Phân tích ổn định điện áp cho hệ thống điện có xét đến nguồn năng lượng gió

Phân tích ổn định điện áp trong hệ thống điện

Sơ đồ hệ thống điện IEEE 14 nút và thông số

Các dòng dữ liệu cần thiết cho việc mô phỏng được đưa ra trong bảng dưới đây : Bảng 4. Bên cạnh đó chúng ta còn có thông số của máy phát điện gió DFIG (hình 5.13). Tham khảo tài liệu hướng dẫn chỉnh định PSAT chúng ta sẽ hiểu thêm về các mô hình PSAT.

Kiểm tra kết quả mô phỏng và phân tích ổn định điện áp các trường hợp.

Kiểm tra kết quả mô phỏng và phân tích ổn định điện áp các trường hợp đề ra

Nhận xét: Mặc dù sự cố thoáng qua trên đường dây 2 – 4 theo như khảo sát đã không ảnh hưởng nhiều đến hệ thống điện, nhưng phần nào đã ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của hệ thống như hình 4.25, 4.26 nhưng nếu ở tình trạng lưới điện đang duy trì tải ở mức gần với định mức của các nguồn phát thì sự cố thoáng qua sẽ là một nguy cơ rất lớn góp phần làm rã hệ thống điện. Sinh hồ quang gây phát nóng cục bộ, làm giảm cách điện, sinh ra lực cơ khí lớn làm hư hỏng các thiết bị xung quanh, gây sụt áp lưới ảnh hưởng đến chất lượng điện năng như hình 4.31, gây mất ổn định hệ thống ảnh hưởng đến an ninh mạng như hình 4.32, tạo các phần tử gây nhiễu từ các dòng điện bất đối xứng ảnh hưởng đến chất lượng điện năng, làm gián đoạn cung cấp điện cho tải tiêu thụ. Nhận xét: Bất kỳ sự cố ngắn mạch nào trên thanh cái đều là những sự cố cực kỳ nghiêm trọng đối với các thanh cái mang tải nhỏ và ít quan trọng thì không ảnh hưởng đến toàn hệ thống, nhưng ở đây ta đang xét đến thanh cái 2 là thanh cái có kết nối với nguồn phát và là điểm nút quan trọng trong kết nối lưới.

Nhận xột: Nếu như sự cố ngắn mạch trờn thanh cỏi 2 được duy trỡ thỡ rừ ràng hệ thống do bị mất cân bằng năng lượng dẫn đến sụp đỗ điện áp gây rã lưới hoàn như hình 4.38, 4.39 để cứu vãn được hệ thống thì lúc này người ta cài đặt những rơ le sa thải phụ tải theo điện áp hoặc sa thải phụ tải theo tần số những đường dây không quan trọng hoặc những đường dây không có tính cấp thiết để có thể vực dậy điện áp duy trì hệ thống điện ở những điểm nút quan trọng như hình 4.40 với mục đích giảm tổn thất đáng kể đóng góp tiết kiệm một khối lượng tổn thất về mặt kinh tế lớn. Một đặc điểm cũng dễ nhận thấy là: khi mô tả điện gió như một nguồn phát công suất tác dụng thì khi công suất phát càng gia tăng sẽ đồng nghĩa với việc công suất phản kháng mà WP nhận về từ hệ thống càng tăng như hình 4.45, điều này sẽ gây giảm điện áp ở các nút lân cận và làm tăng nguy cơ mất ổn định điện áp. Nhận xét: Khi tăng tải 30% thì biên độ điện áp dao động từ 1.045 pu xuống 0.97 pu, quá trình quá độ dao động mạnh và không thể trở về trạng thái xác lập nguyên nhân do điện áp lúc này đã vượt quá ngưỡng điều khiển của DFIG và nguồn gió này không có bộ ổn định điện áp AVR đáp ứng cho việc điều chỉnh điện áp trong phạm vi nhỏ dẫn đến sau khi xác lập điện áp vẫn dao động.

Nhận xét: Cần khảo sát thêm công suất phản kháng truyền trên đường dây 2- 4 như hình 4.58 để xem chuyện gì xảy ra khi ngắt đường dây 2-4 ra khỏi hệ thống ro ràng sau quá trình quá độ công suất phản kháng của việc kết nối gió thì công suất trên đường dây hoàn toàn bằng 0 pu tại thời điểm 5s trở đi. Chính vì hệ thống điện đang kết nối vòng với nhau nên ta khảo sát thêm công suất phản kháng truyền đi trên nhánh 4-5 như hình 4.59 sau khi tác động sự cố ngắt đường dây 2-4 ra khỏi hệ thống lúc này hệ thống đã phân bố lại công suất để chuyển trạng thái xác lập khác. Nhận xét: Khi sự cố ngắn mạch tại nút 2 khoảng thời gian 5s đến 5.5s lúc này một điều đáng ngạc nhiên là nút số 2 cũng là nút kết nối nguồn gió điều đó làm cho hệ thống có thể khôi phục như lúc ban đầu khác hẳn với sự cố ngắn mạch tại nút 2 khi chưa có kết nối nguồn gió như hình 4.61 vì đơn giản khi chưa có nguồn gió máy phát đồng bộ tại nút 2 đã phát vào cho hệ thống 1 lượng Q đáng kể cho đến khi bị ngắn mạch thì 1 số nút lân cận đã bị thiếu hụt Q dẫn đến sụp đổ điện áp làm cho nút đó không thể khôi phục.

Trong khi hệ thống có nguồn gió DFIG kết nối vào nút số 2 do tình trạng thiếu hụt Q của nguồn gió nên các nút lân cận đã phải nhận Q thêm từ nút cân bằng nên khi bị sự cố các nút lân cận vẫn đủ Q để có thể duy trì trong thời gian 0.5s và sau đó nhờ vậy đã khôi phục hệ thống như lúc ban đầu. Nhận xột: Nếu như sự cố ngắn mạch trờn thanh cỏi 2 được duy trỡ thỡ rừ ràng hệ thống do bị mất cân bằng năng lượng hoàn toàn dẫn đến sụp đỗ điện áp gây rã lưới hoàn như hình 4.65, 4.66 để cứu vãn được hệ thống thì lúc này người ta cài đặt những rơ le sa thải phụ tải theo điện áp hoặc sa thải phụ tải theo tần số những đường dây không quan trọng hoặc những đường dây không có tính cấp thiết để có thể vực dậy điện áp duy trì hệ thống điện ở những điểm nút quan trọng như hình 4.67 sau đó tách nguồn điện áp gió ra khỏi nút 2 và cho tái lập lại ngay khi mọi việc đã ổn thỏa.

Mô hình động cơ đồng bộ bậc VI

Hệ thống điều khiển mô hình DFIG phía rotor

Bộ chuyển đổi rotor-phía lưới được sử dụng để kiểm soát điện áp đầu ra tuabin gió và các điện áp đo tại thiết bị đầu cuối trên lưới. Năng lượng đầu ra phụ thuộc và tốc độ gió đầu vào, và được thể hiện trên những đường cong của hình A.1. Bộ điều khiển điện áp đầu cuối được thiết kế để kiểm soát để duy trì một giá trị điện áp không đổi, như vậy các thiết bị đầu cuối của Hệ thống DFIG có thể được mô hình hóa như một bus PV theo một tốc độ gió đặc biệt.

Đối với các bộ điều khiển phía Roto các trục tọa độ d-q sử dụng luân phiên để chuyển đổi sao cho phù hợp với lượng không khí qua cánh quạt. Như trong hình A.2a, điện áp cuối đường dây, được so sánh với điện áp tham chiếu, sau đó, các sai biệt sẽ được giảm về 0 bằng bộ điều chỉnh điện áp (AC Voltage Regulator), ngừ ra là Idr_ref. Như trong hình A.2b, Ploss là công suất tổn hao, sẽ được cộng với công suất ngừ ra.

Bộ điều chỉnh cụng suất (Power Regulator) sẽ giảm thiểu những sai lệch, ngừ ra sẽ là Iqr_ref. Sau đú, bộ điều khiển PI trong khối Process sẽ giảm sai lệch của Iqr_ref và Iqr, ngừ ra sẽ là Vqr. Tín hiệu điện áp này sẽ được đưa trở về hệ thống như tín hiệu điều khiển điện áp.

Điều khiển mô hình DFIG phía lưới

Một bộ điều khiển PI được sử dụng để giảm sai lệch giữa Vdc và Vdc_ref. Idgc là dòng điện pha của lưới được dùng để điều khiển dòng công suất. Sau đó, dòng điện trong vòng lặp điều chỉnh dòng sẽ điều khiển độ lớn và góc pha điện áp đầu cực máy phát bởi bộ chuyển đổi Cgrid, … Vgc.

Bộ điều chỉnh dòng điện được hỗ trợ bởi các tín hiệu phản hồi dự báo bởi điện áp ra của bộ Cgrid.

Phân bố công suất cho hệ thống điện IEEE 14 nút

Phân bố công suất cho hệ thống điện IEEE 14 nút khi giảm 30% tải

Phân bố công suất cho hệ thống điện IEEE 14 nút khi giảm 50% tải

Phân bố công suất cho hệ thống điện IEEE 14 nút khi tăng 30% tải

Phân bố công suất cho hệ thống điện IEEE 14 nút khi tăng 50% tải