CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN Chương này giới thiệu tổng quan về đề tài, phương pháp luận thực hiện đề tài HVTH: Hồ Ngọc Thiện -12183187 Trang 7 GVHD: Phan Thị Thanh Bình I. TỔNG QUAN VỀ LUẬN VĂN 1.1 MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN Ngày nay, phát triển của loài người đang phải đối mặt với một thách thức nghiêm trọng. Đó chính là vấn đề năng lượng. Trong một trăm năm trở lại đây, chúng ta đã sử dụng đầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ để tạo ra năng lượng.
Dầu mỏ có mặt mọi nơi trong cuộc sống hiện đại. Thế nhưng thời đại này lại nhanh chóng đi vào hồi kết. Những cuộc khủng hoảng năng lượng trong những thập niên trước và đặc biệt là những năm gần đây đã rung lên những hồi chuông báo động về giới hạn của nguồn năng lượng này. Đó là lý do tại sao trong mấy mươi năm qua, kỹ sư và các nhà khoa học trên toàn thế giới đã cố gắng tìm kiếm một giải pháp cho vấn đề năng lượng.
Hiện nay, ta đã có thể thấy trước rằng các nguồn năng lượng tái tạo chính là cơ hội triển vọng nhất cho sự thay thế dầu mỏ. Ở Châu Âu và Bắc mỹ, rất nhiều nguồn năng lượng tái tạo được xây dựng và sử dụng hiệu quả. Những nguồn này không ngừng tăng lên cả về số lượng lẫn công suất phát. Ví dụ, chỉ trong thời gian ngắn từ tháng 01 đến tháng sáu năm 2003, tại các nước châu Âu, gần 1500MW công suất năng lượng gió đã được lắp đặt và đánh dấu mức 24,626 MW tổng công suất phát của nguồn năng lượng này [1].
Dưới áp lực giảm dần dầu mỏ trên toàn thế giới, Việt Nam cũng bắt đầu để tâm để tận dụng các nguồn tài nguyên tái tạo. Đến tháng 3 năm 2012, Việt Nam có 48 dự án điện gió đã được đăng ký với tổng công suất ước tính khoảng 5. Tuy nhiên, chỉ có một dự án năng lượng gió đã được xây dựng và lắp đặt thành công và đi vào hoạt động. Nổi bật trong số đó là dự án năng lượng gió tại huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận với công suất phát 30 MW (gồm 20 tua-bin với công suất 1.5MW mỗi tuabin) [2].
Trong khi đó, năng lượng mặt trời và các nguồn năng lượng khác hầu như chưa được phát triển tại Việt Nam. Công nghệ nguồn phân bố (Distributed Generator – DG) đã phát triển và ngày càng trở nên phổ biến hơn bởi những ưu thế của nó trêng hệ thống điện. Có thể hiểu đơn giản công nghệ này là nhiều máy phát điện nhỏ sẽ được lắp đặt thay vì xây dựng một HVTH: Hồ Ngọc Thiện -12183187 Trang 8 GVHD: Phan Thị Thanh Bình nhà máy phát điện lớn (hay còn gọi là nguồn tập trung để phân biệt với DG). Phân tích chi tiết về DG sẽ được thực hiện trong luận văn.
Do độ tin cậy đang dần được cải thiện, đặc điểm dễ lắp đặt và nhất là tính dễ sử dụng của năng lượng mặt trời, năng lượng gió, công nghệ DG ngày nay đang được nghiên cứu rộng rãi và sử dụng phổ biến. Một khía cạnh quan trọng của hệ thống điện là sự ổn định của hệ thống. Trong khi với cấu trúc đặc biệt của mình mà năng lượng gió ngày nay đang được lựa chọn khác với các máy phát điện thông thường dựa trên các nguyên nhân kinh tế kỹ thuật. Vì lý do này mà nghiên cứu sự ổn định của hệ thống điện với sự có mặt của máy phát điện gió ngày càng trở nên quan trọng hơn.
Luận văn này sẽ chỉ quan tâm đến ổn định động của hệ thống với sự tham gia của máy phát điện gió. Bao gồm những phản ứng của hệ thống khi có sự cố trên lưới khi có mặt của nguồn năng lượng này. HVTH: Hồ Ngọc Thiện -12183187 Trang 9 GVHD: Phan Thị Thanh Bình 1.2 CẤU TRÚC VÀ PHƯƠNG PHÁP LUẬN CỦA LUẬN VĂN Về mặt cấu trúc luận văn bao gồm 5 phần: 1) Giới thiệu về mô hình toán các phần tử của hệ thống trên hệ thống điện, các máy phát điện và nhất là máy phát điện DFIG 2) Giới thiệu về bài toán ổn định động, cách giải bài toán này và cách giải khi có máy phát điện gió DFIG 3) Giới thiệu về Power system analysis tool box (PSAT), công cụ phân tích ổn định động hệ thống. 4) Nghiên cứu lưới điện 14 nút IEEE, các phương án thí nghiệm nhằm đi đến giải pháp tối ưu nhất cho việc sử dụng DFIG trên lưới.
5) Kết luận và Nhận xét Về Phương pháp luận Ảnh hưởng của năng lượng gió lên hệ thống điện sẽ được khảo sát qua các yếu tố : Ảnh hưởng của vị trí sự cố Ảnh hưởng của vị trí lắp đặt DG Ảnh hưởng của mức độ xâm nhập của năng lượng gió Sự cố 3 pha là sự cố ít xảy ra trên lưới điện tuy nhiên lại là sự cố nặng nhất trên lưới điện, do đó để có thể đánh giá mức độ nghiêm trọng nhất khi có sự cố trên lưới. Luận văn sẽ khảo sát sự cố 3 pha. Cũng tương tự như vậy, vị trí sự cố cũng sẽ được khảo sát tại các thanh cái là những nơi gây tác động mạnh nhất đối với ổn định hệ thống điện. HVTH: Hồ Ngọc Thiện -12183187 Trang 10 GVHD: Phan Thị Thanh Bình 1.3 CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN Trong những năm gần đây, năng lượng gió được chú ý đầu tư và phát triển tại Việt Nam.
Có rất nhiều nguyên nhân giải thích cho chiến lược đầu tư năng lượng gió như là nguồn năng lượng tái tạo quan trọng của chúng ta trong tương lai. Báo cáo “Tình hình phát triển điện gió và khả năng cung ứng tài chính cho các sự án ở Việt Nam” [2], thuộc dự án năng lượng gió GIZ lập trình bộ Công Thương tháng 2 năm 2013 cung cấp cho chúng ta những cái nhìn tổng quát về tương lai phát triển của ngành năng lượng này cả về yếu tố kinh tế và kỹ thuật. Vấn đề ổn định hệ thống điện cơ bản là vấn đề cổ điển trong ngành và được nhiều kỹ sư, nhà khoa học nghiên cứu dưới nhiều góc độ khác nhau. Nghiên cứu [6] đã thống kê, phân loại tất cả các vấn đề về ổn định hệ thống điện theo IEEE/CIGRE.
Phương án tiếp cận ổn định động hệ thống nhờ thông số Critical Clearing time (CCT) là một phương án quan trọng được khảo sát trong những năm gần đây. Các tài liệu khác nhau tiếp cận phương pháp này. Theo [3], tác giả đã chỉ ra cách tiếp cập bằng phương pháp CCT cho lưới phân phối, kiểm chứng thực nghiệm độ chính xác của phương pháp này so với thực tế. Tài liệu [9] đưa ra phương pháp tiếp cận cách xác định CCT bằng các ứng dụng UPFC cho hệ thống truyền tải.
[7] trình bày ổn định động của hệ thống điện khi tập trung một lượng lớn công suất máy phát điện gió. Tài liệu này cũng phân tích theo hướng tiếp cận ổn định hệ thống nhờ CCT. Tài liệu cũng đề xuất phương pháp xác định CCT bằng phương pháp Lyapunov, tuy nhiên kết quả này vẫn còn đang được xem xét vì mức độ chính xác của phương pháp tính còn chưa cao khi so sánh với mô phỏng toàn hệ thống. [8] trình bày vấn đề ổn định hệ thống tương tự khi đưa công suất phát điện gió lên hệ thống truyền tải.
Tài liệu này khảo sát 2 loại công nghệ máy phát khác nhau là DFIG và Fix-speed wind turbine (FSWTs). Phương pháp áp dụng vẫn dựa trên nguyên tắc thử và sai để xác định CCT với các bước 10ms cho mỗi trường hợp. Điểm lưu ý nhất của luận văn này là tác giả sử dụng phần mềm được thương mại hóa rất phổ biến là PSS/E. HVTH: Hồ Ngọc Thiện -12183187 Trang 11 GVHD: Phan Thị Thanh Bình [11] nêu lên tổng quan tất cả các ảnh hưởng của máy phát điện gió lên hệ thống.
[13] đi xa hơn nữa khi quan tâm đến các ảnh hưởng này trong chế độ sự cố. [17] trình bày các bậc mô hình toán của máy phát và phương pháp xấp xỉ trong giải bài toán ổn định hệ thống điện. HVTH: Hồ Ngọc Thiện -12183187 Trang 12 GVHD: Phan Thị Thanh Bình 1.4 CÔNG NGHỆ NGUỒN PHÂN BỐ Phát điện phân bố, cho đến thời điểm này có thể hiểu một cách dễ dãi là thực hiện phát điện với quy mô nhỏ, là một khái niệm khá mới lạ trong kinh tế và thị trường điện, tuy nhiên khái niệm đứng sau nó không phải là hoàn toàn mới. Trong giai đoạn đầu khi con người khám phá và sử dụng điện năng thì nguồn phân bố là quy luật tất yếu chứ không phải là một ngoại lệ.
Những nhà máy điện đầu tiên chỉ phát điện và cung cấp điện năng cho những khách hàng gần nhà máy. Những lưới điện đầu tiên là lưới điện DC. Vì thế điện áp cung cấp rất hạn chế. Khoảng cách cung cấp điện cũng rất hạn chế giữa khách hàng và nhà cung cấp Trong thập kỷ qua, đổi mới công nghệ và môi trường kinh tế và pháp lý đã nhắc lại những quan tâm về các nhà máy điện phân phối.
Đây là khẳng định của IEA (2012), cơ quan đã liệt kê năm yếu tố chính góp phần vào sự phát triển này. Bao gồm sự phát triển của thế hệ công nghệ nguồn phân phối, những hạn chế về việc xây dựng lưới truyền tải thế hệ mới, nhu cầu khách hàng tăng đòi hỏi độ tin cậy cao, tự do hóa cạnh tranh trong thị trường điện và các mối quan tâm về biến đổi khí hậu cũng như sự suy giảm các nguồn năng lượng hóa thạch. Với sự phát triển không ngừng của nhu cầu năng lượng và sự xuất hiện của các mạng truyền tải quy mô lớn, khái niệm về các nguồn điện phân bố nhằm tạo ra năng lượng điện từ nhiều nguồn nhỏ hơn đã đưa đến những cân nhắc mới liên quan đến lưới điện phân phối. So với mô hình truyền thống của các nhà máy điện tập trung công suất lớn, hệ thống nguồn phân phối rõ ràng có lợi thế rõ ràng về kinh tế (giàm tổn thất năng lượng), ổn định và về môi trường.
Kết quả, nhiều khu vực tư nhân và các tổ chức chính phủ đã thúc đầy việc triển khai công nghệ nguồn phân bố trong những năm gần đây. Một loạt các nhà máy điện phân loại qua tính năng hoạt động, nguồn nhiên liệu sử dụng, năng lượng và xếp hạng hiệu quả đã tác động đến thị trường điện. Các đơn vị phát điện phân bố (DGU- Distributed generation unit) đã được phân loại dự và công suất định mức của chúng.1 giới thiệu cách phân loại này của DG.
