Xem mẫu
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
SESSION 8
Phòng: Board | Chủ tọa: Nguyễn Văn Vinh, Nguyễn Kiên Trung
ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG DÒNG NGẮN MẠCH
TỪ TUA BIN GIÓ
Trần Hoàng Nam, Hoàng Nguyên Khánh, Bùi Thị Phương,
Hà Đức Mạnh, TS. Nguyễn Quốc Minh
Sinh viên chuyên ngành hệ thống điện K61-K62, Viện Điện, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
Tác giả liên hệ: nam.th174084@sis.hust.edu.vn
TÓM TẮT
Năng lượng gió đang dần phát triển theo xu hướng năng lượng sạch trên thế giới, nhưng
với cấu trúc khác với các dạng năng lượng truyền thống và tính bất ổn định đã đặt ra nhiều
vấn đề cần giải quyết để tận dụng nguồn năng lượng này. Bài viết này đề cập đến 1 trong
những vấn đề đó là lúc xảy ra các sự cố ngắn mạch, đóng góp của dòng ngắn mạch từ
tuabin gió sẽ thay đổi và ảnh hưởng như nào. Việc phân tích 2 loại tuabin gió điển hình
hiện nay đã cho ta thấy sự khác nhau giữa chúng. Ở máy tuabin máy phát điện gió loại 1 và
loại 2 đường đặc tính của dòng điện vẫn tuân theo đường xác định bởi các đặc tính thông
thường của máy phát điện cảm ứng dạng roto lồng xóc nhưng riêng loại 2 bị thay đổi do
ảnh hưởng của biến trở trên roto. Phát hiện những thay đổi của dòng ngắn mạch này sẽ
giúp ích rất nhiều cho công tác vận hành và bảo vệ cho lưới .
Từ khóa: Năng lượng gió, ngắn mạch, 4 loại tuabin gió, ảnh hưởng của năng lượng gió
1. GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển của ngành điện điện gió là nhu cầu tất yếu nhưng cùng với
nói riêng và hệ thống điện nói chung, các đó cần phải phát triển toàn bộ mạng lưới
nguồn năng nượng tái tạo trên toàn thế giới điện truyền thống trong nước. Việc tích hợp
đang ngày một phát triển đem nguồn năng các nguồn năng lượng có công suất và tần
lượng vô tận thay thế cho các nguồn năng số không ổn định có thể gây mất đồng bộ
lượng khoáng thạch có hạn, sự phát triển cùng với đó là việc kiểm soát và điều phối sẽ
của năng lượng sạch đang và sẽ là xu thế cực kì khó, cùng với một số chỉ tiêu về kinh
phát điện mới của tương lại [3]. Trong đó tế là những vấn đề đặt ra cho các kĩ sư hệ
năng lượng điện gió được đánh giá sẽ phát thống điện. Một vấn đề được nêu ra trong
triển tốt tại Việt Nam với nhiều điều kiện nghiên cứu này là sự thay đổi của các dòng
thuận lợi. Tuy việc phát triển năng lượng điện ngắn mạch khi tuabin máy phát không
148 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
còn là tuabin của máy phát điện thông cảm ứng. Máy phát điện hoạt động trong
thường mà thay thế bằng tuabin gió, dòng điều kiện bình thường sẽ có độ trượt từ 0%
điện ngắn mạch khi có sự cố đóng góp vào đến -1% [1]. Độ trượt và công suất phát tuân
hệ thống có sự thay đổi. theo đường đặc tính .
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Một số ứng dụng chính của năng lượng
gió là hòa điện và lưới cung cấp điện cho
phụ tải, nhưng tua bin này thường có kích
thước khá lớn lên tới trên 1 MW. Có 4 loại
tua bin gió chính đang được sử dụng.
2.1 Loại 1- Tuabin máy phát cảm ứng dạng Hình 2. Đường đặc tính giữa độ trượt và
lồng xóc công suất phát thực của tua bin loại 1 [1]
Có thể thấy moment của máy phát tăng
tuyến tính với tốc độ , với độ trượt 0.005 pu
sẽ phát công suất định mức. khi vượt quá
hệ số này công suất phản kháng sẽ tăng
khi công suất phát tăng.
Hình 1. Tuabin gió Loại 1
Mô hình tuabin Loại 1 mô phỏng bằng
Tuabin gió loại 1 sử dụng máy phát điện
phần mềm pscad [5].
dạng roto lồng sóc nối trực tiếp đến 1 máy
biến áp tăng áp dạng bậc thang [5]. Tuabin
máy quay với tốc độ gần bằng với tần số
lưới. Một đặc điểm bởi quán tính cơ học
khi tốc độ gió thay đổi đột ngột sẽ dẫn đến
điều chỉnh công suất bị hạn chế Hình 3. Mô hình tạo sự cố ngắn mạch
tuabin gió Loại 1
Tuabin này được điều khiển chính bằng tốc
độ đồng bộ( tốc độ từ trường quay). Ảnh Trên mô hình điểm ngắn mạch đặt tại
hưởng của tốc độ đồng bộ đến công suất điểm đầu tua bin
phát được thể hiện qua độ trượt. Độ trươt
được hiểu là độ lệch giữa tốc độ từ trường
quay và tốc độ hoạt động của máy điện
DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 149
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
Hình 5. Tuabin gió loại 2
Tuabin gió Loại 2 sử dụng máy phát điện
cảm ứng roto dây quấn nối trực tiếp với
máy biến áp tăng áp. Mạch stato tương tự
như mạch của tuabin loại 1 với việc bổ sung
một biến trở. Một thiết bị điện tử công suất
với điện trở được lắp ngoài roto (thiết kế
Weier) giúp kiểm soát dòng điện roto cho
công suất phát ổn định nhưng thiết kế có
nhược điểm dễ ảnh hưởng đến phản ứng
động khi có sự cố [3]
Hình 4. Dòng ngắn mạch của 4 dạng sự
cố gây ra bởi tuabin loại 1
Dòng điện ngắn mạch khi cho 4 loại sự cố
tác động được thể hiện trên hình với thời Hình 6. Mô hình tạo sự cố ngắn mạch
gian bắt đầu từ giây thứ 3 khi tốc độ tuabin tuabin gió Loại 2
ổn định và kéo dài trong vòng 1s. Ở sự cố
3 pha trạm đất, dòng xung kích ban đầu
tăng cao gấp khoảng 4 đến 5 lần dòng
định mức sau đó giảm xuống trị số rất nhỏ
so với dòng định mức, còn với các sự cố
khác dòng điện tăng lên và giảm xuống 1
trị số nhất định nhưng vẫn đạt giá trị lớn
hơn dòng định mức
2.2 Loại 2- Máy phát điện cảm ứng dạng
lồng xóc có biến trở Hình 7. Đường đặc tính công suất phát và
độ trượt tuabin gió Loại 2 [1]
150 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
Bộ điều khiển điện trở roto cho phép thay
đổi rất nhanh điện trở hiệu dụng đặt trên
roto. Đặc tính trượt của Loại 2 được so sánh
với Loại 1:
Đường đặc tính độ trượt của tuabin loại 2
là các đường thẳng tuyến tính, tại đỉnh giá
trị định mức của công suất phát độ trượt
thay đổi sẽ ko làm thay đổi giá trị công suất
phát. Bộ điều khiển điện trở roto vận hành Hình 8. Dòng ngắn mạch của 4 dạng sự
cố gây ra bởi tuabin gió loại 2
rất linh hoạt, tốc độ gió thấp góc mở cánh
đạt giá tri tối đa để giữ công suất đạt định Đồ thị dòng đã thể hiện biên độ dòng xung
mức độ trượt sẽ thay đổi giá trị điện trở tự kích và duy trì của tuabin gió Loại 2 gây ra
điều chỉnh giá trị thấp nhất và ngược lại, nhỏ hơn Loại 1 do điện trở roto hoạt động
nhưng sẽ xảy ra vấn đề phát nóng và tổn làm giảm dòng ngắn mạch. Khi điện trở
thất nhiệt khi máy hoạt động ở độ trượt roto giảm cực đại dòng ngắn mạch tương
quá cao giá trị điện trở tăng. Một sơ đồ tự như máy phát roto lồng xóc.
tương đương và biểu thức [1]
được đưa ra từ
sơ đồ tương đương của máy phát để kiểm 3. KẾT LUẬN
soát độ trượt và giữ công suất định mức( Qua nghiên cứu ta thấy được ảnh hưởng
vân hành tối ưu nhất). của dòng ngắn mạch từ tuabin Loại 1 và
Loại 2 máy phát điện gió đến lưới có sự
Máy phát điện loại 2 có một ưu điểm là cho
khác biệt. Giá trị dòng ngắn mạch lớn nhất
phép độ trượt dao động trong phạm vi ±
ở sự cố ngắn mạch 3 pha, dòng ngắn mạch
0.01 pu dù cho góc mở cánh điều chỉnh để
1 pha chạm đất có biên độ duy trì lớn hơn
khống chế độ trượt .
do ảnh hưởng của điện áp đường dây...
Dòng ngắn mạch trong các chế độ sự cố: Các giá trị thu thập được có thể đóng góp
vào công tác lập kế hoạch cài đặt bảo vệ
role cho đường dây hay chế tạo và cài đặt
các thiết bị làm việc riêng cho các lưới có
tích hợp năng lượng gió. Việc đánh giá
ảnh hưởng sự cố để đưa ra các biện pháp
phòng ngừa khá quan trọng trong công
tác quản lý và vận hành, giảm thiếu tối đa
ảnh hưởng của sự cố tác động. Các nguồn
năng lượng tái tạo nói riêng và năng lượng
DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 151
- CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION EIGHT
gió nói chung cần được quan tâm và phát NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN
triển hơn nữa vì đây là những nguồn năng Trần Hoàng Nam 1999) sinh viên lớp KTD-
lượng sạch và vô tận, trong tương lai công 06 khóa 62, chuyên ngành hệ thống điện,
tác nghiên cứu sẽ được phát triển hơn để Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà
dáp ứng nhu cầu phổ biến, tăng công suất Nội
hòa lưới của nguồn năng lượng này.
Bùi Thị Phương (1998) sinh viên lớp KTD-
01 khóa 62, chuyên ngành hệ thống điện,
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. E.Muljadi, V.Gevorgian, N.Samaan, J.Li, S. Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà
Pasupulat, “Short Circuit Current Contribution for Nội
Different Wind Turbine Generator Types, ” IEEE
PES General Meeting, Providence, RI, USA, July Hoàng Nguyên Khánh (1998) sinh viên
2010, IEEE Xplore, 2010, pp.1-8, DOI: 10.1109/ lớp chương trình tiên tiến khóa 61, chuyên
PES.2010.5589677
ngành hệ thống điện, Viện Điện, Trường
2. E.Muljadi, Y.Zhang, V.Gevorgian, D.Kosterev,
“Understanding dynamic model validation of Đại học Bách khoa Hà Nội
a wind turbine generator and a wind power
plant, ” 2016 IEEE Energy Conversion Congress
Hà Đức Mạnh (1999) sinh viên lớp KTD-06
and Exposition (ECCE), Milwaukee, WI, USA Sept. khóa 62, chuyên ngành hệ thống điện, Viện
2016, IEEE Xplore, 2017, pp.1-5, DOI: 10.1109/ Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
ECCE.2016.7855542
3. Ryoichi Hara, “ Prediction of wind power generation
output and network operation” , Integration of GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Distributed Energy Resources in Power Systems, 2016.
Thầy Nguyễn Quốc Minh tốt nghiếp Thạc
4. National Renewable Energy Laboratory,
“Modeling of Type 2 Wind Turbine Generators ”. sĩ, chuyên ngành kỹ thuật điện, Trường Đại
[Oline]. Avalible: https://www.esig.energy/wiki- học Bách khoa Hà Nội 2009. Tốt nghiệp
main-page/modeling-of-type-2-wind-turbine- Tiến sĩ, chuyên ngành kỹ thuật điện, The
generators/ [Accessed 11/4/2020].
University of Texas at Arlington, Texas, USA,
5. National Renewable Energy Laboratory,
“Modeling of Type 1 Wind Turbine Generators ,”. 2016.
[Oline]. Avalible: https://www.esig.energy/wiki- Hướng nghiên cứu chính: Bảo vệ và điều
main-page/modeling-of-type-1-wind-turbine-
khiển hệ thống điện; Ứng dụng AI trong
generators/ [Accessed 11/4/2020].
6. Development of an on-grid photovoltaic system lưới điện thông minh; Ăng ten và truyền
for an electrical charging station” by Đỗ Tùng sóng…
Dương, Nguyễn Phạm Đăng Khôi, Phan Nguyễn
Duy Thái, Nguyễn Khánh Huyền, Vũ Ngọc Hương Hiện nay thầy đang đảm nhiệm vị trí Phó
Giang, Nguyễn Xuân Trường. Add this document Trưởng Bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện,
after this page - Link (https://drive.google.com/
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
file/d/1K3oawcTUMBgv8Nqft0V_OY30x1Vcb-4W/
view?usp=sharing)
152 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
nguon tai.lieu . vn
