Để chứng tỏ bộ điều khiển dòng kiểu D-B có động học cao. Trong trường hợp này, kích động hệ thống được giả thiết là một dạng sự cố thoáng qua do phóng điện sét đường dây – dạng sự cố có xác suất xảy ra nhiều nhất trong vận hành mạng điện. Nhiều trường hợp thời gian mất nguồn có thể duy trì đến hàng trăm ms hoặc lâu dài. Nhiệm vụ đặt ra cho BESS lúc này là đóng vai trò nguồn dự phòng với thời gian tự động hóa nhanh nhất, đặc biệt khi phụ tải là các thiết bị có điều khiển điện tử.
4.2.2.1 Mô phỏng chế độ mất nguồn tạm thời:
Giả thiết: tại thời điểm 0,2s xảy ra sự cố gây mất nguồn tạm thời trong khoảng (0,2 - 0,3)s và đến thời điểm 0,5s xảy ra mất nguồn kéo dài BESS tự kích hoạt thay
thế như một nguồn dự phòng cấp công suất cho tải. Đối với phương pháp D-B, chỉ cần hơn một chu kỳ (0,025s) BESS đã đáp ứng đầy đủ điện áp danh định cấp cho tải. Sau đó nguồn được khôi phục thì BESS lại trở về chế độ dự phòng (không phát công suất tác dụng). Đến thời điểm 0,5s cũng xảy ra tương tự. Mặt khác, kết quả cho thấy phương pháp D-B có động học cao. Kết quả mô phỏng như trên hình 4.8
Thời gian (s) 0 ÷2 2 ÷3 3 ÷5 5 ÷ ∞
Có/mất nguồn có mất nguồn có mất nguồn
Hình 4. 8 Mô phỏng trị hiệu dụng điện áp trên tải trong các chế độ mất nguồn tạm thời trường hợp dùng bộ điều khiển D-B
Tương ứng, mô phỏng theo giá trị tức thời của điện áp trên tải thu được như trên hình 4.9
Hình 4. 9 Mô phỏng trị tức thời điện áp trên tải trong các chế độ mất nguồn tạm thời trường hợp dùng bộ điều khiển D-B
Trong khoảng thời gia mất nguồn, BESS như một nguồn thay thế tức thời, năng lượng huy động cấp cho tải sẽ được BESS xuất ra từ kho lưu trữ năng lượng
0.150 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 100 200 300 400 Time (s) U lo a d ( V ) bo dieu khien D-B
ắc quy. Kết quả mô phỏng dòng điện phóng nạp của ắc quy được thể hiện như trên hình 4.10
Hình 4. 10 Mô phỏng dòng điện phóng nạp của ắcquy trong các chế độ mất nguồn tạm thời trường hợp dùng bộ điều khiển D-B
Rõ ràng là:
- Trong khoảng thời gian (0,2-0,3)s, ắcquy nạp điện với dòng -50A (giá trị âm) - Trong khoảng thời gian (0,3-0,5)s, ắcquy phóng điện
- Sau thời điểm 0,5s ắc quy lại về chế độ nạp điện.
Kiểm tra chất lượng điện năng cung cấp cho thấy như sau:
- Ở chế độ xác lập, độ sai lệch điện áp nằm trong phạm vi cho phép [U]≤ 5% và trong thời gian quá độ thì thời gian quá độ rất ngắn khoảng 1 chu kỳ. Kết quả mô phỏng chỉ ra trên hình 4.11
- Độ méo dạng không sin của dòng điện qua tải đạt chuẩn THD ˂ 5%. Kết quả mô phỏng và phân tích FFT chỉ ra trên hình 4.12
Hình 4. 11 Biên dạng dòng điện 3 pha trên tải, trường hợp dùng bộ điều khiển D-B
0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 -100 -50 0 50 100 Time (s) Id c (A ) bo dieu khien D-B
Hình 4. 12 Kiểm tra THD cho dòng điện tải do BESS cấp tại thời điểm 0,6s trường hợp dùng bộ điều khiển D-B
4.2.2.2 Mô phỏng chế độ có động cơ khởi động:
Trường hợp khi khi có động cơ khởi động, phụ tải đỉnh vượt quá khả năng mang tải của máy phát BESS sẽ đóng vai trò bù công suất đỉnh cho động cơ khởi động thành công, giảm áp lực cho máy phát đồng thời giữa vững điện áp mạng không làm ảnh lượng chất lượng điện năng hệ thống. Kết quả mô phỏng thu được thể hiện như trên hình 4.13
Hình 4. 13 Mô phỏng chế độ BESS khi bù công suất đỉnh khi động cơ khởi động trường hợp dùng bộ điều khiển D-B
0.6 0.61 0.62 0.63 0.64 0.65 0.66 0.67 0.68 0.69
-50 0 50
FFT window: 5 of 40 cycles of selected signal
Time (s) 0 50 100 150 200 0 1 2 3 4 5 Harmonic order Fundamental (50Hz) = 62.21 , THD= 0.82% M a g ( % o f F u n d a m e n ta l) 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3x 10 4 Time (s) P d c (W )
Bo dieu khien dong kieu Dead-Beat
Pdc Pbess
KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
Với nỗ lực nghiên cứu trong chương 4 đã xây dựng thành công cấu trúc mô phỏng mạng điện độc lập nguồn thủy điện nhỏ có kết hợp với BESS, trong đó hệ điều khiển BESS được thiết kế theo hai phương pháp điều khiển và các kết quả mô phỏng đã thể hiện rõ hệ điều khiển có bộ điều khiển dòng điện kiểu Dead – Beat có động học cao hơn so với hệ điều khiển có bộ điều khiển dòng điện kiểu PI. Chính điều này đã đem lại sức phát triển cho nguồn thủy điện nhỏ với một tiềm năng và khả năng rất cạnh tranh trong chính sách khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo trên toàn cầu.
KẾT LUẬN CHUNG
Luận văn đã giới thiệu tổng quan về nguồn năng lượng tái tạo, trong đó tập trung phân tích về nguồn thủy điện nhỏ. Chỉ ra những thế mạnh và những yếu điểm tồn tại của nguồn thủy điện nhỏ đối với mạng điện độc lập không kết nối lưới. Từ đó đề xuất giải pháp khắc phục nhằm hiện thực hóa lợi thế của loại hình mạng điện này trong hiện tại và tương lại.
Những kết quả chính đạt được:
- Phân tích mở rộng về thủy điện nhỏ. Trong khi những nghiên cứu trước đây chỉ chủ yếu đến thủy điện trên đất liền, ít đề cập đến thủy điện đại dương.
- Phân tích kỹ lưỡng đối với thủy điện dạng kênh dẫn, có những ví dụ tính toán cụ thể. Xây dựng mô hình mạng điện độc lập với nguồn thủy điện nhỏ và có kết hợp với BESS nhằm nâng cao tính ổn định và chất lượng điện năng cung cấp, khắc phục những nhược điểm căn bản của thủy điện nhỏ - đại diện cho dạng nguồn siêu mềm.
- Thiết kế bộ điều khiển có mach vòng điều khiển dòng điện kiểu Dead-Beat có động học cao hơn so với bộ điều khiển có mach vòng điều khiển dòng điện kiểu PI
- Mô hình hóa mô phỏng hệ thống trong phần mềm Matlab-Simulink và kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết thông qua các kết quả mô phỏng.
Kết quả nghiên cứu đã tăng cường niềm tin cho xu hướng phát triển các nguồn năng lượng sạch, các hệ nguồn phân tán, công suất nhỏ… luôn có sự kết hợp với các bộ biến đổi, kho lưu trữ năng lượng và kỹ thuật điều khiển hiện đại nhằm phát huy hết công năng của hệ nguồn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tiếng việt
[1] Nguyễn Xuân Phú, Nguyễn Công Hiền, Nguyễn Bội Khuê. Cung cấp điện. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2000.
[2] Nguyễn Phùng Quang. Truyền động điện thông minh. NXB Khoa học và Kỹ thuật, năm 2004.
[3] Lê Văn Doanh. Điện tử công suất,Tập2. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2008.
[4] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh. Điện tử công suất. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2007.
[5] Ngô Đức Minh. Kết hợp BESS với nguồn thủy điện nhỏ để nâng cao chất lượng điện năng và hiệu quả khai thác nguồn thủy năng.Tạp chí KHCN Đại học Thái Nguyên, tháng 3 năm 2008.
[6] Ngô Đức Minh. Ứng dụng chỉnh lưu BESS trong mạng điện cục bộ nguồn thủy điện công suất nhỏ. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ, năm 2009-2010.
[7] Ngô Đức Minh. Dynamic improvement of BESS using deadbeat type controller in local power networks. IEEE Việt Nam Section, Internation From On Strategic Technologies (IFOST2009), 21-23 October 2009 in HoChiMinh City, Vietnam.
[8] Ngô Đức Minh. Nhà máy thủy điện. NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2009. Tài liệu tiếng Anh
[9] Gilbert M. Masters. Renewable and Efficient Electric Power Systems
[10] Micro -Hydro Power , Practical Action, The Schumacher Centre for Technology and Development, Bourton on Dunsmore, Rugby, Warwickshire, www.practicalaction.org
[11] Helena Ramos, M. Manuela Portela, H. Pires de Almeida. G U I D E L I N E S F O R D E S I G N O F SMALL HYDROPOWER PLANTS. Published in 2000 through WREAN (Western Regional Energy Agency &
[12] Network) and DED (Department of Economic Development), Belfast, North Ireland.
[13] Bhim Singh', SeniorMember, IEEE, Jitendra Solankil, Ambrish Chandra2, SeniorMember, IEEE and Kamal-A1-Haddad2, SeniorMember, IEEE. A Solid State Compensator with Energy Storage for Isolated Diesel Generator Set. Electrical Engineering Department, Indian nstitute of Technology Delhi, New Delhi- 110016, India.2Dept. de genie electrique, ETS, 1100, Quebec, H3C 1K3, Canada, pp1774-1778.
[14] By Alejandro Montenegro Leon. Advanced Power Electruaoinic For Wind- Power Generation Buffering. Copyright 2005, pp 27-40.
[15] Charles.H.W.Foster, “The Northfield Moutain Pumped Storage project”, Harvard University, 1970, pp1-10. 1]