MỞ ĐẦU 1. Đặt vắn để Dân số trên toàn thế giới ngày càng lớn, nhu cấu điện tăng nhanh sẽ tiếp tục phẫbiến cho các mục đích sinh hoạt, công nghiệp và giao thông vận tải để duy trì và cải thiện cuộc sống của con người. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc đốt nhiên liệu hóa thạch trong các nhà máy điện (NMĐ) để sản xuắt điện năng có ảnh hưởng đáng kể đến sự thay đồi khí hậu toàn cầu lượng khí thải nhà kính đưa vào bầu khí quyển. Để giải quyết thách thức này, các quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam đang hướng tới khai thác, sử dụng mạnh mẽ các nguồn năng lượng sạch bền vững không gây ô nhiễm môi trường thay thế nguồn nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt.
Trong số các nguồn năng lượng sạch sẵn có khác nhau như năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, năng lượng địa nhiệt,. năng lượng gió có lợi thế khác biệt so với các nguồn năng lượng tái tạo khác và không ngừng phát triển mạnh mẽ đặc biệt là trong hai thập kỷ qua như Hình 0.1 Lịch sử phát triển công suất lắp đặt (GW) năng lượng gió trên thế giới trên bờ và ngoài khơi, 201Ố-2020 [1] 1 ước tính công suắt năng lượng gió trên toàn cầu được lắp đặt khoảng 102 GW vào năm 2021 bao gồm hơn 83 GW trên bờ và 19 GW gằn bờ. Vào cuối năm 2021, tổng công suất điện gió toàn cầu tăng 13,5% để vượt qua 845 GW được thể hiện trong Hình 0. Mặt khác, công nghệ ngoài khơi đã phát triển nhanh chóng vì các dự án lắp đặt ngoài khơi có thể tạo ra ngày càng nhiều năng lượng hơn do nguồn tài nguyên gió sẵn có.
Do đó, công suắt lắp đặt ngoài khơi trên toàn thế giới dự kiến sẽ đạt 134 GW vào năm 2026 [2].2 Công suắt (GW) điện gió toàn cầu bồ sung hàng năm, 2011 -2021 [3] Hình 0.3 cho thấy Việt Nam lằn đầu tiên nằm trong 10 thị trường hàng đầu về năng lượng gió, xếp hạng thứ tư trên toàn cầu vào năm 2021. số lượng công suất lắp đặt hàng năm của Việt Nam tăng gắp nhiều lần. Năm 2020 bồ sung 0,1 GW, kế hoạch 3,5 GW (2,7 GW trên bờ và 0,8 GW gần bờ) với tẫng số cuối năm là 4,1 GW.3 Công suất năng lượng gió lắp đặt bẫ sung của 10 của quốc gia hàng đầu, năm 2021 [3] Trong ASEAN, Việt Nam là quốc gia có nguồn tài nguyên gió dồi dào nhắt. Với bờ biển dài hơn 3200 km và nhiều đảo là những điều kiện thuận lợi đề khai thác nguồn năng lượng gió cả gió trên bờ và ngoài khơi.1 trình bày tổng hợp mục tiêu về năng lượng gió của Việt Nam giai đoạn 2020-2045.1 Mục tiêu về năng lượng gió của Việt Nam [1] c hi tíêu/Năm 2020 2025 2030 2035 2040 2045 Điện gió trên bờ và gẩn bờ biển (MW) Kịch bân cao nhât ó 30 12,280 10,080 25,880 34,080 40,080 Kịch bân cơ sỡ ó 30 11,320 10,010 23,110 30,910 39,010 Điện gió ngoài khơi khu vục có độ sâu trên 20 mét (IvIW) Kịch bân cao nhất 0 0 3,000 11,000 23,000 3ổ,000 KỊchbãn cơ sở 0 0 2,000 9,000 15,000 21,000 Trong nhiều trường hợp, các trang trại năng lượng điện gió kết nối vào lưới điện hiện hữu làm tăng nhu cầu truyền tải điện năng trên một khoảng cách xa từ các tồ máy phát điện đến các trung tâm phụ tải điển hình như các trang trại điện gió ngoài khơi.
Vì điều đó, việc truyền tải công suắt lớn từ phía phát điện sang khu vực tiêu thụ trở nên khó khăn. Thách thức này nảy sinh do độ tự cảm của đường dây tải điện ngày 3 càng tăng cùng với sự tăng chiều dài của nó làm hạn chế khả năng truyền tải điện năng. Tuy nhiên, việc xây dựng và lắp đặt các đường dây truyền tải mới để đáp ứng những nhu cầu này bị cản trở do chi phí cao, khó khăn trong việc quy hoạch và các hạn chế nghiêm trọng về môi trường cùng các yếu tố khác. Bù nối tiếp đường dây truyền tải là kỹ thuật được sử dụng rộng rãi vì hiệu quả của nó trong việc tăng cường khả năng truyền công suất của đường dây bằng cách giảm điện kháng tưong đương, cải thiện hệ số công suất kết quả là dung lượng của đường dây truyền tải tăng lên [4].
Bù nối tiếp đã được sử dụng để tối ưu hóa các hành lang truyền dẫn cho khoảng cách xa và được coi là giải pháp hiệu quả về chi phí cho trang trại gió kết nối với lưới điện. Một số nghiên cứu thực hiện bởi ABB cho thấy rang bằng cách bù nối tiếp ba pha đường dây 400 kv giữa trạm biến áp Yaracuy và trạm biến áp El Tablazo, cộng với các tuyến giữa Yaracuy Plan ta Centro và Yaracuy-Arenosa. Tổng công suất truyền tải điện được tăng lên từ 1800 MW đến 2125 MW, sử dụng bù điện dung nối tiếp xấp xỉ 10% việc xây dựng đường dây song song thứ ba [5, 6]. Tuy nhiên, việc sử dụng rộng rãi tụ bù nối tiếp phải đối mặt với những thách thức như HTĐ có nguy cơ tương tác điều khiển dưới đồng bộ (SSCI) [7, 8].
SSCI có thể được mô tả là sự trao đổi năng lượng giữa các thiết bị điện tử công suất của hệ thống điều khiển và các thành phần khác của lưới điện [9, 10]. Trong các trường hợp đã xảy ra, một trường hợp điển hình của SSCI là sự tương tác giữa bộ chuyển đổi điều khiển và đường dây truyền tải bù nối tiếp. Khi nói đến các trang trại gió sử dụng tua bin có bộ chuyển đổi như máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG), các thông số của bộ chuyển đổi điều khiển đã cho thấy ảnh hưởng đến giảm xóc của hệ thống và do đó ảnh hưởng đến độ ổn định SSCI. SSCI là một hiện tượng có sự phụ thuộc nhiều biến số, gây khó khăn cho việc dự đoán bất kỳ tương tác nào [11].
Ở Minnesota năm 2007, một lỗi trong HTĐ dẫn đến một trang trại gió sử dụng DFIG được kết nối xuyên tâm với một đường dây bù nối tiếp. Kết quả là các dao động dưới đồng bộ (SSO) 9-13 Hz. Một sự kiện tương tự đã xảy ra ở Texas vào năm 2009 thể hiện trong Hình 0.4, hậu quả là làm hỏng tụ điện nối tiếp và mạch bảo vệ Crowbar. 4 Một số sự kiện của SSCI đã được báo cáo trong HTĐ gió Guyuan từ năm 2012 đến năm 2016.
Trong năm 2017, các sự kiện sso đã được báo cáo từ trang trại gió ERCOT ở Texas. Tất cả các sự kiện được đề cập là do sự tương tác giữa hệ thống điều khiển DFIG và một đường dây bù nối tiếp. Hầu hết các sự kiện xảy ra do sự cố mất điện đường truyền, khiến trang trại gió được kết noi xuyên tâm với đường dây bù nối tiếp [12]. wind farm Nelson Ajo 100x2 MW Sharpe transmission line 250 MVA 250 MVA Tí 345/34.69 kv 37 miles ?, , Zorillo x= 10% equivalent system x=5% ♦ fault 13 miles station xc-0.0125 pu equivalent transformer Rc= 0.0075 pu unit transformer 200 67 miles T MVA 2-MW wind turbine N^= 103.69 kv bypass capacitor x=5% DFIG switch 50% of X RỈO Hondo- Rio Hondo drive unit transformer train MVA Hz 50kVA network 25th filter back-to-back converter equivalent x,„= 0.038 X 10' pu/miles s„= 500 kVA,/.2 kV,Q - 10 mF lOOMVAbasc Hình 0.4 Một phần của mạng lưới miền nam Texas trải qua SSCI đầu tiên trong Năm 2009 [11] Các dao động dưới đồng bộ về điện áp và dòng điện bắt đầu hình thành nhanh chóng (khoảng 20 Hz).
Trong 1 giây, mức điện áp đạt gần 2 (p.u) trong khi dòng điện ghi nhận đạt 4 (p. Các phép đo điện áp pha và dòng điện tại Zorillo được thể hiện trong Hình 0.5 Bản ghi hiện trường của sự cố SSCI đầu tiên tại Ajo. Từ trên xuống: Dòng điện đến Rio-Hondo (pha a, b và c màu xanh lam) và điện áp pha trong pha a, b và c màu hồng [13] Sự xuất hiện lặp đi lặp lại của loại dao động này trong các tua bin gió (WT) DFIG được kết nối với các đường dây truyền tải có tụ bù nối tiếp làm cho việc nghiên cứu nguyên nhân của nó trở nên có ý nghĩa. Xét về cấu tạo của WT DFIG, mặc dù có bộ chuyển đổi điện tử công suất ngược trở lại nhưng bộ chuyển đổi này không cách ly hoàn toàn máy phát điện khỏi mạng điện.
Trong DFIG, các cuộn dây rotor của máy phát điện cảm ứng rotor quấn (WRIG) được kết nối với lưới điện truyền tải thông qua bộ chuyển đổi Black-To-Black (BTB), trong khi cuộn dây stator được kết nối trực tiếp với lưới điện. Việc cách ly một phần máy phát với lưới điện này giúp loại bỏ nguy cơ trao đổi năng lượng giữa phần cơ của máy phát và lưới điện. Tuy nhiên, vẫn tồn tại nguy cơ tương tác giữa máy phát và lưới truyền tải bên ngoài vì kết nối một phần [14], DFIG là WT có tốc độ thay đổi, điều khiến góc nghiêng cánh quạt chủ động phổ biến nhất trong số các công nghệ WT khác nhau hiện có, nó được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp năng lượng tái tạo và các trang trại gió [15-18], Cho đến cuối năm 2020, DFIG clữếm trên 60% thị phần công suất lắp đặt điện gió trên bờ và hon 10% 6 điện gió ngoài khơi toàn cầu thể hiện thể hiện trong Hình 0. Hầu hết các WT trên bờ ở Trung Quốc chiếm trên 60% và trên 80% ở Mỹ đều sử dụng DFIG [19], Trong đó, Sinovel, Senvion, United Power và Ingeteam là những nhà sản xuất DFIG thương mại có công suất định mức từ 6 MW trở lên.
■Type A "Type B ■Type c "Type D EE ■ TypeC Type D. PM «TypeF Type D.EE «Type F Hình 0.6 Thị phần công suất lắp đặt hàng năm theo loại tua bin trên toàn cầu [19] Xét đến tầm quan trọng của hai bộ phận trong HTĐ là DFIG và tụ bù nối tiếp chúng kích hoạt điều kiện của SSCI trong mạng điện, có thể nói rằng việc tránh sử dụng bất kỳ thiết bị nào trong hai thành phần nói trên không phải là một giải pháp thích hợp. Do đó đề tài “Giảm thiểu SSCĨ cho nhà máy phát điện gió sử đụng DFIG” với mục đích phân tích và điều tra nguyên nhân dẫn đến sự xuất hiện của SSCI và đưa ra giải pháp do sự tồn tại của cả hai thành phần bằng cách giảm thiểu SSCI trong hệ thống. Các nghiên cứu về hệ thống và hoạt động có thể được thực hiện trên phần mềm mô phỏng MATLAB/Simulink để kiểm tra, đánh giá kết quả.
Mục tiêu nghiên cứu Là một trong những vấn đề gần đây xảy ra trong các NMĐ gió, SSCI đang là tâm điểm của nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới trong đó có Việt Nam.