Trong hệ thống nghiên cứu, tốc độ gió cơ bản và tốc độ giật ngẫu nhiên luôn luôn giả định trong suốt thời gian mô phỏng. Hình 6.5 mô phỏng sự thay đổi tốc độ gió, một tín hiệu gió có tốc độ gió mạnh với đỉnh là 3 m / s được thêm vào ở t = 5 s nên tốc
Hình 6.4 Đáp ứng của hệ thống khi thay đổi tải
6.4.i. Độ lệch góc pha điện áp
0 2 4 6 8 10 12 0.7803 0.7804 0.7805 0.7806 0.7807 0.7808 0.7809 0.781 t(s) (p .u ) without PID with PID
79
độ gió tăng từ 12 m/s lên 15 m / svà tại t = 15 s thì tốc độ gió giảm xuống 11 m/s, tốc độ gió trở về 12 m / s ở t = 20 s.
Các phản ứng động của hệ thống nghiên cứu theo các biến đổi tốc độ gió được thể hiện trong hình 6.6.
Hình 6.5 Mô hình thay đổi tốc độ gió thay đổi
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 10.5 11 11.5 12 12.5 13 13.5 14 14.5 15 15.5 t(s) V w (m /s ) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 t (s) P sg (p .u ) without PID with PID
6.6.a. Công suất tác dụng SG
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 t (s) Q s g ( p .u ) without PID withPID 6.6.b. Công suất phản kháng SG
80 6.6.d. Tốc độ SG 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.998 0.999 1 1.001 1.002 1.003 1.004 t (s) s g ( p .u ) without PID with PID 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 1.035 1.04 1.045 1.05 1.055 1.06 t(s) V s g ( V ) without PID with PID 6.6.c.Điện áp SG 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 t (s) V s( p .u ) without PID with PID
81
Với trường hợp hình 6.6.c và 6.6.e, lúc đầu khi tốc độ gió ổn định 12 m/s, điện áp của SG cũng như DFIG ổn định. Tại thời điểm t = 5s tốc độ gió tăng lên 15 m/s thì điện áp của SG (DFIG) dao động mạnh và khi tốc độ gió giảm thì hệ thống dần trả về trạng thái xác lập, tại thời điểm t = 15s tốc độ gió giảm đến 11 m/s trong trường hợp không có PID thì điện áp dao động mạnh và trả về trạng thái xác lập tại t = 20s, trường hợp có PID thì hệ thống ít dao động và trả về trạng thái xác lập ở t = 17s. Tương tự với các trường hợp còn lại, thấy rằng SSSC kết hợp PID có thể nâng cao hiệu quả giảm dao động của hệ thống nghiên cứu theo các biến động của tốc độ gió.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0.5 1 1.5 2 2.5 t (s) P s (p .u ) without PID withPID
6.6.f.Công suất DFIG
82
Chương 7
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 7.1Kết luận
Luận văn này đã sử dụng một thiết bị SSSC để đạt được sự cải tiến tính ổn định của một hệ thống điện bao gồm một nhà máy điện dựa trên SG thông thường được tích hợp với một trang trại gió dựa trên DFIG. Hệ thống nghiên cứu được kết nối với mạng lưới điện thông qua hai đường truyền song song, trong đó có một thiết bị SSSC đề xuất dùng để điều khiển dòng điện.
Ngoài ra, phương pháp phân cực đã áp dụng cho việc thiết kế bộ điều khiển giảm dao động PID cho SSSC cải tiến độ ổn định của hệ thống nghiên cứu. Mô phỏng các phản ứng động của hệ thống nghiên cứu với các điều kiện nhiễu loạn khác nhau như nhiễu mô men, biến đổi tốc độ gió, thay đổi đối với tải, lỗi ngắn mạch ba pha vv...
Từ kết quả thu được, có thể kết luận rằng khi sử dụng SSSC có thể cải thiện độ dao động của hệ thống. Tuy nhiên, khi SSSC kết hợp với bộ điều khiển giảm dao động PID thì mức độ giảm dao động hiệu quả hơn.
7.2Hướng phát triển của đề tài
Hệ thống nghiên cứu sử dụng SSSC có thiết kế bộ điều khiển PID để cải thiện tính năng giảm dao động của hệ thống một cách hiệu quả và do đó đạt được sự ổn định của hệ thống. Tuy nhiên, luận văn có thể mở rộng theo nhiều hướng như sau :
a) Mở rộng cho một hệ thống điện có trang trại gió dựa trên DFIG được kết nối với một hệ thống điện đa máy thay vì một máy.
b) Tín hiệu đầu vào cho bộ điều khiển giảm dao động SSSC là độ lệch công suất P được thay bằng các tín hiệu khácchẳng hạn như độ lệch điện áp V hoặc độ lệch dòng điện I và có sự so sánh mức độ tối ưu của việc sử dụng tín hiệu nào.
83
c) Thiết kế các bộ điều khiển giảm dao động khác cho SSSC như bộ điều khiển phản hồi trạng thái, bộ điều khiển mờ, bộ điều khiển tối ưu, vv...
d) Việc sử dụng các thiết bị FACTS khác thay thế SSSC như SVEC, UPFC ... e) Thay thế các nguồn NLTT khác kết nối với lưới thay vì chỉ có các trại gió như các hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng, các hệ thống phát điện thủy triều, chuyển đổi năng lượng nhiệt biển đại dương, các hệ thống quang điện (PV) ...
7.3 Ứng dụng của đề tài vào hệ thống điện Việt Nam
Theo nghiên cứu của Ngân hàng Thế giới (WB), Việt Nam có tiềm năng về phát triển điện gió lớn nhất trong khu vực, vượt qua Lào, Campuchia và Thái Lan. Trữ lượng gió của Việt Nam ước tính đạt 513.360 MW, gấp hơn 6 lần tổng công suất ước tính của toàn ngành Điện vào năm 2020. Nghiên cứu của WB còn cho thấy 8,6% diện tích đất liền của Việt Nam rất giàu tiềm năng, thuận lợi cho việc lắp đặt các tuabin gió lớn. Con số tương ứng của Campuchia là 0,2%, Lào là 2,9% và Thái Lan là 0,2%[32]. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong khi đó, Tổ chức Năng lượng Thế giới (IEA) dự báo rằng, gió trên đất liền sẽ là một trong những nguồn năng lượng thay thế nhanh chóng nhất so với các nguồn năng lượng khác như điện than, địa nhiệt hay điện hạt nhân. Tuy nhiên, trong tổng số 50 dự án điện gió đăng ký đầu tư ở Việt Nam, mới chỉ có duy nhất 4 dự án có tổng công suất 159,2 MW đã vận hành thương mại đó là dự án Nhà máy Điện gió Bạc Liêu do Công ty TNHH Xây dựng - Thương mại và Du lịch Công Lý làm chủ đầu tư, quy mô 62 tuabin, công suất 99,2 MW, điện năng sản xuất khoảng 320 triệu kWh/năm, dự án Tuy Phong (Bình Thuận) của Công ty Cổ phần Năng lượng Tái tạo (REVN) đã hoàn thiện việc lắp đặt 20 tuabin gió với tổng công suất 30 MW, Dự án Điện gió trên đảo Phú Quý (Bình Thuận) có quy mô nhỏ, với 3 trụ gió công suất 6 MW và Dự án Điện gió Phú Lạc của Công ty Cổ phần Phong Điện Thuận Bình (Bình Thuận) với công suất 24 MW [32].
84
Việt Nam đang đứng trước cơ hội đẩy nhanh chương trình phát triển điện gió, khi có được công nghệ năng lượng tái tạo của GE theo tinh thần Bản ghi nhớ giữa Tập đoàn GE với Bộ Công Thương. Mục tiêu của cả hai phía Việt Nam và GE là đến năm 2025, xây dựng ít nhất 1.000 MW công suất từ các dự án điện gió, đủ để cung cấp cho khoảng 1,8 triệu dân Việt Nam. Một phần thỏa thuận này đã được hiện thực hóa bằng việc, tháng 9/2016, GE đã ký biên bản hợp tác với nhà phát triển năng lượng tái tạo Mainstream Renewable Power, thực hiện một số dự án nhà máy điện gió tại Việt Nam[32].
Bài báo [33] đã dẫn chứng ứng dụng thiết bị đồng bộ kiểu tĩnh SSSC vào hệ thống điện thực tế đó là nâng cao ổn định của lưới điện Hà Tiên – Phú Quốc sử dụng thiết bị đồng bộ kiểu tĩnh SSSC[33]. Ở bài báo này, để nâng cao tính ổn định của hệ thống tác giả đã thiết kế bộ điều khiển mờ thích nghi (ANFIS), quan sát kết quả ta thấy rằng khi hệ thống có những nhiễu loạn xảy ra, trường hợp các bộ điều khiển có hệ số giảm chấn tốt hơn.
Từ những dẫn chứng nêu trên cho thấy khả năng phát triển nguồn năng lượng gió vào hệ thống điện tại Việt Nam rất khả quan và do đó trong tương lai ứng dụng của đề tài thật hữu ích nhằm khai thác tích cực hơn nguồn năng lượng ổn định từ năng lượng gió để cung cấp đầy đủ hơn cho nhu cầu tiêu thụ cũng như giảm khai thác các nguồn năng lượng truyền thống .
85
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Thông tin về năng lượng gió tạo Việt Nam, http://gizenergy.org.vn/media/ app/media/Bao%20cao%20nghien%20cuu/Information_on_wind_energy_in_vi
etnam_VIE revised_final 19072011.pdf, [truy cập ngày05/12/2016].
[2] PGS.TS Nguyễn Hoàng Việt , “Ngắn mạch và ổn định trong hệ thống điện”.
[3] C. P. Steinmetz, “Power control and stability of electric generating stations,” Trans. AIEE, vol. 39, no. 2, pp. 1215-1287, Jul. 1920.
[4] P. Kundur, J. Paserba, V. Ajjarapu, G. Andersson, A. Bose, C. Canizares, N. Hatziargyiou, D. Hill, A. Stankovic, C. Taylor, T. Cutsem, and V. Vittal, “Definition and classification of power system stability” IEEE Trans. PowerSystems, vol. 19, no. 2, pp. 1387-1401, May 2004.
[5] L. Gyugyi, ‘Unified power-flow control concept for flexible AC transmission systems” IEE Proceedings - Generation, Transmission - Distribution, vol. 139, no. 4, pp. 323-331, Jul. 1992.
[6] D. P. He, C. Y. Chung, and Y. Xue, “An eigenstructure-based performance index and its application to control design for damping inter-area oscillations in power systems,” IEEE Trans. Power Systems, vol. 26, no. 4, pp. 2371 -2380, Nov. 2011.
[7] N. G. Hingorani and L. Gyugyi, Understanding FACTS: Concepts and Technology of Flexible AC Transmission Systems, New York, USA: IEEE Press, 2000.
[8] X.-P. Zhang, C. Rehtanz, and B. Pal, Flexible AC Transmission Systems: Modelling and Control, Berlin, Germany: Springer, 2006.
[9] Z. Miao, L. Fan, D. Osborn, and S. Yuvarajan, “Control of DFIG-based wind generation to improve interarea oscillation damping,” IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 24, no. 2, pp. 415-422, June 2009.
86
[10] Phan Thị Thanh Bình, Nguyễn Thụy Mai Khanh, Nguyễn Ngọc Âu ,“Phân tích tĩnh ổn định điện áp khi có máy phát điện gió DFIG”, Tạp chí phát triển KH&CN, tập 19, số K5-2016.
[11] G. Tsourakis, B. M. Nomikos, and C. D. Vournas, “Effect of wind parks with doubly fed asynchronous generators on small-signal stability,” Electric Power Systems Research, vol. 79, no. 1, pp. 190-200, Jan. 2009.
[12] H. F. Wang, “Design of SSSC damping controller to improve power system oscillation stability,” in Proc. 1999 IEEE AFRICON, vol. 1, pp. 495-500.
[13] M. S. Castro, H. M. Ayres, V. F. da-Costa, and L. C. P. da-Silva, “Impacts of the SSSC control modes on small-signal and transient stability of a power system,”
Electric Power Systems Research, vol. 77, no. 1, pp. 1-9, Jan. 2007.
[14] Luận văn Thạc sĩ: “Đánh giá ổn định hệ thống điện tích hợp năng lượng gió dùng bộ điều khiển luồng công suất mở rộng GUPFC”Nguyễn Văn Qúi, trường ĐHSPKT TPHCM, 2015.
[15] Nguyễn Trung Hiếu, Trương Đình Nhơn, Nguyễn Thị Mi Sa,“Nghiên cứu ứng dụng SSSC trong điều khiển ổn định hệ thống điện”, trường ĐHSPKT TPHCM.
[16] I. Erlich, J. Kretschmann, J. Fortmann, S. Mueller-Englhardt, and H. Wrede, “Modeling of wind turbines based on doubly-fed induction generators for power sys- tem stability studies,” IEEE Trans. Power Systems, vol. 22, no. 3, pp. 909-919, Aug. 2007.
[17] S. Heier, Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems, Chichester: John Wiley & Sons, 1998.
[18] N. W. Miller, W. W. Price, and J. J. Sanchez-Gasca, “Dynamic modeling of GE 1.5 and 3.6 wind turbine-generators,” GE-Power System Energy Consulting, pp. 1-31, Oct. 2003.
87
[19] J. G. Slootweg, H. Polinder, and W. L. Kling, “Dynamic modelling of a wind turbine with doubly fed induction generator,” in Proc. 2001 IEEE Power Engineering Society Summer Meeting, vol. 1, pp. 644-649. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[20] L. Yang, G. Y. Yang, Z. Xu, Z. Y. Dong, K. P. Wong, and X. Ma, “Opti- mal controller design of a doubly-fed induction generator wind turbine system for small signal stability enhancement,” IET Generation, Transmission & Distribution, vol. 4, no. 5, pp. 579-597, May 2010.
[21] B. C. Pal and F. Mei, “Modelling adequacy of the doubly fed induction generator for small-signal stability studies in power systems,” IET Renewable Power Generation, vol. 2, no. 3, pp. 181-190, Sep. 2008.
[22] F. Wu, X.-P. Zhang, K. Godfrey, and P. Ju, “Small signal stability analysis and optimal control of a wind turbine with doubly fed induction generator,” IET Gen- eration, Transmission & Distribution, vol. 1, no. 5, pp. 751-760, Sep. 2007.
[23] 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.
[24] P. Kundur, “Power System Stability and Contro”, New York: McGraw-Hill, 1994.
[25] Y. Lei, A. Mullane, G. Lightbody, and R. Yacamini, “Modeling of the wind turbine with a doubly fed induction generator for grid integration studies,” IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 21, no. 1, pp. 257-264, Mar. 2006.
[26] J. B. Ekanayake, L. Holdsworth, and N. Jenkins, “Comparison of 5th order and 3rd order machine models for doubly fed induction generator (DFIG) wind tur- bines,” Electric Power Systems Research, vol. 67, no. 3, pp. 207-215, Dec. 2003.
[27] L. M. Fernandez, C. A. Garcia, and F. Jurado, “Comparative study on the performance of control systems for doubly fed induction generator (DFIG) wind tur- bines operating with power regulation”, vol. 33, no. 9, pp. 1438-1452, Sep. 2008.
88
[28] L. Holdsworth, X. G. Wu, J. B. Ekanayake, and N. Jenkins, “Direct solu- tion method for initialising doubly-fed induction wind turbines in power system dy- namic models,” IEE Generation, Transmission & Distribution, vol. 150, no. 3, pp. 334- 342, May 2003.
[29] L. Fan, R. Kavasseri, Z. L. Miao, and C. Zhu, “Modeling of DFIG-based wind farms for SSR analysis,” IEEE Trans. Power Delivery, vol. 25, no. 4, pp. 2073- 2082, Oct. 2010.
[30] P. Ledesma and J. Usaola, “Doubly fed induction generator model for tran- sient stability analysis,” IEEE Trans. Energy Conversion, vol. 20, no. 2, pp. 388-397, June 2005.
[31] D. Saidani, O. Hasnaoui, and R. Dhifaoui, “Control of double fed induction generator for wind conversion system,” Int. J. Sciences and Techniques of Automatic Control & Computer Engineering, IJ-STA, vol. 2, no. 2, pp. 710-721, Dec. 2008.
[32] Điện gió – Chìa khóa của chiến lược năng lượng bền vững tại Việt Nam, http://www.evn.com/news [truy cập ngày 05/11/2018].
[33] Nguyễn Thị Mi Sa, Trương Đình Nhơn, Lê Chí Kiên, Hồ Văn Luân, ,“Nâng cao ổn định của lưới điện Hà Tiên-Phú Quốc sử dụng thiết bị đồng bộ tĩnh SSSC”, Tạp chí KH&CN, Đại học Đà Nẵng.