Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Lýdo chọn đề tài Năng lượng là một trong những yếu tố cần thiết cho sự tồn tại và phát triển xã hội, đồng thời cũng là yếu tố duy trì sự sống trên trái đất. Trong tương lai, nếu chúng ta sử dụng không hợp lý các nguồn năng lượng có sẳn trong tự nhiên thì chúng sẽ bị cạn kiệt. Vì thế việc nghiên cứu, tìm hiểu về nguồn năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng điện gió nói riêng là vô cùng cần thiết trong giai đoạn hiện nay. Bên cạnh đó, việc tiếp cận để tận dụng nguồn năng lượng gió không chỉ góp phần cung ứng kịp thời nhu cầu năng lượng của xã hội mà còn giúp giảm thiểu việc ô nhiễm môi trường.
Với điều kiện địa lý thiên nhiên của nước ta hơn 2000km bờ biển, có chế độ gió mùa quanh năm. Các nhà nghiên cứu năng lượng, các nhà khoa học đã tìm ra được những vị trí tối ưu để đặt các nhà máy phát điện năng lượng gió với qui mô khá lớn tại Việt Nam.Nghiên cứu của Ngân hàng thế giới đã chỉ ra rằng, Việt Nam là nước có tiềm năng gió lớn nhất trong 4 nước trong khu vực: hơn 39% tổng diện tích của Việt Nam được ước tính là có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn hơn 6m/s ở độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512GW. Đặc biệt, hơn 8% diện tích Việt Nam được xếp hạng có tiềm năng gió rất tốt [1]. Có thể nói, tiềm năng giócủa Việt Nam rất lớn, vì thế việc nghiên cứu phát triển năng lượng gió là một công việc cần thiết.
Sự nghiên cứu,triển khai năng lượng gió ở Việt Nam đã đi được những bước đầu tiên. Nhưng về cơ bản, sự phát triển năng lượng gió trong nước còn nhỏ lẻ vàkhákhiêm tốn so với tiềm năng to lớn của Việt Nam. Tuy nhiên, năng lượng gió thì phụ thuộc hoàn toàn vào điều kiện gió, điện có thể được sản xuất và cung cấp đầy đủ khi gió đủ mạnh. Do đó, nguồn điện có được từ năng lượng gió thường không ổn định.
1 Luan van Sự ổn định hệ thống điện được xem như là một vấn đề quan trọng đối với vận hành an toàn hệ thống điện từ những năm 1920 [2]. Nhiều sự cố mất điện lớn có nguyên nhân là do sự không ổn định của hệ thống điện đã mô tả sự quan trọng của vấn đề này [3]. Trong lịch sử, sự không ổn định do quá độ đã trở thành vấn đề chiếm ưu thế lớn của hầu hết các hệ thống điện. Khi các hệ thống điện đã phát triển tiến hóa thông qua một sự phát triển liên tục, từ các liên kết về điện, việc sử dụng các công nghệ mới, việc điều khiển và vận hành gia tăng trong các điều kiện sự cố, nên có rất nhiều dạng bất ổn định hệ thống khác nhau đã xuất hiện.
Ví dụ như, sự ổn định điện áp, sự ổn định tần số và các dao động ở nhiều khu vực đã trở thành những vấn đề lớn hơn so với trong quá khứ. Điều khiển ổn định hệ thống điện là một nhiệm vụ quan trọng trong vận hành hệ thống điện [4]. Nhiều sự cố như là nhiễu loạn bên ngoài hay mô men cơ học bên trong cũng dễ dàng tác động đến sự ổn định hệ thống. Với sự phát triển của các thiết bị bán dẫn công suất cao, các thiết bị Hệ Thống Truyền Tải AC linh hoạt (Flexible AC transmission systems) (FACTS) có hiệu suất cao trong việc cải thiện cả tính ổn định và việc giảm dao động của một hệ thống điện thông qua điều khiển động đường cong quan hệ giữa góc-công suất của các hệ thống được kết nối [5].
Do sự đáp ứng nhanh của nó, những thiết bị này được dùng để điều chỉnh tự động cấu hình mạng điện để nâng cao đặc tính ổn định tĩnh cũng như ổn định động [6]. Có nhiều dạng thiết bị FACTS khác nhau, một số được mắc nối tiếp với đường dây và một số khác được mắc song song hoặc kết hợp giữa mắc song song và nối tiếp. Mô tả chi tiết của các thiết bị FACTS khác nhau bao gồm các nguyên tắc hoạt động có thể được tìm thấy trong [7,8]. Một trong những ứng dụng nổi bật của thiết bị FACTS chính là thiết bị SSSC (Bù Đồng Bộ Kiểu Tĩnh - Static Synchronous Series Compensator), SSSC điều khiển công suất phản kháng chảy qua điểm kết nối thông qua điều khiển biên độ, góc pha của điện áp nguồn, từ đó có thể đáp ứng được các chế độ vận hành khác nhau của hệ thống điện, đặc biệt là nâng cao khả năng truyền tải và điều khiển dòng công suất của đường dây.
Vì vậy, việc lắp đặt SSSC ở một số điểm 2 Luan van quan trọng trên đường dây truyền tải là giải pháp hữu hiệu để tăng khả năng truyền tải và đồng thời giải quyết các bài toán kinh tế. Luận văn này tìm hiểu các thông số trên đường dây truyền tải điện và phương pháp điều khiển dòng công suất trên hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió dùng SSSC.2 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực đề tài Ổn định hệ thống điện liên quan đến khả năng của hệ thống ở điều kiện vận hành bình thường và khi có nhiễu loạn có thể duy trì ổn định tại mọi thanh cái trên hệ thống ở mức chấp nhận tại các nút. Một hệ thống rơi vào trạng thái không ổn định là khi cócác tác động ngắn mạch, khi có yêu cầu thay đổi tải … hoạt động của hệ thống sẽ có sự dao động lớn. Các hệ thống điện gió bị ảnh hưởng rất lớn bởi sự thay đổi của tốc độ gió vì lúc đó sẽ sinh ra các dao động.
Tác giả trong bài báo [9] đã xây dựng hệ thống nghiên cứu các dao động của trang trại gió cũng như nghiên cứu các phương pháp làm giảm thiểu các dao động. Tác giả trong bài báo [10] phân tích ổn định tĩnh điện áp tại nút phụ tải dựa trên phân tích độ nhạy V-Q cũng như đưa ra sự khảo sát vị trí kế nối điện gió trên tiêu chí ổn định điện áp. Mô hình các tuabin gió dựa trên DFIG cho các nghiên cứu về ổn định hệ thống điện đã được trình bày trong [11] để năng lượng gió có thể được sử dụng ổn định và hiệu quả hơn. Các tác giả trong [12] báo cáo các chức năng giảm dao động của SSSC trong hệ thống điện.
Mô hình tuyến tính SSSC tích hợp vào hệ thống điện được thiết lập và các phương pháp thiết kế bộ điều khiển giảm dao động của SSSC cũng được đưa ra. Bài báo nghiên cứu cả hai trường hợp hệ thống điện một máy và hệ thống điện nhiều máy. Trong [13], phương pháp bù pha đã được sử dụng để thiết kế bộ điều khiển giảm dao động của SSSC trong hệ thống điện một máy và một thuật toán tìm kiếm các hàm mục tiêu được đề xuất để thiết kế bộ điều khiển giảm dao động của SSSC trong hệ thống điện nhiều máy. 3 Luan van Tác giả trong [14] đã trình bày phương pháp ổn định điện áp bằng cách dùng bộ điều khiển công suất mở rộng UPFC.
Tác giả trong [15] cũng đã trình bày các chức năng của thiết bị Facts SSSC trong điều khiển ổn định điện áp. Đối với việc sử dụng máy phát điện cảm ứng kép (DFIG) kết hợp với các thiết bị FACTS đã giúp làm giảm các dao động xảy ra nhưng thời gian để hệ thống trở về trạng thái ổn định ban đầu không ngắn. Luận văn này trình bày sự kết hợp SSSC với bộ giảm dao động PID trên máy phát điện cảm ứng kép (DFIG) để giúp hệ thống trở về trạng thái ổn định nhanh nhất.3 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: Nâng cao ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió hòa lưới sử dụng SSSC. Mô phỏng trên phần mềm và phân tích kết quả mô phỏng từ đó đánh giá tối ưu hiệu suất ổn định hệ thống điện.
Mục tiêu cụ thể cần đạt được như sau: Mục tiêu 1: Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của SSSC trong điều khiển phân bố công suất của hệ thống điện. Mục tiêu 2 : Tính toán thiết kế bộ điều khiển nâng cao ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió hòa lưới sử dụng SSSC. Mục tiêu 3 : Dùng công cụ phần mềm Matlab-Simulink mô phỏng và đánh giá kết quả ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió bằng cách sử dụng SSSC.4 Đối tượng vàphạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là Ứng dụng SSSC để ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió. Phạm vi nghiên cứu Ứng dụng SSSC để ổn định hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió bằng phần mềm Matlab-Simulink.
4 Luan van Giới hạn về thời gian nghiên cứu: Thời gian nghiên cứu có hạn nên đề tài thực hiện trong 6 tháng.5 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp thu thập và đọc hiểu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, sách, từ các bài báo, báo cáo và từ internet. Chọn lọc tài liệu liên quan, phương pháp phân tích tài liệu, phân tích đánh giá kết quả.6 Giới hạn của đề tài Nội dung chính của luận văn là xây dựng, trình bày sự thay đổi dòng công suất trên đường dây truyền tải khi gắn thiết bị SSSC. Luận văn còn hạn chế khi chỉ mới mô phỏng trên phần mềm để thấy được sự phân bố dòng công suất khi hệ thống có gắn thiết bị SSSC. Ngoài ra, luận văn cũng mới chỉ ra một ứng dụng cơ bản của SSSC là điều khiển dòng công suất.6 Ý nghĩa khoa học vàthực tiễn của đề tài Từ thực tiễn các vấn đề đang xảy ra như nhu cầu tiêu thụ năng lượng của con người ngày một tăng dần, nguồn năng lượng truyền thống gây ô nhiễm môi trường và ngày càng cạn kiệt.
Vì thế, chúng ta cần phải đi tìm và khai thác các nguồn năng lượng mới - nguồn năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường và một trong số đó chính là nguồn năng lượng gió nhằm đáp ứng yêu cầu phụ tải ngày càng tăng cũng như giảm bớt chi phí từ việc cung cấp của lưới điện quốc gia. Các nội dung nghiên cứu Chương 1 : Chương mở đầu Chương 2 : Cơ sở lý thuyết về ổn định hệ thống điện Chương 3 : Mô hình tụ bù đồng bộ tĩnh SSSC Chương 4 : Mô hình toán học của hệ thống nghiên cứu. Chương 5 : Thiết kế bộ điều khiển giảm dao động cho SSSC. Chương 6 : Mô phỏng hệ thống điện có tích hợp năng lượng gió sử dụng SSSC Chương 7 : Kết luận và hướng phát triển.