(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới

(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới(Luận văn thạc sĩ) Nâng cao ổn định hệ thống điện có kết hợp năng lượng mặt trời hòa lưới

Tổng quan về hướng nghiên cứu

Nhu cầu về năng lượng của con người trong thời đại khoa học – kỹ thuật ngày càng tăng khiến các nguồn dự trữ như than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên có hạn, đặt ra nguy cơ thiếu hụt nguồn năng lượng Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng gió, năng lượng mặt trời và địa nhiệt là hướng đi then chốt cho sự phát triển bền vững Trong đó, năng lượng mặt trời là một trong những vấn đề trọng tâm của chương trình năng lượng mới, với mục tiêu phổ cập ứng dụng các thiết bị năng lượng mặt trời vào nền kinh tế quốc dân một cách hiệu quả nhất Hướng tới sử dụng năng lượng sạch để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, vì năng lượng mặt trời có sẵn, siêu sạch, miễn phí và rất thân thiện với môi trường.

Việc tích hợp nguồn năng lượng mặt trời với lưới điện đang trở thành xu hướng toàn cầu, nhằm khai thác nguồn năng lượng sạch, giảm ô nhiễm và bảo vệ môi trường sinh thái Ban đầu, các hệ thống tích hợp thường ở quy mô nhỏ với công suất vài chục mvar, nhưng nhờ sự tiến bộ của khoa học– công nghệ, chúng đã được triển khai ở các ứng dụng có công suất lớn hơn, lên tới vài trăm mvar, và ngày nay còn có thể hòa lưới với các nguồn từ nhà máy thủy điện và nhiệt điện Việc tích hợp còn mở rộng sang nguồn năng lượng gió và các máy phát điện phân tán đã được nghiên cứu và chứng minh tính khả thi trong xu hướng này Trong các hệ thống phát điện tích hợp, thiết kế bộ điều khiển nhằm giảm dao động và nâng cao độ ổn định của hệ thống đóng vai trò then chốt, vì dao động có thể xuất phát từ biến đổi liên tục của tốc độ gió, biến thiên cường độ ánh sáng mặt trời hay nhiễu tác động lên máy phát.

Điều khiển PID dùng kỹ thuật gán cực là một phương pháp đơn giản nhưng mang lại hiệu quả cao, với mục tiêu xác định và gán các cực quan trọng của hệ thống ở các vị trí mong muốn trên mặt phẳng phức để tăng tính ổn định của hệ thống; bộ điều khiển này được xem là cách nâng cao độ ổn định của hệ thống đặt tại bộ chỉnh lưu trên đường dây truyền tải điện áp một chiều ở mức điện áp cao Ở Việt Nam, đã có các nghiên cứu ứng dụng hệ thống tích trữ năng lượng mặt trời và năng lượng gió trong lưới điện, tuy nhiên kết quả tích hợp các nguồn năng lượng này với máy phát đồng bộ vẫn chưa có sức hút đặc biệt và nghiên cứu thiết kế các bộ điều khiển nhằm nâng cao ổn định của các hệ thống điện tích hợp này vẫn chưa được triển khai Trong bối cảnh này, sử dụng bộ điều khiển PID với kỹ thuật gán cực được xem là một phương pháp đơn giản, hiệu quả và có chi phí hợp lý, mang lại khả năng điều khiển phù hợp với các yêu cầu của hệ thống.

Trong những năm gần đây, điện mặt trời đang trở thành đối thủ cạnh tranh đáng chú ý với nguồn năng lượng hóa thạch trên toàn cầu Khi nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, điện mặt trời được xem như một nguồn năng lượng sạch, vô hạn và an toàn, mở ra giải pháp xanh cho tương lai Các nước dẫn đầu về công suất điện mặt trời bao gồm Đức, Mỹ và Trung Quốc Tại Việt Nam, nghiên cứu và ứng dụng hệ thống điện mặt trời hòa lưới đã được triển khai ở nhiều tỉnh như Ninh Thuận, Phú Yên, Trà Vinh và nhiều địa phương khác Mặc dù các hệ thống hòa lưới mang lại lợi ích kinh tế và giải pháp tiết kiệm nhiên liệu, chúng cũng đối mặt với biến động do bức xạ mặt trời thay đổi theo ngày và theo mùa; do đó cần có các biện pháp khắc phục để giảm thiểu dao động và đảm bảo sự ổn định vận hành của hệ thống.

Chính vì thế luận văn của tác giả ngoài việc đánh giá ổn định hệ thống có kết

Ba dự án năng lượng mặt trời tại Ninh Thuận được đề cập và tác giả đề xuất phương pháp nâng cao ổn định của hệ thống bằng thiết bị bù SVC, nhằm đảm bảo hoạt động bình thường và tăng cường độ ổn định của hệ thống khi hòa điện mặt trời vào lưới điện quốc gia.

Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Hiện nay phần lớn điện năng được sản xuất từ các máy phát điện đồng bộ Nguồn năng lượng sơ cấp kéo các máy phát này có thể là tua-bin hơi, tua-bin nước hoặc tua-bin khí, hoạt động dựa trên nhiệt sinh ra từ quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch như than, khí tự nhiên và dầu mỏ tại các nhà máy nhiệt điện.

Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch và vô hạn, đóng vai trò quan trọng trong lưới điện quốc gia và giúp giảm thiểu các tác động có hại đến môi trường Việc phát triển điện mặt trời góp phần đa dạng hóa nguồn cung điện, tăng cường an ninh năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính Hiện nay ở Việt Nam có nhiều dự án điện mặt trời được đầu tư và triển khai nhằm bổ sung điện cho hệ thống điện quốc gia.

Tích hợp nguồn năng lượng sạch này với các nhà máy phát điện lớn đang là xu hướng phát triển hiện nay của lưới điện quốc gia

Trong các hệ thống phát điện tích hợp, tăng tính ổn định của lưới là yếu tố then chốt cho vận hành an toàn và liên tục Vì thế, đề tài đề xuất ứng dụng thiết bị bù SVC để cung cấp hỗ trợ bù công suất phản kháng và điều chỉnh điện áp, từ đó bảo đảm hoạt động bình thường của hệ thống và nâng cao độ ổn định khi điện mặt trời được đưa vào lưới điện quốc gia Ý nghĩa khoa học của nghiên cứu nằm ở việc làm rõ cơ chế tác dụng của thiết bị bù SVC trong việc giảm dao động, cải thiện đáp ứng động và nâng cao chất lượng điện năng trong hệ thống phát điện tích hợp trước sự biến đổi của nguồn năng lượng tái tạo.

Luận văn có thể được xem là tài liệu tham khảo cho nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Điện trong các ứng dụng tính toán thiết kế và lắp đặt hệ thống pin mặt trời Nội dung tập trung vào các phương pháp tính toán, mô phỏng và tối ưu hóa để thiết kế hệ thống pin mặt trời hiệu quả và an toàn Bài viết cung cấp các khuyến nghị về lựa chọn công nghệ, cấu hình và phương án tích hợp năng lượng mặt trời vào lưới điện, nhằm tối đa hóa sản lượng và giảm thiểu rủi ro vận hành Đồng thời, luận văn nâng cao khả năng điều khiển và ổn định hệ thống lưới điện có tích hợp năng lượng mặt trời, đảm bảo đáng tin cậy trong mọi điều kiện vận hành Từ đó, tài liệu hỗ trợ sinh viên và nghiên cứu viên trong việc nâng cao hiểu biết và ứng dụng thực tế của năng lượng mặt trời trong hệ thống điện.

Góp phần phát triển hệ thống điện mặt trời nối lưới tại các tỉnh thành đang được đẩy mạnh nhằm khai thác tối đa tiềm năng năng lượng mặt trời và đảm bảo an ninh cấp điện cho người dân Việc tích hợp nguồn năng lượng sạch này với các nhà máy phát điện lớn đang trở thành xu hướng chủ đạo trong lộ trình hiện đại hóa lưới điện quốc gia, giúp tối ưu công suất, nâng cao độ tin cậy và giảm phát thải carbon.

Tác giả đặt mục tiêu nghiên cứu và triển khai ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời như một bước đi tiên phong trong công tác ứng dụng nguồn năng lượng tái tạo, mở rộng phạm vi tiếp cận tới các hộ gia đình Nỗ lực này nhằm đẩy mạnh sự hiện diện của công nghệ năng lượng mặt trời ở quy mô gia đình, tối ưu hóa chi phí và tăng cường bền vững, đồng thời đóng góp vào an ninh năng lượng cho cộng đồng.

1.3 Xác định mục tiêu nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu

Đề tài nghiên cứu nhằm nâng cao ổn định của hệ thống điện Ninh Thuận khi tích hợp năng lượng hòa lưới bằng công nghệ thiết bị SVC, từ đó cải thiện chất lượng điện và độ tin cậy của lưới Mục tiêu là đánh giá tác động và hiệu quả của việc sử dụng SVC để điều chỉnh hệ thống khi có nguồn năng lượng hòa lưới, đồng thời đề xuất các giải pháp tối ưu về vận hành và điều khiển Đối tượng nghiên cứu là hệ thống điện Ninh Thuận có tích hợp năng lượng hòa lưới, gồm các nguồn phát, tải và các yếu tố điều khiển liên quan.

1.4 Xác định nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài

Mô phỏng hệ thống điện Ninh Thuận tích hợp năng lượng mặt trời nối lưới có kết hợp thiết bị FACT bằng phần mềm Matlab

Nâng ổn định hệ thống điện Ninh Thuận có tích hợp năng lượng hòa lưới dùng thiết bị SVC

1.5 Phương pháp nghiên cứu Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như sau:

Trong bài viết này, chúng ta tập trung nghiên cứu lý thuyết về ổn định hệ thống điện và vai trò của năng lượng mặt trời trong lưới điện hiện đại, cùng với các khía cạnh liên quan đến cấu tạo và nguyên lý hoạt động của hệ thống pin mặt trời Phần lý thuyết ổn định hệ thống điện được xem xét dưới các mô hình động lực, biến động tải và tác động của nguồn năng lượng mặt trời lên điều khiển và ổn định hệ thống Về cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống pin mặt trời, bài viết phân tích từ cấu hình module quang điện, bộ chuyển đổi inverter cho đến các biện pháp tối ưu hóa hiệu suất và quản lý công suất đầu ra Ngoài ra, bài viết trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC (Static VAR Compensator) như một giải pháp điều chỉnh công suất được sử dụng để ổn áp và cải thiện độ ổn định điện áp khi tích hợp nguồn năng lượng mặt trời vào lưới.

Xây dựng mô hình toán học và mô phỏng trên MATLAB, kết hợp với các công cụ phần mềm bổ trợ để đánh giá và nâng cao ổn định của hệ thống điện tại Ninh Thuận có tích hợp năng lượng mặt trời Phương pháp này cho phép phân tích động lực học của hệ thống, đánh giá ảnh hưởng của nguồn năng lượng mặt trời tới biến thiên điện áp và tần số, từ đó đề xuất các giải pháp điều khiển tối ưu và tăng cường độ tin cậy vận hành.

Chương 2: Ổn định hệ thống điện

Chương 3: Mô hình toán học của hệ thống pin năng lượng mặt trời và thiết bị bù SVC

Chương 4: Mô phỏng lưới điện Ninh Thuận tích hợp năng lượng mặt trời kết hợp

SVC dùng phần mềm Matlab

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Xác định nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài

Mô phỏng hệ thống điện Ninh Thuận tích hợp năng lượng mặt trời nối lưới có kết hợp thiết bị FACT bằng phần mềm Matlab

Nâng ổn định hệ thống điện Ninh Thuận có tích hợp năng lượng hòa lưới dùng thiết bị SVC.

Phương pháp nghiên cứu

Để giải quyết các mục tiêu nêu trên, luận văn đưa ra phương pháp nghiên cứu như sau:

Trong phạm vi nghiên cứu lý thuyết, các lý thuyết về ổn định hệ thống điện và tích hợp năng lượng mặt trời đóng vai trò cốt lõi cho việc phân tích và thiết kế lưới điện hiện đại Năng lượng mặt trời mang lại nguồn điện xanh nhưng đòi hỏi đánh giá tác động đến ổn định hệ thống và các biện pháp điều chỉnh tương ứng Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống pin mặt trời bao gồm tế bào quang điện, bộ biến đổi điện và hệ thống điều khiển tối ưu hóa hiệu suất Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của SVC (Static VAR Compensator) cho phép điều chỉnh điện áp và công suất phản kháng, tăng tính ổn định và giảm dao động trong lưới Từ các lý thuyết này, có thể xây dựng mô hình mô phỏng, phân tích tương tác giữa nguồn mặt trời và lưới điện, từ đó đề xuất giải pháp cải thiện ổn định, tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo cung cấp điện liên tục.

Xây dựng mô hình toán học và mô phỏng trên phần mềm Matlab, kết hợp với các công cụ phần mềm chuyên dụng, nhằm mô tả và phân tích quá trình tích hợp năng lượng mặt trời vào hệ thống điện tại Ninh Thuận Việc phối hợp mô hình toán học với các công cụ mô phỏng cho phép đánh giá nâng cao ổn định hệ thống điện, tối ưu hóa vận hành và dự báo sự biến động công suất từ nguồn NLMT Thông qua Matlab, quá trình mô phỏng động lực hệ thống, kiểm tra mất ổn định và đề xuất các biện pháp tăng cường ổn định như điều chỉnh tham số nguồn phát, kiểm soát tự động và quản lý lưu trữ năng lượng được thực hiện một cách hiệu quả Nghiên cứu hướng tới cải thiện độ tin cậy cung cấp điện cho khu vực Ninh Thuận, hỗ trợ quyết định đầu tư và tối ưu hóa lưới điện có tích hợp năng lượng mặt trời.

Kế hoạch thực hiện

Chương 2: Ổn định hệ thống điện

Chương 3: Mô hình toán học của hệ thống pin năng lượng mặt trời và thiết bị bù SVC

Chương 4: Mô phỏng lưới điện Ninh Thuận tích hợp năng lượng mặt trời kết hợp

SVC dùng phần mềm Matlab

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Các khái niệm cơ bản

2.1.1 Hệ thống điện (HTĐ) và chế độ của HTĐ

HTĐ là tập hợp các phần tử tham gia vào quá trình sản xuất, truyền tải và tiêu thụ năng lượng

Các phần tử của HTĐ được chia thành hai nhóm:

Các phần tử tự lực đảm nhiệm các nhiệm vụ sản xuất, biến đổi, truyền tải, phân phối và sử dụng điện năng, điển hình với máy phát điện, đường dây tải điện và các thiết bị dùng điện Hệ thống này cho phép sản xuất nguồn điện, biến đổi điện áp và công suất, truyền tải điện năng qua mạng lưới và phân phối đến người dùng cuối một cách hiệu quả Việc tối ưu các thành phần này giúp tăng độ tin cậy của lưới điện, giảm tổn thất và nâng cao hiệu quả vận hành.

Các phần tử điều chỉnh đóng vai trò đảm nhận nhiệm vụ điều chỉnh và biến đổi trạng thái của hệ thống điện (HTĐ): chúng thực hiện điều chỉnh kích từ máy phát đồng bộ, điều chỉnh tần số, bảo vệ bằng rơle và điều khiển máy cắt điện để đảm bảo sự ổn định và an toàn cho hệ thống.

Mỗi phần tử của HTĐ được nhận diện qua một tập thông số đặc trưng, có nguồn gốc từ tính chất vật lý của phần tử, từ sơ đồ liên lạc giữa các phần tử và từ nhiều phép tính ước lượng khác Ví dụ, các thông số này có thể là tổng trở, tổng dẫn của đường dây, hệ số biến áp và hệ số khuếch đại của bộ phận tự động điều chỉnh kích thích Nhờ các thông số này, HTĐ có thể được mô tả và mô phỏng một cách chính xác, từ đó tối ưu hóa hiệu suất vận hành và đánh giá độ ổn định của hệ thống.

Nhiều tham số của HTĐ là các đại lượng phi tuyến, giá trị của chúng phụ thuộc vào dòng công suất, tần số và các tham số như X, Y, độ từ hoá Trong phần lớn các bài toán thực tế, các tham số này có thể coi là hằng số và từ đó hình thành hệ thống tuyến tính Tuy nhiên, khi xét đến sự biến đổi của các tham số, ta có một hệ thống phi tuyến Dạng phi tuyến này chỉ cần được xem xét trong một số ít trường hợp, như khi phải tính đến độ bão hòa của máy phát và máy biến áp trong các bài toán ổn định.

Chế độ làm việc của HTĐ là tập hợp các quá trình diễn ra trong HTĐ và xác định trạng thái làm việc của HTĐ tại một thời điểm cụ thể hoặc trong một khoảng thời gian nhất định, giúp đánh giá hiệu suất vận hành và đảm bảo an toàn cho hệ thống.

Các quá trình nói trên được đặc trưng bởi các thông số chế độ U, I, P, Q, f, δ tại mọi điểm của HTĐ Đây là các thông số chế độ, khác với các thông số hệ thống ở chỗ chúng chỉ tồn tại khi HTĐ đang làm việc Các thông số chế độ xác định hoàn toàn trạng thái làm việc của HTĐ, mô tả cách HTĐ vận hành và điều chỉnh tại từng điểm trong mạng để đảm bảo vận hành an toàn và hiệu quả.

Trong hệ thống điện, các thông số chế độ liên quan với nhau thông qua các tham số HTĐ; nhiều mối quan hệ giữa chúng ở dạng phi tuyến Ví dụ P = U^2/R là một dạng phi tuyến thứ hai của HTĐ và dạng phi tuyến này không thể bỏ qua trong các bài toán điện lực, vì nó ảnh hưởng đến phân bố công suất, nhiệt và hiệu quả hoạt động của hệ thống.

Các chế độ của HTĐ được chia thành hai loại:

- Chế độ xác lập (CĐXL) là chế độ các thông số của nó dao động rất nhỏ xung quanh giá trị trung bình nào đó, thực tế có thể xem như các thông số này là hằng số Trong thực tế không tồn tại chế độ nào mà trong đó các thông số của nó bất biến theo thời gian vì HTĐ bao gồm một số vô cùng lớn các phần tử, các phần tử này luôn luôn biến đổi khiến cho các thông số của chế độ cũng biến đổi không ngừng

 CĐXL bình thường là chế độ vận hành bình thường của HTĐ

 CĐXL sau sự cố xảy ra sau khi đã loại trừ sự cố

 Chế độ sự cố xác lập là chế độ sự cố duy trì sau thời gian quá độ ví dụ như chế độ ngắn mạch duy trì

- Chế độ quá độ là chế độ mà các thông số biến đổi rất nhiều Chế độ quá độ gồm có:

 Chế độ quá độ bình thường là bước chuyển từ CĐXL bình thường này sang CĐXL bình thường khác

 Chế độ quá độ sự cố xảy ra sau sự cố

2.1.1.3 Yêu cầu đối với các chế độ của HTĐ

 CĐXL bình thường, các yêu cầu là:

- Đảm bảo chất lượng điện năng: điện năng cung cấp cho các phụ tải phải có chất lượng đảm bảo, tức giá trị của các thông số chất lượng (điện áp và tần số) phải nằm trong giới hạn được quy định bởi các tiêu chuẩn

Đảm bảo độ tin cậy trong cung cấp điện bằng cách cấp điện liên tục cho các phụ tải với chất lượng được đảm bảo Mức độ liên tục của nguồn điện phải đáp ứng đầy đủ yêu cầu của các hộ dùng điện và điều kiện của HTĐ.

Hiệu quả kinh tế cao được đạt khi hệ thống đảm bảo độ tin cậy và chất lượng điện năng ở mức tối ưu đồng thời tối thiểu hóa chi phí sản xuất điện, truyền tải và phân phối điện năng Chế độ vận hành được thiết kế để tối ưu hóa chi phí ở từng khâu từ sản xuất đến phân phối, duy trì nguồn điện ổn định và liên tục Nhờ đó, chi phí tổng thể được giảm thiểu, nâng cao hiệu quả kinh tế và mang lại lợi ích lâu dài cho người tiêu dùng và nền kinh tế.

- Đảm bảo an toàn điện: phải đảm bảo an toàn cho người vận hành, người dùng điện và thiết bị phân phối điện

 CĐXL sau sự cố, yêu cầu là:

Các yêu cầu tại mục A được giảm xuống nhưng chỉ cho phép kéo dài trong một khoảng thời gian ngắn; sau đó bắt buộc áp dụng biện pháp khắc phục bằng cách điều chỉnh thông số của chế độ hoặc thay đổi sơ đồ hệ thống để đưa chế độ này về CĐXL bình thường.

 Chế độ quá độ (CĐQĐ), yêu cầu là:

- Chấm dứt một cách nhanh chóng bằng CĐXL bình thường hay CĐXL sau sự cố

Trong thời gian quá độ, các thông số điện biến đổi theo dạng giới hạn cho phép, điển hình là giá trị dòng điện ngắn mạch và điện áp tại các nút của phụ tải khi xảy ra ngắn mạch Việc nắm bắt và kiểm soát những biến động này rất quan trọng để đánh giá tính ổn định và an toàn của hệ thống, đồng thời phục vụ cho thiết kế và bố trí bảo vệ, điều khiển sao cho điện áp tại các tải không vượt quá giới hạn cho phép và dòng ngắn mạch được giới hạn ở mức an toàn Các phương pháp mô phỏng và đo lường thời gian quá độ giúp tối ưu hóa vận hành, giảm thiểu tổn thất và tăng tính sẵn sàng của mạng khi có sự cố, đồng thời hỗ trợ quyết định về thiết bị, cấu hình và biện pháp khắc phục nhằm duy trì hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.

- Các yêu cầu của HTĐ được xét đến khi thiết kế và được bảo đảm bằng cách điều chỉnh thường xuyên trong quá trình vận hành HTĐ

2.1.2 Khái niệm về ổn định HTĐ

2.1.2.1.Cân bằng công suất Điều kiện cần để CĐXL có thể tồn tại là sự cân bằng công suất tác dụng (CSTD) và công suất phản kháng (CSPK) Công suất do các nguồn sinh ra phải bằng công suất do các phụ tải tiêu thụ cộng với tổn thất công suất trong các phần tử của HTĐ

Giữa CSTD và CSPK có mối quan hệ:

Trong phân tích hệ thống, hai điều kiện cân bằng công suất (2.1) và (2.2) không thể được xem xét độc lập mà luôn phải đánh giá đồng thời mối quan hệ giữa chúng; việc chỉ xem xét từng điều kiện riêng lẻ có thể gây thiếu nhất quán và sai lệch kết quả, nên cần tích hợp (2.1) và (2.2) vào một khung tổng thể để đảm bảo tính ổn định và đúng đắn của mô hình, bởi sự phụ thuộc lẫn nhau giữa hai điều kiện này là nền tảng để xác định trạng thái cân bằng và tối ưu hệ thống.

Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh

2.1.3.2.Ổn định động Ổn định động là khả năng hệ thống điện khôi phục lại chế độ làm việc ban đầu hoặc rất gần chế độ ban đầu sau những kích động lớn (nhiễu lớn) [1]

Những kích động lớn tác động làm mất cân bằng công suất cơ – điện và gây phá vỡ đột ngột trạng thái cân bằng, khiến CĐXL dao động rất mạnh Nếu hệ thống điện có khả năng chịu được các kích động này và CĐXL không bị phá hoại thì hệ thống được xem là có tính ổn định động.

Như vậy ổn định động là điều kiện để cho chế độ của hệ thống điện tồn tại lâu dài

2.2 Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định tĩnh

2.2.1 Tiêu chuẩn năng lượng

 Định nghĩa ổn định theo năng lượng

Trong các hệ ở chế độ xác lập, sự cân bằng giữa năng lượng phát và năng lượng tiêu thụ tạo nên trạng thái ổn định Mỗi chế độ xác lập đi kèm với một tập hợp các tham số xác định trạng thái của hệ Nếu có nhiễu kích động làm các tham số này thay đổi theo hướng khuếch đại, hệ sẽ không còn ổn định Hiện tượng này xuất hiện khi năng lượng phát vượt quá năng lượng tiêu tán Tiêu chuẩn đánh giá sự ổn định của hệ được mô tả qua một bất đẳng thức cụ thể, là cơ sở để xác định ngưỡng và phạm vi vận hành an toàn của hệ.

Với: –gia số thông số

W – năng lượng dư và W = WF - Wt

WF ,Wt – số gia năng lượng phát và tiêu tán

Xét hệ thống điện trên hình 2.1, theo tiêu chuẩn năng lượng thì hệ sẽ ổn định nếu:

Hình 2.1 Hệ thống điện đơn giản và sơ đồ tương đương

Trong bài toán phân tích hệ thống điện, tham số trạng thái được xác định bởi góc δ Năng lượng phát ra là công suất cơ PT (công suất tuabin), trong khi năng lượng tiêu tán chính là công suất máy phát trả về hệ thống Do giả thiết PT không đổi, biểu thức liên quan được viết lại để phản ánh mối quan hệ giữa tuabin và máy phát trong hệ thống và sự bảo toàn công suất.

Có thể kiểm định (2.5) bằng cách lập luận từ hình 2.2 sau:

Giả sử hệ thống ở chế độ xác lập tại điểm a với góc δa Khi kích động δa tăng lên (do P > PT), rotor bị hãm lại và góc δ quay về vị trí δa; ngược lại, khi δ giảm (do P < PT), rotor sẽ tăng tốc và góc δ cũng trở về vị trí δa Như vậy, điểm a là điểm cân bằng và ổn định của hệ thống.

Hình 2.2 Miền làm việc ổn định của hệ thống điện đơn giản (đậm)

Tại điểm b, khi góc δ tăng lên tới δb + Δδ, do P < PT nên roto tăng tốc và góc δ tiếp tục tăng lên Như vậy, điểm b là điểm cân bằng nhưng không ổn định.

Nếu hệ thống làm việc tại điểm c thì, giả sử góc c tăng tới c + , khi đó do P

Trong phân tích ổn định động của máy phát đồng bộ, khi P > P_T, góc δ có xu hướng tiếp tục tăng Nếu δ_c giảm đi một Δδ mà P vẫn lớn hơn P_T, δ sẽ tăng và quay về giá trị δ_c, cho thấy điểm c là điểm giới hạn ổn định của hệ thống Đại lượng này được gọi là hệ số công suất đồng bộ Chỉ số Eq ở đây tương ứng với công suất được tính theo Eq và ứng với trường hợp máy phát không có tự động điều chỉnh kích từ.

Góc tương ứng với điểm C cho thấy công suất cơ sẽ cắt công suất điện từ tại một điểm duy nhất; do đó với hệ thống đã cho, không thể nâng công suất cơ lên cao hơn nữa vì hệ thống sẽ không có chế độ làm việc phù hợp Vì vậy, công suất điện từ tại điểm C xác định giới hạn vận hành của hệ thống và là cơ sở để phân tích sự cân bằng giữa công suất cơ và công suất điện từ trong quá trình làm việc.

Miền làm việc ổn định của hệ tương ứng với nửa bên trái của đường cong trên (từ góc 0p/2)

2.2.2.Phương pháp dao động bé

Một hệ thống thường được mô tả bởi hệ phương trình vi phân sau:

Với x – vector trạng thái; u – vector ngõ vào của hệ (nhiễu)

Khai triển phương trình trên vào chuỗi Taylor vàbỏ qua các đạo hàm bậc cao hay viết dưới dạng ma trận:

Khi u = 0, có phương trình mô tả chuyển động tự do:

Giá trị riêng của ma trận thường được gán bởi các giá trị của tham số  khi không có lời giải tầm thường cho phương trình: A = 

A là ma trận nxn (đối với hệ thống vật lý như hệ thống điện)

Tìm trị riêng của A = theo phương trình: (A - I)  = 0

Khi nghiệm là không tầm thường thì: det(A - I) = 0

Việc khai triển định thức cho ra phương trình đặc trưng,m nghiệm  = 1, 2,

…,n gọi là những trị riêng của A

Quan hệ giữa nghiệm phương trình đặc trưng và ổn định:

- Khi nghiệm là thực sẽ có trạng thái không dao động Nếu nghiệm là thực dương tương ứng với mất ổn định không chu kỳ.

Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định động

Khi nghiệm là số phức, chúng xuất hiện dưới dạng cặp liên hợp và xác định trạng thái dao động của hệ Nghiệm phức đi kèm với biên độ dao động có sự thay đổi theo thời gian do phần thực và phần ảo của nghiệm quyết định sự ổn định Nếu phần thực của nghiệm dương, hệ sẽ mất ổn định và dao động sẽ tăng dần theo thời gian Ngược lại, phần thực âm hoặc bằng 0 dẫn đến dao động được duy trì hoặc giảm dần, tùy thuộc vào tham số của hệ.

2.3.Các tiêu chuẩn đánh giá ổn định động

Xét một hệ thống điện gồm một máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn qua hai đường dây truyền tải Thanh cái vô cùng lớn này đại diện cho một nguồn điện áp có biên độ và tần số không đổi, giúp duy trì ổn định điện áp và tần số trong mạng lưới truyền tải.

Chúng ta tìm hiểu các khái niệm cơ bản và nguyên lý của ổn định động bằng cách phân tích đáp ứng của hệ thống trước một kích động lớn, sử dụng một mô hình đơn giản bỏ qua điện trở của các phần tử Hệ thống được biểu diễn trên hình 2.3, gồm mô hình tương đương (hình 2.4a) và dạng rút gọn của mô hình hệ thống (hình 2.4b) Điện áp sau điện kháng quá độ (X’d) được ký hiệu là E’ Góc rotor δ là góc lệch pha của E’ so với EB Khi hệ thống bị kích động, biên độ của E’ không đổi so với lúc trước khi sự cố và δ thay đổi khi tốc độ rotor máy phát lệch khỏi tốc độ đồng bộ ω0.

G X 1 Thanh cái vô cùng lớn

Hình 2.3 Mô hình một máy phát nối với thanh cái vô cùng lớn

(a) Mô hình mạch tương đương

(b) Mạch tương đương rút gọn

Hình 2.4 Biểu diễn hệ thống bằng mô hình máy phát cổ điển.

Quá trình quá độ cơ điện khi xảy ra ngắn mạch được xem xét qua ba giai đoạn rõ rệt: trước ngắn mạch, trong khi ngắn mạch và sau khi ngắn mạch kết thúc Để khảo sát ổn định động của hệ thống, cần xây dựng và phân tích các đường đặc tính công suất tương ứng với từng giai đoạn, từ đó mô tả mối quan hệ giữa công suất, dòng điện và trạng thái vận hành của máy trong quá trình quá độ.

 Đặc tính công suất trước khi ngắn mạch

Công suất điện ngõ ra máy phát là:

Vì bỏ qua điện trở stator, Pe đại diện cho công suất khe hở không khí hoặc công suất đầu cực Đặc tính công suất trước khi ngắn mạch được dùng để xác định chế độ làm việc ban đầu của máy Khi biết công suất tải P, Q và EB, ta phải tính E’, δ0 (góc giữa E’ và EB) và CSTD do máy phát phát ở chế độ ban đầu P0.

 Đặc tính công suất khi ngắn mạch

G X 1 Thanh cái vô cùng lớn

Hình 2.5 trình bày các yếu tố chính liên quan đến phân tích ngắn mạch tại điểm F, gồm (a) sơ đồ hệ thống khi bị ngắn mạch tại F, (b) sơ đồ thay thế tương đương dùng cho tính toán ngắn mạch, và (c) sơ đồ tương đương rút gọn Sơ đồ hệ thống mô tả đường đi dòng điện và các nhánh liên quan khi xảy ra ngắn mạch; sơ đồ thay thế tương đương cho phép biểu diễn mạng lưới bằng các impedances và nguồn tương đương để tính toán ngắn mạch một cách dễ dàng; sơ đồ tương đương rút gọn tối giản hóa mạng bằng cách ghép các nhánh tương đương và loại bỏ những phần không ảnh hưởng, từ đó phân tích nhanh và trực quan Hình 2.5 cho thấy mối quan hệ giữa hệ thống thật và các sơ đồ thay thế khi ngắn mạch, hỗ trợ quá trình phân tích ngắn mạch cho thiết kế và vận hành hệ thống.

Trong sơ đồ thay thế tương đương, tại điểm ngắn mạch F xuất hiện điện kháng XF (bỏ qua điện trở), phụ thuộc vào dạng ngắn mạch Để tính đường đặc tính công suất, cần biến đổi sơ đồ 2.5b về dạng rút gọn là sơ đồ 2.5c bằng phương pháp biến đổi sao – tam giác.

Ta có: Đường đặc tính công suất sẽ là

Từ (2.8) có thể nhận thấy ảnh hưởng của các dạng ngắn mạch đến đường đặc tính công suất

Trong trường hợp ngắn mạch 3 pha, Xf = 0 làm X'T = ∞ và PII ≈ 0, nghĩa là công suất do máy phát phát ra tại ngắn mạch gần như bằng 0 và liên lạc giữa máy phát và thanh cái nhận điện bị cắt đứt hoàn toàn Tuy nhiên, trên đồ thị thực tế, PII không bằng 0 mà có giá trị rất nhỏ, do các tổn thất CSTD phát sinh từ điện trở của stator máy phát, của máy biến áp và của đường dây từ máy phát đến vị trí ngắn mạch Khi ngắn mạch xảy ra, các thành phần trở kháng và mất mát này gây ra lượng công suất tiêu hao nhỏ trong hệ thống, khiến PII duy trì ở mức rất nhỏ và hệ thống vẫn chịu tải cho đến khi bảo vệ tác động và cắt ngắt.

Trong trường hợp 2 pha chạm đất, sự liên lạc giữa các nhánh mạch rất yếu khiến đường đặc tính công suất có biên độ thấp hơn so với ngắn mạch 2 pha hoặc ngắn mạch 1 pha chạm đất, như hình 2.5 minh họa.

So sánh PII và PI ta thấy PImax > PIImax vì XT < X’T

Hình 2.6 Đồ thị đặc tính công suất

 Đường đặc tính công suất sau khi cắt ngắn mạch

Sau khi cắt ngắn mạch, đường dây bị ngắn mạch được cắt ra khỏi hệ thống, đường dây tải điện chỉ còn lại 1 lộ (hình 2.7)

Hình 2.7 Sơ đồ tương đương của hệ thống sau khi cắt ngắn mạch Đường đặc tính công suất:

Biên độ của PIII sẽ nằm giữa PI và PII

Xét một hệ thống đang làm việc ổn định với hai đường dây tải như hình 2.5(a) Mối quan hệ góc – công suất được thể hiện trên đường cong (hình 2.8) Với công suất cơ ngõ vào Pm bằng công suất điện ngõ ra Pe, điểm làm việc ổn định được biểu diễn bởi điểm a trên đường cong và góc rotor tương ứng là δa.

Hình 2.8 Mối quan hệ góc – công suất

Trong trường hợp một trong hai đường dây bị cắt khỏi hệ thống, điện kháng XT sẽ tăng lên Mối quan hệ giữa góc rotor và công suất được thể hiện trên đường cong 2 tại hình 2.8; công suất cực đại sẽ bị giảm xuống Với công suất đầu vào cơ học Pm, góc rotor tại thời điểm làm việc là δb, tương ứng với điểm làm việc b trên đường cong 2; khi giá trị điện kháng tăng lên, góc rotor cũng tăng để truyền tải cùng một lượng công suất.

Trong thời gian gặp sự cố, góc lệch δ thay đổi nhưng tốc độ biến thiên của rotor (Δω_r/Δt) rất nhỏ so với tốc độ đồng bộ ω0 Do đó, tốc độ quay của máy phát có thể được coi là bằng ω0, giúp đơn giản hóa việc phân tích động lực và mô hình hóa hệ thống.

Trong hệ đơn vị tương đối (pu), ω0 và mô-men đầu của máy phát được xem như bằng công suất đầu của máy phát (pu) Do đó, mô-men và công suất có thể được xem là hai đại lượng có thể thay đổi qua lại khi xét đến phương trình chuyển động của rotor Việc đồng nhất hóa momen và công suất bằng pu giúp mô tả chính xác động lực học rotor và cho phép phân tích ổn định hệ thống điện một cách dễ dàng Khi bàn tới phương trình chuyển động rotor, ta thường dùng momen và công suất như các biến đổi tương đương để đơn giản hóa tính toán và tối ưu hóa hiệu suất máy phát.

 Phương trình chuyển động rotor

= công suất điện cực đại (pu)

= hằng số quán tính (MWs/ MVA)

 Đáp ứng đối với sự thay đổi công suất cơ Pm

Trong một hệ thống làm việc ổn định với hai đường dây tải, quá trình quá độ được phân tích bằng cách tăng đột ngột công suất cơ từ Pm0 lên Pm1 (hình 2.9a) Do quán tính rotor nên góc rotor không thể thay đổi tức thì từ δ0 sang δ1, tương ứng với điểm cân bằng mới b tại đó Pe = Pm1 Lúc này công suất cơ vượt quá công suất điện, khiến momen tăng tốc đẩy rotor từ điểm làm việc ban đầu a đến điểm cân bằng mới b và theo dõi đường cong Pe − δ với tỉ lệ được xác định bởi phương trình chuyển động Độ chênh lệch giữa Pm1 và Pe tại mọi thời điểm được gọi là công suất tăng tốc.

Hình 2.9 Đáp ứng đối với sự thay đổi công suất cơ

Khi tiến tới điểm b, công suất tăng tốc bằng 0, nhưng tốc độ rotor vẫn cao hơn tốc độ đồng bộ ω0 Do đó góc rotor tiếp tục tăng Đối với các giá trị của δ lớn hơn δ1, các yếu tố liên quan sẽ được xem xét tiếp trong phân tích.

Pin mặt trời

3.1.1 Giới thiệu về pin mặt trời

Pin mặt trời, hay còn gọi là pin quang điện, là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn để biến ánh sáng mặt trời thành dòng điện một chiều Loại pin mặt trời phổ biến nhất hiện nay là silicon tinh thể Silicon tinh khiết là chất bán dẫn kém vì electron bị giam giữ trong mạng liên kết và không có electron tự do Khi bị ánh sáng hoặc nhiệt kích thích, các electron bị bứt ra khỏi liên kết, hình thành electron tự do và lỗ trống điện tích dương ở vùng hóa trị; nhờ cơ chế này, chất bán dẫn có khả năng dẫn điện và sinh ra dòng điện khi mạch được kết nối.

Có 3 loại pin mặt trời làm từ tinh thể Silic:

Một tinh thể đơn (monocrystalline) là loại module có hiệu suất lên tới 16% Loại này thường đắt tiền vì được cắt từ các thỏi hình ống, và các tấm tinh thể đơn này có các mặt trống ở góc nối với các module.

Đa tinh thể được làm từ các thỏi đúc từ silic nung chảy, sau đó được làm nguội và kết tinh Loại pin này thường rẻ hơn loại đơn tinh thể, nhưng lại có hiệu suất kém hơn Tuy nhiên, chúng có thể tạo thành các tấm vuông che phủ bề mặt nhiều hơn loại đơn tinh thể, bù cho hiệu suất thấp của nó.

Dải Silic được tạo ra từ các miếng phim mỏng làm từ silicon nóng chảy và có cấu trúc đa tinh thể Loại này thường có hiệu suất thấp nhất so với các loại silic khác nhưng lại rẻ nhất nhờ không cần phải cắt từ thỏi silicon.

Về bản chất pin quang điện là một điốt bán dẫn bao gồm hai tấm bán dẫn loại P và loại N đặt sát cạnh nhau, khác ở chỗ pin quang điện có diện tích bề mặt rộng

28 và có lớp N cực mỏng để ánh sáng có thể truyền qua Trên bề mặt của pin quang điện có một lớp chống phản xạ vì khi chiếu ánh sáng vào pin quang điện, sẽ có một phần ánh sáng bị hấp thụ khi truyền qua lớp N và một phần ánh sáng sẽ bị phản xạ ngược lại còn một phần ánh sáng sẽ đến được lớp chuyển tiếp, nơi có các cặp electron và lỗ trống nằm trong điện trường của bề mặt giới hạn Với các bước sóng thích hợp sẽ truyền cho electron một năng lượng đủ lớn để thoát khỏi liên kết Khi thoát khỏi liên kết, dưới tác dụng của điện trường, electron sẽ bị kéo về phía bán dẫn loại N, còn lỗ trống bị kéo về phía bán dẫn loại P Khi đó nếu nối hai cực vào hai phần bán dẫn loại

N và P sẽ đo được một hiệu điện thế, và giá trị của hiệu điện thế này phụ thuộc vào bản chất của chất làm bán dẫn và tạp chất được hấp phụ lên bề mặt hoặc vào vật liệu Bản chất của chất bán dẫn quyết định cách tạp chất hấp phụ ảnh hưởng đến điện thế đo được giữa N và P Việc nhận diện và kiểm soát tạp chất hấp phụ giúp cải thiện độ nhạy và độ ổn định của các cảm biến và mạch bán dẫn Hiểu rõ mối quan hệ này là cơ sở cho thiết kế và tối ưu hóa hệ thống đo hiệu điện thế trong công nghệ bán dẫn.

3.1.2 Đặc tính làm việc của pin mặt trời Đặc tính làm việc của pin mặt trời thể hiện qua hai thông số là điện áp hở mạch lớn nhất VOC lúc dòng ra bằng 0 và Dòng điện ngắn mạch ISC khi điện áp ra bằng 0 Công suất của pin được tính theo công thức:

Tại điểm làm việc U = UOC/ I = 0 và U = 0 / I = ISC , Công suất làm việc của pin cũng có giá trị bằng 0

Hình 3.1 Đường đặt tính làm việc U – I của pin mặt trời

Hình 3.2 Sơ đồ tương đương pin mặt trời

Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng của pin như sau: s h kT s

Isc là dòng quang điện (dòng ngắn mạch khi không có Rs và Rsh) (A/m 2 )

I01 là dòng bão hòa (A/m 2 ) q là điện tích của điện tử (C) = 1,6.10 -19 k là hệ số Boltzman = 1,38.10 -23 (J/k)

I, V, Rs, Rsh lần lượt là dòng điện ra, điện áp ra, điện trở Rs và Rsh của pin trong mạch tương đương ở hình 3.3

Đường đặc tính I-V của pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ bức xạ chiếu sáng: dòng ngắn mạch Isc tỉ lệ thuận với cường độ bức xạ và đặc tính I-V sẽ thay đổi theo mức bức xạ Ở mỗi mức bức xạ, pin mặt trời cho đúng một điểm làm việc có công suất lớn nhất, được xác định tại điện áp V = VMPP và gọi là điểm tối đa công suất Điểm làm việc có công suất lớn nhất được thể hiện trên hình bằng một điểm đen to ở đỉnh của đường cong đặc tính.

Hình 3.3 Sự phụ thuộc của đặc trưng VA của pin mặt trời vào cường độ bức xạ Mặt trời

Điện áp hở mạch Voc phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ, nên đường đặc tính VA của pin mặt trời cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ của pin Khi nhiệt độ tăng, Voc thường giảm, khiến điện áp tối đa có thể sinh ra bởi quang điện mặt trời biến động theo điều kiện nhiệt của hệ thống Sự thay đổi của Voc kéo theo sự thay đổi của đường cong VA và hiệu suất tổng thể của hệ PV Việc nắm bắt mối quan hệ này giúp tối ưu hóa thiết kế hệ thống và lựa chọn mô-đun phù hợp với điều kiện môi trường để đảm bảo hiệu suất ổn định.

- Để toàn bộ hệ PV có thể hoạt động được một cách hiệu quả thì đường đặc tính của tải cũng phải phù hợp với điểm MPP

Hình 3.4 Sự phụ thuộc của đường đặc tính của pin mặt trời vào nhiệt độ của pin

Trong hình 3.5, OA và OB là hai đường đặc tính tải Khi tải được mắc trực tiếp vào dãy pin mặt trời, đường đặc tính tải là OA và pin làm việc tại điểm A1 với công suất P1; công suất tối đa mà ánh sáng mặt trời có thể cung cấp cho hệ là P2 Để đạt được công suất P2 này, cần có một bộ điều chỉnh hoặc mạch liên kết giữa dãy pin mặt trời và tải nhằm tối ưu hóa truyền tải và khai thác hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời.

3.1.3 Tấm năng lượng mặt trời

Pin mặt trời được ghép nối tiếp và song song thành dàn pin mặt trời, chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng; mỗi tấm pin có công suất khác nhau như 30Wp, 40Wp, 45Wp, 50Wp, 75Wp, 100Wp, 125Wp, 150Wp và điện áp thường là 12VDC; công suất và điện áp của hệ thống phụ thuộc vào cách ghép nối các tấm pin nhằm tạo ra dàn pin phù hợp để cấp điện cho thiết bị; để đạt hiệu quả tối ưu, các tấm pin cần được phơi nắng và hướng trực tiếp về mặt trời.

Hiệu suất thu được điện năng từ pin mặt trời ở các vùng miền và vào các giờ trong ngày là khác nhau, do bức xạ mặt trời lên bề mặt Trái đất không đồng đều Hiệu suất của pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ bức xạ mặt trời, góc tới của ánh sáng, điều kiện thời tiết (trời nắng hay mây), nhiệt độ và thiết kế cũng như chất lượng của hệ thống pin mặt trời.

- Chất liệu bán dẫn làm pin

-Vị trí đặt các tấm panel mặt trời

- Thời tiết khí hậu, mùa trong năm

- Thời gian trong ngày: sáng, trưa, chiều

Các tấm năng lượng mặt trời được lắp đặt ngoài trời, nên thiết kế và sản xuất phải đảm bảo khả năng chịu đựng các biến đổi của khí hậu và thời tiết, cũng như các tác động khắc nghiệt như mưa bão, sự ăn mòn của nước biển và oxi hóa Tuổi thọ của mỗi tấm pin khoảng 25 đến 30 năm, giúp hệ thống năng lượng mặt trời vận hành ổn định và mang lại hiệu quả lâu dài cho người dùng.

3.1.4 Cách ghép nối các tấm pin năng lượng mặt trời

Như đã biết, các mô-đun pin mặt trời có công suất và điện áp được xác định bởi nhà sản xuất Để tạo ra công suất và điện áp theo yêu cầu, cần ghép nối nhiều tấm mô-đun lại với nhau theo hai cách cơ bản: nối tiếp để tăng điện áp và nối song song để tăng dòng điện (và công suất tổng).

- Ghép nối tiếp các tấm mođun lại sẽ cho điện áp ra lớn hơn

- Ghép song song các tấm môđun lại sẽ cho dòng điện ra lớn

Trong thực tế phương pháp ghép hỗn hợp được sử dụng nhiều hơn để đáp ứng cả yêu cầu về điện áp và dòng điện

 Phương pháp ghép nối các tấm modul mặt trời

Hình 3.6 Ghép nối tiếp hai môđun pin mặt trời (a) và đường đặc trưng VA của các môđun và của cả hệ (b)

Thiết bị bù tĩnh SVC

Thiết bị bù tĩnh, hay SVC (Static Var Compensator), là một thiết bị bù công suất phản kháng có thể thay đổi dung lượng nhanh trên lưới truyền tải điện áp cao, thuộc nhóm thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS) SVC được dùng để điều chỉnh điện áp và tăng khả năng ổn định của hệ thống điện Nó sử dụng các thiết bị điện tử công suất cố định thay vì máy cắt và dao cách ly, nhằm tự động điều chỉnh điện kháng tại các nút đặt SVC Khi hệ thống thừa công suất phản kháng hoặc điện áp tại nút điều chỉnh vượt ngưỡng cho phép, SVC đóng vai trò như kháng bù ngang và tiêu thụ công suất phản kháng, làm hạ điện áp tại nút điều chỉnh; ngược lại, khi hệ thống thiếu công suất phản kháng, các tụ bù ngang sẽ được đóng vào để bơm thêm công suất phản kháng và cải thiện điện áp.

SVC điển hình gồm các tụ bù ngang đóng cắt riêng biệt, kết nối với cuộn dây điện cảm (có hoặc không có lõi sắt) được điều chỉnh bằng thyristor Nhờ thay đổi góc dẫn của thyristor, điện kháng đẳng trị của SVC có thể thay đổi liên tục, cho phép công suất phản kháng của lưới điện được bơm vào hay hút đi một cách linh hoạt Cấu trúc này thực hiện điều chỉnh thô ở tụ điện trước, sau đó TCR sẽ điều chỉnh giá trị cảm kháng, để điện kháng đẳng trị đạt một giá trị liên tục Điều chỉnh trơn hơn và linh hoạt hơn có thể thực hiện bằng cách sử dụng bộ tụ điện được đóng cắt bằng thyristor hoặc TCCS (thyristor-controlled capacitor switching) Thyristor là thiết bị chỉnh lưu tĩnh bằng điện, và như các thiết bị bán dẫn khác, chúng phát nhiệt và cần làm mát bằng nước đã khử ion Các tải cảm kháng thay đổi nhanh trong mạch, như lò điện, có thể làm biến đổi dạng sóng điều hòa của điện áp, do đó các bộ lọc sóng điện tử công suất lớn được sử dụng để làm trơn sóng, và chính các bộ lọc này lại có tính dung, cung cấp công suất phản kháng cho lưới điện.

Các thiết bị SVC thường được đặt ở những vị trí yêu cầu điều chỉnh điện áp chính xác, và quá trình điều chỉnh điện áp thường dùng các bộ điều khiển có phản hồi (closed-loop) nhằm đảm bảo sự ổn định và đáp ứng nhanh của hệ thống; việc điều chỉnh có thể được thực hiện từ xa qua hệ thống SCADA hoặc bằng tay theo giá trị đặt.

Trong phần này, SVC được đề xuất để điều chỉnh điện áp tại PCC bằng cách bổ sung đúng lượng công suất phản kháng cho các hệ thống điện Việc sử dụng SVC giúp ổn định điện áp và cải thiện chất lượng điện bằng cách điều chỉnh nhanh lượng công suất phản kháng theo yêu cầu tải Nhờ cơ chế điều chỉnh linh hoạt này, hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả hơn, đồng thời giảm biến động điện áp tại PCC.

Sơ đồ mạch tương đương của SVC được thể hiện trong hình 3.8 Hình 3.9 cho thấy sơ đồ khối điều khiển điện nạp BSVC của SVC

Khi điện áp hệ thống thấp hơn giá trị tham chiếu, BSVC của SVC sẽ bơm công suất phản kháng vào hệ thống; ngược lại, khi điện áp hệ thống cao hơn giá trị tham chiếu, BSVC của SVC sẽ hấp thụ công suất phản kháng từ hệ thống Trong trạng thái cân bằng của hệ thống điện, phương trình điều khiển BSVC của SVC theo góc kích α [14] được diễn đạt như sau:

(3.11) Ở đây XL và XC là điện kháng của điện cảm và tụ điện của SVC tương ứng

Hình 3.8 Sơ đồ khối của SVC

Hình 3.9 Sơ đồ điều khiển của SVC