Mô phỏng chất lượng điện trên lưới điện nhỏ (MG) trong trường hợp nguồn năng lượng gió kết hợp với máy phát điện diesel

Nội dung text: Mô phỏng chất lượng điện trên lưới điện nhỏ (MG) trong trường hợp nguồn năng lượng gió kết hợp với máy phát điện diesel

1. MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG ĐIỆN TRÊN LƯỚI ĐIỆN NHỎ (MG) TRONG TRƯỜNG HỢP NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ KẾT HỢPVỚI MÁY PHÁT ĐIỆN DIESEL SIMULATION POWER QUALITY OF MICROGRID BASED ON WIND TURBINE AND DIESEL GENERATOR OPERATE UNCONECTED WITH GRID Vương Hữu Hiển Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM TÓM TẮT Khi nhu cầu năng lượng của các nước ngày càng gia tăng, khả năng cung cấp nguồn của lưới điện truyền thống ngày càng hạn chế do cạn kiệt nguồn tài nguyên thiên nhiên, thiên tai .Thì nguồn năng lượng tái tạo ngày càng được tin dùng và có tiềm năng lớn. Việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo cũng phải đáp ứng được các tiêu chuẩn cao về chất lượng điện năng. Nguồn năng lượng tái tạo đang được sử dụng phổ biến hiện nay là nguồn năng lượng gió. Chính vì thế nghiên cứu “Mô phỏng chất lượng điện năng trên lưới điện nhỏ trong trường hợp nguồn năng lượng gió kết hợp máy phát điện Diesel” là rất cần thiết. Để thực hiện mô phỏng, mô hình hệ thống được xây dựng dựa trên các thành phần như tuabin gió, máy phát điện diesel . sử dụng công cụ có sẵn trong Simulation/Simulink của Matlab 2015a. Mô phỏng và khảo sát chất lượng điện áp của hệ thống trong các trường hợp vận hành độc lập và kết hợp Diesel để cung cấp cho phụ tải 250 kW, 480 Vac, 60 Hz. Sau thực hiện mô phỏng thì kết quả mô phỏng cho thấy rằng, mô hình đã xây dựng đáp ứng được giá trị điện áp mà tải yêu cầu (480 Vac). Từ khóa: Chất lượng điện năng, an ninh năng lượng, lưới điện nhỏ, năng lượng gió ABSTRACT When energy demand of the country is increasing, the ability to provide traditional grid sources increasingly limited due to the depletion of natural resources, disaster .ability to supply electric from traditional energy is limited while renewable energy is abundant in the world. Therefore, using renewable energy to supply power is important require nowadays, instead of depend on main grid but still it ensure power quality. So study “Simulation power quality of Microgrid based on wind and diesel generator operate grid” is so necessary. To simulate, model is built from tools in Matlab 2015a environment as Wind turbine, Diesel generator, . Simulate and survey voltage quality of system in case grid is island mode to supply power for load 250 kW, 480 Vac and 60 Hz. From result of simulation, this model can be response for load demand. Key word: Power quality, power security, microgrid, wind power, diesel generator 1. ĐỊNH NGHĨA MICROGRID. có thể hoạt động như một lưới điện độc lập, Có thể có nhiều định nghĩa cho khái tách khỏi lưới điện phân phối hiện niệm này, nhưng một định nghĩa tương đối hành”.[1] đầy đủ là của Navigan Research: “Lưới điện Bao gồm các thành phần chính như nhỏ là một hệ thống năng lượng tích hợp sau: Nguồn năng lượng, hệ thống quản lý bao gồm các nguồn năng lượng phân tán năng lượng, hệ thống lưu trữ năng lượng, (DER - distributed energy resources), một thiết bị tiêu thụ điện, và các tiện ích kết nối. số phụ tải và hệ thống đo đếm, hệ thống này
2. điều kiện ràng buộc quan trọng là vận hành ổn định và đảm bảo chất lượng điện năng. 3. ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH. Để quan sát được những vấn đề liên quan chất lượng điện năng của bản thân hệ MicroGrid cũng như những ảnh hưởng, tác Hình 1: Mô hình sơ đồ khối lưới điện động của MicroGrid đến toàn hệ thống thì MicroGrid. việc xây dựng mô hình mô phỏng nghiên cứu là cần thiết. 3.1 Mô hình hóa năng lượng gió Năng lượng gió. Sơ đồ tương đương máy phát điện gió. Hình 2: Lưới điện nhỏ là năng lượng gió kết hợp Diesel. 2. ƯU ĐIỂM VÀ THÁCH THỨC [2]. Giúp nhà đầu tư tiết kiệm tiền từ việc tiêu thu năng lượng tái tạo, thân thiện với Hình 3: Mạch tương đương trục d, môi trường, giảm lượng khí thải và các chất trục q của máy phát điện gió ô nhiễm gây nên hiệu ứng nhà kính, sử dụng Từ mạch tương đương trên, ta được năng lượng hiệu quả, cải thiện công suất các giá trị cho máy phát điện gió. Mô hình phản kháng do đó nâng cao chất lượng điện tuabin gió trong matlab như hình 4. Tùy theo năng, giảm thiểu sự quá tải ở cách nhánh tốc độ gió ta dựa vào đường đặc tính của truyền tải và phân tán tuabin có được mô men cung cấp cho máy Bên cạnh đó cũng có các thách thức phát điện gió. như sau: Các chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc cài đặt một hệ thống năng lượng gió, Ngoài ra tốc độ gió còn chưa cao và không đồng đều. Trong quá trình vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel thì cần phải thỏa mãn các điều kiện ràng buộc liên quan đến các giới hạn kỹ thuật. Hai Hình 4: Mô hình tuabin gió trong matlab.
3. Công suất Pn 275kVA 3.2. Máy phát điện diesel Tần số fn 60Hz Cấu tạo gồm hai phần chính: phần cảm hay rotor là phần kích từ được kéo bởi động Tải loại 1 P1 150kW cơ sơ cấp và phần ứng hay stator là phần Tải loại 2 P2 100kW đứng yên được kết nối với hệ thống điện. Bảng 1: Thông số mô phỏng của máy phát điện gió. Thông số máy phát diesel : 300kVA, 0.48 KV, 60Hz. 4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG. 4.1 Tuabin gió hoạt động độc lập Hình 5: Mặt cát máy phát điện diesel. 3.3. Cấu hình hệ thống. Hình 7: Điện áp và dòng điện tại vận tốc gió 10 m/s. Hình 6: Cấu hình máy phát điện gió kết hợp Diesel độc lập lưới điện. Cấu hình trên thể hiện các thành phần chính của hệ MicroGrid để tạo ra được nguồn điện 3 pha. Điện năng do máy phát tạo ra sẽ được đưa cung cấp trực tiếp cho tải. Bên cạnh đó, hệ thống còn tích hợp các máy Hình 8: Điện áp và dòng điện tại vận cắt để giả lập các trường hợp mô phỏng. tốc gió 9 m/s. Thông số mô phỏng như sau: Máy phát điện gió: Điện áp Vn 480V định mức
4. Hình 9: Điện áp và dòng điện tại vận tốc gió 8 m/s. Hình 14: Điện áp và dòng điện tại vận tốc gió 9 m/s. Hình 10: Công suất tải, máy phát diesel và tuabin gió tại vận tốc gió 10 m/s. Hình 15: Điện áp và dòng điện tại vận tốc gió 8 m/s. Hình 11: Công suất tải, máy phát diesel và tuabin gió tại vận tốc gió 9 m/s. Hình 16: Công suất tải, máy phát diesel và tuabin gió tại vận tốc gió 10 m/s. Hình 12: Công suất tải, máy phát diesel và tuabin gió tại vận tốc gió 8 m/s. 4.2. Tuabin gió kết hợp Diesel. Hình 17: Công suất tải, máy phát diesel và tuabin gió tại vận tốc gió 9 m/s. Hình 13: Điện áp và dòng điện tại vận tốc gió 10 m/s.
5. Tìm hiểu khái quát về Microgrid, sơ đồ khối Microgrid.Tìm hiểu về năng lượng tái tạo (năng lượng gió), ưu nhượt điểm, tình hình sử dụng trong và ngoài nước. Xây dựng được mô hình mô phỏng Matlab để mô phỏng điện áp trong các trường hợp giả định như trường hợp tuabin gió hoạt Hình 18: Công suất tải, máy phát diesel và tuabin gió tại vận tốc gió 8 m/s. động độc lập, trường hợp tuabin gió hoạt 5. NHẬN XÉT KẾT QUẢ MÔ PHỎNG động kết hợp với máy phát Diezel và tăng VÀ KẾT LUẬN. tải theo giả định. Từ các kết quả mô phỏng ở hai trường hợp Kết quả mô phỏng cho thấy rằng Microgrid tuabin gió hoạt động độc lập và tuabin gió hoàn toàn có thể hoạt động độc ập với lưới kết hợp máy phát điện Diesel cho ta thấy điện chính mà không ảnh hưởng đến các vấn rằng lưới điện Microgrid hoàn toàn có thể đề chất lượng điện năng. Với những vấn đề hoạt động độc lập với lưới điện chính, mà về năng lượng cũng như về môi trường hiện vẫn đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng điện nay thì việc áp dụng MicroGrid dùng năng năng của lưới điện. Sử dụng lưới điện lượng gió vào thực tiễn là hoàn toàn khả thi. Microgrid góp phần hạn chế sự phụ thuộc Sử dụng MicroGrid trong thực tế góp phần của tải vào lưới điện chính. cải thiện môi trường (vì Microgrid năng Khi xảy ra mất điện lưới hoàn toàn, hệ thống lượng gió là năng lượng sạch, tái tạo), cải sẽ kích hoạt tuabin gió, sau khi khởi động hệ thiện sự nóng lên của trái đất, góp phần đảm thống năng lượng tuabin độc lập. Khi tải bảo mô trường xanh. tăng quá công suất của máy phát gió hệ Bên cạnh những kết quả đạt thì đề tài có thống sẽ khởi động máy phát điện Diesel thể phát triển, cải tiến thêm mô hình mô hoạt động song song. phỏng như sau: Vào trường hợp gió nhỏ và không có gió hệ Nghiên cứu thêm các giải thuật điều khiển thống sẽ chạy máy phát Diesel. nhằm tứu ưu hóa phân bố công suất. Nghiên Hệ thống hoạt động đảm bảo liên tục cung cứu các phương phát triệt nhiễu cho bộ cấp điện và chất lượng điện năng nằm trong nghịch lưu đễ giảm thiểu sóng hài ngõ ra. giới hạn cho phép. Nghiên cứu và ứng dụng các giải thuật tối ưu hóa để tìm ra các hệ số Ki, Kp tốt hơn Kết Luận: cho các bộ điều khiển nhằm giảm thiểu độ So với mục tiêu ban đầu đề ra, mô méo dạng sóng hài cho dòng điện khi có sự hình này đã đạt được một số kết quả sau: thay đổi công suất bơm ra lưới từ bộ nghịch lưu.
6. Nghiên cứu tối ưu hóa công suất cho bộ lưu generation”. Sustainable Energy điện để đưa vào sử dụng cung cấp năng Technologies, IEEE International lượng sạch thay thế máy phát Diezel. Conference, Singapore, pp. 1087–1092, 2008 6. LỜI CẢM ƠN. Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, Các tài liệu khác: tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn - Chris Marnay. Introdution to Microgrids. Hữu Phúc, giảng viên trường Đại học Bách khoa TPHCM đã tận tình hướng dẫn thực Faculty Club, U.C. Berkeley 17 June 2005. hiện nghiên cứu. Bên cạnh đó, tôi cũng cảm ơn các Thầy cô khoa điện – điện tử trường - Daniel Pleau, Nikolai Kemp Catala, Scott Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM đã cung Clemons. Microgrid Power Quality cấp kiến thức trong quá trình nghiên cứu. Analysis. March 2013. TÀI LIỆU THAM KHẢO. - [1] Hee-Sang Ko, Kwang Y. Lee, Min-Jae Tạ Văn Đa, Đánh giá tài nguyên và khả Kang, Ho-Chan Kim, “Power quality control năng khai thác năng lượng gió trên lãnh of an autonomous wind – diesel power thổ Việt Nam. Báo cáo tổng kết đề tài system based on hybrid intelligent KHCN cấp Bộ, 2006. controller”. ScienceDirect, vol. 21, no. 10, Thông tin liên hệ tác giả chính (người pp. 1439–1446, 2008. chịu trách nhiệm bài viết): [2] Võ Hồng Thái, Nguyễn Đức Huy, Trần Họ tên : VƯƠNG HỮU HIỂN Nam Trung, “Giải pháp hoạt động hỗn hợp gió - diesel đảo Phú Quý”. Dầu khí, vol. Đơn vị : 3/2014, tr. 55–64, 2014. Điện thoại : 01226767117 [3] L. Sovannarith, N. Hoonchareon, Email : hienvuong08@gmail.com “Stability of the micro-grid with wind power XÁC NHẬN CỦA GVHD Tp. HCM, ngày tháng năm 2016 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi họ tên)
7. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.