acecook

Phân tích, đánh giá hệ thống điện gió nối lưới tỉnh Bình Thuận

Công nghiệp năng lượng
02/11/2022 10:14
Phân tích vận hành hệ thống điện gió nối lưới (ĐGNL) là cần thiết trong bối cảnh năng lượng gió (NLG) là rất cao và ngày càng được phép tham gia nhiều vào cơ cấu nguồn điện của hệ thống điện. Bài báo "Phân tích, đánh giá hệ thống điện gió nối lưới" được khái quát từ kết quả nghiên cứu thực tế tại tỉnh Bình Thuận, là cơ sở cho công tác vận hành hệ thống điện, đặc biệt trong trường hợp hệ thống điện có xem xét các nguồn năng lượng tái tạo như nguồn năng lượng điện gió.
aa

GIỚI THIỆU

Đối với hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập hai chỉ tiêu quan trọng là chất lượng điện năng và tỷ lệ xâm nhập điện gió. Hai tiêu chí này tỷ lệ nghịch với nhau trong vùng có tỷ lệ xâm nhập điện gió cao. Do vậy, cần có phương pháp vận hành phù hợp để tối đa hóa tỷ lệ xâm nhập điện gió mà vẫn đảm bảo chất lượng điện năng. Đây chính là mục đích bài báo này.

• Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điện gió
• Xây dựng giải pháp lưới điện thông minh cho hệ thống điện Bình Định

Trong quá trình vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel thì cần phải thỏa mãn các điều kiện ràng buộc liên quan đến các giới hạn kỹ thuật. Hai điều kiện ràng buộc quan trọng là vận hành ổn định và đảm bảo chất lượng điện năng. Việc phân tích chất lượng điện năng thường được đánh giá thông qua các kết quả mô phỏng, thực nghiệm, thực tế. Còn việc đánh giá tính ổn định của hệ thống thì hiện nay có nhiều phương pháp cho phép phân tích và đánh giá trên mô hình toán. Do vậy, Bài báo này sẽ xác định vùng làm việc theo giới hạn ổn định, sau đó kiểm tra chất lượng điện năng tại các điều kiện cụ thể.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1. Mô hình toán các nguồn điện

1.1 Mô hình DFIG

1.1.1 Mô hình DFIG ở trạng thái xác lập

Sơ đồ mạch thay thế tương đương một pha cho DFIG như Hình 1.

phan tich danh gia he thong dien gio noi luoi tinh binh thuan
Hình 1. Sơ đồ mạch tương đương dạng một pha của DFIG.

Phương trình cân bằng điện áp:

Us = RsIs + jX + sIs +jXmI0

Trong đó:

Us – điện áp stato

Is – dòng điện stato

U’r – điện áp roto quy đổi về phía stato

I’r – dòng điện roto quy đổi về phía stato

Rs – điện trở dây quấn stato

R’r – điện trở dây quấn roto

Xσs – điện kháng tản trên stato

X’σr – điện kháng tản trên roto quy đổi về phía stato Xm – điện kháng hỗ cảm giữa stato và roto

s – hệ số trượt.

1.1.2 Mô hình trạm phát điện gió

Trong chế độ làm việc thông thường dòng điện từ hóa máy biến áp nhỏ hơn nhiều so với dòng điện sơ cấp cũng như dòng thứ cấp quy đổi về sơ cấp. Khi đó ta có thể đơn giản hóa sơ đồ thay thế trạm điện gió như Hình 2.

phan tich danh gia he thong dien gio noi luoi tinh binh thuan
Hình 2. Sơ đồ mạch tương đương trạm điện gió ở chế độ xác lập.

Khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây phía trạm điện gió thì bộ phận bảo vệ phía roto của DFIG sẽ nối các cuộn dây roto với bộ điện trở phụ Rcrowbar như Hình 3.a. Khi đó DFIG chuyển thành WRIG có roto nối với điện trở phụ. Đồng thời máy phát sẽ vận hành theo đặc tính mới của WRIG như Hình 3.b.

phan tich danh gia he thong dien gio noi luoi tinh binh thuan
Hình 3. Sơ đồ mô tả chế độ hoạt động của DFIG khi lưới bị sự cố. (a) Sơ đồ điều khiển; (b) Đặc tính công suất theo tốc độ.

2. Mô phỏng, phân tích thực tế vận hành hệ thống điện gió nối lưới khi kết hợp với diesel tỉnh Bình Thuận

Hệ thống phát điện gió kết hợp diesel thích hợp cho các vùng cô lập là những nơi mà sự mở rộng lưới điện quốc gia đến đó sẽ rất tốn kém. Hiện nay, chi phí cho lắp đặt một hệ thống các tấm quang điện có công suất lớn là rất lớn. Kèm theo đó việc lưu trữ điện năng trong một thời gian dài trên acqui sẽ làm cho chi phí bảo dưỡng và vận hành của hệ thống quang điện cũng khá cao. Chính yếu tố này mà lựa chọn hệ thống phát điện gió kết hợp với diesel cho các khu vực này là phù hợp.

Hệ thống phát điện gió kết hợp diesel hoạt động như một lưới nhỏ, cô lập. Hệ thống phát điện gió kết hợp diesel phổ biến có cấu trúc như Hình 5 bao gồm trạm điện gió, trạm điện diesel, hệ thống lưu trữ, tải giả kết nối với nhau qua lưới phân phối và truyền tải điện năng tới các hộ tiêu thụ.

phan tich danh gia he thong dien gio noi luoi tinh binh thuan
Hình 4. Hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel.

Trong hệ thống phát điện gió kết hợp diesel trên Hình 5, bộ phận bộ chuyển đổi quay (rotary converter) có thể thay thế bằng bộ chuyển đổi điện tử công suất (power electronic converter). Các hệ thống phát điện gió kết hợp diesel đã xây dựng ở nước ta như bảng dưới đây. Ngoài ra, còn có máy phát điện gió 30 kW (công nghệ Nhật Bản) tại Hải Hậu – Nam Định. Đây là trạm phát điện hỗn hợp điện gió và diesel thử nghiệm, nhưng hiện nay hệ thống này đã ngừng hoạt động.

Bảng so sánh các dự án phát điện gió nối lưới cô lập

phan tich danh gia he thong dien gio noi luoi tinh binh thuan

3. Hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở Phú Quý

Ở Việt Nam đã có một số hệ thống phát điện sử dụng năng gió kết hợp với điện diesel. Trong số đó chỉ còn hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel ở đảo Phú Quý đang vận hành và có tính chất tiêu biểu hơn (quy mô lớn nhất và hiệu quả nhất), nên bài báo chọn làm đối tượng chính cho các tính toán và phân tích cũng như so sánh.

phan tich danh gia he thong dien gio noi luoi tinh binh thuan
Hình 5 (a) Lưới điện 22kV trên đảo Phú Quý; (b) Hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý.

Trạm phát điện diesel đã có từ năm 1999 bao gồm 6 máy phát loại VTA-28 của hãng Cummin, công suất danh định 500 kW (625 kVA), công suất tối thiểu 165 kW, điện áp đầu cực 0,4 kV, hệ số công suất 0,8. Hệ thống 0,4 kV này kết nối lưới 22 kV thông qua 03 máy biến áp làm việc song song loại 1600 kVA, 22±2×2,5/0,4 kV. Lưới điện 22 kV có tổng chiều dài khoảng 21,5 km gồm hai phát tuyến 471 và 472.

Từ năm 2011, trạm điện gió được đưa vào vận hành kết hợp với trạm điện diesel. Trạm điện gió gồm 3 tuabin gió loại V80-2MW sử dụng DFIG của Tập đoàn Vestas. Mỗi tuabin gió có công suất danh định 2,0 MW và điện áp danh định 690 V, được nối lưới 22 kV thông qua máy biến áp khô công suất 2,1 MVA, 22/0,69 kV, YN/yn–0. Công suất tối thiểu của 01 tuabin gió là 500 kW khi tốc độ gió từ 7,2 m/s đến 17,8 m/s; là 550 kW đến 800 kW khi tốc độ gió từ 17,8 m/s đến 25 m/s.

3.1. Thuật toán tính toán công suất và số máy phát

phan tich danh gia he thong dien gio noi luoi tinh binh thuan
Hình 6. Lưu đồ tính toán phát cực đại công suất trạm điện gió.

Lưu đồ thuật toán để tính toán thông số vận hành hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel theo hướng phát cực đại công suất trạm điện gió như Hình 6. Trong đó hàm roundup () là hàm làm tròn lên giá trị nguyên lớn hơn kề giá trị thực đang có.

Thuật toán đề xuất (Hình 6) sẽ phân tích công suất phụ tải hiện tại để quyết định có tiếp tục phát điện hay phải tạm ngừng nếu phụ tải quá thấp (dưới công suất tối thiểu của máy phát diesel). Trường hợp tiếp tục phát điện, nếu công suất phụ tải nhỏ hơn tổng công suất tối thiểu của một tuabin gió và một máy phát diesel thì chỉ vận hành trạm điện diesel, còn ngược lại thì tính toán vận hành theo hướng cực đại hóa lượng công suất phát của trạm điện gió. Quá trình tính toán để cực đại hóa lượng công suất phát của trạm điện gió cơ bản bao gồm các bước sau: ước lượng số tuabin gió tối đa có thể vận hành; tính toán số máy phát điện diesel tối thiểu có thể vận hành; tính toán kiểm tra dự trữ quay để quyết định số lượng máy phát điện diesel tối thiểu phải vận hành.

3.2. Kiểm tra kết quả trên phần mềm PSS/adept

Phần mềm PSS/adept đã được ứng dụng cho tính toán và phân tích hệ thống điện ở hầu hết các quốc gia trên thế giới và cũng được Tập đoàn Điện lực Việt Nam ứng dụng. Trên cơ sở cấu trúc lưới điện thực tế ở Phú Quý, bài báo đã mô phỏng trên phần mềm PSS/adept với đầy đủ các thông số của hệ thống. Từ đó tiến hành mô phỏng kiểm tra tất cả các chế độ với phụ tải cực đại, cực tiểu, gió mạnh, gió yếu, số lượng tuabin gió tham gia kết nối nhiều nhất, ít nhất. Tất cả các kết quả tính toán được kiểm tra trên phần mềm PSS/adept cho thấy hoàn toàn đảm bảo các tiêu chuẩn về cung cấp điện. Không có sự sụt áp đáng kể tại các nút tải.

phan tich danh gia he thong dien gio noi luoi tinh binh thuan
Hình 7. Kết quả khảo sát trên phần mềm PSS/adept cho trường hợp có tỷ lệ xâm nhập điện gió lớn và vận hành nhiều tuabin gió nhất.

4. Kết luận

Bài báo hướng đến mục tiêu nâng cao mức xâm nhập điện gió của hệ thống phát điện hỗn hợp gió – diesel trong lưới cô lập, cụ thể là: bắt đầu từ tổng quát về hệ thống phát điện hỗn hợp này, khái quát lý thuyết và đề xuất giải pháp nâng cao mức xâm nhập điện gió có xét đến các điều kiện ràng buộc trong vận hành, xây dựng mô hình đánh giá về khả năng vận hành ổn định, xây dựng mô hình đánh giá hiệu quả của giải pháp đề xuất; từ bài học kinh nghiệm đối với các hệ thống đã có, bài báo đề xuất phương pháp tính toán xác định trạm điện gió phù hợp với trạm điện diesel đã có ở vùng cô lập nhằm tối đa lợi ích kinh tế trong vận hành nhưng lại giảm thấp chi phí đầu tư.

Tài liệu tham khảo

[1] Nguyễn Bảo Anh, Điều khiển trực tiếp công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát điện năng lượng gió (DFIG) dùng mạng nơ-rôn nhân tạo, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, 2013.
[2] Lữ Thái Hòa, Mô hình hóa và điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng máy phát điện gió nguồn kép, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM, 2014.
[3] Nguyễn Tri Nhân, Mô hình hóa và mô phỏng máy phát điện DFIG, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM, 2016.
[4] Đỗ Hoàng Ngân Mi, “Ứng dụng thuật toán trượt – thích nghi điều khiển DFIG trong máy phát điện gió”, Tạp chí khoa học, Trường Đại học Đông Á, 2015.
[5] Nguyễn Anh Nam, Mô hình hóa và xây dựng giải thuật điều khiển máy phát điện không đồng bộ cấp nguồn từ hai phía, Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, 2015.
[6] N. A. Janssens, G. Lambin, N. Bragard, “Active power control strategies of DFIG wind turbines”, IEEE Power Tech, 2007.
[7] B. Babypriya and N. Devarajan, “Simulation and analysis of a DFIG wind energy conversion with genetic fuzzy controller”, International Journal of Soft Computing and Engineering, IJSCE, pp. 176 – 182, vol. 2, no. 2, 2012.
[8] F. K. A. Lima, A. Luna, P. Rodríguez, E. H. Watanabe and M. Aredes, “Study of a simplified model for DFIG-based wind turbines”, IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, ECCE, 2009.
[9] Y. H. Yuan and F. Wu, “Short-circuit current analysis for DFIG wind farm considering the action of a crowbar”, Energies Journal, vol. 11, no. 425, pp. 1 – 15, 2018.
[10] M. K. Dosoglu and A. B. Arsoy, “Analysis of reduced order model based on doubly-fed induction generators during different fault times”, 8th International Conference on Electrical and Electronics Engineering, ELECO 2013.

Ngô Đăng Lưu (Công ty Anh Minh Global)
Nguyễn Đình Long (Trường Đại học Đồng Nai)
Nguyễn Hùng (Trường Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh)
Nguyễn Hữu Khoa (Trường Cao đẳng Điện lực Thành phố Hồ Chí Minh)

mca
Tin bài khác
Chuyển đổi số thông minh: Giải pháp toàn diện cho doanh nghiệp

Chuyển đổi số thông minh: Giải pháp toàn diện cho doanh nghiệp

Trong kỷ nguyên kỹ thuật số, công nghệ không còn là công cụ hỗ trợ mà đã trở thành nền tảng cho sự phát triển và vận hành doanh nghiệp. Tuy nhiên, việc tự quản lý hệ thống CNTT ngày càng trở nên phức tạp và tốn kém, khiến nhiều doanh nghiệp nhỏ và vừa lúng túng trong việc đảm bảo vận hành liên tục, bảo mật dữ liệu và tối ưu hiệu suất. Đó là lý do ngày càng nhiều doanh nghiệp lựa chọn Dịch vụ CNTT được quản lý (Managed IT Services) như một giải pháp chiến lược để nâng cao hiệu quả và an toàn công nghệ.
Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Sacombank được vinh danh Ngân hàng có giải pháp thanh toán tốt nhất

Tin tức ngân hàng nổi bật tuần qua: Sacombank được vinh danh Ngân hàng có giải pháp thanh toán tốt nhất

Tuần qua, nhiều ngân hàng đã có những động thái quan trọng nhằm mở rộng dịch vụ và thu hút khách hàng với hàng loạt diễn biến đáng chú ý liên quan đến hoạt động kinh doanh, chiến lược nhân sự như: Techcombank được cấp phép thành lập công ty bảo hiểm nhân thọ; Sacombank được vinh danh Ngân hàng có giải pháp thanh toán tốt nhất cho SME; SHB hợp tác toàn diện với BSR...
Quyết liệt hoạch định chiến lược chuyển đổi số ngành nông nghiệp

Quyết liệt hoạch định chiến lược chuyển đổi số ngành nông nghiệp

Chuyển đổi số ngành nông nghiệp được đánh giá là khó nhất, vì hạn chế về nguồn nhân lực, manh mún và tư duy thiếu đồng bộ. Bộ Nông nghiệp và Môi trường vừa có hội nghị, khẳng định phải chuẩn bị kho dữ liệu để làm triệt để công tác chuyển đổi số của ngành.
Triển lãm thành tựu chào mừng 80 năm Quốc khánh: Phải để lại dấu ấn xứng tầm

Triển lãm thành tựu chào mừng 80 năm Quốc khánh: Phải để lại dấu ấn xứng tầm

Chỉ còn chưa đầy một tháng trước thời điểm duyệt tổng thể Triển lãm thành tựu đất nước chào mừng 80 năm Quốc khánh, Phó Thủ tướng Mai Văn Chính yêu cầu toàn bộ hệ thống chính trị vào cuộc với tinh thần trách nhiệm cao nhất, đảm bảo triển khai hiệu quả, đúng tiến độ, lan tỏa được giá trị và thành tựu của hành trình 80 năm xây dựng và phát triển đất nước.
Đẩy mạnh chuyển đổi số cấp cơ sở: Hà Nội triển khai chiến dịch diện rộng

Đẩy mạnh chuyển đổi số cấp cơ sở: Hà Nội triển khai chiến dịch diện rộng

Ngày 24/7, Chủ tịch UBND thành phố Hà Nội Trần Sỹ Thanh đã ký ban hành Chỉ thị số 11/CT-UBND, triển khai Chiến dịch "45 ngày đêm ra quân hỗ trợ hoạt động chuyển đổi số tại các xã, phường trong giai đoạn đầu vận hành mô hình chính quyền địa phương hai cấp" trên địa bàn thành phố.
Trường Cao đẳng Công nghệ cao Hà Nội (HHT) tuyển sinh 4000 chỉ tiêu, đào tạo 45 ngành năm 2025

Trường Cao đẳng Công nghệ cao Hà Nội (HHT) tuyển sinh 4000 chỉ tiêu, đào tạo 45 ngành năm 2025

Năm học 2025 - 2026, nhà trường tuyển sinh 4000 chỉ tiêu bằng hình thức xét tuyển ở các hệ đào tạo: Cao đẳng, THPT - Cao đẳng, Liên thông, Sơ cấp - ngắn hạn,… với 45 nghề thuộc các nhóm ngành: Công nghệ thông tin, Điện - Điện tử, Cơ khí, Chăm sóc sắc đẹp, Công nghệ ô tô, Ngoại ngữ, Kinh tế - Du lịch, Môi trường, Nông nghiệp,…tăng 800 chỉ tiêu so với năm học trước.
Minh bạch nguồn gốc nông sản để thúc đẩy phát triển nền nông nghiệp xanh

Minh bạch nguồn gốc nông sản để thúc đẩy phát triển nền nông nghiệp xanh

Trong bối cảnh truy xuất nguồn gốc nông sản trở thành yêu cầu cấp thiết về an toàn thực phẩm và minh bạch chuỗi cung ứng, Nhà nước đã ban hành nhiều chính sách nhằm hỗ trợ doanh nghiệp, hợp tác xã và nông dân thực thi hiệu quả.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/7/2025: Tuổi Hợi áp lực công việc, tuổi Tý công việc thuận lợi

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 27/7/2025: Tuổi Hợi áp lực công việc, tuổi Tý công việc thuận lợi

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 27/7/2025 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Tối đa hóa phạm vi phủ sóng và đảm bảo kết nối mạng cảm biến trong môi trường đầy chướng ngại vật dựa trên các thuật toán lấy cảm hứng từ thiên nhiên

Tối đa hóa phạm vi phủ sóng và đảm bảo kết nối mạng cảm biến trong môi trường đầy chướng ngại vật dựa trên các thuật toán lấy cảm hứng từ thiên nhiên

Việc áp dụng các thuật toán meta-heuristic có tiềm năng đáng kể trong nhiều lĩnh vực, bao gồm cả mạng cảm biến không dây.
Cảng Phước An (PAP) báo lỗ, vốn hóa vẫn tăng mạnh

Cảng Phước An (PAP) báo lỗ, vốn hóa vẫn tăng mạnh

Chi hàng nghìn tỷ đầu tư cảng biển, Cảng Phước An (PAP) vẫn chưa thoát được chuỗi lỗ liên tiếp, dù đã có doanh thu từ khai thác thương mại.
Quảng cáo
moxa