ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LƯƠNG THẾ KHANG THIẾT KẾ VÀ KẾT NỐI LƯỚI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐÀM NẠI TỈNH NINH THUẬN Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số: 60.52.02.02 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS DƯƠNG MINH QUÂN Đà Nẵng, Năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, luận văn nội dung khoa học Tôi tự nghiên cứu không chép từ luận văn hay tài liệu tương tự Tơi cam đoan, tất trích dẫn, số liệu sử dụng luận văn có nguồn gốc rõ ràng, xác Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với lời cam kết HV Lương Thế khang TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH THIẾT KẾ VÀ KẾT NỐI LƯỚI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI TỈNH NINH THUẬN Học viên: Lương Thế Khang Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: Khóa: K33.KTĐ.LĐ Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐN Tóm tắt – Năng lượng vấn đề đặt biệt quan tâm nước phát triển, Việt nam quốc gia khơng nằm ngồi xu Q trình phát triển nguồn điện ưu tiên nguồn lượng tái tạo, có lượng gió thu hút quan tâm đặc biệt nhà đầu tư Việt nam quốc gia có nhiều tiềm vế lượng gió, đặc biệt khu vực duyên hải miền trung việt nam Đầu tiên, Luận văn trình bày nghiên cứu khảo sát tiềm năng lượng gió tỉnh Ninh thuận cụ thể khu vực Đầm Nại, đồng thời tính tốn, thiết kế, lựa chọn cơng suất nhà máy Đầm Nại trình bày kỹ thuật cơng nghệ nhà máy Cuối cùng, Luận văn trình bày việc sử dụng công cụ phần mềm Etap để mơ phỏng, phân tích, tính tốn chế độ vận hành kết nối Nhà máy điện gió Đầm Nại vào lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận từ phân tích vai trị nhà máy việc ổn định lưới điện khu vực Từ khóa – Năng lượng gió, tiềm gió tỉnh Ninh Thuận, thuật tốn điều khiển tua bin gió, yêu cầu kết nối lưới nhà máy điện gió, kết nối lưới điện khu vực DESIGN AND CONNECTING ĐẦM NẠI WIND POWER PLANT TO ELECTRICITY DISTRIBUTION GRID IN NINH THUAN PROVINCE Abstract – Energy is always a matter of particular concern for developing countries Vietnam is a country not out of this trend Development of sources, the renewable energy is priority The new sources of energy, including wind energy, have attracted the attention of investors Vietnam has a great potential for wind energy, especially in the central coastal region of Vietnam Firstly, This thesis presents a study on the potential of wind power in Ninh Thuan province - Dam Nai area specifically In addition, calculation, design Dam Nai factory capacity selection, and presentation of Dam Nai wind turbine technology Finally, This thesis presents the use of the Etap software tool to simulate, analyze and calculate operating modes when connecting Mui Dinh wind power plant to the distribution grid of Ninh Thuan province Solutions for efficient operation of the distribution network of Ninh Thuan province It then analyzes the role of the plant in stabilizing the regional grid Key words - Wind power, wind potential in Ninh Thuan Province, wind turbine control algorithms, grid connection requirements of wind power plants, regional grid connection MỤC LỤC TRANG BÌA LỜI CAM ĐOAN TRANG TĨM TẮT TIẾNG VIỆT, TIẾNG ANH MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục tiêu nguyên cứu Đối tượng nguyên cứu phạm vi nguyên cứu Bố cục luận văn CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI VIỆT NAM 1.1.1 Tiềm lượng gió nước 1.1.1.1 Đánh giá tiềm năng lượng gió theo tốc độ gió độ cao 10 1.1.1.2 Đánh giá tiềm năng lượng gió theo mật độ lượng gió .11 1.1.2 Một số dự án điện gió triển khai 12 1.2 PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG GIÓ.[2] 13 1.2.1 Tốc độ hướng gió 13 1.2.2 Số liệu gió, cột đo gió hướng gió 14 1.2.3 Áp dụng định luật Betz tính tốn lượng gió thiết kế cánh quạt .16 CHƯƠNG PHÂN TÍCH THIẾT KẾ NĂNG LƯỢNG GIÓ NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI .21 2.1 MỘT SỐ THƠNG SỐ CHÍNH CỦA NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI 21 2.1.1 Địa điểm xây dựng nhà máy 21 2.1.2 Quy mô dự án 21 2.1.3 Hình thức thực dự án .21 2.2 CÁC SỐ LIỆU KHẢO SÁT CỦA PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI .21 2.2.1 Đánh giá tiềm gió khu vực 22 2.2.1.1 Tiềm gió khu vực tỉnh Ninh Thuận 22 2.2.1.2 Tiềm gió khu vực dự án 25 2.2.2 Phân tích số liệu gió 26 2.2.2.1 Số liệu gió 26 2.2.2.2 Thiết bị đo 29 2.2.2.3 Vận tốc trung bình tháng .30 2.2.2.4 Bản đồ vận tốc theo độ cao 31 2.2.2.5 Mật độ khơng khí 32 2.2.2.6 Mức độ nhiễu loạn không khí 32 2.2.2.7 Phân loại gió 33 2.2.3 Điều kiện tự nhiên khu vực nhà máy 33 2.2.3.1 Đặc điểm chung 33 2.2.3.2 Lượng mưa 35 2.2.3.3 Nhiệt độ khơng khí 35 2.2.3.4 Độ ẩm khơng khí 36 2.2.3.5 Các thơng số gió, bão 36 2.2.3.6 Mức độ ăn mịn khơng khí 38 2.3 GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ NHÀ MÁY 39 2.3.1 Tổng quan phần thiết bị nhà máy .39 2.3.2 Lựa chọn công suất tua bin 39 2.3.2.1 Gam công suất xu hướng tương lai 39 2.3.2.2 Tiêu chí lựa chọn gam cơng suất tua bin .40 2.3.2.3 Lựa chọn gam công suất 41 2.3.3 Phương án bố trí tua bin lựa chọn tua bin 41 2.3.3.1 Nguyên tắc bố trí tua bin 41 2.3.3.2 Lựa chọn loại tua bin thông số kỹ thuật 42 CHƯƠNG VẬN HÀNH VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TUA BIN GIĨ 44 3.1 MƠ TẢ VỀ MÁY PHÁT DFIM (DOUBLY FED INDUCTION MACHINE) HÃNG GAMESA 44 3.1.1 Cấu trúc phần cứng DFIM nguyên lý làm việc 44 3.1.2 Kỹ thuật công nghệ kết nối lưới 46 3.1.3 Điều khiển công suất vô công (Q) 47 3.1.4 Điều khiển công suất hữu công (P) 47 3.1.5 Điều khiển tần số 48 3.1.6 Điều khiển xa 49 3.2 ĐẶC TÍNH VÀ MƠ TẢ CHUNG VỀ TUABINE GIĨ 2,625 MW HÃNG GAMESA .49 3.2.1 Mô tả thiết bị Nacelle 49 3.2.1.1 Nắp chụp 49 3.2.1.2 Khung 49 3.2.1.3 Trục 49 3.2.1.4 Hộp số 49 3.2.1.5 Hệ thống xoay chỉnh hướng đón gió (Yaw system) 50 3.2.1.6 Hệ thống thắng 50 3.2.1.7 Hệ thống thủy lực 50 3.2.1.8 Máy phát 50 3.2.1.9 Máy biến 51 3.2.1.10 Các tủ điều khiển tủ công suất 51 3.2.2 Rotor 51 3.2.2.1 Cánh quạt .51 3.2.2.2 Ổ đỡ cánh quạt .52 3.2.2.3 Hub 52 3.2.2.4 Cone .52 3.2.2.5 Hệ thống thủy lực xoay cánh quạt .52 3.2.3 Tháp móng 52 3.2.4 Hệ thống điều khiển 53 3.2.5 Hệ thống dự báo bão dưỡng 54 3.2.6 Hệ thống tích hợp điều khiển xa 54 3.2.7 Sensor .55 3.3 MỘT SỐ ĐẶC TÍNH KHÁC .55 3.3.1 Kết lưới .55 3.3.2 Các thông số kỹ thuật 55 3.4 HỆ THỐNG CONVERTER 58 3.5 HỆ THỐNG BẢO VỆ CHỐNG SÉT 59 3.5.1 Mô tả 59 3.5.2 Vùng bảo vệ .60 3.5.3 Các đường thoát sét 61 3.6 CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN .62 3.6.1 Mô tả chung 62 3.6.2 Điều khiển góc cánh quạt (Pitch) 66 3.6.3 Điều khiển Công suất .67 3.6.3.1 Giới hạn công suất 69 3.6.3.2 Điểm đặt công suất P 69 3.6.3.3 Derated mode by Wind .69 3.6.4 Điều khiển tốc độ .70 3.6.5 Thuật toán giảm tiếng ồn 72 3.6.6 Điều khiển khởi động dừng máy 73 3.6.6.1 Khởi động 73 3.6.6.2 Dừng máy 74 3.6.7 Logic điều khiển Yaw cáp 74 3.6.7.1 Điều khiển hướng gió (Yaw) 74 3.6.7.2 Điều khiển cáp .75 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG KẾT NỐI NHÀ MÁY PHONG ĐIỆN ĐẦM NẠI ĐẾN LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC .76 4.1 HIỆN TRẠNG LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC .76 4.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực 76 4.1.2 Khả đáp ứng phụ tải lưới điện tỉnh Ninh Thuận 76 4.2 PHƯƠNG ÁN SƠ ĐỒ LƯỚI ĐIỆN NHÀ MÁY 77 4.3 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC VỚI ỨNG DỤNG ETAP .78 4.3.1 Chế độ vận hành lưới điện phân phối khu vực chưa kết nối nhà máy phong điện Đầm Nại 78 4.3.1.1 Đặc điểm phụ tải lưới điện khu vực 78 4.3.1.2 Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu 81 4.3.1.3 Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại 87 4.3.1.4 Phân tích chế độ vận hành chưa kết nối nhà máy phong điện Đầm Nại .92 4.3.2 Đánh giá chế độ phát nhà máy điện gió Đầm Nại ứng với chế độ tải lưới điện Ninh Thuận 94 4.3.2.1 Phân tích trường hợp nhà máy phong điện Đầm Nại phát cực đại 95 4.3.2.2 Phân tích trường hợp nhà máy phong điện Đầm Nại phát cực tiểu 98 4.3.2.3 Phân tích tổn thất cơng suất, điện áp nút 110kV ứng với chế độ mô 102 4.3.3 Phân tích trường hợp cố 104 4.3.3.1 Các qui định kết lưới tần số điện áp nhà máy điện gió 104 4.3.3.2 Xét trường hợp cố đường dây 22kV kết nối nhà máy điện Đầm Nại đến trạm Ninh Hải ( TH1) .105 4.3.3.3 Xét trường hợp cố đường dây 110kV kết nối từ trạm Tháp Chàm đến trạm 110kV Ninh Hải (TH2) 113 KẾT LUẬN 120 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (BẢN SAO) BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU f Tần số dòng điện điện áp (Hz) U điện áp (V) I Dịng điện (A) P Cơng suất tác dụng (W) Q Công suất phản kháng (VAr) n Tốc độ (v/p) Kn Hải lý THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT MBA AC DC DFIG DFIM FSIG CCU GSC MSC PLC HMI pu WECS WTG VSC WF CCW PF SMP Un rms Fn HV MV LV IEC LPL LPS LPZ SPD Alternating Ccurent Direct Curent Doubly Feb Induction Gennerrator Doubly-Fed Induction Machine Fixed Speed Induction Generator Central Control Unit Grid side Converter Machine Side Converter Programmable Logic Controller Human Machine Interface Per Unit Wind Energy Conversion Systems Wind Turbine Generator Voltage Source Converter Wind Farms Counterclockwise Power Factor Maintenance Prediction System Grid Normal Voltage Root mean square Grid frequency High Voltage Medium Voltage Low Voltage International Electrotechnical Commission Lighting protection level Lighting protection System Lighting protection Zone Surge Protection Device Máy biến áp Dòng điện xoay chiều Dòng điện chiều Máy phát cảm ứng nguồn kép Máy phát không đồng nguồn kép Máy phát cảm ứng vận tốc cố định Bộ điều khiển trung tâm Bộ chuyển đổi phía lưới Bộ chuyển đổi phía máy phát Bộ lập trình điều khiển Giao diện người dùng Đơn vị tương đối Hệ thống chuyển đổi lượng gió Máy phát tuabin gió Bộ chuyển đổi nguồn áp Trang trại gió Chiều kim đồng hồ Hệ số cơng suất Hệ thống dự đoán bão dưỡng Điện áp lưới định mức Trị số hiệu dụng Tần số lưới Điện cao áp Điện trung áp Điện áp thấp Hiệp hội tiêu chuẩn quốc tế Mức bảo vệ chống sét Hệ thống bảo vệ chống sét Vùng bảo vệ chống sét Thiết bị bảo vệ xung DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 2.15 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 Tên bảng Trang Tiềm gió Việt Nam độ cao 65m so với mặt đất So sánh vận tốc gió trung bình EVN Bản đồ giới Tiềm kỹ thuật lượng gió Việt Nam Phân bố tài nguyên gió độ cao 80m Tổng hợp dự án điện gió triển khai Cấp gió Beaufort Khu vực tiềm phát triển lượng gió Tỉnh Ninh Thuận Quy hoạch khu vực tiềm dự án điện gió Tỉnh Ninh thuận năm 2011-2020, tầm nhìn đến năm 2030 [5] Thống kê số liệu trung bình tháng Thống kê tốc độ lớn Phan Rang từ năm 1994 đến 2014 Thống kê tốc độ lớn Phan Rang từ năm 1994 -2014 NASA Thống kê số liệu gió trung bình tháng Các đặc trưng lượng mưa tháng, năm (mm) Các đặc trưng nhiệt độ khơng khí tháng, năm (0C) Các đặc trưng độ ẩm tương đối không khí tháng, năm (%) Tốc độ gió trung bình tháng năm (m/s) Tần suất lặng gió (PL%) tần suất (P%) trung bình năm Tần suất lặng gió (PL%) tần suất (P%) vận tốc gió (V m/s) trung bình theo hướng Các bão áp thấp nhiệt đới ảnh hưởng đến vùng biển Ninh Thuận-Bình Thuận Gam công suất từ 2,0 – MW số nhà sản xuất Bảng thông số kỹ thuật tua bin dự án Đầm Nại Số liệu phụ tải ngày tỉnh Ninh Thuận Thông số nguồn lưới khu vực Kết tổn thất đường dây trạm biến áp Phân bố tải nút tải cực tiểu chưa kết nối Đầm Nại Thông tin tổng quát tải cực tiểu chưa kết nối Đầm Nại Thống kê điện áp nút tải cực tiểu chưa kết nối Đầm Nại Phân bố tải đường dây tải cực tiểu chưa nối Đầm Nại Thông số nhánh phụ tải tải cực tiểu chưa kết nối Đầm Nại Thông số nguồn tải cực tiểu chưa nối Đầm Nại Phân bố tải nút tải cực đại chưa kết nối Đầm Nại 4 5 12 13 22 24 25 26 27 30 35 35 36 36 36 37 37 41 42 79 80 83 84 85 85 86 86 87 89 Số hiệu 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18 4.19 4.20 4.21 4.22 4.23 4.24 4.25 4.26 4.27 4.28 4.29 Tên bảng Trang Tổn thất ĐZ trạm biến áp tải cực đại chưa nối Đầm Nại Thông tin tổng quát tải cực đại chưa kết nối Đầm Nại Thống kê điện áp nút tải cực đại chưa kết nối Đầm Nại Phân bố tải đường dây tải cực đại chưa nối Đầm Nại Thông số nhánh phụ tải tải cực đại chưa kết nối Đầm Nại Thông số nguồn tải cực đại chưa nối Đầm Nại So sánh tổn thất công suất chế độ phần tử lưới điện So sánh điện áp nút chế độ vận hành So sánh phân bố công suất Đầm Nại phát cực đại Số liệu tổng quan mô Đầm Nại phát cực đại kết lưới Điện áp nút Đầm Nại phát cực đại nối với chế độ lưới So sánh phân bố công suất Đầm Nại phát cực tiểu Số liệu tổng quan mô Đầm Nại phát cực tiểu kết lưới Điện áp nút Đầm Nại phát cực tiểu nối với chế độ lưới So sánh tổn thất công suất điện áp nút chế độ Yêu cầu đáp ứng tua bin gió điện áp tần số lưới Bảng số liệu chi tiết thông số máy phát mô cố(TH1) Bảng ghi tốc độ Tuabin gió q trình mơ cố (TH1) Bảng số liệu chi tiết thông số máy phát mô cố(TH2) 90 90 91 91 92 92 93 93 97 97 98 101 101 102 102 104 108 109 116 ... đồ lưới điện truyền tải hữu tỉnh Ninh Thuận Sơ đồ sợi đấu nối nhà máy Đầm Nại lưới điện khu vực Biểu đồ phụ tải toàn tỉnh Ninh thuận Sơ đồ lưới điện 110-22kV tỉnh Ninh Thuận 4.5 Phân bố công... cho nhà máy phong điện Đầm Nại Hệ thống lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận 2 3.2 Phạm vi nguyên cứu Nội dung nguyên cứu phạm vi thiết kế kết lưới nhà máy phong điện Đầm Nại địa tỉnh Ninh Thuận... hoạch phát triển điện gió tỉnh Ninh Thuận giai đoạn 20112020, tầm nhìn đến 2030 tiềm phát triển điện gió Ninh Thuận sau: Bảng 2.1 Khu vực tiềm phát triển lượng gió Tỉnh Ninh Thuận Vận tốc Diện