- Ảnh hưởng qua lại giữa hệ thống lưới điện phân phối và hệ thống năng lượng mặt trời. - Ảnh hưởng của hệ thống năng lượng mặt trời đối với lưới điện. - Ảnh hưởng của lưới điện đến hệ thống năng lượng mặt trời. - 19 CHƢƠNG 2: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI KẾT NỐI VÀO LƢỚI PHÂN PHỐI. - Lưới phân phối và hệ thống bảo vệ. - Tổng quan về hệ thống điện. - Hệ thống rơle bảo vệ lưới điện phân phối. - Mô phỏng sự hoạt động của hệ thống bảo vệ lưới điện phân phối. - Mô hình hệ thống năng lượng mặt trời và hệ thống bảo vệ ngắt kết nối. - Mô hình hệ thống năng lượng mặt trời(nguồn PV. - Hệ thống bảo vệ kết nối. - 38 iv CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ NGẮN MẠCH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HẠN CHẾ SỰ NGẮT KẾT NỐI KHÔNG MONG MUỐN. - Phân tích hành vi của hệ thống năng lượng mặt trời kết nối vào lưới điện phân phối. - Kịch bản thứ nhất: ngắn mạch trên nhánh 6 – có hệ thống NLMT kết nối. - Kịch bản thứ 2: ngắn mạch trên nhánh 5 – không có hệ thống NLMT kết nối. - Đề xuất phương thức cài đặt cho rơle bảo vệ kết nối để đảm bảo tính chọn lọc. - 51 Bảng 3.2: Cấu hình bảo vệ kết nối cho nguồn PV. - 47 Hình 3.3:Độ lớn điện áp thứ tự không đo được tại điểm kết nối nguồn PV. - 47 Hình 3.4: Dòng điện của hệ thống NLMT khi sự cố A – N tại N9. - 49 Hình 3.7: Điện áp của hệ thống NLMT khi sự cố ba pha trên nhánh 5. - 50 Hình 3.8 : Điện áp của hệ thống NLMT trước và sau khi sử dụng giải pháp. - 56 Hình 3.10: Đặc tính LVRT đề xuất cài đặt cho rơle bảo vệ kết nối. - 59 Hình 3.14: Điện áp tại điểm đặt rơle bảo vệ kết nối nguồn PV. - Tuy nhiên việc kết nối hệ thống NLMT vào lưới phân phối gây ra một số tác động đối với hệ thống: ảnh hưởng đến trào lưu công suất, chất lượng điện năng, hệ thống bảo vệ của lưới điện. - Mặt khác, các chế độ vận hành, các nhiễu loạn trên lưới điện cũng ảnh hưởng tới hệ thống NLMT. - Trong đề tài tác giả nghiên cứu ảnh 2 hưởng của hiện tượng sụt áp (do ngắn mạch) đến sự hoạt động của hệ thống NLMT. - Khi áp dụng các tiêu chuẩn này, đặc biệt là tiêu chuẩn về điện áp, các hố điện áp gây ra bởi sự cố ngắn mạch dẫn đến việc ngắt kết nối hàng loạt các hệ thống NLMT nối lưới bởi bảo vệ kết nối của nó. - Tuy nhiên, đôi khi sự ngắt kết nối này là không mong muốn, đặc biệt là sự cố ở trên xuất tuyến kế cận (không phải là xuất tuyến có NLMT kết nối vào). - Xuất phát từ lý do trên, đề tài “Phân tích hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời kết nối vào lưới phân phối khi có hiện tượng sụt áp” là hết sức cần thiết nhằm nghiên cứu và đề ra giải pháp để tăng khả năng kết nối hệ thống NLMT vào lưới điện khi gặp nhiễu loạn xảy ra trên lưới điện. - Phân tích hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời kết nối với lưới phân phối khi có hiện tượng sụt áp khi có những hệ thống rơle bảo vệ. - Dựa vào kết quả phân tích xác định được các trường hợp cắt không mong muốn hệ thống NLMT ra khỏi lưới điện khi gặp hiện tượng sụt áp. - Đề ra giải pháp để hệ thống NLMT ngắt kết nối khi sự cố trong vùng tác động của nó và giữ kết nối đối với các trường hợp ngoài vùng tác động. - Xây dựng mô hình lưới phân phối trung áp và và hệ thống bảo vệ lưới. - Xây dựng mô hình hệ thống năng lượng mặt trời với các bảo vệ kết nối của nó. - Áp dụng các mô hình trên để xây dựng một hệ thống năng lượng mặt trời kết nối với lưới điện trung áp. - Bằng cách mô phỏng sẽ phân tích được hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời kết nối với lưới phân phối trong trường hợp sụt áp (do 3 ngắn mạch). - Kết quả mô phỏng phải chỉ ra được các trường hợp mà hệ thống NLMT tách lưới không mong muốn. - Phương pháp nghiên cứu: Pháp nghiên cứu chủ yếu được tác giả áp dụng trong quá trình thực hiện luận văn là sử dụng phần mềm Matlab Simulink để mô phỏng phân tích hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời kết nối với lưới phân phối khi gặp hiện tượng sụt áp. - Bên cạnh đó, mô phỏng sẽ chỉ ra được các trường hợp mà hệ thống năng lượng mặt trời tách lưới không mong muốn. - Mô hình hệ thống năng lƣợng mặt trời và hệ thống bảo vệ ngắt kết nối 2.2.1. - Mô hình hệ thống năng lƣợng mặt trời(nguồn PV) Trong phần này tác giả giới thiệu chi tiết mô hình nguồn năng lượng mặt trời. - Dưới đây là mô hình điều khiển nguồn điện mặt trời PV[AR_CHAU]: Hình 2.12: Mô hình điều khiển PV Thuật toán điều khiển là điều chỉnh dòng công suất bơm vào (điều chỉnh P/Q), bởi hệ thống NLMT, tại điểm kết nối. - Trong đó : P và Q : là công suất tác dụng và công suất phản kháng của hệ thống NLMT. - dVvà qV: là các thành phần của điện áp đo được tại điểm kết nối hệ thống NLMT trong hệ tọa độ Park dIvà qI: là thành phần của dòng điện cần bơm vào của hệ thống NLMT. - Các dòng điện này phụ thuộc vào công suất yêu cầu và điện áp đo được tại điểm kết nối. - Hình 2.14 mô tả công suất của hệ thống năng lượng mặt trời đã mô hình hóa. - Hệ thống bảo vệ kết nối Các bảo kết nối được sử dụng cho cho mọi nguồn điện kết nối vào lưới phân phối. - Nhiệm vụ của bảo vệ kết nối là cắt các nguồn điện ra khỏi lưới khi có sự cố xảy ra trên lưới để bảo vệ lưới và nguồn điện. - Thông thường, các bảo vệ kết nối được tích hợp trong các bộ nghịch lưu. - Phổ biến hiện nay các bảo vệ kết nối của nguồn PV có các chức năng cơ bản như sau. - Trong nội dung luận văn, với yêu cầu nghiên cứu sự làm việc của các bảo vệ kết nối nguồn PV khi có sự cố ngắn mạch trên lưới điện gây sụt áp nên tác giả sẽ chỉ cài đặt chức năng thấp áp ANSI 27 và quá áp thứ tự không 59N. - Hiện nay tại Việt nam chưa có một tiêu chuẩn cụ thể cho các bảo vệ kết nối này. - Vì vậy tác giả lấy tiêu chuẩn các bảo vệ kết nối của nước Pháp cho các nguồn phân tán kết nối vào lưới điện trung áp[ERDF_13E], [ARRETE_08]. - Các bảo vệ kết nối có các ngưỡng bảo vệ như sau. - Với mục đích nghiên cứu sự làm việc của các bảo vệ kết nối nguồn PV khi có sự cố ngắn mạch trên lưới điện gây sụt áp nên tác giả sẽ chỉ thiết lập hai chức năngthấp áp ANSI 27 và quá áp thứ tự không 59N trong mô hình bảo vệ tách kết nối của nguồn PV. - Vậy trong chương 2, tác giả đã mô tả một cách chi tiết một mô hình tổng thể bao gồm lưới điện, hệ thống NLMT và các hệ thống bảo vệ. - Trong chương tiếp theo, dựa trên các phần tử đã được mô phỏng, tác giả tiến hành nghiên cứu và phân tích hành vi của hệ thống năng lượng mặt trời khi gặp hiện tượng sụt áp trên lưới điện. - 45 CHƢƠNG 3: PHÂN TÍCH CÁC SỰ CỐ NGẮN MẠCH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP HẠN CHẾ SỰ NGẮT KẾT NỐI KHÔNG MONG MUỐN 3.1. - Phân tích hành vi của hệ thống năng lƣợng mặt trời kết nối vào lƣới điện phân phối. - Trong phần này, tác giả nghiên cứu sự hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời kết nối vào lưới điện phân phối khi gặp hiện tượng sụt áp ( gây ra bởi ngắn mạch), tất cả các nghiên cứu được thực hiện bằng mô phỏng. - Hệ thống điện trung áp này có đặt các bảo vệ quá dòng (quá dòng pha và quá dòng thứ tự không) có thời gian trễ t = 0,5s. - Hai nguồn PV có công suất 500kW (bảo vệ kết nối loại H.1) hoặc hai nguồn PV có công suất 2MW (bảo vệ kết nối loại H.2. - 47 Hình3.2 : Dòng điện ba pha khi sự cố A- N tại N9 Trong trường hợp sự cố một pha này tại điểm kết nối cả hai nguồn PV, điện áp thứ tự không tăng lên lớn hơn giá trị cài đặt V0set= 0,1Vn và sẽ khởi động chức năng quá áp thứ tự không (hình 3.3) và sau khi bảo vệ tác động, tất cả các hệ thống PV sẽ bị cắt ra khỏi lưới. - Hình 3.3:Độ lớn điện áp thứ tự không đo được tại điểm kết nối nguồn PV Time(s)Voltage(pu) phase aphase bphase c Time(s)Voltage(pu) phase aphase bphase c Current (A Time(s)Voltage(pu) phase aphase bphase c Time(s)Voltage(pu) phase aphase bphase c Current (A) 48 Trong trường hợp cả hai nguồn hệ thống NLMT có công suất 500kW đều được cài đặt cấu hình bảo vệ kết nối loại H.1, hệ thống PV sẽ bị cắt ra khỏi lưới ngay lập tức ngay khi xuất hiện ngắn mạch. - Hình 3.4 mô tả dòng điện của hệ thống NLMT 500kW kết nối vào nút 14 của lưới điện. - Hình3.4: Dòng điện của hệ thống NLMT khi sự cố A – N tại N9 Trong trường hợp hai hệ thống NLMT có công suất 2MW kết nối vào lưới, bảo vệ kết nối sẽ là loại H.2. - Vậy khi bảo vệ quá dòng đầu xuất tuyến gửi tín hiệu ngắt kết nối để loại trừ sự cố, hệ thống NLMT cũng sẽ bị cắt ra ngay lập tức bởi bảo vệ kết nối. - Trong khi đó, dòng điện đầu xuất tuyến - nhánh 06 (có các hệ thống NLMT kết nối vào) vẫn trong ngưỡng cho phép vì vậy bảo vệ đầu xuất tuyến 6 không tác động và nhánh này vẫn kết nối vào lưới điện. - Hình 3.5: Độ lớn dòng điện ba pha trên nhánh 5 Hình 3.6: Độ lớn dòng điện ba pha trên nhánh 6 Trong trường hợp cả hai nguồn hệ thống NLMT có công suất 500kW đều được cài đặt cấu hình bảo vệ kết nối loại H.1, hệ thống PV sẽ bị cắt ra khỏi lưới ngay lập tức ngay khi xuất hiện ngắn mạch vì điện áp tại điểm kết nối giảm xuống và thấp hơn 85%Uđm. - x 104Time(s)Curent(A) phase aphase bphase c Time(s)Curent(A) phase aphase bphase c 50 Trong trường hợp kết nối hai hệ thống NLMT 2MW với bảo vệ kết nối là loại H.2. - Khi xảy ra ngắn mạch ba pha, các hệ thống NLMT cũng bị ngắt kết nối ngay lập tức như trường hợp trên. - Hình 3.7 mô tả điện áp của hệ thống NLMT 2MW kết nối vào nút 14 của lưới điện, nó chỉ rõ hệ thống NLMT bị cắt ra khỏi lưới ngay sau khi xuất hiện ngắn mạch. - Sự ngắt kết nối tất cả các hệ thống NLMT ra khỏi nhánh 6 trong trường hợp ngắn mạch trên xuất tuyến kề cận (nhánh 5 - không có hệ thống NLMT kết nối vào) là không chính xác. - Riêng ngắn mạch một pha không gây ra sự ngắt kết nối hệ thống NLMT ra khỏi lưới vì thời gian trễ của bảo vệ kết nối được cài đặt là 1s (t0+0.5s) trong khi đó bảo vệ quá dòng đầu xuất tuyến kề cận tác động sau 500ms. - Bên cạnh đó, nhiều trường hợp ngắt kết nối không muốn của các hệ thống NLMT được xác định. - Để hạn chế sự ngắt kết nối không mong muốn này, trong mục 3.2 tác giả sẽ đề xuất phương thức cài đặt cho bảo vệ kết nối của hệ thống NLMT để đảm bảo tính chọn lọc . - Đề xuất phƣơng thức cài đặt cho rơle bảo vệ kết nối để đảm bảo tính chọn lọc Trước hết chúng ta sẽ phân tích sự ảnh hưởng của các sự cố ngắn mạch ở lưới điện trung áp đến sự làm việc của các rơle bảo vệ kết nối nguồn PV. - Sau đó hệ thống và nguồn PV sẽ quay lại về trạng thái làm việc bình thường. - Vì vậy, cần xác định được một giải pháp cần thiết để giảm thiểu những tác động tách lưới không mong muốn của hệ thống bảo vệ thấp/quá áp cho nguồn PV. - Vì vậy, phương pháp này có thể ngăn chặn sự ngắt kết nối không mong muốn khi ngắn mạch xuất hiện trên xuất tuyến kề cận. - Hình 3.8 mô tả điện áp của hệ thống NLMT 500kW với hai trường hợp có và không có sử dụng phương pháp đề xuất. - Vì vậy điện áp của hệ thống NLMT trở lại điện áp ban đầu sau khi ngắn mạch bị loại trừ. - Nguồn PV vẫn kết nối với lưới vì thời gian trễ của bảo vệ kết nối loại H1 (t0+0.5s) lớn hơn 500ms. - Hình 3.8 : Điện áp của hệ thống NLMT trước và sau khi sử dụng giải pháp Ưu và nhược điểm của phương án. - Hình 3.9: Đặc tính LVRT đề xuất cài đặt cho nguồn lớn 5MW Trong phần này, tác giả đề xuất thêm phương án thứ 2 là phối hợp giữa độ lớn điện áp và thời gian tác động của rơle bảo vệ kết nối. - 57 Hình 3.10: Đặc tính LVRT đề xuất cài đặt cho rơle bảo vệ kết nối Mô hình rơ le thấp áp theo đặc tính LVRT Để thực hiện được chức năng tác động theo độ lớn điện áp thì rơle thấp áp được thiết lập dựa trên sơ đồ khối ở hình3.11. - Hình 3.14mô tả điện áp của hệ thống NLMT. - Trong quá trình ngắn mạch điện áp của hệ thống NLMT luôn lớn hơn điện áp giới hạn của LVRT, sau 500ms sự cố trên xuất tuyến nhánh 05 bị loại trừ bởi bảo vệ quá dòng và điện áp trên nhánh 06 phục hồi như cũ, trong trường hợp này hệ thống NLMT vẫn kết nối vào xuất tuyến 06 của lưới trung áp. - Kết luận Qua mô phỏng các kịch bản trên, ta có thể thấy rằng các hệ thống NLMT rất nhạy cảm với các hố điện áp có thế gây ra sự ngắt kết nối của các hệ thống NLMT ra khỏi lưới. - Đề tài này tập trung vào việc nghiên cứu và phân tích hành vi của nguồn NLMT kết nối vào lưới phân phối khi gặp hiện tượng sụt áp gây ra bởi các sự cố ngắn mạch. - Đầu tiên, tác giả đã thực hiện mô phỏng hệ thống NLMT kết nối vào một lưới trung áp cụ thể bao gồm cả bảo vệ kết nối và bảo vệ của lưới điện bằng phần mềm Simulink. - Tiếp đó, qua việc nghiên cứu và phân tích hành vi của hệ thống NLMT khi có hiện tượng sụt áp, có thể thấy rằng bộ nghịch lưu (có tích hợp bảo vệ kết nối) của hệ thống NLMT rất nhạy cảm với các hố điện áp gây ra việc ngắt kết nối các hệ thống NLMT ra khỏi lưới điện, đôi khi sự ngắt kết nối này là không mong muốn, đặc biệt là sự cố ở trên các xuất tuyến kế cận(không phải là xuất tuyến có NLMT kết nối vào). - Hai phương pháp đề xuất đảm bảo nguồn NLMT ngắt kết nối khi có ngắn mạch xảy ra trong vùng tác động của nó (NM trên xuất tuyến có nguồn NLMT kết nối vào) và sẽ không ngắt kết nối khi ngắn mạch ngoài vùng tác động 63 của nó (NM trên xuất tuyến kế cận). - Như vậy, hai phương pháp này được đề xuất nhằm tăng khả năng kết nối hệ thống NLMT vào lưới điện khi gặp hiện tượng sụt áp trên lưới điện. - Luận văn hiện tại mới chỉ nghiên cứu hành vi của hệ thống NLMT khi gặp hiện tượng sụt áp gây ra do sự cố ngắn mạch tuy nhiên trên lưới điện có rất nhiều loại nhiễu loạn khác nhau. - Trong tương lai, tác giả cần nghiên cứu thêm tác động của các nhiễu loạn đó đến sự hoạt động không chính xác của hệ thống NLMT. - Bên cạnh đó, hai phương pháp tác giả đề xuất chỉ mới là thay đổi thời gian trễ của các rơle bảo vệ kết nối, ta có thể mở rộng hướng nghiên cứu về việc xây dựng các thuật toán điều khiển thông minh cho bộ nghịch lưu NLMT để hạn chế sự hoạt động không chính xác nhằm tăng khả năng kết nối chắc chắn của hệ thống NLMT vào lưới phân phối. - [LV_BKHN] Lê Thị Minh Trang (2011), Nghiên cứu ảnh hưởng của các nguồn phân tán tới hệ thống rơle bảo vệ: Luận văn thạc sĩ khoa học chuyên ngành kỹ thuật điện, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2011. - [LUOI_TB] PGS.TS Trần Bách (2007), Lưới điện và Hệ thống điện 1, NXB Khoa học và Kỹ thuật. - Trần Đình Long, “Bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật 2009
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt