Luận án tiến sĩ: Giải pháp nâng cao chất lượng điện năng lưới phân phối kết nối nguồn điện gió sử dụng máy điện không đồng bộ

• Tác giả: Nguyễn Công Cường
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Anh Nghĩa
• Trường học: Đại học Mỏ - Địa chất Hà Nội
• Chuyên ngành: Điện khí hóa
• Đề tài: Nghiên cứu giải pháp nâng cao chất lượng điện năng lưới phân phối với nguồn điện gió và máy điện không đồng bộ
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC KÝ HIỆU
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Khái quát về năng lượng gió
• 1.2. Hiện trạng phát triển năng lượng gió thế giới
• 1.3. Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam
• 1.4. Tổng quan về nguồn điện gió
• 1.4.1. Máy phát điện gió làm việc với bộ biến đổi
• 1.4.2. Phân loại tuabin gió
• 1.4.3. Thị phần sử dụng tuabin gió
• 1.4.4. Đặc tính công suất của tuabin gió
• 1.4.5. Đặc tính làm việc điển hình của tuabin gió
• 1.5. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng điện năng
• 1.5.1. Dao động điện áp
• 1.6. Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến nội dung Luận án
• 1.6.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.6.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.7. Các vấn đề tồn tại và đề xuất giải pháp
• 1.8. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP
• 2.1. Cấu trúc và mô hình máy phát điện không đồng bộ nguồn kép
• 2.2. Sơ đồ tương đương DFIG ở chế độ xác lập
• 2.3. Mô tả toán học máy phát điện DFIG
• 2.3.1. Mô hình của DFIG trên hệ trục tọa độ dq
• 2.3.2. Phương trình trạng thái của máy phát điện DFIG
• 2.3.3. Công suất tác dụng, phản kháng và mômen của máy phát DFIG
• 2.4. Sơ đồ điều khiển hệ thống máy phát điện gió DFIG
• 2.4.1. Bộ biến đổi công suất
• 2.4.2. Điều khiển bộ biến đổi phía máy phát
• 2.4.3. Điều khiển bộ biến đổi phía lưới
• 2.5. Xây dựng cấu trúc điều khiển máy phát điện gió DFIG
• 2.5.1. Cấu trúc điều khiển phía máy phát (RSC)
• 2.5.2. Cấu trúc điều khiển phía lưới điện
• 2.5.3. Hàm truyền của bộ điều khiển phía máy phát và phía lưới điện
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP
• 3.1. Cấu trúc bộ điều khiển PI
• 3.2. Hàm mục tiêu của bộ điều khiển PI
• 3.3. Xây dựng phương pháp xác định tham số tối ưu của bộ điều khiển
• 3.3.1. Ý tưởng xây dựng phương pháp
• 3.3.2. Các bước áp dụng thuật toán CRO xác định tham số bộ điều khiển
• 3.3.3. Bài toán tìm điều kiện đầu
• 3.4. Thuật toán tối ưu phản ứng hóa học - CRO
• 3.5. Một số ứng dụng thuật toán CRO
• 3.5.1. Áp dụng cho máy phát điện DFIG, công suất 4 kW
• 3.5.2. Áp dụng cho máy phát điện DFIG, công suất 1.4 kW
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH CỦA NGUỒN ĐIỆN GIÓ TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI
• 4.1. Mô hình nghiên cứu
• 4.2. Khi hệ thống làm việc bình thường
• 4.3. Khi sự cố mất một máy biến áp trong trạm biến áp 110kV
• 4.4. Khi tốc độ gió thay đổi
• 4.5. Đặc tính ổn định điện áp
• 4.6. Nhận xét chung
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về năng lượng gió và hiện trạng phát triển

Nghiên cứu bắt đầu với việc khái quát về năng lượng gió và hiện trạng phát triển trên toàn cầu. Năng lượng gió được xem là một trong những nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch đang cạn kiệt. Tốc độ phát triển của điện gió toàn cầu vượt trội so với các dạng năng lượng khác, với tổng công suất lắp đặt tăng nhanh. Việt Nam cũng được đánh giá là quốc gia có tiềm năng lớn về nguồn điện gió, đặc biệt với các dự án quy mô lớn đang được triển khai.

1.1. Hiện trạng phát triển năng lượng gió thế giới

Nghiên cứu chỉ ra rằng, năng lượng gió đang phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, với sự gia tăng đáng kể về công suất lắp đặt. Các quốc gia như Trung Quốc, Mỹ, và Đức dẫn đầu về công suất điện gió. Điều này phản ánh xu hướng chuyển dịch sang năng lượng tái tạo để đáp ứng nhu cầu năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính.

1.2. Tiềm năng năng lượng gió ở Việt Nam

Việt Nam được đánh giá là quốc gia có tiềm năng lớn về nguồn điện gió, đặc biệt ở các khu vực ven biển và đảo. Các dự án điện gió quy mô lớn đang được triển khai, góp phần vào việc đa dạng hóa nguồn năng lượng và giảm phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch.

II. Tổng quan về máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG

Nghiên cứu tập trung vào máy điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG), một công nghệ phổ biến trong hệ thống nguồn điện gió. DFIG có cấu trúc stator kết nối trực tiếp với lưới điện, trong khi rotor được kết nối qua bộ biến đổi công suất dạng 'back-to-back'. Điều này cho phép DFIG hoạt động hiệu quả trong việc điều chỉnh công suất và ổn định hệ thống.

2.1. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của DFIG

DFIG có cấu trúc gồm stator kết nối trực tiếp với lưới điện và rotor kết nối qua bộ biến đổi công suất. Bộ biến đổi này đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh công suất và ổn định hệ thống. Máy điện không đồng bộ nguồn kép được đánh giá cao về hiệu quả kinh tế và kỹ thuật trong việc khai thác nguồn điện gió.

2.2. Thách thức trong điều khiển DFIG

Mặc dù DFIG có nhiều ưu điểm, việc điều khiển bộ biến đổi công suất vẫn là thách thức lớn. Sự phụ thuộc vào tốc độ gió và độ phức tạp trong điều khiển có thể dẫn đến tình trạng làm việc không ổn định, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và hiệu suất khai thác.

III. Giải pháp nâng cao chất lượng điện năng

Nghiên cứu đề xuất các giải pháp điện năng nhằm nâng cao chất lượng điện năng trong hệ thống lưới phân phối có kết nối nguồn điện gió. Các giải pháp tập trung vào việc tối ưu hóa tham số điều khiển của bộ biến đổi công suất, sử dụng thuật toán tối ưu hóa để cải thiện hiệu suất và ổn định hệ thống.

3.1. Tối ưu hóa tham số điều khiển

Nghiên cứu đề xuất sử dụng thuật toán tối ưu hóa các phản ứng hóa học (CRO) để lựa chọn tham số tối ưu cho bộ điều khiển PI. Điều này giúp cải thiện chất lượng điều khiển, nâng cao chất lượng điện năng và ổn định hệ thống.

3.2. Đánh giá hiệu quả giải pháp

Các kết quả mô phỏng cho thấy, việc áp dụng thuật toán CRO giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và ổn định của hệ thống. Điều này khẳng định tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp điện năng được đề xuất.

IV. Ứng dụng thực tiễn và ý nghĩa nghiên cứu

Nghiên cứu không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao. Các kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trực tiếp trong việc điều khiển máy điện không đồng bộ nguồn kép và nguồn điện gió, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và ổn định hệ thống phân phối điện.

4.1. Ý nghĩa khoa học

Nghiên cứu đóng góp mới trong việc xây dựng và ứng dụng thuật toán tối ưu hóa, mở ra hướng đi mới trong các bài toán tối ưu nguồn điện khác như điện mặt trời và nhiệt điện.

4.2. Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu có thể được ứng dụng trực tiếp trong việc điều khiển máy điện không đồng bộ nguồn kép và nguồn điện gió, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và ổn định hệ thống phân phối điện.