Chất lượng điện năng trên hệ thống điện tích hợp với các nhà máy điện gió

Luận văn tìm hiểu về chất lượng điện năng của các nhà máy điện gió và các ảnh hưởng của chất lượng điện năng như dao động điện áp, quá độ, nhấp nháy, họa tần và khả năng vận hành khi sự

-o0o -

NGUYỄN TRỌNG HUÂN

CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN TÍCH

Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM, ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

- -

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ngày, tháng, năm sinh: 04 – 08 – 1986 Nơi sinh: Bình Thuận

Chuyên ngành : Thiết Bị, Mạng và Nhà Máy Điện Mã số: 605250

I TÊN ĐỀ TÀI: CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN TÍCH HỢP VỚI CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

II.1 Nghiên cứu, tìm hiểu về năng lượng gió và các tiêu chuẩn chất lượng điện năng của nhà máy điện gió

II.2 Nghiên cứu và sử dụng phần mềm mô phỏng PScad

II.3 Mô phỏng lưới điện tỉnh Bình Thuận khi chưa có nhà máy điện gió tham gia vào hệ thống

II.4 Thực hiện mô phỏng mô hình lưới điện tại Tỉnh Bình Thuận với sự tham gia của 2 nhà máy điện gió Tuy Phong 120MW và Phú Lạc 24MW

II.5 So sánh và đánh giá kết quả đạt được

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21 – 01 – 2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 21 – 11 – 2013

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS TS NGUYỄN HỮU PHÚC

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Hữu Phúc, người đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Với những kiến thức có được ngày hôm nay, đó là kết quả của một quá trình học tập và rèn luyện lâu dài; nhưng trên tất cả vẫn là những công

ơn của tất cả quý Thầy Cô Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM đã đem đến hành trang kiến thức cho tôi vào đời Đặc biệt, xin chân thành biết ơn tới các Thầy Cô của Bộ môn Hệ Thống Điện đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tôi rất nhiều trong quá trình học tập, cũng như trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất là đến các bạn ở Công ty CP Tư Vấn Điện 3 (PECC3), cùng các bạn bè, đồng nghiệp ở Công

ty CP Tư Vấn Điện Lực TPHCM đã tạo điều kiện để hoàn thành luận văn này

TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2013

Người thực hiện

Nguyễn Trọng Huân

Luận văn tìm hiểu về chất lượng điện năng của các nhà máy điện gió và các ảnh hưởng của chất lượng điện năng như dao động điện áp, quá độ, nhấp nháy, họa tần và khả năng vận hành khi sự cố của các nhà máy điện gió, xem xét những ảnh hưởng của

nó lan truyền trong hệ thống điện khi đấu nối nhà máy điện gió vào hệ thống để từ đó

có những quy định cụ thể về yêu cầu chất lượng điện năng của các nhà máy điện gió khi muốn đấu nối vào hệ thống điện Sử dụng phần mềm PScad mô phỏng nhà máy điện gió sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG) đấu nối vào một hệ thống điện thực tế để kiểm chứng các vấn đề trên

Tôi xin cam đoan: Luận văn này là công trình nghiên cứu thực sự của cá nhân, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS TS Nguyễn Hữu Phúc

Các số liệu, những kết luận nghiên cứu được trình bày trong luận văn này trung thực và chưa từng được công bố dưới bất cứ hình thức nào

Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

TP.Hồ Chí Minh , tháng 12 năm 2013

Người thực hiện

Nguyễn Trọng Huân

Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu chung

Ngày nay, do nguồn năng lượng hoá thạch đang cạn kiệt dần nên các nguồn năng lượng tái tạo như gió, mặt trời, sinh học, địa nhiệt, đã và đang được rất nhiều nhà khoa học, kỹ sư các nước trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng quan tâm nghiên cứu và cũng đạt được nhiều thành tựu nổi bậc Trong đó, năng lượng gió đã và đang được đầu tư và kết nối lưới phát công suất vào hệ thống điện tại nhiều quốc gia

Công suất lắp đặt và công nghệ chế tạo tuabin điện gió ngày càng phát triển, bên cạnh đó sự phát triển của công nghệ bán dẫn cũng ngày cành phát triển đã tạo điều kiện cho điện gió ngày cành phát triển nhanh chóng

Tuy nhiên, năng lượng gió là dạng năng lượng không thể tích trữ được và không ổn định, phụ thuộc rất lớn vào vận tốc gió và làm thay đổi cấu trúc, sự phân

bố công suất trên hệ thống cũng như các vấn đề về điều khiển, bảo vệ Do vậy, để kết nối vào hệ thống điện cần phải đảm bảo tính ổn định và liên tục cho hệ thống điện cũng như ảnh hưởng của các nguồn năng lượng này lên hệ thống điện trong trường hợp vận hành bình thường và khi có sự cố

Trên thế giới, đặc biệt là ở các nước phát triển mạng về điện gió như Đang Mạch, Hà Lan, Đức, Hoa Kỳ, Ấn Độ…đã đưa ra và bổ sung vào các tiêu chuẩn của lưới điện (Grid code for wind power) quy định các điều kiện cần để kết nối nhà máy điện gió vào hệ thống điện Tại Việt Nam, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Hiệp hội Đồng quốc tế khu vực Đông Nam Á đã nghiên cứu và đưa ra tài liệu tham khảo “Sổ tay kỹ thuật về đấu nối nhà máy điện gió vào Hệ thống điện Việt Nam”

Các dự án điện gió đã và đang được đầu tư tại nhiều tỉnh như Bình Thuận, Ninh Thuận, Bạc Liêu, Vũng Tàu…, và các dự án đã lập dự án đầu tư chuẩn bị thi công với dung lượng lắp đặt ngày càng lớn Điều này sẽ gây nhiều ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của hệ thống điện và thay đổi cấu trúc vận hành của hệ thống

vì năng lượng gió là không ổn định, phụ thuộc vào điều kiện thời tiết nên dễ gây mất ổn định hệ thống điện và vấn đề chất lượng điện năng (chủ yếu là song hài áp, dao động điện áp và nhấp nháy điện áp, sụp áp và vận hành khi ngắn mạch)

Chính vì vậy, khi hệ thống có sự tham gia của nguồn điện gió thì một trong những vấn đề lớn cần phải quan tâm lớn đó là bài toán điều khiển hệ thống theo những tiêu chuẩn được quy định rõ ràng, các nhà máy điện gió phải tuân thủ những quy định nghiêm ngặt về chất lượng điện, phải vận hành theo yêu cầu của Trung tâm điều độ Tuy nhiên, để có thể đưa ra các tiêu chuẩn, quy định này chính xác thì cần phải nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió lên hệ thống ở hai trường hợp

là vận hành bình thường và khi sự cố ngắn mạch Chính bởi lý do này nên tôi đã

chọn đề tài “Chất lượng điện năng trên hệ thống điện tích hợp các nhà máy

điện gió” làm đề tài luận văn thạc sĩ

1.2 Nhiệm vụ, phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu về ảnh hưởng của chất lượng điện áp trong lưới phân phối và ảnh hưởng của máy phát phân tán gió lên hệ thống điện

Mục đích của luận văn là nghiên cứu mô phỏng các ảnh hưởng đến chất lượng điện của các nhà máy điện gió cũng như sự tương tác giữa nhà máy điện gió

và lưới điện, từ đó có thể tham vấn cho các công ty Điện lực cũng như các Công ty đầu tư vào năng lượng gió về quy mô công suất, công nghệ, thuật toán điều khiển cũng như đề xuất các quy định, điều kiện để một nhà máy điện gió có thể kết nối vào hệ thống điện

Luận văn chỉ tập trung mô phỏng và xét các ảnh hưởng lên hệ thống khi có máy phát gió phân tán tham gia vào hệ thống mà không chuyên sâu về điều khiển các nhà máy phát điện gió

1.3 Phương pháp nghiên cứu

Thu thập và nghiên cứu các tài liệu liên quan từ các bài báo và tài liệu từ internet, các chủ đầu tư nhà máy điện gió, các Công ty Tư vấn thiết kế điện (PECC3, HCMPECC)

Phân tích tổng hợp bài toán và mô phỏng để kiểm tra bằng phần mềm PSCAD

Nghiên cứu về phần mềm PSCAD để mô phỏng một hệ thống điện khi có các máy phát gió phân tán tham gia vào hệ thống và phân tích tỷ lệ tham gia của điện gió vào hệ thống sẽ ảnh hưởng như thế nào đến hệ thống điện

1.4 Điểm mới của luận văn

Mô phỏng hệ thống điện thực tế của tỉnh Bình Thuận – là tỉnh đi đầu cả nước

về thu hút đầu tư nhà máy điện gió

Phân tích các thông số đặc trưng cho chất lượng điện năng như hiện tượng quá độ, hoạ tần, võng điện áp, nhấp nháy điện áp, khả năng khôi phục sau sự cố bằng đồ thị trực quan, kết quả mô phỏng có độ chính xác cao

Áp dụng kết quả mô phỏng vào một hệ thống điện với mức độ thâm nhập gió tăng dần để xét ảnh hưởng của hệ thống điện khi mức độ thâm nhập điện gió lớn hơn 5%

1.5 Nội dung của luận văn

Chương 1: Tổng quan

Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và nội dung nghiên cứu

Chương 2: Giới thiệu về năng lượng gió và tuabin gió, một số công nghệ tuabin điện gió

Năng lượng từ gió và quá trình chuyển hoá năng lượng gió thành điện năng cũng như chất lượng của năng lượng điện từ gió

Tiềm năng của điện gió tại Việt Nam

Chương 3 : Ảnh hưởng của máy phát điện gió phân tán lên hệ thống điện

Trình bày các ảnh hưởng của điện gió khi tham gia kết nối vào hệ thống điện

và nêu một số biện pháp thường sử dụng để điều chỉnh điện áp hệ thống

Chương 4 : Chất lượng điện năng trên lưới điện khi có các nhà máy điện gió tham gia vào hệ thống – Các điều kiện để đấu nối nhà máy điện gió vào hệ thống điện

Trình bày các thông số đặt trưng cho chất lượng điện năng và chất lượng điện năng của điện gió

Trình bày các ảnh hưởng cuả nhà máy điện gió lên hệ thống điện (xét về chất lượng điện áp)

Trình bày các tiêu chuẩn, điều kiện để nhà máy điện gió được đấu nối vào hệ thống điện

Chương 5 : Bài toán mô phỏng ảnh hưởng hệ thống điện khi có điện gió tham gia

Trình bày về phần mềm PScad và các thông số của hệ thống điện tỉnh Bình Thuận

Trình bày các kết quả mô phỏng – từ đó rút ra các nhận xét, đánh giá

Chương 6 : Kết luận, hạn chế và hướng phát triển của đề tài

Nêu các kết quả đã thu được trong luận văn, đưa ra nhận xét và hướng phát triển của đề tài

Nêu các hạn chế của đề tài

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ TUABIN GIÓ

2.1 Gió và năng lượng từ gió

2.1.1 Mục đích

Năng lượng gió trên thế giới hiện đang trong thời kỳ phát triển mạnh nhất, đặc biệt là các Nước Cộng đồng Châu Âu và và Bắc Mỹ (Hoa kỳ, Canada), Trung Quốc Công nghệ tuabin điện gió có thể giải quyết được các vấn đề: Cạn kiệt nguồn tài nguyên hóa thạch, hiệu ứng nhà kính đặt biệt là những nước có vùng biển dài và tiềm năng gió lớn như Việt Nam

Tình hình phát triển năng lượng gió thế giới trong 3 năm gần đây không ngừng tăng lên, thống kê đến giữa năm 2013, tổng công suất lắp đặt năng lượng gió đạt 318GW

Hình 2.1: Công suất lắp đặt tuabin gió trên thế giới

(Nguồn World Wind Energy Association năm 2013, www.wwindea.org) Trong những năm gần đây, Trung Quốc đã vượt lên đứng đầu thế giới với hơn 80GW, tiếp theo là Mỹ, Đức Tây Ba Nha

Trong 3 năm gần đây, công suất lắp đặt tuanbin điện gió ngày càng tăng với tốc độ nhanh, tính đến giữa năm 2013, công suất lắt đặt đạt hơn 296,2GW

Bảng 2.1: Công suất lắp đặt tuabin gió trong 3 năm gần đây nhất của 15 nước dẫn

đầu thế giới

Hình 2.2 : Tỷ lệ lắp đặt tuabin điện gió của 15 nước lớn nhất thế giới

(Nguồn World Wind Energy Association năm 2013, www.wwindea.org)

Trong hình 2.2 cho thấy trong những năm gần đây, khu vực Châu Á, mà đặt biệt là Trung Quốc đang phát triển dung lượng lắp đặt tuabin gió nhanh nhất thới giới, hiện nay Trung Quốc là nước dẫn đầu về công suất lắp đặt tuabin điện gió và

dự báo sẽ tiếp tục tăng trong những năm tới

Việt Nam chúng ta cũng là quốc gia có tiềm năng về gió rất lớn, với bờ biển trên 3000km, theo khảo sát của Ngân hàng thế giới (WB), năng lượng gió của Việt Nam có tổng công suất 513.360 MW, gấp 200 lần công suất của nhà máy thủy điện Sơn La và gấp 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020

Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác định các vùng thích hợp cho phát triển điện gió trên toàn lãnh thổ với công suất kỹ thuật 1.785 MW Trong đó miền Trung Bộ và Tây Nguyên được xem là có tiềm năng gió lớn nhất cả nước với khoảng 880 MW tập trung ở hai tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp đến vùng có tiềm năng thứ hai là miền Nam Trung Bộ với công suất khoảng 855 MW, tập trung ở hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận

Năng lượng gió rất cần thiết cho những nơi biển đảo và vùng đồi núi xa xôi Nhất là ở các đảo như Trường Sa (Khánh Hòa), Phú Quý (Bình Thuận)…, vừa có nhiều tiềm năm về gió mà giảm bớt chi phí khi truyền tải điện từ đất liền ra

Tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN) đã đầu tư nhiều cột đo gió khắp cả nước

để đánh giá về tiềm năng phát triển điện gió ở Việt Nam Đây là kết quả đo tốc độ gió (ở độ cao 80m) được EVN công bố năm 2010

Bảng 2.2: Tiềm năng gió tại Việt Nam (nguồn EVN)

Ngân hàng thế giới (WB) và Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã tiếp hành lắp đặt nhiều trạm đo gió dọc theo miền Trung Việt Nam để đánh giá chính xác hơn tiềm năng gió tại Việt Nam vào năm 2009 và 2010 Qua đó, nhận thấy tốc độ gió trung bình ở Việt Nam vào khoảng 6 m/s đến 8 m/s, và khá ổn định

Bảng 2.3: Tốc độ gió tại một số tỉnh thành ở Việt Nam (nguồn EVN)

Dung lượng điện gió tính đến năm 2011 đạt khoảng 79.000KWh, có nhiều dự

án điện gió đã và đang được triển khai như:

+ Tuy Phong - Bình Thuận: công suất lắp đặt nhà máy điện Tuy Phong 1 (Giai đoạn 1: 30MW đã hoàn thành và giai đoạn 2: 90MW) - Chủ đầu tư là Công ty CP năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) Ngoài ra, còn có nhiều dự án đã được quy hoạch và đang triển khai vay vốn, lập thiết kế như: Phú Lạc (50MW), Vĩnh Hảo (60MW), Thuận Nhiên Phong (50MW)

+ Phú Quý – Bình Thuận: Dự án gió kết hợp máy phát Diesel công suất lắp đặt 9MW (3 tuabin gió x 2MMW/1tuabin + 6 máy phát Diesel x 0,5MW/máy)

+ Bạc Liêu: Giai đoạn 1 công suất lắp đặt 16MW (10 tuabin x 1,6MW/1tuabin), đến giai đoạn 2 công suất đạt 120MW (2012-1014)

+ Ngoài ra còn nhiều dự án khác đã được quy hoạch và đang trong giai đoạn lập Báo cáo nghiên cứu khả thi, Dự án đầu tư, tập trung nhiều ở các tỉnh miền Trung và Tây nguyên

Gần đây, vào đầu năm 2013, Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) và Hiệp hội Đồng quốc tế khu vực Đông Nam Á đã nghiên cứu và đưa ra tài liệu tham khảo

“Sổ tay kỹ thuật về đấu nối nhà máy điện gió vào Hệ thống điện Việt Nam” trong

đó đưa ra các thông số kỹ thuật cơ bản làm cơ sở để đánh giá, thiết kế và đấu nối các nhà máy điện gió (mức độ thâm nhập điện gió <5% công suất hệ thống)

2.1.2 Tổng quan về gió và năng lượng từ gió

Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất làm cho bầu khí quyển, nước và không khí nóng không đều nhau Vì thế có sự khác nhau về nhiệt độ do vậy khác nhau về áp suất, dẫn đến không khí di động tạo thành gió

Động năng của khối khí khối lượng m, vận tốc v:

Thể tích khối lượng không khí V chuyển động qua mặt phẳng A trong một đơn vị thời gian là:

(m3) (2.2) Khối lượng không khí m phụ thuộc vào mật độ không khí ρ:

Khi tuabin điện gió có diện tích cánh quạt cố định A, công suất thu được không bị thất thoát là P, mật độ ρ của không khí không thây đổi, áp suất phái trước

và phái sau tuabin không khác biệt thì tuabin điện gió chỉ có thể thu được từ cánh quạt với hệ số công suất Cp (power coe fficient) tối đa là: Cpmax=16/27=0,59259

Cơ năng thu được tối đa là 59,259% được gọi là hệ số công suất Betz hay hệ

Trên thực tế, hiệu suất của tuabin Cp thường không đạt lý tưởng và trị số khoảng 20% đến 30%, cao nhất khoảng 50%

2.2 Cấu tạo và phân loại tuabin điện gió

2.2.1 Cấu tạo Tuabin gió

- Cánh (Blade): Cánh rô to là các thành phần chính của turbine dùng để bắt năng lượng gió và chuyển đổi năng lượng gió này thành năng lượng cơ làm quay trục turbine Việc thay đổi góc pitch của cánh có thể làm tối ưu năng lượng thu được từ gió

- Hub: Hub là điểm tâm nơi các cánh gắn vào và gắn liền với trục tốc độ thấp

- Hộp số (Gear box): Hộp số là hộp chuyển đổi vận tốc quay từ trục tốc độ thấp sang trục tốc độ cao

- Phanh (Brake): Phanh có cơ cấu giống phanh xe hơi, dùng để hãm và dừng hẳn tất cả các thành phần của turbine trong quá trình công nhân sửa chữa, duy tu Ở các turbine cỡ lớn thường có đến hai hệ thống phanh độc lập

- Máy phát (Generator): Máy phát được nối vào trục tốc độ cao, là bộ phận chính chuyển đổi năng lượng cơ từ trục tốc độ cao thành năng lượng điện ở ngõ ra, thường dung máy phát không đồng bộ (mô hình DFIG) và máy phát không đồng bộ

- Máy đo tốc độ và hướng gió (Anemometer and Wind vane): Hai thiết bị này sử dụng để xác định vận tốc gió và chiều gió

- Bộ xoay hướng gió (Yaw drive): Bộ xoay hướng gió có nhiệm vụ xoay cánh luôn luôn hướng vuông góc với luồng gió, đối với loại turbine trục đứng thì bộ phận này là không cần thiết

- Bộ điều khiển (Controller): Bộ điều khiển là một hệ thống máy tính có thể giám sát và điều khiển hoạt động turbine Chẳng hạn, khi gió đổi hướng hệ thống này sẽ điều chỉnh để xoay cánh luôn luôn hướng vuông góc với chiều gió, hoặc thay đổi góc pitch để năng lượng thu được luôn là tối ưu Khi có gió bão hoặc sự cố hệ thống sẽ cho dừng hoạt động toàn bộ hệ thống để đảm bảo an toàn

- Tháp (Tower): Tháp là trụ chính để đỡ toàn bộ hệ thống

- Thùng chứa (Nacelle): Thùng chứa là thùng chứa toàn bộ các thành phần hệ thống trừ cánh

2.2.2 Các loại tuabin gió hiện nay

Nếu xét về tốc độ quay của tuabin thì ta có loại tuabin có tốc độ cố định (loại

A và B) và loại tuabin có tốc độ thay đổi (loại C và D)

a) Tuabin gió tốc độ cố định (Loại A)

Loại có tốc độ cố định (Fixed speed wind turbine), có máy phát không đồng

bộ được nối trực tiếp với lưới Tuy nhiên hệ thống này có nhựợc điểm chính là do tốc độ cố định nên không thể thu được năng lượng cực đại từ gió

Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý tuabin máy phát điện gió tốc độ cố định

b) Tuabin gió tốc đa tốc độ (Loại B)

Loại tuabin gió tốc độ thay đổi giới hạn khắc phục được nhược điểm trên của tuabin gió với tốc độ cố định, đó là nhờ thay đổi được tốc độ (mặt dù nhỏ) nên có thể thu được năng lượng cực đại từ gió Bất lợi của các tuabin gió có tốc độ thay đổi giới hạn là phạm vi thay đổi gió không lớn Máy phát ở đây có thể là loại không đồng bộ rotor lồng sóc hoặc là cảm ứng

Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý tuabin máy phát điện gió tốc độ thay đổi giới hạn Loại A và B vận hành ở chế độ quá đồng bộ với độ trượt 1-2%, máy phát hút công suất vô công để tạo từ trường, do dó, để giảm gánh nặng cho tải, một bộ tụ bù được đặt tại điểm kết nối (PCC) để phát công suất vô công

c Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG – Loại C)

Ngày nay với xu hướng ngày càng phát triển việc sử dụng nguồn năng lượng sạch tái tạo từ gió, trên thế giới người ta đã chế tạo các loại tuabin gió với công suất lớn đến trên 1,5MW, nếu dùng loại tuabin gió tốc độ thay đổi có bộ biến đổi nối trực tiếp giữa stator và lưới thì sẽ tốn kém, đắt tiền do bộ biến đổi cũng phải có công suất bằng công suất của toàn tuabin Vì vậy các hãng chế tạo tuabin gió

có xu hướng sử dụng DFIG làm máy phát trong các hệ thống tuabin gió công suất lớn để giảm công suất của bộ biến đổi và do đó giảm giá thành, vì bộ biến đổi được nối vào mạch rotor của máy phát, công suất của nó thường chỉ bằng khoảng 1/3 tổng công suất toàn hệ thống, các thiết bị đi kèm như bộ lọc biến đổi cũng rẻ hơn vì cũng được thiết kế với công suất bằng 1/3 công suất của tuabin điện gió

d Máy phát điện đồng bộ (loại D)

Là loại tuabin điện gió dùng máy phát điện đồng bộ và bộ biến đổi công suất toàn phần (Full – Scale) Ưu điểm của loại này là dãy công suất rộng, điều khiển dễ dàng tuy nhiên khuyết điểm chính là tổn thất công suất khá lớn trên bộ biến đổi công suất, các linh kiện phải chịu công suất bằng với công suất máy phát

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý tuabin máy phát điện gió đồng bộ

2.3 Các tuabin điện gió hiện hành tại Việt Nam và xu hướng trong tương lai

Tất cả các tuabin máy phát điện lớn hiện nay đang vận hành tại Việt Nam hiện nay đều thuộc loại C, như tuabin của Tuy Phong là Furhlahender FLMD 77 với công suất 1,5MW và Bạc Liêu của GE với công suất 1,6MW

Dự báo trong tương lai gần (1 đến 3 năm) tới đây, các nhà máy điện gió lắp đặc mới tại Việt Nam chủ yếu là loại C do giá thành thấp và lắp đặt tiếp trong giai đoạn 2 cho đồng bộ

Tuy nhiên, trong những tới (5 đến 10 năm), Tuabin gió loại D đang có xu hướng chiếm lĩnh thị trường do dãy công suất rộng và sự phát triển nhanh của điện

tử công suất giúp giảm tổn hao và tăng công suất bộ điện tử công suất

Bảng phân loại các loại tuabin điện gió hiện nay:

SWT 3.0 - 101 3,0 Loại D - Nam châm vĩnh cửu -

không hộp số

Bảng 2.4: Phân loại các tuabin điện gió hiện nay (đến 2013)

Hình 2.9: Sơ lược phát triển tuabin điện gió các giai đoạn

2.4 Các dự án điện gió tại Việt Nam

(Xem Phụ lục 3)

Chương 3: TỔNG QUAN CHUNG VỀ ẢNH HƯỞNG CỦA NGUỒN PHÂN

TÁN GIÓ LÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 3.1 Kết nối DG gió với hệ thống điện

Ở khu vực điện gió, hầu hết các hệ thống kết nối vào lưới điện là các nhà máy điện quy mô lớn Điện áp ngõ ra của máy phát điện gió thường nhỏ và điện áp này được nâng lên đến mức điện áp trung áp (22kV) hoặc cao hơn (110kV) bằng máy biến áp tăng áp Đường dây truyền tải điện trên không hoặc cáp ngầm tạo ra đường dây liên kết đến trạm biến áp khu vực, mà ở đó điện áp đựơc nâng lên thêm

Load (PL, QL)Grid

U1

U2

U0

Hình 3.1 Sơ đồ DG gió kết nối với hệ thống điện

Khi được nối vào hệ thống điện, DG gió sẽ gây ảnh hưởng đến dòng điện, dòng công suất trong lưới phân phối do đó chúng gây ra sự thay đổi điện áp các nút Điều này có thể ảnh hưởng tới hệ thống điện nếu như các thiết bị được cài đặt trong hệ thống phân phối không thể đáp ứng được đối với sự ảnh hưởng của tuabin gió lên điện áp các nút Trong trường hợp này, điện áp tại một số nút bên trong lưới phân phối không thể giữ được trong sai số cho phép so với điện áp định mức và các biện pháp hỗ trợ tương ứng phải được thực hiện

Trong khi và sau khi sự cố xảy ra trong hệ thống, chế độ của các tuabin gió khác với chế độ của các nhà máy điện thông thường Các nhà máy điện thông thường sử dụng các máy phát đồng bộ mà có thể tiếp tục hoạt động trong khi có các quá độ điện áp được sinh ra bởi sự cố hệ thống truyền tải, còn các tuabin gió tốc độ biến đổi phải được ngắt khỏi lưới trong khi sự cố để bảo vệ bộ biến đổi

3.2 Ảnh hưởng của DG gió tới sự điều khiển điện áp trong hệ thống phân phối

Khi kết nối máy phát gió vào lưới điện phải đảm bảo được điều kiện:

- Giữ điện áp trong dải cho phép để cung cấp tới các phụ tải tiêu thụ điện trong hệ thống

- Đảm bảo sự cân bằng công suất trong hệ thống

Có 2 phương pháp quan trọng để điều khiển điện áp trong lưới phân phối là

sử dụng các máy biến áp điều chỉnh đầu phân áp và các thiết bị có khả năng phát

hoặc tiêu thụ công suất phản kháng (ví dụ như các tụ bù ngang và các bộ điện kháng) Việc sử dụng các máy biến áp điều chỉnh đầu phân áp là cách phức tạp hơn trong điều khiển các điện áp nút Điện áp của lưới phân phối được điều chỉnh tăng hay giảm phụ thuộc vào tỷ số biến đổi của máy biến áp Phương pháp sử dụng các

tụ và các điện kháng sẽ điều khiển tốt hơn bởi vì chúng ảnh hưởng chính đến điện

áp nút nơi chúng được kết nối

Sự điều khiển điện áp đối với lưới truyền tải và lưới phân phối là khác nhau Tại lưới truyền tải, các nhà máy điện tập trung quy mô lớn giữ cho điện áp thanh cái nằm trong dải cho phép Tại lưới phân phối, các thiết bị chuyên dụng như bộ điều

áp, tụ bù…được sử dụng để điều khiển điện áp tại vị trí cụ thể

Khi có sự tham gia của DG gió vào hệ thống thì việc duy trì điện áp nút trong lưới phân phối trở nên phức tạp Các máy phát này ảnh hưởng đến dòng công suất trong các lưới phân phối Nếu công suất đầu ra của chúng không tương quan với tải thì dòng điện qua các nhánh thay đổi và do đó dẫn tới sự tăng điện áp nút Giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của dòng điện qua một nhánh cụ thể thường chỉ phụ thuộc vào tải, nhưng với việc kết nối các nguồn phân tán gió thì các giới hạn dòng điện phụ thuộc cả vào tải và đầu ra của máy phát phân tán gió

Sự phát triển trong nguồn phát gió gần đây đã làm phức tạp phương pháp điều khiển điện áp Cụ thể là việc tăng sự sử dụng nguồn gió trong việc phát điện đã gây ra nhiều khó khăn hơn trong điều khiển điện áp do bản chất của các chế độ gió

là không thể dự đoán được Khi các tuabin gió riêng lẻ hoặc các trang trại gió kích thước nhỏ được kết nối với mạng phân phối thì tác động của các thiết bị bù hoặc các

bộ điều chỉnh đầu phân áp phải được phối hợp với sự vận hành của các tuabin gió

để đảm bảo sự điều chỉnh điện áp mong muốn tại các thanh cái bị ảnh hưởng Vấn

đề về sóng hài cũng gây ra mối quan tâm lớn khi mức thâm nhập năng lượng gió tăng và các trang trại gió kích thước lớn được kết nối với mạng truyền tải Nó không chỉ gây ảnh hưởng tới điện áp tại các vị trí khác nhau mà dòng công suất, sự

ổn định quá độ, độ tin cậy cũng bị ảnh hưởng

3.3 Ảnh hưởng của DG gió lên hệ thống điện

+ Thay đổi dòng công suất trong mạng phân phối cục bộ

+ Thay đổi điện áp tại các nút ở gần (chập chờn điện áp)

+ Sự méo dạng điện áp và dòng điện

+ Các sóng hài tại điểm kết nối và lan truyền trong hệ thống

+ Quá độ điện áp tại thời điển đóng và cắt máy phát gió ra khỏi hệ thống điện

Hai sự ảnh hưởng đầu tiên phải luôn được khảo sát khi nguồn phân tán gió được kết nối với hệ thống điện Mức độ ảnh hưởng của các trang trại gió đối với điện áp tại các thanh cái lân cận phụ thuộc vào loại tuabin gió được sử dụng và sự điều khiển chúng Sự ảnh hưởng của tuabin gió đối với dòng sự cố cũng phụ thuộc vào loại tuabin gió được sử dụng Ví dụ, một tuabin gió tốc độ không đổi dựa trên máy phát cảm ứng roto lồng sóc kết nối trực tiếp với lưới gây ảnh hưởng tới dòng ngắn mạch và dựa vào phương pháp bảo vệ thông thường (quá dòng, quá tốc độ, quá áp hoặc thấp áp, quá tần số hoặc tần số thấp) Tại cùng thời điểm, một tuabin gió tốc độ biến đổi cũng thay đổi dòng sự cố Tuy nhiên, do trong tuabin gió tốc độ biến đổi, tác động điều khiển của các bộ biến đổi điện tử công suất nhanh hơn nên dòng sự cố có thể được điều khiển để cho phép khả năng ổn định quá độ

Sự méo dạng là điển hình với tuabin gió tốc độ không đổi khi mà các dao động tốc độ gió được chuyển trực tiếp thành sự dao động công suất đầu ra Phụ thuộc vào độ mạnh của lưới, hậu quả của sự dao động công suất sẽ gây ra sự dao động điện áp lan truyền trong mạng Những sự dao động điện áp này có thể dẫn đến các dao động không mong muốn về độ chiếu sáng trong các khu thương mại, nhà ở Các sóng hài được sinh ra chủ yếu với các tuabin gió tốc độ biến đổi và sự chuyển mạch các bộ biến đổi điện tử công suất của chúng Tuy nhiên với các tuabin gió hiện đại lượng sóng hài đã được giảm thiểu do sử dụng bộ biến đổi hoạt động tại tần

số đóng ngắt cao và sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến và các kỹ thuật lọc

3.3.2 Ảnh hưởng lên các hệ thống lớn

Cùng với các ảnh hưởng cục bộ, năng lượng gió cũng gây ảnh hưởng đến các

hệ thống lớn Sự tham gia cao của năng lượng gió vào hệ thống điện có các ảnh hưởng sau:

Khi có sự thâm nhập cao của nguồn năng lượng gió vào hệ thống điện thì phải quan tâm tới ảnh hưởng của nguồn công suất phản kháng và sự điều khiển điện áp trong hệ thống Ban đầu, không phải tất cả các trang trại gió có khả năng thay đổi công suất phản kháng đầu ra Tuy nhiên, đây chỉ là một khía cạnh ảnh hưởng của năng lượng gió tới sự điều khiển điện áp trong hệ thống Cùng với đó, các nhà máy điện gió không thể được cài đặt tại các vị trí bất kỳ mà phải được đặt tại các vị trí có nguồn gió tốt

Ảnh hưởng của năng lượng gió tới sự cân bằng hệ thống cũng do một thực tế rằng đôi khi công suất đầu ra của tuabin gió không được điều khiển Trong trường hợp có sự xâm nhập cao của nguồn gió vào hệ thống, nếu không có sự điều khiển thích hợp thì sự mất cân bằng giữa nguồn và tải có thể xảy ra nhiều hơn và ảnh hưởng đến tần số hệ thống Vì vậy phải kết hợp sự dự đoán tốc độ gió với sự vận hành của nguồn thông thường để giảm sự mất cân bằng này

Chương 4: CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG TRÊN LƯỚI PHÂN PHỐI KHI CÓ

MÁY PHÁT GIÓ – CÁC TIÊU CHUẨN CHO PHÉP KẾT NỐI NHÀ MÁY

ĐIỆN GIÓ VÀO HỆ THỐNG ĐIỆN 4.1 Nội dung

Một ưu điểm của điện gió là có thể xây dựng và lắp đặt dễ dàng tại nới khá gần các khu dân cư, tạo thành nhiều nguồn phân bố và tham gia trực tiếp vào lưới điện phân phối (cấp điện áp 22kV hoặc 110kV) Tuy nhiên ảnh hưởng lớn nhất của điện gió là sự không ổn định, phụ thuộc vào tốc độ gió cũng như dòng công suất khi qua các bộ biến đổi công suất gây nên hiện tượng sóng hài

Một yếu tố cũng rất quan trọng là vấn đề điều khiển các trang trại gió phân tán và sự phối hợp khi vận hành, đóng cắt các nhà máy điện gió khi có sự cố Trong khi đó chất lượng của điện gió sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến phụ tải, nhất là các phụ tải gần điểm kết nối Do đó cần phải giảm thiểu các ảnh hưởng của điện gió lên hệ thống Vì vậy, nếu các nhà máy điện gió không đạt yêu cầu kết nối lưới thì sẽ không được kết nối lưới

Trên thực tế việc phối hợp điều khiển điện áp trên lưới phân phối khi có DG còn phụ thuộc vào mức độ thông tin trao đổi giữa DG và công ty Điện lực Nếu với các DG không có sự trao đổi thông tin nào giữa DG và Điện lực (Các Trung tâm điều độ HTĐ), vấn đề đơn giản như xác định điện áp cài đặt phía thứ cấp của các trạm phân phối (220kV/trung thế, 110kV/trung thế) lại trở nên không dễ dàng Nhiều công ty điện lực trên thế giới không cho các DG phát Q, không được tham gia vào điều chỉnh điện áp

4.2 Chất lượng điện năng của các nhà máy điện gió

Nói đến chất lượng điện năng là nói đến điến áp cung cấp liên tục và tần số dạng sin Do đó khi kết nối điện gió vào lưới điện sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của lưới Chất lượng điện phụ thuộc vào sự tương tác giữa lưới và máy phát tuabin gió Tuy nhiên, ta thường chỉ xét đến chất lượng điện áp vì tần số của hệ thống thường rất ổn định

Hình 4.1 Các thông số đặc trưng cho chất lượng điện năng (điện áp)

4.2.1 Dao động điện áp (Voltage variation)

Sự dao động điện áp được định nghĩa là sự thay đổi giá trị hiệu dụng của điện áp trong một khoảng thời gian, thường là lớn hơn một phút Trong máy phát điện gió, hiện tượng dao động điện áp do các nguyên nhân là sự biến thiên tốc độ gió

Dao động điện áp do đóng cắt cho phép <3% (Tiêu chuẩn IEC 61004-15 và IEEE 519-1992)

4.2.2 Hiện tượng nhấp nháy (flicker)

Sự nhấp nhô điện áp thường diễn ra trong một khoảng thời gian ngắn, thường

là 3-5 chu kỳ của tần số cơ bản Nguyên nhân chủ yếu do sự vận hành tuabin gió các chế độ vận hành liên tục (continuous operation mode) và chế độ ngắt (Switching mode) cũng như trong quá trình khởi động và ngừng tuabin máy phát khi sự cố trong hệ thống

Hậu quả của sự nhấp nhô điện áp sẽ làm dạng sóng méo dạng lan truyền lên lưới hệ thống, ảnh hưởng đến điện áp các nút khác trong hệ thống

Giới hạn cho phép với nhà máy điện gió tuân theo tiêu chuẩn IEC

3

*12

P

4.2.3 Hiện tượng sóng hài (harmonic)

Sóng hài xuất hiện chủ yếu do bộ biến đổi công suất (chỉnh lưu và nghịch lưu), khi kết nối tuabin gió vào lưới điện thì vấn để này cần phải được loại trừ để đảm bảo chất lượng điện cho hệ thống (bằng bộ lọc hoặc bằng cách đấu tam giác phía trung thế (22-35kV)

Tổng độ biến dạng sóng hài (THD) là tỷ lệ của giá trị điện áp hiệu dụng của sóng hài với giá trị hiệu dụng của điện áp cơ bản, biểu diễn bằng đơn vị phần trăm (%), theo công thức sau:

% 100

2 1

THD: Tổng độ biến dạng sóng hài của điện áp;

Vi: Thành phần điện áp tại sóng hài bậc i;

V1: Thành phần điện áp tại tần số cơ bản (50Hz)

Giới hạn cho phép đối với điện áp (tiêu chuẩn IEC 61400-21:2008 và IEEE 519-1992) :

Giới hạn sóng hài điện áp

Giới hạn cho phép đối với dòng điện (Theo TT 32/TT-BCT):

Giới hạn sóng hài dòng điện Cấp điện áp

4.2.4 Hiện tượng quá độ (transient)

Các hiện tượng quá độ thường xảy ra khi khởi động và ngừng tuabin gió, khi vận hành sau khi loại trừ các sự cố ngắn mạch Các nhà máy điện gió được điều khiển khởi động, ngừng thông qua các trung tâm điều khiển

Trong suốt quá trình khởi động, nhà máy điện gió phải đảm bảo công suất phản kháng Q không ảnh hưởng đến vận hành của lưới điện và phải tuân theo các

tiêu chuẩn của lưới điện (vì các hiện tượng sóng hài, nhấp nháy điện áp, dao động điện áp)

Các nhà máy điện gió được khuyến cáo (recommended) không khởi động và ngừng cùng thời điểm và khi điều kiện gió mạnh

4.3 Các điều kiện khi kết nối điện gió vào hệ thống điện

Tiêu chí đấu nối:

Các nhà máy điện gió khi kết nối với lưới điện 110kV phải tuân theo những tiêu chuẩn vận hành lưới điện truyền tải (2)

Các nhà máy điện gió khi kết nối với lưới điện dưới 110kV phải tuân theo những tiêu chuẩn vận hành lưới điện phân phối (2)

Lựu chọn điện áp kết nối

Công suất nhà máy

điện gió

Cấp điện áp

Những tiêu chuẩn cho sự vận hành nhà máy điện gió kết nối lưới sẽ được trình bày cụ thể ở phần sau

4.3.1 Công suất tác dụng (P) và điều khiển từ xa

Công suất P phải được điều khiển trong suốt quá trình máy phát vận hành để đảm bảo cân bằng công suất trong hệ thống

Đối với cấp điện áp ≤ 35kV:

- Các nhà máy điện gió lớn hơn 5MW phải có khả năng giảm bớt công suất khi nhận được yêu cầu từ Trung tâm điều độ theo như trong hình 4.2

- Các nhà máy điện gió nhỏ hơn 5MW phải có khả năng giảm bớt công suất khi nhận được yêu cầu từ Trung tâm điều độ (bất kỳ)

Yêu cầu khả năng tần số - công suất (f-P) như sau:

Hình 4.2: Yêu cầu khả năng tần số - công suất đề xuất Đối với nhà máy điện gió kết nối vào cấp điện áp ≥ 110kV:

- Tất cả các nhà máy điện gió cần có tham gia điều tần cấp 1 đối với dao động trong hệ thống điện Thiết bị điều khiển tuabin gió sẽ thay đổi công suất phụ thuộc vào tần số lưới theo hình 4.2, để có điều tần cấp 1, tuabin gió cấn phát công suất thấp hơn 5% công suất khả dụng và duy trì 49,5hz ≤ f ≤ 50,5hz cho vận hành liên tục

Tất cả các tuabin gió được kết nối ở cấp điện áp truyền tải phải được trang bị một hệ thống điều chỉnh tốc độ hoạt động nhanh để đáp ứng tần số khi hoạt động bình thường, bộ điều chỉnh này phải có khả năng nhận được tín hiệu điều khiển từ

xa

Bộ điều chỉnh tốc độ tuabin gió cần được trang bị với một bộ điều chỉnh có khả năng giảm tốc độ tổng thể 5% hoặc ít hơn

Yêu cầu điều khiển công suất tác dụng với sự hỗ trợ tần số như sau:

Hình 4.3: Yêu cầu điều khiển công suất tác dụng với sự hỗ trợ tần số đề xuất

4.3.2 Công suất phản kháng (Q) và điều khiển điện áp

Các nhà máy điện gió sẽ được cung cấp hay bù công suất phản kháng từ lưới điện, các nhà máy điện gió phải có khả năng vận hành ở bất cứ điểm nào trong phạm vi hệ số công suất thay đổi như trong hình (từ 0,95 trể đến 0,95 sớm)

Đối với nhà máy điện gió đấu nối cấp điện áp ≤ 35kV

Hình 4.4: Yêu cầu công suất phản kháng cấp điến áp dưới 35kV

Đối với nhà máy điện gió đấu nối cấp điện áp ≥ 110kV

Hình 4.5: Yêu cầu công suất phản kháng cấp điến áp ≥110kV

4.3.3 Điện áp và tần số tại điểm kết nối (V PCC )

Các nhà máy điện gió sẽ vận hành liên tục với giới hạn điện áp và tần số như bảng sau:

Giới hạn thay đổi tần số khi nhà máy điện gió kết nối lưới trong khoảng 0,5Hz/s

Tải không cân bằng giữa 3 pha từ 5÷10% (Thông tư 32/TT-BCT)

4.3.5 Sự vận hành trong điều kiện sự cố (Low Voltage Fault Ride LVRT)

Through-Nhà máy điện gió kết nối với cấp điện áp lưới dưới 66kV không được ngắt khi sự cố ngắn mạch (LVRT là yêu cầu bắt buộc)

Nhà máy điện gió có thể được ngắt nếu vận hành ở những điểm như trên hình 4.6 Những thiết bị bù công suất phản kháng cũng được yêu cầu cắt kết nối khi ngắn mạch

Hình 4.6: Đặc tuyến LVRT

Giá trị V và V phụ thuộc vào hệ thống điện và vị trí xảy ra sự cố

Trong thời gian sự cố, nếu nhiều nhà máy điện gió ngắt kết nối khổi hệ thống

sẽ dẫn đến thiếu công suất phát cho hệ thống điện, gây mất ổn định tần số, ngay cả khi sự cố được loại trừ Thông thường các sự cố thường là thoáng qua, chính đều này dẫn đến yêu cầu các nhà máy điện gió phải vượt qua được điện áp thấp (khi ngắn mạch) Tuy nhiên, khi sự cố sẽ xuất hiện các xung điện áp lớn có thể gây hư hỏng tuabin gió (nhất là bộ biến đổi công suất), vì vậy các tuabin điện gió phải được trang bị bộ bảo vệ mạch công suất khi sự cố Bằng mô phỏng ngắn mạch tại thanh cái PCC, thời gian cắt ngắn mạch là 150ms

Hình 4.7: Quá điện áp khi sự cố ngắn mạch

Bằng mô phỏng sự cố ngắn mạch xảy ra ở t=5s và được khôi phục tại t=5,15s, ta nhận thấy tại điểm đấu nối (Phía thanh cái 110kV), điện áp tăng đột biến tại thời điểm sự cố ngắn mạch được loại trừ Điều này gây sẽ gây nguy hiểm cho thiết bị và người vận hành tuabin gió Thời gian ngắt mạch (thời gian cắt ngắn mạch) càng lâu thì độ tăng điện áp càng lớn Do đó, với mỗi cấp điện áp sẽ có quy định cụ thể về thời gian cắt ngắn mạch

Thời gian loại trừ sự cố ngắn mạch được quy định ở bảng sau (Theo Thông

tư 12/TT/BCT và Thông tư 32/TT-BCT)

Thời gian loại trừ sự cố và giới hạn bảo vệ

T/g chịu đựng của bảo vệ chính (s)

Chương 5: BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ SỰ THAM GIA

CỦA DG GIÓ

5.1 Nội dung

Sử dụng phần mềm PSCAD để mô hình hoá một hệ thống điện đang vận hành thực tế (của một tỉnh hoặc một vùng) khi chưa có DG gió tham gia, xem xét đến khía cạnh quá độ và chất lượng điện năng như: Sóng hài, sụp áp, dao động điện áp, nhấp nháy điện áp, vận hành khi sự cố trên lưới hệ thống

Mô phỏng nhà máy điện gió, kiểm tra các điều kiện về chất lượng điện năng trước khi kết nối vào hệ thống điện

Trên cơ sở lưới điện mô phỏng đó, cho một nhà máy điện gió tham gia kết nối lưới, xét các ảnh hưởng (về chất lượng điện năng) của nhà máy điện gió ảnh hưởng lên hệ thộng điện

Tăng dần mức độ (tỷ lệ) công suất điện gió trong hệ thống, xét ảnh hưởng đến chất lượng điện năng của hệ thống thay đổi như thế nào khi mức độ tham gia của điện gió ngày càng nhiều

5.2 Phần mềm mô phỏng

PSCAD (Power Systems CAD) là phần mềm mô phỏng và tính toán của hãng Manitoba HVDC Research Centre Inc được phát triển vào năm 1988 Phiên bản mới nhất hiện nay là V4.5

PSCAD là phần mềm rất mạnh mẻ và linh hoạt với giao diện người dùng dưới dạng sơ đồ khối chức năng (tương tự Matlab Sim Power System) PSCAD cung cấp cho người dùng các tính năng mô phỏng, tính toán, phân tích dữ liệu, giám sát và hiển thị kết quả trực quan trong quá trình mô phỏng

Các khả năng tính toán của PSCAD:

+ Nghiên cứu mô phỏng hệ thống điện xoay chiều và các hướng như máy điện quay, kích từ, tuabin, máy biến áp, đường dây truyền tải, cáp ngầm, tải

+ Mô phỏng phối hợp bảo vệ rơle

+ Mô phỏng hiện tưởng bảo hòa máy biến áp, máy cắt, chống xung, máy biến áp xung

+ Các hiện tượng cộng hưởng đồng bộ trên hệ thống điện, hệ thống truyền tải HVDC

+ Phân tích sóng hài và các bộ lọc sóng hài

+ Điều khiển và phối hợp các thiết bị FACTS và HVDC; bao gồm STATCOM, VSC, và các bộ nghịch lưu

+ Tối ưu hóa các thiết bị và hệ thống

+ Khảo sát sự tương tác giữa máy phát điện diezen và máy phát điện gió lên

hệ thống điện

Điểm mạnh của PSCAD có thể nói là phần mềm chuyên để tính toán và mô phỏng tuabin gió nhờ bổ sung thư viện “Wind source, turbines and governors” Ngoài ra PSAD còn hỗ trợ các khối thư viện phục vụ mô phỏng đường dây, trạm, máy phát, tính ngắn mạch… thuận lợi cho mô phỏng lưới điện

Đây là lý do chính mà trong nghiên cứu này, PSCAD được chọn để phụ vụ công tác mô phỏng và tính toán

5.3 Tổng quan về lưới điện tỉnh Bình Thuận

5.3.1 Các thông số chính về lưới điện Bình Thuận

Bình Thuận là một trong những tỉnh thu hút nhiều đầu tư phát triển điện gió nhất trong cả nước Ước tính đến năm 2030, tổng công suất lắp đặt điện gió là 2.500MW, chiếm 4,5% tổng công suất điện gió cả nước(3)

Trong quy hoạch tổng thể, điện gió tại Bình Thuận không chỉ đáp ứng nhu cầu trong tình mà còn được truyền tải để cung cấp cho các tỉnh lân cận

Danh sách các nhà máy điện gió (đã xây dựng và dự kiến xây dựng) tại Bình Thuận:

Số

TT

Chủ Đầu tư (dự kiến)

Xã Bình Thạnh - Huyện Tuy Phong

Bình Thuận 30 120

2

Asia Clean Energy Development and Investment -

Service - Trade Co Ltd (Tien

Thanh Wind Power Plant)

Service - Trade Co Ltd (Tien

Thanh Wind Power Plant)

Xã Phước Thể - Huyện Tuy Phong

Bình

5 Mien Dong JSC

Xã Hòa Phú - Huyện Tuy Phong

Bình

6

Asia Renewable Energy JSC

(Thuan Nhien Phong Wind

Power Plant)

Xã Hòa Thắng - Huyện Bắc Bình

Bình

Thị trấn Chợ Lầu - Huyện Bắc Bình

Bình Thuận 49,5 85,5

Bình

10 Thuan Binh Wind Power JSC

(Phu Lac Wind Power Plant)

Xã Phú Lạc - Huyện Tuy Phong

Bình Thuận 24 50

11 Thuan Binh Wind Power JSC

(Phu Lac Wind Power Plant)

Xã Vĩnh Hảo - Huyện Tuy Phong

Công ty CP Thái Bình Dương

(Thai Binh Duong 1 Wind

Farm)

Xã Hòa Thắng - Huyện Bắc Bình

Farm)

Xã Hòa Minh - Huyện Tuy Phong

Bình

Wind Farm) Né - TP Phan

Nam

Bình

18

Công ty CP Nhiệt điện Bà Rịa

(Ba Ria Thermal Power Plant

Bảng 5.1: Các dự án điện gió tại Bình Thuận đã được quy hoạch

Sơ đồ địa dư lưới điện tổng thể tỉnh Bình Thuận đến năm 2015 tầm nhìn 2020

Hình 5.1: Sơ đồ địa dư lưới điện tỉnh Bình Thuận (dự kiến 2015)

Sơ đồ vận hành lưới điện tỉnh Bình Thuận dự kiến đến năm 2015, tầm nhìn 2020

Hình 5.2: Sơ đồ vận hành lưới điện tỉnh Bình Thuận (GĐ 2011 – 2015), tầm nhìn

2020

Ghi chú: Trong sơ đồ vận hành chưa thể hiện các nhà máy điện gió, trong

luận văn này sẽ bổ sung các nhà máy điện gió vào sơ đồ mô phỏng dựa theo thông tin đầu tư của các dự án điện gió

Tổng số nút trong hệ thống (không bao gồm nút nhà máy điện gió): 22 nút Trong đó:

+ Nút nguồn (thủy điện): 4 nút với tổng công suất là 807MW

+ Nút tải: 14 nút với tổng công suất ( ước lượng) là 568,7MW+121,3MWAr + Nút trung gian truyền tải: 4 nút

+ Dự kiến sẽ có 2 nút máy phát điện gió: Tuy Phong (GĐ 1: 30MW) và Phú Lạc (GĐ1: 24MW)

Trong bài toán mô phỏng, để đơn giản hóa và thuận lợi cho việc phân tích, chỉ mô phỏng lưới điện trong tỉnh Bình Thuận, bỏ qua các liên kết truyền tải khác Xem sơ đồ lưới điện Bình Thuận là một hệ thống độc lập

5.3.2 Tổng quan về các dự án điện gió dự kiến mô phỏng

1 Dự án Tuy Phong 1 (GĐ 1: 30MW)

- Chủ đầu tư: Công ty CP Năng lượng Tái Tạo Việt Nam (REVN)

- Địa điểm: Xã Bình Thạnh và Phú Lạc, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận

- Công suất: 20 tuabinx1,5MW/tuabin = 30MW (GĐ 1) và 60 tuabinx1,5MW/tuabin = 90MW (GĐ 2) nâng tổng công suất lên 120MW

- Công nghệ tuabin: Sử dụng tuabin điện gió loại FL MD 77 của hãng FUHRLÄNDER công suất 1,5MW/1tuabin

- Tổng vốn đầu tư: 1.450 tỷ VNĐ (70 triệu USD)

- Dự án đã hoàn thành giai đoạn 1 và kết nối vào hệ thống điện, đang trong giai đoạn vận hành thử nghiệm

- Sơ đồ bố trí tuabin điện gió Tuy Phong 1 như sau:

Hình 5.3: Sơ đồ bố trí tuabin nhà máy điện gió Tuy Phong 1

Hình 5.4: Sơ đồ vận hành nhà máy điện gió Tuy Phong 1

2 Nhà máy Điện gió Phú Lạc (GĐ 1: 24MW)

- Chủ đầu tư: Công ty Cp Phong Điện Thuận Bình (TBW) thuộc EVN

- Địa điểm: Xã Phú Lạc, Huyện Tuy Phong, Tỉnh Bình Thuận

- Công suất: 16 tuabinx1,5MW/1tuabin = 24MW (GĐ 1)

- Công nghệ: Chưa xác định nhưng nhiều khả năng là công nghệ của CH Đức

- Tổng vốn đầu tư: 52 triệu USD

- Dự án đang tiến hành thỏa thuận vay vốn và giải tỏa mặt bằng

5.4 Mô hình bài toán

5.4.1 Thông số bài toán

Với các thông số cụ thể cho ở bảng sau:

1 Các nút máy phát

điện

Công suất (MW)

Đa Mi Thủy điện 2x87

Ghi chú: Hiện tại có rất nhiều dự án điện gió tại Bình Thuận (xem Bảng 5.1 và Phụ lục 3), tuy nhiên trong mô hình bài toán này chỉ chọn những dự án đã và đang được triển khai

2 Nút tải

(MW)

Công suất Q (MVAr)