CHƯƠNG 2 NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
3.2. HOẠT ĐỘNG CỦA BÁNH ĐÀ LƯU TRỮ NĂNG LƯỢNG TRONG HỆ
THỐNG ĐIỆN TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
3.2.1. Cấu trúc của hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng
Trong hệ thống điện gió và điện mặt trời nối lưới bánh đà đóng vai trò như một acqui để lưu trữ năng lượng dư thừa và như một máy phát điện dự phòng để cung cấp năng lượng khi có sự thay đổi bất thường của lưới điện. Để làm được điều này thì các thành phần điện chính của một hệ thống dữ trữ năng lượng bánh đà là một modul điện tử công suất và modul điều khiển để điều khiển hoạt động của modul điện tử công suất ở chế độ nạp, xả hoặc dự phòng.
Cấu hình phổ biến nhất của hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng được chỉ ra trên Hình 3.2 và Hình 3.3. Trong hình 3.2 các bộ biến đổi 1 và 2 là những bộ biến đổi 2 chiều. Ở chế độ xả, bộ biến đổi 1 làm việc như một bộ chỉnh lưu, bộ biến đổi 2 làm việc như một bộ nghịch lưu. Ở chế độ nạp bộ biến đổi 1 lại làm việc ở chế độ nghịch lưu và bộ biến đổi 2 ở chế độ chỉnh lưu. Hình 3.3 có nguyên lý làm việc như hình 3.2 nhưng sử dụng bánh đà nhiều cấp, chúng được ghép nối với nhau qua DC bus. Hệ thống bánh đà nhiều cấp có thể cung cấp dung lượng dự trữ năng lượng cao hơn hệ thống bánh đà một cấp.
Hình 3.2: Cấu trúc của FESS 1 cấp
Hình 3. 3: Cấu trúc của hệ thống FESS 2 cấp
3.2.2. Nguyên lý điều khiển hoạt động của FESS trong hệ thống
Hệ thống bánh đà có thể kết hợp với các nguồn sơ cấp khác như điện gió, điện mặt trời, v,v… tạo thành hệ thống lai. Có nhiều hệ thống lai tùy thuộc vào nguồn năng lượng sơ cấp và hệ FESS được tích hợp vào hệ thống. Hình 3.4 biểu diễn một hệ thống điện gió và điện mặt trời có tích hợp hệ thống bánh đà lưu trữ năng lượng. năng lượng điện của hệ bánh đà được tích hợp vào bus DC của hệ thống bằng cách sử dụng một bộ biến đổi DC-AC hai chiều.
Để phân tích hoạt động và từ đó thấy được tác dụng của bánh đà lưu trữ năng lượng đối với hệ thống lai như ở Hình 3.4, ta giả giả thiết đặt p1 là công suất từ nguồn năng lượng tái tạo (điện gió, điện mặt trời) cung cấp cho lưới,
p1 = pwind + ppv
F/Đ AC↔DC DC↔AC ~
Bánh đà Biến đổi 1 Biến đổi 2
DC Bus M.Phát/Đ.cơ
F/Đ1 AC↔DC DC↔DC ~
Biến đổi 1.2 Biến đổi 2 DC Bus
F/Đ2 AC↔DC
Trong đó pwind là công suất cung cấp bởi tuabin gió, ppv là công suất cung cấp bởi hệ thống điện mặt trời. Công suất p1 thường thay đổi liên tục và ngẫu nhiên theo điều kiện môi trường [1], [4]; pFESS là công suất hệ thống của hệ thống bánh đà; p2 là công suất cung cấp cho tải, để hệ thống làm việc ổn định thì công suất này cần được giữ cố định (p2 = const).
Hình 3. 4: Hệ thống điện mặt trời và điện gió có tích hợp FESS
Do công suất nguồn năng lượng tái tạo (p1) luôn thay đổi nên để giữ cho p2 bằng hằng số thì công suất của hệ thống bánh đà cũng phải thay đổi, ta có
pFES = p2 - p1 (3.1)
Đường cong các loại công suất được chỉ ra trên Hình 3.8. Từ biểu thức (3.1) và từ Hình 3.8 ta thấy rằng công suất của FESS biến động theo sự biến động của công suất của nguồn năng lượng tái tạo. FESS sẽ thực hiện nạp năng lượng khi pF
> 0 và xả năng lượng để bổ sung năng lượng cho hệ thống khi pF < 0. Đường cong công suất tức thời pFES (Hình 3.5b) được sử dụng làm tín hiệu tham chiếu điều khiển hoạt động của FESS.
DC AC DC AC AC DC Tải DC Bus F/Đ AC↔DC Bánh đà B. răng Tuabin gió MF p2 pWind pFESS pPV Pin quang điện (PC)
Hình 3.5 a,b: Đường cong công suất tức thời của FESS trong hệ thống lai