol 30, no 6, pp 1037-1047, Jul 2012 [2].S Bae and A Kwasinski, “Dynamic modeling and operation strategy for a microgrid with wind and photovoltaic resources,” IEEE Trans Smart Grid, vol PP, no 99, 2012 [3].T Hirose and H Matsuo, “Standalone hybrid wind-solar power generation system applying dump power control without dump load,” IEEE Trans Industrial Electronics, vol 59, no 2, pp 988-997, Feb 2012 [4].H Ghoddami, M B Delghavi, and A Yazdani, “An integrated windphotovoltaic- battery system with reduced power-electronic interface and fast control for grid-tied and off-grid applications,” Renewable Energy, vol 45, pp 128-137, Sept 2012 [5].H Lund, “Large-scale integration of optimal combinations of PV, wind and wave power into the electricity supply,” Renewable Energy, 2006, vol 31, no 4, pp 503- 515, Apr 2006 [6].D A Halamay, T K A Brekken, A Simmons, and S.McArthur, “Reserve requirement impacts of large-scale integration of wind, solar, and ocean wave power generation,”IEEE Trans.Sustainable Energy, vol 2, no 3, pp 321-328, Jul 2011 [7].S Sarkar and V Ajjarapu, “MW resource assessment model for a hybrid energy conversion system with wind and solar resources,” IEEE Trans Sustainable Energy, vol 2, no 4, pp 383-391, Oct 2010 55 [8].L A de Souza Ribeiro, O R Saavedra, S L de Lima, and J Gomes de Matos, “Isolated micro-grids with renewable hybrid generation: the case of Lenỗúis island, IEEE Trans Sustainable Energy, vol 2, no 1, pp 1-11, Jan 2011.
 [9].L Wang, K.-H Wang, W.-J Lee, and Z Chen, “Power-flow control and stability enhancement of four parallel-operated offshore wind farms using a linecommutated HVDC link,” IEEE Trans Power Delivery, vol 25, no 2, pp 11901202, Apr 2010 [10] Hồng Dương Hùng, Mai Vinh Hịa, Đồn Ngọc Hùng Anh, “Nghiên cứu hệ thống tích trữ lượng nhiệt mặt trời”, Tạp Chí Khoa Học Và Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng - Số 1(36).2010 [11] Ta ̣ Văn Đa, "Đánh giá tài nguyên khả năng khai thác năng lươ ̣ng gió lãnh thở Việt Nam", Báo cáo tổ ng kế t đề tài KHCN cấ p Bộ Hà Nội, 10-2006 [12.]Phan Mỹ Tiên, “Phân bớ tiề m năng năng lươ ̣ng gió lãnh thổ Việt Nam”, Luận án PTS Khoa ho ̣c Điạ lý - Điạ chấ t Hà Nội, 1994 [2].S Bae and A Kwasinski, “Dynamic modeling and operation strategy for a microgrid with wind and photovoltaic resources,” IEEE Trans Smart Grid, vol PP, no 99, 2012 [3].T Hirose and H Matsuo, “Standalone hybrid wind-solar power generation system applying dump power control without dump load,” IEEE Trans Industrial Electronics, vol 59, no 2, pp 988-997, Feb 2012 [4].H Ghoddami, M B Delghavi, and A Yazdani, “An integrated windphotovoltaic- battery system with reduced power-electronic interface and fast control for grid-tied and off-grid applications,” Renewable Energy, vol 45, pp 56 128-137, Sept 2012 [5].H Lund, “Large-scale integration of optimal combinations of PV, wind and wave power into the electricity supply,” Renewable Energy, 2006, vol 31, no 4, pp 503- 515, Apr 2006 [6].D A Halamay, T K A Brekken, A Simmons, and S.McArthur, “Reserve requirement impacts of large-scale integration of wind, solar, and ocean wave power generation,”IEEE Trans.Sustainable Energy, vol 2, no 3, pp 321-328, Jul 2011 [7].S Sarkar and V Ajjarapu, “MW resource assessment model for a hybrid energy conversion system with wind and solar resources,” IEEE Trans Sustainable Energy, vol 2, no 4, pp 383-391, Oct 2010 [8].L A de Souza Ribeiro, O R Saavedra, S L de Lima, and J Gomes de Matos, “Isolated micro-grids with renewable hybrid generation: the case of Lenỗúis island, IEEE Trans Sustainable Energy, vol 2, no 1, pp 1-11, Jan 2011.
 [9].L Wang, K.-H Wang, W.-J Lee, and Z Chen, “Power-flow control and stability enhancement of four parallel-operated offshore wind farms using a linecommutated HVDC link,” IEEE Trans Power Delivery, vol 25, no 2, pp 11901202, Apr 2010 [10] Hồng Dương Hùng, Mai Vinh Hịa, Đồn Ngọc Hùng Anh, “Nghiên cứu hệ thống tích trữ lượng nhiệt mặt trời”, Tạp Chí Khoa Học Và Công Nghệ, Đại Học Đà Nẵng - Số 1(36).2010 [11] Ta ̣ Văn Đa, "Đánh giá tài nguyên khả năng khai thác năng lươ ̣ng gió lãnh thở Việt Nam", Báo cáo tổ ng kế t đề tài KHCN cấ p Bộ Hà Nội, 10-2006 [12 ] Phan Mỹ Tiên, “Phân bố tiề m năng năng lươ ̣ng gió lãnh thở Việt Nam”, 57 Luận án PTS Khoa ho ̣c Điạ lý - Điạ chấ t Hà Nội, 1994 [13] J B Ekanayake and M Jenkins, “A three-level advanced static VAr compensator”, IEEE Trans Power Del., vol 11, no 1, pp 540–545, Jan 1996 [14] H Fujita, S Tominaga, and H Akagi, “Analysis and design of a DC voltage- controlled static VAr compensator using quad-series voltage-source inverters,” IEEE Trans Ind Appl., vol 32, no 4, pp 970–978, Jul./Aug 1996 58 58 ... nâng cao ổn định hệ thống điện Ninh Thuận có tích hợp lượng mặt trời 1.6 Kế hoạch thực Chương 1: Tổ ng quan Chương 2: Ổn định hệ thống điện Chương 3: Mơ hình tốn học hệ thống pin lươ ̣ng mặt trời. .. nguồn lượng mặt trời vào hệ thống có giao động, cần có biện pháp để khắc phục nhằm giảm giao động hệ thống Chính luận văn tác giả ngồi việc đánh giá ổn định hệ thống có kết hợp lượng mặt trời. .. 4.8: Dịng điện hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình b) ………………………………… .50 Hình 4.9: Điện áp hệ thống điện mặt trời trường hợp khơng có SVC (hình a) có SVC (hình