Nghiên Cứu Chế Độ Vận Hành Hệ Thống Phát Điện Trong Nhà Máy Điện Mặt Trời Mỹ Hiệp

Tài liệu nghiên cứu Nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời mỹ hiệp nhằm hỗ trợ ổn, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Tác giả: Nguyễn Tạ Tuấn Hải
• Người hướng dẫn: TS. Lê Thái Hiệp
• Trường học: Trường Đại Học Quy Nhơn
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Độ Vận Hành Hệ Thống Phát Điện Trong Nhà Máy Điện Mặt Trời Mỹ Hiệp Nhằm Hỗ Trợ Ổn Định Điện Áp Nút Đấu Nối
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Bình Định

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
• Lý do chọn đề tài
• Tổng quan tình hình nghiên cứu
• Mục đích nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Phương pháp nghiên cứu
• Cấu trúc của luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 1.1.1. Sự phát triển năng lượng tái tạo trên thế giới
• 1.1.2. Sự phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam
• 1.2. Năng lượng mặt trời
• 1.2.1. Cấu trúc của mặt trời
• 1.2.2. Năng lượng mặt trời
• 1.2.3. Phổ bức xạ mặt trời
• 1.2.4. Đặc điểm của bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất
• 1.3. Khai thác, sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời
• 1.3.1. Thiết bị sấy khô dùng NLMT
• 1.3.2. Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT
• 1.3.3. Thiết bị đun nước nóng dùng NLMT
• 1.3.4. Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng NLMT
• 1.3.5. Nhà máy điện sử dụng NLMT
• 1.4. Pin mặt trời
• 1.4.1. Mô hình toán và đặc tính làm việc của Pin mặt trời
• 1.5. Tổng quan nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp
• 1.6. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI MỸ HIỆP NHẰM HỖ TRỢ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NÚT ĐẤU NỐI
• 2.1. Cấu trúc hệ thống tự động điều khiển phát điện của hệ thống điện quốc gia
• 2.1.1. Nguyên tắc làm việc của hệ thống AGC
• 2.1.2. Các trạng thái vận hành của AGC
• 2.1.3. Các chế độ làm việc của tổ máy trong AGC
• 2.2. Cấu trúc hệ thống điện mặt trời
• 2.2.1. Bộ đóng cắt mềm
• 2.2.2. Bộ biến đổi DC/DC hay bộ biến đổi Boost Converter
• 2.2.3. Bộ nghịch lưu DC/AC
• 2.2.4. Bộ lọc phía lưới
• 2.2.5. Thiết bị điều khiển
• 2.3. Cơ sở lý thuyết về nghịch lưu 3 pha
• 2.4. Điều khiển bám theo các điểm làm việc có công suất cực đại
• 2.5. Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng
• 2.5.1. Nguyên tắc điều khiển công suất
• 2.5.2. Công suất 3 pha trên các hệ qui chiếu khác nhau
• 2.5.3. Sơ đồ điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng
• 2.6. Các chế độ làm việc của các inverter tại nhà máy
• 2.7. Chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời khi điện áp nút đấu nối quá áp hoặc thấp áp
• 2.8. Ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp và các nhà máy điện lân cận đến nút đấu nối
• 2.8.1. Sơ đồ lưới điện tại nút đấu nối
• 2.8.2. Ảnh hưởng của các nhà máy điện mặt trời trong khu vực
• 2.8.3. Các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng mất ổn định điện áp nút đấu nối
• 2.9. Đề xuất phương thức vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời nhằm hỗ trợ ổn định điện áp nút đấu nối
• 2.10. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI MỸ HIỆP NHẰM HỖ TRỢ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP NÚT ĐẤU NỐI
• 3.1. Cấu trúc hệ thống điện mặt trời trên phần mềm mô phỏng
• 3.1.1. Khối mô phỏng PV-MPPT-DC/DC
• 3.1.2. Khối điều khiển PPC CONTROL
• 3.1.3. Bộ phận hiển thị đặc tính
• 3.2. Thiết lập thông số cho hệ thống điện mặt trời trên phần mềm
• 3.3. Mô phỏng ở chế độ làm việc bình thường
• 3.3.1. Chế độ phát điện tự do
• 3.3.2. Chế độ điều khiển công suất phát
• 3.4. Mô phỏng phương thức vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời nhằm hỗ trợ ổn định điện áp nút đấu nối
• 3.4.1. Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời khi điện áp nút đấu nối giảm thấp
• 3.4.2. Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời khi điện áp nút đấu nối tăng cao
• 3.4.3. Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp hỗ trợ lưới điện khi thay đổi kết lưới
• 3.4.4. Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời khi xảy ra sự cố ngắn mạch một pha chạm đất
• 3.5. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Hệ Thống Phát Điện Tại Nhà Máy Điện Mặt Trời Mỹ Hiệp

Nghiên cứu về hệ thống phát điện mặt trời tại nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp là một trong những bước tiến quan trọng trong việc phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam. Năng lượng mặt trời không chỉ giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà còn đóng góp vào an ninh năng lượng quốc gia. Việc nghiên cứu này nhằm mục đích tối ưu hóa hiệu suất và ổn định điện áp tại nút đấu nối, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống điện.

1.1. Tình hình Nghiên Cứu Năng Lượng Tái Tạo Tại Việt Nam

Việt Nam đang đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời. Các chính sách khuyến khích từ chính phủ đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các dự án điện mặt trời, giúp tăng cường khả năng cung cấp điện cho hệ thống lưới điện quốc gia.

1.2. Lợi Ích Của Năng Lượng Mặt Trời

Năng lượng mặt trời mang lại nhiều lợi ích như giảm chi phí điện năng, bảo vệ môi trường và tạo ra việc làm trong ngành công nghiệp năng lượng. Việc khai thác năng lượng mặt trời không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Vận Hành Hệ Thống Điện Mặt Trời

Mặc dù hệ thống phát điện mặt trời mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong quá trình vận hành. Các vấn đề như ổn định điện áp, chi phí bảo trì và hiệu suất hoạt động cần được giải quyết để đảm bảo tính khả thi của các dự án điện mặt trời.

2.1. Ổn Định Điện Áp Nút Đấu Nối

Một trong những thách thức lớn nhất là duy trì ổn định điện áp tại nút đấu nối. Sự biến động của công suất phát từ các tấm pin mặt trời có thể gây ra hiện tượng quá áp hoặc thấp áp, ảnh hưởng đến toàn bộ hệ thống điện.

2.2. Chi Phí Vận Hành Nhà Máy Điện Mặt Trời

Chi phí vận hành và bảo trì là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế của nhà máy điện mặt trời. Việc tối ưu hóa chi phí này sẽ giúp tăng cường tính cạnh tranh của năng lượng mặt trời so với các nguồn năng lượng khác.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Vận Hành Hệ Thống Điện Mặt Trời

Để giải quyết các vấn đề nêu trên, nghiên cứu đã áp dụng nhiều phương pháp khác nhau nhằm tối ưu hóa hệ thống phát điện mặt trời. Các phương pháp này bao gồm mô phỏng, phân tích dữ liệu và áp dụng công nghệ điều khiển tiên tiến.

3.1. Mô Phỏng Hệ Thống Điện Mặt Trời

Sử dụng phần mềm MATLAB/SIMULINK để mô phỏng các chế độ vận hành của hệ thống điện mặt trời. Mô phỏng giúp đánh giá hiệu suất và ổn định điện áp trong các điều kiện khác nhau.

3.2. Phân Tích Dữ Liệu Vận Hành

Phân tích dữ liệu từ các cảm biến và thiết bị đo lường giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của nhà máy điện mặt trời. Dữ liệu này là cơ sở để đưa ra các giải pháp cải tiến.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu

Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp tối ưu hóa có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống phát điện mặt trời. Các ứng dụng thực tiễn từ nghiên cứu này có thể được áp dụng cho nhiều dự án điện mặt trời khác tại Việt Nam.

4.1. Cải Thiện Hiệu Suất Hệ Thống

Nghiên cứu đã chứng minh rằng việc tối ưu hóa chế độ vận hành có thể nâng cao hiệu suất phát điện lên đến 20%. Điều này không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn tăng cường độ tin cậy của hệ thống.

4.2. Ứng Dụng Công Nghệ Mới

Việc áp dụng công nghệ mới trong điều khiển và giám sát hệ thống điện mặt trời đã giúp cải thiện khả năng phản ứng nhanh với các biến động của lưới điện, từ đó nâng cao tính ổn định của hệ thống phát điện mặt trời.

V. Kết Luận và Tương Lai Của Nghiên Cứu Năng Lượng Mặt Trời

Nghiên cứu về hệ thống phát điện mặt trời tại nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp đã mở ra nhiều hướng đi mới cho việc phát triển năng lượng tái tạo tại Việt Nam. Tương lai của năng lượng mặt trời hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ với sự hỗ trợ từ công nghệ và chính sách của nhà nước.

5.1. Triển Vọng Phát Triển Năng Lượng Mặt Trời

Với tiềm năng dồi dào, năng lượng mặt trời sẽ trở thành nguồn năng lượng chính trong tương lai. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện công nghệ và giảm chi phí sản xuất.

5.2. Chính Sách Hỗ Trợ Từ Chính Phủ

Chính phủ cần tiếp tục ban hành các chính sách khuyến khích đầu tư vào năng lượng mặt trời. Điều này sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển bền vững của ngành năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tính đến cuối năm 2020, tổng công suất lắp đặt nguồn điện mặt trời trên toàn quốc đã vượt mốc 19.400 MWp, chiếm xấp xỉ 25% tổng công suất nguồn của hệ thống điện Việt Nam. Sự phát triển bùng nổ này mang lại nguồn năng lượng sạch dồi dào nhưng đồng thời đặt ra những bài toán hóc búa về độ ổn định vận hành và an ninh năng lượng quốc gia. Điểm đặc thù của nguồn quang điện là tính bất định cao phụ thuộc vào điều kiện thời tiết, bức xạ và nhiệt độ, từ đó gây ra hiện tượng dao động công suất và mất ổn định điện áp nghiêm trọng tại các nút đấu nối vào lưới truyền tải.

Nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp tại tỉnh Bình Định được đầu tư với số vốn hơn 1.200 tỷ đồng, sở hữu quy mô công suất 50 MWp trải rộng trên diện tích 58,27 ha. Nhà máy thực hiện phát điện hòa vào thanh cái 110kV của Trạm biến áp 220kV Phù Mỹ thông qua đường dây 110kV mạch đơn có chiều dài 14,828 km. Trong quá trình vận hành thực tế, sự thay đổi kết lưới truyền tải khu vực cùng với sự biến thiên công suất của các nguồn năng lượng tái tạo lân cận thường xuyên gây áp lực lớn lên khả năng duy trì điện áp nút.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu chuyên sâu chế độ làm việc của 229 bộ biến tần chuỗi kết hợp hệ thống giám sát điều khiển trung tâm nhà máy điện để đề xuất phương thức điều khiển công suất tác dụng và phản kháng tối ưu. Nghiên cứu được thực hiện trên cơ sở dữ liệu thực nghiệm tại huyện Phù Mỹ, tỉnh Bình Định trong giai đoạn từ năm 2020 đến năm 2022. Kết quả nghiên cứu đóng vai trò nền tảng giúp nhà máy duy trì điện áp nút đấu nối trong dải an toàn cho phép, đồng thời đảm bảo mục tiêu cung cấp 82 triệu kWh điện sạch mỗi năm và cắt giảm 54 nghìn tấn phát thải CO2 cho môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự giao thoa của hai nền tảng lý thuyết cốt lõi trong kỹ thuật điện: lý thuyết chuyển đổi năng lượng quang điện bán dẫn và lý thuyết điều khiển hệ thống truyền tải điện xoay chiều linh hoạt. Về mặt vật lý bán dẫn, mô hình toán học của 113.624 tấm pin quang điện đơn tinh thể loại Half-cell hiệu suất 19,91% được phân tích thông qua phương trình đặc tuyến dòng điện - điện áp phụ thuộc trực tiếp vào mức bức xạ từ 200 W/m2 đến 1000 W/m2 và dải nhiệt độ vận hành từ âm 40 độ C đến 85 độ C.

Về mặt điều khiển công suất, tác giả vận dụng lý thuyết điều khiển véc-tơ không gian trên hệ tọa độ quay đồng bộ d-q để giải bài toán phân tách độc lập giữa công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q của biến tần 3 pha nối lưới. Cấu trúc nghiên cứu tích hợp các khái niệm kỹ thuật chuyên sâu bao gồm: hệ thống giám sát và điều khiển nhà máy điện PPC, thuật toán dò tìm điểm công suất cực đại P&O, cơ chế tự động điều khiển phát điện AGC, và hai chiến lược ứng phó sự cố của biến tần là chiến lược bảo vệ Protective Strategies cùng chiến lược hỗ trợ lưới Grid-Support Strategies.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được trích xuất trực tiếp từ hệ thống quản trị SCADA, máy tính ngăn lộ BCU và hồ sơ kỹ thuật của 229 bộ biến tần Huawei 175 kVA tại Nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp trong giai đoạn vận hành thương mại từ tháng 12/2020 đến năm 2022. Nghiên cứu áp dụng phương pháp chọn mẫu toàn phần đối với toàn bộ 7 trạm biến áp hợp bộ 22/0,8kV và máy biến áp chính 50 MVA 22/110kV nhằm đảm bảo dữ liệu đầu vào mang tính chuẩn xác và đại diện 100% cho cấu hình vận hành thực tế của nhà máy.

Phương pháp phân tích số trị trên phần mềm mô phỏng MATLAB/Simulink được lựa chọn làm công cụ kiểm chứng trung tâm. Lý do lựa chọn công cụ này xuất phát từ khả năng mô hình hóa chi tiết các khối chức năng phi tuyến tính với bước tích phân thời gian cực nhỏ 50 micro-giây, cho phép tái hiện chính xác các hiện tượng quá độ điện từ khi lưới điện gặp sự cố. Toàn bộ tiến trình nghiên cứu kéo dài trong 12 tháng, tập trung vào việc mô phỏng phản ứng động của dòng điện và điện áp tại thanh cái 22kV và 110kV trong các kịch bản lưới điện vận hành bình thường, quá áp, thấp áp và ngắn mạch sự cố.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, việc ứng dụng thuật toán P&O cải tiến trong khối MPPT giúp 229 bộ biến tần của nhà máy đạt hiệu suất chuyển đổi thực tế lên tới 99,03%, duy trì khả năng phát công suất tối đa 50 MWp ổn định ngay cả trong điều kiện bức xạ ánh sáng mặt trời biến động liên tục từ 400 W/m2 đến 1000 W/m2.

Thứ hai, trong kịch bản điện áp nút đấu nối 110kV bị suy giảm xuống dưới 0,9 pu do phụ tải khu vực tăng đột biến hoặc đường dây lân cận gặp sự cố, hệ thống điều khiển PPC phối hợp với biến tần kích hoạt chế độ hỗ trợ lưới Grid-Support để phát bù lượng công suất phản kháng lên tới 16,5 MVAr. Thời gian đáp ứng của hệ thống đạt dưới 40 mili-giây, giúp điện áp nút 110kV nhanh chóng phục hồi về mức danh định 1,0 pu, ngăn ngừa hoàn toàn nguy cơ sụp đổ điện áp cục bộ.

Thứ ba, khi mô phỏng chế độ quá áp trên thanh cái 110kV với biên độ vượt 1,1 pu, thuật toán điều khiển cho phép hệ thống đảo chiều dòng phản kháng, chuyển sang chế độ tiêu thụ công suất phản kháng với dung lượng 12,8 MVAr, ghìm điện áp nút về ngưỡng vận hành an toàn trong vòng 55 mili-giây mà không cần cắt giảm công suất tác dụng phát lên lưới.

Thứ tư, khi xuất hiện sự cố ngắn mạch một pha chạm đất trên đường dây 110kV Phù Mỹ, chiến lược điều khiển hỗ trợ vượt sự cố cho phép nhà máy duy trì kết nối liên tục trong khoảng thời gian quá độ 150 mili-giây, triệt tiêu nguy cơ rã lưới diện rộng và bảo vệ tuyệt đối an toàn cho máy biến áp lực 50 MVA.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng mất ổn định điện áp tại nút đấu nối của Nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp chủ yếu bắt nguồn từ tổng trở đường dây truyền tải 110kV dài 14,828 km và sự thiếu hụt nguồn công suất phản kháng ứng động nhanh tại trạm 220kV Phù Mỹ khi các nhà máy lân cận đồng loạt thay đổi công suất phát. Trong các mô hình vận hành truyền thống chỉ sử dụng chiến lược bảo vệ thông thường, biến tần sẽ tự động ngắt khỏi lưới khi điện áp lệch khỏi biên độ cho phép, điều này làm mất đột ngột 50 MW nguồn cung và khiến hệ thống điện rơi vào tình trạng suy thoái điện áp nghiêm trọng hơn.

So với các nghiên cứu trước đây về việc sử dụng thiết bị bù tĩnh STATCOM độc lập vốn đòi hỏi chi phí đầu tư rất lớn, giải pháp tận dụng ngay dung lượng nhàn rỗi của 229 bộ biến tần chuỗi thông qua bộ điều khiển PPC mang lại hiệu quả kinh tế vượt trội và thời gian đáp ứng nhanh hơn khoảng 30%. Các kết quả này có thể được trình bày trực quan qua biểu đồ đáp ứng thời gian thực của dòng điện trục d-q và bảng so sánh độ lệch điện áp trước và sau khi kích hoạt chế độ điều khiển thông minh, minh chứng rằng độ nhấp nháy điện áp tại nút đấu nối đã giảm từ mức 4,5% xuống dưới 1,2%.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, nâng cấp thuật toán điều phối công suất phản kháng trên hệ thống điều khiển trung tâm PPC của Nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp, rút ngắn thời gian tính toán và phân bổ lệnh xuống dưới 30 mili-giây để đáp ứng tức thời các lệnh điều độ tự động AGC từ cấp điều độ hệ thống điện quốc gia, hướng tới mục tiêu hoàn thành nâng cấp phần mềm điều khiển trong quý 2 năm 2024 do đội ngũ kỹ thuật nhà máy chủ trì.

Thứ hai, cài đặt lại ngưỡng bảo vệ rơ-le và dải thông số làm việc của 229 bộ biến tần chuỗi Huawei 175 kVA, mở rộng dải điện áp làm việc liên tục từ 0,85 pu đến 1,15 pu nhằm kích hoạt tối đa tính năng hỗ trợ vượt qua điện áp thấp và điện áp cao, đảm bảo tỷ lệ sẵn sàng hỗ trợ lưới đạt trên 99% trong suốt vòng đời dự án.

Thứ ba, kiến nghị Công ty Dịch vụ Điện lực Miền Trung và Tổng Công ty Điện lực Miền Trung phối hợp nghiên cứu lắp đặt thí điểm hệ thống lưu trữ năng lượng pin Lithium-ion BESS với quy mô công suất 10 MW dung lượng 20 MWh hoặc trang bị thêm bộ bù tĩnh STATCOM dung lượng 15 MVAr tại trạm 110kV trong giai đoạn 2024 - 2026 nhằm nâng cao khả năng điều tần và làm mịn biểu đồ phát điện.

Thứ tư, hoàn thiện quy chế phối hợp vận hành và giao thức truyền thông thời gian thực giữa phòng điều khiển nhà máy với Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Miền Trung, đảm bảo độ chính xác của việc truyền nhận tín hiệu điều khiển P và Q đạt mức trên 98,5%, giúp tối ưu hóa trào lưu công suất trên toàn tuyến đường dây 110kV Phù Mỹ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, các kỹ sư vận hành và trưởng ca tại các nhà máy điện mặt trời quy mô công nghiệp từ 30 MWp đến 100 MWp có thể ứng dụng trực tiếp các phương thức cài đặt thông số biến tần và thuật toán điều khiển PPC để nâng cao độ ổn định điện áp và giảm thiểu rủi ro bị sa thải công suất khi lưới điện khu vực quá tải.

Thứ hai, các chuyên viên điều độ và kỹ sư tính toán phương thức tại Trung tâm Điều độ Hệ thống điện Quốc gia cùng các Trung tâm Điều độ vùng có thể sử dụng các kết quả mô phỏng để xây dựng kịch bản vận hành an toàn cho các nút truyền tải 110kV và 220kV tập trung mật độ cao các nguồn năng lượng tái tạo.

Thứ ba, các kỹ sư thiết kế thuộc các công ty tư vấn điện lực và tổng thầu EPC năng lượng tái tạo có thể tham khảo phương pháp tính toán cấu hình chuỗi pin 440 Wp, lựa chọn cấp điện áp biến tần 800V và thiết kế trạm nâng áp 50 MVA nhằm đảm bảo dự án đáp ứng đầy đủ các quy chuẩn kỹ thuật nối lưới ngay từ giai đoạn thiết kế cơ sở.

Thứ tư, giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học chuyên ngành Kỹ thuật điện tại các trường đại học kỹ thuật có thể sử dụng mô hình toán học và sơ đồ mô phỏng MATLAB/Simulink chi tiết trong luận văn làm học liệu nghiên cứu chuyên sâu về tích hợp nguồn phân tán và điều khiển nghịch lưu nối lưới.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống điều khiển trung tâm PPC đóng vai trò then chốt như thế nào trong việc ổn định điện áp tại nhà máy? Hệ thống điều khiển PPC đóng vai trò là bộ não chỉ huy, tiếp nhận tín hiệu giám sát từ thanh cái 110kV và lệnh từ cấp điều độ. Khi điện áp sụt giảm dưới 0,9 pu, PPC sẽ tính toán và phân bổ lệnh tức thời đến 229 bộ biến tần để phát bù 16,5 MVAr công suất phản kháng trong thời gian dưới 40 mili-giây, giúp đưa điện áp về mức ổn định danh định.

Tại sao nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp lựa chọn công nghệ biến tần chuỗi thay vì biến tần tập trung? Nhà máy sử dụng 229 bộ biến tần chuỗi 175 kVA nhằm tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi lên tới 99,03% và tận dụng khả năng dò tìm điểm cực đại MPPT đa kênh. Khi một vài dàn pin trong số 113.624 tấm bị che khuất hoặc gặp sự cố, hệ thống vẫn duy trì trên 95% công suất phát tổng thể và việc điều khiển công suất phản kháng tại từng phân vùng diễn ra linh hoạt hơn.

Thuật toán P&O mang lại lợi ích gì cho chế độ vận hành của hệ thống pin mặt trời? Thuật toán P&O thực hiện thay đổi điện áp làm việc theo từng bước nhỏ và quan sát công suất đầu ra để liên tục đưa hệ thống về điểm làm việc tối ưu. Tại nhà máy Mỹ Hiệp, thuật toán này giúp khai thác trọn vẹn công suất 50 MWp khi bức xạ đạt 1000 W/m2 và thích ứng mượt mà khi hệ thống chuyển đổi giữa chế độ phát công suất tối đa sang chế độ điều tiết điện áp.

Nhà máy ứng phó như thế nào khi xảy ra sự cố ngắn mạch một pha chạm đất trên đường dây truyền tải? Khi xảy ra ngắn mạch một pha chạm đất, các biến tần tự động chuyển từ chế độ vận hành bình thường sang chiến lược hỗ trợ lưới Grid-Support. Hệ thống duy trì kết nối liên tục trong 150 mili-giây và bơm dòng phản kháng cực đại để hạn chế độ sụt áp, ngăn ngừa việc ngắt nguồn hàng loạt gây rã lưới khu vực.

Luận văn đã sử dụng công cụ và dữ liệu gì để kiểm chứng tính đúng đắn của phương pháp điều khiển? Tác giả đã xây dựng mô hình mô phỏng số chi tiết trên phần mềm MATLAB/Simulink dựa trên thông số thực tế của 113.624 tấm pin 440 Wp, 229 biến tần và đường dây 110kV dài 14,828 km. Các kịch bản thay đổi kết lưới và ngắn mạch được phân tích với bước tích phân 50 micro-giây để đánh giá độ tin cậy của các giải pháp.

Kết luận

• Đề tài đã hoàn thành nghiên cứu toàn diện mô hình vận hành của hệ thống phát điện 50 MWp tại Nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp với cấu hình 229 bộ biến tần chuỗi và trạm nâng áp 50 MVA.
• Xây dựng thành công giải pháp điều khiển phân tầng giữa hệ thống PPC và các biến tần chuỗi, cho phép điều tiết linh hoạt công suất tác dụng và phản kháng để giữ vững điện áp nút 110kV trong mọi chế độ vận hành.
• Kiểm chứng hiệu quả của chiến lược hỗ trợ lưới Grid-Support thông qua mô phỏng trên MATLAB/Simulink với thời gian đáp ứng phục hồi điện áp ấn tượng dưới 40 mili-giây khi xảy ra sự cố sụt áp.
• Đóng góp giải pháp công nghệ thiết thực giúp bảo đảm sản lượng điện phát 82 triệu kWh mỗi năm, cắt giảm 54 nghìn tấn khí CO2 và nâng cao độ an toàn cho lưới truyền tải điện miền Trung.
• Đề xuất lộ trình kỹ thuật triển khai tích hợp hệ thống lưu trữ pin BESS 10 MW/20 MWh và nâng cấp thuật toán AGC trong giai đoạn 2024 - 2026 nhằm đón đầu xu thế phát triển lưới điện thông minh.

Các đơn vị quản lý vận hành, kỹ sư điều độ và các nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác mô hình toán học và thuật toán điều khiển trong luận văn để ứng dụng mở rộng cho các dự án điện năng lượng tái tạo quy mô lớn trên toàn quốc.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về hệ thống điện mặt trời - Chương 2. Nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp nhằm hỗ trợ ổn định điện áp nút đấu nối - Chương 3. Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp nhằm hỗ trợ ổn định điện áp nút đấu nối 8 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc 1.1 Sự phát triển năng lượng tái tạo trên thế giới Hiện nay nhiều nước trên thế giới đang hối hả phát triển, ứng dụng nguồn năng lượng tái tạo, chẳng hạn như Trung Quốc, Đức và Nhật Bản.

Nguyên nhân chính là năng lượng truyền thống (than, dầu, khí.) sắp cạn kiệt, nguồn cung cấp biến động về giá cả, chịu ảnh hưởng của chính trị và việc sử dụng chúng làm phát thải khí nhà kính, gây hiệu ứng nóng lên toàn cầu. Thế giới dường như đang đứng trước sự kết thúc của thời đại "vàng đen" giá rẻ. Đã từ không chỉ một năm nay giá dầu mỏ trên thị trường quốc tế không ngừng tăng với tốc độ phi mã, lập hết kỷ lục kinh hồn này đến kỷ lục kinh hồn khác. Và không có dấu hiệu là tiến trình này sẽ sớm kết thúc.

Điều đó đang buộc không ít quốc gia phải suy nghĩ tới những đề án tìm kiếm các nguồn năng lượng khác. Tính trung bình, các nước muốn thoát khỏi sự lệ thuộc vào dầu mỏ, khí đốt và than đá dự tính tới năm 2010 sẽ nhận được từ 5% tới 30% lượng điện năng nhờ sử dụng thủy điện, năng lượng mặt trời, gió, các chất sinh học… Những quốc gia có kế hoạch giàu tham vọng nhất theo hướng này là Áo (dự tính tới năm 2010 sẽ đáp ứng khoảng 78% nhu cầu về nhiên liệu của mình nhờ các nguồn năng lượng tái tạo), Thụy Điển (60%) và Latvia (49,3%). Nguồn "điện xanh" dồi dào nhất hiện nay là gió. Năm 2007, tổng sản lượng điện sản xuất từ gió trên thế giới đã tăng 28% so với năm 2006 và đạt mức 95 GW.

Lĩnh vực có tốc độ phát triển nhanh hơn cả là năng lượng mặt trời: năm 2007, tỉ lệ tăng trưởng của lĩnh vực này là 50% và đạt 7,7 GW. 9 Hiện nay, không dưới 60 quốc gia có các chương trình nhà nước nhằm gia tăng sản xuất năng lượng tái tạo. 48 quốc gia sử dụng chính sách cung cấp các ưu đãi khác nhau cho công nghiệp sản xuất "năng lượng sạch", tức là bằng cách đó khuyến khích sự từ chối nguồn năng lượng điện hạt nhân và hyđrôcácbon. Những nước tiêu thụ và sản xuất chính yếu nguồn nhiên liệu sinh học sẽ vẫn là Hoa Kỳ, Liên minh châu Âu và Brazil.

Dự đoán, etanol sẽ là thành phần chính tạo nên sự gia tăng sử dụng nhiên liệu sinh học vì chi phí sản xuất của nó sẽ ngày càng giảm nhanh hơn so với chi phí sản xuất diezel sinh học. Nhu cầu ngày một tăng của lương thực là một yếu tố hạn chế sản xuất nhiên liệu sinh học. Hiện nay, để sản xuất nhiên liệu sinh học trên thế giới đang sử dụng gần 14 triệu ha hay 1% diện tích ruộng canh tác.2 Sự phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam Trong thời đại ngày nay khi mà nguồn tài nguyên năng lượng trên thế giới đang ngày càng cạn kiệt (theo dự đoán của nhiều chuyên gia, trữ lượng dầu mỏ trên thế giới sẽ được sử dụng hết vào năm 2050) thì việc tìm kiếm, phát triển các nguồn năng lượng tái tạo (NLTT) là rất quan trọng. NLTT là năng lượng từ những nguồn liên tục mà theo chuẩn mực của con người là vô hạn.

Các dạng NLTT rất đa dạng bao gồm là năng lượng mặt trời, địa nhiệt, năng lượng sinh ra khi sinh khối.được ứng dụng cho nhiều lĩnh vực. Việt Nam được đánh giá có tiềm năng dồi dào về NLTT, nhưng việc phát hiện, khai thác và sử dụng NLTT đang còn là vấn đề mới được quan tâm, và tất nhiên chưa có vị trí xứng tầm với tiềm năng của nó. Việt Nam có nhiều tiềm năng về phát triển thủy điện, phong điện, điện mặt trời, địa nhiệt… Do cấu trúc địa lý, Việt Nam là một trong số 14 nước trên thế giới đứng đầu về tiềm năng thuỷ điện. 10 Sở hữu nguồn năng lượng gió tốt nhất khu vực Đông Nam Á và 2.500 giờ nắng mỗi năm tương đương gần 44 triệu tấn dầu quy đổi, nhưng lâu nay Việt Nam lại chưa khai thác hợp lý nguồn tài nguyên này.

Về năng lượng mặt trời, nhiều nước trên thế giới đã ra thác hiệu quả nhưng ở Việt Nam vẫn chưa tận dụng được hết nguồn năng lượng sạch và tiết kiệm này. Năng lượng mặt trời dùng để sản xuất điện ở Việt Nam chủ yếu là công nghệ nguồn điện pin mặt trời được ứng dụng ở khu vực nông thôn, miền núi, vùng sâu, vùng xa và hải đảo. Ngoài phong điện, tiềm năng sinh khối trong phát triển năng lượng bền vững ở Việt Nam cũng khá lớn. Nguồn sinh khối chủ yếu ở Việt Nam là trấu, bã mía, sắn, ngô, phân động vật, rác sinh học đô thị và phụ phẩm nông nghiệp.

Trong đó, tiềm năng sinh khối từ bã mía là 200-250 MW, trong khi trấu có tiềm năng tối đa là 100 MW. Hiện cả nước có khoảng 43 nhà máy mía đường, trong đó 33 nhà máy sử dụng hệ thống đồng phát nhiệt điện bằng bã mía với tổng công suất lắp đặt 130 MW. Tính đến cuối năm 2014, đầu năm 2015, tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trong cả nước đạt xấp xỉ 4,5 MWp, trong đó khoảng 20% tổng công suất (tương đương với 900 kWp) được đấu nối vào lưới điện. Các trạm điện mặt trời nối lưới này có công suất trung bình khoảng 50 kWp và thuộc sở hữu của một số tổ chức và doanh nghiệp lớn, như Intel Corporation, Big C (Hà Nội)… Năm 2018, điện mặt trời của Việt Nam ghi nhận mức tăng trưởng đáng kể, nhưng con số này vẫn còn quá nhỏ so với một số quốc gia có tiềm năng tương tự, như Mỹ, Ý, Philippines, thậm chí còn thấp hơn Malaysia, Thái Lan.

Cụ thể, tổng công suất điện mặt trời Việt Nam năm 2018 chỉ là 106 MWp, chưa bằng 1% so với Ý và chỉ bằng khoảng 4% của Thái Lan. 11 Năm 2019, tổng công suất điện mặt trời đã tăng lên khoảng 5 GWp, trong đó 4,5 GWp là của các nhà máy điện mặt trời nối lưới và gần 0,4 GWp của hệ thống điện mặt trời áp mái. Sự phát triển mạnh mẽ này là do các nhà đầu tư đã tăng tốc độ triển khai dự án để tận dụng các ưu đãi của Chính phủ theo Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg ngày 11/4/2017 về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam. Theo EVN, số liệu cập nhật đến ngày 31-12-2020, cả nước đã có 101.029 công trình điện mặt trời mái nhà (ĐMTMN) được đấu nối vào hệ thống điện quốc gia với tổng công suất lắp đặt lên tới gần 9.

Tổng sản lượng phát điện lên lưới từ ĐMTMN lũy kế đến nay đã đạt hơn 1,15 tỷ kWh, góp phần đảm bảo cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia. Còn nếu tính chung các dự án điện mặt trời (bao gồm cả điện mặt trời mái nhà và điện mặt trời mặt đất), đến thời điểm hiện tại, tổng công suất lắp đặt trên cả nước đã đạt tới 19.400 MWp (trong đó có gần 9.300 MWp là điện mặt trời mái nhà), tương ứng khoảng 16.500 MW - chiếm khoảng 25% tổng công suất lắp đặt nguồn điện của hệ thống điện quốc gia.2 Năng lƣợng mặt trời Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt quả đất.1 Cấu trúc của mặt trời Một cách khái quát có thể chia mặt trời thành hai phần chính: phần phía trong và phần khí quyển bên ngoài (hình 1.

Phần khí quyển bên ngoài lại gồm 3 miền và được gọi là quang cầu, sắc cầu và nhật miện. Còn phần bên trong của nó cũng có thể chia thành 3 lớp và gọi là tầng đối lưu, tầng trung gian và lõi mặt trời. Một số thông số của các lớp của mặt trời được cho trên hình 1.1: Cấu trúc của mặt trời Từ mặt đất nhìn lên ta có cảm giác mặt trời là một quả cầu lửa ổn định. Thực ra bên trong mặt trời luôn luôn có sự vận động mạnh mẽ không ngừng.

Sự ẩn hiện của các đám đen, sự biến đổi của quầng sáng và sự bùng phát dữ dội của khu vực xung quanh các đám đen là bằng chứng về sự vận động không ngừng trong lòng mặt trời. Ngoài ra, bằng kính thiên văn có thể quan sát được cấu trúc hạt, vật thể hình kim, hiện tượng phụt khói, phát xung sáng.luôn luôn thay đổi và rất dữ dội.2 Năng lượng mặt trời Về mặt vật chất thì mặt trời chứa đến 78,4% khí Hydro (H2), Heli (He) chiếm 19,8%, các nguyên tố kim loại và các nguyên tố khác chỉ chiếm 1,8%. 13 Năng lượng do mặt trời bức xạ ra vũ trụ là một lượng khổng lồ. Mỗi giây nó phát ra 3,865.1026J, tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.1016 tấn than đá tiêu chuẩn.

Nhưng bề mặt quả đất chỉ nhận được một năng lượng rất nhỏ và bằng 17,57.1016J hay tương đương năng lượng đốt cháy của 6. Năng lượng khổng lồ từ mặt trời được xác định là sản phẩm của các phản ứng hạt nhân. Theo thuyết tương đối của Anhxtanh và qua phản ứng nhiệt hạt nhân khối lượng có thể chuyển thành năng lượng. Nhiệt độ mặt ngoài của mặt trời khoảng 60000K, còn ở bên trong mặt trời nhiệt độ có thể lên đến hàng triệu đô.

Áp suất bên trong mặt trời cao hơn 340. Do nhiệt độ và áp suất bên trong mặt trời cao như vậy nên vật chất đã nhanh chóng bị ion hóa và chuyển động với năng lượng rất lớn. Chúng va chạm vào nhau và gây ra hàng loạt các phản ứng hạt nhân. Người ta đã xác định được nguồn năng lượng mặt trời chủ yếu do hai loại phản ứng hạt nhân gây ra.

Đó là các phản ứng tuần hoàn giữa các hạt nhân Cacbon và Nitơ (C.N) và phản ứng hạt nhân Proton. Khối lượng của mặt trời xấp xỉ 2.