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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TẤN PHÁT ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 SKC006097 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 TRẦN TẤN PHÁT ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 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: Trần Tấn Phát Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 25/02/1984 Nơi sinh: Bến Tre Quê quán: Bến Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 99B, Khu phố 1, Phường Phú Tân, TP Bến Tre, tỉnh Bến Tre Điện thoại quan: 0962525262 Điện thoại nhà riêng: 0962525262 Fax: E-mail: tanphatdlbt@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Chính 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 Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng năm 2019 (Ký tên ghi rõ họ tên) Trần Tấn Phát II LỜI CẢM ƠN Trước tiên, 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 cô 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 suốt thời gian thực luận văn Sau xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp gia đình ln tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q 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 Đề tài đánh giá ổn định hệ thống điện hệ máy bus có tích hợp lượng mặt trời Hệ thống điện mặt trời luận văn tác giả có cơng suất lớn, thay hồn tồn máy phát điện chạy lượng truyền thống gồm nhiệt điện hay thủy điện Các kết tính tốn mô phỏng miền tần số miền thời gian trình bày để chứng minh tính khả thi hịa lưới hệ thống điện mặt trời cơng suất lớn IV ABSTRACT The thesis evaluates the stability of the power system including machines bus integrated with solar energy The solar power system has a large capacity, can completely replace traditional energy-powered generators including thermoelectricity or hydropower Calculating and simulation results in the frequency domain and time domain are also presented to prove the feasibility of integrating a large-capacity solar power system into power grid 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 ix DANH SÁCH HÌNH VẼ x DANH SÁCH BẢNG BIỂU 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: 1.3 Xác định mục đích nghiên cứu, khách thể đối tượng nghiên cứu: .3 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 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 2.1.2.1 Cân công suất 2.1.2.2 Khái niệm ổn định HTĐ 10 2.1.3 Phân loại ổn định HTĐ 11 2.1.3.1 Ổn định tĩnh 11 VI 2.1.3.2 Ổn định động 11 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 MƠ HÌNH TỐN HỌC CỦA HỆ THỐNG 27 3.1 Cấu hình hệ thống: 27 3.1.1 Cấu hình hệ thống: 27 3.1.2 Mơ hình hệ thống máy bus 30 3.2 Mơ hình hệ thống pin lượng mặt trời 34 3.2.1 Tổng quan pin mặt trời 34 3.2.2 Đặc tính làm việc pin mặt trời 35 3.2.3 Tấm lượng mặt trời 38 3.2.4 Cách ghép nối pin lượng mặt trời 39 3.2.5 Hệ quang điện làm việc với lưới 42 3.2.6 Các biến đổi hệ PV 42 3.2.7 Mơ hình PV nghiên cứu 43 Chương ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 46 4.1 Đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện có tích hợp lượng mặt trời 46 4.2 Đánh giá ởn định động hệ thống có tích hợp lượng mặt trời 48 4.2.1 Ngắn mạch ba pha 48 4.2.2 Sự thay đổi xạ mặt trời 50 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 54 5.1 Kết luận 54 5.2 Hướng phát triển 54 VII Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Do đó, giá trị riêng hệ thống vịng mở xác định từ phương trình đặc trưng sau: det( sI − A) = Trong đó, I ma trận nhận dạng có kích thước A giá trị s thỏa mãn phương trình (4.3) giá trị riêng hệ thống nghiên cứu vòng lặp mở Các giá trị riêng hệ thống cho bảng 4.1 Hệ thống pin lượng mặt trời giả sử phát công suất tối đa Trong trường hợp này, tác giả xuất trị riêng hệ thống nghiên cứu hai trường hợp: hệ thống máy bus cổ điển, gồm máy phát điện G1-G3 theo thông số cho bảng 3.1 chương hệ thống máy bus kết hợp lượng mặt trời máy phát G2 thay hệ thống pin lượng mặt trời có cơng suất tương đương Kết từ bảng 4.1 cho thấy tất giá trị riêng hệ thống đặt hoàn toàn nửa bên trái mặt phẳng phức với độ giảm chấn tương đối cao Đồng thời, so sánh trị riêng trường hợp thay máy phát số hệ thống pin lượng mặt trời, trị riêng hệ thống đạt độ ổn định tĩnh theo lý thuyết Lyaponov Bảng 4.1 Trị riêng hệ thống nghiên cứu Trị riêng Λ1,2 Hệ thống máy bus Λ3,4 (G1 G3) Λ5,6 Λ7,8 HVTH: Trần Tấn Phát Trang 48 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Λ9,10 Λ11,12 Λ13,14 Λ15,16 Λ17,18 Λ19,20 Λ17,18 Λ19,20 PV system Λ21,22 4.2 Đánh giá ổn định động hệ thống có tích hợp lượng mặt trời Phần đánh giá trạng thái ổn định động hệ thống nghiên cứu điều kiện nhiễu loạn khác Hệ thống nghiên cứu so sánh hai trường hợp: hệ thống máy bus cổ điển, gồm máy phát điện G1-G3 theo thông số cho bảng 3.1 chương hệ thống máy bus kết hợp lượng mặt trời máy phát G2 thay hệ thống pin lượng mặt trời có cơng suất tương đương Các điều kiện nhiễu loạn xem xét cho hệ thống nghiên cứu bao gồm: (a) Lỗi ngắn mạch ba pha (b) Sự thay đổi xạ mặt trời Các kết mô phỏng chương thực cách sử dụng chương trình MATLAB/SIMULINK Các mơ hình SIMULINK hệ thống nghiên cứu xây dựng dựa phương trình phi tuyến thiết lập Chương HVTH: Trần Tấn Phát Trang 49 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa 4.2.1 Ngắn mạch ba pha Các đáp ứng hệ thống minh họa Hình 3.1 với thời gian mơ phỏng 7s hệ thống bị cố ngắn mạch pha bus Áp dụng ngắn mạch ba pha bus A t = 1s kết thúc lúc 1.1s Các đáp ứng hệ thống hình 4.1 cho thấy hệ thống máy bus có tích hợp lượng mặt trời bus số cơng suất có biên độ dao động thấp thời gian phục hồi trạng thái ban đầu tốt trường hợp máy bus truyền thống xảy cố Lý việc hệ thống lượng mặt trời có giải thuật điều khiển điều khiển hình 3.8 có đáp ứng nhanh so với điều chỉnh điện áp tự động AVR truyền P bus (MW) σ3 (deg) thống máy phát điện đồng HVTH: Trần Tấn Phát Trang 50 GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa VA (pu) Q G2 (Mvar) Luận văn Thạc sĩ (d) Điện áp bus A Hình 4.1 Đáp ứng hệ thống có ngắn mạch pha bus 4.2.2 Sự thay đổi xạ mặt trời: Các hệ thống lượng mặt trời-PV hoạt động hết công suất thời gian ngắn ngày, sẽ hợp lý xem xét trường hợp tải phần Do đó, trường hợp này, hệ thống lượng mặt trời-PV vận hành mức tải 90% (mỗi pin sẽ tạo công suất tối đa khoảng 400 kW), thời gian thay đổi xạ mô phỏng hệ thống chọn từ 5s Các đáp ứng hệ thống minh họa hình 4.2 v ới thời gian mô phỏng 20s hệ thống bị thay đổi xạ đột ngột HVTH: Trần Tấn Phát Trang 51 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Các đáp ứng hệ thống hình 4.2 cho thấy hệ thống máy bus có tích hợp lượng mặt trời bus số vận hành mức tải 90% đáp ứng tốt có điều chỉnh cơng suất phát từ máy phát lại 74 70 1P (pu) 72 68 10 12 14 16 18 20 t (s) (a) Công suất tác dụng máy phát số 140 bus2 P (MW) 180 170 160 150 140 10 t (s) 12 14 16 18 20 (b) Công suất tác dụng nhánh số 100 95 3P (pu) 90 85 80 75 10 t (s) 12 14 16 18 (c) Công suất tác dụng máy phát số HVTH: Trần Tấn Phát Trang 52 20 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa 30 Q (Mvar) 20 10 -10 -20 (f) Công suất phản kháng máy phát số HVTH: Trần Tấn Phát Trang 53 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa (g) Điện áp số (h) Điện áp số (i) Điện áp số Hình 4.2 Đáp ứng hệ thống xạ mặt trời thay đổi HVTH: Trần Tấn Phát Trang 54 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Kết luận Đề tài trình bày đánh giá ởn định hệ thống điện hệ máy bus có tích hợp lượng mặt trời Hệ thống điện mặt trời luận văn tác giả có cơng suất lớn, thay hồn tồn máy phát điện chạy lượng truyền thống gồm nhiệt điện hay thủy điện Các kết tính tốn mơ phỏng miền tần số miền thời gian trình bày để chứng minh tính khả thi hịa lưới hệ thống điện mặt trời công suất lớn Từ kết mơ phỏng, ta thấy rằng, thay máy phát điện chạy lượng truyền thống hệ thống điện điển hình máy bus, hệ thống điện mặt trời tích hợp hồn tồn đáp ứng tốt hệ thống bị nhiễu loạn xạ mặt trời thay đổi 5.2 Kiến nghị Đánh giá hệ thống điện tích hợp lượng mặt trời công suất lớn cho hệ thống điện thực tế Việt Nam HVTH: Trần Tấn Phát Trang 55 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa TÀI 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 HVTH: Trần Tấn Phát Trang 56 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Nguyễn Thị Mi Sa [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 line-commutated HVDC link,” IEEE Trans Power Delivery, vol 25, no 2, pp 1190-1202, Apr 2010 [10] Hồng Dương Hùng, Mai Vinh Hịa, Đồn Ngọc Hùng Anh, “Nghiên cứu hệ thống tcíh trữ lượng nhiệt mặt trời”, Tạp Ch íKhoa Học Và Cơng Nghệ, Đại Học Đà Nẵng - Số 1(36).2010 [11] Tạ Văn Đa, "Đánh giá tài nguyên khả khai thác lượng gió lãnh thở Việt Nam", Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp Bộ Hà Nội, 10-2006 [12 ] Phan Mỹ Tiên, “Phân bố tiềm năng lượng gió lãnh thở Việt Nam”, Luận án PTS Khoa học Địa lý - Địa chất Hà Nội, 1994 [13] Quyết định số 11/2017/QĐ-CP ngày 11/4/2017 Thủ tướng Chính phủ chế khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam [14] Quyết định 39/2015/TT-BCT ngày 18/11/2015 Bộ Công thương việc quy định hệ thống lưới điện phân phối./ [15] P Kundur, Power System Stability and Control, New York: McGrawHill, 1994 HVTH: Trần Tấn Phát Trang 57 ... ĐIỆN CĨ TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 46 4.1 Đánh giá ổn định tĩnh hệ thống điện có tích hợp lượng mặt trời 46 4.2 Đánh giá ởn định động hệ thống có tích hợp lượng mặt trời ... tích hợp nguồn lượng mặt trời thành điện cung cấp nguồn lượng tái tạo hịa vào lưới điện điển hình Hệ thống điện điển hình thường dùng đánh giá ởn định hệ thống điện gồm máy bus có tích hợp lượng. .. nghiên cứu đánh giá tác động hệ thống điện tích hợp vào hệ thống nhằm đảm bảo hệ thống điện vận hành ổn định liên tục điều tất yếu Trong [7-8] lượng gió, lượng mặt trời tích hợp với máy phát điện