ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐÁP ỨNG TẦN SỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN MICROGRID

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ĐÁP ỨNG TẦN SỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN MICROGRID GVHD ThS NGUYỄN THÁI AN STT SVTH MSSV 1.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀINGHIÊN CỨU ĐÁP ỨNG TẦN SỐ TRONG LƯỚI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CNKT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỀ TÀINGHIÊN CỨU ĐÁP ỨNG TẦN SỐ TRONG LƯỚI

TP.HCM, tháng 07 năm 2022

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

o0o PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

Họ và tên Sinh viên: Trương Văn Khiêm MSSV: 18142315

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử

Tên đề tài: Nghiên cứu đáp ứng tần số trong lưới điện Microgrid

Họ và tên Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Thái An

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2022

Giảng viên hướng dẫn

ThS Nguyễn Thái An

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

o0o PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Thông Nhát MSSV: 18142421 Họ và tên Sinh viên: Trương Văn Khiêm MSSV: 18142315 Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử Tên đề tài: Nghiên cứu đáp ứng tần số trong lưới điện Microgrid Họ và tên Giảng viên phản biện: ………

NHẬN XÉT 1 Về nội dung đề tài và khối lượng thực hiện: ………

………

2 Ưu điểm: ………

………

………

3 Khuyết điểm: ………

………

………

4 Đề nghị cho bảo vệ hay không? ………

………

5 Câu hỏi phản biện: ………

………

………

………

6 Điểm số: ( Bằng chữ: )

Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 07 năm 2022

Giảng viên phản biện

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

TPHCM, ngày 05 tháng 07 năm 2022

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Trương Văn Khiêm MSSV:18142315

Hệ đào tạo: Đại học chính quy

I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁP ỨNG TẦN SỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN MICROGRID

II NHIỆM VỤ

1 Các số liệu ban đầu:

2 Nội dung thực hiện:

 Tìm hiểu về hệ thống lưới điện Microgrid, phương pháp điều chỉnh tần số trong Microgrid

 Xây dựng bộ điều khiển mới cho nguồn PV

 Mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink, hiệu chỉnh, đánh giá kết quả

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: ThS Nguyễn Thái An

ThS Nguyễn Thái An

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

Tên đề tài: Nghiên Cứu Đáp Ứng Tần Số Trong Lưới Điện Microgrid

GVHD

Tuần 1-2 Tìm hiểu tổng quan hệ thống lưới điện Microgrid

Tuần 3 Tìm hiểu các nguồn DG trong Microgrid

Tuần 4-5 Tìm hiểu cấu trúc và các phương pháp điều khiển tần

Tuần 11-15 Hiệu chỉnh mô hình và dò tìm các hệ số điều khiển

theo phương pháp thử và sai

Tuần 16 Viết báo cáo

GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên)

LỜI CẢM ƠN

Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy ThS Nguyễn Thái An đã trực tiếphướng dẫn, tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho nhóm chúng em trong suốtquá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy TS Lê Trọng Nghĩa đã tạo điều kiện chonhóm chúng em từ những ngày đầu chọn đề tài, tìm giảng viên hướng dẫn cho đếnphòng thực hành để nhóm yên tâm nghiên cứu

Nhóm chúng em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô Khoa Điện – Điện Tử,Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, đã hỗ trợ tạo điều kiện tốt nhất để chúng emthực hiện đồ án

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ, đồng hành và cùng chia sẽ đểnhóm yên tâm hoàn thành đồ án tốt nghiệp

Người thực hiện đề tài

Thông Nhát

Trương Văn Khiêm

i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Microgrid đã xuất hiện từ khá lâu nhưng vẫn còn là một thuật ngữ còn mới mẻvới nhiều người Microgrid là một hệ thống điện tích hợp các nguồn năng lượng phântán như PV, gió, máy phát điện đồng bộ, và các tải được kết nối với nhau có thể hoạtđộng độc lập hoặc song song với lưới điện chính Tuy nhiên, việc tích hợp vào lướiđiện các nguồn năng lượng tái tạo (RES) với quy mô lớn đang đẩy nhiều SG ra khỏilưới điện Trong trường hợp các máy phát bị sự cố không phát điện hỗ trợ kịp thời sẽgây mất cân bằng giữa nguồn phát và tải tiêu thụ, hoặc có thể làm giảm quán tính, tăngnguy cơ mất ổn định cho Microgrid và cả lưới điện chính Cho nên việc duy trì và đápứng tần số trong phạm vi cho phép là điều rất quan trọng trong vận hành Microgridcũng như lưới điện chính

Đồ án này tập trung xây dựng bộ điều khiển cho nguồn PV dựa trên phương phápđiều khiển quán tính ảo kết hợp với cấu trúc bộ biến đổi công suất grid-forming để đápứng tần số cho Microgrid, với các yêu cầu như bộ điều khiển có khả năng điều chỉnhđược công suất tác dụng và công suất phản kháng theo giá trị đặt, điều chỉnh công suấttác dụng đầu ra theo sự thay đổi tần số hệ thống và có thể điều chỉnh công suất tácdụng theo mức độ tăng giảm của tần số theo thời gian so với tần số định mức Nghiêncứu được thực hiện dựa trên một mô hình Matlab/Simulink Microgrid 14-bus thamkhảo sẵn có thông qua việc cải tiến bộ điều khiển cho PV để hỗ trợ phát công suất khixảy ra các sự cố ảnh hưởng đến tần số trong Microgrid như MG bị ngắt khỏi lưới hoặccác máy phát điện gặp sự cố

The microgrid has been around for quite some time but is still a new term formany people A microgrid is an electrical system that integrates distributed sourcessuch as PV, wind energy, synchronous generators, and connected loads that canoperate independently or in parallel with the main grid However, the large-scaleintegration of renewable energy (RES) sources into the grid are pushing many SGs offthe grid In the event that the generators fail to provide timely support, it will cause animbalance between the source and the consumption load or may reduce inertia,increasing the risk of instability for the Microgrid and the main grid Therefore,maintaining and frequency response within the allowable range is very important inthe operation of the Microgrid as well as the main grid

This project focuses on building a controller for PV power based on the virtualinertia control method combined with a grid-forming power converter structure toprovide frequency response for Microgrid, with the same requirements as a controller.The controller has the ability to adjust the active power and reactive power according

to the set value, adjust the output active power according to the system frequencychange, and can adjust the active power according to the level of increase decrease infrequency over time compared to rated frequency The research is carried out based on

an available reference Matlab/Simulink Microgrid 14-bus model through improvingthe controller for PV to support power generation when problems affecting frequency

in Microgrid such as MG occur disconnected from the grid or the generators haveproblems

iii

MỤC LỤC

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iii

LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP iv

LỜI CẢM ƠN i

TÓM TẮT ĐỒ ÁN ii

ABSTRACT iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH SÁCH HÌNH ẢNH viii

MỞ ĐẦU xii

1 Lý do chọn đề tài xii

2 Mục tiêu nghiên cứu xii

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu xiii

4 Phương pháp nghiên cứu xiii

5 Cấu trúc của đồ án xiii

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MICROGRID 1

1.1 Giới thiệu chung về lưới điện siêu nhỏ Microgrid 1

1.1.1 Microgrid là gì? 1

1.1.2 Lịch sử phát triển 2

1.2 Cấu trúc, thành phần và phân loại Microgrid 4

1.2.1 Cấu trúc MG 4

1.2.3 Phân loại MG 14

1.3 Điều khiển Microgrid 18

1.3.1 Chế độ chủ-tớ (Master-slave) 18

1.3.2 Chế độ ngang hàng (Peer-to-peer) 20

1.3.3 Chế độ kết hợp 21

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ TRONG MICROGRID 22

2.1 Đặt vấn đề 22

2.2 Các phương pháp điều chỉnh tần số trong Microgrid 22

2.2.1 Điều khiển tần số trong các bộ converter của MG AC 22

2.2.2 Điều khiển tần số thông qua inverter 27

Chương 3 XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO PV 33

3.1 Giới thiệu Model_14Bus Microgrid R2017b có sẵn 33

3.2 Xây dựng bộ điều khiển mới cho hệ thống PV 49

Chương 4 MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PV TRÊN PHẦN MỀM MATLAB / SIMULINK 67

4.1 Thời gian và các sự kiện mô phỏng 67

4.2 Kết quả mô phỏng và nhận xét 67

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 76

5.1 Kết luận 76

5.2 Hướng phát triển đề tài 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77

PHỤ LỤC 79

v

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

AC: Alternating current

BESS: Battery energy storage system

CERTS: Consortium for Electric Reliability Technology Solutions

CCP: Combined cooling and power

CHP: Combined heat and power

CCHP: Combined cooling, heat, and power

DC: Direct current

DG: Distributed generation

DER: Distributed energy resources

DR: Distributed resource

ES: Energy storage

FCs: Fuel cell system

FESS: Flywheel energy storage system

IGBT: Insulated gate bipolar transistor

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers

MGCC: Microgrid control center

MPPT: Maximum power point tracking

NTUA: National Technical University of Athens

P&O: Perturbation and Observation

PCC: Point of common coupling

PWM: Pulse width modulation

PLL: Phase lock loop

RES: Renewable energy sources

SOC: State of charge

SI: System International

VPP: Virtual power plants

VSI: Voltage source inverter

VAC: Voltage alternating current

VDC: Voltage direct current

vii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Mô hình lưới điện Microgrid 2

Hình 1.2: Thành phần và cấu trúc Microgrid 4

Hình 1.3: Cấu trúc điều khiển Microgrid ba lớp 5

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý làm việc của pin quang điện 7

Hình 1.5: Cấu tạo của một tấm PV quang điện 8

Hình 1.6: Công suất P, Q của bus i khi gắn PV 8

Hình 1.7: Cấu tạo của một turbine gió 9

Hình 1.8: Turbine gió trục ngang và turbine gió trục đứng 10

Hình 1.9: Công suất P, Q của bus i khi có turbine gió 10

Hình 1.10: Sơ đồ mẫu của pin nhiên liệu 11

Hình 1.11: Công suất P,Q của bus i có pin nhiên liệu 12

Hình 1.12: Sơ đồ mẫu của máy phát điện diesel 12

Hình 1.13: Công suất P, Q của bus i có máy phát diesel 13

Hình 1.14: Sơ đồ mẫu của một microturbine 14

Hình 1.15: Công suất P, Q của bus i khi có microturbine 14

Hình 1.16: Cấu trúc lưới điện DC 16

Hình 1.17: Cấu trúc lưới điện AC 17

Hình 1.18: Cấu trúc lưới điện hỗn hợp AC/DC 17

Hình 1.19: AC/DC Microgrid 18

Hình 1.20: Cấu trúc MG ở chế độ điều khiển Master-slave 19

Hình 1.21: Cấu trúc MG ở chế độ điều khiển Peer-to-peer 20

Hình 2.1: Sơ đồ đơn giản bộ biến đổi công suất nối lưới (a) hình thành lưới, (b) cung cấp lưới, (c) và (d) hỗ trợ lưới dựa trên dòng điện/điện áp 23

Hình 2.2: Cấu trúc điều khiển cơ bản của bộ công suất tạo lưới ba pha, biến tần tạo ra điện áp hình sin được xác định bởi điện áp E và tần số góc ω 25

Hình 2.3: Cấu trúc điều khiển cơ bản của bộ biến đổi công suất cấp điện cho lưới ba pha 25

Hình 2.4: Cấu trúc điều khiển cơ bản của grid-supporting lưới ba pha trong trường

Hình 2.5: Cấu trúc điều khiển cơ bản của grid-supporting lưới ba pha trong trường

hợp hoạt động như một nguồn điện áp 27

Hình 2.6: Sơ đồ điều khiển P/Q 29

Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển U/f 30

Hình 2.8: Đồ thị đặc tính điều khiển độ dốc 31

Hình 3.1: Sơ đồ MG IEEE 14-bus 33

Hình 3.2: Sơ đồ kết nối PV 1 và PV 2 trên MATLAB/Simulink 35

Hình 3.3: Sơ đồ kết nối của Inverter PV với lưới trên MATLAB/Simulink 36

Hình 3.4: Sơ đồ kết nối bên trong khối Inverter Control trên MATLAB/Simulink 36

Hình 3.5: Đặc tính I – V và đặc tính P – V của tấm P 37

Hình 3.6: Thuật toán P&O 38

Hình 3.7: Mạch dò MPPT kết nối với bộ VDC Regulator 39

Hình 3.8: Khối PLL với nhiệm vụ tính góc pha ban đầu ωt 39

Hình 3.9: Hình chụp hai khối gain trong bộ PLL & Measurements 39

Hình 3.10: Khối chuyển trục abc to dq0 40

Hình 3.11: Sơ đồ bên trong khối PLL & Measurements 40

Hình 3.12: Khối VDC Regulator 41

Hình 3.13: Sơ đồ bên trong khối VDC Regulator 41

Hình 3.14: Bên trong bộ điều khiển dòng điện Current Regulator 42

Hình 3.15: Hai khối gain làm nhiệm vụ là cross-coupling 42

Hình 3.16: Bên trong bộ tạo tín hiệu điện áp tham chiếu Uref Generation 43

Hình 3.17: Khối chuyển trục phần thực, ảo sang biên độ và góc pha 43

Hình 3.18: Các thông số tạo góc pha 44

Hình 3.19: Khối PWM 3-Level 44

Hình 3.20: Đồ thị tần số bus AC PV 46

Hình 3.21: Đồ thị tần số bus AC PV (fmin = 59.91 Hz, t=0.038s) 46

Hình 3.22: Đồ thị tần số bus AC PV (fmax = 60.11Hz, t=0.102s) 47

Hình 3.23: Đồ thị công suất P, Q tại lưới chính 47

Hình 3.24: Đồ thị công suất P, Q tại bus AC PV 48

Hình 3.25: Đồ thị công suất PV tại bus BESS 48

Hình 3.26: Đồ thị công suất P, Q tại bus AC/DC 1 49

Hình 3.27: Đồ thị công suất P, Q tại bus AC/DC 2 49

ix

Hình 3.28: Nguồn PV kết nối với bộ Inverter 50

Hình 3.29: Thiết lập thông số của nguồn PV 50

Hình 3.30: Sơ đồ kết nối bên trong khối Inverter Control của mô hình xây dựng bộ điều khiển mới trên MATLAB/Simulink 51

Hình 3.31: Sơ đồ kết nối cụ thể của khối VdVq_ref Generation trên MATLAB/Simulink 51

Hình 3.32: Khâu điều khiển quán tính của bộ điều khiển mới 51

Hình 3.33: Cài đặt thông số của khối Deadzone và khối Saturation 52

Hình 3.34: Cài đặt thông số của khối Derivative 53

Hình 3.35: Cài đặt thông số cho khối Deadzone và khối Gain 53

Hình 3.36: Khối tính toán công suất tác dụng tức thời p 54

Hình 3.37: Sai lệch giữa công suất tác dụng tức thời p và pref 54

Hình 3.38: Sơ đồ kết nối các khối tạo tín hiệu Vod_ref 55

Hình 3.39: Cài đặt thông số cho khối d-axis Voltage controller 55

Hình 3.40: Cài đặt thông số cho khối d-axis Current controller 56

Hình 3.41: Các thành phần cross-coupling và feedforward 56

Hình 3.42: Tạo tín hiệu Vq_ref 57

Hình 3.43: Khối tính toán công suất phản kháng tức thời q 57

Hình 3.44: Cài đặt thông số cho khối q-axis Voltage controller 58

Hình 3.45: Cài đặt thông số cho khối q-axis Current controller 58

Hình 3.46: Sơ đồ tạo tín hiệu VdVq_ref 59

Hình 3.47: Khối Uref Generation trong mô hình xây dựng bộ điều khiển mới 59

Hình 3.48: Khối chuyển trục từ phần thực, phần ảo sang biên độ và góc pha 60

Hình 3.49: Các hệ số tạo góc pha 60

Hình 3.50: Khối Unit Delay và Overmodulation 61

Hình 3.51: Khối tạo xung PWM cho bộ điều khiển mới 61

Hình 3.52: Sơ đồ kết nối của Inverter PV với lưới trong mô hình xây dựng bộ điều khiển mới trên MATLAB/Simulink 61

Hình 3.53: Khối Three-Phase V-I Measurement để lấy tín hiệu Iabc_inv. 62

Hình 3.54: Khối Three-Phase V-I Measurement để lấy tín hiệu Vabc_inv. 62

Hình 3.55: Bộ PLL & Measurements của bộ điều khiển mới 63

Hình 3.57: Sơ đồ kết nối và thông số các khối chuyển trục abc to dq và selector 65

Hình 3.58: Khối Sequence Analyzer 65

Hình 3.59: Chuyển đổi đơn vị và hệ trục tọa độ cho điện áp và dòng điện Inverter 66

Hình 4.1: Dạng sóng tần số mô hình 1 tại bus AC PV 68 Hình 4.2: Dạng sóng tần số mô hình 2 tại bus AC PV 68

Hình 4.3: Dạng sóng công suất P, Q tại bus AC PV mô hình 1 69

Hình 4.4: Dạng sóng công suất P, Q tại bus AC PV mô hình 2 69

Hình 4.5: Dạng sóng công suất P, Q tại bus AC PV mô hình 1 từ 0.3s - 0.4s 70

Hình 4.6: Dạng sóng công suất P, Q tại bus AC PV mô hình 2 từ 0.3s – 0.4s 70

Hình 4.7: Dạng sóng công suất P, Q của lưới điện chính mô hình 1 71

Hình 4.8: Dạng sóng công suất P, Q của lưới điện chính mô hình 2 71

Hình 4.9: Dạng sóng công suất P, Q của BESS trong mô hình 1 72

Hình 4.10: Dạng sóng công suất P, Q của BESS trong mô hình 2 72

Hình 4.11: Dạng sóng công suất P, Q tại bus AC/DC 1 trong mô hình 1 73

Hình 4.12: Dạng sóng công suất P, Q tại bus AC/DC 1 trong mô hình 2 73

Hình 4.13: Dạng sóng công suất P, Q tại bus AC/DC 2 trong mô hình 1 74

Hình 4.14: Dạng sóng công suất P, Q tại bus AC/DC 2 trong mô hình 2 74

xi

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Độ lệch tần số là kết quả trực tiếp của sự mất cân bằng giữa công suất tải tiêu thụ

và năng lượng được cung cấp bởi các nguồn phát điện, làm giảm độ tin cậy cung cấpđiện, ảnh hưởng đến hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống điện nói chung và

hệ thống Microgrid nói riêng [1]

Một Microgrid thường bao gồm nhiều DG kết hợp cả công nghệ năng lượng táitạo và năng lượng không thể tái tạo, chẳng hạn như turbine gió, sản xuất năng lượngđịa nhiệt, hệ thống năng lượng mặt trời, nhà máy thủy nhiệt, dầu diesel, khí tự nhiên vàpin nhiên liệu Việc tích hợp các DG dựa trên năng lượng tái tạo sẽ giúp thế giới giảmphát thải khí nhà kính, nhưng việc tích hợp như vậy sẽ yêu cầu nhiều hơn vào các cáchthức mới để quản lý sự phức tạp của hệ thống Do các mạng lưới phân phối truyềnthống ban đầu không được thiết kế để phù hợp với các cơ sở phát điện, các vấn đề kinh

tế và kỹ thuật khác nhau xảy ra trong việc tích hợp các nguồn năng lượng phân tán(DER) vào lưới điện cũng như khi kết nối lưới điện với một Microgrid [2]

Bên cạnh đó, công suất đầu ra của các nguồn tái tạo như PV, gió dao động theođiều kiện thời tiết (bức xạ, nhiệt độ và tốc độ gió), mùa và vị trí địa lý [3] Việc giatăng sự thâm nhập của các nguồn năng lượng tái tạo (RES) cùng với việc ngừng hoạtđộng hoặc thay thế các máy phát điện đồng bộ đã tạo ra một số vấn đề vận hành chẳnghạn như tăng nguy cơ mất ổn định tần số hệ thống do giảm quán tính của hệ thống, đặt

ra những thách thức để duy trì sự ổn định của hệ thống trong thời gian có nhiễu loạnlớn và nhỏ Thực tế, điều kiện quán tính thấp trong hệ thống có nhiều RES có thể dẫnđến tốc độ thay đổi tần số (RoCoF) cao sau các nhiễu, có thể nhanh chóng đưa tần số

hệ thống ra ngoài dải dao động tần số cho phép Tất cả những điều này làm phát sinhcác vấn đề liên quan đến chất lượng điện năng, ổn định điện áp, sóng hài, độ tin cậy,bảo vệ và điều khiển; đặc biệt gây khó khăn trong việc kiểm soát tần số khi triển khai

DG trong Microgrid trên quy mô lớn [4]

Vì vậy, nghiên cứu đáp ứng tần số cho lưới điện Microgrid là vô cùng cần thiết

2 Mục tiêu nghiên cứu

 Tìm hiểu về hệ thống lưới điện siêu nhỏ Microgrid

 Phương pháp đáp ứng tần số trong các nguồn năng lượng phân tán

 Nghiên cứu đáp ứng tần số trong lưới điện Microgrid dựa trên phương pháp điềukhiển quán tính ảo và phương pháp điều khiển độ dốc

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là phương pháp điều khiển tần số, bộ biến đổi công suất, biến tần trong lưới điện Microgrid

b Phạm vi nghiên cứu

Đồ án này chỉ khảo sát đáp ứng tần số của bộ điều khiển cho nguồn PV trongtrường hợp xuất hiện sự cố nghiêm trọng như máy phát điện bị sự cố và Microgridngắt kết nối với lưới điện chính

4 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết: chọn lọc, đọc hiểu, tổng hợp kiến thức từ nhiều bài báonghiên cứu, tạp chí khoa học uy tín trong và ngoài nước đã được công bố gần đây.Nghiên cứu thực nghiệm, mô phỏng: Sử dụng phần mềm mô phỏngMatlab/Simulink để mô phỏng khảo sát đáp ứng tần số trong Microgrid khi xảy ra cáctình huống sự cố nghiêm trọng

5 Cấu trúc của đồ án

Đồ án được trình bày gồm 5 chương:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống Microgrid

Chương 2: Phương pháp điều khiển tần số trong Microgrid

Chương 3: Xây dựng bộ điều khiển cho PV

Chương 4: Mô phỏng bộ điều khiển PV trên phần mềm Matlab/Simulink.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

xiii

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MICROGRID

1.1 Giới thiệu chung về lưới điện siêu nhỏ Microgrid

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm môi trường đang vô cùng nan giải trong bất kì lĩnh vựcnào và ở bất kì đâu Trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng hệ thống điện đangdần chuyển sang lưới điện thông minh (SG) Với các tiêu chí như hiệu quả năng lượng,thân thiện với môi trường, an toàn khi vận hành và sửa chữa, ít tổn thất khi truyền tải

là các mối quan tâm hàng đầu cho một lưới điện thông minh Từ đó khái niệm vềMicrogrid (MG) - lưới điện siêu nhỏ có thể đáp ứng các tiêu chí trên được hình thành

MG được coi là một công nghệ khả thi để tích hợp các dạng năng lượng tái tạo (RES)với lưới điện truyền thống Hiện nay, với sự phát triển của các công nghệ kỹ thuật sốmới, chẳng hạn như các hệ thống vi xử lý và những tiến bộ trong điện tử công suất,nhiều dự án với các ý tưởng mới mẻ đã được thực hiện, đặc biệt là trong quá trình pháttriển các bộ điều khiển và chuyển đổi năng lượng điện tử MG không chỉ tích hợp cácnguồn phân tán và năng lượng sạch vào lưới điện chính một cách đáng tin cậy mà cònđảm bảo về vấn đề ô nhiễm môi trường đồng thời đảm bảo tin cậy cao ổn định trongquá trình hoạt động khi đối mặt với các hiện tượng tự nhiên Năng lượng sạch bao gồmcác nguồn như PV, gió và pin lưu trữ năng lượng được tích hợp vào lưới điện siêu nhỏtrên quy mô hộ gia đình, một công trình, thị trấn hoặc có thể là một hòn đảo độc lập.Vậy Microgrid là gì ?

1.1.1 Microgrid là gì?

Microgrid là một hệ thống điện độc lập, có thể điều khiển được, bao gồm nguồnphân tán (DG), tải, lưu trữ năng lượng (ES) và thiết bị điều khiển Một Microgrid cóthể hoạt động song song với lưới chính hoặc có thể hoạt động ở chế độ đảo có chủđích Một Microgrid có thể được coi là một lưới điện siêu nhỏ bao gồm việc tạo ra,truyền tải và phân phối đồng thời có thể đạt được năng lượng cân bằng và phân bổnăng lượng tối ưu trên một khu vực nhất định hoặc dưới dạng nguồn điện hoặc tảitrong mạng phân phối Ngoài ra, Microgrid có thể bao gồm một hoặc nhiều nhà máyđiện ảo (VPP) để đáp ứng nhu cầu của một trung tâm phụ tải, có thể là các văn phòng,nhà máy quan trọng hoặc các khu dân cư xa xôi, hẻo lánh, nơi mà cách cung cấp điện

Hình 1.1: Mô hình lưới điện Microgrid [5]

Năm 2003, Đại học Wisconsin đã thành lập một phòng thí nghiệm nhỏ Microgrid(NREL Laboratory Microgrid) với công suất 80 kVA, để thử nghiệm về việc kiểm soátnhiều loại DRs khác nhau trong các chế độ hoạt động khác nhau; một Microgrid phòngthí nghiệm 480V khác được thành lập tại khu thử nghiệm Walnut, Columbus, Ohio, đểthử nghiệm các đặc tính động lực học của các thành phần khác nhau của Microgrid Trong cùng thời gian, nhiều dự án trình diễn đã được xây dựng liên tiếp trên khắpthế giới, bao gồm hệ thống Sendai của Nhật Bản (2004), Shimizu Microgrid (2005), vàTokyo Gas Microgrid (2006); Labein Microgrid của Tây Ban Nha (2005); Phòng thínghiệm quốc gia Sandia của Hoa Kỳ (2005) và Trạm bơm Clearwell của Palmdale(2006); và Manheim Microgrid của Đức (2006) Trong cùng năm, nhiều dự án trình

2

diễn đã được xây dựng trên khắp thế giới, bao gồm lưới điện siêu nhỏ 7,2 kV ở MadRiver Park, Vermont, Hoa Kỳ; lưới điện 400 V Microgrid ở Quần đảo Kythnos, HyLạp; cũng như các dự án Aichi, Kyo-tango và Hachinohe ở Nhật Bản [6].

Năm 2004, cơ sở thử nghiệm CESI RICERCA được xây dựng tại Milan, Ý, cóthể được tái cấu trúc thành các cấu trúc liên kết khác nhau để phục vụ các thử nghiệmhoạt động ở trạng thái ổn định và thoáng qua cũng như phân tích chất lượng điện năng.Năm 2008, Đại học Thiên Tân và Đại học Công nghệ Hợp Phì đã tiến hành các thửnghiệm và nghiên cứu về lưới điện siêu nhỏ Đại học Thiên Tân tập trung vào việcđiều động khoa học các nguồn năng lượng khác nhau với hy vọng cải thiện hiệu suấtnăng lượng, đáp ứng các nhu cầu khác nhau và nâng cao độ tin cậy, trong khi Đại họcCông nghệ Hợp Phì đặt trọng tâm vào kiểm soát vận hành và quản lý năng lượng Năm

2005, trung tâm nghiên cứu điều khiển và công suất của Đại học Hoàng gia Londonđược thành lập ở London, Vương quốc Anh, để kiểm tra nguyên mẫu mạng phân phối

và tải

Kể từ năm 2006, lưới điện siêu nhỏ đã liên tiếp được đưa vào Chương trình 863(Kế hoạch Phát triển Công nghệ cao của Nhà nước) và Chương trình 973 (Chươngtrình Nghiên cứu Cơ bản của National) của Trung Quốc Năm 2006, Đại học ThanhHoa bắt đầu nghiên cứu mạng lưới vi mô và thành lập một phòng thí nghiệmMicrogrid bao gồm DG, ES và các tải sử dụng các cơ sở trong Phòng thí nghiệm trọngđiểm quốc gia về Hệ thống điện và Thiết bị tạo và Mô phỏng và Kiểm soát An toànthuộc Khoa Kỹ thuật Điện

Năm 2008, Đại học Thiên Tân và Đại học Công nghệ Hợp Phì đã tiến hành cácthử nghiệm và nghiên cứu về lưới điện siêu nhỏ Đại học Thiên Tân tập trung vào việcđiều động khoa học các nguồn năng lượng khác nhau với hy vọng cải thiện hiệu suấtnăng lượng, đáp ứng các nhu cầu khác nhau và nâng cao độ tin cậy, trong khi Đại họcCông nghệ Hợp Phì đặt trọng tâm vào kiểm soát vận hành và quản lý năng lượng.Năm 2010, Tổng công ty Lưới điện Nhà nước Trung Quốc (SGCC) đã xây dựngmột dự án trình diễn ở Trịnh Châu để nghiên cứu điều khiển hoạt động của một tổ hợplưới điện siêu nhỏ tạo ra và ứng dụng lưu trữ năng lượng và năng lượng điện tử PV(quang điện) phân tán và một dự án khác ở Tây An để nghiên cứu công nghệ điều

Năm 2010, Công ty Lưới điện Phương Nam Trung Quốc đã xây dựng một dự ántrình diễn cung cấp năng lượng phân tán - kết hợp làm mát và cấp điện (CCP) ởFoshan như một chủ đề trong Chương trình 863 của Trung Quốc [6].

1.2 Cấu trúc, thành phần và phân loại Microgrid

1.2.1 Cấu trúc MG

MG có cấu trúc điều khiển tập trung ba lớp Lớp trên cùng là lớp điều phối mạngphân phối, lớp này điều phối và điều động microgrid để duy trì tính bảo mật và tínhkinh tế của mạng phân phối, và microgrid được điều chỉnh và kiểm soát bởi mạngphân phối Lớp giữa là lớp điều khiển tập trung, đây là lớp dự báo nhu cầu tải và đầu

ra của DG, phát triển kế hoạch vận hành, điều chỉnh kế hoạch và kiểm soát việc bắtđầu và dừng của DG, tải và ES trong thời gian thực dựa trên các thông tin như dòngđiện, điện áp và công suất, từ đó đảm bảo ổn định điện áp và tần số của MG Trong hệthống vận hành nối lưới, MG hoạt động cho hiệu quả kinh tế tốt nhất trong chế độ đảo,

MG điều chỉnh đầu ra của DG và mức tiêu thụ tải để đảm bảo hoạt động ổn định và antoàn Lớp dưới cùng là lớp kiểm soát cục bộ, thực hiện điều phối các DG, kiểm soátsạc và xả các ES đồng thời kiểm soát tải trong microgrid [6]

Hình 1.2: Thành phần và cấu trúc Microgrid [6]

4

Hình 1.3: Cấu trúc điều khiển Microgrid ba lớp [6]

a Lớp điều phối mạng phân phối

Lớp điều phối mạng phân phối giữ cho mạng phân phối hoạt động kinh tế, antoàn hơn và MG được điều chỉnh, kiểm soát bởi mạng phân phối MG hoạt động rấtlinh hoạt và có thể kiểm soát được

1 Lớp điều phối mạng phân phối này có thể hoạt động song song với MG hoặc ở chế

độ đảo trong trường hợp MG bị lỗi hoặc khi cần thiết

2 Trong các tình huống đặc biệt (ví dụ: động đất, bão tuyết hoặc lũ lụt), MG có thểđóng vai trò dự trữ cho mạng lưới phân phối, do đó hỗ trợ hiệu quả cho MG vàtăng tốc độ khôi phục của MG khỏi sự cố

3 Trong trường hợp thiếu điện, MG có thể chuyển tải bằng nguồn dự trữ năng lượngcủa chính MG, do đó tránh được sự cố tràn lan của mạng phân phối và giảm khảnăng dự trữ cho MG

4 Trong các trường hợp bình thường, lớp đầu tiên này tham gia điều phối MG để đạthiệu quả kinh tế tốt nhất [6]

b Lớp điều khiển tập trung

Lớp điều khiển tập trung là trung tâm điều khiển microgrid (MGCC) và là cốt lõi

tối ưu hóa chiến lược điều khiển trong thời gian thực dựa trên các điều kiện hoạt động

để đảm bảo chuyển giao thông suốt giữa kết nối lưới, đảo và khi MG ngừng hoạt động.Trong hoạt động kết nối lưới điện, lớp điều chỉnh lưới điện vi mô để có hiệu suất tốtnhất; trong hoạt động đảo, lớp điều chỉnh đầu ra DG và tiêu thụ tải để đảm bảo hoạtđộng ổn định và an toàn của lưới vi mô [6]

1 Trong hoạt động kết nối lưới, lớp điều khiển tập trung hoạt động để có hiệu suấtkinh tế tốt nhất và điều phối các DG và ES khác nhau để chuyển tải nhằm làmmịn đường cong của tải

2 Trong quá trình chuyển đổi giữa chế độ nối lưới và chế độ đảo, lớp điều phối bộđiều khiển tập trung điều khiển cục bộ để thực hiện chuyển đổi nhanh chóng

3 Trong hoạt động đảo, lớp này điều phối các DG, ES và tải khác nhau để duy trìcung cấp cho các phụ tải quan trọng và vận hành an toàn của MG

4 Khi MG ngừng hoạt động, lớp khởi tạo black-start hoạt động để MG nhanhchóng khởi động trở lại

c Lớp điều khiển cục bộ

Lớp điều khiển cục bộ của MG bao gồm bảo vệ cục bộ và bộ điều khiển cục bộ

Bộ điều khiển cục bộ nhận ra các lỗi chính của tần số và điện áp của DG, trong khi bảo

vệ cục bộ cung cấp khả năng phát hiện lỗi nhanh chóng cho MG Cả hai làm việc cùngnhau để nhanh chóng tự phục hồi MG khỏi các lỗi DG được kiểm soát bởi MGCC vàđiều chỉnh đầu ra công suất tác dụng và công suất phản kháng theo yêu cầu của lớpđiều khiển cục bộ

1 Bộ điều khiển cục bộ điều khiển việc chuyển tự động giữa điều khiển U/f vàđiều khiển P/Q

2 Bộ điều khiển tải từ chối các tải không quan trọng dựa trên tần số và điện ápcủa hệ thống để đảm bảo an ninh hệ thống

3 Lớp điều khiển cục bộ giao tiếp với MGCC thông qua giao thức Nếu lớp điềukhiển cục bộ chịu trách nhiệm điều khiển thoáng qua MG trong khi MGCC đểđiều khiển và phân tích trạng thái ổn định [6]

1.2.2 Thành phần MG

6

Một microgrid bao gồm nguồn phân tán (DG), tải, lưu trữ năng lượng (ES) và cácthiết bị điều khiển Hoạt động như một lưới điện độc lập hoặc kết nối với lưới điệnchính và một điểm kết nối chung (PCC).

- DG có thể bao gồm nhiều dạng năng lượng khác nhau:

+ Năng lượng tái tạo (PV, gió, pin hydro, nhà máy sinh khối)

+ Năng lượng không thể tái tạo (pin nhiên liệu, microturbine, máy phát điện khẩncấp)

+ Nhiệt và điện kết hợp (CHP) hoặc kết hợp làm mát, nhiệt và điện (CCHP)

+ Máy phát điện diesel

- Tải: bao gồm tải chung và tải riêng

- ES gồm các thiết bị có thể lưu trữ lượng năng lượng dư thừa và có thể sử dụng khicần thiết:

+ Hệ thống pin nhiên liệu (FCs)

+ Pin lưu trữ năng lượng (BESS)

+ Hệ thống lưu trữ năng lượng bánh đà (FESS) [6]

Hình 1.5: Cấu tạo của một tấm quang điện [9]

Về cơ bản, PV hoạt động dựa trên bức xạ mặt trời Ánh sáng từ mặt trời chiếuvào tấm quang điện và tạo ra dòng điện thông qua một quá trình gọi là hiệu ứng quangđiện Mỗi cell tạo ra dòng điện tương đối nhỏ, nhưng các cell có thể liên kết với nhau

để tạo ra một tấm PV có dòng điện và công suất mong muốn Dòng điện thu được từtấm PV là dòng một chiều DC sau đó sẽ được chuyển sang dòng điện xoay chiều ACthông qua một bộ biến tần Công suất thu được từ mặt trời có liên quan đến bức xạ mặttrời, điện tích và hiệu suất của tấm PV Do đó, dòng điện xoay chiều của bảng quangđiện có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử cục bộ hoặcđược đưa vào MG để sử dụng ở những nơi khác Các tấm quang điện là sự lựa chọnthiết thực để cung cấp nhu cầu điện cho các khu vực vùng sâu vùng xa và do sự sẵn cócủa năng lượng mặt trời ở tất cả các điểm trên thế giới Công suất đầu ra của các tấmquang điện có liên quan đến mức độ bức xạ mặt trời, diện tích và hiệu suất của tấm PV[10]

Hình 1.6: Công suất P, Q của bus i khi gắn PV [11]

8

b Wind turbine

Năng lượng gió cũng là một dạng năng lượng tái tạo được sử dụng rộng rãi Bêncạnh năng lượng mặt trời thì đây cũng là một nguồn tài nguyên vô tận Công nghệđược sử dụng để chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng điện được gọi là turbinegió Quy trình vận hành của turbine gió dựa trên sức gió là chính Năng lượng gió làmquay hai hoặc ba cánh quạt (thường là ba cánh tùy vào cấu tạo turbine) Wind vane sẽđưa tín hiệu đến Yaw motor để giữ cho Rotor luôn hướng về hướng gió chính thôngqua Yaw drive Gió thổi làm quay cánh quạt dẫn đến Rotor quay, thông qua trục quaytốc độ thấp truyền động đến trục quay tốc độ cao thông qua hộp số Trục tốc độ caoquay kéo theo Rotor máy phát quay tạo ra điện [10],[12]

Hình 1.7: Cấu tạo của một turbine gió [13]

Theo cấu tạo turbine gió có 2 loại:

 Turbine gió trục ngang: được sử dụng phổ biến, trục cánh quạt chính bố trí theochiều ngang, có công suất lớn.

 Turbine gió trục đứng: trục cánh quạt chính bố trí theo chiều dọc, độ cao cột thấpnên có công suất nhỏ

Hình 1.9: Công suất P, Q của bus i khi có turbine gió [11]

Tốc độ gió và vùng quét của turbine ảnh hưởng đến năng lượng điện sản xuất củaturbine gió Hơn nữa, mật độ không khí và hệ số công suất ảnh hưởng đến sức mạnhcủa turbine gió Điều đáng nói là turbine gió sử dụng công suất phản kháng để bơmcông suất hoạt động do máy phát điện cảm ứng Do đó turbine gió có thể được môhình hóa như một mô hình PQ với công suất phản kháng có thể thay đổi trong cácphương trình toán học của MG Công suất phản kháng tiêu thụ của công nghệ tái tạonày được trình bày trong phương trình sau:

Q WT =−(0.5+0.04 P WT2) (1.1)

10

Hình 1.8: Turbine gió trục ngang và turbine gió trục đứng [14]

Trong đó PWT và QWT lần lượt là công suất tác dụng bơm vào và công suất phảnkháng tiêu thụ của turbine gió [11].

c Pin nhiên liệu

Pin nhiên liệu là một công nghệ DG không thể tự tái tạo, đây là công nghệ biếnnăng lượng hóa học thành năng lượng điện Pin nhiên liệu cung cấp độ tin cậy cao đểhầu như không tạo ra chất gây ô nhiễm môi trường Hiệu suất của pin nhiên liệu là hơn85% Pin nhiên liệu có hai điện cực – cực dương và cực âm Các phản ứng xảy ra giữahai điện cực này là nguyên lý để tạo ra điện Mỗi pin nhiên liệu đều có một lớp điệnphân, chất này mang các hạt mang điện từ điện cực âm sang điện cực dương và cóthêm một chất xúc tác làm tăng tốc độ phản ứng ở các điện cực Hydro và oxy là nhiênliệu cơ bản của pin nhiên liệu Năng lượng điện dư thừa từ pin nhiên liệu sau khi đãcung cấp cho MG sẽ được trả về pin nhiên liệu và lưu trữ [11]

Công nghệ này chỉ tạo ra nước và nhiệt trong quy trình tạo ra điện Vì vậy, pinnhiên liệu có thể được xem là một công nghệ vô cùng thân thiện với môi trường Thậtvậy, quá trình hoạt động tạo ra điện một pin nhiên liệu bao gồm hydro và oxy lần lượt

đi qua anode và cathode Ở cực dương, các phân tử hydro được tách ra thành các phân

tử nhỏ sau đó đi qua chất điện phân, và các proton tạo ra dòng điện và nhiệt Mặt khác,các proton, electron và oxy kết hợp với nhau để tạo ra các phân tử nước ở cực âm [11]

Hình 1.10: Sơ đồ mẫu của pin nhiên liệu [11]

Điều đáng nói là công nghệ pin nhiên liệu khác với các công nghệ pin khác vì pinnhiên liệu có thể liên tục cung cấp năng lượng điện miễn là có nhiên liệu (hydro vàoxy), trong khi hệ thống lưu trữ, năng lượng điện đến từ các hóa chất đã có và khikhông còn các hóa chất có sẵn từ đầu thì sẽ ngừng cung cấp năng lượng

Hình 1.11: Công suất P,Q của bus i có pin nhiên liệu [11]

d Máy phát diesel

Máy phát diesel sử dụng động cơ diesel và máy phát điện để tạo ra năng lượngđiện Nhiên liệu lỏng hoặc khí tự nhiên thường được sử dụng làm nhiên liệu chính củamáy phát điện diesel Về cơ bản, một máy phát điện diesel hoạt động dựa trên quátrình nén không khí nhiên liệu Đầu tiên, không khí được thổi vào máy phát điện chođến khi được nén lại Sau đó, nhiên liệu thích hợp của máy phát điện diesel được đưa

12

vào Sự kết hợp của khí nén và việc phun nhiên liệu tiếp theo sẽ góp phần tạo ra nhiệtkích hoạt sự bắt lửa của nhiên liệu Bằng cách này, máy phát điện diesel bắt đầu đốtcháy nhiên liệu và làm cho máy phát điện khởi động Do đó, máy phát điện bắt đầu sảnxuất năng lượng điện sau đó được phân phối theo nhu cầu của MG (tải) được kết nốivới máy phát điện diesel [11].

Hình 1.12: Sơ đồ mẫu của máy phát điện diesel [11]

Máy phát điện diesel có thể tạo ra năng lượng điện theo nhu cầu của MG Côngsuất đầu ra của máy phát điện diesel có thể được thay đổi dựa trên sự biến thiên côngsuất tải của MG Máy phát điện diesel có khả năng cung cấp đồng thời cả công suất tácdụng và công suất phản kháng Do đó, trong các phương trình toán học của hệ thốngmáy phát diesel được coi như một thanh cái PQ đưa cả công suất tác dụng và công suấtphản kháng vào hệ thống

Hình 1.13: Công suất P, Q của bus i có máy phát diesel [11]

Microturbine là một trong những công nghệ rất hữu ích trong số các nguồn nănglượng không tái tạo Nhìn chung, microturbine là một turbine nhỏ giống như một động

cơ phản lực có khả năng hoạt động dựa trên các nhiên liệu khí và nhiên liệu lỏng khácnhau Turbine nhỏ này được liên kết với một máy phát điện Sự kết hợp giữa turbinenhỏ và máy phát điện với sự hiện diện của các thiết bị điện tử công suất và thiết bị điềukhiển được gọi là microturbine

Microturbine sử dụng các khí vận tốc cao được thải ra khỏi lò đốt Máy nén vàmáy phát điện của microturbine phải được lắp trên cùng một trục của turbine.Microturbine là một công nghệ turbine đốt để sản xuất cả nhiệt và điện ở quy môtương đối nhỏ Dựa trên quy trình tạo ra năng lượng có thể được chia thành hai loại: tái

sử dụng và không tái sử dụng Trong microturbine không tái sử dụng, không khí nénđược kết hợp với nhiên liệu và đốt cháy trong điều kiện áp suất không đổi trong mộtchu trình đơn giản Còn đối với các microturbine tái sử dụng sẽ được lắp thêm bộ traođổi nhiệt dạng tấm kim loại Tấm kim loại này có thể thu hồi một phần nhiệt từ dòngkhí thải và chuyển lượng nhiệt đó sang dòng khí đi vào, làm tăng nhiệt độ của dòngkhông khí cung cấp cho thiết bị đốt [11]

Hình 1.14: Sơ đồ mẫu của một microturbine [11]

Cũng như các công nghệ không thể tái tạo khác, microturbine giúp người vậnhành MG cung cấp cho tải của lưới điện trong thời gian khẩn cấp bằng cách sử dụng

14

các nguồn năng lượng có trong MG thay vì lấy năng lượng từ lưới chính Hơn nữa,microturbine có khả năng cung cấp cả công suất tác dụng và công suất phản kháng vào

MG [11]

Hình 1.15: Công suất P, Q của bus i khi có microturbine [11]

1.2.3 Phân loại MG

Theo chức năng nhu cầu:

Microgrid đơn DG: một microgrid đơn DG chỉ chứa một loại DG, có chức năng

và thiết kế đơn giản, được thiết kế để sử dụng CCHP hoặc cung cấp liên tục cho các tảiquan trọng

Microgrid đa DG: một microgrid đa DG bao gồm nhiều microgrid đơn DG hoặcnhiều loại DG bổ sung, kết hợp

Microgrid tiện ích theo nhu cầu chức năng: tất cả các DG và microgrid đáp ứngcác điều kiện kỹ thuật cụ thể có thể được tích hợp thành một microgrid tiện ích Trongmột mạng lưới nhỏ như vậy, các tải được ưu tiên dựa trên yêu cầu của người dùng về

độ tin cậy và các tải có mức độ ưu tiên cao sẽ được ưu tiên cấp nguồn trong trườnghợp khẩn cấp

Việc phân loại microgrid theo nhu cầu chức năng xác định rõ quyền sở hữu củamicrogrid trong quá trình vận hành: các microgrid đơn giản có thể được vận hành vàquản lý bởi khách hàng, các microgrid tiện ích có thể được vận hành bởi các tiện ích

và các microgrid đa DG có thể được vận hành bởi các tiện ích hoặc khách hàng [6]

Microgrid đơn giản: một lưới điện nhỏ đơn giản có công suất dưới 2 MW vàđược thiết kế cho các cơ sở, viện thẩm mỹ có nhiều loại phụ tải và có diện tích nhỏ,chẳng hạn như bệnh viện hoặc trường học.

Microgrid kết hợp: một lưới điện nhỏ kết hợp có công suất từ 2–5 MW và baogồm các CCHP có kích thước khác nhau và một số phụ tải gia đình nhỏ, thường không

có phụ tải thương mại hoặc công nghiệp

Microgrid khu vực pháp tuyến: một lưới điện siêu nhỏ khu vực pháp tuyến cócông suất từ 5–20 MW và bao gồm các CCHP có kích thước khác nhau và một số phụtải thương mại và khu công nghiệp lớn

Microgrid khu vực trạm biến áp: lưới điện siêu nhỏ khu vực trạm biến áp cócông suất trên 20 MW và bao gồm các CCHP thông thường và tất cả các phụ tải lâncận (bao

gồm phụ tải hộ gia đình, thương mại và công nghiệp) [6]

Bốn loại microgrid này được kết nối với các lưới điện chung, và do đó, được gọi chung là microgrid nối lưới.

Microgrid độc lập theo công suất: lưới điện vi mô độc lập chủ yếu dành cho cácvùng xa ngoài lưới điện như hải đảo, miền núi hoặc làng mạc và hệ thống phân phốicủa lưới điện chính sử dụng máy phát diesel hoặc các tổ máy nhỏ khác để đáp ứng nhucầu điện của các khu vực đó

Phân loại theo DC/AC:

DC Microgrid: trong một DC microgrid, DG, ES và tải DC được kết nối với mộtbus DC thông qua một bộ biến đổi và bus DC được kết nối với tải AC thông qua bộbiến tần để cấp nguồn cho cả tải DC và AC [5]

Các ưu điểm của DC microgrid như sau:

1 DG và dao động tải được bù bằng ES ở phía DC

2 So với microgrid AC, microgrid DC dễ điều khiển hơn, và không liên quanđến việc đồng bộ hóa giữa các DG và do đó dễ triệt tiêu dòng điện ngược.Nhược điểm của lưới điện một chiều là cần có bộ biến tần để cấp điện cho tảiAC

16

Hình 1.16: Cấu trúc lưới điện DC [6]

AC Microgrid: một AC microgrid kết nối với mạng phân phối thông qua một bus

AC và bus này điều khiển kết nối của microgrid và ngắt kết nối khỏi mạng phân phốithông qua bộ ngắt mạch tại PCC

Ưu điểm của lưới điện xoay chiều là do lưới điện nhỏ được kết nối với lưới điệnthông qua bus AC nên không cần biến tần để cung cấp điện cho các tải AC Nhượcđiểm là khó điều khiển và vận hành

Hình 1.17: Cấu trúc lưới điện AC [6]

Lưới microgrid kết hợp AC/DC: đây là một microgrid bao gồm một bus AC vàmột bus DC Hình 1.18 mô tả cấu trúc của một microgrid như vậy, trong đó bus AC và

được kết nối với một bus AC, microgrid kết hợp AC/DC về cơ bản là một microgrid

AC đặc biệt về tổng thể

Hình 1.18: Cấu trúc lưới điện hỗn hợp AC/DC [6]

18

Hình 1.19: AC/DC Microgrid [5]

Cấu trúc lưới điện gồm: a bus DC

b bus AC/DC song song c bus AC/DC kết hợp

1.3 Điều khiển Microgrid

1.3.1 Chế độ chủ-tớ (Master-slave)

Chế độ chủ-tớ là chế độ được sử dụng nhiều nhất Trong chế độ này, các DGkhác nhau trong một MG được điều khiển bằng các phương pháp khác nhau và đượcgắn với các chức năng khác nhau Một hoặc nhiều DG đóng vai trò chủ làm nhiệm vụđiều khiển còn lại đóng vai trò nô lệ và chịu sự điều khiển

Trong hoạt động nối lưới, tất cả các DG đều nằm dưới sự kiểm soát của P/Q.Trong hoạt động đảo, DG chính chuyển sang điều khiển U/f để cung cấp điện áp và tần

số tham chiếu cho các DG khác DG chính cũng theo dõi sự dao động của tải, do đócông suất đầu ra phải được kiểm soát ở một mức độ nào đó và các DG phải đáp ứng đủ

Hình 1.20: Cấu trúc MG ở chế độ điều khiển Master-slave [6]

Chế độ điều khiển chủ-tớ có một số nhược điểm sau:

Đầu tiên, với DG chính dưới điều khiển U/f, đầu ra điện áp là không đổi Để tăngsản lượng điện, cách duy nhất là tăng sản lượng dòng điện Biến động tải tức thờithường được cân bằng đầu tiên bởi DG chính, và do đó, phải có một công suất điềuchỉnh nhất định

Thứ hai, vì hệ thống dựa vào DG chính để điều phối và kiểm soát tất cả các DGphụ, một khi DG chính bị lỗi, toàn bộ MG sẽ sụp đổ

Thứ ba, điều khiển chủ-tớ yêu cầu phát hiện đảo chính xác và kịp thời, trong khibản thân việc phát hiện đảo đi kèm với lỗi và thời gian trễ Do đó, nếu không có kênhliên lạc, việc chuyển giao giữa các chiến lược kiểm soát có khả năng thất bại [7]

Để cho phép chuyển nhanh giữa các chế độ điều khiển, các dạng DG sau có thểđược sử dụng làm DG chính:

1 Chọn các DG ngẫu nhiên như PV và gió;

2 ES, microturbine, pin nhiên liệu, các DG ổn định và dễ kiểm soát khác;

3 DG kết hợp ES (ví dụ: PV và ES hoặc PV kết hợp pin nhiên liệu)

Dạng thứ ba có ưu điểm hơn dạng thứ nhất ở chỗ có thể sử dụng tốt nhất các chứcnăng sạc và xả nhanh của ES và khả năng của DG trong việc duy trì hoạt động đảo của

20