CHƯƠNG 1: LƯỚI MICROFRID 1.1 Định nghĩa Microgrid (MG): MG là một khái niệm giả định về một cụm tải và nguồn nhỏ vận hành như một hệ thống điều khiển độc lập cung cấp công suất cho khu vực đó. Khái niệm về MG đưa ra một mô hình vận hành mới cho các máy phát phân phối. Mô hình MG được ví dụ như hình: Hình 1.1 Lưới micro grid Trong hệ thống này có một điểm nối lưới MG với lưới gọi là điểm nối chung (point of common coupling (PCC)).Phát tuyến 1 và phát tuyến 2 nối với tải nhạy cảm. Nguồn cung cấp bao gồm nguồn năng lượng mặt trời (photovoltaic (PV)), năng lượng gió (wind turbine (WT)), pin nhiên liệu (fuel cell (FC)), máy phát công HVTH: Trần Phúc Thịnh MSHV: 10180099 Luận văn thạc sĩ 2 CBHD: TS.
Hồ Phạm Huy Ánh suất nhỏ (microturbine (MT)), máy phát diesel ( diesel generator (DG) và pin lưu trữ. Phát tuyến 3 nối với tải truyền thống. Phát tuyến 1 và 2 được nối với nguồn thông qua khóa SD. Nhiên liệu đầu vào cho DG, FC, MT, PV, WT được lấy từ tự nhiên.
Dầu diesel là nhiên liệu cho DG, gas là nhiên liệu đầu vào để sản xuất hidro cho FC và cũng là nhiên liệu cho MT. Việc sử dụng DG, FC, hay MT với các nhiên liệu khác nhau có thể được mô hình hóa bằng các thông số hệ thống khác nhau để thể hiện đặc điểm tiêu thụ nhiên liệu. Mỗi thành phần của hệ thống MG được mô hình hóa dựa trên các đặc điểm cơ bản và các ràng buộc. Các đặc tính của một số thiết bị như WT, DG được nhà sản xuất cung cấp.
Tại mỗi máy phát sẽ có một bộ điều khiển (LC). Bộ điều khiển này vừa có chức năng điều khiển thông thường vừa trao đổi thông tin với các LC khác và bộ điều khiển trung tâm (central controller). Bộ điều khiển trung tâm là trung tâm kiểm soát các hoạt động của các máy phát trong lưới MG, phối hợp với các bộ điều khiển địa phương giúp cho lưới MG hoạt động tối ưu nhất.2 Các phần tử trong lưới MG: 1.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của DG: Hình 1.2: Cấu tạo máy phát Diesel HVTH: Trần Phúc Thịnh MSHV: 10180099 Luận văn thạc sĩ 3 CBHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh Các thành phần chính của một máy phát điện.
(1) Động cơ (5) Hệ thống làm mát và hệ thống xả (6) (2) Đầu phát (7) Bộ nạp ắc-quy (3) Hệ thống nhiên liệu (8) Control Panel hay thiết bị điều khiển (4) Ổn áp (9) Kết cấu khung chính (1) Động cơ Động cơ là nguồn năng lượng cơ học đầu vào của máy phát điện. Kích thước của động cơ tỷ lệ thuận với sản lượng điện tối đa các máy phát điện có thể cung cấp. (2) Đầu phát Nó là một phần của các máy phát điện, sản xuất điện từ nhiên liệu cơ học được cung cấp. Bao gồm một tập hợp các bộ phận tĩnh và các phần có thể di chuyển được.
Các phần làm việc với nhau, tạo ra chuyển động tương đối giữa từ trường và điện, do đó tạo ra điện. - Stato / phần cảm: là thành phần không thể di chuyển. Nó gồm một tập hợp các dây dẫn điện quấn lại thành dạng cuộn trên một lõi sắt. - Roto / Phần ứng: là thành phần chuyển động tạo ra một từ trường quay, trong ba cách sau đây: + Cảm ứng: được biết đến như bộ dao điện không tiếp xúc trượt và thường được sử dụng trong các máy phát điện lớn.
+ Nam châm vĩnh cửu: phổ biến trong các máy phát điện nhỏ + Bộ kích thích: Kích thích bằng dòng điện 1 chiều nhỏ để thêm sinh lực cho Roto thông qua một tập hợp các vòng tiếp điện và chổi điện. Roto tạo ra sự di chuyển từ xung quanh stato, từ đó tạo ra sự khác biệt điện áp giữa các cuộn dây của stato. Điều này tạo ra dòng cảm ứng bên trong máy phát điện. (3) Hệ thống nhiên liệu HVTH: Trần Phúc Thịnh MSHV: 10180099 Luận văn thạc sĩ 4 CBHD: TS.
Hồ Phạm Huy Ánh Bình nhiên liệu thường đủ năng lực để giữ cho máy phát điện hoạt động từ 6 đến 8 giờ trên mức trung bình. Đối với các máy phát điện nhỏ, bồn chứa nhiên liệu là một phần đế trượt của máy phát điện hoặc được lắp trên khung máy phát điện. Đối với các máy phát điện thương mại, có thể cần xây dựng và cài đặt thêm một bình chứa nhiên liệu bên ngoài. Các tính năng thông thường của hệ thống nhiên liệu bao gồm những điều sau đây: + Ống nối từ bồn chứa nhiên liệu đến động cơ: Dòng cung cấp hướng dẫn nhiên liệu vào và ra động cơ.
+ Ống thông gió bình nhiên liệu: Các bồn chứa nhiên liệu có một đường ống thông gió, để ngăn chặn sự gia tăng áp lực, hoặc chân không trong quá trình bơm và hệ thống thoát nước của bể chứa. Khi bạn nạp đầy bình nhiên liệu, đảm bảo sự tiếp xúc khô giữa vòi phun phụ, và bể nhiên liệu để ngăn ngừa tia lửa có thể gây hỏa hoạn. + Kết nối tràn từ bồn chứa nhiên liệu đến các đường ống cống: Đây là yêu cầu để khi bị tràn trong quá trình bơm, nhiên liệu không làm đổ chất lỏng lên máy phát điện. + Bơm nhiên liệu: nhiên liệu chuyển từ bể chứa chính (lưu trữ nhiên liệu, đặc biệt quan trọng đối với các tổ chức thương mại) vào bể chứa trong ngày.
Các máy bơm nhiên liệu thông thường hoạt động bằng điện. + Bình lọc nhiên liệu, tách nước và vật lạ trong nhiên liệu lỏng: để bảo vệ các thành phần khác của máy phát điện khỏi sự ăn mòn và chất bẩn gây tắc nghẽn. + Kim phun: Phun chất lỏng nhiên liệu dưới dạng phun sương vào buồng đốt động cơ. (4) Ổn áp: Như tên của nó, đây là bộ phận quy định điện áp đầu ra của máy phát điện.
Cơ chế được mô tả dưới đây đối với mỗi thành phần, đóng một vai trò nhất định trong chu kỳ điều chỉnh điện áp. HVTH: Trần Phúc Thịnh MSHV: 10180099 Luận văn thạc sĩ 5 CBHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh + Ổn áp: Chuyển đổi điện áp xoay chiều AC thành dòng điện 1 chiều DC. Điều chỉnh một phần nhỏ điện áp đầu ra thành điện áp xoay chều và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều.
Điều chỉnh điện áp dòng điện 1 chiều DC tập hợp trong cuộn dây thứ cấp của stato, được gọi là cuộn dây kích thích. + Cuộn dây kích thích: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều DC thành dòng điện xoay chiều AC. Các cuộn dây kích thích có chức năng tương tự như các cuộn dây stato chính và tạo ra dòng điện xoay chiều nhỏ. Các cuộn dây kích thích được kết nối với các đơn vị được gọi là chỉnh lưu quay.
+ Bộ chỉnh lưu quay: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng điện xoay chiều. Chỉnh lưu các dòng xoay chiều phát sinh bởi các cuộn dây kích thích, và chuyển đổi nó thành dòng điện một chiều. Dòng điện 1 chiều này cung cấp cho Roto / phần ứng tạo ra một trường điện từ, ngoài từ trường quay của roto. + Roto / Phần ứng: Chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng xoay chiều.
Roto sinh ra dòng điện xoay chiều lớn hơn xung quanh cuộn dây stato, các máy phát điện hiện nay sản xuất một điện thế xoay chiều AC lớn hơn ở đầu ra. Chu kỳ này tiếp tục cho đến khi máy phát điện bắt đầu sản xuất điện áp đầu ra tương đương với khả năng điều hành đầy đủ của nó. Đầu ra của máy phát điện tăng, nó điều chỉnh điện áp sản xuất ra ít dòng điện 1 chiều hơn. Một khi máy phát điện đạt công suất hoạt động đầy đủ, điều chỉnh điện áp đạt đến một trạng thái thăng bằng, và tạo ra dòng 1 chiều đủ để duy trì sản lượng của máy phát điện ở mức độ hoạt động đầy đủ.
Khi thêm một tải, sản lượng điện áp sẽ bị thấp xuống một chút. Điều này nhắc nhở việc điều chỉnh điện áp và bắt đầu lại chu kỳ trên. Chu kỳ tiếp tục cho đến khi máy phát điện dốc đầu ra, để điều hành công suất đầy đủ của nó. (5) Hệ thống làm mát Sử dụng hệ thống làm lạnh có thể làm mát các thành phần khác nhau của máy phát điện.
Máy phát điện cần thiết có một hệ thống làm mát, và thông gió thu hồi nhiệt sinh ra trong quá trình. HVTH: Trần Phúc Thịnh MSHV: 10180099 Luận văn thạc sĩ 6 CBHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh Nước chưa xử lý / nước sạch đôi khi được sử dụng như một chất làm mát cho máy phát điện. Hydrogen đôi khi được sử dụng như một chất làm mát, cho các cuộn dây stato máy phát điện lớn, vì nó rất hiệu quả trong hấp thụ nhiệt.
Hydrogen loại bỏ nhiệt từ máy phát điện, và chuyển qua một bộ trao đổi nhiệt, vào một mạch làm mát thứ cấp, có chứa nước khoáng như một chất làm mát. Đây là lý do tại sao máy phát điện có kích thước rất lớn. Đối với tất cả các ứng dụng phổ biến khác, dân cư và công nghiệp, một tiêu chuẩn tản nhiệt và quạt được gắn trên các máy phát điện và các công trình như hệ thống làm mát chính. Cần thiết để kiểm tra mức nước làm mát của máy phát điện trên cơ sở hàng ngày.
Hệ thống làm mát và bơm nước thô cần được rửa sạch sau mỗi 600 giờ, và bộ trao đổi nhiệt nên được làm sạch sau mỗi 2.400 giờ máy phát điện hoạt động. Máy phát điện nên được đặt trong một khu vực mở, thông thoáng được cung cấp đủ không khí trong lành. Mỗi bên máy phát điện nên có một không gian tối thiểu là 3 feet để đảm bảo sự lưu thông không khí làm mát máy. (6) Hệ thống bôi trơn Máy phát điện bao gồm bộ phận chuyển động bên trong động cơ của nó, nó cần được bôi trơn để đảm bảo hoạt động bền, và êm suốt một thời gian dài.
Động cơ của máy phát điện được bôi trơn bằng dầu được lưu trữ trong một máy bơm. Bạn nên kiểm tra mức dầu bôi trơn mỗi 8 giờ máy phát hoạt động. Cần kiểm tra ngăn ngừa rò rỉ chất bôi trơn, và cần thay đổi dầu bôi trơn mỗi 500 giờ máy phát điện hoạt động.2 Mô hình cơ bản của DG: Có rất nhiều phương pháp mô hình hóa một máy phát DG. Ở đây DG được xem như hệ thống hồi tiếp.
Khi người vận hành đưa ra một tốc độ mong muốn cho DG thì bộ phận cảm biến sẽ nhận ra sự khác biệt giữa tốc độ thực tế và tốc độ mong muốn, bộ điều khiển sẽ điều chỉnh lượng nhiên liệu đầu vào phù hợp đề DG đạt được tốc độ thực tế trong giới hạn vận hành cho phép.