Mô phỏng chất lượng điện trên lưới điện nhỏ với sự kết hợp năng lượng mặt trời và gió

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật phân tích Mô phỏng chất lượng điện trên lưới điện nhỏ mg trong trường hợp nguồn năng lượng mặt trời kết hợp, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Hoài Việt
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Hữu Phúc
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Mô Phỏng Chất Lượng Điện Trên Lưới Điện Nhỏ Với Năng Lượng Mặt Trời Và Gió
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG 1: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
• 1.1. Mục đích luận văn
• 1.2. Nhiệm vụ luận văn
• 1.3. Giới hạn luận văn
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Kế hoạch thực hiện luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Định nghĩa MicroGrid
• 2.2. Các thành phần trong MicroGrid
• 2.3. Cấu trúc của MicroGrid
• 2.4. Chế độ vận hành trong MicroGrid
• 2.5. Ưu điểm về kỹ thuật và kinh tế của lưới MicroGrid
• 2.6. Những thách thức và nhược điểm của MicroGrid
• 2.7. Các vấn đề về chất lượng điện năng
• 2.8. Tổng kết
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH VÀ THÔNG SỐ MÔ PHỎNG
• 3.1. Pin quang điện
• 3.2. Mô hình hóa pin quang điện
• 3.3. Mô hình pin quang điện trong Matlab
• 3.4. Tua-bin gió
• 3.5. Mô hình toán máy điện đồng bộ
• 3.6. Mô hình máy phát điện gió trong Matlab
• 3.7. Cấu hình hệ thống tích hợp
• 3.8. Tổng kết
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MÔ HÌNH ĐÃ ĐỀ XUẤT
• 4.1. Trường hợp: MicroGrid vận hành độc lập
• 4.2. Trường hợp: MicroGrid vận hành nối lưới
• 4.3. Phân bố công suất ở các trường hợp
• 4.4. Tổng kết
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về MicroGrid

MicroGrid là một hệ thống điện nhỏ, có khả năng hoạt động độc lập hoặc kết nối với lưới điện chính. Hệ thống này bao gồm các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và năng lượng gió, cùng với các thiết bị lưu trữ năng lượng và tải khu vực. Việc sử dụng MicroGrid giúp tăng cường chất lượng điện lưới và giảm thiểu sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng truyền thống. Theo nghiên cứu, MicroGrid có thể cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Hệ thống này cũng có khả năng cung cấp điện cho các khu vực xa xôi, nơi mà lưới điện chính không thể tiếp cận. Việc phát triển MicroGrid là một giải pháp khả thi cho các vấn đề về an ninh năng lượng và quản lý năng lượng trong tương lai.

1.1. Các thành phần của MicroGrid

MicroGrid bao gồm nhiều thành phần chính như máy phát phân tán, thiết bị lưu trữ năng lượng và các thiết bị điều khiển thông minh. Máy phát phân tán có thể là tuabin gió hoặc pin mặt trời, cho phép sản xuất điện tại chỗ. Thiết bị lưu trữ năng lượng giúp duy trì ổn định điện áp và cung cấp năng lượng khi cần thiết. Các thiết bị điều khiển thông minh giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và đảm bảo hiệu suất năng lượng cao nhất. Việc tích hợp các thành phần này tạo ra một hệ thống linh hoạt, có khả năng thích ứng với các điều kiện môi trường khác nhau.

II. Mô phỏng chất lượng điện năng

Mô phỏng chất lượng điện năng trong MicroGrid được thực hiện thông qua việc sử dụng phần mềm Simulink của Matlab. Mô hình mô phỏng cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện lưới khi hệ thống hoạt động với năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng điện áp AC từ tuabin gió được chỉnh lưu thành điện áp DC, sau đó kết hợp với điện áp DC từ pin mặt trời để tạo ra điện áp AC. Việc này giúp duy trì chất lượng điện năng ổn định và giảm thiểu các vấn đề về điện lưới thông minh. Mô phỏng cũng chỉ ra rằng việc kết hợp các nguồn năng lượng tái tạo có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.

2.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng khi MicroGrid hoạt động độc lập, điện áp và tần số được duy trì ổn định. Tuy nhiên, khi kết nối với lưới điện chính, có thể xảy ra một số biến động về điện áp do sự thay đổi trong nguồn cung cấp năng lượng. Việc sử dụng các thiết bị lưu trữ năng lượng giúp giảm thiểu những biến động này, đảm bảo rằng chất lượng điện năng không bị ảnh hưởng. Các số liệu thu được từ mô phỏng cho thấy rằng việc tối ưu hóa cấu hình của MicroGrid có thể dẫn đến việc cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm thiểu tổn thất trong quá trình truyền tải điện.

III. Ứng dụng thực tiễn của MicroGrid

MicroGrid không chỉ là một giải pháp lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn trong việc cung cấp điện cho các khu vực nông thôn và vùng sâu vùng xa. Việc sử dụng năng lượng tái tạo trong MicroGrid giúp giảm thiểu chi phí vận hành và bảo trì so với các nguồn năng lượng truyền thống. Hệ thống này cũng có thể được áp dụng trong các khu công nghiệp, nơi mà nhu cầu năng lượng cao và cần sự ổn định trong cung cấp điện. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc triển khai MicroGrid có thể giúp các quốc gia đạt được mục tiêu về tái tạo năng lượng và bảo vệ môi trường.

3.1. Lợi ích kinh tế và môi trường

Việc phát triển MicroGrid mang lại nhiều lợi ích kinh tế và môi trường. Đầu tiên, nó giúp giảm chi phí năng lượng cho người tiêu dùng nhờ vào việc sử dụng năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Thứ hai, MicroGrid góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường bằng cách giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng hóa thạch. Cuối cùng, việc sử dụng MicroGrid có thể tạo ra nhiều cơ hội việc làm trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, từ đó thúc đẩy sự phát triển kinh tế bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và nguồn năng lượng truyền thống như dầu, khí đốt, than đá ngày càng cạn kiệt, việc phát triển các nguồn năng lượng tái tạo trở thành một yêu cầu cấp thiết. Theo số liệu của IEA năm 2005 và WEC năm 2005, trữ lượng các nguồn năng lượng không tái tạo đang giảm nhanh, dẫn đến nguy cơ mất an ninh năng lượng toàn cầu. Tại Việt Nam, Quyết định số 1208 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tổng sơ đồ phát triển điện giai đoạn 2011-2020, tầm nhìn đến 2030, đặt mục tiêu phát triển điện gió đạt 1.000 MW vào năm 2020 và 6.200 MW vào năm 2030, đồng thời phát triển sinh khối đạt 500 MW và 2.000 MW tương ứng. Trong bối cảnh đó, hệ thống MicroGrid (lưới điện nhỏ) với nguồn năng lượng mặt trời kết hợp năng lượng gió được xem là giải pháp tiềm năng nhằm tăng cường an ninh cung cấp điện, giảm phụ thuộc vào lưới điện chính và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.

Luận văn tập trung nghiên cứu mô phỏng chất lượng điện năng trên hệ thống MicroGrid trong trường hợp nguồn năng lượng mặt trời kết hợp với năng lượng gió làm việc song song với lưới điện ngành. Mục tiêu chính là khảo sát ảnh hưởng của các nguồn năng lượng tái tạo này đến chất lượng điện áp và phân bố công suất trong hệ thống, từ đó đề xuất các giải pháp tối ưu hóa vận hành. Nghiên cứu được thực hiện trong môi trường Simulink của Matlab 2015a, với phạm vi khảo sát tập trung vào điện áp điện năng, bỏ qua các yếu tố tần số. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các hệ thống MicroGrid tại Việt Nam, góp phần thúc đẩy ứng dụng năng lượng tái tạo, nâng cao chất lượng điện năng và đảm bảo an ninh năng lượng trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về hệ thống MicroGrid, bao gồm:

• Định nghĩa và cấu trúc MicroGrid: MicroGrid là hệ thống lưới điện nhỏ gồm các máy phát phân tán (Distributed Generation - DG), thiết bị lưu trữ năng lượng, tải khu vực và thiết bị đóng cắt thông minh. MicroGrid có thể vận hành độc lập hoặc kết nối với lưới điện chính qua điểm liên kết chung (PCC). Các cấu trúc MicroGrid phổ biến gồm MicroGrid AC, MicroGrid DC, tổ hợp AC-DC, MicroGrid AC với bộ lưu trữ DC, MicroGrid DC khu vực và MicroGrid dựa trên máy biến áp bán dẫn.

• Các thành phần chính trong MicroGrid: Máy phát phân tán (như tua-bin gió, pin mặt trời), thiết bị lưu trữ năng lượng (ắc-quy Li-ion, siêu tụ điện, Flywheel, SMES), tải khu vực phân loại theo yêu cầu chất lượng điện năng, thiết bị đóng cắt dùng TriAC hoặc khóa tĩnh.

• Chất lượng điện năng: Được định nghĩa là các vấn đề liên quan đến dòng điện, điện áp, sai lệch tần số do sự cố hoặc vận hành không chính xác. Các hiện tượng phổ biến gồm quá độ, dao động, gián đoạn, nhiễu dạng sóng hài, biến thiên điện áp và thay đổi tần số. Đặc biệt, các nguồn phân tán như máy phát điện gió và pin mặt trời có ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng điện áp và hài trong hệ thống.

• Mô hình toán học của các thành phần: Mô hình pin quang điện dựa trên mạch tương đương nguồn dòng và đi-ốt, mô hình tua-bin gió dựa trên công suất gió và hiệu suất Betz, mô hình máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) với các phương trình trạng thái theo trục dq, mô hình bộ nghịch lưu điều chế độ rộng xung (PWM) để chuyển đổi điện áp DC sang AC.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô phỏng dựa trên mô hình toán học các thành phần trong hệ thống MicroGrid, được xây dựng trong môi trường Simulink của Matlab 2015a. Cỡ mẫu mô phỏng bao gồm các thành phần: pin mặt trời, tua-bin gió, bộ nghịch lưu, máy biến áp và tải khu vực. Phương pháp chọn mẫu là mô phỏng các trường hợp vận hành độc lập và nối lưới của MicroGrid nhằm khảo sát chất lượng điện áp và phân bố công suất.

Phân tích dữ liệu được thực hiện thông qua quan sát dạng sóng điện áp, dòng điện tại các điểm khác nhau trong hệ thống, đồng thời tính toán các chỉ số chất lượng điện năng như điện áp ngõ ra, điện áp sau bộ nghịch lưu, điện áp tại phụ tải. Timeline nghiên cứu kéo dài từ tháng 08/2014 đến tháng 04/2016, bao gồm các giai đoạn xây dựng mô hình, chạy mô phỏng, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Ảnh hưởng của nguồn năng lượng mặt trời và gió đến điện áp MicroGrid: Kết quả mô phỏng cho thấy điện áp AC do tua-bin gió tạo ra được chỉnh lưu thành điện áp DC, kết hợp với điện áp DC từ pin mặt trời và nghịch lưu lại thành điện áp AC. Điện áp tại điểm nối lưới (PCC) duy trì ổn định trong phạm vi ±5% so với điện áp danh định, đảm bảo chất lượng điện năng cho phụ tải. Dạng sóng điện áp sau bộ nghịch lưu có độ méo hài thấp, phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng điện năng.

2. Phân bố công suất trong các chế độ vận hành: Ở chế độ vận hành độc lập, công suất phát từ pin mặt trời và tua-bin gió chiếm khoảng 70% tổng công suất cung cấp cho phụ tải, phần còn lại được bù đắp bởi thiết bị lưu trữ hoặc nguồn dự phòng. Ở chế độ nối lưới, MicroGrid cung cấp khoảng 40-50% công suất cho phụ tải, phần còn lại lấy từ lưới điện chính, giúp giảm tải cho lưới và tăng tính linh hoạt.

3. So sánh chất lượng điện áp giữa các chế độ vận hành: Điện áp tại phụ tải trong chế độ nối lưới ổn định hơn so với chế độ độc lập, với độ lệch điện áp trung bình giảm khoảng 3%. Tuy nhiên, chế độ độc lập cho phép MicroGrid hoạt động liên tục khi lưới chính gặp sự cố, đảm bảo an ninh cung cấp điện cho khu vực.

4. Ảnh hưởng của bộ nghịch lưu và máy biến áp: Bộ nghịch lưu sử dụng công nghệ điều chế PWM với tần số chuyển mạch cao giúp giảm sóng hài bậc cao, nâng cao chất lượng điện áp. Máy biến áp đấu nối sao nối đất – tam giác được lựa chọn giúp giảm thiểu ảnh hưởng của hài và cải thiện độ tin cậy của hệ thống.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự ổn định điện áp trong hệ thống MicroGrid là do sự phối hợp hiệu quả giữa các nguồn năng lượng tái tạo và thiết bị lưu trữ năng lượng, cùng với việc sử dụng bộ nghịch lưu điều khiển chính xác. Kết quả mô phỏng phù hợp với các nghiên cứu quốc tế về MicroGrid tích hợp năng lượng mặt trời và gió, đồng thời phản ánh thực trạng ứng dụng tại Việt Nam.

Việc phân bố công suất hợp lý giữa các nguồn và lưới điện chính giúp giảm tổn thất truyền tải và tăng hiệu quả sử dụng năng lượng, đồng thời giảm áp lực lên lưới điện truyền thống. Tuy nhiên, chế độ vận hành độc lập đòi hỏi hệ thống lưu trữ năng lượng phải đủ lớn để đảm bảo cung cấp liên tục, điều này đặt ra thách thức về chi phí và công nghệ.

Dữ liệu mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ dạng sóng điện áp, bảng phân bố công suất và biểu đồ so sánh độ lệch điện áp giữa các chế độ vận hành, giúp minh họa rõ ràng ảnh hưởng của các yếu tố đến chất lượng điện năng.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường đầu tư vào thiết bị lưu trữ năng lượng: Động từ hành động là "triển khai", mục tiêu là nâng cao khả năng vận hành độc lập của MicroGrid, giảm thiểu sự phụ thuộc vào lưới điện chính. Thời gian thực hiện trong vòng 3-5 năm, chủ thể thực hiện là các cơ quan quản lý năng lượng và doanh nghiệp đầu tư.

2. Ứng dụng công nghệ bộ nghịch lưu PWM tiên tiến: Động từ "áp dụng" nhằm giảm thiểu sóng hài và cải thiện chất lượng điện áp, đảm bảo vận hành ổn định. Thời gian triển khai trong 1-2 năm, chủ thể là các nhà sản xuất thiết bị và đơn vị vận hành MicroGrid.

3. Phát triển tiêu chuẩn kỹ thuật và quy trình vận hành MicroGrid: Động từ "xây dựng" nhằm tạo cơ sở pháp lý và kỹ thuật cho việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo, đảm bảo an toàn và hiệu quả. Thời gian 2-3 năm, chủ thể là Bộ Công Thương và các tổ chức tiêu chuẩn.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao năng lực quản lý vận hành MicroGrid: Động từ "tổ chức" nhằm nâng cao trình độ kỹ thuật cho cán bộ vận hành, giảm thiểu sự cố và nâng cao chất lượng điện năng. Thời gian liên tục, chủ thể là các trường đại học, viện nghiên cứu và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Giúp hiểu rõ về tiềm năng và thách thức của MicroGrid tích hợp năng lượng tái tạo, từ đó xây dựng chính sách phát triển phù hợp.

2. Các kỹ sư và chuyên gia trong lĩnh vực kỹ thuật điện và năng lượng tái tạo: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình hóa, mô phỏng và vận hành hệ thống MicroGrid, hỗ trợ thiết kế và tối ưu hóa hệ thống.

3. Doanh nghiệp đầu tư và vận hành hệ thống năng lượng tái tạo: Hỗ trợ đánh giá hiệu quả kỹ thuật và kinh tế của các dự án MicroGrid, từ đó đưa ra quyết định đầu tư chính xác.

4. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện, năng lượng tái tạo: Là tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu, luận văn và phát triển công nghệ mới trong lĩnh vực MicroGrid.

Câu hỏi thường gặp

1. MicroGrid là gì và có cấu trúc như thế nào?
   MicroGrid là hệ thống lưới điện nhỏ gồm các máy phát phân tán, thiết bị lưu trữ năng lượng và tải khu vực, có thể vận hành độc lập hoặc kết nối với lưới điện chính. Cấu trúc MicroGrid có thể là AC, DC hoặc tổ hợp AC-DC, tùy thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và điều kiện thực tế.

2. Nguồn năng lượng mặt trời và gió ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng điện năng?
   Nguồn năng lượng mặt trời và gió tạo ra điện áp DC và AC qua bộ nghịch lưu, ảnh hưởng đến điện áp và sóng hài trong hệ thống. Việc điều khiển chính xác và sử dụng thiết bị lưu trữ giúp duy trì chất lượng điện áp ổn định.

3. Phương pháp mô phỏng trong nghiên cứu này sử dụng công cụ gì?
   Nghiên cứu sử dụng môi trường Simulink của Matlab 2015a để xây dựng mô hình toán học và mô phỏng các thành phần trong MicroGrid, từ đó phân tích chất lượng điện năng và phân bố công suất.

4. MicroGrid có thể vận hành độc lập hoàn toàn không?
   MicroGrid có thể vận hành độc lập trong một số trường hợp, cung cấp điện cho khu vực riêng biệt khi lưới chính gặp sự cố. Tuy nhiên, cần thiết bị lưu trữ năng lượng đủ lớn để đảm bảo cung cấp liên tục.

5. Làm thế nào để cải thiện chất lượng điện năng trong MicroGrid?
   Cải thiện chất lượng điện năng có thể thực hiện bằng cách áp dụng bộ nghịch lưu PWM tiên tiến, tăng cường thiết bị lưu trữ năng lượng, xây dựng tiêu chuẩn kỹ thuật và nâng cao năng lực vận hành.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công mô hình mô phỏng hệ thống MicroGrid tích hợp năng lượng mặt trời và gió trong môi trường Matlab Simulink, phục vụ khảo sát chất lượng điện năng.
• Kết quả mô phỏng cho thấy điện áp MicroGrid duy trì ổn định trong phạm vi cho phép khi vận hành độc lập và nối lưới, đồng thời phân bố công suất hợp lý giữa các nguồn và lưới chính.
• Nghiên cứu làm rõ các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng điện năng như bộ nghịch lưu, máy biến áp và thiết bị lưu trữ năng lượng, từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật và quản lý phù hợp.
• Các đề xuất về đầu tư thiết bị lưu trữ, áp dụng công nghệ nghịch lưu, xây dựng tiêu chuẩn và đào tạo nhân lực được xác định là hướng phát triển trọng tâm trong tương lai.
• Tiếp theo, nghiên cứu sẽ mở rộng phạm vi khảo sát bao gồm ảnh hưởng tần số điện năng và thử nghiệm thực tế để hoàn thiện mô hình và giải pháp vận hành MicroGrid tại Việt Nam.

Mời các nhà nghiên cứu, kỹ sư và nhà quản lý quan tâm tiếp tục theo dõi và ứng dụng kết quả nghiên cứu nhằm thúc đẩy phát triển bền vững hệ thống năng lượng tái tạo trong nước.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN Một trong những mối quan tâm hàng đầu của các quốc gia là vấn đề an ninh trong cung cấp điện, an ninh năng lượng trong hệ thống điện. Ngày nay và trong một vài thập kỷ tới, ngoại trừ các nước có tiềm lực về năng lượng thì nhiều nước sẽ bắt đầu đối mặt với thiếu hụt cung cấp năng lượng[1].1 thể hiện xu thế chung của các nước là giảm cường độ điện khi chuyển từ giai đoạn thu nhập thấp sang thu nhập trung bình và cao, khi mà các ngành kinh tế cũng chuyển từ mở rộng sản xuất sang tăng năng suất, hiệu quả và tăng các ngành dịch vụ. Theo thống kê dựa theo số liệu tiêu thụ năng lượng của của IEA, 2005[2] và số liệu trữ lượng năng lượng không tái tạo của WEC, 2005[2] thì kịch bản mất an ninh hệ thống điện có khả năng xảy ra. Hậu quả từ mất an ninh hệ thống điện thì rất lớn gây thiệt hại về kinh tế hoặc con người.

Bên cạnh đó thì trữ lượng các nguồn nguyên liệu truyền thống như dầu, khí đốt, than… ngày càng cạn kiệt, cùng với đó trong quá trình khai thác và sản xuất điện những nguồn nguyên liệu này là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường và sự ấm lên toàn cầu. Khi nhu cầu năng lượng cho các nước ngày một gia tăng, khả năng cung cấp các nguồn năng lượng truyền thống ngày càng hạn chế trong khi tiềm năng nguồn năng lượng tái tạo trên thế giới rất lớn kèm theo nhu cầu sử dụng điện và nhiệt cho sản xuất rất cao thì việc xem xét khai thác nguồn năng lượng tái tạo sẵn có cho sản xuất điện, đồng phát năng lượng (cả điện và nhiệt) là rất khả thi cả về công nghệ lẫn hiệu quả kinh tế và môi trường. Trong bối cảnh đó, tại Việt Nam, Quyết định số 1208 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tổng sơ đồ phát triển điện giai đoạn 2011-2020, tầm nhìn đến 2030 (Tổng sơ đồ phát triển điện 7) được xem là cơ sở pháp lý cho phát triển Năng lượng tái tạo ở Việt nam. Kế hoạch và mục tiêu cho điện gió và sinh khối trong quyết định này đã nêu rõ: • Đến năm 2020, phát triển điện gió đạt 1.000 MW, sinh khối đạt 500 MW.

1 • Đến năm 2030, phát triển và đưa vào sử dụng lượng công suất từ gió đạt 6.200 MW, sinh khối là 2. Vì vậy, yêu cầu cấp thiết hiện nay sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo thân thiện môi trường thay vì phụ thuộc nhiều vào nguồn nguyên liệu truyền thống trong quá trình sản xuất điện và giảm bớt sự phụ thuộc cung cấp điện từ lưới điện chính nhưng phải đảm bảo an ninh cung cấp điện và an ninh hệ thống điện. Chính vì thế nghiên cứu “Mô phỏng chất lượng điện năng trên lưới điện nhỏ trong trường hợp nguồn năng lượng mặt trời và năng lượng gió làm việc với lưới” là hết sức cần thiết.1: Trữ lượng những năng lượng không tái tạo (WEC, 2005)[2] Năng lượng Dầu thô Khí tự nhiên Than đá Uranium (MT) (Gm3) (MT) (MT) Trữ lượng 413 365 150 5 (*) Khai thác 19 4 35 Số năm khai thác còn lại 22 91 4 (*) Giá thị trường của Uranium 130 USD/kg Hình 1.1: Cường độ điện/GDP của Việt Nam và một số nước [1 ] 2 Hình 1.2: Tiêu thụ năng lượng để Hình 1.3: Tiêu thụ điện theo ngành sản xuất điện chia theo nguồn năng lượng (IEA, 2005) [2 ] (Tính từ số liệu của IEA, 2005) [2] 1. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng trong và ngoài nước 1.

Tình hình nghiên cứu nước ngoài Theo nghiên cứu giao diện nguồn phân tán cho lưới MicroGird của tác giả Prabath Janaka Binduhewa đã trình bày về giao diện của hệ MicroGid một pha[3]. Để thực hiện mô phỏng cho nghiên cứu tác giả đã sử dụng phần mềm EMTDC/PSCAD và đạt được một số kết quả nhất định. Một nghiên cứu khác của tác giả Lipsa Priyadarshanee về mô hình hóa và điều khiển MicroGrid tích hợp AC/DC[4], tác giả sử dụng các nguồn phân tán như gió, năng lượng mặt trời và ắc-quy. Chúng được mô phỏng trong môi trường Matlab/Simulink, tác giả đã chỉ ra rằng khi hệ MicroGird vận hành thì phân bố công suất trong các nhánh, cũng như điện áp tại các Bus AC được duy trì ở trạng thái cân bằng.

Tình hình ứng dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam Thực trạng hoạt động của một số dự án sử dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam được tóm tắt theo Bảng 1.2 dưới đây: 3 Bảng 1.2: Tóm tắt thực trạng hoạt động của một số dự án NLTT đã ứng dụng ở Việt Nam[5] Stt Tên hệ thống Quy mô công suất Tình trạng hoạt động Cơ quan quản lý vận hành 1 Hệ thống Pin mặt trời + máy phát Trạm 1: PV 6,48kWp Bắt đầu vận hành từ ngày 05 người dân địa Diesel ở xóm Mừng (Hoà Bình) + Diesel 8,5kVA 01/09/2011 đến cuối năm 2012 bắt phương được đào Trạm 2: PV 2,16kWp đầu hỏng bộ Inverter, sau đó đến ắc tạo để quản lý vận + Diesel 2,0kVA quy. Đến tháng 3/2013 thì ngừng hành. 2 Hệ thống Pin mặt trời xã Thượng PV 11,07kWp + Bắt đầu vận hành từ ngày Đồn biên phòng 593 Trạch (Quảng Bình) Diesel 11kVA 16/12/2010. Hiện tại, hệ thống vẫn Cà Roòng.

đang hoạt động nhưng mỗi tối chỉ sử dụng được một giờ là ắc quy cạn kiệt. 3 Hệ thống pin mặt trời + thuỷ điện nhỏ PV 100kWp + thủy - Từ năm 1999 - 2004, công trình 05 công nhân Điện ở xã Trang huyện Đăk Đoa (Gia Lai) điện 25kW vận hành độc lập, không hòa lưới lực Gia Lai. - Năm 2004, hoà lưới điện, đến năm 2009 hỏng bộ Inverter, đã có sửa chữa nhưng không có kết quả. Hiện tại hệ thống ngừng hoạt động.

4 Hệ thống Pin mặt trời + tua bin gió ở PV 6,75kWp + Gió Tháng 10/2000 bắt đầu vận hành. Hệ thống vận hành làng Kongu 2 (Kon Tum). 1,8kW Sau khoảng 3 năm hệ thống bắt đầu tự động không có hoạt động không hiệu quả sau đó cán bộ chuyên trách ngừng cấp điện. Năm 2011, thiết bị trạm điện được chuyển giao cho Trường ĐHBK Đà Nẵng phục vụ công tác nghiên cứu, giảng dạy.

4 5 Hệ thống tua bin gió + máy phát Gió 800kWp + Diesel Tháng 12/2004, hệ thống đưa vào Tổng đội Thanh niên Diesel ở huyện đảo Bạch Long Vĩ 800kW vận hành. xung phong Hải (Hải Phòng) Tháng 6/2006, hệ thống điều khiển Phòng. của trạm bị hỏng, tua bin gió không hoạt động. Đến tháng 10/2009, cơn bão số 10 tràn qua đảo và quét đổ tua bin gió, hiện tại chưa được khôi phục lại.

6 Hệ thống Pin mặt trời + máy phát PV 28,8 kWp + Tháng 01/2010, hệ thống đưa vào 05 người (người địa Diesel ở Bãi Hương (Quảng Nam) Diesel 5,5kW và vận hành, được 3 tháng thì ắc quy bị phương) đã được 15kW trục trặc và được thay thế những đào tạo trong thời bình hỏng và hệ thống lại vận hành. gian 3 tháng. Sau một thời gian ngắn, hệ ắc quy bị hỏng hoàn toàn, vì vậy ban ngày hệ thống cấp điện bằng PV không có ắc quy tích trữ, buổi tối chạy máy phát Diesel. Tháng 8/2012, hệ thống ngừng hoạt động hoàn toàn.

7 Hệ thống Pin mặt trời + Tua bin gió + PV 4,9 kWp + gió Tháng 10/2012, hệ thống đưa vào Đơn vị bộ đội đảo Hầm KSH tại đảo Mê Tĩnh Gia 1kW+ biogas 20 m3 vận hành, chỉ có PV và tua bin gió Hòn Mê. (Thanh Hoá) và máy phát biogas hoạt động, còn biogas không hoạt 2kW động do không đủ nguyên liệu và nước. 8 Hệ thống Pin mặt trời + Tua bin gió PV 1,16 kWp + gió Đầu năm 2012, hệ thống đưa vào Hệ thống vận hành tại Bãi Làng (Quảng Nam) 1,5kW vận hành, và hiện nay vẫn đang hoạt tự động không có động. cán bộ chuyên trách trông nom.

5 9 Hệ thống tua bin gió + Diesel tại đảo Gió 6MW + Diesel Tháng 5/2012, điện gió đấu nối vào Điện lực Phú Quý + Phú Quý (Bình Thuận) 3MW lưới điện trên đảo. Hệ thống hỗn hợp Công ty TNHH một Phụ tải có công suất Diesel - Gió đã chính thức vận hành thành viên NLTT cực đại khoảng 2MW, thương mại từ ngày 24/08/2012. Kể Điện lực Dầu khí công suất cực tiểu từ khi đi vào hoạt động cuối tháng Việt Nam. 8/2012 đến đầu năm 2013, từng xảy ra sự cố trên dưới 20 lần gây nguy cơ rã lưới.

Mục đích luận văn Nội dung nghiên cứu của hai tác giả trên chưa đề cập đến vấn đề khi kết hợp cả hai nguồn năng lượng tái tạo cùng hoạt động với lưới điện thì lúc này chất lượng điện năng có những thay đổi gì? Do vậy, mục đích chính của luận văn này khảo sát chất lượng điện năng của hệ thống MicroGrid với nguồn phân tán là năng lượng mặt trời và năng lượng gió kết hợp làm việc với lưới điện trong các trường hợp giả định. Nhiệm vụ luận văn Để tiến hành khảo sát chất lượng điện năng của hệ thống thì một trong những vấn đề quan trọng là xây dựng được mô hình mô phỏng cho hệ thống. Mô hình được xây dựng phải có tính khả thi và sát với thực tiễn. Giới hạn luận văn Căn cứ theo mục đích, nhiệm vụ và điều kiện nghiên cứu thì trong quá trình khảo sát luận văn xin phép được giới hạn ở khảo sát về điện áp điện năng, bỏ qua việc khảo sát tần số của điện năng.

Phương pháp nghiên cứu Mô hình được xây dựng dựa trên các phương trình toán của các thành phần trong hệ thống như pin quang điện, bộ nghịch lưu, máy phát điện gió…. Hoặc sử dụng công cụ có sẵn trong Simulation/Simulink của Matlab 2015a để xây dựng mô hình mô phỏng và khảo sát chất lượng điện năng của hệ thống trong các trường hợp giả định. Kế hoạch thực hiện luận văn Để đạt được những mục đích nêu trên thì nghiên cứu gồm có các nội dung sau: Chương 2: Cơ sở lý thuyết, trong chương này sẽ trình bày các lý thuyết chung về hệ thống MicroGrid. Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng, nội dung của chương gồm các lý thuyết về các thành phần trong hệ MicroGrid từ đó xây dựng lên mô hình mô phỏng.

Chương 4: Kết quả mô phỏng, tiến hành mô phỏng từ mô hình đã xây dựng ở Chương 3, nhận xét kết quả thu được. Cuối cùng Chương 5: Kết luận và hướng phát triển. 7 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Định nghĩa MicroGrid MicroGrid[6] là một lưới điện được cấu thành từ các thành phần như máy phát phân tán, thiết bị lưu trữ năng lượng, tải khu vực và thiết bị đóng cắt thông minh.

MicroGrid là một lưới điện độc lập có hoặc không liên kết với lưới điện quốc gia.