Tài liệu Luận văn vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù statcom​

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------- ĐINH VĂN TRUNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT NGUỒN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ THIẾT BỊ BÙ STATCOM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------- ĐINH VĂN TRUNG VẬN HÀNH HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ XÉT NGUỒN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ THIẾT BỊ BÙ STATCOM LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN XUÂN HOÀNG VIỆT TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM ngày … tháng … năm … Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT 1 2 3 4 5 Họ và tên Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện 1 Phản biện 2 Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. HCM, ngày......tháng........năm 20... NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Đinh Văn Trung Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: I- Tên đề tài: Vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM II- Nhiệm vụ và nội dung: - Nghiên cứu tổng quan vận hành hệ thống điện. - Nghiên cứu nguồn điện năng lượng gió. - Nghiên cứu thiết bị bù STATCOM. - Nghiên cứu vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM. - Mô phỏng vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM. III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt CÁN BỘ HUỚNG DẪN (Họ tên và chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng đuợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đuợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đuợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Đinh Văn Trung LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, em xin chân thành cám ơn các Thầy Cô của Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM, Viện Đào tạo Sau đại học, Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH đã hỗ trợ, tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành khóa học và đề tài luận văn. Đặc biệt, em xin chân thành cám ơn Thầy TS. Nguyễn Xuân Hoàng Việt đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và đóng góp những ý kiến quý báo cho việc hoàn thành Luận văn này. Cuối cùng, em xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ11, đồng nghiệp và gia đình đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện Luận văn của em. Đinh Văn Trung Tóm tắt Hiện nay, năng lượng gió là nguồn năng lượng tự nhiên tái tạo có trữ lượng khá lớn ở nước ta. Việc khai thác năng lượng này trong thời gian tới chắc chắn sẽ được đẩy mạnh nhờ vào các ưu thế vượt trội của nguồn năng lượng tái tạo này. Ở những vùng có lưới điện quốc gia, điện gió sẽ được hòa vào lưới điện quốc gia. Đây là một tất yếu và xu hướng phát triển của hệ thống điện thế giới nói chung và hệ thống điện Việt Nam nói riêng. Khi ấy, công tác vận hành và đảm bảo ổn định hệ thống điện càng trở nên khó khăn và phức tạp hơn. Thách thức lớn nhất về mặt kỹ thuật là đặc điểm bất định của nguồn phát điện gió. Trong số các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất và ổn định của hệ thống điện nói chung và hệ thống điện có sự tham gia của nguồn điện gió được khảo sát trong luận văn này nói riêng là việc sử dụng các hệ thống thiết bị truyền tải linh hoạt (FACTS, Flexible AC Transmission System), trong đó có bộ bù đồng bộ tĩnh, STATCOM (Static Synchronous Compensator) là hướng giải pháp có tính hiệu quả cao. Từ các phân tích trên, đề tài luận văn “Vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM’’ là thật sự cần thiết và có ý nghĩa, đặc biệt trong giai đoạn phát triển của phụ tải như hiện nay tại Việt Nam. Luận văn bao gồm các nội dung như sau: + Chương 1: Giới thiệu + Chương 2: Tổng quan bài toán vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM + Chương 3: Cơ sở lý thuyết vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM + Chương 4: Mô phỏng vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM + Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai Abstract Currently, wind energy is a renewable natural energy source with large reserves. The exploitation of this energy will certainly be boosted by its superior advantages in the future. In areas with the national grid, the wind power will be connected to the national grid. This is a development trend of the world power system in general and Vietnam’s power system in particular. At the same time, the operation and maintenance of the power system is becoming more difficult and complex. The biggest technical challenge is the uncertainty of the wind generator. Among the technical solutions for improving the efficiency and stability of the power system in general and power system including wind energy sources in particular studied in this thesis are the use of Flexible AC Transmission System (FACTS), including Static Synchronous Compensator (STATCOM), is a highly efficient solution. From the above analysis, the topic, "Power system operation considering wind power system and STATCOM" is really necessary and meaningful, especially during the development phase of the load as in Vietnam today. The thesis consists of the following contents: + Chapter 1: Introduction + Chapter 2: Literature review + Chapter 3: Power system operation considering wind power system and STATCOM + Chapter 4: Simulation result + Chapter 5: Conclusion and future work i MỤC LỤC Mục lục....................................................................................................... i Danh sách hình vẽ ......................................................................................iv Danh sách bảng ..........................................................................................x Chương 1 - Giới thiệu ..............................................................................1 1.1. Giới thiệu ............................................................................................1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài ......................................................................2 1.3. Đối tượng nghiên cứu ..........................................................................2 1.4. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................2 1.5. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu ........................................................3 1.6. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................3 1.7. Bố cục của luận văn ............................................................................3 Chương 2 - Tổng quan bài toán vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM ......................................5 2.1. Giới thiệu ............................................................................................5 2.2. Các nghiên cứu trong nước ..................................................................5 2.3. Các nghiên cứu nước ngoài ............................................................... 10 2.4. Kết luận ............................................................................................ 18 Chương 3 - Cơ sở lý thuyết vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM ............................................ 19 3.1. Giới thiệu .......................................................................................... 19 3.2. Hệ thống điện .................................................................................... 19 3.2.1. Giới thiệu hệ thống điện ................................................................. 19 3.2.2. Vận hành hệ thống điện truyền tải .................................................. 20 3.3. Nguồn điện năng lượng gió ............................................................... 23 3.3.1. Năng lượng gió .............................................................................. 23 ii 3.3.2. Sự phân bố vận tốc gió ................................................................... 24 3.3.3. Sự chuyển đổi năng lượng gió và hiệu suất rotor ............................ 25 3.3.4. Đường cong công suất tuabin gió ................................................... 29 3.3.5. Các mô hình sản xuât điện từ năng lượng gió ................................. 30 3.3.6. Tuabin gió ...................................................................................... 34 3.3.7. Máy phát điện ................................................................................ 39 3.3.8. Bộ chỉnh lưu và nghịch lưu ............................................................ 40 3.3.9. Điều chỉnh tốc độ tuabin gió ........................................................... 42 3.3.10. Mô hình toán máy phát điện gió không đồng bộ ........................... 44 3.4. Hệ thống thiết bị truyền tải xoay chiều linh hoạt ............................... 49 3.4.1. Giới thiệu ....................................................................................... 49 3.4.2. Phân loại các thiết bị FACTS ......................................................... 52 3.4.3. Vận hành và bảo dưỡng thiết bị FACTS ......................................... 62 3.4.4. Chi phí đầu tư và lợi ích của thiết bị FACTS .................................. 63 3.4.5. Sự phát triển tương lai của thiết bị FACTS ..................................... 69 3.5. Thiết bị bù STATCOM ..................................................................... 69 3.5.1. Giới thiệu thiết bị bù STATCOM ................................................... 69 3.5.2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của thiết bị bù STATCOM ................................................................................................................. 71 Chương 4 - Mô phỏng vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM ............................................ 77 4.1. Giới thiệu ........................................................................................... 77 4.2. Mô phỏng vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM ......................................................................... 77 4.2.1. Mô hình hóa và thông số của các phần tử trong mô phỏng vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM ................................................................................................................. 77 4.2.2. Kết quả mô phỏng .......................................................................... 91 iii Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai ........................... 117 5.1. Kết luận .......................................................................................... 117 5.2. Hướng phát triển tương lai .............................................................. 117 Tài liệu tham khảo ............................................................................... 118 iv DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 2.1. Sơ đồ khối điều khiển hệ tuabin gió máy phát điện không đồng bộ nguồn kép được sử dụng trong nghiên cứu của M. Darabian và A. Jalilvand ......................................................................................... 10 Hình 2.2. Cấu trúc của bộ điều khiển tiên đoán mô hình .......................... 11 Hình 2.3. Sơ đồ khối của chiến lược điều khiển tiên đoán ........................ 11 Hình 2.4. Sơ đồ khảo sát đơn tuyến, 9 nút và 3 nguồn phát ...................... 12 Hình 2.5. Sơ đồ khối của hệ thống điện khảo sát trong nghiên cứu của R. M. M. Pereira, A. J. C. Pereira, C. M. M. Ferreira và F. P. M. Barbosa .................................................................................................... 13 Hình 2.6. Cấu trúc của thiết bị bù STATCOM được sử dụng trong nghiên cứu của R. M. M. Pereira, A. J. C. Pereira, C. M. M. Ferreira và F. P. M. Barbosa .................................................................................................... 13 Hình 2.7. Thời gian làm việc của tụ điện trong thiết bị bù STATCOM trong nghiên cứu của R. M. M. Pereira, A. J. C. Pereira, C. M. M. Ferreira và F. P. M. Barbosa .................................................................................. 14 Hình 2.8. Đặc tính V - I của STATCOM .................................................. 15 Hình 2.9. Khả năng trao đổi công suất phản kháng trong các điều kiện làm việc khác nhau của STATCOM ............................................................... 15 Hình 2.10. Cấu trúc cơ bản của STATCOM và mạch điều khiển............... 15 Hình 2.11. Sơ đồ khối điều khiển các thông số của bộ điều khiển PI bằng các thuật toán tối ưu hóa .......................................................................... 16 Hình 2.12. Sơ đồ đơn tuyến trong nghiên cứu của E. R. Mauboy, T. T. Lie và T. N. Anderson .................................................................................... 16 Hình 2.13. Sơ đồ khối của bộ điều khiển STATCOM tự điều chỉnh các hệ số dựa trên mạng nơ-rôn nhân tạo ............................................................ 17 Hình 2.14. Cấu trúc của một hệ thống điện 2 khu vực được kết nối với nhà máy điện gió tích hợp trên bờ và ngoài khơi, và thiết bị bù STATCOM .... 18 v Hình 3.1. Đường cong hiệu suất rotor theo lý thuyết ................................ 26 Hình 3.2. Công suất đầu ra phụ thuộc vào vận tốc gió và tốc độ tuabin .... 27 Hình 3.3. Đường cong hiệu suất rotor Cp(λ, β) ........................................ 28 Hình 3.4. Góc pitch của cánh quạt tuabin ................................................. 28 Hình 3.5. Đường cong công suất của tuabin gió ....................................... 29 Hình 3.6. Hệ thống điện gió không lưu trữ và không nối lưới ................... 30 Hình 3.7. Hệ thống điện gió không có lưu trữ và nối lưới ......................... 31 Hình 3.8. Hệ thống điện gió có lưu trữ và nối lưới ................................... 32 Hình 3.9. Hệ thống điện gió có lưu trữ, có máy phát dự phòng và không nối lưới .................................................................................................... 33 Hình 3.10. Các thành phần chính của tuabin gió ...................................... 34 Hình 3.11. Hướng nhìn thẳng của tuabin gió ............................................ 35 Hình 3.12. Hướng nhìn nghiêng của tuabin gió ........................................ 35 Hình 3.13. Các dạng tuabin gió trục đứng ................................................ 36 Hình 3.14. Các dạng tuabin gió trục ngang ............................................... 37 Hình 3.15. Các loại trụ tháp ..................................................................... 38 Hình 3.16. Bộ chỉnh lưu sử dụng điốt ....................................................... 40 Hình 3.17. Bộ chỉnh lưu cưỡng bức ......................................................... 41 Hình 3.18. Bộ nghịch lưu chuyển mạch tự nhiên ...................................... 41 Hình 3.19. Bộ nghịch lưu chuyển mạch cưởng bức .................................. 42 Hình 3.20. Hệ thống máy phát điện tuabin gió sử dụng chế độ điều chỉnh giảm tốc ................................................................................................... 43 Hình 3.21. Hệ thống máy phát điện tuabin gió sử dụng chế độ điều chỉnh theo độ nghiêng cánh tuabin ..................................................................... 44 Hình 3.22. Đặc tuyến moment quay của máy phát điện không đồng bộ .... 46 Hình 3.23. Sơ đồ mạch tương đương trục d và q của máy phát điện không đồng bộ .................................................................................................... 47 Hình 3.24. Các bộ SVC thường gặp ......................................................... 53 Hình 3.25. Sơ đồ kết nối STATCOM với hệ thống .................................. 57 Hình 3.26. Sơ đồ kết nối SSSC với hệ thống ............................................ 58 Hình 3.27. Sơ đồ kết nối UPFC với hệ thống ........................................... 60 vi Hình 3.28. Sơ đồ kết nối IPFC với hệ thống ............................................. 61 Hình 3.29. Sơ đồ kết nối TCPST với hệ thống ......................................... 62 Hình 3.30. Chi phí và công suất của các thiết bị ....................................... 64 Hình 3.31. Chi phí/giá khi công suất truyền tải tăng ................................. 66 Hình 3.32. Chi phí đầu tư cho đường dây truyền tải mới .......................... 67 Hình 3.33. Mạch tương đương một pha của STATCOM .......................... 71 Hình 3.34. Cấu trúc cơ bản của STATCOM ............................................. 71 Hình 3.35. Nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM ......................... 72 Hình 3.36. Nguyên lý trao đổi công suất của STATCOM ........................ 73 Hình 3.37. Nguyên lý bù của bộ bù tích cực ............................................. 74 Hình 3.38. Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù ................ 75 Hình 3.39. Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù ..................... 75 Hình 4.1. Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM ................................................................... 77 Hình 4.2. Mô hình và thông số nguồn điện (120 kV, 50 Hz) .................... 78 Hình 4.3. Thông số tổng trở nguồn ........................................................... 79 Hình 4.4. Mô hình và thông số của trạm biến áp ...................................... 80 Hình 4.5. Mô hình và thông số của đường dây 25 km .............................. 82 Hình 4.6. Nhà máy điện gió ..................................................................... 83 Hình 4.7. Thông số của tuabin gió ............................................................ 84 Hình 4.8. Thông số của máy phát điện tuabin gió ..................................... 85 Hình 4.9. Đặc tính công suất của tuabin gió ............................................. 86 Hình 4.10. Mô hình và thông số của máy biến áp nhà máy điện gió ......... 87 Hình 4.11. Mô hình và thông số của đường dây nhà máy điện gió ........... 89 Hình 4.12. Mô hình và thông số điều khiển của thiết bị bù STATCOM ... 90 Hình 4.13. Tốc độ gió của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ................ 91 Hình 4.14. Góc nghiêng cánh tuabin gió của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM .............................................................................................. 92 vii Hình 4.15. Tốc độ rotor của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ........... 92 Hình 4.16. Điện áp của pha A tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ................ 93 Hình 4.17. Công suất tác dụng tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ................ 93 Hình 4.18. Công suất phản kháng tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ................ 94 Hình 4.19. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ................ 94 Hình 4.20. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM .............................................................................................. 95 Hình 4.21. Công suất tác dụng của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM .............................................................................................. 95 Hình 4.22. Công suất phản kháng của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM .............................................................................................. 96 Hình 4.23. Tốc độ gió của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM .......................... 97 Hình 4.24. Góc nghiêng cánh tuabin gió của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ............................................................................................... 98 Hình 4.25. Tốc độ rotor của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ............ 98 Hình 4.26. Điện áp của pha A tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM .................................... 99 Hình 4.27. Công suất tác dụng tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM .......................... 99 Hình 4.28. Công suất phản kháng tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ viii thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ........................ 100 Hình 4.29. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ........................ 100 Hình 4.30. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM . 101 Hình 4.31. Công suất tác dụng của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM . 101 Hình 4.32. Công suất phản kháng của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM . 102 Hình 4.33. Công suất phản kháng của STATCOM trong trường hợp hệ thống điện không có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ........................ 102 Hình 4.34. Tốc độ gió của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM .................... 103 Hình 4.35. Góc nghiêng cánh tuabin gió của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ............................................................................................ 104 Hình 4.36. Tốc độ rotor của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ............ 104 Hình 4.37. Điện áp của pha A tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ........................ 105 Hình 4.38. Công suất tác dụng tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ........................ 105 Hình 4.39. Công suất phản kháng tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ........................ 106 Hình 4.40. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ........................ 106 Hình 4.41. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM . 107 Hình 4.42. Công suất tác dụng của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM . 107 Hình 4.43. Công suất phản kháng của nhà máy điện 3 tuabin gió trong ix trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM . 108 Hình 4.44. Thông số của thiết bị bù STATCOM .................................... 109 Hình 4.45. Tốc độ gió của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM .............................. 110 Hình 4.46. Góc nghiêng cánh tuabin gió của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ... 111 Hình 4.47. Tốc độ rotor của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM .............................. 111 Hình 4.48. Điện áp của pha A tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ................................... 112 Hình 4.49. Công suất tác dụng tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ................................... 112 Hình 4.50. Công suất phản kháng tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ................................... 113 Hình 4.51. Điện áp thứ tự thuận tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM ........................ 113 Hình 4.52. Cường độ dòng điện thứ tự thuận tại thanh cái B25 trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và không có thiết bị bù STATCOM . 114 Hình 4.53. Công suất tác dụng của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ............ 114 Hình 4.54. Công suất phản kháng của nhà máy điện 3 tuabin gió trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ............ 115 Hình 4.55. Công suất phản kháng của STATCOM trong trường hợp hệ thống điện có sự cố và có thiết bị bù STATCOM ................................... 115 x DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1. Dải tần số được phép dao động và thời gian khôi phục hệ thống điện về chế độ vận hành bình thường trong các chế độ vận hành khác của hệ thống điện quốc gia ............................................................................. 20 Bảng 3.2. Dải tần số được phép và số lần được phép tần số vượt quá giới hạn trong trường hợp sự cố nhiều phần tử, sự cố nghiêm trọng hoặc chế độ cực kỳ khẩn cấp .................................................................................. 21 Bảng 3.3. Tiêu chuẩn về ổn định hệ thống điện ........................................ 23 Bảng 3.4. Ưu điểm của một số thiết bị FACTS ........................................ 67 Bảng 3.5. Các trạng thái làm việc của hệ thống điện và ứng dụng của các thiết bị FACTS ......................................................................................... 68 1 Chương 1 Giới thiệu 1.1. Giới thiệu Hiện nay, năng lượng gió là nguồn năng lượng tự nhiên tái tạo có trữ lượng khá lớn ở nước ta. Việc khai thác năng lượng này trong thời gian tới chắc chắn sẽ được đẩy mạnh nhờ vào các ưu thế vượt trội của nguồn năng lượng tái tạo này. Ở những vùng có lưới điện quốc gia, điện gió sẽ được hòa vào lưới điện quốc gia. Đây là một tất yếu và xu hướng phát triển của hệ thống điện thế giới nói chung và hệ thống điện Việt Nam nói riêng. Khi ấy, công tác vận hành và đảm bảo ổn định hệ thống điện càng trở nên khó khăn và phức tạp hơn. Thách thức lớn nhất về mặt kỹ thuật là đặc điểm bất định của nguồn phát điện gió. Trong số các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu suất và ổn định của hệ thống điện nói chung và hệ thống điện có sự tham gia của nguồn điện gió được khảo sát trong luận văn này nói riêng là việc sử dụng các hệ thống thiết bị truyền tải linh hoạt (FACTS, Flexible AC Transmission System), trong đó có bộ bù đồng bộ tĩnh, STATCOM (Static Synchronous Compensator) là hướng giải pháp có tính hiệu quả cao. Thiết bị này có khả năng đáp ứng nhanh và cho phép bù đắp nhanh chóng những thiếu hụt tạm thời về công suất phản kháng, đồng thời nâng cao hiệu suất và ổn định của các nhà máy điện gió khi có các sự cố trong hệ thống điện khảo sát. Việc nghiên cứu bài toán bù công suất phản kháng cho hệ thống điện có xét nguồn điện gió sẽ mang lại các lợi ích lớn về kinh tế nhằm sử dụng triệt để nguồn năng lượng tái tạo này, cũng như có hiệu quả về mặt kỹ thuật trong việc giảm bớt áp lực gánh nặng của các nguồn điện truyền thống, đồng thời nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho phụ tải. Từ các phân tích trên, đề tài luận văn “Vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM’’ là thật sự cần thiết 2 và có ý nghĩa, đặc biệt trong giai đoạn phát triển của phụ tải như hiện nay tại Việt Nam. 1.2. Tính cấp thiết của đề tài Trong cơ cấu nguồn điện hiện tại, các nguồn điện truyền thống như thủy điện và nhiệt điện đang gánh chịu các áp lực nặng nề của sự cạn kiệt các nguồn năng lượng sơ cấp như nhiên liệu hóa thạch, nước... Để giảm bớt các gánh nặng này, cũng như nâng cao và đảm bảo điều kiện vận hành ổn định cho hệ thống điện khi có các nguồn năng lượng tái tạo được kết nối vào thì đề tài “Vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM” được xem là cần thiết. 1.3. Đối tượng nghiên cứu Các nghiên cứu sẽ được thực hiện trên mô hình của một hệ thống điện bao gồm: - Hệ thống điện truyền thống; - Hệ thống điện truyền thống có xét nguồn điện năng lượng gió; - Hệ thống điện truyền thống có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM. 1.4. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của luận văn được giới hạn trong các nội dung sau: - Khảo sát tiềm năng, tình hình khai thác và sử dụng nguồn năng lượng gió. - Tổng quan các nghiên cứu đã được thực hiện liên quan đến vận hành hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù. - Nghiên cứu các đặc điểm của một hệ thống điện năng lượng gió. - Nghiên cứu các đặc điểm của thiết bị bù STATCOM. - Mô hình và mô phỏng một hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng gió và thiết bị bù STATCOM.