7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.3.6. Tính tốn theo tốc độ giĩ trung bình với tuabin giĩ cĩ tích hợp khớp ly
hợp điện từ
Các tính tốn ở mục này thực hiện với kiểu tuabin giĩ cĩ thể được sản xuất trong tương lai. Nhằm mục đích xem xét khả năng ứng dụng của loại này cho lưới cơ lập.
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 1 2 3 4 5 0 25 50 75 100 125 Pt (kW) Tuabin:2 MW Nw lapdat (may) P1 /P t ( % ) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 1 2 3 4 5 0 25 50 75 100 125 Pt (kW) Tuabin:1.5 MW Nw lapdat (may) P1 /P t ( % ) (a) (b) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 1 2 3 4 5 6 0 25 50 75 100 125 Pt (kW) Tuabin:1.2 MW Nw lapdat (may) P1 /Pt ( % ) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 1 2 3 4 5 6 7 0 25 50 75 100 125 Pt (kW) Tuabin:1 MW Nw lapdat (may) P1 /Pt ( % ) (c) (d) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 1 2 3 4 5 6 7 8 0 25 50 75 100 125 Pt (kW) Tuabin:0.8 MW Nw lapdat (may) P1 /P t ( % ) 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2 4 6 8 10 12 0 25 50 75 100 125 Pt (kW) Tuabin:0.5 MW Nw lapdat (may) P1 /P t ( % ) (e) (f)
Hình 5.16 Tỷ lệ P1/Pt theo số lượng tuabin giĩ cĩ tích hợp EMC ứng với mức cơng suất (a) 2MW; (b) 1,5MW; 1,2MW; (d) 1MW; (e) 0,8MW; (f) 0,5MW.
Từ kết quả ở Hình 5.16 cho thấy rằng nên lắp đặt tối đa là 3 tuabin giĩ 2 MW, hoặc 4 tuabin giĩ 1,2; hoặc 5 tuabin giĩ 1,5 MW, hoặc 6 tuabin giĩ 1 MW, hoặc 7 tuabin giĩ 0,8 MW, hoặc 11 tuabin giĩ 0,5 MW. Vì thế, các phân tích tiếp theo chỉ khảo sát đến giới hạn về số lượng đã nêu với một số mức cơng suất phổ biến.
Với kết quả thể hiện ở Hình 5.17 cho thấy khi lắp đặt tuabin giĩ cĩ tích hợp EMC với các mức cơng suất khác nhau thì đều nhận được lợi ích kinh tế tối đa như nhau. Do vậy, nếu diện tích lắp đặt tuabin giĩ trên đảo là một giới hạn quan trọng thì theo kết quả trên Hình 5.19 nên lựa chọn 3 tuabin giĩ 1,2÷2 MW (vì cĩ mức sản xuất điện năng tối đa trên 100% so với tổng điện năng tiêu thụ), cịn ngược lại cĩ thể chọn nhiều tuabin giĩ cơng suất nhỏ. Nhưng so sánh với mức điện năng trạm điện giĩ cung cấp trực tiếp cho phụ tải (Hình 5.18) thì nên lựa chọn 3 tuabin giĩ 1,5÷2 MW.
Đồng thời kết quả khảo sát ở đây cịn cho thấy nên lắp đặt 3 tuabin giĩ 1,5 MW để cĩ hiệu quả cao nhất. Vì trường hợp này cĩ số lượng tuabin giĩ lắp đặt ít nhất mà vẫn đạt tỷ lệ sản xuất điện năng lớn nhất và cả chỉ số hiệu quả khai thác trên mỗi tuabin (Hình 5.19).
0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 100 105 110 115 120 Pt (kW) Pw N (MW) P1 /Pt ( % ) 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (A1-Adsdc)/At (%) Nwlapdat WT 2.0MW WT 1.5MW WT 1.2MW WT 1.0MW WT 0.8MW WT 0.5MW 116.5 %
Hình 5.17 Mặt cong giới hạn mức thâm nhập điện giĩ tối đa với tuabin giĩ cĩ tích hợp EMC.
Hình 5.18 So sánh các loại tuabin giĩ cĩ tích hợp EMC trên phương diện tỷ lệ điện năng trạm điện
giĩ cung cấp trực tiếp cho phụ tải (A1 – Adsdc) so với At khi vận hành ở tốc độ giĩ 9m/s với phụ tải
của ngày 02/07/2014. 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A1/At (%) Nwlapdat WT 2.0MW WT 1.5MW WT 1.2MW WT 1.0MW WT 0.8MW WT 0.5MW 116.5 % 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 A1/Nw (pu) Nwlapdat WT 2.0MW WT 1.5MW WT 1.2MW WT 1.0MW WT 0.8MW WT 0.5MW (a) (b)
Hình 5.19 (a) So sánh các loại tuabin giĩ trên phương diện tỷ lệ A1/At khi vận hành ở tốc độ giĩ 9m/s với phụ tải của ngày 02/07/2014; (b) So sánh các loại tuabin giĩ trên phương diện hiệu quả sản xuất điện năng
của mỗi tuabin giĩ.
5.4. Tổng kết chƣơng
Các kết quả đạt được trong chương:
1. Đề xuất phương pháp tính tốn xác định trạm điện giĩ ph hợp với trạm điện diesel đã cĩ ở v ng cơ lập.
2. Khuyến nghị về việc lắp đặt trạm điện giĩ cho các v ng cơ lập tương tự như đảo Phú Quý:
* Nếu lắp đặt các tuabin giĩ loại DFIG, chọn cơng suất tuabin 1 MW trở xuống là hiệu quả nhất, khi đĩ tỷ lệ điện năng của trạm điện giĩ cĩ thể đạt 84,59%At.
* Nếu lựa chọn tuabin giĩ kiểu D sử dụng SG hoặc PMSG thì nên lắp đặt 4 tuabin 1 MW, theo đĩ tỷ lệ điện năng của trạm điện giĩ lên đến 87,6% At.
* Hơn nữa, nếu trong tương lai loại tuabin giĩ tích hợp EMC được sản xuất thì sử dụng 3 tuabin giĩ loại này với cơng suất 1,5 MW là tốt nhất (A1max=116,5% At).
* Trong điều kiện hiện nay nên lựa chọn tuabin giĩ kiểu D sử dụng SG hoặc PMSG. Lựa chọn này cho phép khai thác tốt tài nguyên giĩ, giảm tiêu tốn diesel và bảo vệ mơi trường.
* Cũng theo khảo sát trong chương này cho thấy tuabin giĩ kiểu D sử dụng SCIG cĩ hiệu quả kém nhất, cĩ mức thâm nhập kém hơn cả kiểu DFIG. Như vậy khơng nên lựa chọn loại này cho việc xây lắp trạm điện giĩ trên các đảo.
* Trong trường hợp đã đầu tư trạm điện giĩ như hiện nay ở Phú Quý, nên vận hành theo giải pháp vận hành mà luận án đã đề xuất để sử dụng năng lượng giĩ tốt hơn.
* Khuyến nghị ứng dụng phương pháp tính tốn đã đề xuất làm chương trình cố vấn cho việc lựa chọn trạm điện giĩ ở các v ng cơ lập khác.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Chủ đề xuyên suốt tồn bộ luận án hướng đến mục tiêu nâng cao mức thâm nhập điện giĩ của hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel trong lưới cơ lập, cụ thể là: bắt đầu từ tổng quát về hệ thống phát điện hỗn hợp này (Chương 1), khái quát lý thuyết và đề xuất giải pháp nâng cao mức thâm nhập điện giĩ cĩ xét đến các điều kiện ràng buộc trong vận hành (Chương 2), xây dựng mơ hình đánh giá về khả năng vận hành ổn định (Chương 3), xây dựng mơ hình đánh giá hiệu quả của giải pháp đề xuất (Chương 4); từ bài học kinh nghiệm đối với các hệ thống đã cĩ, luận án đề xuất phương pháp tính tốn xác định trạm điện giĩ ph hợp với trạm điện diesel đã cĩ ở v ng cơ lập nhằm tối đa lợi ích kinh tế trong vận hành nhưng lại giảm thấp chi phí đầu tư (Chương 5).
Những kết quả đạt được của luận án:
1. Trên cơ sở các cơng trình nghiên cứu trước luận án đã tổng hợp một cách khái quát về hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel trong lưới cơ lập; Phân tích các đặc tính kỹ thuật của tuabin giĩ sử dụng DFIG và đặc tính của máy phát đồng bộ trong trạm điện diesel; Nghiên cứu phân tích cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel.
2. Nghiên cứu mơ hình hĩa hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel:
* Luận án đã tổng hợp và kế thừa các nghiên cứu trước để lập mơ hình tốn ứng với các chế độ vận hành.
* Đề xuất thuật tốn điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel khơng cĩ thiết bị phụ trợ trong lưới cơ lập: tính tốn phân phối cơng suất tác dụng, cơng suất phản kháng, số lượng máy phát cần vận hành trong các trạm điện theo hướng khai thác tối đa khả năng của trạm điện giĩ.
* Luận án đã đề xuất cấu trúc tuabin giĩ chuyên dụng cho lưới cơ lập. Từ đĩ, đề xuất phương thức vận hành hiệu quả hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel trong lưới cơ lập với tuabin giĩ cĩ tích hợp EMC.
3. Nghiên cứu điều kiện vận hành ổn định hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel: Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tĩnh của hệ thống: điện kháng truyền tải; khả năng phát cơng suất phản kháng của các máy phát; Yếu tố ảnh hưởng đến ổn định quá độ: khả năng cắt nhanh của các máy cắt.
Các khuyến nghị đối với hệ thống phát điện hỗn hợp ở đảo Phú Quý: * Đối với các thiết bị truyền tải phải cĩ điện kháng tổng nhỏ hơn 0,518 pu;
* Trạm điện giĩ phải phát cơng suất phản kháng ph hợp với khả năng của loại tuabin giĩ (V80–2MW cho phép phát cơng suất phản kháng với cosφS1=0,98);
* Thiết lập thời gian cắt ngắn mạch trên các máy cắt đầu nguồn phải nhỏ hơn 173 ms đối với phía trạm điện diesel, 500 ms đối với phía trạm điện giĩ;
* Lắp đặt thêm tụ b để nâng cao tính ổn định của hệ thống, giảm lượng cơng suất phản kháng phải phát của trạm điện diesel, giảm tổn thất cơng suất, giảm sụt áp.
4. Nghiên cứu bài tốn áp dụng các giải pháp vận hành đã đề xuất trên đối tượng là hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel ở Phú Quý:
* Áp dụng thuật tốn điều khiển đã đề xuất cho kết quả đạt mức thâm nhập điện giĩ trung bình 80% Pt, mức thâm nhập tối đa 89,159% Pt;
* Mơ phỏng và tính tốn thử nghiệm với tuabin giĩ cĩ tích hợp EMC cho kết quả cĩ thể đạt mức thâm nhập điện giĩ 100% Pt vào lúc giĩ mạnh hoặc phụ tải thấp mà vẫn đảm bảo chất lượng điện năng tốt, tiêu tốn ít nhiên liệu diesel vào giờ cao điểm hoặc lúc giĩ yếu.
5. Đề xuất thuật tốn và chương trình tính tốn xác định trạm điện giĩ ph hợp với lưới cơ lập đã cĩ trạm điện diesel: xác định cơng suất tuabin và số lượng tuabin với các loại tuabin giĩ khác nhau.
Khuyến nghị về việc lắp đặt trạm điện giĩ cho các v ng cơ lập tương tự như đảo Phú Quý:
* Nếu lắp đặt các tuabin giĩ DFIG cĩ cơng suất khơng quá 1,0 MW thì tỷ lệ điện năng của điện giĩ cĩ thể đạt 84,59% At;
* Nếu lựa chọn tuabin giĩ kiểu D sử dụng SG hoặc PMSG thì nên lắp đặt 4 tuabin 1,0 MW, tỷ lệ điện năng của điện giĩ cĩ thể đạt 87,6% At;
* Nếu sử dụng loại tuabin giĩ cĩ tích hợp EMC thì nên lựa chọn 3 tuabin 1,5 MW (A1max=116,5% At);
Trong điều kiện hiện nay nên d ng tuabin giĩ kiểu D sử dụng SG hoặc PMSG.
Đĩng gĩp khoa học của luận án
Với các nội dung đã trình bày cĩ thể khẳng định các đĩng gĩp khoa học của luận án như sau:
1. Phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel trong lưới cơ lập.
2. Đề xuất cấu trúc điều khiển chung và thuật tốn vận hành ph hợp cho hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel khơng cĩ thiết bị phụ trợ trong lưới cơ lập nhằm nâng cao mức thâm nhập điện giĩ mà vẫn thỏa mãn các điều kiện ràng buộc trong vận hành. Bên cạnh đĩ luận án cũng đã đề xuất giải pháp sử dụng tuabin giĩ cĩ tích hợp EMC để đạt mức thâm nhập điện giĩ 100 %Pt mà vẫn đảm bảo chất lượng điện năng.
3. Đề xuất thuật tốn xác định trạm điện giĩ ph hợp nhất với trạm điện diesel đã cĩ ở v ng cơ lập. Số lượng và cơng suất tuabin giĩ được xác định theo mục đích khai thác tối đa nguồn năng lượng giĩ với chi phí đầu tư thấp.
Kiến nghị hƣớng nghiên cứu tiếp theo
Đề nghị các cơ quan chủ quản các trạm điện giĩ tạo điều kiện cho người nghiên cứu được tiếp cận và cĩ thể triển khai ứng dụng các giải pháp mới.
Tiếp tục nghiên cứu các giải pháp nhằm nâng cao hơn nữa mức thâm nhập điện giĩ, giảm chi phí nhiên liệu diesel đến mức tối thiểu.
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
1. Lê Thái Hiệp, Nguyễn Duy Khiêm, Nguyễn Thế Cơng, Lê Văn Doanh (2014) “Giải
pháp kỹ thuật để nâng cao tính ổn định của hệ thống điện hỗn hợp giĩ – diesel cấp nguồn cho các đảo”. Hội nghị khoa học và cơng nghệ Điện lực tồn quốc 2014, Đà Nẵng, Việt Nam, tháng 11, trang 226-236.
2. Lê Thái Hiệp, Dỗn Văn Đơng, Nguyễn Thế Cơng, Lê Văn Doanh (2014) “Phân
tích ổn định tĩnh hệ thống điện hỗn hợp giĩ – diesel trên đảo Phú Quý”. Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, số 11(84), quyển 2, trang 24-28.
3. Lê Thái Hiệp, Nguyễn Duy Khiêm, Nguyễn Thế Cơng, Lê Văn Doanh (2015) “Tính
tốn lượng cơng suất phát cực đại của trạm điện giĩ trong hệ thống điện hỗn hợp giĩ – diesel trên đảo Phú Quý”. Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ các trường Đại học kỹ thuật, số 104, trang 6-10.
4. Le Thai Hiep, Nguyen Duy Khiem, Nguyen The Cong, Le Van Doanh (2015) “The
suitable determination the number and capacity of wind turbines connected to the diesel power station in Phu Quy Island”. Journal of Science & Technology technical universities, no. 107, pp. 36-41.
5. Lê Thái Hiệp, Nguyễn Thế Cơng, Lê Văn Doanh (2015) “Tích hợp khớp ly hợp điện
từ vào tuabin giĩ nhằm tăng mức độ thâm nhập của điện giĩ trong lưới cơ lập”. Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ các trường Đại học kỹ thuật, số 108, trang 19-25.
6. Lê Thái Hiệp, Đồn Đức T ng, Nguyễn Thế Cơng, Lê Văn Doanh (2015) “Điều
khiển hệ thống phát điện hỗn hợp giĩ – diesel trong lưới cơ lập theo hướng tối đa hĩa mức thâm nhập điện giĩ”. Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, số 11(96), quyển 2, trang 53-57.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng Việt :
[1] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Ph ng Quang, (2005) “Các thuật tốn phi tuyến trên cơ sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức giĩ”. The 6th Vietnam Conference on Automation (6th VICA), tr. 545– 550.
[2] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Ph ng Quang, (2006) “Kết quả thực nghiệm điều khiển máy điện khơng đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức giĩ áp dụng phương pháp thiết kế phi tuyến backstepping”. Tự động hố ngày nay, tháng 12/2006, tr. 3–12.
[3] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Ph ng Quang, (2007) “Vấn đề khử sai lệch tĩnh và các kết quả thực nghiệm về áp dụng các thuật tốn phi tuyến trên cơ sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức giĩ”. Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ các trường đại học, no. 59, tr. 39–44. [4] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Ph ng Quang, (2007) “Điều khiển máy điện dị bộ nguồn
kép trong hệ thống phát điện chạy sức giĩ với bộ điều khiển dịng thích nghi bền vững trên cơ sở kỹ thuật Backstepping”. Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ - Đại học Thái Nguyên, vol. 1, no. 3, tr. 115–120.
[5] Cơng ty TNHH 1TV năng lượng tái tạo Điện lực Dầu khí Việt Nam, Cơng ty điện lực Bình Thuận, (2012) Qui trình phối hợp vận hành hỗn hợp giĩ – diesel trên đảo Phú Quý. PC Bình Thuận, Bình Thuận.
[6] Đặng Danh Hoằng, Nguyễn Ph ng Quang, (2012) “Điều khiển phi tuyến hệ thống phát điện chạy sức giĩ sử dụng máy phát khơng đồng bộ nguồn kép trên cơ sở hệ thụ động Euler - Lagrange và Hamilton”. Tạp chí tin học và điều khiển học, vol. 28, no. 1, tr. 9–19.
[7] Dự án Năng lượng Giĩ GIZ, (2012) Tình hình phát triển điện giĩ và khả năng cung ứng tài chính cho các dự án ở việt nam. Dự án Năng lượng Giĩ GIZ, Hà Nội.
[8] Dự án Năng lượng Giĩ GIZ/MoIT, (2011) Thơng tin về năng lượng giĩ ở Việt Nam. Dự án Năng lượng Giĩ GIZ/MoIT, Hà Nội.
[9] Lã Văn Út, (2011) Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[10] Nguyễn Ph ng Quang, (1996) Phương pháp điều khiển máy điện khơng đồng bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức giĩ. Cơng ty Windtech, Vưlkermarkt.
[11] Nguyễn Ph ng Quang, (1998) “Máy điện dị bộ nguồn kép d ng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức giĩ: Các thuật tốn điều chỉnh đảm bảo phân ly giữa momen và hệ số cơng suất”. Tuyển tập VICA 3, tr. 413–437, 1998.
[12] Nguyễn Ph ng Quang, (2007) Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ phát điện bằng sức giĩ cĩ cơng suất 10-30kW phù hợp với điều kiện Việt Nam. Chủ nhiệm đề tài cấp NN mã số KC.06.20CN, nghiệm thu 2007 tại ĐH Bách Khoa Hà Nội.
[13] Nguyễn Thị Mai Hương, (2012) Sách lược điều khiển nhằm nâng cao tính bền vững trụ lưới của hệ thống phát điện chạy sức giĩ sử dụng máy điện khơng đồng bộ nguồn kép. Đại học Thái Nguyên, Việt Nam.