Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ
TÓM TẮT
Đề tài “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ” được tiến hành trong khoảng thời gian 1 năm tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Sau thời gian nghiên cứu đề tài được triển khai và tập trung giải quyết các vấn đề sau:
• Tìm hiểu các loại máy phát điện gió.
• Tìm hiểu máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG (Doubly-Fed Induction Generator).
• Phân tích và điều khiển ổn định điện áp trong hệ thống điện.
• Tìm hiểu bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM .
• Ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áptrong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió.
• Tiềm hiểu về Logic mờ.
• Thiết kế bộ điều khiển Logic mờ cho STATCOM để nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió.
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i
LỜI CẢM ƠN iv
TÓM TẮT v
ABSTRACT vi
LỜI CAM ĐOAN vii
LÝ LỊCH KHOA HỌC viii
MỤC LỤC ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 3
1.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài 4
1.3.1 Tính cấp thiết của đề tài 4
1.3.2 Ý nghĩa luận văn 6
1.3.3 Tính thực tiễn của đề tài 6
1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ 6
1.5 Phương pháp giải quyết 7
1.6 Giới hạn đề tài 7
1.7 Điểm mới của luận văn 7
1.8 Phạm vi ứng dụng 7
1.9 Bố cục của luận văn 7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8
2.1 Bối cảnh lịch sử phát triển : 8
2.2 Tổng quan về năng lượng gió 10
2.2.1 Thực trạng năng lượng và môi trường 10
2.2.2 Thực tại phát triển của năng lượng gió trên thế giới. 11
2.2.3 Tình hình phát triển năng lượng gió trong nước 19
2.3 Kỹ thuật hiện tại của tuabin gió 23
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 26
3.1 Giới thiệu 26
3.2 Cấu tạo của hệ thống phát điện gió 26
3.2.1 Tháp đỡ 27
3.2.2 Cánh quạt tuabin 27
3.2.3 Bộ phận điều hướng 27
3.2.4 Bộ phận điều khiển tốc độ 28
3.3 Các loại máy phát trong hệ thống năng lượng gió 28
3.3.1 Máy phát điện đồng bộ 28
3.3.2 Máy phát điện cảm ứng 29
3.3.3 Máy phát điện cảm ứng rotor lồng sóc 30
3.3.4 Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn 30
3.4 Các hệ thống tuabin gió 30
3.4.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 30
3.4.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 31
3.5 Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG 32
3.5.1 Nguyên lý làm việc của DFIG: 34
3.5.2 Lưu lượng công suất của DFIG: 35
3.5.3 Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 36
3.5.4 Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 39
3.5.5 Hệ thống điều khiển góc xoay của cánh quạt gió 40
CHƯƠNG 4
HÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 41
4.1.ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 42
4.2. CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 44
4.2.1. Giới hạn điện áp 44
4.2.2. Giới hạn nhiệt 45
4.2.3. Giới hạn ổn định 46
4.3. Cơ sơ kiến thức trong điều khiển hệ thống điện 50
CHƯƠNG 5:BỘ BÙ ĐỒNG BỘ TĨNH STATCOM 53
5.1 TỔNG QUAN VỀ STATCOM 53
5.2Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM 55
5.2.1 Cấu trúc cơ bản của STATCOM 55
5.2.2 Nguyên lý hoạt động của STATCOM 55
5.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG NGHIÊN CỨU 59
5.3.1 Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu 60
5.3.2 Hệ thống điều khiển STATCOM 61
5.3.3 Kết quả mô phỏng 62
5.4 LÝ THUYẾT VỀ LOGIC MỜ ( FUZZY LOGIC) 65
5.4.1 Logic truyền thống hay logic ‘giòn’: 65
5.4.2 Khái niệm Logic mờ: 66
5.4.2.1 Khái niệm về tập mờ: 66
5.4.3 Các toán tử logic trên tập mờ: 68
5.4.4 Luật mờ 70
5.4.5 Thủ tục ra quyết định mờ: (fuzzy decision making procedure) 70
5.5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ CHO STATCOM ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ 72
5.5.1 Mô hình bộ điều khiển Logic mờ 72
5.5.2 Ứng dụng bộ điều khiển Logic mờ vào bộ điều khiển STATCOM 73
5.5.3 Kết quả mô phỏng 77
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
6.1 Kết luận 81
6.2 Kiến nghị 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004 2
Bảng 2.1: Lịch sử tuabin gió 8
Bảng 2.2: Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn 9
Bảng 2.3: Tổng công suất lắp đặt Bắc Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 15
Bảng 2.4: Tổng công suất lắp đặt Nam và Trung Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 17
Bảng 2.5: Tổng công suất lắp đặt Châu Á (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 18
Bảng 2.6: Tổng công suất lắp đặt Trung Đông và Châu Phi (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 19
Bảng 2.7: Tiềm năng năng lượng gió ở Đông Nam Á [8] 20
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Top 10 nước có công suất lắp đặt tích lũy 11
Hình 2.2: Top 10 nước có công suất lắp đặt mới 12
Hình 2.3: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt trên toàn thế giới 12
Hình 2.4: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu 13
Hình 2.5: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu 14
Hình 2.6: Tổng công suất lắp đặt ở Canada 16
Hình 2.7: Tổng công suất lắp đặt ở Mỹ 16
Hình 2.8: Dự án điện gió Tuy Phong, Bình Thuận của công ty REVN 22
Hình 3.1: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 31
Hình 3.2: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 32
Hình 3.3: Máy phát không đồng bộ nguồn đôi DFIG 33
Hình 3.4: Hướng công suất của DFIG 33
Hình 3.5: Lưu lượng công suất DFIG 35
Hình 3.6: Đường đặt tính công suất – tốc độ[11] 37
Hình 3.7: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 37
Hình 3.8: Đường đặc trưng V-I[11] 38
Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 39
Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió 40
Hình 4.1: Phân loại ổn định trong hệ thống điện 42
Hình 4.2: Các đường cong P-V không có bù, có bù song song 44
Hình 4.3a: Hệ thống điện 46
Hình 4.3b: Đường cong công suất – góc 47
Hình 4.4: Sự thay đổi góc của hệ thống ổn định quá độ (a) và hệ thống
mất ổn định (b) 48
Hình 4.5: Độ thay đổi góc của HT ổn định dao động bé (a),
HT ổn định dao động (b), HT mất ổn định (c) 49
Hình 4.6: Giới hạn vận hành của đường dây theo các mức điện áp 50
Hình 4.7: Mô hình đơn giản hệ thống hình tia hai thanh cái 51
Hình 5.1: Mạch điện tương đương của STATCOM 55
Hình 5.2: Cấu trúc cơ bản của STATCOM 55
Hình 5.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM .56
Hình 5.4: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 57
Hình 5.5: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 58
Hình 5.6: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 58
Hình 5.7: Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống nghiên cứu 59
Hình 5.8: Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu 60
Hình 5.9: Hệ thống điều khiển của STATCOM 61
Hình 5.10: Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3pha 64
Hình 5.11 - Biểu diễn tập nhiệt độ “NÓNG” 65
Hình 5.12 : Biểu diễn tập mờ của “các số nguyên nhỏ” 66
Hình 5.13 : Biểu diễn của các tập mờ “Trẻ”, “Trung niên”, và “Già” 67
Hình 5.14: Biểu diễn của các tập mờ……………………………………………..71 Hình 5.15: Mô hình Logic mờ 72
Hình 5.16: Sơ đồ khối bộ điều khiển 73
Hình 5.17: Cấu trúc mô hình Logic mờ 73
Hình 5.1: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển PI 74
Hình 5.2: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển Logic mờ 74
Hình 5.20: Các thông số đầu vào-đầu ra cho bộ điều khiển Logic mờ 75
Hình 5.21: Các tập luật của bộ điều khiển Logic mờ 76
Hình 5.22: Dữ liệu ngõ vào-ngõ ra của bộ điều khiển Logic mờ 77
Hình 5.23:Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3 pha 80
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất sản phẩm hàng hóa và cải thiện đời sống của con người. Chính vì vậy, nhà nước luôn quan tâm tới sự phát triển của ngành điện, tạo điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước.
Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị trường điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Thị trường điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nước và cho thấy những ưu điểm vượt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống. Hệ thống điện không ngừng phát triển cả về số lượng, chất lượng và độ tin cậy. Các nguồn năng lượng điện được sử dụng ngày càng nhiều và phong phú: gió, năng lượng mặt trời, sóng biển...
Năng lượng gió được sử dụng cách đây 3000 năm. Đến đầu thế kỉ 20, năng lượng gió được dùng để cung cấp năng lượng cơ học như bơm nước hay xay ngũ cốc. Vào đầu kỹ nguyên công nghiệp hiện đại, nguồn năng lượng gió được sử dụng để thay thế năng lượng hóa thạch hay hệ thống điện nhằm cung cấp nguồn năng lượng thích hợp hơn.
Đầu những năm 1970, do khủng hoảng giá dầu, việc nghiên cứu năng lượng gió được quan tâm. Vào thời điểm này, mục tiêu chính là dùng năng lượng gió cung cấp năng lượng điện thay thế cho năng lượng cơ học. Việc này đã làm cho năng lượng gió trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và thích hợp nhờ sử dụng nhiều kỹ thuật năng lượng khác – thông qua mạng lưới điện dùng như nguồn năng lượng dự phòng.
Tuabin gió đầu tiên dùng để phát điện được phát triển vào đầu thế kỷ 20. Kỹ thuật này được phát triển từng bước một từ đầu những năm 1970.Cuối những năm 1990, năng lượng gió trở thành một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất.Trong những thập kỷ cuối của thế kỷ 20, tổng năng lượng gió trên toàn thế giới tăng xấp xỉ gấp đôi sau mỗi 3 năm.Chi phí điện từ năng lượng gió giảm xuống còn 1/6 so với chi phí của đầu những năm 1980, và xu hướng giảm này vẫn tiếp tục. Các chuyên gia đoán rằng tổng năng lượng tích lũy trên toàn thế giới hằng năm sẽ tăng khoảng 25% một năm và chi phí sẽ giảm khoảng 20% - 40%.
Kỹ thuật năng lượng gió phát triển rất nhanh về mọi mặt. Cuối năm 1989, việc chế tạo một tuabin gió công suất 300 kW có đường kính rotor 30 m đòi hỏi kỹ thuật tối tân. Nhưng chỉ trong 10 năm sau đó, một tuabin gió công suất 2000 kW có đường
kính rotor vào khoảng 80m đã được sản xuất đại trà. Tiếp theo đó dự án dùng tuabin gió công suất 3 MW có đường kính rotor 90 m được lắp đặt vào cuối thế kỷ 20. Hiện tại, tuabin gió công suất 3 – 3.6 MW đã được thương mại hóa. Bên cạnh đó, tuabin gió công suất 4 – 5 MW đã được phát triển hay chuẩn bị kiểm tra trong một số dự án, và tuabin gió công suất 6 – 7 MW đang được phát triển trong tương lai gần. Bảng 1.1 cho ta cái nhìn về sự phát triển của tuabin gió từ năm 1985 đến năm 2004.
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004
Năm Công suất (kW) Đường kính rotor (m)
1985 50 15
1989 300 30
1992 500 37
1994 600 46
1998 1500 70
2003 3000 – 3600 90 – 104
2004 4500 – 5000 112 – 128
Việc đưa thêm vào sử dụng nguồn năng lượng điện gió giúp ta từng bước cân bằng lại nguồn năng lượng cung ứng cho hệ thống điện. Rõ ràng năng lượng gió là nguồn năng lượng tự nhiên và vô tận việc tận dụng một cách hiệu quả nguồn năng lượng này vào hệ thống điện quốc gia sẽ mang lại rất nhiếu lợi ích kinh tế đi kèm là các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Nhưng khi đưa nguồn gió vào hệ thống sẽ có những dao động, hay khi sự cố xảy ra thì chúng ta cần có những biện pháp để khắc phục nhanh và giúp hệ thống trở lại hoạt động bình thường.
Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây về sự phát triển của năng lượng gió đã đạt được, đề tài đề xuất tên “Nghiên cứu ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió” nhằm đảm bảo sự hoạt động bình thường, nâng cao độ ổn định của hệ thống khi đưa máy phát điện gió vào hệ thống lưới điện, nâng cao hiệu quả truyền tải trong hệ thống điện.
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
Hệ thống lưới điện truyền tải quốc gia cơ bản đáp ứng được các yêu cầu truyền tải điện năng từ các nhà máy điện cho các phụ tải, đảm bảo cung cấp điện phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và nhằm giảm tổn thất điện năng do truyền tải. Tuy nhiên, hệ thống vẫn chưa có khả năng cung ứng dự phòng, việc nghiên cứu đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới là vấn đề cấp thiết đáp ứng nhu cầu điện cũng như năng lượng quốc gia.Chính vì điều đó, việc nghiên cứu tính toán và thiết kế hệ thống nhà máy điện gió đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống điện quốc gia. Hiện nay, nhà nước ta có nhiều công trình ủng hộ nghiên cứu phát triển điện gió, cụ thể là:
• Chương trình dự án năng lượng gió GIZ “Tình hình phát triển điện gió và khả năng cung ứng tài chính cho các dự án ở Việt Nam”, Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai , Angelika Wasielke 2012 [1].
• Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước, đề tài mã số: 59A.01.12 “Máy điện dị bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo đảm phân ly giữa mômen và hệ số công suất”, Nguyễn Phùng Quang, 1998 [2].
• Dự án hợp tác Quỹ bảo vệ môi trường Việt Nam và Hội đồng kỹ thuật điện quốc tế ( IEC ) “European Wind Energy Association – EWEA”, Viện KHCN Môi Trường, 02/2012 [3].
Hiện tại, tại các quốc gia phát triển và các trường Đại học lớn trên thế giới cũng bắt tay vào nghiên cứu đấu nối vận hành các nhà máy phát gió lên lưới điện truyền tải, tối ưu hóa các luồn phân bố công suất nâng cao hiệu quả truyền tải, giảm chi phí, sử dụng như nguồn năng lượng dự phòng sạch. Cụ thể là:
• Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG After an External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede Blaabjerg, NORDIC WIND POWER CONFERENCE, 1-2 March, 2004, CHALMERS Chalmers university of [4].
• Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters, Stanford University; Wiley [5].
• Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator. Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex, France [6].
• Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application: Final Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado [7].
Bằng phương pháp đo đạc, chúng ta đã lập được biểu đồ quang khí hậu tại nhiều vùng của Việt Nam. Bản đồ quang khí hậu mà cụ thể là tốc độ gió sẽ cho cái nhìn chính xác hơn về điều kiện phát điện bằng năng lượng gió.
Với sự trợ giúp ngày càng nhiều và càng mạnh của máy tính, các chương trình tính toán được viết để mô hình hóa và mô phỏng công trình với các điều kiện địa lý, tự nhiên, khí hậu, vật liệu và kỹ thuật thiết bị. Nhờ đó, càng có thể đưa thêm nhiều ràng buộc đầu vào trong bài toán năng lượng gió, nhờ đó có thể đưa ra được những dự báo chính xác hơn.
1.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i
LỜI CẢM ƠN iv
TÓM TẮT v
ABSTRACT vi
LỜI CAM ĐOAN vii
LÝ LỊCH KHOA HỌC viii
MỤC LỤC ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 3
1.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài 4
1.3.1 Tính cấp thiết của đề tài 4
1.3.2 Ý nghĩa luận văn 6
1.3.3 Tính thực tiễn của đề tài 6
1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ 6
1.5 Phương pháp giải quyết 7
1.6 Giới hạn đề tài 7
1.7 Điểm mới của luận văn 7
1.8 Phạm vi ứng dụng 7
1.9 Bố cục của luận văn 7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8
2.1 Bối cảnh lịch sử phát triển : 8
2.2 Tổng quan về năng lượng gió 10
2.2.1 Thực trạng năng lượng và môi trường 10
2.2.2 Thực tại phát triển của năng lượng gió trên thế giới. 11
2.2.3 Tình hình phát triển năng lượng gió trong nước 19
2.3 Kỹ thuật hiện tại của tuabin gió 23
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 26
3.1 Giới thiệu 26
3.2 Cấu tạo của hệ thống phát điện gió 26
3.2.1 Tháp đỡ 27
3.2.2 Cánh quạt tuabin 27
3.2.3 Bộ phận điều hướng 27
3.2.4 Bộ phận điều khiển tốc độ 28
3.3 Các loại máy phát trong hệ thống năng lượng gió 28
3.3.1 Máy phát điện đồng bộ 28
3.3.2 Máy phát điện cảm ứng 29
3.3.3 Máy phát điện cảm ứng rotor lồng sóc 30
3.3.4 Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn 30
3.4 Các hệ thống tuabin gió 30
3.4.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 30
3.4.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 31
3.5 Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG 32
3.5.1 Nguyên lý làm việc của DFIG: 34
3.5.2 Lưu lượng công suất của DFIG: 35
3.5.3 Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 36
3.5.4 Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 39
3.5.5 Hệ thống điều khiển góc xoay của cánh quạt gió 40
CHƯƠNG 4HÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 41
4.1.ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 42
4.2. CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 44
4.2.1. Giới hạn điện áp 44
4.2.2. Giới hạn nhiệt 45
4.2.3. Giới hạn ổn định 46
4.3. Cơ sơ kiến thức trong điều khiển hệ thống điện 50
CHƯƠNG 5:BỘ BÙ ĐỒNG BỘ TĨNH STATCOM 53
5.1 TỔNG QUAN VỀ STATCOM 53
5.2Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM 55
5.2.1 Cấu trúc cơ bản của STATCOM 55
5.2.2 Nguyên lý hoạt động của STATCOM 55
5.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG NGHIÊN CỨU 59
5.3.1 Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu 60
5.3.2 Hệ thống điều khiển STATCOM 61
5.3.3 Kết quả mô phỏng 62
5.4 LÝ THUYẾT VỀ LOGIC MỜ ( FUZZY LOGIC) 65
5.4.1 Logic truyền thống hay logic ‘giòn’: 65
5.4.2 Khái niệm Logic mờ: 66
5.4.2.1 Khái niệm về tập mờ: 66
5.4.3 Các toán tử logic trên tập mờ: 68
5.4.4 Luật mờ 70
5.4.5 Thủ tục ra quyết định mờ: (fuzzy decision making procedure) 70
5.5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ CHO STATCOM ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ 72
5.5.1 Mô hình bộ điều khiển Logic mờ 72
5.5.2 Ứng dụng bộ điều khiển Logic mờ vào bộ điều khiển STATCOM 73
5.5.3 Kết quả mô phỏng 77
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
6.1 Kết luận 81
6.2 Kiến nghị 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004 2
Bảng 2.1: Lịch sử tuabin gió 8
Bảng 2.2: Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn 9
Bảng 2.3: Tổng công suất lắp đặt Bắc Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 15
Bảng 2.4: Tổng công suất lắp đặt Nam và Trung Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 17
Bảng 2.5: Tổng công suất lắp đặt Châu Á (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 18
Bảng 2.6: Tổng công suất lắp đặt Trung Đông và Châu Phi (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 19
Bảng 2.7: Tiềm năng năng lượng gió ở Đông Nam Á [8] 20
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Top 10 nước có công suất lắp đặt tích lũy 11
Hình 2.2: Top 10 nước có công suất lắp đặt mới 12
Hình 2.3: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt trên toàn thế giới 12
Hình 2.4: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu 13
Hình 2.5: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu 14
Hình 2.6: Tổng công suất lắp đặt ở Canada 16
Hình 2.7: Tổng công suất lắp đặt ở Mỹ 16
Hình 2.8: Dự án điện gió Tuy Phong, Bình Thuận của công ty REVN 22
Hình 3.1: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 31
Hình 3.2: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 32
Hình 3.3: Máy phát không đồng bộ nguồn đôi DFIG 33
Hình 3.4: Hướng công suất của DFIG 33
Hình 3.5: Lưu lượng công suất DFIG 35
Hình 3.6: Đường đặt tính công suất – tốc độ[11] 37
Hình 3.7: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 37
Hình 3.8: Đường đặc trưng V-I[11] 38
Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 39
Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió 40
Hình 4.1: Phân loại ổn định trong hệ thống điện 42
Hình 4.2: Các đường cong P-V không có bù, có bù song song 44
Hình 4.3a: Hệ thống điện 46
Hình 4.3b: Đường cong công suất – góc 47
Hình 4.4: Sự thay đổi góc của hệ thống ổn định quá độ (a) và hệ thống
mất ổn định (b) 48
Hình 4.5: Độ thay đổi góc của HT ổn định dao động bé (a),
HT ổn định dao động (b), HT mất ổn định (c) 49
Hình 4.6: Giới hạn vận hành của đường dây theo các mức điện áp 50
Hình 4.7: Mô hình đơn giản hệ thống hình tia hai thanh cái 51
Hình 5.1: Mạch điện tương đương của STATCOM 55
Hình 5.2: Cấu trúc cơ bản của STATCOM 55
Hình 5.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM .56
Hình 5.4: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 57
Hình 5.5: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 58
Hình 5.6: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 58
Hình 5.7: Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống nghiên cứu 59
Hình 5.8: Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu 60
Hình 5.9: Hệ thống điều khiển của STATCOM 61
Hình 5.10: Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3pha 64
Hình 5.11 - Biểu diễn tập nhiệt độ “NÓNG” 65
Hình 5.12 : Biểu diễn tập mờ của “các số nguyên nhỏ” 66
Hình 5.13 : Biểu diễn của các tập mờ “Trẻ”, “Trung niên”, và “Già” 67
Hình 5.14: Biểu diễn của các tập mờ……………………………………………..71 Hình 5.15: Mô hình Logic mờ 72
Hình 5.16: Sơ đồ khối bộ điều khiển 73
Hình 5.17: Cấu trúc mô hình Logic mờ 73
Hình 5.1: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển PI 74
Hình 5.2: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển Logic mờ 74
Hình 5.20: Các thông số đầu vào-đầu ra cho bộ điều khiển Logic mờ 75
Hình 5.21: Các tập luật của bộ điều khiển Logic mờ 76
Hình 5.22: Dữ liệu ngõ vào-ngõ ra của bộ điều khiển Logic mờ 77
Hình 5.23:Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3 pha 80
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất sản phẩm hàng hóa và cải thiện đời sống của con người. Chính vì vậy, nhà nước luôn quan tâm tới sự phát triển của ngành điện, tạo điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước.
Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị trường điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Thị trường điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nước và cho thấy những ưu điểm vượt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống. Hệ thống điện không ngừng phát triển cả về số lượng, chất lượng và độ tin cậy. Các nguồn năng lượng điện được sử dụng ngày càng nhiều và phong phú: gió, năng lượng mặt trời, sóng biển...
Năng lượng gió được sử dụng cách đây 3000 năm. Đến đầu thế kỉ 20, năng lượng gió được dùng để cung cấp năng lượng cơ học như bơm nước hay xay ngũ cốc. Vào đầu kỹ nguyên công nghiệp hiện đại, nguồn năng lượng gió được sử dụng để thay thế năng lượng hóa thạch hay hệ thống điện nhằm cung cấp nguồn năng lượng thích hợp hơn.
Đầu những năm 1970, do khủng hoảng giá dầu, việc nghiên cứu năng lượng gió được quan tâm. Vào thời điểm này, mục tiêu chính là dùng năng lượng gió cung cấp năng lượng điện thay thế cho năng lượng cơ học. Việc này đã làm cho năng lượng gió trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và thích hợp nhờ sử dụng nhiều kỹ thuật năng lượng khác – thông qua mạng lưới điện dùng như nguồn năng lượng dự phòng.
Tuabin gió đầu tiên dùng để phát điện được phát triển vào đầu thế kỷ 20. Kỹ thuật này được phát triển từng bước một từ đầu những năm 1970.Cuối những năm 1990, năng lượng gió trở thành một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất.Trong những thập kỷ cuối của thế kỷ 20, tổng năng lượng gió trên toàn thế giới tăng xấp xỉ gấp đôi sau mỗi 3 năm.Chi phí điện từ năng lượng gió giảm xuống còn 1/6 so với chi phí của đầu những năm 1980, và xu hướng giảm này vẫn tiếp tục. Các chuyên gia đoán rằng tổng năng lượng tích lũy trên toàn thế giới hằng năm sẽ tăng khoảng 25% một năm và chi phí sẽ giảm khoảng 20% - 40%.
Kỹ thuật năng lượng gió phát triển rất nhanh về mọi mặt. Cuối năm 1989, việc chế tạo một tuabin gió công suất 300 kW có đường kính rotor 30 m đòi hỏi kỹ thuật tối tân. Nhưng chỉ trong 10 năm sau đó, một tuabin gió công suất 2000 kW có đường
kính rotor vào khoảng 80m đã được sản xuất đại trà. Tiếp theo đó dự án dùng tuabin gió công suất 3 MW có đường kính rotor 90 m được lắp đặt vào cuối thế kỷ 20. Hiện tại, tuabin gió công suất 3 – 3.6 MW đã được thương mại hóa. Bên cạnh đó, tuabin gió công suất 4 – 5 MW đã được phát triển hay chuẩn bị kiểm tra trong một số dự án, và tuabin gió công suất 6 – 7 MW đang được phát triển trong tương lai gần. Bảng 1.1 cho ta cái nhìn về sự phát triển của tuabin gió từ năm 1985 đến năm 2004.
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004
Năm Công suất (kW) Đường kính rotor (m)
1985 50 15
1989 300 30
1992 500 37
1994 600 46
1998 1500 70
2003 3000 – 3600 90 – 104
2004 4500 – 5000 112 – 128
Việc đưa thêm vào sử dụng nguồn năng lượng điện gió giúp ta từng bước cân bằng lại nguồn năng lượng cung ứng cho hệ thống điện. Rõ ràng năng lượng gió là nguồn năng lượng tự nhiên và vô tận việc tận dụng một cách hiệu quả nguồn năng lượng này vào hệ thống điện quốc gia sẽ mang lại rất nhiếu lợi ích kinh tế đi kèm là các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Nhưng khi đưa nguồn gió vào hệ thống sẽ có những dao động, hay khi sự cố xảy ra thì chúng ta cần có những biện pháp để khắc phục nhanh và giúp hệ thống trở lại hoạt động bình thường.
Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây về sự phát triển của năng lượng gió đã đạt được, đề tài đề xuất tên “Nghiên cứu ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió” nhằm đảm bảo sự hoạt động bình thường, nâng cao độ ổn định của hệ thống khi đưa máy phát điện gió vào hệ thống lưới điện, nâng cao hiệu quả truyền tải trong hệ thống điện.
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
Hệ thống lưới điện truyền tải quốc gia cơ bản đáp ứng được các yêu cầu truyền tải điện năng từ các nhà máy điện cho các phụ tải, đảm bảo cung cấp điện phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và nhằm giảm tổn thất điện năng do truyền tải. Tuy nhiên, hệ thống vẫn chưa có khả năng cung ứng dự phòng, việc nghiên cứu đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới là vấn đề cấp thiết đáp ứng nhu cầu điện cũng như năng lượng quốc gia.Chính vì điều đó, việc nghiên cứu tính toán và thiết kế hệ thống nhà máy điện gió đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống điện quốc gia. Hiện nay, nhà nước ta có nhiều công trình ủng hộ nghiên cứu phát triển điện gió, cụ thể là:
• Chương trình dự án năng lượng gió GIZ “Tình hình phát triển điện gió và khả năng cung ứng tài chính cho các dự án ở Việt Nam”, Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai , Angelika Wasielke 2012 [1].
• Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước, đề tài mã số: 59A.01.12 “Máy điện dị bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo đảm phân ly giữa mômen và hệ số công suất”, Nguyễn Phùng Quang, 1998 [2].
• Dự án hợp tác Quỹ bảo vệ môi trường Việt Nam và Hội đồng kỹ thuật điện quốc tế ( IEC ) “European Wind Energy Association – EWEA”, Viện KHCN Môi Trường, 02/2012 [3].
Hiện tại, tại các quốc gia phát triển và các trường Đại học lớn trên thế giới cũng bắt tay vào nghiên cứu đấu nối vận hành các nhà máy phát gió lên lưới điện truyền tải, tối ưu hóa các luồn phân bố công suất nâng cao hiệu quả truyền tải, giảm chi phí, sử dụng như nguồn năng lượng dự phòng sạch. Cụ thể là:
• Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG After an External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede Blaabjerg, NORDIC WIND POWER CONFERENCE, 1-2 March, 2004, CHALMERS Chalmers university of [4].
• Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters, Stanford University; Wiley [5].
• Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator. Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex, France [6].
• Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application: Final Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado [7].
Bằng phương pháp đo đạc, chúng ta đã lập được biểu đồ quang khí hậu tại nhiều vùng của Việt Nam. Bản đồ quang khí hậu mà cụ thể là tốc độ gió sẽ cho cái nhìn chính xác hơn về điều kiện phát điện bằng năng lượng gió.
Với sự trợ giúp ngày càng nhiều và càng mạnh của máy tính, các chương trình tính toán được viết để mô hình hóa và mô phỏng công trình với các điều kiện địa lý, tự nhiên, khí hậu, vật liệu và kỹ thuật thiết bị. Nhờ đó, càng có thể đưa thêm nhiều ràng buộc đầu vào trong bài toán năng lượng gió, nhờ đó có thể đưa ra được những dự báo chính xác hơn.
1.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài
ABSTRACT
Thesis “APPLIED RESEARCH STATCOM TO ENHANCED VOLTAGE STABILITY IN POWER SYSTEMS COMBINED WITH WIND POWER” has been done for a year at Ho Chi Minh University Of Technology And Education. The thesis’s content focused on:
• Learning the wind energy.
• Learning DFIG (Doubly-Fed Induction Generator).
• Analyzes and controlsvoltage stablility in the power systems.
• Learning STATCOM (Static Synchronous Compensator)
• Application STATCOM to enhance voltage stability in power systems
combined with wind power.
• Learning Fuzzylogic.
• Designing Fuzzy logic controller for STATCOM to enhance voltage stability in power systems combined with wind power
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ
TÓM TẮT
Đề tài “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ” được tiến hành trong khoảng thời gian 1 năm tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Sau thời gian nghiên cứu đề tài được triển khai và tập trung giải quyết các vấn đề sau:
• Tìm hiểu các loại máy phát điện gió.
• Tìm hiểu máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG (Doubly-Fed Induction Generator).
• Phân tích và điều khiển ổn định điện áp trong hệ thống điện.
• Tìm hiểu bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM .
• Ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áptrong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió.
• Tiềm hiểu về Logic mờ.
• Thiết kế bộ điều khiển Logic mờ cho STATCOM để nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió.
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i
LỜI CẢM ƠN iv
TÓM TẮT v
ABSTRACT vi
LỜI CAM ĐOAN vii
LÝ LỊCH KHOA HỌC viii
MỤC LỤC ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 3
1.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài 4
1.3.1 Tính cấp thiết của đề tài 4
1.3.2 Ý nghĩa luận văn 6
1.3.3 Tính thực tiễn của đề tài 6
1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ 6
1.5 Phương pháp giải quyết 7
1.6 Giới hạn đề tài 7
1.7 Điểm mới của luận văn 7
1.8 Phạm vi ứng dụng 7
1.9 Bố cục của luận văn 7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8
2.1 Bối cảnh lịch sử phát triển : 8
2.2 Tổng quan về năng lượng gió 10
2.2.1 Thực trạng năng lượng và môi trường 10
2.2.2 Thực tại phát triển của năng lượng gió trên thế giới. 11
2.2.3 Tình hình phát triển năng lượng gió trong nước 19
2.3 Kỹ thuật hiện tại của tuabin gió 23
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 26
3.1 Giới thiệu 26
3.2 Cấu tạo của hệ thống phát điện gió 26
3.2.1 Tháp đỡ 27
3.2.2 Cánh quạt tuabin 27
3.2.3 Bộ phận điều hướng 27
3.2.4 Bộ phận điều khiển tốc độ 28
3.3 Các loại máy phát trong hệ thống năng lượng gió 28
3.3.1 Máy phát điện đồng bộ 28
3.3.2 Máy phát điện cảm ứng 29
3.3.3 Máy phát điện cảm ứng rotor lồng sóc 30
3.3.4 Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn 30
3.4 Các hệ thống tuabin gió 30
3.4.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 30
3.4.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 31
3.5 Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG 32
3.5.1 Nguyên lý làm việc của DFIG: 34
3.5.2 Lưu lượng công suất của DFIG: 35
3.5.3 Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 36
3.5.4 Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 39
3.5.5 Hệ thống điều khiển góc xoay của cánh quạt gió 40
CHƯƠNG 4
HÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 414.1.ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 42
4.2. CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 44
4.2.1. Giới hạn điện áp 44
4.2.2. Giới hạn nhiệt 45
4.2.3. Giới hạn ổn định 46
4.3. Cơ sơ kiến thức trong điều khiển hệ thống điện 50
CHƯƠNG 5:BỘ BÙ ĐỒNG BỘ TĨNH STATCOM 53
5.1 TỔNG QUAN VỀ STATCOM 53
5.2Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM 55
5.2.1 Cấu trúc cơ bản của STATCOM 55
5.2.2 Nguyên lý hoạt động của STATCOM 55
5.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG NGHIÊN CỨU 59
5.3.1 Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu 60
5.3.2 Hệ thống điều khiển STATCOM 61
5.3.3 Kết quả mô phỏng 62
5.4 LÝ THUYẾT VỀ LOGIC MỜ ( FUZZY LOGIC) 65
5.4.1 Logic truyền thống hay logic ‘giòn’: 65
5.4.2 Khái niệm Logic mờ: 66
5.4.2.1 Khái niệm về tập mờ: 66
5.4.3 Các toán tử logic trên tập mờ: 68
5.4.4 Luật mờ 70
5.4.5 Thủ tục ra quyết định mờ: (fuzzy decision making procedure) 70
5.5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ CHO STATCOM ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ 72
5.5.1 Mô hình bộ điều khiển Logic mờ 72
5.5.2 Ứng dụng bộ điều khiển Logic mờ vào bộ điều khiển STATCOM 73
5.5.3 Kết quả mô phỏng 77
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
6.1 Kết luận 81
6.2 Kiến nghị 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004 2
Bảng 2.1: Lịch sử tuabin gió 8
Bảng 2.2: Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn 9
Bảng 2.3: Tổng công suất lắp đặt Bắc Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 15
Bảng 2.4: Tổng công suất lắp đặt Nam và Trung Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 17
Bảng 2.5: Tổng công suất lắp đặt Châu Á (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 18
Bảng 2.6: Tổng công suất lắp đặt Trung Đông và Châu Phi (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 19
Bảng 2.7: Tiềm năng năng lượng gió ở Đông Nam Á [8] 20
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Top 10 nước có công suất lắp đặt tích lũy 11
Hình 2.2: Top 10 nước có công suất lắp đặt mới 12
Hình 2.3: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt trên toàn thế giới 12
Hình 2.4: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu 13
Hình 2.5: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu 14
Hình 2.6: Tổng công suất lắp đặt ở Canada 16
Hình 2.7: Tổng công suất lắp đặt ở Mỹ 16
Hình 2.8: Dự án điện gió Tuy Phong, Bình Thuận của công ty REVN 22
Hình 3.1: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 31
Hình 3.2: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 32
Hình 3.3: Máy phát không đồng bộ nguồn đôi DFIG 33
Hình 3.4: Hướng công suất của DFIG 33
Hình 3.5: Lưu lượng công suất DFIG 35
Hình 3.6: Đường đặt tính công suất – tốc độ[11] 37
Hình 3.7: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 37
Hình 3.8: Đường đặc trưng V-I[11] 38
Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 39
Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió 40
Hình 4.1: Phân loại ổn định trong hệ thống điện 42
Hình 4.2: Các đường cong P-V không có bù, có bù song song 44
Hình 4.3a: Hệ thống điện 46
Hình 4.3b: Đường cong công suất – góc 47
Hình 4.4: Sự thay đổi góc của hệ thống ổn định quá độ (a) và hệ thống
mất ổn định (b) 48
Hình 4.5: Độ thay đổi góc của HT ổn định dao động bé (a),
HT ổn định dao động (b), HT mất ổn định (c) 49
Hình 4.6: Giới hạn vận hành của đường dây theo các mức điện áp 50
Hình 4.7: Mô hình đơn giản hệ thống hình tia hai thanh cái 51
Hình 5.1: Mạch điện tương đương của STATCOM 55
Hình 5.2: Cấu trúc cơ bản của STATCOM 55
Hình 5.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM .56
Hình 5.4: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 57
Hình 5.5: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 58
Hình 5.6: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 58
Hình 5.7: Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống nghiên cứu 59
Hình 5.8: Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu 60
Hình 5.9: Hệ thống điều khiển của STATCOM 61
Hình 5.10: Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3pha 64
Hình 5.11 - Biểu diễn tập nhiệt độ “NÓNG” 65
Hình 5.12 : Biểu diễn tập mờ của “các số nguyên nhỏ” 66
Hình 5.13 : Biểu diễn của các tập mờ “Trẻ”, “Trung niên”, và “Già” 67
Hình 5.14: Biểu diễn của các tập mờ……………………………………………..71 Hình 5.15: Mô hình Logic mờ 72
Hình 5.16: Sơ đồ khối bộ điều khiển 73
Hình 5.17: Cấu trúc mô hình Logic mờ 73
Hình 5.1: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển PI 74
Hình 5.2: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển Logic mờ 74
Hình 5.20: Các thông số đầu vào-đầu ra cho bộ điều khiển Logic mờ 75
Hình 5.21: Các tập luật của bộ điều khiển Logic mờ 76
Hình 5.22: Dữ liệu ngõ vào-ngõ ra của bộ điều khiển Logic mờ 77
Hình 5.23:Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3 pha 80
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất sản phẩm hàng hóa và cải thiện đời sống của con người. Chính vì vậy, nhà nước luôn quan tâm tới sự phát triển của ngành điện, tạo điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước.
Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị trường điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Thị trường điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nước và cho thấy những ưu điểm vượt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống. Hệ thống điện không ngừng phát triển cả về số lượng, chất lượng và độ tin cậy. Các nguồn năng lượng điện được sử dụng ngày càng nhiều và phong phú: gió, năng lượng mặt trời, sóng biển...
Năng lượng gió được sử dụng cách đây 3000 năm. Đến đầu thế kỉ 20, năng lượng gió được dùng để cung cấp năng lượng cơ học như bơm nước hay xay ngũ cốc. Vào đầu kỹ nguyên công nghiệp hiện đại, nguồn năng lượng gió được sử dụng để thay thế năng lượng hóa thạch hay hệ thống điện nhằm cung cấp nguồn năng lượng thích hợp hơn.
Đầu những năm 1970, do khủng hoảng giá dầu, việc nghiên cứu năng lượng gió được quan tâm. Vào thời điểm này, mục tiêu chính là dùng năng lượng gió cung cấp năng lượng điện thay thế cho năng lượng cơ học. Việc này đã làm cho năng lượng gió trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và thích hợp nhờ sử dụng nhiều kỹ thuật năng lượng khác – thông qua mạng lưới điện dùng như nguồn năng lượng dự phòng.
Tuabin gió đầu tiên dùng để phát điện được phát triển vào đầu thế kỷ 20. Kỹ thuật này được phát triển từng bước một từ đầu những năm 1970.Cuối những năm 1990, năng lượng gió trở thành một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất.Trong những thập kỷ cuối của thế kỷ 20, tổng năng lượng gió trên toàn thế giới tăng xấp xỉ gấp đôi sau mỗi 3 năm.Chi phí điện từ năng lượng gió giảm xuống còn 1/6 so với chi phí của đầu những năm 1980, và xu hướng giảm này vẫn tiếp tục. Các chuyên gia đoán rằng tổng năng lượng tích lũy trên toàn thế giới hằng năm sẽ tăng khoảng 25% một năm và chi phí sẽ giảm khoảng 20% - 40%.
Kỹ thuật năng lượng gió phát triển rất nhanh về mọi mặt. Cuối năm 1989, việc chế tạo một tuabin gió công suất 300 kW có đường kính rotor 30 m đòi hỏi kỹ thuật tối tân. Nhưng chỉ trong 10 năm sau đó, một tuabin gió công suất 2000 kW có đường
kính rotor vào khoảng 80m đã được sản xuất đại trà. Tiếp theo đó dự án dùng tuabin gió công suất 3 MW có đường kính rotor 90 m được lắp đặt vào cuối thế kỷ 20. Hiện tại, tuabin gió công suất 3 – 3.6 MW đã được thương mại hóa. Bên cạnh đó, tuabin gió công suất 4 – 5 MW đã được phát triển hay chuẩn bị kiểm tra trong một số dự án, và tuabin gió công suất 6 – 7 MW đang được phát triển trong tương lai gần. Bảng 1.1 cho ta cái nhìn về sự phát triển của tuabin gió từ năm 1985 đến năm 2004.
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004
Năm Công suất (kW) Đường kính rotor (m)
1985 50 15
1989 300 30
1992 500 37
1994 600 46
1998 1500 70
2003 3000 – 3600 90 – 104
2004 4500 – 5000 112 – 128
Việc đưa thêm vào sử dụng nguồn năng lượng điện gió giúp ta từng bước cân bằng lại nguồn năng lượng cung ứng cho hệ thống điện. Rõ ràng năng lượng gió là nguồn năng lượng tự nhiên và vô tận việc tận dụng một cách hiệu quả nguồn năng lượng này vào hệ thống điện quốc gia sẽ mang lại rất nhiếu lợi ích kinh tế đi kèm là các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Nhưng khi đưa nguồn gió vào hệ thống sẽ có những dao động, hay khi sự cố xảy ra thì chúng ta cần có những biện pháp để khắc phục nhanh và giúp hệ thống trở lại hoạt động bình thường.
Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây về sự phát triển của năng lượng gió đã đạt được, đề tài đề xuất tên “Nghiên cứu ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió” nhằm đảm bảo sự hoạt động bình thường, nâng cao độ ổn định của hệ thống khi đưa máy phát điện gió vào hệ thống lưới điện, nâng cao hiệu quả truyền tải trong hệ thống điện.
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
Hệ thống lưới điện truyền tải quốc gia cơ bản đáp ứng được các yêu cầu truyền tải điện năng từ các nhà máy điện cho các phụ tải, đảm bảo cung cấp điện phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và nhằm giảm tổn thất điện năng do truyền tải. Tuy nhiên, hệ thống vẫn chưa có khả năng cung ứng dự phòng, việc nghiên cứu đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới là vấn đề cấp thiết đáp ứng nhu cầu điện cũng như năng lượng quốc gia.Chính vì điều đó, việc nghiên cứu tính toán và thiết kế hệ thống nhà máy điện gió đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống điện quốc gia. Hiện nay, nhà nước ta có nhiều công trình ủng hộ nghiên cứu phát triển điện gió, cụ thể là:
• Chương trình dự án năng lượng gió GIZ “Tình hình phát triển điện gió và khả năng cung ứng tài chính cho các dự án ở Việt Nam”, Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai , Angelika Wasielke 2012 [1].
• Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước, đề tài mã số: 59A.01.12 “Máy điện dị bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo đảm phân ly giữa mômen và hệ số công suất”, Nguyễn Phùng Quang, 1998 [2].
• Dự án hợp tác Quỹ bảo vệ môi trường Việt Nam và Hội đồng kỹ thuật điện quốc tế ( IEC ) “European Wind Energy Association – EWEA”, Viện KHCN Môi Trường, 02/2012 [3].
Hiện tại, tại các quốc gia phát triển và các trường Đại học lớn trên thế giới cũng bắt tay vào nghiên cứu đấu nối vận hành các nhà máy phát gió lên lưới điện truyền tải, tối ưu hóa các luồn phân bố công suất nâng cao hiệu quả truyền tải, giảm chi phí, sử dụng như nguồn năng lượng dự phòng sạch. Cụ thể là:
• Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG After an External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede Blaabjerg, NORDIC WIND POWER CONFERENCE, 1-2 March, 2004, CHALMERS Chalmers university of [4].
• Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters, Stanford University; Wiley [5].
• Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator. Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex, France [6].
• Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application: Final Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado [7].
Bằng phương pháp đo đạc, chúng ta đã lập được biểu đồ quang khí hậu tại nhiều vùng của Việt Nam. Bản đồ quang khí hậu mà cụ thể là tốc độ gió sẽ cho cái nhìn chính xác hơn về điều kiện phát điện bằng năng lượng gió.
Với sự trợ giúp ngày càng nhiều và càng mạnh của máy tính, các chương trình tính toán được viết để mô hình hóa và mô phỏng công trình với các điều kiện địa lý, tự nhiên, khí hậu, vật liệu và kỹ thuật thiết bị. Nhờ đó, càng có thể đưa thêm nhiều ràng buộc đầu vào trong bài toán năng lượng gió, nhờ đó có thể đưa ra được những dự báo chính xác hơn.
1.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i
LỜI CẢM ƠN iv
TÓM TẮT v
ABSTRACT vi
LỜI CAM ĐOAN vii
LÝ LỊCH KHOA HỌC viii
MỤC LỤC ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG xiii
DANH SÁCH CÁC HÌNH xiv
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước 3
1.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài 4
1.3.1 Tính cấp thiết của đề tài 4
1.3.2 Ý nghĩa luận văn 6
1.3.3 Tính thực tiễn của đề tài 6
1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ 6
1.5 Phương pháp giải quyết 7
1.6 Giới hạn đề tài 7
1.7 Điểm mới của luận văn 7
1.8 Phạm vi ứng dụng 7
1.9 Bố cục của luận văn 7
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 8
2.1 Bối cảnh lịch sử phát triển : 8
2.2 Tổng quan về năng lượng gió 10
2.2.1 Thực trạng năng lượng và môi trường 10
2.2.2 Thực tại phát triển của năng lượng gió trên thế giới. 11
2.2.3 Tình hình phát triển năng lượng gió trong nước 19
2.3 Kỹ thuật hiện tại của tuabin gió 23
CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 26
3.1 Giới thiệu 26
3.2 Cấu tạo của hệ thống phát điện gió 26
3.2.1 Tháp đỡ 27
3.2.2 Cánh quạt tuabin 27
3.2.3 Bộ phận điều hướng 27
3.2.4 Bộ phận điều khiển tốc độ 28
3.3 Các loại máy phát trong hệ thống năng lượng gió 28
3.3.1 Máy phát điện đồng bộ 28
3.3.2 Máy phát điện cảm ứng 29
3.3.3 Máy phát điện cảm ứng rotor lồng sóc 30
3.3.4 Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn 30
3.4 Các hệ thống tuabin gió 30
3.4.1 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 30
3.4.2 Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 31
3.5 Máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG 32
3.5.1 Nguyên lý làm việc của DFIG: 34
3.5.2 Lưu lượng công suất của DFIG: 35
3.5.3 Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 36
3.5.4 Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 39
3.5.5 Hệ thống điều khiển góc xoay của cánh quạt gió 40
CHƯƠNG 4
HÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 414.1.ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 42
4.2. CÁC GIỚI HẠN ỔN ĐỊNH TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN 44
4.2.1. Giới hạn điện áp 44
4.2.2. Giới hạn nhiệt 45
4.2.3. Giới hạn ổn định 46
4.3. Cơ sơ kiến thức trong điều khiển hệ thống điện 50
CHƯƠNG 5:BỘ BÙ ĐỒNG BỘ TĨNH STATCOM 53
5.1 TỔNG QUAN VỀ STATCOM 53
5.2Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM 55
5.2.1 Cấu trúc cơ bản của STATCOM 55
5.2.2 Nguyên lý hoạt động của STATCOM 55
5.3 CẤU TRÚC HỆ THỐNG NGHIÊN CỨU 59
5.3.1 Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu 60
5.3.2 Hệ thống điều khiển STATCOM 61
5.3.3 Kết quả mô phỏng 62
5.4 LÝ THUYẾT VỀ LOGIC MỜ ( FUZZY LOGIC) 65
5.4.1 Logic truyền thống hay logic ‘giòn’: 65
5.4.2 Khái niệm Logic mờ: 66
5.4.2.1 Khái niệm về tập mờ: 66
5.4.3 Các toán tử logic trên tập mờ: 68
5.4.4 Luật mờ 70
5.4.5 Thủ tục ra quyết định mờ: (fuzzy decision making procedure) 70
5.5 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC MỜ CHO STATCOM ĐỂ NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ 72
5.5.1 Mô hình bộ điều khiển Logic mờ 72
5.5.2 Ứng dụng bộ điều khiển Logic mờ vào bộ điều khiển STATCOM 73
5.5.3 Kết quả mô phỏng 77
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
6.1 Kết luận 81
6.2 Kiến nghị 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO 82
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004 2
Bảng 2.1: Lịch sử tuabin gió 8
Bảng 2.2: Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn 9
Bảng 2.3: Tổng công suất lắp đặt Bắc Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 15
Bảng 2.4: Tổng công suất lắp đặt Nam và Trung Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 17
Bảng 2.5: Tổng công suất lắp đặt Châu Á (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 18
Bảng 2.6: Tổng công suất lắp đặt Trung Đông và Châu Phi (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006 19
Bảng 2.7: Tiềm năng năng lượng gió ở Đông Nam Á [8] 20
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Top 10 nước có công suất lắp đặt tích lũy 11
Hình 2.2: Top 10 nước có công suất lắp đặt mới 12
Hình 2.3: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt trên toàn thế giới 12
Hình 2.4: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu 13
Hình 2.5: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu 14
Hình 2.6: Tổng công suất lắp đặt ở Canada 16
Hình 2.7: Tổng công suất lắp đặt ở Mỹ 16
Hình 2.8: Dự án điện gió Tuy Phong, Bình Thuận của công ty REVN 22
Hình 3.1: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi 31
Hình 3.2: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi 32
Hình 3.3: Máy phát không đồng bộ nguồn đôi DFIG 33
Hình 3.4: Hướng công suất của DFIG 33
Hình 3.5: Lưu lượng công suất DFIG 35
Hình 3.6: Đường đặt tính công suất – tốc độ[11] 37
Hình 3.7: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 37
Hình 3.8: Đường đặc trưng V-I[11] 38
Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 39
Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió 40
Hình 4.1: Phân loại ổn định trong hệ thống điện 42
Hình 4.2: Các đường cong P-V không có bù, có bù song song 44
Hình 4.3a: Hệ thống điện 46
Hình 4.3b: Đường cong công suất – góc 47
Hình 4.4: Sự thay đổi góc của hệ thống ổn định quá độ (a) và hệ thống
mất ổn định (b) 48
Hình 4.5: Độ thay đổi góc của HT ổn định dao động bé (a),
HT ổn định dao động (b), HT mất ổn định (c) 49
Hình 4.6: Giới hạn vận hành của đường dây theo các mức điện áp 50
Hình 4.7: Mô hình đơn giản hệ thống hình tia hai thanh cái 51
Hình 5.1: Mạch điện tương đương của STATCOM 55
Hình 5.2: Cấu trúc cơ bản của STATCOM 55
Hình 5.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM .56
Hình 5.4: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực 57
Hình 5.5: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù 58
Hình 5.6: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù 58
Hình 5.7: Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống nghiên cứu 59
Hình 5.8: Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu 60
Hình 5.9: Hệ thống điều khiển của STATCOM 61
Hình 5.10: Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3pha 64
Hình 5.11 - Biểu diễn tập nhiệt độ “NÓNG” 65
Hình 5.12 : Biểu diễn tập mờ của “các số nguyên nhỏ” 66
Hình 5.13 : Biểu diễn của các tập mờ “Trẻ”, “Trung niên”, và “Già” 67
Hình 5.14: Biểu diễn của các tập mờ……………………………………………..71 Hình 5.15: Mô hình Logic mờ 72
Hình 5.16: Sơ đồ khối bộ điều khiển 73
Hình 5.17: Cấu trúc mô hình Logic mờ 73
Hình 5.1: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển PI 74
Hình 5.2: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển Logic mờ 74
Hình 5.20: Các thông số đầu vào-đầu ra cho bộ điều khiển Logic mờ 75
Hình 5.21: Các tập luật của bộ điều khiển Logic mờ 76
Hình 5.22: Dữ liệu ngõ vào-ngõ ra của bộ điều khiển Logic mờ 77
Hình 5.23:Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3 pha 80
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất sản phẩm hàng hóa và cải thiện đời sống của con người. Chính vì vậy, nhà nước luôn quan tâm tới sự phát triển của ngành điện, tạo điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước.
Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị trường điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Thị trường điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nước và cho thấy những ưu điểm vượt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền thống. Hệ thống điện không ngừng phát triển cả về số lượng, chất lượng và độ tin cậy. Các nguồn năng lượng điện được sử dụng ngày càng nhiều và phong phú: gió, năng lượng mặt trời, sóng biển...
Năng lượng gió được sử dụng cách đây 3000 năm. Đến đầu thế kỉ 20, năng lượng gió được dùng để cung cấp năng lượng cơ học như bơm nước hay xay ngũ cốc. Vào đầu kỹ nguyên công nghiệp hiện đại, nguồn năng lượng gió được sử dụng để thay thế năng lượng hóa thạch hay hệ thống điện nhằm cung cấp nguồn năng lượng thích hợp hơn.
Đầu những năm 1970, do khủng hoảng giá dầu, việc nghiên cứu năng lượng gió được quan tâm. Vào thời điểm này, mục tiêu chính là dùng năng lượng gió cung cấp năng lượng điện thay thế cho năng lượng cơ học. Việc này đã làm cho năng lượng gió trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và thích hợp nhờ sử dụng nhiều kỹ thuật năng lượng khác – thông qua mạng lưới điện dùng như nguồn năng lượng dự phòng.
Tuabin gió đầu tiên dùng để phát điện được phát triển vào đầu thế kỷ 20. Kỹ thuật này được phát triển từng bước một từ đầu những năm 1970.Cuối những năm 1990, năng lượng gió trở thành một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất.Trong những thập kỷ cuối của thế kỷ 20, tổng năng lượng gió trên toàn thế giới tăng xấp xỉ gấp đôi sau mỗi 3 năm.Chi phí điện từ năng lượng gió giảm xuống còn 1/6 so với chi phí của đầu những năm 1980, và xu hướng giảm này vẫn tiếp tục. Các chuyên gia đoán rằng tổng năng lượng tích lũy trên toàn thế giới hằng năm sẽ tăng khoảng 25% một năm và chi phí sẽ giảm khoảng 20% - 40%.
Kỹ thuật năng lượng gió phát triển rất nhanh về mọi mặt. Cuối năm 1989, việc chế tạo một tuabin gió công suất 300 kW có đường kính rotor 30 m đòi hỏi kỹ thuật tối tân. Nhưng chỉ trong 10 năm sau đó, một tuabin gió công suất 2000 kW có đường
kính rotor vào khoảng 80m đã được sản xuất đại trà. Tiếp theo đó dự án dùng tuabin gió công suất 3 MW có đường kính rotor 90 m được lắp đặt vào cuối thế kỷ 20. Hiện tại, tuabin gió công suất 3 – 3.6 MW đã được thương mại hóa. Bên cạnh đó, tuabin gió công suất 4 – 5 MW đã được phát triển hay chuẩn bị kiểm tra trong một số dự án, và tuabin gió công suất 6 – 7 MW đang được phát triển trong tương lai gần. Bảng 1.1 cho ta cái nhìn về sự phát triển của tuabin gió từ năm 1985 đến năm 2004.
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004
Năm Công suất (kW) Đường kính rotor (m)
1985 50 15
1989 300 30
1992 500 37
1994 600 46
1998 1500 70
2003 3000 – 3600 90 – 104
2004 4500 – 5000 112 – 128
Việc đưa thêm vào sử dụng nguồn năng lượng điện gió giúp ta từng bước cân bằng lại nguồn năng lượng cung ứng cho hệ thống điện. Rõ ràng năng lượng gió là nguồn năng lượng tự nhiên và vô tận việc tận dụng một cách hiệu quả nguồn năng lượng này vào hệ thống điện quốc gia sẽ mang lại rất nhiếu lợi ích kinh tế đi kèm là các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Nhưng khi đưa nguồn gió vào hệ thống sẽ có những dao động, hay khi sự cố xảy ra thì chúng ta cần có những biện pháp để khắc phục nhanh và giúp hệ thống trở lại hoạt động bình thường.
Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây về sự phát triển của năng lượng gió đã đạt được, đề tài đề xuất tên “Nghiên cứu ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió” nhằm đảm bảo sự hoạt động bình thường, nâng cao độ ổn định của hệ thống khi đưa máy phát điện gió vào hệ thống lưới điện, nâng cao hiệu quả truyền tải trong hệ thống điện.
1.2 Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước
Hệ thống lưới điện truyền tải quốc gia cơ bản đáp ứng được các yêu cầu truyền tải điện năng từ các nhà máy điện cho các phụ tải, đảm bảo cung cấp điện phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và nhằm giảm tổn thất điện năng do truyền tải. Tuy nhiên, hệ thống vẫn chưa có khả năng cung ứng dự phòng, việc nghiên cứu đưa vào sử dụng các nguồn năng lượng mới là vấn đề cấp thiết đáp ứng nhu cầu điện cũng như năng lượng quốc gia.Chính vì điều đó, việc nghiên cứu tính toán và thiết kế hệ thống nhà máy điện gió đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống điện quốc gia. Hiện nay, nhà nước ta có nhiều công trình ủng hộ nghiên cứu phát triển điện gió, cụ thể là:
• Chương trình dự án năng lượng gió GIZ “Tình hình phát triển điện gió và khả năng cung ứng tài chính cho các dự án ở Việt Nam”, Phan Thanh Tùng, Vũ Chi Mai , Angelika Wasielke 2012 [1].
• Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước, đề tài mã số: 59A.01.12 “Máy điện dị bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo đảm phân ly giữa mômen và hệ số công suất”, Nguyễn Phùng Quang, 1998 [2].
• Dự án hợp tác Quỹ bảo vệ môi trường Việt Nam và Hội đồng kỹ thuật điện quốc tế ( IEC ) “European Wind Energy Association – EWEA”, Viện KHCN Môi Trường, 02/2012 [3].
Hiện tại, tại các quốc gia phát triển và các trường Đại học lớn trên thế giới cũng bắt tay vào nghiên cứu đấu nối vận hành các nhà máy phát gió lên lưới điện truyền tải, tối ưu hóa các luồn phân bố công suất nâng cao hiệu quả truyền tải, giảm chi phí, sử dụng như nguồn năng lượng dự phòng sạch. Cụ thể là:
• Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG After an External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede Blaabjerg, NORDIC WIND POWER CONFERENCE, 1-2 March, 2004, CHALMERS Chalmers university of [4].
• Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters, Stanford University; Wiley [5].
• Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator. Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex, France [6].
• Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application: Final Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado [7].
Bằng phương pháp đo đạc, chúng ta đã lập được biểu đồ quang khí hậu tại nhiều vùng của Việt Nam. Bản đồ quang khí hậu mà cụ thể là tốc độ gió sẽ cho cái nhìn chính xác hơn về điều kiện phát điện bằng năng lượng gió.
Với sự trợ giúp ngày càng nhiều và càng mạnh của máy tính, các chương trình tính toán được viết để mô hình hóa và mô phỏng công trình với các điều kiện địa lý, tự nhiên, khí hậu, vật liệu và kỹ thuật thiết bị. Nhờ đó, càng có thể đưa thêm nhiều ràng buộc đầu vào trong bài toán năng lượng gió, nhờ đó có thể đưa ra được những dự báo chính xác hơn.
1.3 Các vấn đề nghiên cứu của đề tài
ABSTRACT
Thesis “APPLIED RESEARCH STATCOM TO ENHANCED VOLTAGE STABILITY IN POWER SYSTEMS COMBINED WITH WIND POWER” has been done for a year at Ho Chi Minh University Of Technology And Education. The thesis’s content focused on:
• Learning the wind energy.
• Learning DFIG (Doubly-Fed Induction Generator).
• Analyzes and controlsvoltage stablility in the power systems.
• Learning STATCOM (Static Synchronous Compensator)
• Application STATCOM to enhance voltage stability in power systems
combined with wind power.
• Learning Fuzzylogic.
• Designing Fuzzy logic controller for STATCOM to enhance voltage stability in power systems combined with wind power
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links