Đánh giá ổn định HTĐ tích hợp điện năng lượng mặt trời hòa lưới tại An Giang

Download

ĐÁNH GIÁ ỔN ĐỊNH HTĐ TÍCH HỢP ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

HÒA LƯỚI TẠI AN GIANG

STABILITY ANALYSIS OF PV SYSTEM FED TO AN SG-BASED POWER

SYSTEM IN AN GIANG, VIET NAM

Nguyễn Hửu Trí¹

¹Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

TÓM TẮT

Ổn định HTĐ là khả năng của một HTĐ ở một chế độ vận hành ban đầu cho trước lấy

lại trạng thái vận hành cân bằng sau khi trải qua một sự cố xảy ra trong hệ thống điện, với tất cả

các biến của hệ thống (biến vật lý/trạng thái) nằm trong giới hạn và vẫn duy trì được toàn vẹn của

HTĐ.

Vấn đề ổn định của hệ thống quang điện được kết nối với lưới điện là phức tạp do đặc

tính v - i phi tuyến của mảng PV cũng như sự tương tác giữa các bộ chuyển đổi năng lượng. Bên

cạnh đó, mặc dù lý thuyết hệ thống tuyến tính được sử dụng rộng rãi trong phân tích ổn định của

các hệ thống ba pha cân bằng, việc áp dụng cùng một lý thuyết cho các hệ thống một pha đáp ứng

là thách thức nghiêm trọng, vì hệ thống một pha không thể biến đổi thành các hệ thống bất biến

thời gian tuyến tính sử dụng công cụ chuyển đổi như là hệ thống ba pha cân bằng.

Trong luận bài báo này, phân tích tính ổn định của toàn bộ hệ thống PV được kết nối với

lưới điện được trình bày. Cả bộ chuyển đổi DC-DC và bộ chuyển đổi DC-AC cũng được xem xét

trong mô hình. Ngoài ra, đặc tính làm việc của tấm PV cũng được trình bày. Để tránh thiếu các

tham số cụ thể của tấm PV, mô hình được đề xuất sử dụng các tham số cơ bản được cung cấp trong

tất cả các biểu dữ liệu của các tấm PV. Việc áp dụng phương pháp mô hình mẫu quan sát biến đổi

thành công hệ thống thành bất biến thời gian. Với mô hình được đề xuất, sự ổn định của hệ thống

có thể được nghiên cứu bằng cách tính toán các giá trị riêng của hệ thống và mô hình hóa bằng

phần mềm mô phỏng Matlab, phân tích và xuất ra kết quả mô phỏng bằng hình ảnh.

Từ khóa: Ổn định HTĐ,Cải thiện tính ổn định,Lưu trữ năng lượng,giảm thiểu biến động, nâng cao

ổn định

ABSTRACT

Stabilization of the Mowers is the ability of a Matter in a given initial operating mode to

regain a steady-state operation after experiencing an electrical power failure, with all system

variables ( physical / state changes) within the limits and maintain the integrity of the Masonry.

The stability problem of the photovoltaic system connected to the grid is complex due to

the nonlinear v-i characteristic of the photovoltaic array as well as the interaction between the

energy converters. In addition, although linear system theory is widely used in the analysis of

stability of balanced three-phase systems. Applying the same theory to one-phase response systems

is a serious challenge, since a single-phase system can not be transformed into linear time

invariant systems using a transformer such as a system. three phase balance.

In this paper, the stability analysis of the whole PV system connected to the grid is

presented. Both DC-DC converters and DC-AC converters are also considered in the model. In

addition, the performance characteristics of PV panels are also presented. To avoid specific PV

parameters, the proposed model uses the basic parameters provided in all data sheets of the PV

panels. The application of the modeling paradigm has successfully transformed the system into

time invariants. With the proposed model, system stability can be studied by calculating system

specific values and modeling with Matlab simulation software, analyzing and output simulation

results by image.

Keywords: Stability, stability improvement, energy storage, mitigating fluctuations, improve

stability

1. GIỚI THIỆU

Nguồn năng lượng mặt trời đang là một

giải pháp hữu hiệu không gây tác hại đến môi

trường. Do đó việc nghiên cứu thiết kế điều

khiển hệ thống triển khai ứng dụng vào thực

tế là điều hết sức cần thiết và có ý nghĩa thực

tiễn cao. Các hệ thống quang điện (PV) sẽ có

ý nghĩa rất lớn trong tương lai. Tuy nhiên, hệ

thống PV có một số nhược điểm như: 1.Hiệu

quả chuyển đổi thấp; 2. điện áp đầu ra không

ổn định.

Trên hình 3.1 là sơ đồ cấu trúc của hệ thống,

HT gồm có một máy phát đồng bộ SG công

suất 2.200MVA hòa vào lưới trên hai đường

dây song song TL1 và TL2, ngoài ra HT có

tích hợp với hệ năng lượng mặt trời có tổng

công suất 60MW.Để hòa lưới thì tín hiệu điện

một chiều đi qua bộ nghịch lưu DC/AC, điện

AC này sẽ được kết nối chung với Bus PCC

cùng với máy SG để đẩy công suất về lưới.

Trong một HTĐ thì nó có rất nhiều dao

động do vậy mà tích hợp Năng lượng mặt trời

vào để đánh giá và năng cao là rất quan

trọng.Chính vì thế đề tài mới tiến hành thực

hiện đánh giá một HTĐ có tích hợp NLMT

hòa lưới.

2. Đánh giá ổn định hệ thống điện

2.1 Khái niệm

2.5 Mô hình toán học máy phát điện

Hệ thống điện (HTĐ) là tập hợp các

phần tử phát, dẫn, phân phối có mối quan hệ

tương tác lẫn nhau rất phức tạp, tồn tại vô số

các nhiễu tác động lên hệ thống.Hệ thống phải

đảm bảo được tính ổn định khi có tác động của

những nhiễu này.

2.2 Ổn định tĩnh

Ổn định tĩnh là khả năng của hệ thống

sau những kích động nhỏ (nhiễu nhỏ) phục hồi

được chế độ ban đầu.

Nhiễu nhỏ: sự thay đổi bức xạ tấm pin,

thay đổi tải nhỏ,…

2.3 Ổn định động

_q^'_0ip(E_d^'_i)  E_d^'_i(X_qi X_q^'_i)i_qi

Ổn đinh động của hệ thống: là khả

năng của hệ phục hồi được trạng thái ban đầu

gần với trạng thái ban đầu sau những kích

động lớn (nhiễu lớn).

_q^'_0ip(E_d^'_i)  E_d^'_i E_FDi(X_qi X_q^'_i)i_qi





 _jip(_i) T_mi i_diE_dii_qiE_qi(L_qi L_qi)i_dii_qi D_i





Nhiễu lớn: Ngắn mạch đường dây 3

pha, thay đổi công suất phụ tải lớn.

p    1

 

_b



2.4 Sơ đồ kết nối lưới

Trong đó:

Tmi là môment cơ;

và là các điện áp quá độ trục d và q;

EFdi là điện áp kích từ,

q.(vIR_s)

và Di là hằng số quán tính và hệ số giảm

chấn (giảm dao động);



₀₁





(V  IR_s)

I  I_SC I

1 



R_sh



và là góc rotor và tốc độ;

là tốc độ cơ bản;

Trong đó:

Isc là dòng quang điện (dòng ngắn mạch khi

không có Rs và Rsh) (A/m2)

và là hằng số thời gian của trục d và q;

idi và iqi là dòng điện của trục d và q;

I01 là dòng bão hòa (A/m2)

và là điện kháng đồng bộ của trục q của

máy phát điện đồng bộ SG thứ i.

q là điện tích của điện tử (C) = 1,6.10-19

k là hệ số Boltzman = 1,38.10-23(J/k)

T là nhiệt độ (K)

2.6 Đặc tính làm việc của pin mặt trời

Một tấm pin năng lượng mặt trời PV

(Photovoltic cell) gồm các lớp bán dẫn chịu

tác tác dụng của quang học để biến đổi các

năng lượng phô tôn bức xạ mặt trời thành điện

năng.Theo quan điểm năng lượng điện điện tử,

thì pin mặt trời có thể được coi như những

nguồn dòng biểu diễn mối quan hệ phi tuyến

I(V) như hình 3.2, còn sơ đồ tương đương trên

hình 3.3. Hiệu suất tấm pin NLMT lớn nhất

khi pin mặt trời cung cấp cho ta công suất cực

đại.Theo đặc tính phi tuyến tuyến trên hình

3.2 thì nó sẽ xảy ra khi P(V) là cực đại tức là

P(V)=Pmax tại điểm (Imax, Vmax) được gọi

là điểm cực đại (MPP( Maximum Point

Power).Hệ bám điểm công suất cực đại MPPT

(Maximum Point Power Tracking) được sử

dụng để đảm bảo rằng pin mặt trời sẽ luôn

luôn làm việc ở điểm MPP bất chấp tải được

nối vào pin.

I, V, Rs, Rsh lần lượt là dòng điện ra, điện áp

ra, điện trở Rs và Rsh của pin trong mạch

tương đương ở hình 3.3

2.7 Bộ chuyển đổi DC-DC

Các bộ biến đổi DC/DC được chia

làm 2 loại: Có cách ly và loại không cách ly.

Loại cách ly sử dụng máy biến áp cao tần,

chúng cách ly nguồn điện một chiều đầu vào

với nguồn một chiều ra và tăng hay giảm áp

bằng cách điều chỉnh hệ số biến áp. Loại này

thường được sử dụng cho các nguồn cấp một

chiều sử dụng khoá điện tử và cho hệ thống

lai. Loại DC/DC không cách ly không sử dụng

máy biến áp cách ly. Chúng luôn được dùng

trong các bộ điều khiển động cơ một chiều.

Các loại bộ biến đổi DC/DC thường dùng

trong hệ PV gồm:

Bộ giảm áp (buck)

Bộ tăng áp (boost)

Bộ biến đổi tăng - giảm áp Curk

Bộ giảm áp buck có thể định được

điểm làm việc có công suất tối ưu mỗi khi điện

áp vào vượt quá điện áp ra của bộ biến đổi,

trường hợp này ít thực hiện được khi cường

độ bức xạ của ánh sáng xuống thấp.

Bộ tăng áp boost có thể định điểm

làm việc tối ưu ngay cả với cường độ ánh sáng

yếu. Hệ thống làm việc với lưới dùng bộ

Boost để tăng điện áp ra cấp cho tải trước khi

đưa vào bộ biến đổi DC/AC.

2.8 Bộ chuyển đổi DC-AC

Việc tính toán gần đúng nghịch lưu nguồn

dòng 3 pha thực hiện giống như sơ đồ 1 pha

nhưng với quan hệ giữa biên độ và thành phần

cơ bản (hệ số a) của dòng thay đổi.

Điều kiện về tần số: Hai nguồn phải

bằng tần số với nhau, hoặc tần số nguồn điện

phải bằng với tần số lưới

Một nhận xét khác là năng lượng chỉ chảy qua

một chiều từ nguồn qua tải, làm áp ra thay đổi

theo tải, tăng cao khi không tải vì năng lượng

trữ ở tải tăng cao.

Điều kiện về điện áp: Hai nguồn phải

cùng điện áp với nhau, hoặc điện áp nguồn

phải bằng điện áp lưới.

Điều kiện về pha: Hai nguồn phải cùng thứ tự

pha nếu số pha lớn hơn 1, và góc pha phải

trùng nhau.

Đánh giá ổn định hệ thống điện tích

hợp điện năng lượng mặt trời hòa lưới

A. Đánh giá ổn định tĩnh

Các phương trình phi tuyến của hệ thống

nghiên cứu lần đầu tiên được tuyến tính quanh

một điểm vận hành danh nghĩa với trạng thái

ổn định được lựa chọn để có được các phương

trình tuyến tính của hệ thống động, nó có thể

được thể hiện dưới dạng ma trận như sau:

Hình 3. 29: Sơ đồ dạng áp, dòng của nghịch

lưu nguồn dòng 3 pha

Trị riêng của hệ thống (PV)

Hình 3.29 (a) cho ta một ví dụ về

nghịch lưu nguồn dòng cụ thể. Có thể thấy đây

là sự phát triển sơ đồ 3.29 thành 3 pha, SCR

đang dẫn sẽ tắc khi một SCR nối chung anod

(catod) được tính theo logic mỗi lúc có 2 ngắt

điện làm việc.Quá trình tắt T1 khi T3 được

kích vẽ trên hình (b), các tụ điện sẽ đặt điện

áo âm vào T1 và nạp đến cực tính ngược lại,

chuẩn bị tắt T3 ở xung dòng kế tiếp.Các điốt

được thêm vào để tránh tình trạng tụ điện C bị

xả qua tải ở tần số làm việc thấp.Hình (c) cho

ta các dạng sóng trên acc1 phần tử của mạch.

Trị riêng của hệ thống (SG)

2.9 Nguyên tắc hòa đồng bộ

Hòa đồng bộ là một trong các điều kiện để

nguồn điện (từ máy phát, pin mặt mặt trời…)

có thể hoạt động ở chế độ làm việc song song

hoặc cùng nối chung vào một mạng lưới điện

Các nguồn điện khi hoạt động ở chế độ làm

việc song song với một nguồn khác, hoặc

nhiều nguồn cùng nối chung vào một mạng

lưới điện luôn đòi hỏi một số điều kiện. Một

trong các điều kiện đó là các nguồn điện phải

hoạt động đồng bộ với nhau.

Hình 5. 6 Dòng điện tại Bus trên lưới trước

và sau khi sự cố xảy ra

0.45

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

(s)

Hình 5. 7 Dòng điện tải trước và sau khi

sự cố xảy ra

1,1

Qua quan sát các trị riêng của hệ thống pin

NLMT và máy phát đồng bộ ta thấy kết quả

phần thực đa phần có giá trị âm hay nói cách

khác là nằm bên trái mặt phẳng phức, điều này

chứng tỏ HT là ổn định tĩnh.

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

B. Đánh giá ổn định động

(s)

Để đánh giá ổn định hệ thống điện vận

hành khi xảy ra sự cố, trong phần này tác giả

tiến hành mô phỏng hệ thống khi bị sự cố

nghiêm trọng đó là ngắn mạch 3 pha xảy ra tại

thời điểm 5s và kéo dài sau 5,1 giây.

Hình 5. 8 Công suất tác dụng trên lưới

trước và sau khi sự cố xảy ra

KẾT LUẬN

Các kết quả tính toán và mô phỏng trong

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

miền tần số và miền thời gian cꢀng được trình

bày để chứng minh tính ổn định của hệ thống

sau khi xảy ra các sự cố.

Để năng cao tính ổn định hệ thống điện

thì tác giả đề xuất các phương pháp để nâng

cao ổn định HTĐ như: Đưa các thiết bị

FACTS (Flexible AC Transmission Systems)

vào vận hành cùng hệ thống điện.

(s)

Hình 5. 5 Điện áp tại bus trước và sau khi

sự cố xảy ra

(s)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Xiong, X.; Chi, K.T.; Ruan, X. Bifurcation Analysis of Standalone Photovoltaic-Battery

Hybrid Power System. IEEE Trans. Circuits Syst. I Regul. Pap. 2013, 60, 1354–1365.

[CrossRef]

[2] Deivasundari, P.; Uma, G.; Poovizhi, R. Analysis and experimental verification of Hopf

bifurcation in a solar photovoltaic powered hysteresis current-controlled cascaded-boost

converter. IET Power Electron. 2013, 6, 763–773. [CrossRef]

[3] International Electrical Engineering Congress, iEECON2016, 2-4 March 2016, Chiang

Mai,Thailand.Voltage Stability Analysis of Grid-Connected Photovoltaic Power Systems Using

CPFLOW

[4] International Science Index, Electrical and Computer Engineering Vol:4, No:6, 2010

waset.org/Publication/11326. Genetic Algorithm Based Design of FuzzyLogic Power System

Stabilizers in Multimachine Power System.

[5] Takenori Yonezu, Tanzo Nitta The University of Tokyo Tokyo, Japan.ON-LINE

MEASUREMENT OF THE EIGENVALUES OF MULTI-MACHINE POWER SYSTEM BY

USE OF SMES. 15th PSCC, Liege, 22-26 August 2005.

[6] Huynh Chau Duy, Huynh Quang Minh and Ho Dac Loc Faculty of Electrical and Electronics

Engineering HoChiMinh City University of Technology, VietNam. TRANSIENT STABILITY

ANALYSIS OF A MULTI MACHINE POWER SYSTEM.18/07/2015

Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:

Họ tên: Nguyễn Hửu Trí

Đơn vị:

Điện thoại: 0947477522

Email: [email protected]

Xác nhận của giáo viên hướng dẫn

TS.Nguyễn Thị Mi Sa

BÀI BÁO KHOA HỌC

THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ

Bài báo khoa học của học viên

có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn

Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.

Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý

của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.

ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!

Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học

Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.

7 trang Mãnh Khiết 09/01/2024 26180 Free

Download

Bạn đang xem tài liệu "Đánh giá ổn định HTĐ tích hợp điện năng lượng mặt trời hòa lưới tại An Giang", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

danh_gia_on_dinh_htd_tich_hop_dien_nang_luong_mat_troi_hoa_l.pdf