Ứng dụng lưu trữ năng lượng siêu dẫn trong cải thiện chất lượng điện năng

LÝ LỊCH KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

TÓM TẮT

ABSTRACT

MỤC LỤC

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TÍCH TRỮ NĂNG LƯỢNG DƯỚI VẬT LIỆU TỪ SIÊU DẪN SMES

1.1. Lịch sử phát triển SMES và các công trình liên quan nổi bật

1.2. Mục đích nghiên cứu

1.3. Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu

1.4. Phương pháp nghiên cứu

1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.5.1. Ý nghĩa khoa học

1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn

1.6. Tóm lược nội dung luận văn

1.7. Hệ thống SMES

1.7.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống SMES

1.7.2. Cấu trúc cơ bản của một hệ thống SMES

1.7.3. Bộ nghịch lưu nguồn áp (Voltage Source Inverter – VSI)

1.7.4. Bộ Chopper DC/DC

1.7.5. Bộ điều khiển CU

1.7.6. Cuộn dây siêu dẫn với nam châm

2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG SMES KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN BẰNG PHẦN MỀM MATLAB

2.1. Hệ thống lưới điện

2.2. Hệ thống SMES

2.3. Phụ tải thâm nhập

2.4. Tính toán các cấp điện áp trong lưới điện

2.5. Biểu diễn hệ thống điện trong hệ đơn vị tương đối

2.6. Tính toán các cấp điện áp

2.7. Cấu trúc điều khiển của hệ thống SMES

2.7.1. Tổng quan về cấu trúc hệ thống SMES

2.7.2. Khối DC Chopper

2.7.3. Phương thức điều khiển hệ thống SMES

2.7.4. Điều khiển bộ nghịch lưu VSI

2.7.5. Điều khiển bộ DC-DC Chopper

3. MÔ PHỎNG HỆ THỐNG SMES TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB

3.1. Sơ đồ khối tổng thể hệ thống

3.2. Trạng thái ổn định của hệ thống

3.3. Đo lường thông số của hệ thống

3.4. Đo lường thông số của hệ thống SMES

3.5. Trạng thái của hệ thống khi có phụ tải thâm nhập với QL =100 kVAR

3.6. Đo lường thông số hệ thống

3.7. Đo lường thông số hệ thống SMES

3.8. Trạng thái của hệ thống khi có phụ tải thâm nhập với QL =200 kVAR

3.9. Đo lường thông số hệ thống

3.10. Đo lường thông số của hệ thống SMES

3.11. Trạng thái của hệ thống khi có xảy ra sự cố pha chạm đất thoáng qua với RF =0

3.12. Đo lường thông số hệ thống

3.13. Đo lường thông số SMES

3.14. Trạng thái của hệ thống khi có xảy ra sự cố ngắn mạch 3 phase thoáng qua với RF =0

3.15. Đo lường thông số hệ thống

3.16. Đo lường thông số SMES

3.17. Trạng thái của hệ thống khi có xảy ra sự cố ngắn mạch 1 phase thoáng qua trên lưới 132kV với RF =0.66

4. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

4.1. Kết quả đạt được

4.2. Những hạn chế chưa đạt được và hướng khắc phục

4.3. Hướng phát triển đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC A: MÔ HÌNH SIMULINK

PHỤ LỤC B: BẢNG THÔNG SỐ HỆ THỐNG

DANH MỤC KÝ HIỆU

DANH SÁCH CÁC HÌNH

DANH SÁCH CÁC BẢNG

I. Tổng quan về hệ thống lưu trữ năng lượng siêu dẫn

Hệ thống lưu trữ năng lượng siêu dẫn (SMES) là một công nghệ tiên tiến, cho phép lưu trữ năng lượng điện trong một cuộn dây từ siêu dẫn. Lưu trữ năng lượng này có khả năng cung cấp năng lượng nhanh chóng và hiệu quả, giúp cải thiện chất lượng điện năng trong các hệ thống điện. SMES hoạt động dựa trên nguyên lý siêu dẫn, cho phép dòng điện chạy qua mà không gặp trở kháng, từ đó giảm thiểu tổn thất năng lượng. Hệ thống này có thể được sử dụng để điều chỉnh công suất, bù đắp cho các biến động trong lưới điện, và duy trì sự ổn định cho hệ thống điện. Việc ứng dụng SMES trong cải thiện điện năng không chỉ giúp tăng cường độ tin cậy mà còn nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống điện.

1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống SMES

Nguyên lý hoạt động của hệ thống SMES dựa trên việc lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường trong cuộn dây siêu dẫn. Khi cần thiết, năng lượng này có thể được giải phóng nhanh chóng để cung cấp cho lưới điện. Công nghệ lưu trữ năng lượng này cho phép điều chỉnh công suất tác dụng và công suất phản kháng, từ đó cải thiện chất lượng điện năng. Hệ thống SMES có khả năng hoạt động liên tục mà không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài, giúp duy trì sự ổn định cho hệ thống điện. Việc sử dụng SMES trong các ứng dụng thực tiễn đã chứng minh được hiệu quả trong việc giảm thiểu dao động điện áp và cải thiện độ tin cậy của lưới điện.

II. Ứng dụng của SMES trong cải thiện chất lượng điện năng

Ứng dụng của hệ thống SMES trong cải thiện điện năng đang ngày càng trở nên phổ biến. Hệ thống này có thể được sử dụng để bù đắp cho các biến động trong lưới điện, đặc biệt là trong các tình huống có sự thay đổi đột ngột về tải. Năng lượng siêu dẫn cho phép hệ thống cung cấp năng lượng ngay lập tức, giúp duy trì sự ổn định cho lưới điện. Việc tích trữ năng lượng trong SMES không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất mà còn nâng cao hiệu suất của hệ thống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tích hợp SMES vào lưới điện có thể giảm thiểu đáng kể các sự cố về điện áp, từ đó cải thiện chất lượng điện năng cho người tiêu dùng.

2.1. Lợi ích của việc sử dụng SMES

Việc sử dụng SMES mang lại nhiều lợi ích cho hệ thống điện. Đầu tiên, nó giúp cải thiện hiệu suất năng lượng bằng cách giảm thiểu tổn thất trong quá trình truyền tải. Thứ hai, SMES có khả năng cung cấp năng lượng nhanh chóng, giúp duy trì sự ổn định cho lưới điện trong các tình huống khẩn cấp. Cuối cùng, công nghệ này còn giúp giảm thiểu các sự cố về điện áp, từ đó nâng cao chất lượng điện năng cho người tiêu dùng. Các ứng dụng thực tiễn của SMES đã chứng minh được tính hiệu quả và khả năng ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điện hiện đại.

III. Kết luận và hướng phát triển

Hệ thống lưu trữ năng lượng siêu dẫn (SMES) đã chứng minh được vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng điện năng. Công nghệ này không chỉ giúp duy trì sự ổn định cho lưới điện mà còn nâng cao hiệu suất tổng thể của hệ thống. Trong tương lai, việc phát triển và ứng dụng SMES sẽ tiếp tục được mở rộng, đặc biệt là trong bối cảnh nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng cao. Các nghiên cứu và ứng dụng mới sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống, từ đó mang lại lợi ích lớn hơn cho người tiêu dùng và toàn xã hội.

3.1. Hướng phát triển công nghệ SMES

Hướng phát triển công nghệ SMES trong tương lai sẽ tập trung vào việc cải thiện hiệu suất và giảm chi phí đầu tư. Các nghiên cứu sẽ được thực hiện để tối ưu hóa cấu trúc và thiết kế của hệ thống, nhằm nâng cao khả năng lưu trữ và cung cấp năng lượng. Bên cạnh đó, việc tích hợp SMES với các công nghệ năng lượng tái tạo cũng sẽ là một xu hướng quan trọng, giúp tăng cường tính bền vững cho hệ thống điện. Sự phát triển của công nghệ SMES sẽ góp phần quan trọng vào việc xây dựng một hệ thống điện hiện đại, hiệu quả và bền vững.

Luận văn thạc sĩ HCMUTE về ứng dụng siêu dẫn trong lưu trữ năng lượng và cải thiện chất lượng điện năng