(Luận văn thạc sĩ) nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN THỦY NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỊA LƯỚI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN SKC 0 2 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄ N VĂN THỦY NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HỊA LƯỚI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 1780685 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN THỦY NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 1780685 Hướng dẫn khoa ho ̣c: TS NGUYỄN THI ̣MI SA Tp Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2019 ii LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN THỦY Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/3/1984 Nơi sinh: Nghê ̣ Tĩnh Quê quán: Xóm 5B Mỹ Thịnh, Hưng My,̃ Hưng Nguyên, Nghê ̣ An, Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 816/9 tổ 16, khóm Đông Phú, phường Đông Xuyên, TP.Long Xuyên, An Giang Điện thoại quan: 02963 989 247 Điện thoại nhà riêng: 0942.678.219 Fax: E-mail: nguyenvanthuybvsn@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2003 đến 2006 Nơi học (trường, thành phố): Trung Ho ̣c Kinh Tế -Kỹ Thuâ ̣t An Giang Ngành học: Điê ̣n Nông Thôn Đại học: Hệ đào tạo: Ta ̣i Chức Thời gian đào tạo từ 2006 đến 2010 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đa ̣i Ho ̣c Sư Pha ̣m Kỹ Thuâ ̣t-TPHCM Ngành học: Điê ̣n Công Nghiê ̣p Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2017 đến 2019 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật-TPHCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên luận văn: Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp lượng mặt trời hòa lưới Ngày & nơi bảo vệ luận văn: 27/4/2019 Bến Tre Người hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Mi Sa i III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 01/12/2011 Nhân viên phòng HCQT-Bê ̣nh viê ̣n đế n đa khoa trung tâm An Giang Kỹ sư điê ̣n 10/4/2016 Từ 10/4/2016 Nhân viên phòng TCHC-Bê ̣nh viê ̣n đế n Sản Nhi An Giang ii Kỹ sư điê ̣n LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 02 tháng 03 năm 2019 Người cam đoan Nguyễn Văn Thủy iii LỜI CẢM TẠ Sau sáu tháng nghiên cứu, làm viê ̣c khẩ n trương, đươ ̣c sự đô ̣ng viên, giúp đỡ và hướng dẫn của Cô giáo TS Nguyễn Thi ̣Mi Sa luâ ̣n văn với đề tài “ Nâng cao ổ n đinh ̣ HTĐ có kết hơ ̣p lươ ̣ng mă ̣t trời hòa lưới” đã hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biế t ơn sâu sắ c đế n: Cô giáo hướng dẫn TS Nguyễn Thi ̣ Mi Sa lời cảm ơn chân thành và sâu sắ c Cảm ơn Cô đã dành nhiề u thời gian hướng dẫn, giám sát, chia sẻ nhiề u kinh nghiê ̣m và ta ̣o điề u kiê ̣n tố t nhấ t để tác giả hoàn thành luâ ̣n văn này Tác giả xin cảm ơn các Thầ y, Cô khoa đào ta ̣o Sau đa ̣i ho ̣c thuô ̣c bô ̣ môn Kỹ thuâ ̣t điê ̣n Trường Đa ̣i ho ̣c SPKT TP.HỒ CHÍ MINH đã tâ ̣n tin ̀ h giảng da ̣y, trang bi ̣ cho em kiế n thức bổ ích thời gian tác giả theo ho ̣c ta ̣i trường cũng quá triǹ h nghiên cứu thực hiê ̣n luâ ̣n văn Xin cảm ơn tấ t cả ba ̣n bè đã đô ̣ng viên, góp ý, giúp đỡ tác giả rấ t nhiề u quá trình ho ̣c tâ ̣p và thực hiê ̣n luâ ̣n văn Tác giả luâ ̣n văn Nguyễn Văn Thủy iv 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 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 Dịng 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 khơng có 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 mơ 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 ̣ thố 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 Cơng 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”, 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 Cơng 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”, 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 ... PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄ N VĂN THỦY NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 1780685 Tp Hồ Chí Minh, tháng... PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN THỦY NÂNG CAO ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 1780685 Hướng dẫn khoa ho ̣c:... 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