Phân tích và đề xuất giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ đến nhà máy điện gió sử dụng DFIG
Một trong những vấn đề phải đối mặt khi tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo lớn – ở đây là nguồn điện gió đó là phương án truyền tải đến các trung tâm phụ tải xa, tức là sử dụng các đường dây truyền tải cao áp với chiều dài lớn. Khi đó việc sử dụng hệ thống tụ bù dọc cố định sẽ giúp gia tăng khả năng truyền tải công suất và giảm tổn thất trên đường truyền. Tuy nhiên sự xuất hiện của hệ thống tụ bù dọc tiềm ẩn nguy cơ xảy ra các dao động nghiêm trọng gây ra bởi hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR). Trên thế giới đã ghi nhận nhiều sự kiện gây ra các vấn đề về dao động dưới tần số đồng bộ tại các nhà máy điện, trong đó có các nhà máy điện gió sử dụng công nghệ máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG).
Thực tế hiện nay trên hệ thống điện Việt Nam có nhiều nhà máy điện gió đấu nối lên lưới 220kV, 500kV tại các tuyến đường dây có trang bị các giàn tụ bù dọc cố định, như NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa, NMĐG EaNam, NMĐG Nhơn Hòa,…. Khi hiện tượng SSR xảy ra tác động đến các nhà máy điện gió không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến nhà máy, gây thiệt hại nghiêm trọng cho chủ đầu tư mà còn ảnh hưởng đến sự vận hành ổn định, an toàn và liên tục của lưới điện. Do đó, tác giả lựa chọn đề tài “Phân tích và đề xuất giải pháp hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ đến nhà máy điện gió sử dụng DFIG”
MỤC ĐÍCH VÀ MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Mục đích nghiên cứu của đề tài là:
- Phân tích, đánh giá ảnh hưởng của hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR) do hệ thống tụ bù dọc trên lưới điện sinh ra, tác động đến nhà máy điện gió sử dụng công nghệ máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG)
- Đề xuất giải pháp hạn chế ảnh hưởng của SSR đến nhà máy điện gió sử dụng DFIG
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Đối tượng nghiên cứu: Nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa sử dụng DFIG
- Phạm vi nghiên cứu: Phân tích SSR cho nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa đấu nối trên hệ thống điện hiện trạng Việt Nam với dữ liệu nguồn và lưới điện thu thập được. Giải pháp sử dụng STATCOM và SVC cho việc giảm thiểu SSR tại nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa, từ đó đề xuất phương án tối ưu.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu: Thu thập và xử lý số liệu nguồn và lưới điện hiện trạng hệ thống điện Việt Nam. Thu thập và nghiên cứu các tài liệu trong và ngoài nước đề cập đến hiện tượng dao động dưới đồng bộ trong các nhà máy điện gió sử dụng DFIG, tài liệu liên quan đến các thiết bị STATCOM, SVC.
- Phương pháp xử lý thông tin: Thu thập và xử lý thông tin nhằm đưa vào công cụ tính toán, mô hình hóa hệ thống điều khiển, qua đó xác định được các kết quả phù hợp với lý thuyết.
Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
- Đánh giá rủi ro xuất hiện và mức độ ảnh hưởng của SSR đối với nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa.
- Khuyến cáo các chủ đầu tư NMĐG khi đấu nối nhà máy lên lưới điện cần quan tâm vấn đề SSR tác động đến sự vận hành ổn định của nhà máy.
- Ứng dụng thực tiễn các thiết bị FACTS trong việc giảm thiểu dao động gây ra bởi SSR giúp nâng cao độ ổn định hệ thống điện.
- Có ý nghĩa thực tiễn trong việc giúp các đơn vị quản lý lưới điện chủ động được các kịch bản vận hành khi các NMĐG thực hiện đấu nối trên lưới, qua đó đảm bảo lưới điện vận hành an toàn, liên tục và ổn định.
BỐ CỤC ĐỀ TÀI
Nội dung của đề tài được tổ chức thành 05 chương. Bố cục nội dung chính của luận văn gồm:
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1: THỰC TRẠNG VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ SỬ DỤNG DFIG KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SSR ĐẾN NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ SỬ DỤNG DFIG
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG DƯỚI ĐỒNG BỘ ĐẾN NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ IA PẾT ĐĂKĐOA SỬ DỤNG DFIG
CHƯƠNG 4: GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU DAO ĐỘNG DƯỚI ĐỒNG BỘ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ IA PẾT ĐĂK ĐOA
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
PHỤ LỤC
TÀI LIỆU THAM KHẢO
THỰC TRẠNG VẬN HÀNH NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ SỬ DỤNG DFIG KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN TRUYỀN TẢI
Tổng quan lưới điện truyền tải
Việc truyền tải điện năng từ nguồn cung cấp đến tải tiêu thụ cần quan tâm đến khả năng truyền tải sao cho tổn thất trên đường truyền là thấp nhất, chất lượng điện năng được duy trì và nâng cao độ ổn định của hệ thống. Với sự gia tăng nhanh chóng của các nguồn điện, đặc biệt là nguồn năng lượng tái tạo, trong khi hạ tầng lưới điện truyền tải không kịp đáp ứng sẽ gây nên các vấn đề tắt nghẽn trên hệ thống điện. Mặc khác, các trang trại gió thường nằm ở những vùng xa trung tâm phụ tải, yêu cầu đường dây truyền tải đủ dài để kết nối với lưới điện, khi đó khả năng truyền tải và độ ổn định của lưới điện bị giảm xuống. Do đó, giải pháp luôn được lưới điện các nước sử dụng đầu tiên đó là trang bị hệ thống tụ bù dọc trên đường dây truyền tải. Việc trang bị hệ thống tụ bù dọc giải quyết các điểm nghẽn trên hệ thống điện, gia tăng khả năng tải của đường dây, nâng cao ổn định hệ thống và tiết kiệm chi phí, thời gian đầu tư một đường dây truyền tải mới.
Lưới điện Việt Nam theo thống kê đến hết năm 2021 có tất cả 53 trạm biến áp với tổng dung lượng là 33300 MVA. Các trạm biến áp 500kV được liên kết với nhau bằng 84 mạch đường dây 500kV với tổng chiều dài đường dây trên 8036km. Các đường dây dài liên kết miền có trang bị 22 tụ bù dọc cố định với tổng dung lượng bù đạt 641.5Ω. Việc trang bị các tụ bù dọc cố định trên lưới điện 500kV Việt Nam mang lại hiệu quả kinh tế cho hệ thống điện, tiết kiệm rất nhiều chi phí đầu tư đường dây truyền tải mới. Tuyến đường dây 500kV dọc trục Bắc – Trung – Nam với các giàn tụ bù dọc đang vận hành góp phần giải tỏa nguồn công suất lớn năng lượng tái tạo khu vực Nam Trung Bộ, giải quyết các điểm nghẽn trên hệ thống điện, truyền tải công suất cung cấp điện cho các trung tâm phụ tải lớn ở xa như khu vực Bắc Bộ và Nam Bộ.
Tổng quan các loại tuabin máy phát điện gió
Có 4 loại tuabin gió được sử dụng phổ biến từ trước đến nay, bao gồm Tuabin gió tốc độ cố định (Type I – Fixed Speed Wind Turbine), Tuabin gió tốc độ thay đổi có giới hạn (Type II – Limited-variable Speed Wind Turbine), Tuabin gió với Máy phát điện cảm ứng nguồn kép (Type III – Doubly-fed Induction Generator), và Tuabin gió với bộ chuyển đổi toàn phần (Type IV – Full-converter wind turbine). Trong đó tuabin gió loại 3 (DFIG) được sử dụng rộng rãi nhờ vào ưu điểm về kỹ thuật và chi phí hợp lý.
Máy phát điện gió cảm ứng nguồn kép DFIG
DFIG là một máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn với stator được kết nối trực tiếp với lưới và rotor được kết nối với lưới thông qua một bộ chuyển đổi back-to-back. Bộ chuyển đổi có khả năng kiểm soát công suất tác dụng và công suất phản kháng đầu ra bằng cách điều khiển dòng điện rotor cả về độ lớn và góc pha.
Các cuộn dây rotor được kết nối với bộ chuyển đổi phía rotor (RSC – Rotor Side Converter) là một bộ chuyển đổi nguồn áp VSC (Voltage Source Converter). RSC này được kết nối theo kiểu back-to-back với một VSC khác được kết nối với lưới, do đó có tên là bộ chuyển đổi phía lưới (GSC – Grid Side Converter). Tại liên kết DC giữa hai bộ chuyển đổi một tụ điện được đặt để giảm thiểu dao động điện áp một chiều trong quá trình chuyển đổi của các bộ chuyển đổi.
Hình 1.5: Công nghệ tuabin gió loại III
Bộ điều khiển DFIG bao gồm hai bộ chính: Một bộ điều khiển dành cho bộ chuyển đổi phía rotor (RSC) và một bộ dành cho bộ chuyển đổi phía lưới (GSC). Bộ chuyển đổi RSC chịu trách nhiệm điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng tại đầu cuối máy phát DFIG trong khi bộ chuyển đổi GSC điều khiển điện áp DC liên kết giữa RSC và GSC, ngoài ra còn điều khiển công suất phản kháng trao đổi với lưới.
Mô hình DFIG được xây dựng trên phần mềm DIgSILENT PowerFactory cho tính toán mô phỏng, bao gồm nhiều Khối điều khiển và đo đếm liên kết với nhau, dựa trên nhiều phương trình và thuật toán điều khiển phức tạp.
Hình 1.15: Mô hình điều khiển tổng quát máy phát DFIG trong phần mềm DIgSILENT
Ảnh hưởng của lưới điện truyền tải đến vận hành nhà máy điện gió sử dụng DFIG
Sự xuất hiện của hệ thống tụ bù dọc trên lưới truyền tải tiềm ẩn nguy cơ xảy ra các dao động gây ra bởi hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR – Subsynchronous resonance). Trong các trang trại gió kết nối với lưới điện có trang bị tụ bù dọc, vấn đề về dao động dưới đồng bộ cũng được ghi nhận tại nhiều sự kiện trên thế giới. Trong đó sự kiện được ghi nhận đầu tiên về hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ trong NMĐG xảy ra vào năm 2009 tại hệ thống điện bang Texas, Mỹ. Sau sự kiện tại Texas cũng đã ghi nhận nhiều sự cố xảy ra đối với NMĐG sử dụng DFIG có liên quan đến SSR, như sự kiện diễn ra tương tự tại khu vực lưới điện Buffalo Ridge của Minnesota hoặc sự kiện tại lưới điện Xinjiang, Trung Quốc,… cho thấy ảnh hưởng của lưới điện truyền tải có trang bị tụ bù dọc cố định tác động đến sự vận hành của NMĐG, đặc biệt là các NMĐG sử dụng công nghệ DFIG.
PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA SSR ĐẾN NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ SỬ DỤNG DFIG
Hiện tượng dao động dưới đồng bộ
Theo IEEE, Dao động dưới đồng bộ (SSO – Sub-synchronous oscillation) được định nghĩa là một hiện tượng tương tác tại tần số dưới đồng bộ giữa các thành phần (i) tuabin máy phát điện và các phần tử thụ động trên lưới điện như tụ bù cố định; (ii) tuabin máy phát điện và các phần tử chủ động trên lưới điện như các bộ điều khiển hệ thống điện; hoặc (iii) các phần tử chủ động trên lưới điện và một lưới điện kết nối yếu. SSO được phân loại thành hai hiện tượng chính: Hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR – Subsynchronous Resonance) và hiện tượng dao động dưới đồng bộ phụ thuộc thiết bị (DDSSO – Device – Dependent Subsynchronous Oscillation). SSR lại được phân thành các hiện tượng IGE (Ảnh hưởng máy phát cảm ứng), SSCI (Hiện tượng tương tác điều khiển dưới đồng bộ), SSTI (Hiện tượng tương tác xoắn dưới đồng bộ), TA (Hiện tượng khếch đại momen xoắn). Các hiện tượng trên được Luận văn định nghĩa và phân tích chi tiết dựa theo nhiều tài liệu và phương trình toán học liên quan.
Phạm vi nghiên cứu của Luận văn là xem xét ảnh hưởng của hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR) tác động đến NMĐG sử dụng DFIG khi mà nhà máy này kết nối với lưới điện có trang bị hệ thống tụ bù dọc. DDSSO là hiện tượng không liên quan đến hệ thống tụ bù dọc do đó không được đưa ra nghiên cứu và phân tích ở nội dung này.
Phương pháp nghiên cứu và phân tích SSR đối với nhà máy điện gió
Luận văn sử dụng phương pháp quét tổng trở theo tần số (Impedance-Frequency scanning) kết hợp với phương pháp phân tích quá độ điện từ EMT theo miền thời gian (Time Domain Simulation) để phân tích SSR trong nhà máy điện gió. Phương pháp quét tổng trở với mô hình phi tuyến DFIG giúp tính toán giá trị điện trở âm của hệ thống, nhằm đánh giá khả năng xuất hiện của hiện tượng IGE/SSCI. Phương pháp phân tích quá độ điện từ EMT với các sự kiện khởi tạo bao gồm phân tích dao động bé với nhiễu loạn nhỏ trên lưới và phân tích dao động lớn do ngắn mạch, nhằm mục đích đánh giá mức độ ảnh hưởng của SSR qua các kết quả dao động dòng rotor, dao động tốc độ quay, dao động momen xoắn…trong nhà máy điện gió. Các phương pháp phân tích trên được thực hiện bằng các công cụ hiện có Frequency Sweep và Simulation RMS/EMT trong phần mềm DIgSILENT PowerFactory.
PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG DƯỚI ĐỒNG BỘ ĐẾN NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ IA PẾT ĐĂKĐOA SỬ DỤNG DFIG
Giới thiệu nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa
NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa với quy mô công suất 198MW được đầu tư xây dựng và đi vào vận hành thương mại (COD) trong năm 2022. Nhà máy sử dụng công nghệ tuabin máy phát DFIG của hãng Envision với công suất định mức 4.5MW, do đó có tổng cộng 44 tuabin gió được lắp đặt. Nhà máy đấu nối trên lưới điện 500kV khu vực Tây Nguyên đấu nối vào trạm 500kV Pleiku 3 xây mới (công suất máy biến áp 900MVA) đấu nối chuyển tiếp trên đường dây 500kV Pleiku – Pleiku 2.
Hình 3.1: Sơ đồ lưới điện đấu nối NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa
Lưới điện 500kV khu vực đấu nối nhà máy có trang bị nhiều giàn tụ bù dọc cố định để giúp tăng khả năng truyền tải trên các tuyến đường dây dài kết nối Trung – Nam Bộ. Trong đó tại Trạm biến áp 500kV Pleiku có trang bị 03 giàn tụ bù 30.5Ω, tại Trạm biến áp 500kV Pleiku 2 có trang bị 02 giàn tụ bù 30.5Ω và 1 giàn tụ 21.5 Ω. Các trạm biến áp 500kV lân cận cũng trang bị nhiều giàn tụ như ĐakNông (30.5Ω), EaSup (21.5Ω),…Cho thấy khu vực lưới đấu nối tồn tại rất nhiều hệ thống tụ bù dọc cố định, điều này tiềm ẩn nguy cơ gây ra hiện tượng dao động dưới đồng bộ cho các NMĐG sử dụng DFIG, trong đó có NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa.
Phân tích dao động dưới đồng bộ trong nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa
Luận văn phân tích dao động dưới đồng bộ trong NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa bằng các phương pháp đã đề cập ở Chương 2, trong đó IGE/SSCI được phân tích dựa vào kỹ thuật quét tổng trở tổng hợp của hệ thống tại điểm đấu nối với nhà máy. Kết quả được thể hiện ở hình dưới đây:
Hình 3.6: Tổng trở tổng hợp của hệ thống tại 500kV Pleiku 3
Kết quả trên Hình 3.6 cho thấy tại giá trị tần số khoảng 16Hz, giá trị Xtotal đi qua zero từ âm sang dương, trong khi đó Rtotal đạt giá trị -7.94Ω. Ta có thể thấy với giá trị điện trở âm tại tần số cộng hưởng, hệ thống trở nên mất ổn định do có sự xuất hiện của hiện tượng ảnh hưởng máy phát cảm ứng (IGE) hoặc SSCI. Khi điện trở hệ thống ghi nhận tại thanh cái đấu nối NMĐG Ia Pết trở nên âm, hệ thống tồn tại một momen cản điện âm làm tăng dao động, và dao động ghi nhận ở dải tần số dưới đồng bộ (16Hz).
Thông thường đối với một NMĐG, khả năng dao động dưới đồng bộ xảy ra là có sự xuất hiện của hiện tượng SSCI cao hơn là IGE, bởi vì SSCI xảy ra khi bộ điều khiển máy phát thay đổi thông số điều khiển trong quá trình vận hành gây ra sự tương tác về điện với hệ thống, hơn nữa SSCI khó xác định được tần số dưới đồng bộ vì sự thay đổi thông số điều khiển làm thay đổi tần số cộng hưởng, do đó rủi ro SSCI là nghiêm trọng hơn IGE.
Để xem xét NMĐG Ia Pết Đăk Đoa có bị ảnh hưởng bởi SSCI hay không, ta tiến hành tính toán tổng trở hệ thống với kịch bản thay đổi thông số của bộ điều khiển máy phát DFIG. Với sự thay đổi của hằng số điều khiển Kp của bộ điều khiển RSC trong máy phát DFIG, mức độ ảnh hưởng của SSCI đến nhà máy cũng thay đổi theo. Bảng 2 cho thấy sự giảm độ lớn Kp sẽ làm cho giá trị điện trở âm của hệ thống giảm theo, qua đó giảm đi ảnh hưởng của SSCI, đồng thời tần số cộng hưởng fSSCI cũng thay đổi theo:
Bảng 3.1: Kết quả so sánh giá trị điện trở âm
| Tần số cộng hưởng fSSCI (Hz) | Kp | Rtotal (Ω) |
| ~ 16 Hz | 4 | -7.941 |
| ~ 14 Hz | 1 | -5.188 |
Luận văn tiếp tục phân tích mức độ ảnh hưởng của SSCI đến nhà máy Ia Pết ĐăkĐoa bằng kỹ thuật phân tích EMT, với sự kiện khởi tạo cô lập đường dây 500kV Pleiku 2 – Pleiku 3, khi đó NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa chỉ đấu nối trực tiếp với lưới điện thông qua một đường dây duy nhất Pleiku – Pleiku 3 với các giàn tụ tại TBA 500kV Pleiku đang vận hành. Một nhiễu loạn nhỏ trên lưới gây ra dao động đủ lớn tác động đến NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa, nếu các dao động này được tính toán xảy ra tại các dải tần số dưới đồng bộ, chứng tỏ nhà máy bị ảnh hưởng bởi hiện tượng dao động dưới đồng bộ sinh ra từ hệ thống tụ bù dọc trên đường dây. Sự kiện khởi tạo này được xem là tương tự với sự kiện xảy ra tại NMĐG ở phía nam Texas nước Mỹ (năm 2009) như đã đề cập ở Chương 1.
Các kết quả mô phỏng EMT trong Luận văn cho thấy khi có sự cố, dao động dòng rotor tăng cao làm tác động mạch bảo vệ crowbar của máy phát. Sau sự cố một khoảng thời gian, dao động tiếp tục tăng cao do đường dây sự cố bị cô lập khỏi hệ thống và nhà máy kết nối với lưới thông qua đường dây Pleiku – Pleiku 3 có các giàn tụ bù dọc đang vận hành, gây ra hiện tượng SSCI làm tăng cao dao động dưới đồng bộ:
Hình 3.10: Dòng điện rotor máy phát DFIG sau 5s
Hình 3.11: Dao động tốc độ quay máy phát DFIG Nhà máy Ia Pết Đăk Đoa và phân tích FFT
Hình 3.12: Dòng điện stator máy phát DFIG NMĐG Ia Pết Đăk Đoa và phân tích FFT
Các kết quả trên cho thấy dao động tốc độ quay của máy phát DFIG với biên độ lớn và tăng dần trước khi mạch bảo vệ máy phát tác động, và tần số dao động ghi nhận ở dải 8Hz (Hình 3.11). Trong khi đó hình 3.12 ghi nhận dao động dòng điện stator máy phát DFIG ở nhiều dải tần số dưới 40Hz. Điều này chứng minh rằng không có sự tương tác giữa thành phần cơ của trục tuabin máy phát DFIG với lưới điện, có nghĩa là SSTI không xảy ra. Do đó dao động dưới đồng bộ xảy ra tại nhà máy Ia Pết là do hiện tượng SSCI.
Mức độ ảnh hưởng của SSCI còn được phân tích trong Luận văn với các kịch bản thay đổi hằng số điều khiển Kp và thay đổi công suất đầu ra của tuabin. Các kết quả mô phỏng EMT cho thấy rằng SSCI càng xảy ra nghiêm trọng hơn khi hằng số Kp càng lớn và công suất đầu ra của tuabin càng nhỏ (tương ứng tốc độ gió càng thấp).
Hình 3.14: Dao động tốc độ máy phát DFIG khi thay đổi thông số điều khiển bộ RSC (zoom đến 2s)
Hình 3.17: Dao động tốc độ máy phát DFIG Nhà máy Ia Pết ĐăkĐoa khi thay đổi công suất tuabin gió
GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU DAO ĐỘNG DƯỚI ĐỒNG BỘ TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ IA PẾT ĐĂK ĐOA
Ứng dụng STATCOM trong việc giảm thiểu dao động dưới đồng bộ trong nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa
STATCOM (Static Synchronous Compensator) là một thiết bị bù công suất phản kháng thuộc họ các thiết bị truyền tải điện xoay chiều linh hoạt (FACTS – Flexible AC Transmission System). Hoạt động của STATCOM giống như hoạt động của một máy bù đồng bộ. Điều khiển công suất phản kháng cung cấp cho hệ thống điện của STATCOM được thực hiện bằng cách điều khiển điện áp ngỏ ra VO cùng pha với điện áp hệ thống V. Nếu VO nhỏ hơn áp hệ thống V, thì dòng điện bộ nghịch lưu đi qua cuộn kháng sẽ mang tính cảm, bộ bù nhận công suất phản kháng. Ngược lại, nếu độ lớn VO lớn hơn áp hệ thống, dòng điện đi qua cuộn kháng mang tính dung và bộ nghịch lưu phát công suất phản kháng (tính dung).
Mô hình điều khiển của STATCOM được thực hiện dựa trên kỹ thuật điều chế độ rộng xung để điều chỉnh điện áp tham chiếu tại điểm đấu nối bằng với điện áp mong muốn bằng cách cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng. Mô hình điều khiển của STATCOM được xây dựng trên DIgSILENT cho phép điều khiển công suất phản kháng theo dải điều chỉnh của STATCOM và khả năng bù công suất phản kháng trong điều kiện quá độ (dynamic reactive power compensation).
Để giảm thiểu SSCI trong NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa, một hệ thống STATCOM được đấu nối tại PCC 35kV nhà máy, với dung lượng bù lựa chọn là 60MVAr. Kịch bản ngắn mạch ba pha gần khu vực nhà máy được khởi tạo và chạy bài toán EMT sau 10s phân tích. Kết quả cho thấy STATCOM có khả năng giảm và dập tắt hoàn toàn dao động, đồng thời không tác động mạch bảo vệ crowbar do dòng rotor máy phát không tăng cao khi có sự có mặt của STATCOM:
Hình 4.6: So sánh dao động tốc độ máy phát DFIG Nhà máy Ia Pết ĐăkĐoa có và không có STATCOM
Ứng dụng SVC trong việc giảm thiểu dao động dưới đồng bộ trong nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa
SVC là một thuật ngữ chung cho một số thiết bị bù, nó cũng là một thiết bị FACTS. Các thiết bị SVC được đưa ra trong các phần sau là TCR hoặc MCR, TSC và Tụ cố định (FC). Chức năng của SVC cũng giống như STATCOM là cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, hỗ trợ nhà máy điện gió đáp ứng các yêu cầu về điện áp tại PCC.
Dựa vào mô hình điều khiển của SVC, Luận văn phân tích đánh giá khả năng giảm dao động dưới đồng bộ sinh ra bởi SSCI trong nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa của SVC tương tự như kịch bản đã phân tích với STATCOM. Kết quả mô phỏng cho thấy SVC mặc dù có giảm thiểu SSCI nhưng xu hướng dao động vẫn tăng, không dập tắt hoàn toàn được dao động do đó vẫn tác động mạch bảo vệ máy phát:
Hình 4.16: Dao động tốc độ máy phát DFIG Nhà máy Ia Pết ĐăkĐoa có và không có SVC (thời gian mô phỏng 5s)
So sánh và lựa chọn giải pháp giảm SSCI cho nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa
Kết quả Hình 4.9 và Hình 4.17 dưới đây thể hiện thời gian đáp ứng và biên độ dòng điện phản kháng trong chế độ bù dynamic của STATCOM và SVC, cho thấy sau thời điểm sự cố (0.2s), STATCOM đáp ứng cung cấp dòng phản kháng tại thời điểm 0.204s với biên độ khoảng 2pu, trong khi SVC đáp ứng phát dòng phản kháng tại thời điểm 0.222s với biên độ khoảng 0.5pu. Điều này cho thấy khả năng đáp ứng trước sự cố của STATCOM là tốt hơn SVC, từ đó giúp giảm nhanh được biên độ của dao động.
Hình 4.9: Dòng điện phản kháng của STATCOM trong chế độ bù động khi sự cố
Hình 4.17: Dòng điện phản kháng của SVC trong chế độ bù động khi sự cố
Kết quả ở hình 4.18 dưới đây tổng hợp dao động trong các trường hợp không có trang bị FACTS, có STATCOM và có SVC, làm rõ thêm ứng dụng hiệu quả của STATCOM trong việc dập tắt hoàn toàn dao động là tốt hơn nhiều so với SVC:
Hình 4.18: So sánh khả năng giảm dao động dưới đồng bộ của SVC và STATCOM
Từ kết quả phân tích này, Luận văn đề xuất giải pháp STATCOM giảm thiểu dao động dưới đồng bộ gây ra bởi SSCI nhà máy điện gió Ia Pết ĐăkĐoa. Không chỉ giúp giảm dao động sinh ra trên lưới khi sự cố, STATCOM còn hỗ trợ NMĐG cung cấp hoặc tiêu thụ công suất phản kháng, đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật của lưới điện trong các trường hợp vận hành bình thường.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
KẾT LUẬN
- Lưới điện truyền tải trang bị hệ thống tụ bù dọc cố định giúp tăng công suất truyền tải của đường dây, giảm gánh nặng về chi phí đầu tư và thời gian xây dựng một đường dây truyền tải mới. Tuy nhiên tiềm ẩn nguy cơ xảy ra hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ (SSR).
- Hiện tượng cộng hưởng dưới đồng bộ SSR là một hiện tượng cổ điển đã được đem ra nghiên cứu và đánh giá trong các nhà máy điện, bao gồm nhà máy nhiệt điện và cả NMĐG. Đối với trang trại gió sử dụng công nghệ máy phát điện cảm ứng nguồn kép DFIG, ảnh hưởng của SSR được nghiên cứu và phân tích đánh giá ở Luận văn này, bao gồm các hiện tượng SSCI, SSTI và TA.
- Luận văn đã chứng minh được rằng SSTI thực tế không xảy ra đối với các NMĐG DFIG, vì dao động tần số riêng của cơ cấu trục tuabin-máy phát DFIG ở dải thấp (dưới 10Hz), rất khó để tương tác với dải tần số cộng hưởng trên lưới điện với mức bù thực tế của tụ bù dọc là dưới 75%. Kết quả phân tích dao động tốc độ quay của trục rotor máy phát và dòng điện máy phát tại Chương 3 cho thấy không có sự tương tác tần số giữa các thành phần cơ-điện trên lưới để tạo ra SSTI.
- SSCI là một hiện tượng dao động dưới đồng bộ được xếp vào loại dao động dưới đồng bộ khi phân tích trong các NMĐG, thay thế cho hiện tượng IGE do có cùng kỹ thuật phân tích, nó là một hiện tượng điện thuần túy gây ra bởi sự tương tác giữa bộ điều khiển của máy phát DFIG với thành phần tụ bù dọc cố định trên lưới, sinh ra dao động dưới đồng bộ khi xuất hiện một điện trở âm tại tần số cộng hưởng. SSCI tạo ra dải tần số dưới đồng bộ thay đổi liên tục do sự thay đổi của các thông số điều khiển của bộ RSC trong máy phát DFIG, do đó rất khó xác định tần số của dao động.
- Các phương pháp phân tích SSR được sử dụng để khảo sát dao động dưới đồng bộ tại NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa. Nhà máy với tổng quy mô công suất 198MW kết nối lên lưới truyền tải 500kV khu vực Tây Nguyên. Luận văn đã khởi tạo một sự kiện trên lưới đấu nối nhà máy Ia Pết ĐăkĐoa tương tự như kịch bản xảy ra SSCI tại NMĐG Zorillo tại miền Nam bang Texas (Mỹ) năm 2009. Các kết quả phân tích chỉ ra tiềm ẩn nguy cơ xuất hiện SSCI gây tăng cao dao động dưới đồng bộ với nhà máy Ia Pết ĐăkĐoa khi đấu nối trên lưới điện khu vực. Dao động SSCI càng lớn khi giá trị thông số điều khiển RSC của máy phát càng tăng và tốc độ gió càng thấp.
- Tại Chương 4, Giải pháp sử dụng STATCOM và SVC được đề xuất nghiên cứu trong việc giảm thiểu SSCI tại NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa. Khả năng đáp ứng động của STATCOM trong các trường hợp sự cố được chứng minh là dập tắt được dao động dưới đồng bộ cho các máy phát tại NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa. Giải pháp sử dụng SVC cùng dung lượng với mô hình điều khiển cơ bản chỉ đáp ứng giảm được dao động dưới đồng bộ mà không có khả năng dập tắt hoàn toàn dao động. Vì vậy đề xuất trang bị STATCOM tại NMĐG Ia Pết ĐăkĐoa.
HƯỚNG PHÁT TRIỂN
- Các thông số của bộ điều khiển máy phát được nhà sản xuất tuabin gió bảo mật và rất khó để thu thập, do đó khả năng phân tích SSCI với đầy đủ các kịch bản vận hành trở nên khó khăn. Ngoài hằng số điều khiển Kp của bộ điều khiển dòng điện phía RSC, Khâu điều khiển Vòng khóa pha PLL cũng được chứng minh là có ảnh hưởng đến khả năng xảy ra SSCI trong các NMĐG DFIG. Do đó các thông số điều khiển DFIG cần được xem xét đầy đủ hơn ở những công trình nghiên cứu tiếp theo
- Giải pháp STATCOM trang bị tại nhà máy thuộc trách nhiệm đầu tư và lắp đặt của chủ đầu tư NMĐG, do đó có thể khuyến cáo để đầu tư trong nội bộ nhà máy. Ngoài ra một thiết bị FACTS nên được xem xét ở nghiên cứu sau này đó là thay thế dàn tụ bù dọc cố định trên lưới bằng các tụ bù có điều khiển TCSC. Giải pháp TCSC thuộc trách nhiệm của đơn vị quản lý, vận hành lưới điện nên sẽ là giải pháp tổng thể cho cả lưới điện, giúp giảm thiểu dao động dưới đồng bộ cho nhiều NMĐG đấu nối trên hệ thống.
- Với sự tiến bộ của công nghệ sản xuất tuabin gió, bộ điều khiển giảm dao động dưới đồng bộ SSDC được tích hợp vào tuabin gió để ngăn chặn vấn đề dao động dưới đồng bộ cho trang trại gió. Vấn đề này cũng cần được nghiên cứu ở báo cáo tiếp theo.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT DIEN\5ng\NGHIA chưa in
