Đang tải... (xem toàn văn)
Quản lý công suất cho máy phát phân tán trong hệ Microgrid Quản lý công suất cho máy phát phân tán trong hệ Microgrid Quản lý công suất cho máy phát phân tán trong hệ Microgrid luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - ĐINH QUANG TÚ QUẢN LÝ CÔNG SUẤT CHO MÁY PHÁT PHÂN TÁN TRONG HỆ MICROGRID LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - ĐINH QUANG TÚ QUẢN LÝ CÔNG SUẤT CHO MÁY PHÁT PHÂN TÁN TRONG HỆ MICROGRID LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS VÕ NGỌC ĐIỀU TP HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS VÕ NGỌC ĐIỀU Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 25 tháng năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên PGS.TS Đồng Văn Hướng PGS.TS Quyền Huy Ánh TS Võ Công Phương TS Võ Viết Cường TS Nguyễn Hùng Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng… năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đinh Quang Tú Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/01/1986 Nơi sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830058 I- Tên đề tài: Quản lý công xuất cho máy phát phân tán hệ microgrid II- Nhiệm vụ nội dung: Nhiệm vụ - Nghiên cứu tài liệu, Matlab/Simulink nghiên cứu vi lưới, - Mơ hình hóa thành phần quan trọng vi Nội dung: - Nghiên cứu quản lý vận hành hiệu tin cậy vi lưới pha cân điện áp thấp chế độ nối lưới vận hành - Mơ mơ hình vi lưới đầy đủ Matlab/Simulink để kiểm tra tính hiệu phương pháp điều khiển đề xuất nghiên cứu phương pháp chia sẻ tải III- Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2016 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 25/ / 2016 V- Cán hướng dẫn: PGS.TS VÕ NGỌC ĐIỀU CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực luận văn (Ký tên ghi rõ họ tên) Đinh Quang Tú ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành gửi đến thầy PGS.TS Võ Ngọc Điều người tận tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức giúp tơi hồn thành luận văn Bên cạnh đó, tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô môn khoa ĐiệnĐiện tử truyền đạt cho kiến thức bổ ích quý giá trình học tập để ứng dụng vào nghiên cứu phát triển đề tài ứng dụng vào công việc sau Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất bạn cao học Kỹ thuật điện động viên, giúp đỡ, trao đổi kiến thức với suốt khóa học Họ tên Tác giả Luận văn Đinh Quang Tú iii TĨM TẮT Luận văn trình bày mơ hình đầy đủ vi lưới (vi lưới) điển hình với phương pháp điều khiển cần thiết để vận hành vi lưới Trong luận văn này, tác giả trình bày chi tiết việc mơ hình hóa vi lưới với thành phần hệ thống pin lượng mặt trời (PV), nghịch lưu nối lưới, vòng khóa pha (PLL), tải tiêu thụ mạng điện phân phối dịch vụ Chiến lược điều khiển có xem xét đến chế độ vận hành khác vi lưới Ở chế độ cách ly, kỹ thuật điều khiển tương đương với điều khiển hệ thống lượng thông thường để điều chỉnh vận hành vi lưới Ở chế độ nối lưới, mô hình điều khiển dịng khơng đổi điều khiển P-Q sử dụng để điều khiển công suất ngõ nguồn bên vi lưới Sau đánh giá kết mơ phỏng, mơ hình thiết kế thích hợp vận hành tương tự hệ thống điện tích hợp thực tế Hơn nữa, phương pháp điều khiển chứng minh có tính hiệu bền vững việc điều khiển vận hành vi lưới trì ổn định hệ thống Nội dung luận văn đặt móng cho nghiên cứu phát triển sâu lĩnh vực điều khiển mơ hình hóa vi lưới iv ABSTRACT This thesis presents a complete model of a typical microgrid, together with identification of the required control strategies in order to operate this new type of power system More specifically, it involves the modelling of PV systems, inverters, Phase Locked Loops (PLLs), loads and utility distribution networks, which can be then combined together to form a microgrid The proposed microgrid control strategies in this thesis consider different operation conditions of a microgrid For islanded operation, control techniques similar to those in conventional power systems are adopted and modified to regulate the microgrid operation For grid-connected operation, constant current control and P-Q control schemes are used to control output powers of the sources within a microgrid After examining the simulation results, it has been concluded that the designed microgrid model is adequate in its representation and it behaved in a way similar to real integrated power systems Furthermore, proposed control strategies have proven their robustness and effectiveness in controlling the operation of microgrid while maintaining system stability The contents of this thesis lay a groundwork that allows for further investigation and development in the areas of microgrid control and microgrid modelling v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DG: Distributed Generations MICROGRID: Vi lưới CERTS: Hiệp hội giải pháp công nghệ đáng tin cậy điện PWM: Plse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung) PCC : Point Of Common Coupling (Điểm ghép chung) MPPT: Maximum Power Point Tracker (Điểm dị tìm cơng suất cực đại) PLL: Phase Locked Loop (Vịng khóa pha) RMS: Root Mean Square THD: Total Harmonic Distortion (Méo sóng hài tổng) IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor (Transitor có cực điều khiển cách ly) vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1:Thông số khối pin lượng mặt trời 80W REDSUN 21 Bảng 2: Thông số nghịch lưu 31 64 (c) Điện áp bus (d) Dịng điện bus Kết mơ với wind power, kỹ thuật điều khiển dựa độ sụt phân bố công suất tải vi lưới theo công suất danh định chúng Vi nguồn tăng công suất ngõ đáp ứng giá trị tải tăng cách tỷ lệ 65 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 Tóm tắt luận văn Luận văn có ý định thực nghiệm khái niệm vi lưới đề nghị phương pháp điều khiển để vận hành ổn định tin cậy vi lưới điện áp thấp ba pha cân chế độ nối lưới Giai đoạn luận văn này, để nghiên cứu phân tích đặc tính vi lưới, mơ hình thành phần quan trọng vi lưới cụ thể Mặc dù thành phần khơng mơ hình chi tiết, vận hành thành phần kết hợp cho nhìn đầy đủ đặc tính động vi lưới nhiều điều kiện tải khác nhau, đặc biệt thực chiến lược điều khiển Hơn nữa, chiến lược điều khiển cần thiết để vận hành vi lưới nối lưới Kỹ thuật dùng để điều khiển vi lưới chế độ cách ly dựa phương pháp tiếp cận hệ thống thông thường để điều chỉnh điện áp tần số, để nâng cao phân bố tải máy phát Từ phân tích thực kết mơ có được, độ sụt thơng thường thực hiệu để điều khiển vận hành nghịch lưu song song ghép nối thơng qua cáp điện có tỷ số R/X thấp, chứng minh chắn hiệu việc điều chỉnh tần số điện áp suốt trình vận hành cách ly Nguyên tắc phân bố công suất kiểm nghiệm, kết mô tất vi nguồn hệ thống thử nghiệm chia sẻ lượng cơng suất thích hợp thơng qua phương pháp nêu, giữ điện áp tần số giá trị cho phép Đối với vận hành vi lưới chế độ nối lưới, điều khiển dịng khơng đổi sơ đồ điều khiển P – Q giới thiệu thử nghiệm Hai mơ hình chứng minh chắn việc điều chỉnh công suất ngõ từ tất vi nguồn xác định giá trị tham chiếu khối vịng khóa pha ln có khả đồng hóa xác vi lưới lưới Thêm vào đó, có hai sơ đồ thành cơng đạt tách đơi hồn tồn công suất tác dụng công suất phản kháng vi lưới vận hành chế độ nối lưới kết mô 66 Các cấu hình vi nguồn liên kết với cấu hình hỗn hợp thử nghiệm luận văn Có thể thấy vi lưới với cấu hình hỗn hợp tạo trạng thái vận hành tốt mà hiệu suất tổng vi lưới đạt cực đại dao động tải tác động lên lưới điện tối thiểu 6.2 Hướng phát triển đề tài Như đề cập phần trước, mục tiêu luận văn mơ hình hệ thống vi lưới đầy đủ Mục tiêu nghiên cứu đặc tính viễn cảnh lớn mà khơng làm phức tạp với việc mơ hình hóa chức chi tiết Phương pháp tiếp cận đạt mục tiêu tốt Tuy nhiên, đề nghị cho bước kết hợp chi tiết chức đầy đủ tất thành phần, cụ thể nguồn lượng nghịch lưu, để đánh giá kết nghiên cứu tương tác nguồn nguồn với lưới điện Mở rộng phạm vi vi nguồn cách bao gồm thêm nguồn lượng tái tạo khác (Địa nhiệt, pin nhiên liệu,…) sau nghiên cứu cách chúng tương tác với Chỉ có chiến lược điều khiển hệ thống cân liệt kê nghiên cứu Điện áp khơng cân tác động lớn đến ổn định vận hành vi lưới Hơn nữa, tượng khác võng điện áp, méo sóng hài liên quan đến nghịch lưu tác động đến vận hành vi lưới Do đó, cần có nghiên cứu xa lĩnh vực Các thiết bị lưu trữ lượng phần thiết yếu vi lưới điển hình Những thiết bị khơng xem xét đến luận văn Vì cần bao gồm mơ hình thiết bị lưu trữ lượng nghiên cứu tương lai, để nghiên cứu lợi ích nguồn dự trữ thử nghiệm vận hành chúng vận hành song song với vi nguồn, nghiên cứu tượng nạp/xả lượng 67 Do giá trị điện cảm điện trở cáp điện truyền tải xác định mức độ ghép nối công suất phản kháng tác dụng, phân tích ổn định hệ thống thông qua phạm vi tỷ số R/X cần khuyến cáo mạnh mẽ Điều đôi lúc cần sửa đổi phương pháp dựa độ sụt tinh chỉnh độ xác điều khiển PI Cuối cùng, thiết lập thí nghiệm phần cứng cho vi lưới mức độ nhỏ cần thiết để bác bỏ hay xác nhận kết mô thực 68 Tài Liệu tham khảo [1] Li, Yunwei, Mahinda Vilathgamuwa, and Poh Chiang Loh 2004 Design, Analysis and Real-Time Testing of a Controller for Multibus Microgrid System IEEE Transactions on Power Electronics, VOL 19, NO.5 September (2004): 1195-1203 [2] S Chowdhury, S.P Chowdhury, and P Crossley 2009 Microgrids and Active Distribution Newtwork London: Institution Of Engineering And Technology [3] Katriraei, Farid , Reza Iravani, Nikos Hatziargyriou, and Aris Dimeas.2008 Microgrids Management: Control and Operation Aspects of Microgrids IEEE power and energy magazine, May/June 2008 Pages: 54-65 [4] Kroposki, Benjamin , Robert Lasseter, Toshifumi Ise, Satoshi Morozumi, Stavros Papathanassiou, and Nikos Hatziargyriou 2008 Making Microgrids Work IIEEE power & energy magazine, May /June 2008 Pages: 40-53 [5] Robert H Lasseter and Paolo Piagi 2006 Control and Design of Microgrid Components University of Wisconsin-Madison [6] Piagi, Paolo, and Robert H Lasseter 2006 Autonomous Control of Microgrids IEEE PES Meeting, Montreal, 2006 [7] Ahn, Seon-Ju , Jin-Woo Park, ll-Yop Chung, Seung-ll Moon, Sang-Hee Kang, and Soon-Ryul Nam 2010 Power-Sharing Method of Multiple Distributed Considering Control Methods and Configurations of a Microgrid IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, VOL 25, NO 3, JULY (2010): 20072016 [8] Anca D Hansen, Poul Sorensen, Lars H Hansen, and Henrik Bindner 2000 Models for a Stand-alone PVSystem Roskilde: Riso National Laboratory [9] R Sudharshan Kaarthik, Nayan Kumar Dalei, R Vigneshwaran and Rabinarayan Das 2010 Modelling, Simulation and Implementations of Low Power 69 Photovoltaic Energy Conversion System Bachelor Thesis, National Institude of Technology Rourkela [10] Http://www.redsun-vn.com/tieng/ProductShow.asp?PicID=113 [11] Jin-Woo Jung 2005 Project#2 Space Vector PWM Inverter Department of Electrical and Computer Engineering [12] Muhammad H Rashid 2004 Power Electronics: Circuits, Devicesand Applications.3rd ed Alexandria, VA: Prentice Hall [13] Iqbal, Atif, Adoum Lamine, Imtiaz Ashra, and Mohibullah shaleh.2006 Matlab/Simulink Model of Space Vector PWM for Three-Phase Voltage Source Inverter Universities Power Engineering Conference, UPEC '06 Proceedings of the 41st International (2006): 1096-1100 [14] Ned Mohan, Tore M Undeland, and William P Robbins 2003 Power Electronics converters application and design 3rd ed Hoboken: John Wiley & Sons, Inc [15] Australian Standard 4777.1 2005 Grid Connection of energy Systems Via Inverters: Installation Requirements [16] Measure Total Harmonic Distortion (THD), http://www.mathworks.com/help/toolbox/phvsmod/powersvs/ref/totalharmonicdist ortion.html accessed on 10/09/2010 [17] M Popov, H Karimi, H Nikkhajoei and V Terzija Dynamic Model and Control of a Microgrid with Passive Loads, http://www.ipst.org/techpapers/2009/papers/20.pdf Accessed on 22/08/2010 [18] Rym Marouani and Abdelkader Mami Voltage Oriented Control Applied to a Grid Connected Photovoltaic System with Maximum PowerPoint Tracking Technique accessed on 13/08/2010 70 [19] Deng, Jiamei, Shuangbao Ma, and Yong Xue.2009 Power Flow Control of a Distributed Generation Unit in Micro-Grid Power Electronics and Motion Control Conference, IPEMC '09 IEEE 6th International: 2122 - 2125 [20] Basak, Prasenjit, A K Saha, S Chowdhury, and S P Chowdhury 2009 Microgrid: Control Techniques and Modeling Universities Power Engineering Conference (UPEC), 2009 Proceedings of the 44th International: 1-5 [21] Hiskens, Ian A., and Eric M Fleming 2008 Control of Inverter-Connected Sources in Autonomous Microgrids American Control Conference (2008): 586 - 590 [22] Wei Li, Yun , and ChingNan Kao.2009 An accurate power control strategy for inverter based distributed generation units operating in a low voltage microgrid Energy Conversion Congress and Exposition, ECCE 2009 (2009): 3363 - 3370 [23] VECHIU, A LLARIA, O CUREA1 and H CAMBLONG Control of Power Converters for Microgrids" http://cmrt.centrale-marseille.fr/cDi/ever09/documents/DaDers/re4/EVER09Daoer-181.Ddf, accessed on 11/08/2010 [24] Majumder, Ritwik, Farhad Shahnia, Arindam Ghosh, Gerard Ledwich, Michael Wishart, and Firuz Zare 2009 Operation and control of a microgrid containing inertial and non-inertial micro sources TENCON 2009 - 2009 IEEE REGION 10 CONFERENCE 44 (2009): - [25] R S Alabri and E F El-Saadany Interfacing Control of Inverter-based DG Units http://icccp.net/proceedings/2009/Papers/ICCCP09-076.pdf accessed on 22/08/2010 [26] Carlos Coelho Leal Moreira 2008 IDENTIFICATION AND DEVELOPMENT OF MICROGRIDS EMERGENCY CONTROL PROCEDURES PhD Diss., University of Porto, 2008 9.2 phụ lục a: Mơ hình hóa mơ Phương trình sau lấy từ [8] áp dụng cho khối PV có thơng số [10] Dòng điện thực tạo khối PV tính tốn sau: Trong đó: m Hệ số lý tưởng K Hằng số Boltzmann (1.38*10-23 J/K) Nhiệt độ tuyệt đối pin (0K) e Điện tích electron (1.602*10-19 C) V Điện áp đặt pin I0 Dòng điện báo hòa tối Tổng dòng điện bơm vào khối PV cho bởi: Trong đó: Dịng điện mơ đun Điện áp mô đun Số lượng pin mắc song song Số lượng pin mắc nối tiếp Dòng ngắn mạch pin Điện áp hở mạch pin Điện áp nhiệt Dịng điện ngắn mạch tính tốn dựa phụ thuộc tuyến tính độ xạ mặt trời: Điện áp hở mạch pin phụ thuộc vào nhiệt độ vận hành: Trong đó: Điện áp vận hành pin điều kiện vận hành cụ thể Hệ số nhiệt độ theo điện áp hở mạch (= - 78.2mV/C0 từ bảng 3.2) Nhiệt độ vận hành pin Nhiệt độ pin điều kiện chuẩn, 250C Nhiệt độ vận hành pin, TC, tính tốn sử dụng phương trình sau: Trong đó: Nhiệt độ mơi trường số, Dịng ngắn mạch tùy chỉnh nhiều thơng qua hiệu ứng nhiệt Trong đó: Hệ số nhiệt độ dịng điện ngắn mạch (-1.57 mA/C0) 9.2 phụ lục B Chuyển đổi tốn học Điện áp dịng điện chuyển đổi từ dạng abc sang hệ tọa độ tham chiếu hai trục (hệ tọa độ α – β) sau, X tượng trưng cho điện áp dòng điện Và từ hệ tọa độ tham chiếu hai trục cố định đến hệ tọa độ tham chiếu hai trục xoay (hệ tọa độ d – q) sau: Các đại lượng tức thời, abc, chuyển sang dq sử dụng ma trận sau: Và từ chế độ dq chuyển ngược lại thành abc sử dụng quan hệ nghịch đảo sau: Công suất tác dụng hệ dq dùng phương trình: P = VdId + VqIq Và công suất phản kháng biểu diễn sau: Q = VdIq - VqId 9.3 phụ lục c Thông số chi tiết hệ thống thử nghiệm Tính tốn điện trở điện kháng cáp Phương trình đơn vị viết sau: Thành phần 1: Công suất danh định nghịch lưu, Điện áp hệ thống, = 50KVA = 415V dây – dây Zbase 415V 3.445 50KVA Khi giá trị điện trở điện kháng chọn 0.2 pu, điện kháng cáp ba pha tính sau: L1 0.2 Zbase 3.445 0.2 0.73mH (2 f ) (2 50) Tỷ số R/X 1, dẫn đến giá trị điện trở là: R1 0.2 3.445 0.229 Thành phần 2: Công suất danh định nghịch lưu, Điện áp hệ thống, = 25KVA = 415V dây – dây 415V Zbase 6.889 25KVA Với tính tốn tương tự thành phần 1, điện kháng cáp ba pha tính sau: L2 0.2 Zbase 6.889 0.2 0.73mH 3 (2 f ) 3 (2 50) Giá trị điện trở là: 6.889 0.46 R2 0.2 Thành phần 3: Công suất danh định nghịch lưu, Điện áp hệ thống, = 10KVA = 415V dây – dây Zbase 415V 17.22 10KVA Điện kháng tính sau: L3 0.2 Zbase 17.22 0.2 3.66mH (2 f ) (2 50) Giá trị điện trở là: R3 0.2 17.2 1.148 9.4 phụ lục E Thực mơ Simulink Hình E.1: Cấu trúc vi lưới thử nghiệm Simulink Hình E.2: Sơ đồ điều khiển với wind power 9.5 phụ lục F Thông số mô Bảng F.1: Thông số mô mô hình microgrid Thành phần Thành phần Thơng số Cơng suất danh định (kW) Hằng số thời gian việc tách P (s) Hằng số thời gian việc tách Q (s) mP (rad/s/w) mQ (V/VAr) (rad/s) V0 (Vrms) Tần số (Hz) Giá trị 25 0.1 0.2 10E-3 5E-6 314 400 50 Thông số mô với wind power Thành phần Wind Turbine Thông số Công suất danh định (MW) Wind speed (m/s) Rs (pu) Ls (pu) Rr (pu) Lr (pu) Lm (pu) Vs (Vrms) Vr (Vrms) Tần số (Hz) Giá trị 11 0.023 0.18 0.016 0.16 2.9 575 1975 60 ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - ĐINH QUANG TÚ QUẢN LÝ CÔNG SUẤT CHO MÁY PHÁT PHÂN TÁN TRONG HỆ MICROGRID LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật... Đảm bảo điều phối quản lý hợp lý, đảm bảo bảo trì liên tục Dự đốn nguồn phát công suất tải: Công suất tải máy phát sử dụng nguồn mặt trời, lượng gió, dự đốn lên kế hoạch tối ưu cho thiết bị lưu... sinh: Thanh Hóa Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830058 I- Tên đề tài: Quản lý công xuất cho máy phát phân tán hệ microgrid II- Nhiệm vụ nội dung: Nhiệm vụ - Nghiên cứu tài liệu, Matlab/Simulink