(Luận văn thạc sĩ) đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM TRUNG CHÍNH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG GIĨ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 SKC006096 Tp Hồ Chí Minh, tháng 03/2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM TRUNG CHÍNH ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG GIĨ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN THỊ MI SA Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 I LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Phạm Trung Chính Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 10/9/1984 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Số nhà 20/3, ấp An Hội A, xã An Thuận, huyện Thạnh Phú, tỉnh Bến Tre Điện thoại quan: 0916092426 Điện thoại nhà riêng: 0916092426 Fax: E-mail: trungchinhpcbtr@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo: từ 2002 đến 2004 Nơi học (trường, thành phố): Trường Cao Đẳng Bến Tre Ngành học: Điện công nghiệp Đại học: Hệ đào tạo: Vừa làm vừa học Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh Ngành học: Điện cơng nghiệp III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 11/2013 đến I LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2019 (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Trung Chính II LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn đến tất quý thầy cô giảng dạy chương trình cao học Kỹ thuật điện cho lớp KDD18A Tôi xin cảm ơn quý thầy góp ý, hướng dẫn nội dung chun đề tơi, để tơi hồn thiện luận văn cao học tốt Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Thị Mi Sa tận tình hướng dẫn tơi suốt thời gian thực luận văn Sau xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp gia đình tạo điều kiện tốt cho suốt trình học thực luận văn Do thời gian có hạn kinh nghiệm nghiên cứu khoa học chưa nhiều nên luận văn cịn nhiều thiếu sót, mong nhận ý kiến góp ý Thầy/Cơ anh chị học viên III TÓM TẮT Luận văn “Đánh giá ổn định hệ thống điện có tích hợp lượng gió” hồn thành với nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu ổn định hệ thống điện - Nghiên cứu dự án điện gió Bạc Liêu - Tìm hiểu thiết bị bù tĩnh SVC hệ Nghiên cứu ảnh hưởng SVC việc nâng cao ổn định thống điện có cố nghiêm trọng xảy Có thể kết luận từ kết mô rằng, thiết bị SVC ứng dụng hệ thống điện để nâng cao ổn định điện áp cho hệ thống đặc biệt hệ thống có kết nối với điện gió IV ABSTRACT The thesis “Assessment the stability of power systems integrated with wind power energy” has been completed with the following research contents: - - Research on power system stability - Research on Bac Lieu wind power project - Learn about SVC device Study the influence of SVC in improving stability in the power system when serious incidents occur It can be concluded from the simulation results that SVC devices can be applied in power systems to improve voltage stability for the system, especially systems connected to wind power V MỤC LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁCH HÌNH VẼ ix DANH SÁCH BẢNG BIỂU xi Chương MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ngồi nước 1.2 Tính cấp thiết 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Cách tiếp cận 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Đối tượng phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu: Chương ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG CÓ KẾT HỢP VỚI ĐIỆN GIÓ 2.1 Ổn định hệ thống điện 2.1.1 Khái niệm ổn định hệ thống điện 2.1.2 Các tiêu ổn định điện áp 11 2.2 Ảnh hưởng điện gió hệ thống điện ….14 2.2.1 Ảnh hưởng chung 14 2.2.2 Ảnh hưởng nguồn điện gió đến chất lượng điện 15 2.2.3 Ảnh hưởng nguồn điện gió đến điện áp lưới điện 19 Chương MÔ HÌNH TỐN HỌC HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG GIÓ SỬ DỤNG SVC 24 VI Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa 4.2 Mơ hệ thống điện gió Bạc Liêu: Trong phần này, tác giả tiến hành mơ hình hóa hệ thống điện Bạc Liêu phần mềm Matlab sử dụng công cụ Simulink Kết thể Hình 4.2 Nhiệt điện Cà Mau Điện Gió Bạc Liêu (DFIG) SVC Hình 4.2 Mơ tải hệ thống điện gió Bạc liêu Matlab Để khảo sát tính ổn định hệ thống tác động SVC việc nâng cao chất lượng điện lưới điện, phần tác giả tiến hành thực mô với cố xảy hệ thống điện 4.3 Kết mô hệ thống nghiên cứu: Kết mô cố ngắn mạch pha đường dây nối bus Long Mỹ Hồng Dân thời gian 2s cố ngắn mạch bus Bạc Liêu thời điểm 5s kéo dài chu kỳ Sự cố ngắn mạch pha loại cố nghiêm trọng xảy đường dây tải điện mà cần tim giải pháp khắc phục cách hiệu HVTH: Phạm Trung Chính Trang 47 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Hình 4.3 trình bày đáp ứng điện áp bus An Xuyên, Bạc Liêu, Ngọc Hiền Trà Nóc chưa có SVC nối vào hệ thống Có thể nhận thấy từ kết mô điện áp bus dao động nhiều 1.2 An xuyen (p.u.) 0.8 V 0.6 0.4 0.2 01 1.2 (p.u.) 0.8 V Bac lieu 0.6 0.4 0.2 01 1.2 Ngoc hien (p.u.) 0.8 0.6 V 0.4 0.2 01 c Điện áp bus Ngọc Hiền HVTH: Phạm Trung Chính Trang 48 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa 1.2 V Tra noc (p.u.) 0.8 0.6 0.4 0.2 d Điện áp bus Trà Nóc Hình 4.3 Đáp ứng điện áp bus chưa có SVC Nhằm cải thiện chất lượng điện áp bus hệ thống điện Bạc Liêu, tác giả đề xuất gắn thêm SVC vào bus Bạc Liêu Kết mô cố tương tự trường hợp cho hình Hình 4.4 Trong đó, đường màu xanh biển thể trường hợp chọn SVC chế độ điều khiển công suất phản kháng đường màu xanh trình bày đáp ứng điện áp SVC làm việc chế độ điều khiển điện áp 1.2 An xuyen (p.u.) 0.8 V 0.6 0.4 0.2 01 a Điện áp bus An Xuyên HVTH: Phạm Trung Chính Trang 49 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa 1.2 (p.u.) 0.8 V Bac lieu 0.6 0.4 0.2 1.4 (p.u.) 1.2 hien 0.8 V Ngoc 0.6 0.4 0.2 01 c Điện áp bus Ngọc Hiền Hình 4.4 Đáp ứng điện áp bus có SVC Từ kết trình bày đáp ứng điện áp bus An Xuyên, Bạc Liêu Ngọc Hiền ta dễ dàng nhận thấy độ dao động điện áp bus cố xảy cải thiện đáng kể Đặc biệt, đáp ứng hệ thống có SVC có độ vọt lố thời gian xác lâp tốt nhiều so với hệ thống khơng có kết nối SVC HVTH: Phạm Trung Chính Trang 50 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Đề tài trình bày việc cải thiện ổn định động hệ thống máy phát điện gió kết nối với hệ thống điện Bạc Liêu, Việt Nam Để cung cấp công suất phản kháng thích hợp cho hệ thống, thiết bị bù tĩnh SVC sử dụng kết nối chung hệ thống Kết so sánh miền thời gian với cố ngắn mạch pha chung thực để chứng minh hiệu SVC đề xuất việc hạn chế dao động hệ thống Có thể kết luận từ kết mô SVC đề xuất cho hệ thống điện gió Bạc Liêu có đặc điểm đáp ứng tốt để cải thiện độ ổn định hệ thống điều kiện vận hành xấu 5.2 Kiến nghị Đề tài phát triển theo hướng sau: - Chọn lựa dung lượng SVC cho tối ưu với hệ thống - Nghiên cứu, khảo sát hệ thống với việc sử dụng thiết bị khác họ FACTS để nâng cao khả hoạt động ổn định hệ thống HVTH: Phạm Trung Chính Trang 51 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai, Angelika Wasielke Chương trình dự án lượng gió GIZ: Tình hình phát triển điện gió khả cung ứng tài cho dự án Việt Nam 2012 [2] Quyết định số 39/2018/QĐ-TTg ngày 10/9/2018 Thủ Tướng Chính Phủ [3] 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 [4] 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 [5] 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 [6] 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 [7] 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 [8] 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 [9] S Sarkar and V Ajjarapu, “MW resource assessment model for a hybrid energy conversion system with wind and solar resources,” IEEE Trans HVTH: Phạm Trung Chính Trang 52 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Sustainable Energy, vol 2, no 4, pp 383-391, Oct 2010 [10] 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 [11] 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 line-commutated HVDC link,” IEEE Trans Power Delivery, vol 25, no 2, pp 1190-1202, Apr 2010 [12] 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 [13] Tạ Văn Đa, "Đánh giá tài nguyên khả khai thác lượng gió lãnh thổ Việt Nam", Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Bộ Hà Nội, 10-2006 [14] Phan Mỹ Tiên, “Phân bố tiềm năng lượng gió lãnh thổ Việt Nam”, Luận án PTS Khoa học Địa lý - Địa chất Hà Nội, 1994 [15] P Kundur, Power System Stability and Control, New York: McGrawHill, 1994 [16] S M Muyeen, R Takahashi, T Murata, and J Tamura, “A variable speed wind turbine control strategy to meet wind farm grid code requirements,” IEEE Trans Power Systems, vol 25, no 1, pp 331-340, 2010 [17] N P W Strachan and D Jovcic, “Stability of a variable-speed permanent magnet wind generator with weak AC grids,” IEEE Trans Power Delivery, vol 25, no 4, pp 2779-2788, 2010 [18] S Zhang, K.-J Tseng, D M Vilathgamuwa, T D Nguyen, and X.-Y Wang, “Design of a robust grid interface system for PMSG-based wind turbine generators,” IEEE Trans Industrial Electronics, vol 58, no 1, pp 316-328, HVTH: Phạm Trung Chính Trang 53 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa 2011 [19]L Wang, D.-N Truong, “Stability improvement of a DFIG-based offshore wind farm fed to a multi-machine power system using a static VAR compensator”, in IEEE Proc Industry Applications Society Annual Meeting (IAS), 7-11 Oct 2012, pp 1-7 [20] L Wang and D.-N Truong, “Dynamic stability improvement of four parallel-operated PMSG-based offshore wind turbine generators fed to a power system using a STATCOM,” IEEE Transactions on Power Delivery, vol 28, no 1, pp 111-119, Jan 2013 [21] L Wang and D.-N Truong, “Stability enhancement of a power system with a PMSG-based and a DFIG-based offshore wind farms using an SVC with an adaptive-network-based fuzzy inference system,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 60, no 7, pp 2799-2807, Jul 2013 [22]Gilbert M Masters, Stanford University; Wiley Renewable and Efficient Electric Power Systems [23]Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex, France Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator [24]Erickson, Al-Naseem, University of Colorado Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application [25]Hee-Sang Ko, Gi-Gab Yoon, Won-Pyo Hong, 2008; “Active Use of DFIGBased Variable-Speech Wind-Turbine for Voltage Regulation,” IEE transactions on industry applications , vol.44, no.6, November 2008 [26]H Chaal, “A Chemical Reactor Benchmark For Adaptive Control Using Umodel And NARMA-L2 Techniques,” International Conference on Control, HVTH: Phạm Trung Chính Trang 54 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Automation and Systems, ICCAS '07, Seoul, pp.2871 – 2875, October 2007 [27] R S Pena, “Vector control strategies for a doubly-fed induction generator driven by a wind turbine,” Ph.D dissertation, Dept Electrical Engineering, Univ Nottingham, Nottingham, U.K., 1996 [28] L M Fernandez, C A García, F Jurado, and J R Saenz, “Aggregation of doubly fed induction generators wind turbines under different incoming wind speeds,” in Proc IEEE PowerTech Conference, Petersburg, Russia, Jun 2730, 2005, pp.1-6 [29] S Heier, Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems, Chichester, UK: Wiley & Sons, 1998 [30] Z Lubosny, Wind Turbine Operation in Electric Power Systems, New York, USA: Springer, 2003 [31] F Mei and B Pal, “Modal analysis of grid-connected doubly fed induction generators,” IEEE Trans Energy Conversion, vol 22, no 3, pp 728-736, Sep 2007 [32] N Mohan, Advanced Electric Drives, Minneapolis, MN, USA: MNPERE, 2001 [33] J Zhang, M Cheng, Z Chen, and X Fu, “Pitch angle control for variable speed wind turbines,” in Proc the 3rd International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, Nanjing, China, Apr 6-9, 2008, pp 2691-2996 [34] Công ty Cổ phần Super Wind Energy Cơng Lý Bạc Liêu [35] Trương Đình Nhơn, Phạm Văn Hiệp, Ứng dụng thiết bị bù ngang (SVC) để nâng cao độ ổn định động máy phát điện gió nguồn đơi (DFIG) kết nối với lưới điện Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, số 29, tr 44, 2014 HVTH: Phạm Trung Chính Trang 55 ... khơng hệ thống điện tan rã 2.1.2 Các tiêu ổn định điện áp [15] Để đánh giá mức độ ổn định điện áp nhằm đảm bảo chất lượng điện năng, cần xác định tiêu ổn định điện áp Có nhiều tiêu đánh giá ổn định. .. thống lượng gió HVTH: Phạm Trung Chính Trang Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Chương ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG CÓ KẾT HỢP VỚI ĐIỆN GIÓ 2.1 Ổn định hệ thống điện 2.1.1 Khái niệm ổn định hệ thống. .. cứu: Chương ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG CÓ KẾT HỢP VỚI ĐIỆN GIÓ 2.1 Ổn định hệ thống điện 2.1.1 Khái niệm ổn định hệ thống điện 2.1.2 Các tiêu ổn định điện áp