NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIO HẢI NINH ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Là một tỉnh ven biển miền Trung với nhiều tiềm năng về đất đai tốc độ gió… Để phát triển các dự án điện gió, Quảng Bình đã quy hoạch diện tích gần 1.620 ha với tổng công suất trên 500 MW

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

HOÀNG MINH THÁI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG BÌNH

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ ĐÌNH DƯƠNG

Đà Nẵng - Năm 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan, bản luận văn này là nội dung khoa học do Tôi tự nghiên cứu và không sao chép từ bất kỳ một luận văn hay tài liệu nào khác

Tôi cam đoan, tất cả các trích dẫn, số liệu được sử dụng trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng, chính xác

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam kết của mình

Người cam đoan

Hoàng Minh Thái

MỤC LỤC

TRANG BÌA

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH

AN MỤC C C IỆ C C C IẾ Ắ

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

6 Cấu trúc của luận văn 2

C ƯƠNG 1: ỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ, ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌN À N À M Y ĐIỆN GIÓ

HẢI NINH 4

1.1 Tổng quan tình hình phát triển điện gió ở Việt Nam và trên Thế giới 4

1.1.1 Tình hình phát triển năng lượng gió trên Thế giới 4

1.1.2 Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam 6

1.2 Tổng quan về lưới điện khu vực tỉnh Quảng Bình 10

1.2.1 Nhu cầu phụ tải khu vực 10

1.2.2 Khả năng đáp ứng nhu cầu phụ tải của lưới điện tỉnh Quảng Bình 11

1.2.3 Các nguồn cung cấp điện năng tại tỉnh Quảng Bình 11

1.3 Tổng quan về nhà máy điện gió Hải Ninh 17

1.3.1 Tiềm năng điện gió trên địa bàn tỉnh Quảng Bình 17

1.3.2 Địa điểm xây dựng nhà máy 20

1.3.3 Quy mô dự án 20

1.3.4 Phương án lựa chọn tuabin và kết lưới nhà máy 20

C ƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ N À M Y ĐIỆN GIÓ 21

2.1 Máy phát điện gió 21

2.1.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 21

2.1.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 22

2.1.3 Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi FIG 23

2.2 Tiêu chuẩn kết nối nhà máy điện gió với lưới điện 29

2.2.1 Các chế độ phát 29

2.2.2 Tần số phát 29

2.2.3 Công suất phát 30

2.2.4 Điện áp phát 31

2.2.5 Các tiêu chuẩn khác 31

2.3 Mô hình kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện 32

2.3.1 Mô hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện 32

2.3.2 Mô hình máy phát kết nối trực tiếp với lưới điện sử dụng phương thức thay đổi điện trở mạch rotor 33

2.3.3 Mô hình kết nối máy phát điện cảm ứng nguồn kép với lưới điện 33

2.3.4 Mô hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi toàn diện 34

2.4 Kết luận 35

C ƯƠNG 3: ÍN O N À Đ N GI ẢN ƯỞNG CỦA N À M Y ĐIỆN GIÓ HẢI NIN ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG BÌNH 37

3.1 Chế độ vận hành 37

3.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực và nguồn cấp 37

3.1.2 Đặc điểm phụ tải lưới điện khu vực 37

3.2 Chế độ vận hành của lưới điện 110kV khu vực khi chưa kết nối nhà máy điện gió

40

3.2.1 Chế độ lưới điện vận hành tải cực đại 40

3.2.2 Chế độ lưới điện vận hành tải cực tiểu 43

3.2.3 So sánh 2 chế độ vận khi chưa kết nối nhà máy điện gió 45

3.3 Đánh giá các chế độ phát của nhà máy điện gió Hải Ninh ứng với từng chế độ tải của lưới điện Quảng Bình 47

3.3.1 rường hợp khi nhà máy điện gió Hải Ninh phát cực đại 47

3.3.2 rường hợp khi nhà máy điện gió Hải Ninh phát cực tiểu 51

3.3.3 Phân tích tổn thất công suất điện áp các nút 110kV ứng với các chế độ mô phỏng 54

3.4 Phân tích các trường hợp sự cố trong lưới điện khi có nhà máy điện gió Hải Ninh

56

3.4.1 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 22k NMĐG ải Ninh khi kết nối lưới điện 56

3.4.2 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch một mạch đường dây 110kV khi kết nối NMĐG ải Ninh với lưới điện 61

3.4.3 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực máy phát điện của NMĐG ải

Ninh khi kết nối với lưới điện 67

3.4.4 Xét trường hợp sự cố ngắn tại thanh cái 110k Ba Đồn 73

3.5 Kết luận 75

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 77 QUYẾ ĐỊN GIAO ĐỀ TÀI LUẬN ĂN ẠC SĨ (BẢN SAO)

PHỤ LỤC

BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁC PHẢN BIỆN

TRANG TÓM TẮT TIẾNG VIỆT & TIẾNG ANH

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH

ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110 KV TỈNH QUẢNG BÌNH

Học viên: Hoàng Minh Thái Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201 - Khóa: 34 Đ.QB rường Đại học Bách khoa - Đ ĐN

Tóm tắt: Năng lượng tái tạo luôn là vấn đề được đặc biệt quan tâm trên toàn thế

giới Việt nam là quốc gia có nhiều tiềm năng vế năng lượng gió đặc biệt là khu vực ven biển miền Trung

Đầu tiên, luận văn này trình bày về xu hướng phát triển điện gió trên thế giới và

tại Việt Nam, đặc điểm lưới điện tỉnh Quảng Bình và tiềm năng lượng gió của nhà máy điện gió Hải Ninh Sau đó, luận văn đưa ra một số lý thuyết về nhà máy điện gió Cuối cùng, luận văn này sử dụng phần mềm ETAP để mô phỏng, phân tích, tính toán các chế độ vận hành khi kết nối Nhà máy điện gió Hải Ninh vào lưới điện 110 kV tỉnh Quảng Bình từ đó phân tích vai trò của nhà máy trong việc ổn định lưới điện khu vực

Từ khóa: Năng lượng gió, tiềm năng gió tỉnh Quảng Bình, yêu cầu kết nối lưới của nhà

máy điện gió, máy phát nguồn đôi

RESEARCH ON THE IMPACT OF HAI NINH WIND POWER PLANT ON

110 KV POWER GRID OF QUANG BINH PROVINCE

Abstract: Renewable energy is always a matter of particular concern on over the

world Vietnam has a great potential for wind energy, especially in the Central Coastal region

At first, this thesis presents the develoment trend of wind power on over the world and in Viet Nam, the feature of Quang Binh power grid and the wind power potential

of the Hai Ninh wind power plant Then, it shows some theory of wind power plant Finally, this thesis uses ETAP software to simulate, analyze and calculate operating modes when connecting Hai Ninh wind power plant to Quang Binh 110 kV power grid then analyzes the role of the plant in stabilizing the power grid in this area

Keywords: Wind power, wind potential in Quang Binh province, grid connection

requirements of wind power plants, Doubly Fed Induction Gennerrator

DANH MỤC CÁC K HIỆ CÁC CH VIẾT TẮT

Q Công suất phản kháng (VAr)

MBA Transformer- Máy biến áp

DC Direct Curent - òng điện một chiều

AC Alternating Current – òng điện xoay chiều

DFIG Doubly Fed Induction Gennerrator - Máy phát cảm ứng nguồn

kép NMĐG Nhà máy điện gió

Pu Per Unit - Đơn vị tương đối

PF Power Factor - Hệ số công suất

Uđm Grid Normal Voltage - Điện áp lưới định mức

F Grid frequency - Tần số lưới

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Bảng công suất lắp đặt của các nước trên thế giới từ 2013-2017 6

Bảng 1.2: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m so với mặt đất 7

Bảng 1.3: Tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió tại Việt Nam 7

Bảng 1.4: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80m so với mặt đất 8

Bảng 1.5: Thống kê lưới điện tỉnh Quảng Bình 11

Bảng 1.6: Thống kê mang tải trạm 220kV tỉnh Quảng Bình 12

Bảng 1.7: Thống kê mang tải đường dây 500kV 12

Bảng 1.8: Thống kê mang tải đường dây 220kV 13

Bảng 1.9: Thống kê khối lượng lưới điện 110kV 13

Bảng 1.10: Thống kê mang tải các trạm biến áp 110kV 15

Bảng 1.11: Thống kê mang tải các đường dây 110kV [1] 17

Bảng 1.12: Tốc độ gió trung bình tháng 19

Bảng 2.1: Thời gian tối thiểu duy trì vận hành phát điện tương ứng với các dải tần số của hệ thống điện 30

Bảng 2.2: Mức nhấp nháy cho phép 31

Bảng 3.1: Phụ tải các trạm 110kV tỉnh Quảng Bình 38

Bảng 3.2: Nguồn cung cấp cho lưới điện Quảng Bình 38

Bảng 3.3: Thông số đường dây 110kV 38

Bảng 3.4: Thống kê điện áp tại các nút và chưa kết nối NMĐG 41

Bảng 3.5: Phân bố tải trên các đường dây khi tải cực đại và chưa kết nối NMĐG 42

Bảng 3.6: Thông số các nguồn khi tải cực đại và chưa kết nối NMĐG 42

Bảng 3.7: Thống kê điện áp tại các nút ở chế độ cực tiểu và chưa kết nối NMĐG 43

Bảng 3.8: Phân bố tải trên các đường dây khi tải cực tiểu chưa kết nối NMĐG 44

Bảng 3.9: Thông số các nguồn khi tải cực tiểu và chưa kết nối NMĐG ải Ninh 44

Bảng 3.10: So sánh tổn thất công suất 45

Bảng 3.11: So sánh điện áp tại các nút 46

Bảng 3.12: Các tình huống mô phỏng 47

Bảng 3.13: So sánh phân bố công suất 49

Bảng 3.14: Điện áp tại các nút 50

Bảng 3.15: Số liệu tổng quan 50

Bảng 3.16: So sánh phân bố công suất các chế độ 52

Bảng 3.17: Điện áp tại các nút ở các chế độ phát 53

Bảng 3.18: Số liệu tổng quan ở các chế độ phát 53

Bảng 3.19: So sánh tổn thất công suất tại các chế độ phát 54

Bảng 3.20: So sánh điện áp các nút giữa các chế độ phát 54

Bảng 3.21: Kịch bản sự cố khi ngắn mạch thanh cái 22k NMĐG ải Ninh 56

Bảng 3.22: số liệu trong trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 22k NMĐG

Hải Ninh 61

Bảng 3.23: Kịch bản sự cố ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải Ninh 62

Bảng 3.24: Số liệu trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG 67

Bảng 3.25: Kịch bản trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG 68

Bảng 3.26: Bảng số liệu trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG 71

Bảng 3.27: Kịch bản trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 110k Ba Đồn 73

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sự phát triển năng lượng điện gió (đơn vị: GW) 4

Hình 1.2 Tổng công suất lắp đặt tuabin gió trên toàn thế giới từ 2013 đến 2017 5

Hình 1.3 Công suất điện gió dự đoán trên thế giới đến năm 2020 5

Hình 1.4 Các dự án điện gió được phát triển trong thời gian qua [2] 9

Hình 1.5 Tiềm năng phát triển điện gió tại các địa phương [2] 10

Hình 1.6 oa gió hướng chính trong năm ở độ cao 80m 19

Hình 2.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 22

Hình 2.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 23

ình 2.3 Máy phát không đồng bộ nguồn đôi FIG 23

ình 2.4 ướng công suất của DFIG 24

ình 2.5 Lưu lượng công suất DFIG 25

Hình 2.6 Đường đặc tính công suất-tốc độ 26

Hình 2.7 Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 27

Hình 2.8 Đường đặc trưng -I 27

Hình 2.9 Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 28

Hình 2.10 Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió 29

Hình 2.11 Mô hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện 32

Hình 2.12 Mô hình máy phát kết nối trực tiếp với lưới điện sử dụng phương thức thay đổi điện trở mạch rotor 33

Hình 2.13 Mô hình kết nối máy phát điện cảm ứng nguồn kép với lưới điện 34

Hình 2.14 Mô hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi toàn diện 35

Hình 3.1 Cơ cấu phụ tải tỉnh Quảng Bình 37

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý lưới điện 110kV tỉnh Quảng Bình 39

Hình 3.3 Sơ đồ mô phỏng lưới điện 110kV Quảng Bình 40

Hình 3.4 Phân bố công suất ở chế độ phụ tải cực đại chưa kết nối NMĐG 41

Hình 3.5 Phân bố công suất lưới điện khi tải cực tiểu chưa kết nối NMĐG 43

Hình 3.6 So sánh điện áp các nút ở các chế độ vận hành 46

Hình 3.7 NMĐG phát cực đại và phụ tải lưới ở chế độ cực đại 48

Hình 3.8 NMĐG phát cực đại và phụ tải lưới ở chế độ cực tiểu 49

Hình 3.9 NMĐG phát cực tiểu và phụ tải lưới ở chế độ cực đại 51

Hình 3.10 NMĐG phát cực tiểu và phụ tải lưới ở chế độ cực tiểu 52

Hình 3.11 Điện áp các nút ở các chế độ phát 55

Hình 3.12 Biểu đồ điện áp trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh 56

Hình 3.13 Biểu đồ CSP trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh 57

Hình 3.14 Biểu đồ CS trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh 58

Hình 3.15 Biểu đồ CS trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh 58

Hình 3.16 Tốc độ tuabin trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh 59

Hình 3.17 Quá độ điện áp tại các nút trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh

60 Hình 3.18 Quá độ tần số tại các nút trường hợp ngắn mạch 22k NMĐG ải Ninh 60 Hình 3.19 Biểu đồ điện áp tại M1 trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối

NMĐG ải Ninh 62 Hình 3.20 Biểu đồ CSPK tại M1 trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối

NMĐG ải Ninh 63 Hình 3.21 Biểu đồ CSTD tại M1 trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối

NMĐG ải Ninh 63 Hình 3.22 Biểu đồ dòng điện tại M1 trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết

nối NMĐG ải Ninh 64 Hình 3.23 Tốc độ tuabin trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG ải

Ninh 65 Hình 3.24 Quá độ điện áp trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối NMĐG

Hải Ninh 66 Hình 3.25 Quá trình quá độ tần số trường hợp ngắn mạch đường dây 110kV kết nối

NMĐG ải Ninh 66 Hình 3.26 Biểu đồ điện áp trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG 68 Hình 3.27 Biểu đồ CSP trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG 69 Hình 3.28 Biểu đồ CS trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG 70 Hình 3.29 Biểu đồ dòng điện trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG

70 Hình 3.30 Tốc độ tuabin trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG 71 Hình 3.31 Quá độ điện áp trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG 72 Hình 3.32 Quá độ tần số trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực TM1 của NMĐG 73 Hình 3.33 Quá trình quá độ điện áp tại các nút khi chưa có NMĐG ải Ninh 74 Hình 3.34 Quá trình quá độ điện áp tại các nút khi có sự tham gia NMĐG ải Ninh 75

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hệ thống điện Việt Nam gồm có các nhà máy điện các lưới điện, các hộ tiêu thụ được liên kết với nhau thành một hệ thống để thực hiện 4 quá trình gồm sản xuất, truyền tải, phân phối và tiêu thụ điện năng rong những năm gần đây việc khuyến khích đầu tư vào khâu sản xuất điện được Nhà nước hết sức quan tâm đặc biệt là tập trung vào nguồn năng lượng tái tạo trong đó có năng lượng gió Năng lượng gió ở nước ta lại có tiềm năng cao so với các nước trong khu vực do có lợi thế đường bờ biển trải dài cùng địa hình thuận lợi Tiềm năng năng lượng gió là 513.360 MW với trên 8,6% diện tích đất liền của Việt Nam có khả năng lắp đặt các tuabin gió lớn

Là một tỉnh ven biển miền Trung với nhiều tiềm năng về đất đai tốc độ gió… Để phát triển các dự án điện gió, Quảng Bình đã quy hoạch diện tích gần 1.620 ha với tổng công suất trên 500 MW tại các vùng đất cát ven biển thuộc xã Gia Ninh, Hải Ninh huyện Quảng Ninh xã Ngư hủy Bắc Ngư hủy Nam ưng hủy, Sen Thủy Huyện Lệ Thủy

Việc phát triển nguồn điện gió có rất nhiều ưu điểm như không gây ô nhiễm trên diện rộng như các loại nhiên liệu hóa thạch, không chiếm nhiều diện tích đất đai… tuy nhiên có thể thấy rằng nhà máy điện gió là một loại nguồn có công suất phát phụ thuộc vào tốc độ gió và biến thiên rất không ổn định Nhiều địa phương trong đó có Quảng Bình có chế độ gió biến đổi theo thời gian trong một giới hạn rất rộng, nhiều thời điểm gió rất lớn nhưng ngay sau vài phút có thể tốc độ gió gần như bằng không Ngoài ra lượng gió và thời gian tồn tại gió theo hướng cũng luôn thay đổi o đó cần phải nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió khi đấu nối vào lưới điện của

khu vực Vì vậy việc lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của nhà máy điện gió Hải Ninh đến lưới điện 110kV tỉnh Quảng Bình” vừa là giải pháp mang tính thực tiễn,

vừa mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất trong vận hành nhằm nâng cao sản lượng điện đóng góp vào hệ thống điện

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu, phân tích ảnh hưởng của nhà máy điện gió Hải Ninh đến lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng Bình

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: Nhà máy điện gió Hải Ninh; Hệ thống lưới điện tỉnh Quảng Bình (khu vực có nhà máy đấu nối vào) và các vấn đề liên quan khi vận hành nhà máy điện gió trong lưới điện

Phạm vi nghiên cứu: Tìm hiểu cơ sở lý thuyết về nhà máy điện gió trên cơ sở lý thuyết và số liệu thực tế, sử dụng công cụ thích hợp (phần mềm) để phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió Hải Ninh đến lưới điện 110kV khu vực tỉnh Quảng

4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Kết hợp nghiên cứu lý thuyết và tìm hiểu, áp dụng thực tế: nghiên cứu lý thuyết về nhà máy điện gió; các vấn đề liên quan khi kết nối nhà máy điện gió với lưới điện; thu thập số liệu thực tế về nhà máy điện gió Hải Ninh và lưới điện 110 kV khu vực tỉnh Quảng Bình; phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió Hải Ninh đến lưới điện khu vực tỉnh Quảng Bình

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài đưa ra cơ sở phân tích đánh giá ảnh hưởng của nhà máy điện gió đến lưới điện, sau khi hoàn thiện có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho các nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực của đề tài Đề tài có thể áp dụng thực tế cho nhà máy điện gió Hải Ninh và các nhà máy điện gió khác

6 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌNH VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH

1.1 Tổng quan tình hình phát triển điện gió ở Việt Nam và trên Thế giới

1.1.1 Tình hình phát triển năng lượng gió trên Thế giới

1.1.2 Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam

1.2 Tổng quan về lưới điện khu vực tỉnh Quảng Bình

1.2.1 Nhu cầu phụ tải khu vực

1.2.2 Khả năng đáp ứng nhu cầu phụ tải của lưới điện tỉnh Quảng Bình 1.2.3 Các nguồn cung cấp điện năng tại tỉnh Quảng Bình

1.3 Tổng quan về nhà máy điện gió Hải Ninh

1.3.1 Tiềm năng điện gió trên địa bàn tỉnh Quảng Bình

1.3.2 Địa điểm xây dựng nhà máy

1.3.3 Quy mô dự án

1.3.4 Phương án kết lưới nhà máy

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ

2.1 Máy phát điện gió

2.1.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi

2.1.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi

2.1.3 Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi FIG

2.2 Tiêu chuẩn kết nối nhà máy điện gió với lưới điện

2.2.1 Các chế độ phát

2.2.2 Tần số phát

2.2.3 Công suất phát

2.2.4 Điện áp phát

2.2.5 Các tiêu chuẩn khác

2.3 Mô hình kết nối nhà máy điện gió vào lưới điện

2.3.1 Mô hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện

2.3.2 Mô hình máy phát kết nối trực tiếp với lưới điện sử dụng phương thức

thay đổi điện trở mạch rotor 2.3.3 Mô hình kết nối máy phát điện cảm ứng nguồn kép với lưới điện

2.3.4 Mô hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi toàn diện 2.4 Kết luận

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH ĐẾN LƯỚI ĐIỆN 110KV TỈNH QUẢNG BÌNH

2.1 Chế độ vận hành

3.1.1 Nhu cầu phụ tải khu vực và nguồn cấp

3.1.2 Đặc điểm phụ tải lưới điện khu vực

3.2 Chế độ vận hành của lưới điện 110kV khu vực khi chưa kết nối nhà máy điện gió

3.2.1 Chế độ vận hành tải cực đại

3.2.2 Chế độ vận hành tải cực tiểu

3.2.3 So sánh 2 chế độ vận hành khi chưa kết nối nhà máy điện gió

3.3 Đánh giá các chế độ phát của nhà máy điện gió Hải Ninh ứng với từng chế

độ tải của lưới điện Quảng Bình

3.3.1 rường hợp nhà máy điện gió Hải Ninh phát cực đại

3.3.2 rường hợp nhà máy điện gió Hải Ninh phát cực tiểu

3.3.3 Phân tích tổn thất công suất điện áp các nút 110kV ứng với các chế độ

mô phỏng 3.4 Phân tích các trường hợp sự cố trong lưới điện khi có nhà máy điện gió Hải Ninh

3.4.1 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 22k NMĐG ải Ninh

khi kết nối với lưới điện 3.4.2 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch một mạch đường dây 110kV khi kết

nối NMĐG ải Ninh khi kết nối với lưới điện 3.4.3 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch đầu cực máy phát điện của NMĐG

Hải Ninh khi kết nối với lưới điện 3.4.4 Xét trường hợp sự cố ngắn mạch tại thanh cái 110k Ba Đồn

3.5 Kết luận

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ, ĐẶC ĐIỂM LƯỚI ĐIỆN TỈNH QUẢNG BÌNH VÀ

NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

1.1.1 Tình hình phát triển năng lượng gió trên Thế giới

Sau thảm họa điện hạt nhân tại nhà máy Fukushima (Nhật Bản) năm 2011 thì ngành công nghiệp điện gió đã được xác định là như một trong những ngành công nghệ mũi nhọn và chủ lực nhằm thay thế điện hạt nhân Hình 1.1 thể hiện thống kê của Hiệp hội Điện gió toàn cầu WWEA (World Wind Energy ssociation) cho những dự án điện gió được xây dựng trên đất liền và cả những trang trại điện gió trên biển ở trên toàn thế giới trong khoảng thời gian từ năm 1997 đến 2012

Hình 1.1: Sự phát triển năng lượng điện gió (đơn vị: GW)

Dựa vào biểu đồ ta thấy công suất đặt của các tuabin gió tăng dần và đến năm

2012 đạt gần 283 GW Trong những năm từ 2013 đến nay, tốc độ phát triển điện gió ngày càng mạnh mẽ với những thay đổi đáng kể về công nghệ ính đến cuối năm

2017 tổng công suất của tất cả các tuabin gió được lắp đặt trên toàn thế giới đạt xấp xỉ trên 539 GW (Hình 1.2)

Hình 1.2: Tổng công suất lắp đặt tuabin gió trên toàn thế giới từ 2013 đến 2017

Theo dự đoán của Viện Năng lượng quốc tế IEA (International Energy Agency: http://www.iea.org) thì tổng sản lượng điện gió trên toàn thế giới hàng năm sẽ tăng khoảng 100 GW và đến năm 2020 thì điện gió sẽ có thế đạt khoảng trên 1000 GW Hình 1.3 Sản lượng này chiếm khoảng 15,6% sản lượng điện toàn cầu và lúc này thủy điện cũng chiếm khoảng 16 7% Nghĩa là vào khoảng những năm sau 2020 thì điện gió hoàn toàn có thể thay thế công nghiệp thủy điện

Hình 1.3: Công suất điện gió dự đoán trên thế giới đến năm 2020

Tuy nhiên, thực tế thì theo số liệu thống kê sơ bộ do WWEA công bố là có 52,6

GW đã được lắp đặt thêm vào trong năm 2017 nhiều hơn một chút so với năm 2016 khi 51 4 GW được đưa vào sử dụng Đây là con số lớn thứ ba được lắp đặt trong vòng một năm sau những năm kỷ lục trong các năm 2015 và 2014 Tuy nhiên, tốc độ tăng trưởng hàng năm chỉ 10,8% là mức tăng trưởng thấp nhất kể từ khi việc triển khai công nghiệp tuabin gió bắt đầu từ cuối thế kỷ 20 và không như dự đoán ban đầu của IEA

Tất cả các tuabin gió được lắp đặt vào cuối năm 2017 có thể chiếm hơn 5% nhu cầu điện toàn cầu Đối với nhiều nước năng lượng gió đã trở thành một ngành trụ cột

trong chiến lược của họ để loại bỏ năng lượng hóa thạch và hạt nhân Năm 2017 Đan Mạch đã lập kỷ lục thế giới mới với 43% năng lượng từ gió Một số lượng ngày càng tăng của các quốc gia đã đạt đến một đến hai con số năng lượng từ điện gió, bao gồm Đức, Ireland, Bồ Đào Nha ây Ban Nha hụy Điển hoặc Uruguay

Thị trường năng lượng gió lớn là Trung Quốc với công suất lắp đặt thêm là 19

GW, thấp hơn một chút so với năm 2016 và tiếp tục vị trí dẫn đầu về năng lượng gió trên thế giới, với công suất gió tích lũy là 188 GW

Trong số các quốc gia hàng đầu, Mỹ (6,8 GW tăng thêm trong năm 2017 đạt tổng cộng 89 GW) Đức (6,1 GW tăng thêm trong năm 2017, tổng cộng 56 GW), Ấn Độ (4,6 GW tăng thêm trong năm 2017, 32,9 GW tổng công suất) ương quốc Anh (3,3

GW tăng thêm trong năm 2017, tổng cộng 17,9 GW), Brazil (2 GW tăng thêm trong năm 2017, tổng cộng 12,8 GW) và Pháp (1,7 GW tăng thêm trong năm 2017, tổng cộng 13,8 GW) Hình 1.4 cho thấy các nước dẫn đầu và mức tăng trưởng hằng năm của các nước hàng đầu và phần còn lại của thế giới trong các năm từ 2013 đến

2017 [1]

Bảng 1.1: Bảng công suất lắp đặt của các nước trên thế giới từ 2013-2017

1.1.2 Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam

Theo bản đồ gió do ngân hàng thế giới xây dựng từ năm 2001 cho các nước bao gồm Việt Nam Lào Campuchia hái Lan được lấy số liệu gió từ trạm khí tượng thủy văn cùng với dữ liệu từ mô hình MesoMap, tính toán dự đoán tiềm năng năng lượng gió Việt Nam ở độ cao 65m và 80m tương ứng với độ cao của tuabin gió nối lưới cỡ lớn và tuabin gió nhỏ được lắp đặt ở những vùng có lưới điện mini độc lập Dữ liệu khí tượng thủy văn do iện khí tượng và Thủy văn quốc gia Việt nam (VNIHM) và Cục

Quản lý Hải dương học và khí tượng quốc gia Mỹ (NOOA), từ năm 1994 đã có kết nối với 24 trạm khí tượng thủy văn ở Việt Nam để thu thập dữ liệu thủy văn [7]

Nghiên cứu của ngân hàng thế giới chỉ ra rằng Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất trong 4 nước trong khu vực: hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hằng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m tương dương với tổng công suất 512GW Đặc biệt hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt

Bảng 1.2: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 65m so với mặt đất

Tốc độ gió trung

bình

Thấp Trung bình ương đối

<6 m/s 6-7 m/s 7-8 m/s 8-9 m/s > 9 m/s

Nguồn: TrueWind Solutions, 2000 Bản đồ tài nguyên gió Đông Nam

Nghiên cứu của Tập đoàn điện lực Việt Nam về Đánh giá tài nguyên gió cho sản xuất điện là nghiên cứu chính thức đầu tiên về tài nguyên năng lượng gió của Việt nam heo đó dữ liệu gió sẽ được đo đạc cho một số điểm lựa chọn (tại các điểm trên bảng 1.2) sau đó sẽ được ngoại suy thành dữ liệu gió mang tính đại diện khu vực bằng cách lược bỏ tác động của độ nhám bề mặt, sự che khuất do các vật thể như tòa nhà và

sự ảnh hưởng của địa hình

Bảng 1.3: Tiềm năng kỹ thuật của năng lượng gió tại Việt Nam

STT Khu vực Tiềm năng kỹ thuật (MW)

Bảng 1.4: Tiềm năng gió của Việt Nam ở độ cao 80m so với mặt đất

Tốc độ gió

trung bình <4 m/s 4-5 m/s 5-6 m/s 6-7 m/s 7-8 m/s 8-9 m/s > 9 m/s Diện tích

Diện tích (%) 60,60% 30,80% 7,90% 0,70% > 0% 0,70% > 0% Tiềm năng

Việt Nam có lợi thế rất lớn về gió, với bờ biển dài hơn 3000km và nhiều hải đảo với vận tốc gió thổi trung bình quanh năm từ 5m/s trở lên Tuy nhiên, sự phát triển công nghệ để khai thác điện gió vẫn chưa tương xứng với tiềm năng này iện nay trên cả nước có khoảng trên khá nhiều các dự án về điện gió Các dự án tiêu biểu có thể kể đến như:

+ Trang trại gió Phú Lạc được xây dựng để tận dụng tốc độ gió trung bình khoảng 6,8 m/s tại Phú Lạc (tỉnh Bình Thuận) Trang trại gió đang hoạt động từ năm 2016 và

có tổng công suất 50 MW, bao gồm 12 chiếc Vestas, tuabin V100 - 2MW Nhà phát triển dự án là Công ty Cổ phần Năng lượng gió Thuận Bình Tổng mức đầu tư ước tính

là 52 triệu USD Tài trợ dự án được hỗ trợ với khoản vay hỗ trợ phát triển chính thức

do Ngân hàng Phát triển KfW cung cấp

+ Dự án điện gió Tuy Phong - Bình Thuận: Công ty Cổ phần năng lượng tái tạo Việt Nam (REVN) phát triển với tổng mức đầu tư khoảng 1.450 tỷ đồng và công suất 120MW bao gồm 80 tuabin điện gió 1 5MW Giai đọan 1 đã hoàn thành vào năm 2011 với 20 tuabin hiện đang hoạt động khá tốt

+ Dự án điện gió Phú Quý - Bình Thuận: Tổng công ty Điện lực dầu khí Việt Nam đầu tư với công suất 6MW sử dụng tuabin loại 2,0MW

+ Dự án điện gió Bạc Liêu: Công ty TNHH Xây Dựng – hương mại & Du Lịch Công Lý phát triển với tổng mức đầu tư khoảng 5.300 tỷ đồng và công suất 99,2MW Hiện nay đã hoàn thành giai đoạn 1 của dự án với 10 tuabin gió, công suất mỗi tuabin

là 1,6MW Giai đoạn 2 đã bắt đầu khởi công vào tháng 8/2013 với tổng cộng 52 tuabin gió

+ Dự án điện gió Phương Mai: Công ty cổ phần Phong điện Phương Mai đầu tư đã được chính thức khởi công tại Bình Định vào đầu tháng 4 năm 2012 Công suất giai đoạn 1 là 30MW gồm 12 tuabin điện gió loại 2,5MW, công suất giai đoạn 2 là 75MW

và công suất giai đoạn 3 là 100 MW

+ Dự án điện gió An Phong: Công ty Thuận Phong Energy Development JSC đầu

tư với tổng công suất 180MW

+ Dự án điện gió ướng Hóa 2 – tỉnh Quảng Trị Công ty Tân Hoàn Cầu đầu tư với tổng công suất 30 MW gồm 15 tuabin điện gió loại 2 MW đã đi vào hoạt động cuối năm 2017

Một số dự án điện gió đã được đưa vào hoạt động trong thời gian vừa qua:

Hình 1.4: Các dự án điện gió được phát triển trong thời gian qua [2]

Được đánh giá là một khu vực có nhiều tiềm năng phát triển công nghiệp điện gió, Việt Nam đang đặt một số mục tiêu dài hơi trong ngành kỹ nghệ này Một số địa phương có tiềm năng phát triển điện gió như Ninh huận, Bình Thuận, Bạc Liêu Cà Mau… Sau đây là bản đồ phân bố tiềm năng gió được đo ở chiều cao 100m đồng thời thể hiện được các địa phương có nhiều tiềm năng trong nước cũng như các dự án đã và đang tiến hành trong thời gian qua Có thể thấy rằng các dự án điện gió đang thực hiện

ở Việt Nam chủ yếu tập trung ở các tỉnh miền Trung và Nam bộ như hình 1.5

Điện gió là một trong những nguồn năng lượng tái tạo sạch trong tự nhiên và hiện đang được phát triển mạnh mẽ trên toàn thế giới Theo thời gian thì điện gió sẽ đủ khả năng để dần thay thế các nguồn năng lượng truyền thống như hạt nhân, thủy điện, nhiệt điện… vốn đã tồn tại nhiều bất cập và rủi ro cho môi trường cũng như xã hội Tiềm năng về nguồn năng lượng điện gió tại Việt Nam là rất lớn và theo dự báo sẽ còn tăng trưởng khá mạnh trong thời gian sắp tới

Tuy nhiên, hiện vẫn còn tồn tại khá nhiều khó khăn cho một dự án điện gió phát triển thành công Điều này phụ thuộc rất nhiều vào sự quan tâm, hỗ trợ của Chính phủ

và ý thức của người dân Việt Nam trong việc phát triển nguồn năng lượng bền vững này

Hình 1.5: Tiềm năng phát triển điện gió tại các địa phương [2]

1.2 TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN KHU VỰC TỈNH QUẢNG BÌNH

1.2.1 Nhu cầu phụ tải khu vực

Theo qui hoạch phát triển điện lực tỉnh Quảng Bình giai đoạn 2016-2025, có xét đến năm 2035 đã được phệ duyệt, dự báo tốc độ tăng trưởng điện thương phẩm hàng năm của tỉnh Quảng Bình là 804,1 triệu kWh, tốc độ tăng trưởng bình quân giai đoạn

2011 - 2015 là 14 3%/năm heo số liệu thống kê, công suất cực đại (Pmax) toàn tỉnh đạt 163MW vào mùa khô (tháng 07/2015)

1.2.2 Khả năng đáp ứng nhu cầu phụ tải của lưới điện tỉnh Quảng Bình

Trạm nguồn cung cấp điện: Quảng Bình chưa có trạm 500kV, tỉnh nhận điện từ hệ thống điện quốc gia thông qua 02 trạm 220k Ba Đồn và Đồng Hới, với tổng dung lượng 375MVA Trạm 220k Ba Đồn vừa mới được đóng điện và đưa vào khai thác vận hành tháng 12/2015, hiện đã hoàn thành việc đấu nối phía ngăn lộ 110kV, giảm tải cho trạm 220k Đồng Hới Ngoài ra, tỉnh còn được hỗ trợ cấp điện từ trạm 220kV Đông à (2x125M A) thông qua đường dây mạch kép 110k Đông à - Đồng Hới Lưới điện: lưới điện tỉnh Quảng Bình gồm lưới điện cao áp 110k và lưới điện phân phối trung, hạ áp 35 22 0 4k ính đến tháng 8/2015 trên địa bàn tỉnh có

249 9km đường dây 500k 181 7km đường dây 220k 278 8km đường dây 110kV, 2.036km đường dây trung áp và 3.358km đường dây hạ áp Tổng công suất đặt các máy biến áp 110kV là 300.000kVA và các trạm phân phối hạ áp 35,22/0,4kV là 386.232kVA

Bảng 1.5: Thống kê lưới điện tỉnh Quảng Bình

STT Hạng mục Đơn vị 500kV 220kV 110kV Trung áp Hạ áp

1.2.3 Các nguồn cung cấp điện năng tại tỉnh Quảng Bình

Trạm nguồn 220kV:

Trạm 220k Đồng Hới: trạm có quy mô công suất 2x125M A điện áp 220/110/10 5k đặt tại P Đồng Hới rước tháng 12/2015, cả hai máy biến áp của trạm sắp đầy tải, mỗi máy đều mang tải Pmax = 82,7MW, hệ số mang tải 68,8% Sau khi trạm 220k Ba Đồn vào vận hành, các máy biến áp của trạm mang tải ở mức bình thường Pmax = 62,7- 64,2 MW, hệ số mang tải 52,8 - 54,1%

Hiện tại, phía 110kV của trạm gồm 5 ngăn lộ 2 ngăn lộ xuất tuyến cấp điện cho 2 trạm 110kV khu vực phía Nam của tỉnh 2 ngăn lộ xuất tuyến liên lạc cấp điện với trạm 220k Ba Đồn và 1 ngăn lộ cấp điện riêng cho trạm 110k Đồng Hới

Trạm 220k Ba Đồn: trạm 220k Ba Đồn có quy mô công suất 220/110/22k đặt tại thị xã Ba Đồn Trạm có quy mô 2 máy, hiện tại đã lắp máy AT2, vừa được đóng điện và đưa vào khai thác vận hành tháng 12/2015 Trạm chủ yếu cấp điện cho các phụ tải khu vực phía Bắc của tỉnh, mang tải hiện tại của trạm Pmax = 67,2MW, hệ số mang tải 56,6% Trạm gồm 6 ngăn lộ 110kV, hiện đã khai thác 05 ngăn lộ còn 1 ngăn lộ dự phòng

125MVA-Bảng 1.6: Thống kê mang tải trạm 220kV tỉnh Quảng Bình

STT Hạng mục Điện áp (kV) Công suất

(MVA)

Pmax (MW)

Mang tải (%)

MBA AT1 MBA AT2

230/121/10.5 230/121/10.5

125

125

62,7 64,2

52,8 54,1

2 Trạm 220k Ba Đồn

Nhận điện từ trạm 220k Đông à: theo phương thức vận hành hiện tại, trạm 110kV Lệ Thủy của tỉnh Quảng Bình còn nhận điện từ trạm 220k Đông à (tỉnh Quảng Trị) thông qua đường dây 110k Đông à - Lệ Thủy với công suất Pmax = 14MW

Khả năng nhận điện từ lưới điện Quốc gia:

Đường dây 500kV: Hiện tại, tỉnh Quảng Bình chưa có trạm nguồn 500k Đường dây truyền tải điện 500kV Bắc - Nam (2 mạch) đi qua địa bàn tỉnh với tổng chiều dài 249,9km Mạch 1: đường dây 500k ũng ng - Đà Nẵng dài 125,4km và mạch 02: đường dây 500k à ĩnh - Đà Nẵng dài 124,5km Mang tải các đường dây như sau:

Bảng 1.7: Thống kê mang tải đường dây 500kV

mạch Dây dẫn

Chiều dài (km) Imax

Mang tải (%)

1 Đường dây 500kV mạch 1

AC П 330/43, ACSR 330/42,

Đường dây 220kV: Các trạm nguồn 220k được cấp điện từ 04 mạch đường dây

220kV, với tổng chiều dài 274 3km (đi trên địa bàn Quảng Bình 181 7km) trong đó: Đường dây 220k ũng ng – Đồng Hới: tổng chiều dài 97km, dây dẫn từ ũng ng – Ba Đồn loại ACSR/Mz/2x400/51 Ba Đồn – Đồng Hới loại dây ACSR/Mz/2x330/43 Hiện tại đường dây mang tải Imax = 528,2A (33,9%);

Đường dây 220kV Formosa – Ba Đồn: tổng chiều dài 34km, dây dẫn ACSR/Mz/2x400/51 Hiện tại đường dây mang tải Imax = 177A (11,3%);

Đường dây 220k Ba Đồn – Đồng Hới (hiện mới đóng điện): tổng chiều dài 38,7km, dây dẫn ACSR/Mz/2x330/43 Hiện tại đường dây mang tải Imax = 88A (12,9%);

Đường dây 220k Đồng Hới – Đông à: tổng chiều dài 104,6km, dây dẫn ACSR/400/51 Hiện tại đường dây mang tải Imax = 228,3A (27,7%)

Bảng 1.8: Thống kê mang tải đường dây 220kV

mạch Dây dẫn

Chiều dài (km)

Icp (A)

Imax (A)

Mang tải (%)

4 Đường dây 220k Đồng

Hới - Đông à 1 ACSR 400/51 58/104,6 825 228,3 27,7

Các đường dây 220k đều mang tải ở mức thấp Mang tải đường dây 220kV ũng ng – Đồng Hới – Đông à phụ thuộc nhiều vào việc huy động nguồn thủy điện khu vực các tỉnh Thừa Thiên Huế - Quảng Trị Theo thống kê, khi các nhà máy thủy điện này hoạt động hết công suất đường dây 220k Đồng Hới - Đông à mang tải rất thấp, trạm 220k Đông à hầu như không nhận điện từ đường dây này

heo như sơ đồ kết dây hiện tại, trạm 220k Đồng Hới được cấp nguồn từ 2 đường dây 220k ũng ng - Đồng Hới và Đông à – Đồng Hới; trạm 220kV Ba Đồn mới chỉ được cấp nguồn từ đường dây 220kV Formosa - Ba Đồn – Đồng Hới Khi xảy ra sự cố trạm Ba Đồn (hiện tại lắp 1 máy biến áp T2) sẽ ảnh hưởng lớn đến các phụ tải 110kV sau trạm Do vậy, kiến nghị sớm xây dựng và đưa vào vận hành máy 1 để nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho lưới điện 110kV khu vực Bắc tỉnh Quảng Bình

Lưới điện 110kV:

ính đến tháng 3/2016, tỉnh Quảng Bình có 283 5km đường dây 110kV và 8 trạm/13 máy biến áp 110kV với tổng dung lượng 325MVA

Bảng 1.9: Thống kê khối lượng lưới điện 110kV

8

13

325

Trạm biến áp 110kV:

Hiện tỉnh Quảng Bình có 8 trạm biến áp 110kV, với tổng dung lượng 325MVA rong đó các trạm Đồng Hới và Sông Gianh đã đầy tải, trạm Hòn La non tải do mới vào vận hành năm 2014 rong số 8 trạm biến áp 110k có đến 5 trạm biến áp chuyên dùng chủ yếu cấp điện cho các nhà máy xi măng hoặc các khu công nghiệp chỉ có 3 trạm biến áp cấp nguồn cho phụ tải dân sinh Vì vậy để đảm bảo đủ nguồn cấp 110kV, các trạm chuyên dùng cũng được huy động cấp điện cho phụ tải dân sinh trên toàn tỉnh, gây phức tạp trong quản lý vận hành

- Trạm 110k Đồng Hới: đặt tại TP Đồng Hới, trạm có quy mô công suất 2x25MVA-110/(35)/22kV Máy T1 mang tải 90,1%, máy T2 mang tải 90,9% Trạm gồm có 6 xuất tuyến 22kV và 2 xuất tuyến 35kV, cấp điện cho phụ tải của P Đồng Hới và phía Bắc huyện Quảng Ninh Hiện tại, trạm 110k đang trong quá trình nâng công suất máy biến áp lên 2x40MVA và mở rộng ngăn lộ phía 22kV tăng cường cấp điện cho thành phố Đồng Hới, dự kiến quý II năm 2017 hoàn thành

- Trạm 110kV Bắc Đồng Hới: đặt tại xã Lý Trạch, huyện Bố Trạch giáp phường Bắc Lý P Đồng Hới, trạm có quy mô công suất 1x25MVA- 110/22kV, máy biến áp mang tải 66,5% Trạm được xây dựng với mục đích chủ yếu cấp điện cho KCN Bắc Đồng Hới tuy nhiên đến nay các phụ tải CN chưa vào nhiều nên trạm mới có 2 xuất tuyến 22kV phục vụ cấp điện cho phụ tải khu vực ven biển phía Bắc của P Đồng Hới

và phía Nam huyện Bố Trạch

- Trạm 110kV Lệ Thủy: đặt tại xã Mai Thủy, huyện Lệ Thủy, trạm có quy mô công suất 1x25MVA-110/35/22kV, máy biến áp mang tải 58,9% Trạm gồm có 4 xuất tuyến 22kV, cấp điện cho phụ tải của huyện Lệ Thủy

- Trạm 110k ng Sơn: đặt tại xã Vạn Ninh, huyện Quảng Ninh, trạm có quy

mô công suất 2x25MVA-110/35(22)/6kV, máy T1 mang tải 42,1%, máy T2 mang tải 67,4% Trạm có 8 xuất tuyến 6kV cấp điện cho nhà máy xi măng ng Sơn và có 4 xuất tuyến 22kV từ máy biến áp T2, cấp điện cho phụ tải dân sinh của các huyện Lệ Thủy và Quảng Ninh

- Trạm 110k Ba Đồn: đặt tại thị xã Ba Đồn, trạm có quy mô công suất 2x25MVA-110/35/22kV, máy T1 mang tải 72,4%, máy T2 mang tải 61,5% Trạm có

6 xuất tuyến 22kV và 2 xuất tuyến 35kV, cấp điện cho phụ tải của các huyện Bố trạch, Quảng Trạch và thị xã Ba Đồn

- Trạm 110k Sông Gianh: đặt tại xã Tiến Hóa, huyện Tuyên Hóa, trạm có quy

mô công suất 2x25MVA-110/35/6kV, cả hai máy biến áp đều mang tải trên 85% Trạm có 11 xuất tuyến 6kV cấp điện cho nhà máy xi măng Sông Gianh và có 2 xuất tuyến 35kV từ máy T2, cấp điện cho phụ tải của các huyện Tuyên Hóa, Minh Hóa

- Trạm 110k ăn óa: đặt tại xã ăn óa huyện Tuyên Hóa, trạm mới được xây dựng và vận hành năm 2013 quy mô công suất 2x25MVA- 110/35(22)/6kV, máy

T1 hiện đang mang tải 31,2%, máy T2 mang tải 59,8% Trạm có 1 xuất tuyến 6kV và

có 6 xuất tuyến 22kV, chủ yếu cấp điện cho nhà máy xi măng ăn óa và một phần phụ tải dân sinh của huyện Quảng Trạch, huyện Tuyên Hóa và thị xã Ba Đồn

- Trạm 110k òn La: đặt tại xã Quảng Đông huyện Quảng Trạch, trạm mới được xây dựng và vận hành năm 2014 với mục đích chủ yếu cấp điện cho KCN Hòn

La, quy mô công suất 1x25MVA-110/22kV, hiện đang mang tải 6,6MW (27,8%) Trạm có 3 xuất tuyến 22kV cấp điện cho một vài phụ tải công nghiệp trong KCN Cảng biển Hòn La và các phụ tải dân sinh của huyện Quảng Trạch

Bảng 1.10: Thống kê mang tải các trạm biến áp 110kV

(kV)

Công suất (MVA)

Mang tải Pmax (MW)

Mang tải (%)

25/25/25 25/25/25

20,4 20,3

85,9 85,5

25/25/25 25/16,7/25

17,2 14,6

72,4 61,5

25/0/25 25/16,7/25

21,4 21,6

90,1 90,9

25/25/25 25/25/25

10

16

42,1 67,4

25/25/25 25/25/25

7,4 14,2

31,2 59,8

8 TBA Hòn La

T2 110/22 25/25 6,6 27,8

Đường dây 110kV:

Các đường dây 110kV xuất phát từ các trạm 220k Đồng Hới và Ba Đồn như sau:

Trạm 220kV Đồng Hới gồm 05 đường dây 110k : đường dây 171 cấp riêng cho

trạm biến áp 110k Đồng Hới; đường dây mạch kép 172, 173 cấp cho phụ tải phía Nam của tỉnh (2 trạm ng Sơn và Lệ Thủy) và liên lạc cấp điện với trạm 220k Đông à; đường dây 174, 175 cấp điện cho các trạm biến áp Bắc Đồng Hới và 110kV Ba Đồn và tạo mạch vòng liên thông các đường dây 171, 172 trạm 220k Ba Đồn qua thanh cái trạm 110k Ba Đồn Chi tiết như sau:

Đường dây 171, 172 từ trạm 220k Đồng Hới – 173, 172 trạm 110k Đồng Hới: đường dây sử dụng dây dẫn ACSR-185&240 dài 1,6km, cấp điện cho trạm 110kV Đồng Hới Hiện tại đường dây mang tải 52,3% (Imax = 174A);

Đường dây mạch kép 173 từ trạm 220k Đồng Hới – Đông Hà và 171 trạm 110k Đồng Hới – Đông à: đường dây sử dụng dây dẫn AC-185; mạch 1 là đường dây Đồng Hới 110 – Lệ Thủy – Đông à cấp điện cho trạm biến áp 110kV Lệ Thủy, mạch 2 là đường dây Đồng Hới 220 – Áng Sơn – ĩnh Linh cấp điện cho trạm 110k ng Sơn Tình hình vận hành mang tải của các đường dây như sau:

Đường dây 110k Đồng Hới 110 – Lệ Thủy: dài 39 9km đường dây mang tải Imax = 202A (60,7%)

Đường dây 110k Đông à - Lệ Thủy: cấp điện cho trạm Lệ Thủy, dài 18,7km, mang tải cực đại Imax = 167A (50,2%);

Đường dây 110k Đồng Hới 220 – ng Sơn: dài 29 5km mang tải cực đại Imax

Đường dây 110k Đồng Hới 220 - Bắc Đồng Hới: sử dụng dây dẫn AC-185, dài 7,1km, hiện tại đường dây mang tải 168A (50,5%);

Đường dây 110kV Bắc Đồng Hới – Ba Đồn: sử dụng loại dây dẫn AC185 với tổng chiều dài 34,0km, hiện tại đường dây mang tải Imax = 127A (38,1%);

Đường dây 110k Ba Đồn – Đồng Hới 220: sử dụng dây dẫn AC185, dài 39,1km, hiện tại đường dây mang tải Imax = 142A (42,6%);

Trạm 220kV Ba Đồn gồm 06 ngăn lộ xuất tuyến, hiện đang khai thác 05 ngăn lộ

Ngoài các lộ 171, 172 liên lạc với trạm 220k Đồng Hới còn có các đường dây 173,

174 cấp điện cho các trạm ăn óa và Sông Gianh và đường dây 176 cấp điện cho trạm Hòn La Chi tiết như sau:

Đường dây 110kV từ trạm 220k Ba Đồn – trạm 110k Ba Đồn: đường dây mạch kép, sử dụng dây dẫn AC185, dài 4,7km Mang tải cực đại Imax = 91A (27,3%) Đường dây 110kV (lộ 173, 174) từ trạm 220k Ba Đồn cấp điện các trạm 110kV

ăn óa và Sông Gianh trong đó:

Đường dây 110kV từ trạm 220k Ba Đồn – ăn óa: sử dụng dây dẫn AC185, dài 19,2km, hiện tại đường dây mang tải Imax = 251A (75,4%);

Đường dây 110k ăn óa – Sông Gianh: sử dụng dây dẫn AC185 với chiều dài 7,8km, hiện tại đường dây mang tải Imax = 152A (45,6%);

Đường dây từ trạm 220k Ba Đồn – Sông Gianh: sử dụng dây dẫn AC185/29 với chiều dài 17,8km, hiện tại đường dây mang tải Imax = 188A (56,5%);

Đường dây 176 từ trạm 220k Ba Đồn – òn La: là đường dây mạch kép, hiện tại mới treo một mạch dây dẫn AC185, dài 21,2km Hiện tại đường dây mang tải Imax = 31A (9,3%)

Thống mang tải các đường dây 110kV cụ thể như sau:

Bảng 1.11: Thống kê mang tải các đường dây 110kV [1]

mạch Dây dẫn

Chiều dài (km) Icp (A)

Imax (A)

Mang tải (%)

1 176 Ba Đồn 220 - 172

Hòn La 1

ACSR 185/29&300 21,2 333 31 9,3

2 173 Ba Đồn 220 - 171

ăn Hóa 1

ACSR 185/29&300 19,2 333 251 75,4

3 172 ăn óa - 172 Sông

Gianh 1

AC 185/29&240 7,8 333 152 45,6

4 174 Ba Đồn 220 - 171

Sông Gianh 1

AC 185/29&240&300 17,9 333 188 56,5

5 171 Ba Đồn 220 - 173 Ba

Đồn 110 1

ACSR 185/29&300 4,7 333 91 27,3

6 172 Ba Đồn 220 - 172 Ba

Đồn110 1

ACSR 185/29&300 4,7 333 92 27,6

11 172 Đồng Hới 220 - 172

Đồng Hới 110 1

AC 185&AC240/39 1,6 333 174 52,3

12 172 Lệ Thủy - 171 Đồng

Hới 110 1

AC 185&AC240/39 39,9 333 202 60,7

13 171 Lệ Thủy - Đông à 1 AC 185 18,7 333 167 50,2

14 171 ng Sơn - Đồng Hới

220 1 AC 185 29,5 333 254 76,3

15 172 ng Sơn - ĩnh Linh 1 AC 185 36,7 333 175 52,6

1.3 TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ HẢI NINH

1.3.1 Tiềm năng điện gió trên địa bàn tỉnh Quảng Bình

Theo khảo sát bước đầu của các chuyên gia xác định được một số địa điểm trên vùng tỉnh Quảng Bình có nguồn năng lượng gió phong phú, có khả năng xây dựng các trạm phát điện gió với quy mô công nghiệp Quảng Bình là một trong những tỉnh có nhiều tiềm năng về phát triển điện gió Với khảo sát này, vận tốc gió vùng ven biển của địa phương bình quân từ 5,5 - 6,0m/s, vùng núi thuộc huyện Minh Hóa từ 6,2 - 7m/s Hiện nay tỉnh đang lập Quy hoạch điện gió đến năm 2025 có xét đến năm 2035

sẽ hoàn thành trình Bộ Công hương phê duyệt vào cuối năm 2018 với tổng công suất khoảng 800 - 1.000MW trên địa bàn các xã: Gia Ninh, Hải Ninh (huyện Quảng Ninh - khoảng 250MW); xã Ngư hủy Bắc Ngư hủy Nam, Sen Thủy ưng hủy (huyện

Lệ Thủy - khoảng 200MW); xã Dân Hóa (huyện Minh Hóa - khoảng 300MW); xã Quảng Đông (huyện Quảng Trạch) và xã Trung Trạch (huyện Bố Trạch) khoảng 150MW Hiện tại đã lắp hai cột đo gió tại xã Hải Ninh (huyện Quảng Ninh) và tại xã Dân Hóa (huyện Minh Hóa)

Tỉnh Quảng Bình được quy hoạch với tổng công suất 500 MW trên địa bàn các xã Gia Ninh, Hải Ninh huyện Quảng Ninh, xã Sen Thủy huyện Lệ Thủy và xã Dân Hóa huyện Minh óa heo chương trình “Đo gió tại một số địa điểm để phục vụ việc lập Quy hoạch phát triển điện gió và phát triển các dự án Điện gió” tại Việt Nam được Chính phủ Đức tài trợ Vị trí cột đo gió được lắp đặt tại địa phận xã Hải Ninh huyện Quảng Ninh thuộc Trang trại Điện gió B&T, trong khu vực cột đo gió có vận tốc gió bình quân ở độ cao 80m từ 5,5 – 6,0m/s

Hiện nay có 03 đơn vị đang chuẩn bị thực hiện dự án: Công ty Cổ phần Điện gió B&T thực hiện dự án với tổng công suất 250MW, tại xã Hải Ninh huyện Quảng Ninh

và xã Ngư hủy Bắc huyện Lệ Thủy trong đó giai đoạn 1: khoảng 50MW, hiện nay đang hoàn chỉnh hồ sơ xin chủ trương đầu tư và trình phê duyệt bổ sung vào Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh [3]

Căn cứ vào Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Quảng Bình giai đoạn đến 2020, tầm nhìn đến 2030 thì tỉnh Quảng Bình được đánh giá là một trong những tỉnh có tiềm năng gió trong đó khu vực các xã ven biển huyện Lệ Thủy, Quảng Ninh có tiềm năng gió cũng như các điều kiện thuận lợi cho đầu tư phát triển nhà máy điện gió tại đây có vận tốc gió bình quân ở độ cao 80m từ 5,75-6m/s

Qua những số liệu về gió đo thực tế đối chứng với số liệu của Đài hí tượng thủy văn tỉnh Quảng Bình và qua các kết quả thu được từ đo gió khác trên khu vực,

có thể khẳng định rằng tiềm năng năng lượng gió tại khu vực là thuộc loại lớn ở Việt Nam và có tính khả thi để xây dựng các nhà máy điện gió có quy mô lớn

Ngoài ra, vị trí các dự án điện gió Hải Ninh nằm trong vùng quy hoạch “Quy hoạch phát triển điện gió tỉnh Quảng Bình” đã được Bộ Công thương phê duyệt Vì vậy, bổ sung các dự án điện gió này để phát điện là phù hợp với quy hoạch điện gió tỉnh Quảng Bình

heo chương trình “Đo gió tại một số địa điểm để phục vụ lập Quy hoạch phát triển điện gió và phát triển các dự án Điện gió” tại Việt Nam được tài trợ bởi Chính phủ Đức Vị trí đó gió được lắp đặt tại địa phận xã Hải Ninh huyện Quảng Ninh (trạm

đo ải Ninh) cách trung tâm thành phố Đồng Hới về hướng Nam Tọa độ địa lý của cột đo: 17019’37.14N, 106046’09.66E

Bảng 1.12: Tốc độ gió trung bình tháng

Trạm đo này đặt tại vùng ven biển, cách biển khoảng 1km Địa hình bằng phẳng, cao độ địa hình khoảng 10m so với mực nước biển Với điều kiện tự nhiên trên, dự báo khu vực có tốc độ gió trung bình trong năm sẽ cao và ổn định trong các mùa Từ tháng 10 đến tháng 4 hằng năm chịu ảnh hưởng của gió Tây Bắc; từ tháng 5 đến tháng 9 chịu ảnh hưởng của gió ín phong theo hương ây ây ây Bắc Hoa gió hướng chính trong năm ở độ cao 80m [2]

Hình 1.6: Hoa gió hướng chính trong năm ở độ cao 80m

Tháng T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 TB

80 m 5,5 7,5 4,6 4,3 4,6 5,4 5,7 5,9 5,3 6,0 7,3 7,9 5,8

60 m 5,1 6,9 4,3 4,0 4,3 5,1 5,3 5,5 5,1 5,6 6,8 7,3 5,4

40 m 4,6 6,2 3,8 3,6 3,8 4,5 4,8 5,0 4,6 5,1 6,2 6,4 4,9

1.3.2 Địa điểm xây dựng nhà máy

Địa điểm xây dựng nhà máy điện gió dự kiến được xây dựng tại xã Hải Ninh, huyện Quảng Ninh, tỉnh Quảng Bình Toạ độ địa lý hệ VN2000 múi 3 là 1920350.58; 573553.17 Hiện trạng khu vực trạm đo gió là đất trống có cây bụi thấp, là khu vực có tiềm năng gió lớn trong khu vực rên cơ sở tài liệu báo cáo khảo sát, có thể đánh giá điều kiện địa hình của khu vực dự án là bằng phẳng Thực vật chủ yếu là cây bụi Giao thông trong khu vực chủ yếu là đường rộng

1.3.3 Quy mô dự án

Trang trại điện gió B& do công ty CP điện gió B&T làm chủ đầu tư với tổng công suất lắp đặt của trang trại gió là 252MW trên diện tích khảo sát khoảng 2620 ha gồm khoảng 60 tổ máy, mỗi tổ máy có công suất 4,2 MW Dự án được triển khai trên địa bàn xã Hải Ninh, Võ Ninh huyện Quảng Ninh và xã Ngư hủy Bắc huyện Lệ Thủy

có tổng mức đầu tư dự kiến là 8.684 tỉ đồng rong giai đoạn đầu nhà máy điện gió Hải Ninh thuộc khu vực trang trại điện gió B&T 1 dự kiến có công suất lắp đặt khoảng

42 MW bao gồm 10 tuabin, tổng diện tích khoảng 1258 ha Tổng mức đầu tư khoảng 1.447 tỉ đồng Chủ đầu tư là Công ty Cổ phần Điện gió B&T Dự kiến khởi công vào tháng 10.2019 [2]

1.3.4 Phương án lựa chọn tuabin và kết lưới nhà máy

Dự kiến sẽ bố trí một trạm nâng áp 22/110k để thu gom điện sản xuất và nâng áp gọi là Trạm 110kV Hải Ninh, công suất 2x40MVA Trạm này có nhiệm vụ thu gom điện 22kV từ các trạm nâng áp tại các tuabin để phát lên lưới điện quốc gia thông qua dàn thanh cái 110kV của trạm

Xây dựng đường dây mạch kép 110k đấu nối chuyển tiếp công suất từ trạm 110kV Hải Ninh vào thanh cái của TBA 110kV Tây Bắc Quán Hàu, dây dẫn ACSR-185/29, chiều dài 4,8 km

Với công suất tổng dự kiến là 42MW, dự kiến sẽ chọn loại tuabin FIG (được trình bày trong mục 2.1.3 và 2.3.3) ký hiệu SG 4,2-145 của hãng Siemen [2]

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ 2.1 MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

Máy phát điện có chức năng chuyển cơ năng thành điện năng Phần lớn máy phát điện trong tuabin điện gió tạo ra dòng điện xoay chiều ba pha tương tự như những máy phát điện thông thường Tùy theo loại tuabin điện gió mà máy phát điện có công suất và điện thế khác nhau như:

- 12 V, 24 V, 48 V: Tuabin điện gió dưới 2 kW

- 120 đến 240 V: Tuabin điện gió từ 1 5 đến 10 kW

- 400 : uabin điện gió đến 600 kW

- 400 : uabin điện gió trên 1 kW không có hộp số

- 690 : uabin điện gió trên 600 kW

Máy phát điện trong tuabin điện gió có công suất thay đổi và chỉ đạt công suất thiết kế khi tốc độ gió từ 12 đến 15m/s Khi tốc độ gió lên trên 25m/s, hệ thống rotor quay nhanh sẽ làm hư hỏng máy phát, vì thế tốc độ của hệ thống rotor phải được hạn chế lại Những máy phát điện thông thường có tần số điện là 50Hz hoặc tại Mỹ là 60Hz, số vòng quay của máy phát điện thông thường khoảng 1500 rpm

Trên lý thuyết, hầu hết mọi máy phát điện đều có thể sử dụng trong tuabin điện gió nhưng cần phải đáp ứng tất cả những yêu cầu kỹ thuật của lưới điện Vì tình trạng gió không ổn định nên hiệu điện thế và tần số không phù hợp, do chất lượng điện luôn mất ổn định nên dòng điện xoay chiều phải chuyển qua dòng một chiều Máy phát điện một chiều kích từ song song có ý nghĩa quan trọng trong lịch sử tuabin điện gió, chúng được lắp đặt vào những tuabin gió phát điện đầu tiên Hiện nay máy phát điện một chiều kích từ song song cũng sử dụng trong các tuabin gió nhỏ Máy phát điện một chiều có ưu điểm là có thể sử dụng cho mọi tốc độ số vòng quay của hệ thống rotor nhưng có cấu trúc phức tạp và đòi hỏi phải thường xuyên được bảo trì, việc bảo trì tốn kém và giá thành cao

2.1.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi

Cấu trúc chung của mô hình hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi được thể hiện như hình 2.1 Cấu hình này khá đơn giản, chủ yếu sử dụng cho các hệ thống tuabin gió có công suất nhỏ hay trung bình Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc

độ không đổi dùng máy phát cảm ứng nối trực tiếp với lưới điện, tốc độ rotor được xác định theo số đôi cực của máy phát hoặc hộp số truyền động Cấu hình hệ thống tuabin gió này thường có hai cấp tốc độ cố định được thực hiện bằng cách sử dụng hai máy phát điện có công suất định mức và số đôi cực khác nhau hoặc có thể sử dụng một máy phát với hai bộ dây quấn với công suất định mức và số đôi cực khác nhau Phương pháp này có thể làm tăng năng lượng nhận từ gió và làm giảm tổn thất từ hóa khi tốc

độ gió giảm thấp

Hình 2.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi

Khác với máy phát đồng bộ, máy phát không đồng bộ trong hệ thống này không cần hòa đồng bộ với lưới điện uy nhiên đối với các máy phát công suất lớn có thể gây ra dòng điện khởi động cao làm ảnh hưởng trên lưới điện thì cần sử dụng mạch điều khiển mômen khởi động để hạn chế dòng điện khởi động Khi tốc độ gió tăng cao, rotor của máy phát có thể được điều chỉnh theo phương pháp Stall để hạn chế công suất phát, hoặc có thể dùng phương pháp điều khiển độ trượt Máy phát gió không đồng bộ cho phép thay đổi tốc độ 10%, có thể tăng độ trượt để tăng công suất Tuy nhiên, nếu độ trượt tăng cao thì công suất tổn thất lớn và hiệu suất thấp Vì vậy, các hệ thống hiện đại sử dụng máy phát không đồng bộ với độ trượt thay đổi

Nếu tốc độ rotor gần như không thay đổi máy phát điện gió không thể đạt được công suất tối ưu khi tốc độ gió thay đổi Nhược điểm chính của máy phát không đồng

bộ là tiêu thụ công suất phản kháng từ lưới điện hoặc từ các trạm bù được lắp đặt thêm Đối với các hệ thống hiện đại sử dụng bộ biến đổi công suất để bù thành phần phản kháng tốt hơn

2.1.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi

Cấu trúc chung của mô hình hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi được thể hiện như hình 2.2 Cấu hình chung của hệ thống này được trang bị thêm một số khối chức năng điều khiển do sử dụng loại máy phát khác và có sự khác biệt trong khối điều khiển điện áp o đó công suất phản kháng phát ra hay được tiêu thụ bởi hệ thống không bị ảnh hưởng bởi máy phát điện Hệ thống được trang bị máy phát điện đồng bộ hoặc máy phát cảm ứng rotor lồng sóc Hộp số truyền động được thiết kế sao cho tốc độ tối đa của rotor sẽ bằng với tốc độ định mức của máy phát Đối với máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu, sẽ được thiết kế với nhiều cực từ để hệ thống không cần dùng hộp số truyền động

Hình 2.2: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi

Máy phát điện được nối lưới thông qua DC – link hoặc bộ biến đổi tần số, vì vậy

hệ thống có thể làm việc với máy phát có tần số không phụ thuộc vào tần số lưới điện

Bộ biến đổi công suất dùng trong cấu hình này sẽ điều khiển toàn bộ công suất của hệ thống Ưu điểm của cấu hình này là có thể linh hoạt điều khiển hệ thống Sự thay đổi tần số máy phát khác với sự thay đổi tốc độ rotor o đó có thể thay đổi tốc độ rotor trong một phạm vi rộng để hệ thống làm việc ở tốc độ tối ưu sao cho công suất phát ra cực đại khi tốc độ gió thay đổi Khi tốc độ gió tăng cao công suất phát ra cần được giới hạn để bảo vệ hệ thống và được thực hiện bằng hai giải pháp: giải pháp thứ nhất là dùng bộ biến đổi công suất để giữ cố định tần số và do đó tốc độ cũng không đổi; giải pháp thứ hai là dùng một bộ biến đổi để giới hạn công suất khi tốc độ gió tăng cao Không có giải pháp nào có thể tránh hoàn toàn rủi ro quá tốc độ trên rotor khi tốc độ gió tăng cao do đó mỗi hệ thống cơ học cần được lắp đặt bộ biến đổi hỗ trợ cho việc giới hạn công suất (hệ thống điều khiển góc xoay cánh quạt – pitch control)

2.1.3 Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG

Đối với hệ thống năng lượng gió làm việc với tốc độ gió thay đổi trong một khoảng giá trị giới hạn (± 30% tốc độ đồng bộ), việc sử dụng máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi được xem là giải pháp tốt nhất hiện nay Bộ biến đổi điện tử công suất chỉ điều chỉnh 20÷ 30% tổng công suất do đó tổn hao và chi phí của các bộ biến đổi công suất có thể giảm Cấu trúc máy phát điện FIG tương tự máy phát điện cảm ứng dây quấn Mạch stator của máy phát FIG được nối trực tiếp với lưới trong khi mạch rotor được nối với bộ biến đổi công suất thông qua các vành trượt (hình 2.3)

Máy phát điện gió nguồn đôi FIG là máy phát điện mà cực stator và rotor có thể phát công suất hi máy điện làm việc như máy phát hướng công suất trong máy thể hiện như hình 2.4, ở đó công suất vào là công suất cơ nhận từ tuabin gió Công suất truyền đến lưới là tổng công suất stator Ps và rotor Pr

Hình 2.4 Hướng công suất của DFIG

ưới tốc độ đồng bộ (ωo) b) Trên tốc độ đồng bộ (ωo) Máy phát có thể vận hành dưới tốc độ đồng bộ: Pr < 0, Ps> 0 hoặc vận hành trên tốc độ đồng bộ: Pr > 0, Ps > 0

Hệ thống điều khiển tuabin gió tốc độ thay đổi DFIG bao gồm các mục tiêu:

Điều khiển công suất phản kháng trao đổi giữa máy phát điện và lưới điện

Điều khiển bám các điểm vận hành tối ưu của tuabin nhằm cực đại công suất thực nhận được từ gió

Cấu trúc chung của hệ thống làm việc với tốc độ gió thay đổi sử dụng DFIG

Bộ điều chỉnh góc xoay của cánh quạt (pitch control)

Bộ chuyển đổi phía rotor

Bộ chuyển đổi phía lưới

Máy phát không đồng bộ nguồn đôi có thể làm việc với tốc độ rotor cao hơn hoặc thấp hơn tốc độ đồng bộ tương ứng với tần số lưới điện o đó có thể điều chỉnh lượng công suất phản kháng cần cung cấp cho máy phát Đối với hệ thống tuabin gió dùng máy phát điện không đồng bộ, bộ biến đổi công suất chỉ có thể đưa công suất từ rotor đến lưới điện trong khi đó với hệ thống sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn đôi bộ biến đổi công suất có thể truyền tải công suất theo hai chiều từ rotor đến lưới điện và từ lưới điện vào rotor Bộ biến đổi công suất chỉ điều chỉnh (20-30%) tổng công suất của hệ thống

Nguyên lý làm việc của DFIG

Công suất cơ và công suất stator:

Trong đó S là tỉ số trượt của máy phát:

s = (ωs - ω r) / ωs

Với các đại lượng như sau:

Pm công suất cơ

Ps công suất tác dụng stator

Pr công suất tác dụng rotor

Pgc công suất bộ chuyển đổi phía lưới

Qs công suất phản kháng stator

Qr công suất phản kháng rotor

Qgc công suất phản kháng phía lưới

Tm momen xoắn cơ cánh quạt

Tem momen xoắn điện rotor của máy phát

ωr tốc độ quay cánh quạt

ωs tốc độ quay từ thông, tốc độ đồng bộ

J hệ số quán tính

Lưu lượng công suất của DFIG

Lưu lượng công suất của DFIG được thể hiện như hình 2.5 S rất nhỏ, do đó Prchỉ là 1 phần nhỏ của Ps Pr dương khi S âm (tốc độ lớn hơn tốc độ đồng bộ) và Pr âm khi S dương (tốc độ thấp hơn tốc độ đồng bộ) Đối với hoạt động trên tốc độ đồng bộ,

Pr được chuyển đến bus C và có xu hướng làm tăng điện áp C đối với hoạt động dưới tốc độ đồng bộ Pr được lấy ra khỏi bus C và có xu hướng làm giảm điện áp DC

Bộ biến đổi phía lưới điện được sử dụng để phát hay hấp thu công suất Pgc để giữ cho điện áp C không đổi Trong trạng thái ổn định cho AC/DC/AC chuyển đổi 1 ít Pgcbằng Pr và tốc độ của tuabin gió được xác định bởi Pr hấp thu hoặc phát ra của bộ biến đổi phía rotor Điện áp AC tạo ra bởi bộ biến đổi phía rotor là dương với tốc độ dưới đồng bộ và âm khi ở tốc độ trên đồng bộ, tần số của điện áp này là tích của tần số lưới điện và trị tuyệt đối của S

Hình 2.5 Lưu lượng công suất DFIG

Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor

Cấu trúc bộ biến đổi phía rotor được thể hiện như hình 2.7 Bộ điều khiển được dùng để điều chỉnh công suất và điện áp (hoặc công suất phản kháng) của tuabin gió

đo tại các đầu lưới Công suất được điều chỉnh để theo 1 đặc tính công suất-tốc độ được xác định trước và được đặt tên là đường đặc trưng theo dõi Đặc trưng này được minh họa bằng các đường cong ABCD chồng lên với các đặc tính công suất cơ của tuabin đạt được ở tốc độ gió khác nhau Tốc độ thực tế của tuabin ωr được đo và công suất cơ tương ứng của các đặc tính theo dõi được chiếu như hình Đặc tính theo dõi được quy định bởi bốn điểm: A, B, C và D Từ tốc độ không đến tốc độ của các điểm

A thì công suất là 0 Giữa điểm A và điểm B đặc trưng theo dõi là một đường thẳng Giữa điểm B và điểm C đặc tính theo dõi là quỹ tích của công suất tối đa của tuabin (cực đại của công suất so với đường cong tốc độ tuabin) Đặc trưng theo dõi là một đường thẳng từ điểm C và điểm D Công suất tại điểm D là 1 pu Ngoài điểm D công suất là một hằng số và bằng 1 pu Thực tế công suất điện đo tại các đầu lưới của tuabin gió được thêm vào tổng số tổn thất điện (cơ và điện) và được so sánh với công suất tham chiếu thu được từ đường đặc trưng theo dõi Một bộ điều chỉnh theo tỷ lệ-tích phân (PI) được sử dụng để làm giảm thiểu các lỗi công suất đến 0

Hình 2.6: Đường đặc tính công suất-tốc độ

AC Voltage Regulator

vac

4

Hình 2.7: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor

Đầu ra của bộ điều chỉnh này là tham chiếu dòng rotor Iqr_ref mà phải được thêm vào rotor bởi bộ biến đổi phía rotor Đây là thành phần dòng điện mà tạo ra mômen xoắn điện từ Tem Thành phần Iqr thực tế được so sánh với Iqr_ref và lỗi này là giảm xuống bằng 0 bởi một bộ điều chỉnh dòng điện (PI) Đầu ra của bộ điều khiển dòng điện này là điện áp Vqr được tạo ra bởi bộ biến đổi phía rotor Bộ điều chỉnh dòng điện được hỗ trợ bởi điều kiện cung cấp về phía trước mà dự đoán Vqr

Điện áp ở cuối lưới điện được điều khiển bởi công suất phản kháng được phát ra hoặc bị hấp thụ bởi các bộ biến đổi phía rotor Công suất phản kháng được trao đổi giữa bộ biến đổi phía rotor và lưới điện, thông qua các máy phát điện Trong quá trình trao đổi máy phát điện hấp thụ công suất phản kháng để cung cấp lẫn nhau và cuộn cảm Công suất phản kháng dư thừa được đưa đến lưới điện hoặc đến bộ biến đổi phía rotor

hi tuabin gió được vận hành trong chế độ điều chỉnh điện áp, nó thực hiện các đặc trưng -I như hình 2.8:

Hình 2.8: Đường đặc trưng V-I

Trong chế độ điều chỉnh điện áp đặc tính I được mô tả bởi các phương trình sau đây:

V= Vref + I* Xs

V điện áp dương

I dòng điện phản ứng (pu/Pnom) (I>0 cho biết dòng điện cảm ứng)

Xs độ dốc điện kháng (pu/Pnom)

Pnom công suất định mức của bộ chuyển đổi

Khi tuabin gió được vận hành trong chế độ điều chỉnh công suất phản kháng tại cuối lưới điện được giữ ổn định bởi một bộ điều chỉnh var Đầu ra của bộ điều chỉnh điện áp hoặc bộ điều chỉnh var là dòng điện tham chiếu trục d Idr_ref mà phải được thêm vào rotor bởi bộ chuyển đổi phía rotor Bộ điều chỉnh dòng điện giống như đối với điều khiển công suất được sử dụng để điều chỉnh thành phần thực tế Idr của chuỗi dòng điện dương đến giá trị tham chiếu của nó Đầu ra của bộ điều chỉnh này là điện áp Vdr trục d được tạo ra bởi bộ chuyển đổi phía rotor VdR và VqR tương ứng là d-trục và q-trục của điện áp VR

Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới

Bộ chuyển đổi phía lưới được có cấu trúc như hình 2.9 Bộ điều khiển sử dụng để điều chỉnh điện áp bus C Ngoài ra còn được sử dụng để phát hoặc hấp thu công suất

phản kháng

DC Voltage Regulator

V dcw_ref

V dcw – +

+ –

i dgw

i dgw_ref

Current Measurement

and coordinate

transformation

i gw

+ –

v gw

i qgw_ref

i qgw

Current Regulator (v qgw , v dgw)

Hình 2.9: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới

Hệ thống điều khiển bao gồm:

Một hệ thống đo lường đo thành phần d và q của dòng điện AC cũng như để điều khiển điện áp bus DC VDC

Một vòng lặp điều chỉnh bên ngoài bao gồm một điều chỉnh điện áp DC

Một vòng lặp điều chỉnh dòng điện bên trong bao gồm một điều chỉnh dòng điện

Bộ điều chỉnh dòng điện điều khiển biên độ và pha của điện áp được tạo ra bởi bộ chuyển đổi phía lưới (VGC) từ Idgc_ref tạo ra bởi các điều chỉnh điện áp DC và tham chiếu Iq_ref

Hệ thống điều khiển góc xoay của cánh quạt gió

Sơ đồ bộ điều khiển góc xoay của cánh quạt gió thể hiện như hình 2.10 Góc Pitch được giữ ổn định ở mức không cho đến khi tốc độ đạt đến tốc độ điểm D của đường đặc tính theo dõi hi vượt quá điểm D thì góc Pitch tỉ lệ thuận với độ lệch tốc

độ từ điểm D Tốc độ gió nên được lựa chọn sao cho tốc độ quay thấp hơn tốc độ tại điểm D [4]

Hình 2.10:Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió

2.2 TIÊU CHUẨN KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN

b) Chế độ điều khiển công suất phát:

Nhà máy điện gió phải có khả năng điều chỉnh phát công suất tác dụng theo lệnh của Cấp điều độ có quyền điều khiển phù hợp với sự biến đổi của nguồn năng lượng

sơ cấp trong thời gian không quá 30 giây với độ sai số trong dải ± 01 % công suất định mức, cụ thể như sau:

- Phát công suất theo đúng lệnh điều độ trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên bằng hoặc lớn hơn giá trị dự báo;

- Phát công suất lớn nhất có thể trong trường hợp nguồn sơ cấp biến thiên thấp hơn giá trị dự báo

2.2.2 Tần số phát

Nhà máy điện gió tại mọi thời điểm đang nối lưới phải có khả năng duy trì vận hành phát điện trong thời gian tối thiểu tương ứng với các dải tần số vận hành theo quy định

Có khả năng phát công suất tác dụng định mức liên tục trong dải tần số từ 49 Hz đến 51 Hz Trong dải tần số từ 47 5 z đến 49 Hz, mức giảm công suất không được vượt quá giá trị tính theo tỷ lệ yêu cầu của mức giảm tần số hệ thống điện, phù hợp với