- Ở Việt Nam có rất nhiều đảo có điều kiện tương tự như những vùng đã lắp đặt hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trên thế giới [78]. - Như vậy, phát triển các hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel là rất cần thiết và phù hợp với xu hướng chung của thế giới. - Tình hình nghiên cứu về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập 2.1. - Tình hình nghiên cứu trên thế giới Đã có nhiều công trình nghiên cứu quan tâm đến việc lựa chọn hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel tối ưu. - Các nghiên cứu [85,87] đều nghiên cứu về tối ưu chế độ vận hành của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel, nhưng có thiết bị phụ trợ. - Từ đó, bình áp suất dùng để lưu trữ năng lượng được áp dụng vào hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel cấp nguồn cho một khu dân cư. - Do đó nghiên cứu [12] đã thiết kế và chế tạo máy phát điện gió công suất 10–30kW. - Nghiên cứu [32] đã mô phỏng chế độ vận hành theo hướng sử dụng tối đa năng lượng gió trên Matlab với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ trong lưới cô lập. - Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu Đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập thì hai chỉ tiêu quan trọng là chất lượng điện năng2 và tỷ lệ thâm nhập điện gió. - Qua phân tích tình hình nghiên cứu về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập cho thấy còn một số vấn đề chưa được giải quyết trọn vẹn, kết hợp với mục tiêu vừa trình bày thì luận án tập trung giải quyết các nhiệm vụ sau. - Nghiên cứu điều kiện vận hành ổn định hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập hoàn toàn không có thiết bị phụ trợ. - Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác điện gió mà vẫn đảm bảo chất lượng điện năng và vận hành ổn định đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. - Đối tượng cụ thể trong các khảo sát được lựa chọn là hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu phương pháp tính toán và giải pháp vận hành nhằm đạt tỷ lệ thâm nhập điện gió lớn nhất đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel đã có. - Phương pháp nghiên cứu ● Thu thập và tổng hợp các tài liệu về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel. - Thiết lập mô hình toán cho các giải pháp nhằm nâng cao tỷ lệ thâm nhập điện gió của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ trong lưới cô lập. - Ứng dụng mô hình toán đã đề xuất cho đối tượng cụ thể là hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý. - Tổng quát về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. - Mô hình hóa hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel. - Nghiên cứu tính ổn định của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel với lưới cô lập. - Nghiên cứu nâng cao hiệu quả vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. - Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Luận án Về khoa học: Luận án đã xây dựng cấu trúc điều khiển chung và thuật toán vận hành phù hợp cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ trong lưới cô lập nhằm nâng cao mức thâm nhập điện gió. - Đây là cơ sở khoa học vững chắc cho ứng dụng hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong thực tiễn. - Về thực tiễn: Kết quả nghiên cứu được tính toán để áp dụng thực tế cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý và các vùng tương tự. - TỔNG QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ – DIESEL TRONG LƯỚI CÔ LẬP 1.1. - Đồng thời tập trung phân tích các tính năng kỹ thuật của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. - Ở Việt Nam đã có một số hệ thống phát điện sử dụng năng gió kết hợp với điện diesel. - Trong số đó chỉ còn hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý (Hình 1.4b [5]) đang vận hành và có tính chất tiêu biểu hơn (quy mô lớn nhất và hiệu quả nhất), nên luận án chọn làm đối tượng chính cho các tính toán và phân tích cũng như so sánh. - Điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel Với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập thường được điều khiển theo ba cấp khác nhau như Hình 1.20. - Trạm điện gió 3x2 MWTrạm điện diesel6x0,5 MW0,69/22 kV380 V22kV 22 kV TảiTải Hình 1.4b Hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý. - Vấn đề phân cấp điều khiển hệ thống phát điện gió – diesel được trình bày trên đây là những tổng hợp cơ bản từ các nghiên cứu . - Mặc dù được điều khiển với nhiều phương pháp và nhiều cấp, nhưng thực tế vận hành hệ thống phát điện hỗ hợp gió – diesel trên thế giới còn nhiều hạn chế nên dẫn đến tỷ lệ thâm nhập điện gió còn khá thấp. - Vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesl Trong hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel với lưới cô lập thì hai chỉ tiêu chất lượng điện năng và mức thâm nhập điện gió tỷ lệ nghịch với nhau trong vùng có mức thâm nhập điện gió cao. - Tổng kết chương Hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel được xem xét và phân tích, qua đó nhận thấy đây là hệ thống phù hợp với các vùng cô lập. - Trong chương này tổng kết một cách cơ bản về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. - Bên cạnh đó cũng phân tích cơ bản về cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió - diesel. - ĐKIII – Điều khiển cấp III: điều khiển cả hệ thống. - ĐKII ĐKII ĐKI ĐKI ĐKII ĐKI ĐKI ĐKIII P*2III Q*2III P*1III Q*1III P*3III P*1II Q*1II P*2II Q*2II P1 Q1 Q2 P2 P3 -P3 P’3 P’*3II P*3II Trạm điện diesel Trạm điện gió Lưu trữ Tải giả Tải Hình 1.20 Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel. - MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ – DIESEL 2.1. - Đặt vấn đề Mục tiêu của chương này là xây dựng mô hình toán cho các giải pháp nhằm khai thác tối đa nguồn năng lượng gió mà vẫn đảm bảo hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel vận hành ổn định. - Các máy phát điện dùng trong hệ thống phát điện hỗn hợp gió - diesel có sơ đồ mạch tương đương như Hình 2.1 và 2.9a. - Đặt công suất dự trữ quay cho hệ thống điện (đk3) Pdpmin ≤ Pdp Pdp – công suất dự trữ quay của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel. - Hình 2.11 Sơ đồ mạch đơn giản hệ thống điện hỗn hợp gió – diesel. - 7 Luận án phân tích và khảo sát trên cơ sở hệ thống điện hỗn hợp gió – diesel ở vùng cô lập có cấu trúc như Hình 2.10. - Tụ bù Q cung cấp vừa đủ công suất phản kháng cho máy phát điện gió, nên không xét đến ảnh hưởng trong hệ thống. - Thuật toán tính toán công suất và số máy phát Lưu đồ thuật toán để tính toán thông số vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel theo hướng phát cực đại công suất trạm điện gió như Hình 2.17. - Kết thúc Hình 2.18 Sơ đồ khối điều chỉnh công suất đặt của các máy phát trong hệ thống. - Hình 2.19 Sơ đồ khối phân phối công suất. - Hình 2.17 Lưu đồ tính toán phát cực đại công suất trạm điện gió. - Quá trình điều chỉnh công suất của toàn hệ thống được thực hiện theo hướng phát tối đa công suất của trạm điện gió (Hình 2.18). - Đề xuất sử dụng tuabin gió có tích hợp khớp ly hợp điện từ nhằm đạt mức thâm nhập điện gió tối đa Qua kết quả nghiên cứu các chế độ vận hành của hệ thống phát điện gió (sử dụng DFIG) kết hợp với diesel trong trường hợp không có thiết bị phụ trợ thì không thể không vận hành máy phát điện diesel. - ∆Pt – tổng tổn thất công suất. - Tổng kết chương Trong chương này luận án đã tổng hợp và kế thừa các nghiên cứu trước để lập nên mô hình toán cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel với lưới cô lập. - Luận án đã đề xuất cấu trúc điều khiển chung và thuật toán vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập một cách cụ thể. - Cấu trúc điều khiển và thuật toán này điều chỉnh hệ thống theo hướng khai thác tối đa khả năng của trạm điện gió mà vẫn thỏa mãn các điều kiện ràng buộc trong vận hành. - Từ đó, luận án đề xuất phương thức vận hành hiệu quả hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập với tuabin gió có tích hợp EMC. - NGHIÊN CỨU TÍNH ỔN ĐỊNH CỦA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ – DIESEL VỚI LƯỚI CÔ LẬP 3.1. - Xuất phát từ thực tế ở đảo Phú Quý, các nhà quản lý không tin tưởng vào khả năng vận hành ổn định của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel, nên chỉ cho phép vận hành hệ thống này với tỷ lệ phát điện gió – diesel là 50. - Do vậy, chương này tập trung khảo sát, xác định các yếu tố ảnh hưởng mạnh đến tính ổn định của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ trong lưới cô lập. - Từ đó đề xuất các giải pháp phù hợp nhằm vận hành ổn định hệ thống và có thể nâng cao được mức thâm nhập điện gió. - Với chương này cũng như trong toàn bộ luận án, hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý được chọn làm đối tượng để khảo sát và kiểm tra. - Phương pháp tính toán khảo sát về ổn định Từ các thông số về lưới và hệ thống phát điện luận án xây dựng mô hình toán ứng với các chế vận hành. - Hình 3.13 Đường giới hạn ổn định theo thông số cosφS1 ứng với trạm điện gió nhận công suất phản kháng. - Khuyến nghị đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý. - NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ VẬN HÀNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN HỖN HỢP GIÓ – DIESEL TRONG LƯỚI CÔ LẬP 4.1. - Đặt vấn đề Mục tiêu của chương này là nghiên cứu áp dụng các giải pháp nhằm khai thác tối đa năng lượng gió mà vẫn đảm bảo các điều kiện ràng buộc trong vận hành hệ thống hỗn hợp gió – diesel với lưới cô lập. - Áp dụng thuật toán điều khiển chung cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý ♦ Mô phỏng quá trình điều khiển chung cho cả hệ thống V (m/s)Thôøi gian (s N (maùy)Thôøi gian (s) NwNds Hình 4.2 Biểu đồ tốc độ gió trong mô phỏng. - P (MW)Thôøi gian (s) P1P2Pt(a) (b Q (MVAr)Thôøi gian (s) Q1Q2Qt Hình 4.4 Biểu đồ phát công suất tác dụng (a) và công suất phản kháng (b) của hai trạm điện. - Hình 4.14 Biểu đồ phát công suất phản kháng của hai trạm điện. - So sánh với thực tế và các giải pháp khác Thực tế vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý thường theo tỷ lệ phát điện gió – diesel là 50. - Chương này đã xây dựng bài toán kiểm tra và áp dụng thành công thuật toán và cấu trúc điều khiển chung (đã đề xuất ở chương 2) cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở Phú Quý. - Các khuyến nghị đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý. - Kết quả nghiên cứu với đối tượng là hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý cho thấy tỷ lệ thâm nhập điện gió trung bình khoảng 80% Pt, mức thâm nhập điện gió lớn nhất có thể đạt 89,159% Pt. - Luận án khuyến nghị ứng dụng cấu trúc điều khiển và thuật toán vận hành đã đề xuất cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập tương tự nhằm tận dụng tốt nguồn năng lượng gió tự nhiên và tiết kiệm nhiên liệu diesel, bảo vệ môi trường. - P2P2P1 Hình 4.28 Biểu đồ tỷ lệ công suất của trạm gió – diesel so với tổng tải. - Đặt vấn đề Thực tế áp dụng hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở Việt Nam đã có những dự án chưa mang lại lợi ích kinh tế như tính toán. - Trên thế giới cũng có nhiều hệ thống hỗn hợp gió – diesel có tỷ lệ thâm nhập điện gió thấp. - (5.2) Bước 5: Tính sơ bộ công suất phát của trạm điện gió 1 w w tP min (P .N ),P (5.3. - 1 1 w tQ min P .tan ,Q (5.4) Tính lại hệ số công suất của máy phát điện gió: 1w2211PcosPQ. - Bước 9: Kiểm tra giới hạn phát công suất. - Tính toán theo tốc độ gió trung bình với tuabin gió sử dụng DFIG Khảo sát sự vận hành hệ thống hỗn hợp điện gió – diesel với phụ tải thay đổi từ 800kW đến 2200kW khi tốc độ gió 9m/s, kết quả thể hiện ở Hình 5.5. - Mức công suất phụ tải mà trạm điện gió không thể vận hành sẽ tăng tỷ lệ với công suất của tuabin gió được lắp đặt, thể hiện trên Hình 5.7a. - Trạm điện gió được lắp đặt các tuabin gió kiểu C sử dụng DFIG với mức công suất (a) 2MW. - (e) So sánh các loại tuabin gió trên phương diện tỷ lệ công suất phát của trạm điện gió so với tổng công suất lắp đặt. - Hình 5.11a So sánh các loại tuabin gió kiểu D sử dụng SCIG trên phương diện tỷ lệ công suất phát của trạm điện gió so với tổng công suất lắp đặt. - Trên cơ sở các công trình nghiên cứu trước luận án đã tổng hợp một cách khái quát về hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. - Nghiên cứu phân tích cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel. - Nghiên cứu mô hình hóa hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel. - Đề xuất thuật toán điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ trong lưới cô lập: tính toán phân phối công suất tác dụng, công suất phản kháng, số lượng máy phát cần vận hành trong các trạm điện theo hướng khai thác tối đa khả năng của trạm điện gió. - Từ đó, đề xuất phương thức vận hành hiệu quả hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập với tuabin gió có tích hợp EMC. - Nghiên cứu điều kiện vận hành ổn định hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel: Xác định các yếu tố ảnh hưởng đến ổn định tĩnh của hệ thống: điện kháng truyền tải. - khả năng phát công suất phản kháng của các máy phát. - Các khuyến nghị đối với hệ thống phát điện hỗn hợp ở đảo Phú Quý. - Nghiên cứu bài toán áp dụng các giải pháp vận hành đã đề xuất trên đối tượng là hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở Phú Quý. - Phân tích đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập. - Đề xuất cấu trúc điều khiển chung và thuật toán vận hành phù hợp cho hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel không có thiết bị phụ trợ trong lưới cô lập nhằm nâng cao mức thâm nhập điện gió mà vẫn thỏa mãn các điều kiện ràng buộc trong vận hành. - Lê Thái Hiệp, Nguyễn Duy Khiêm, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh (2014) “Giải pháp kỹ thuật để nâng cao tính ổn định của hệ thống điện hỗn hợp gió – diesel cấp nguồn cho các đảo”. - Lê Thái Hiệp, Doãn Văn Đông, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh (2014) “Phân tích ổn định tĩnh hệ thống điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý”. - Lê Thái Hiệp, Nguyễn Duy Khiêm, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh (2015) “Tính toán lượng công suất phát cực đại của trạm điện gió trong hệ thống điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý”. - Lê Thái Hiệp, Đoàn Đức Tùng, Nguyễn Thế Công, Lê Văn Doanh (2015) “Điều khiển hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập theo hướng tối đa hóa mức thâm nhập điện gió”
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt