Luận văn thạc sĩ về cộng hưởng dưới đồng bộ và ảnh hưởng của năng lượng điện gió

• Tác giả: Tăng Hoàng Nam
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Nhân Bổn
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Cộng Hưởng Dưới Đồng Bộ Có Xét Đến Ảnh Hưởng Của Nguồn Năng Lượng Điện Gió
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
• BIÊN BẢN CHẤM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
• NHẪN XÉT PHẢN BIỆN 1
• NHẬN XÉT CỦA PHẢN BIỆN 2
• LÝ LỊCH KHOA HỌC
• LỜI CAM ĐOAN
• CẢM TẠ
• TÓM TẮT
• ABSTRACT
• 1. CHƯƠNG MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Ý nghĩa khoa học của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5. Đối tượng nghiên cứu
• 1.6. Điểm mới của đề tài
• 1.7. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài
• 1.7.1. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.7.2. Phạm vi của đề tài
• 1.8. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tổng quan về hướng nghiên cứu
• 2.2. Ngoài nước
• 2.3. Hướng giải quyết vấn đề
• 3. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 3.1. Hệ thống tụ bù dọc
• 3.2. Tổng quan về tương tác dưới đồng bộ (SSI- Sub Synchronous Interaction)
• 3.3. Hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR)
• 3.4. Phân loại hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ
• 3.4.1. Ảnh hưởng cảm ứng máy phát (IGE – Induction Generator Effect)
• 3.4.2. Mô men xoắn quá độ (TT - Transient Torque)
• 3.5. Phương pháp nghiên cứu SSR
• 3.5.1. Phương pháp quét tần số (Frequency scan)
• 3.5.2. Phương pháp phân tích giá trị riêng (Eigenvalue analysis)
• 3.5.3. Phương pháp phức hợp hệ số mô men xoắn (Complex torque coefficient method)
• 3.5.4. Phương pháp mô phỏng quá độ điện từ (Electro – magnetic transient simulation)
• 3.5.5. So sánh các phương pháp
• 3.6. Các giải pháp thông thường đối với SSR
• 3.6.1. Bộ lọc tĩnh (Static filter)
• 3.6.2. Bộ ổn định động (Dynamic stabilizer)
• 3.6.3. Bộ lọc giảm xóc bypass (Bypass Damping Filters)
• 3.6.4. Rơ le bảo vệ (Protective relays)
• 3.6.5. Hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS – Flexible Alternating Current Transmission System)
• 3.6.5.1. Bộ điều khiển FACTS nối tiếp (series FACTS controllers)
• 3.6.5.1.a. Bộ bù dọc điều khiển bởi thyristor (TCSC)
• 3.6.5.1.b. Bộ bù dọc đồng bộ tĩnh (SSSC)
• 3.6.5.2. Bộ điều khiển FACTS mắc song song (Shunt FACTS controllers)
• 3.6.5.2.a. Bộ bù công suất phản kháng tĩnh (SVC)
• 3.6.5.2.b. Bộ bù đồng bộ tĩnh (STATCOM)
• 3.6.5.3. Bộ điều khiển FACTS kết hợp nối tiếp – song song (combined shunt and series FACTS controllers)
• 3.6.5.3.a. Bộ điều khiển dòng công suất hợp nhất (UPFC)
• 3.6.5.3.b. Bộ điều khiển dòng công suất giữa các đường dây (IPFC)
• 4. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH LƯỚI ĐIỆN TÍCH HỢP DFIG CHO VIỆC NGHIÊN CỨU SSR
• 4.1. Mô hình lưới điện IEEE First BenchMark có tích hợp DFIG
• 4.2. Mô hình toán học của các phần tử trong mô hình IEEE First BenchMark có tích hợp DFIG
• 4.2.1. Mô hình DFIG
• 4.2.2. Mô hình khí động học của tua bin gió
• 4.2.3. Mô hình hệ thống cơ giữa tua bin – máy phát
• 4.2.4. Mô hình máy điện cảm ứng
• 4.2.5. Mô hình tụ điện liên kết DC
• 4.2.6. Mô hình điều khiển bộ chuyển đổi của DFIG
• 4.3. Mô hình đường dây có tụ bù dọc
• 4.4. Mô phỏng hiện tượng SSR của lưới điện có DFIG
• 5. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP SỬ DỤNG THIẾT BỊ TCSC ĐỂ GIẢM CỘNG HƯỞNG DƯỚI ĐỒNG BỘ
• 5.1. Cấu hình của TCSC
• 5.2. Nguyên lí hoạt động của TCSC
• 5.3. Mô hình toán học TCSC
• 5.4. Bộ điều khiển TCSC để giảm SSR
• 6. CHƯƠNG 5: ĐÁNH GIÁ CÁC GIẢI PHÁP GIẢM CỘNG HƯỞNG DƯỚI ĐỒNG BỘ
• 6.1. Giải pháp 1: Sử dụng TCSC kết hợp FSC để giảm SSR
• 6.2. Giải pháp 2: Sử dụng TCSC để giảm SSR
• 6.3. Đánh giá các giải pháp
• 7. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• 7.1. Kết quả đạt được
• 7.2. Hướng phát triển của luận văn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH SÁCH CÁC BẢNG
• DANH SÁCH CÁC HÌNH

I. Giới thiệu về hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ

Hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR) là một vấn đề quan trọng trong hệ thống điện, đặc biệt khi có sự tham gia của các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng gió. SSR xảy ra khi có sự tương tác giữa các máy phát điện và các thiết bị bù dọc, dẫn đến sự mất ổn định trong hệ thống điện. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích SSR trong hệ thống điện gió sử dụng tua bin DFIG. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng SSR có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho các thiết bị trong hệ thống điện, bao gồm cả các tua bin gió. Do đó, việc hiểu rõ về SSR và các phương pháp giảm thiểu là rất cần thiết.

1.1. Tác động của gió đến hiện tượng SSR

Năng lượng gió, khi được chuyển đổi thành điện năng thông qua các tua bin DFIG, có thể tạo ra các dao động trong hệ thống điện. Những dao động này có thể dẫn đến hiện tượng SSR nếu không được kiểm soát. Việc sử dụng các tụ bù dọc trên đường dây truyền tải nhằm tăng cường khả năng truyền tải công suất có thể làm gia tăng nguy cơ xảy ra SSR. Do đó, việc nghiên cứu tác động của năng lượng gió đến SSR là rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định của hệ thống điện.

II. Phân tích hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ

Phân tích hiện tượng SSR bao gồm việc xác định các yếu tố gây ra và cách thức mà chúng tương tác với nhau. Các phương pháp phân tích như quét tần số và phân tích giá trị riêng được sử dụng để đánh giá mức độ nghiêm trọng của SSR. Nghiên cứu cho thấy rằng SSR có thể xảy ra ở các cấp bù cao, đặc biệt khi có sự tham gia của các thiết bị bù dọc. Việc sử dụng các thiết bị FACTS, đặc biệt là TCSC, đã được chứng minh là có hiệu quả trong việc giảm thiểu SSR. Các mô hình toán học và mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink đã cho thấy khả năng của TCSC trong việc ngăn chặn SSR.

2.1. Các phương pháp phân tích SSR

Các phương pháp phân tích SSR bao gồm phương pháp quét tần số và phương pháp phân tích giá trị riêng. Những phương pháp này giúp xác định các tần số tự nhiên của hệ thống và các điều kiện mà tại đó SSR có thể xảy ra. Kết quả từ các phương pháp này cung cấp thông tin quan trọng để thiết kế các giải pháp giảm thiểu SSR, như việc sử dụng TCSC. Việc áp dụng các phương pháp này trong nghiên cứu đã cho thấy sự cần thiết phải có các thiết bị điều khiển linh hoạt để duy trì sự ổn định của hệ thống điện.

III. Giải pháp sử dụng TCSC để giảm SSR

Thiết bị TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator) đã được đề xuất như một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu hiện tượng SSR trong hệ thống điện gió. TCSC hoạt động bằng cách điều chỉnh mức độ bù dọc trên đường dây truyền tải, từ đó giảm thiểu các dao động gây ra bởi SSR. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tích hợp TCSC vào hệ thống điện gió sử dụng DFIG có thể cải thiện đáng kể tính ổn định của hệ thống. Các mô phỏng cho thấy rằng TCSC có thể ngăn chặn SSR một cách hiệu quả, giúp bảo vệ các thiết bị trong hệ thống điện.

3.1. Nguyên lý hoạt động của TCSC

TCSC hoạt động dựa trên nguyên lý điều khiển dòng điện qua các thyristor, cho phép điều chỉnh mức độ bù dọc một cách linh hoạt. Điều này giúp giảm thiểu các dao động trong hệ thống điện, từ đó ngăn chặn hiện tượng SSR. Việc sử dụng TCSC không chỉ giúp cải thiện tính ổn định của hệ thống mà còn tăng cường khả năng truyền tải công suất. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng TCSC có thể hoạt động hiệu quả trong nhiều điều kiện khác nhau, làm cho nó trở thành một giải pháp lý tưởng cho các hệ thống điện gió.