BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM - - PHAN THỊ NGUYỆT NGA ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÔ HÌNH TURBINE GIÓ KHI KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM - - PHAN THỊ NGUYỆT NGA ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÔ HÌNH TURBINE GIÓ KHI KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60.52.02.02 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN ĐĂNG TOẢN HÀ NỘI, 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực chưa sử dụng để bảo vệ học vị Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận văn Phan Thị nguyệt Nga Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page i LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn này, nhận giúp đỡ nhiệt tình tập thể cá nhân.Tôi xin chân thành cảm ơn tổ chức cá nhân Lời xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS.Nguyễn Đăng Toản, người gợi mở cho phương pháp nghiên cứu, người hướng dẫn giúp đỡ hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn thầy cô giáo môn Hệ thống điện, khoa Cơ - Điện Viện đào tạo sau đại học Học viện Nông nghiệp Việt Nam giúp đỡ tạo điều kiện để học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn bạn bè giúp đỡ thu thập thông tin, số liệu phục vụ cho nghiên cứu xin cảm ơn bạn bè, người thân giúp lĩnh vực công nghệ thông tin, giúp sử dụng thành công phần mềm PSS/E Lời cuối xin gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi, người bên cạnh tôi, chăm sóc, chia sẻ, động viên tôi, lúc khó khăn, giúp hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Tác giả luận văn Phan Thị nguyệt Nga Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I LỜI CẢM ƠN II MỤC LỤC III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT VI DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG VII GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CHƯƠNG - GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 KHÁI NIỆM VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.2 QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.2.1 Sự phát triển công suất tương ứng với đường kính rotor 1.2.2 Sự phát triển hiệu suất thiết bị WEA 1.2.3 Lợi ích kinh tế việc sử dụng lượng gió 1.3 NHỮNG YẾU TỐ THÚC ĐẨY PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.3.1 Nhu cầu tiêu dùng lượng tăng nhanh 1.3.2 Sự cạn kiệt nguồn lượng hóa thạch 1.3.3 Vấn nạn ô nhiễm môi trường toàn giới 1.3.4 Năng lượng hạt nhân, không phát thải CO2, “lợi bất cập hại” 1.3.5 Nâng cao hiệu kinh tế 10 1.4 HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI 10 1.4.1 Khu vực Châu Âu 12 1.4.2 Khu vực Bắc Mỹ 12 1.4.3 Khu vực Mỹ LaTinh 12 1.4.4 Khu vực Châu Úc 12 1.4.5 Khu vực Châu Phi 13 1.4.6 Khu vực Châu Á 13 1.5 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỆN GIÓ ĐẾN MÔI TRƯỜNG 13 1.5.1 Ảnh hưởng tiếng ồn 14 1.5.2 Ảnh hưởng đến cảnh quan địa hình 14 1.5.3 Ảnh hưởng đến sinh thái biển 14 1.5.4 Ảnh hưởng đến loài chim động vật 14 1.5.5 Ảnh hưởng đến sóng vô tuyến 15 1.5.6 Ảnh hưởng đến đường hàng không 15 1.5.7 Ảnh hưởng đến sức khỏe người 15 1.6 SỰ KHAI THÁC NĂNG LƯỢNG GIÓ Ở VIỆT NAM 15 1.6.1 Chế độ gió Việt Nam 15 1.6.2 Các nghiên cứu ứng dụng lượng gió Việt Nam 17 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page iii 1.6.3 Thị trường điện gió Việt Nam 18 1.7 KẾT LUẬN 20 CHƯƠNG - NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 21 2.1 XÂY DỰNG NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 21 2.1.1 Khảo sát lưu lượng gió 21 2.1.2 Lựa chọn địa điểm 21 2.2 KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 22 2.2.1 Cánh quạt 23 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7 Hệ thống rotor 24 Hệ thống quay, trục phận phanh hãm 25 Hộp số 26 Máy phát điện 28 Máy biến 30 Trụ chân đế 30 2.2.8 Thùng Nacelle 31 2.2.9 Các thành phần khác 31 2.3 2.4 ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ 32 MÔ HÌNH HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ 33 2.4.1 Hệ thống 34 2.4.2 Hệ thống khí động học 35 2.4.3 Hệ thống điện 37 2.4.4 Hệ thống Pitch servos 39 2.5 2.6 TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG TỪ GIÓ 40 CÁC LOẠI TURBINE GIÓ 41 2.6.1 Các kiểu turbine gió trục đứng 41 2.6.2 Các kiểu turbine gió trục ngang 44 2.6.3 So sánh turbine trục đứng trục ngang 44 2.7 KẾT LUẬN 46 CHƯƠNG - MÔ HÌNH TURBINE GIÓ VÀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 47 3.1 KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀO LƯỚI ĐIỆN 47 3.1.1 Turbine gió tốc độ cố định (SCIG) 47 3.1.2 Turbine gió tốc độ thay đổi với rotor cực ẩn (WRIG) 49 3.1.3 Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát điện cảm ứng kép (DFIG) 49 3.1.4 Turbine gió có biến đổi đầy đủ (FCWT) 51 3.2 CÁC YÊU CẦU KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VÀO LƯỚI ĐIỆN 52 3.2.1 Công suất đặt cực đại nhà máy phát điện gió 52 3.2.2 Cấp điện áp tần số kết nối nhà máy phát điện gió 54 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page iv 3.2.3 Kiểm soát công suất phản kháng điều chỉnh điện áp 55 3.2.4 Chất lượng điện 56 3.3 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN – PSS/E 59 3.3.1 Giới thiệu chung 59 3.3.2 Giới thiệu tổng quan chương trình PSS/E 59 3.4 CÁC MÔ HÌNH TURBINE TRONG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 60 3.4.1 Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát điện cảm ứng kép (DFIG) 60 3.4.2 Turbine gió có độ biến đổi đầy đủ (FCWT) 65 3.5 KẾT LUẬN 68 CHƯƠNG - MÔ PHỎNG ĐỘNG TURBINE GIÓ KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN 69 4.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG ĐIỆN KẾT NỐI TURBINE GIÓ 69 4.1.1 Tương đương hóa mô hình kết nối nhà máy điện gió 69 4.1.2 Sự khác biệt cách biến đổi mô hình tương đương hóa 77 4.1.3 Mô hình nghiên cứu mô động 79 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 83 4.2.1 Điện áp tần số 84 4.2.2 Công suất 86 4.2.3 Mô khác 88 4.3 KẾT LUẬN 92 CHƯƠNG – KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 93 5.1 KẾT LUẬN 93 5.2 KIẾN NGHỊ 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 PHỤ LỤC 98 PHỤ LỤC 110 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DFIG: Doubly-Fed Induction Generator, Máy phát điệncảm ứng kép EOCC: Equivalent of Complete Circuit, Tương đương hóa toàn mạch EOML: Equivalent of Major Lines, Tương đương hóa mạch FCWT: Full converter wind turbine, Turbine gió với biến đổi đầy đủ FRT: Fault ride through, Khả vượt qua cố GWEO: Global Wind Energy Outlook Năng lượng gió toàn cầu HAWT: Horizontally Axis Wind Tuabin, Turbine gió trục ngang ICAO: Internationa Civil Aviation Organizition, Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế IEA: The International Energy Agency, Viện lượng quốc tế LVRT: Low voltage ride through, Khả phục hồi điện áp thấp NABU: Nature and Biodiversity Conservation Union, Tổ chức bảo tồn sinh học, thiên nhiên NMWEC: New Mexico Wind Energy Center, trung tâm lượng gióMexico NREL: National Renewable Energy Laboratory, Phòng thí nghiệmNăng lượng tái tạoquốc gia OECD: Organisation for Economic Cooperation and Development, Tổ chức Hợp tácvà phát triển kinh tế PCC: Point of common coupling, Vị trí kết nối chung PNM: Public Service Company of Mexico, Công ty dịch vụ công cộng Mexico PSS/E: Power System Simulation /Engineering, Mô hệ thống điện/Kỹ thuật PWM: Pulse-Width Modulation, Điều chế độ rộng xung SCIG: Squirrel-Cage Induction Generator, Máy phát điện cảm ứng lồng sóc SODAR: Sound Detecting And Ranging, Phát âm khoảng cách THD: Total Harmonic Distortion, Tổng độ méo sóng hài VAWT: Vertically Axis Wind Tuabin, Tua-bin gió trục đứng WEA: Wind Energy Association, Hiệp hội Năng lượng gió WECS: Wind Energy Conversion Systems, Hệ thống chuyển đổi lượng gió WRIG: Wound Rotor Induction Generator, Máy phát điện cảm ứng roto cực ẩn WWEA: World Wind Energy Association,Hiệp hội điện gió toàn cầu Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG Hình 1-1 Quá trình hình thành gió Hình 1-2 Turbine gió Charles F.Brush, Cleveland, Ohio 1888 Hình 1-3 Turbine gió Poul Lacour, Askov, Đan Mạch năm 1897 Hình 1-4 Turbine gió trục đứng kiểu Savonius Hình 1-5 Turbine gió trục đứng Darrieus kiểu “Eole C” Cap Chat, Quebec Hình 1-6 Kích thước công suất turbine điện gió sản xuất tính đến năm 2012 Hình 1-7 Giá thành sản xuất điện đến năm 2025 Hình 1-8 Lượng thải CO2 kWh theo dạng nguồn lượng Hình 1-9 Giá thành sản xuất điện năm 2012 tính tất khoản chi phí phụ 10 Hình 1-10 Tổng công suất lắp đặt từ 2010 - 2013 [MW] 11 Hình 1-11 Công suất điện gió giới từ năm 1997 dự toán đến năm 2020 11 Hình 1-12 Tổng công suất lắp đặt năm 2013 [MW] 12 Hình 1-13 Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam độ cao 80m 16 Hình 2-1 Cấu hình turbine điện gió sử dụng hộp số 22 Hình 2-2 Sơ đồ turbine điện gió sử dụng hộp số 22 Hình 2-3 Sơ đồ turbine điện gió không sử dụng hộp số 23 Hình 2-4 Cánh quạt 23 Hình 2-5 Rotor turbine điện gió 24 Hình 2-6 Đùm hệ thống nối cánh quạt - Rotor máy phát điện vòng 24 Hình 2-9 Trục quay 25 Hình 2-7.Vòng bi điểm tiếp xúc loại lớp 25 Hình 2-8 Vòng bi điểm tiếp xúc loại lớp 25 Hình 2-10 Khớp nối 26 Hình 2-11 Bộ phận phanh hãm 26 Hình 2-12 Hộp số bánh xếp đặt vòng cấp turbine gió (công suất từ 3MW) 27 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page vii Hình 2-13 Nguyên tắc hộp số kết hợp bánh xếp đặt vòng bánh trụ 27 Hình 2-14 Nguyên tắc máy phát điện dị 28 Hình 2-15 Nguyên tắc máy phát điện dị kép lưới điện 28 Hình 2-16 Nguyên tắc máy phát điện đồng 29 Hình 2-17 Rotor máy phát điện phần lõi Stator - Turbine Avanti 29 Hình 2-18.Trụ turbine điện gió 30 Hình 2-19 Chân đế turbine điện gió 31 Hình 2-20 Thùng Nacelle turbine điện gió Dewind 31 Hình 2-21 Sơ đồ khối hệ WECS tốc độ thay đổi góc cắt thay đổi 33 Hình 2-22 Mô hình hệ thống turbine gió 35 Hình 2-23 Đường cong mô tả thay đổi hệ số CQ C P 36 Hình 2-24 Mô hình máy phát nối trực tiếp với lưới 37 Hình 2-25 Mô hình máy phát nối lưới thông qua biến đổi điện tử công suất 38 Hình 2-26 Mô hình nối lưới máy phát không đồng nguồn kép 38 Hình 2-27 Mô hình điều chỉnh theo kiểu điều chỉnh góc cắt 39 Hình 2-28 Cấu tạo turbine trục đứng trục ngang 41 Hình 2-29 Nguyên tắc turbine điện gió Savonius 42 Hình 2-30 VAWT kiểu Darrieus, rô to có dạng hình chữ C 43 Hình 2-31 Nguyên tắc turbine điện gió Darrieus 43 Hình 2-32 VAWT - biến thể kiểu Darrieus 44 Hình 2-34 Turbine đón gió từ phía sau 44 Hình 2-34 Turbine đón gió từ phía trước 44 Hình 3-1 Turbine gió tốc độ cố định 47 Hình 3-2 Đặc tính momen máy điện SCIG 48 Hình 3-3 Turbine gió tốc độ thay đổi với rotor cực ẩn 49 Hình 3-4 Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát điện cảm ứng 50 Hình 3-5 Turbine gió tốc độ biến đổi đầy đủ 51 Hình 3-6 Khả phục hồi sau cố turbine gió 53 Hình 3-7 Điện áp – tần số làm việc turbine gió 55 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page viii PHỤ LỤC GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN - PSS/E 1.1 Các thủ tục tính toán trào lưu công suất 1.1.1 Kiểm tra liệu: Trong bước này, ta dùng lệnh TREE để kiểm tra thông tin nút cân bằng, nút rời rạc chưa kết nối vào hệ thống điện Sau dùng lệnh LIST để liệt kê lại toàn thông số hệ thống theo danh mục: nút, tải, máy phát, nhánh, máy biến áp … 1.1.2 Chỉnh sửa số liệu Sau kiểm tra số liệu HTĐ đưa vào, tùy theo sai sót ta chỉnh sửa lại thông số hệ thống điện Vi sai sót trình tính toán thông số, trình nhập liệu, có nhầm lẫn thông số nghi ngờ 1.1.3 Quá trình tính toán với GAUSS-SEIDEL Một đặc điểm bật phương pháp GAUSS khả hội tụ cao, dùng để tính toán trào lưu công suất trường hợp mà khả hội tụ chưa biết trước Đồng thời bước thử cho phương pháp khác Chúng ta có nhiều lựa chọn cho phương pháp này, tùy theo lựa chọn hộp thoại Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 98 1.1.4 Quá trình tính toán với NEWTON-RAPHSON Một đặc điểm bật phương pháp Newton-Raphson tốc độ hội tụ cao có điểm ban đầu lựa chọn tốt Do dùng để tính toán trào lưu công suất trường hợp đòi hỏi tính nhanh có khả hội tụ cao Chúng ta có nhiều lựa chọn cho phương pháp này, tùy theo lựa chọn hộp thoại 1.1.5 Báo cáo kết in ấn Sau tính toán xong trào lưu công suất, ta xem in ấn kết công suất đường dây, điện áp góc pha nút….bằng số lệnh sau: POUT, LOUT… Người dùng kiểm tra vi phạm điện áp, giới hạn công suất máy phát điện Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 99 1.2 Tính toán trào lưu công suất PSS/OPF phần chương trình PSS/E nhằm mục đích tối ưu hoá hệ thống truyền tải.PSS/OPF hoàn toàn tương thích với phần tính chế độ xác lập.Trong trình tính toán chế độ xác lập thông thường người tính toán phải tính toán loạt trường hợp cách có hệ thống để đưa lời giải chấp nhận được.Chương trình PSS/OPF, ngược lại, trực tiếp thay đổi thông số điều khiển để xác định giải pháp tốt Từ điểm xuất phát gười tính toán có lời giải tối ưu đảm bảo ràng buộc hệ thống với chi phí nhiên liệu nhỏ Chương trình PSS/OPF thiết kế để tính toán số toán thường gặp sau: - Nghiên cứu phân bố công suất phản kháng - Nghiên cứu tượng sụp đổ điện áp - Nghiên cứu giới hạn truyền tải - Tính toán chi phí cận biên Trong trình tính toán PSS/OPF đảm bảo mục tiêu sau: - Cực tiểu hóa chi phí nhiên liệu cho tổ máy (than, dầu, khí) - Cực tiểu hoá phát công suất tác dụng phản kháng - Cực tiểu hoá tổn thất công suất tác dụng phản kháng - Cực tiểu hoá điện kháng nhánh thay đổi - Cực tiểu hoá lượng bù nút thay đổi - Giảm lượng trào lưu công suất trao đổi tuân thủ ràng buộc sau đây: Ràng buộc điện áp nút khoảng cố định - Ràng buộc trào lưu công suất nhánh Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 100 - Ràng buộc trào lưu công suất trao đổi - Ràng buộc công suất phát - Ràng buộc dự trữ công suất - Ràng buộc tụ bù nút điều chỉnh Ràng buộc điện kháng nhánh có điện kháng điều chỉnh Tối ưu hoá trào lưu công suất khác biệt với toán tính toán phân bổ trào lưu công suất thông thường giải toán tối ưu với hàm mục tiêu ràng buộc dạng đẳng thức bất đẳng thức Các thuật giải cho toán tối ưu phi tuyến dạng sau: - Hàm mục tiêu: Tìm cực tiểu hàm f(x,y) -> Min - Với ràng buộc: a Ràng buộc dạng đẳng thức b Ràng buộc bất đẳng thức Trong đó: - Hàm mục tiêu chứa hàm chi phí nhiên liệu, tổn thất truyền tải v.v - Ràng buộc đẳng thức bao gồm đại lượng phương trình cân công suất, đảm bảo công suất nguồn bơm vào nút phải tổng trào lưu công suất từ nút nhánh - Ràng buộc bất đẳng thức bao gồm nhiều biến khác biên độ, góc pha điện áp nút, công suất phát máy phát thay đổi dải giá trị cực tiểu đến cực đại Lời giải toán tối ưu hoá trào lưu công suất tìm lời giải thoả mãn tất ràng buộc hệ thống đồng thời lại đạt hàm mục tiêu toàn cục 1.2.1 Hàm mục tiêu Hàm mục tiêu biểu diễn chi phí hàm biến hệ thống điện.Chẳng hạn, chi phí nhiên liệu dùng để phát điện hàm công suất phát máy phát vận hành OPF tự động điều chỉnh công suất phát tổ máy phạm vi cho phép nhằm tối thiểu hoá chi phí nhiên liệu Hàm mục tiêu có chứa thành phần thành phần ẩn.Các thành phần hàm mục tiêu nhận biết liệu mô phụ trợ biểu diễn cách tổng quát hàm biến tối ưu.Các hàm ẩn hàm mục tiêu biểu diễn cách gần cho thao tác điều khiển liên tục rời rạc Các hàm mục tiêu ẩn đánh hệ số phạt trọng số bậc hai cho sai lệch biến r(xi – xio)2 Các đại lượng vô hướng "trọng số" "chi phí", r, gán Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 101 1.3 Các ràng buộc điều khiển Rõ ràng giảm công suất máy phát đến không tối thiểu hoá chi phí, không cung cấp điện cho khách hàng Do cần phải tăng cường hàm mục tiêu với ràng buộc đẳng thức, bao gồm ràng buộc đẳng thức bất đằng thức Các ràng buộc bất đẳng thức xác định cận cận biến Chẳng hạn cho toán vận hành kinh tế nhiên liệu, ràng buộc đẳng thức đảm bảo công suất phát tổ máy đáp ứng đủ cho phụ tải tổn thất hệ thống Các phương trình phức hợp toán tính toán trào lưu công suất thông thường kể đến Các điều khiển, công suất phát tác dụng, điện áp đầu cực máy phát, nấc biến áp, góc di pha máy biến áp v.v gán giá trị cố định giới hạn Các biến phụ thuộc rõ ràng, biên độ điện áp nút phụ tải trào lưu công suất nhánh, gán cận cận Tuy nhiên xảy trường hợp tất ràng buộc thoả mãn đồng thời Trường hợp dẫn đến tìm phương án.Không giống toán phân bổ trào lưu công suất thông thường, hàm mục tiêu cục độc lập tương ứng với điều khiển Quá trình giải xem điều chỉnh biến điều khiển để tìm kiến trạng thái cho thoả mãn tất ràng buộc, thêm vào lại tối thiểu hoá hàm mục tiêu Các ràng buộc đưa vào hàm mục tiêu viết theo biến Trong mô hình tính toán có hai loại biến: biến điều khiển (được gọi biến độc lập hay biến định) biến phụ thuộc (được xem biến trạng thái) Chúng nhận biết thông qua mô hình tính toán trào lưu công suất thông thường liệu phụ trợ cho mô hình tối ưu hoá trào lưu công suất 1.3.1 Độ nhạy Mỗi biến, biến độc lập phụ thuộc, có độ nhạy tương ứng với nó.Các giá trị độ nhạy lượng hoá thay đổi mong muốn hàm mục tiêu tương ứng với thay đổi biến Độ nhạy âm tăng giá trị biến làm giảm giá trị hàm mục tiêu Giá trị tối ưu cho biến mà kết độ nhạy không.Đối với vài biến, giá trị tối ưu nằm giới hạn biến.Trong trường hợp này, OPF đưa giá trị giới hạn đưa giá trị độ nhạy Kích cỡ liên quan biên độ độ nhạy hướng ý đến ràng buộc điều khiển cố định có ảnh hưởng nhiều đến hàm mục tiêu 1.3.2 Các mô hình tính toán trào lưu công suất thông thường: a Dữ liệu nút Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 102 Chỉ có nút làm việc file tính toán trào lưu công suất nhận biết OPF Các điện dẫn điện kháng nút làm việc OPF xác định Biên độ điện áp góc pha nút khởi tạo từ mô hình thông thường Góc pha nút cân (loại 3) cố định giá trị ban đầu góc pha tất nút khác phép thay đổi giới hạn Biên độ điện áp công suất phản kháng phát nút cân thay đổi khoảng giới hạn xác định Để mô tả vấn đề công suất phát vận hành cho tối thiểu hoá chi phí nhiên liệu, công suất tác dụng phát nút cân thay đổi mô hình chi phí nhiên liệu sử dụng Đối với trường hợp khác công suất tác dụng nút cân thay đổi không giới hạn b Dữ liệu phụ tải Mô hình phụ tải tính toán trào lưu công suất hoàn toàn chức OPF nhận biết c Dữ liệu máy phát Một số máy phát tương ứng với nút máy phát (mã 2) nút cân (mã 3), công suất tác dụng phản kháng phát giới hạn công suất phản kháng phát khởi tạo từ liệu mô hình tính toán trào lưu công suất thông thường Nếu tổng giới hạn nút lớn tổng giới hạn nút bị chuyển thành nút phụ tải.Các nút xa cho nút điều khiển điện áp trì cho mục đích tạo báo cáo cách tuỳ chọn, để điều khiển điện áp chỗ thiết bị không tối ưu OPF thử tất điều khiển tối ưu nhằm thoả mãn tất ràng buộc dựa tối thiểu hoá hàm mục tiêu Công suất MVA máy phát, trở kháng nguồn, trở kháng máy biến áp tăng áp tỷ số biến áp bị OPF bỏ qua Trong tính toán trào lưu công suất thông thường, thao tác điều khiển máy phát không liên tục Các máy phát điều khiển biên độ điện áp nút, điện áp xem cố định công suất phản kháng phát thay đổi đạt đến giới hạn công suất phản kháng phát, điểm điện áp bắt đầu thay đổi tự theo hướng công suất phản kháng phát cố định giới hạn Nếu điện áp điều khiển quay trở lại điểm đặt điện áp lần lại cố định công suất phản kháng phát tự Biên độ điện áp máy phát biến điều khiển bị thay đổi OPF đến giá trị tối ưu tương ứng với giới hạn.Cách xử lý thích hợp cho máy phát không tối ưu mô hình máy phát thông thường, mô hình không liên tục cản trở nghiêm trọng đến độ tin cậy cảu lời giải OPF OPF không trực Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 103 tiếp chứa mô hình không liên tục, gần thông qua hai phương pháp: - Thông qua việc sử dụng chi phí bậc hai sai lệch biên độ điện áp máy phát khỏi giá trị ban đầu Mặc định hệ số phạt 100 sử dụng.Hệ số phạt thay đổi thông qua tuỳ chọn giải OPF điện áp mong muốn gán sai lệch phạt cho tổ máy điều chỉnh chỗ.hoặc - Thông qua sử dụng ràng buộc bất đẳng thức khống chế tổng lỗi điện áp máy phát không tối ưu chống lại đặc tính phát công suất phản kháng d Dữ liệu điều khiển máy biến áp Sắp xếp biến điều khiển thực cho tất máy biến áp địng nghĩa mô hình liệu tính toán trào lưu công suất, nhận biết qua nhánh có tỷ số biến áp khác không.Trạng thái tối ưu máy biến áp xác định phụ thuộc vào nhánh có nằm miền hay khu vực chọn để tối ưu hoá hay không Các nhánh thuộc quyền sở hữu miền khu vực tương ứng với nút điểm đo Các giới hạn nấc biến áp góc di pha, nấc biến áp thiêt lập phần liệu điều chỉnh máy biến áp mô hình tính trào lưu công suất Nút điều khiển cờ cho phép điều khiển sử dụng OPF, giới hạn giá trị điều khiển (điện áp, trào lưu MW Mvar) sử dụng để phân biệt loại mát biến áp, điều khiển nấc điều khiển góc pha, sau bị bỏ qua Trạng thái điều khiển thực theo liệu với PSS/E, thao tác điều khiển tối ưu điều chỉnh để đạt tối ưu toàn cục, không đơn giản mục tiêu địa phương Chương trình PSS/E sử dụng mô hình máy biến áp có nấc biến áp số phức hệ toạ độ cực: tỷ số biến áp biên độ di pha góc Chỉ có hai thành phần máy biến áp chọn điều khiển có sẵn Khi dải điều chỉnh máy biến áp (chẳng hạn RMAX-RMIN) vượt 1.0 góc di pha biến điều khiển, ngược lại tỷ số biến áp biến điều khiển Trong hai trường hợp, thành phần bị cố định Độ nhạy tính toán cho biến điều khiển Do đó, máy biến áp có góc di pha cố định nhằm biểu diễn tổ đấu dây sao-tam giác thông báo báo cáo tổng kết tỷ số máy biến áp, ngược với báo cáo tổng kết góc di pha máy biến áp e Dữ liệu trao đổi miền Dữ liệu trao đổi miền sử dụng tuỳ chọn Điều chỉnh trao Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 104 đổi miền chọn Trong trường hợp này, phương trình ràng buộc sử dụng cho tất ghi trao đổi miền phần liệu trào lưu công suất trường hợp khảo sát f Dữ liệu kháng có đóng cắt Các biến điều khiển shunt nút nhận biết mô hình liệu shunt nút điều chỉnh OPF mô hình shunt có đóng cắt liệu tính toán trào lưu công suất thông thường Đối với shunt có đóng cắt định nghĩa tính toán trào lưu công suất, số nút, phương thức điều khiển, giá trị ban đầu thông tin đóng cắt cho tám khối trì chương trình Các giới hạn điện áp mong muốn số nút điều khiển xa bị bỏ qua Theo mặc định điện dẫn shunt có đóng cắt điều chỉnh liên tục Các shunt đóng cắt thiết bị Var hệ thống không chọn tính tối ưu hoá cố định giá trị ban đầu (BINIT) g Dữ liệu hiệu chỉnh điện kháng máy biến áp Việc hiệu chỉnh điện kháng máy biến áp hàm vị trí nấc biến áp thay đổi PSS/OPF.Điện kháng máy biến áp điện kháng điều chỉnh giữ cố định 1.4 Tính toán mô trình độ, cố PSS/E Một ứng dụng quan trọng PSS/E - Tính toán mô dao động công suất hệ thống điện, cụ thể dùng phương pháp tuyến tính hóa hệ thống điện, tính giá trị riêng, véc tơ riêng, hệ số tham gia… - Tính toán mô trình độ điện cơ, với loại cố khác như: ngắn mạch góp, đường dây, đóng cắt đường dây, máy phát… - Tính toán mô trình sụp đổ điện áp, với loại cố khác như: ngắn mạch góp, đường dây, đóng cắt đường dây, máy phát… - Tính toán mô mở máy động điện, ứng dụng FACTS, HVDC, rơle… Qui trình tính toán trình độ/sự cố tổng kết ngắn gọn sau: 1.4.1 Chuẩn bị chương trình để chạy mô động: Chương trình CLOAD4 phẩn PSS/E vời chương trình CONET, CONET, USRXXX, USRLOD USREL cần phải có để chạy Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 105 mô Các file chương trình lệnh kết nối chương trình PSS/E với mô hình thư viện PSS/E, mô hình người dùng tự viết để mô tả thiết bị, chứa biến trạng thái đại số 1.4.2 Biến đổi HTĐ để dùng cho trình mô Việc biến đổi HTĐ thiết lập sau: - Lấy HTĐ giải phương pháp Gauss-Seidel NewtonRaphson với sai số cho phép - Cần đảm bảo thông số Máy phát như: MBASE, ZSORCE, XTRAN GENTAP xác định rõ thông số máy máy phát - Biến đổi máy phát thành nguồn dòng lệnh CONG - Biến đổi tải thành dạng khác tải khác lệnh CONL - Xác định tính rỗng ma trận, biến đổi ma trận HTĐ lệnh ORDR - Tính toán ma trận tam giác ma trận tổng dẫn lưu giữ ma trận lệnh FACT - Giải lại HTĐ phương pháp đỉnh lệnh TYSL - Lưu giữ "HTĐ biến đổi" giải xong để phục vụ cho trình tính toán sau Quá trình làm lần cho điều kiện vận hành 1.4.3 Khởi tạo trình hoạt động cho mô hình - Lấy lại "HTĐ biến đổi" phần - Sử dụng mô hình thiết bị (bao gồm máy phát, kích từ, ổn định công suất, thiết bị chiều, rơle, mô hình tải động…) - Khởi động PSS/E dynamic simulation PSSDS4 - Liên kết với kết modul trào lưu công suất, lệnh LOFL Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 106 - Tải lại "HTĐ biến đổi" lệnh CASE - Trở lại môdul mô động lệnh RTRN - Dùng lệnh DYRE để khởi tạo cho trình mô động, cho phép tải file liệu động, tạo chương trình CONET, CONET (lưu giữ gọi môdul thư viện) xác định file COMPILE để dịch môdul - Kiểm tra đắn môdul lệnh DYCH - Lưu giữ vào nhớ lệnh SNAP - Thoát khỏi chương trình lệnh STOP 1.4.4 Lấy lại hệ thống lưu giữ lệnh SNAP - Khởi động lại PSS/E dynamic simulation PSSD4, lấy lại file snapshot lệnh RSTR - Liên kết với kết modul trào lưu công suất, lệnh LOFL - Tải lại "HTĐ biến đổi" lệnh CASE - Tính toán ma trận tam giác ma trận tổng dẫn lưu giữ ma trận lệnh FACT, cần thiết cho lệnh: ASTR, STRT, RUN, MSTR, MRUN - Trở lại môdul mô động lệnh RTRN Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 107 1.4.5 Lựa chọn biến đưa để quan sát - Dùng bước để lấy lại file snapshot - Dùng lệnh CHAN, CHSB để xác định biến để quan sát - Lưu giữ lại biến lệnh SNAP 1.4.6 Chạy mô - Dùng bước để lấy lại HTĐ nghiên cứu - Khởi tạo mô phỏng, khởi tạo giá trị ban đầu cho biến trạng thái lệnh STRT.Nếu có lỗi nào, cần phải kiểm tra chỉnh sửa lại trước cạy mô - Dùng lệnh RUN để chạy với khoảng thời gian TPAUSE ban đầu 0, giây để đảm bảo điều kiện đầu - Mô cố lệnh ALTR - Dùng lệnh RUN để chạy đến khoảng thời gian mong muốn (xác định giá Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 108 trị TPAUSE) - Lặp lại bước d,e để tiến hành mô đóng/cắt thiết bị - Khi kết thúc lưu giữ lại HTĐ sau cố lệnh SNAP 1.4.7 Chỉnh sửa mô hình thiết bị HTĐ - Có thể thêm modul DYE, ADD - Thay đổi thông số mô hình lệnh ALTR - Thêm biến đầu CHAN Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 109 PHỤ LỤC THÔNG SỐ ĐỘNG TURBINE GIÓ A Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát điện cảm ứng kép (WT3) A.1 Mô hình máy phát điện cảm ứng kép (WT3G1) Ký hiệu Giá trị Đơn vị Xeq 0.80 pu Kpll 30.0 const Kipll 0.0 const Pllmax 0.10 const Prated 1.50 MW A.2 Thông số điện mô hình máy phát (WT3E1) Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ký hiệu Giá trị Đơn vị Tfv 0.15 sec KQi 0.05 const Kpv 18 pu VMINCL 0.9 const Kiv pu VMAXC 1.2 const Xc pu Kqv 40 const Tfp 0.05 sec XIQmin -0.5 const Kpp pu XIQmax 0.4 const Kip 0.6 pu Tv 0.05 sec PMX 1.12 pu Fn const PMN 0.1 pu Wpmin 0.69 pu QMX 0.309 pu Wp20 0.78 pu QMN −0.309 pu Wp40 0.98 pu IPMAX 1.1 pu Wp60 1.12 pu TRV 0.05 sec Pwp 0.74 pu RPMX 0.45 pu Wp100 1.2 pu RPMN −0.45 pu T_Power sec A.3 Turbine (WT3T1) Ký hiệu Giá trị Đơn vị VW 1.25 p.u Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 110 H 4.95 MW*sec./MVA DAMP pu P/pu speed Kaero 0.007 const Theta2 21.98 Deg Htfrac 0.875 Hturb/H Freq1 1.8 Hz DSHAFT 1.5 pu A.4 Điều khiển cánh quạt (WT3P1) Ký hiệu Giá trị Đơn vị Tp 0.3 sec Kpp 150 pu Kip 25 pu Kpc pu Kic 30 pu Tetamin deg Tetamax 27 deg RTetamax 10 deg/sec PMX pu on Mbase Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 111 B Turbine gió có biến đầy đủ(WT4) B.1 Mô hình máy phát điện (WT4G) Ký hiệu Giá trị Đơn vị TIQCmd 0.02 sec TIPCmd 0.02 sec VLVPL1 0.40 pu VLVPL2 0.90 pu GLVPL 1.11 pu VHVRCR 1.20 pu CURHVRCR 2.00 pu RIp_LVPL 2.00 pu T_LVPL 0.02 sec B.2 Thông số điện mô hình máy phát (WT4E) Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ký hiệu Giá trị Đơn vị Tfv 0.15 sec dPMN -0.5 pu Kpv 18.0 pu T_Power 0.05 sec Kiv 5.00 pu KQI 0.10 pu Kpp 0.05 pu VMINCL 0.90 pu Kip 0.10 sec VMAXCL 1.10 pu Kf 0.00 pu KVI 120.0 pu Tf 0.08 sec Tv 0.05 sec QMX 0,47 pu Tp 0.05 sec QMN -0.47 pu ImaxTD 1.70 pu Ipmax 1.10 pu Iphl 1.11 pu TRV 0.00 sec Iqhl 1.11 pu dPMX 0.5 pu Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 112 [...]... điện trên hệ trục αβ và dq 63 Hình 3-15 Mô hình điều khi n điện 64 Hình 3-16 Mô hình điều khi n điện áp 64 Hình 3-17 Mô hình tổng điều khi n điện của DFIG 65 Hình 3-18 Turbine gió với bộ biến đổi công suất đầy đủ FCWT 65 Hình 3-19 Cấu trúc chung của mô hình turbine gió FCWT 66 Hình 3-20 Mô hình động máy phát điện turbine gió FCWT 66 Hình 3-21 Máy phát điện và mô. .. các nhà máy phong điện có thể được kết nối vào lưới điện chính, thì việc nghiên cứu các loại tua bin gió, các điều kiện kết nối cần được quan tâm và nghiên cứu kỹ lượng để đảm bảo chất lượng điện áp, tránh quá tải cơ học và thu công suất một cách tối ưu nhất Vì lý do đó, tác giả lựa chọn đề tài: Đánh giá một số mô hình turbine gió khi kết nối lưới điện bằng phương pháp mô phỏng động với mục đích... mô hình chuyển đổi 67 Hình 3-22 Mô hình điều khi n điện áp 67 Hình 4-1 Mô hình đơn giản của một nhà máy điện gió kết nối lưới điện 70 Hình 4-2 Sơ đồ một sợi tương đương lưới điện NMWEC 70 Hình 4-3 Sơ đồ hệ thống đường dây thu 71 Hình 4-4 Sơ đồ đường dây trung áp 71 Hình 4-5 Tham số tổng trở Z1, Z2 và Z3 kết nối của nhóm 3 tuabin 73 Hình 4-6 Các biến tham số. .. vực gió) , turbine điện gió (công suất, chiều cao) 2.2 KẾT CẤU CƠ BẢN CỦA NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ Một turbine gió có thể mô tả sơ bộ các thành phần chính của chúng như hình vẽ [20] Hình 2-1 Cấu hình turbine điện gió sử dụng hộp số Hình 2-2.Sơ đồ turbine điện gió sử dụng hộp số Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 22 Hình 2-3.Sơ đồ turbine điện gió không sử dụng hộp số. .. với mục đích là tập trung vào việc nghiên cứu năng lượng của gió, các nhà máy điện gió và đánh giá một số mô hình turbine khi kết nối với lưới điện bằng phương pháp mô phỏng động, Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page 1 các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng cho một dự án phát điện sử dụng năng lượng gió ở Việt Nam Luận văn được thực hiện các nội dung sau: - GIỚI.. .Hình 3-8 Đường cong giới hạn công suất phản kháng cho turbine gió 56 Hình 3-9 Turbine gió có máy phát không đồng bộ nguồn kép 60 Hình 3-10 Sơ đồ khối bộ điều khi n của turbine gió DFIG 61 Hình 3-11 Các đầu vào và ra trong turbine gió 61 Hình 3-12 Mô hình động turbine gió 62 Hình 3-13 Máy phát điện và điều chỉnh mô hình cánh quạt 62 Hình 3-14 Sơ đồ vector của điện áp... 85 Hình 4-19 Độ lệch tần số trong mô phỏng 2 (pu) 85 Hình 4-20 Độ lệch tần số trong turbine loại TW3 và TW4 (pu) 86 Hình 4-21 Công suất điện của turbine loại TW3 và TW4 (pu) 86 Hình 4-22 Công suất của turbine trước và sau khi sự cố trong mô phỏng 1 (pu) 87 Hình 4-23 Công suất của turbine trước và sau khi sự cố trong mô phỏng 2 (pu) 87 Hình 4-24 Công suất phản kháng phát lên lưới khi. .. 18 tuabin gió trong phần mềm PSS/E 82 Hình 4-14: Sơ đồ tương đương hóa mô hình 18 tuabin gió 82 Hình 4-15 Thông số điện áp trong mô phỏng 1 (pu) 84 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật Page ix Hình 4-16 Thông số điện áp trong mô phỏng 2 (pu) 84 Hình 4-17 Thông số điện áp turbine loại TW3 và TW4 (pu) 85 Hình 4-18 Độ lệch tần số trong mô phỏng 1 (pu)... (pu) 88 Hình 4-25 Thông số điện áp turbine loại TW3 (pu) 88 Hình 4-26 Thông số điện áp turbine loại TW4 (pu) 89 Hình 4-27 Độ lệch tần số của turbine loại WT3 (pu) 89 Hình 4-28 Độ lệch tần số của turbine loại WT4 (pu) 90 Hình 4-29 Công suất điện của turbine loại TW3 (pu) 90 Hình 4-30 Công suất phản kháng của turbine loại TW3 (pu) 91 Hình 4-31 Công suất điện của turbine. .. 74 Hình 4-7 Điện dung của đường dây của một nhà máy điện gió công suất lớn 76 Hình 4-8: Mô hình hóa máy biến áp của nhà máy điện gió 76 Hình 4-9 Sơ đồ đại diện mạch điện hoàn chỉnh của NMWEC 78 Hình 4-10 Sơ đồ mạch điện chỉ gồm đường trục chính của NMWEC 78 Hình 4-11 Sơ đồ nhà máy điện gió gồm 18 tuabin 80 Hình 4-12 Sơ đồ tương đương hóa nhà máy điện gió 80 Hình 4-13: