Ứng dụng hiệu quả năng lượng tái tạo

408004
Năng lượng tái tạo
Giảng viên: TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK1

/>
Bài giảng 13

1


Ch. 6: Ứng dụng hiệu quả NLTT
6.3. Một số vấn đề kỹ thuật về điện gió
 Tích hợp điện gió vào lưới điện
 Các công nghệ mới
 Tiêu chuẩn về điện gió
 Công nghệ truyền dẫn
 Truyền động trực tiếp
 Tích trữ năng lượng trong tương lai

Bài giảng 13

2


Tích hợp điện gió vào lưới điện
 Hiện tại điện gió vẫn chiếm một tỷ trọng nhỏ về nguồn
phát, nên tác động của nó lên sự vận hành của lưới
điện là nhỏ
 Nhưng khi điện gió phát triển (trong tương lai không
xa), nó sẽ có ảnh hưởng lớn hơn, thậm chí chiếm ưu

thế đối với sự vận hành của lưới điện
 Điện gió gây ảnh hưởng đến sự vận hành của lưới điện
từ tính ổn định quá độ đến dòng công suất trong trạng
thái xác lập
 Ảnh hưởng về điện áp và tần số là mối quan tâm chính
Bài giảng 13

3


Tích hợp điện gió vào lưới điện
 Một vấn đề cơ bản liên quan đến các hệ thống dùng “nhiên
liệu miễn phí” như gió là việc vận hành với một mức dự trữ
đòi hỏi phải để lại một phần năng lượng miễn phí.
– Một vấn đề tương tự đã tồn tại với năng lượng hạt nhân, với
nhiên liệu hóa thạch thường đóng vai trò dự trữ

 Vì ngõ ra của tuabin gió có thể thay đổi theo lũy thừa ba của
vận tốc gió, dưới các điều kiện nhất định thì một sự sụt giảm
tốc độ vừa phải có thể gây ra một tổn thất lớn về công suất
phát ra.
– Sự thiếu hụt dự trữ hóa thạch có thể làm vấn đề trầm trọng hơn
Bài giảng 13

4


Điện gió và dòng công suất
 Công cụ phân tích hệ thống điện phổ biến nhất là phân

bố công suất (còn gọi là phân bố tải)
– phân bố công suất xác định công suất truyền như thế nào
trong lưới điện
– cũng dùng để xác định tất cả điện áp và dòng điện
– vì các mô hình công suất hằng, phân bố công suất là một kỹ
thuật phân tích phi tuyến
– phân bố công suất là công cụ phân tích xác lập
– cũng có thể được dùng để lập kế hoạch cho các nguồn phát
mới, kể cả điện gió
Bài giảng 13

5


Ví dụ phân bố công suất 5 bus

1

T1

5

T2
800 MVA
4 345/15 kV

Line 3
345
50kV
mi

345 kV
100 mi

Line 1

400 MVA
15/345 kV

Line 2

400 MVA
15 kV
345 kV
200 mi

3

800 MVA
15 kV
40 Mvar 80 MW

2
280 Mvar

800 MW

Single-line diagram

Bài giảng 13

520 MVA

6


Thay đổi nguồn phát và slack bus
 Phân bố công suất là công cụ phân tích xác lập, do đó
giả thiết là tổng công suất tải và tổn thất luôn bằng với
tổng công suất phát
• Sự khác biệt về nguồn phát xảy ra ở slack bus

 Khi nghiên cứu thay đổi nguồn phát dựa vào phân bố
công suất cần luôn luôn hiểu rõ nơi đặt nguồn phát
• Các phương án phổ biến là slack bus của hệ thống,
phân bố trên các máy phát dựa vào hệ số thâm nhập
hay kinh tế

Bài giảng 13

7


Công nghệ mới trong điện gió
– Công nghệ tốc độ thay đổi – tăng hiệu suất 5%
– Dễ điều khiển phân bố công suất tác dụng và
phản kháng
– Rôto đóng vai trò bánh đà (trữ năng lượng)
– Không có vấn đề chập chờn điện áp
– Chi phí cao hơn (phần điện tử công suất chiếm

7% giá thành)

Bài giảng 13

8


Máy phát KĐB nguồn kép (DFIG)
/>
Bài giảng 13

9


Tuabin vận tốc thay đổi với DFIG
 Bộ biến đổi cấp nguồn cho dây quấn rôto
 Dây quấn stato nối trực tiếp vào lưới
 Bộ biến
đổi nhỏ
 Giá
thành thấp

Bài giảng 13

10


Turbin tốc độ bán biến thiên đơn giản hóa
 Điện trở của rô to của máy phát không đồng bộ lồng sóc
được thay đổi tức thời nhờ mạch điện tử công suất tốc độ cao

Bài giảng 13

11


Tốc độ biến thiên bằng bộ biến đổi đủ công suất

 Cách ly khỏi lưới điện

Truyền năng lượng
Điều khiển công suất
tác dụng và phản
kháng, điều khiển méo
dạng họa tần toàn phần

Mạch kích điều khiển mômen máy
phát, dùng giải thuật điều khiển vectơ
Bài giảng 13

12


Bộ chỉnh lưu và băm xung

Băm xung tăng áp được dùng để
biến đổi điện áp chỉnh lưu phù hợp
với điện áp dc-link của bộ nghịch lưu
Bài giảng 13

13


Các tiêu chuẩn kết nối lưới cho trang trại gió
Khả năng lướt qua sự cố điện áp của tuabin gió
a. Tuabin nên nối lưới thường trực và đóng góp cho lưới
trong trường hợp có nhiễu loạn như sụt điện áp.
b. Trang trại gió nên phát điện giống như các nhà máy
điện truyền thống, cung cấp công suất tác dụng và
phản kháng để phục hồi tần số và điện áp, ngay sau
khi xuất hiện sự cố.

Bài giảng 13

14


Các yêu cầu

Bài giảng 13

15


Các yêu cầu CLĐN cho các tuabin gió hòa lưới

 Chập chờn điện áp + liên họa tần
 Dự thảo tiêu chuẩn IEC-61400-21 đối với
“Các yêu cầu về chất lượng điện năng cho
các tuabin gió hòa lưới”

Bài giảng 13

16


Tiêu chuẩn IEC-61400-21
1. Phân tích chập chờn điện áp
2. Vận hành chuyển mạch. Quá độ điện áp và
dòng điện.
3. Phân tích họa tần (FFT) – cửa sổ hình chữ
nhật 8 chu kỳ tần số cơ bản. THD đến họa tần
bậc 50.

Bài giảng 13

17


Các tiêu chuẩn khác
1. Họa tần tần số cao và liên họa tần IEC 61000-4-7 và
IEC 61000-3-6
2. Các phương pháp tính tổng họa tần và liên họa tần
trong IEC 61000-3-6
3. Để có được biên độ đúng của các thành phần tần số,
xác định chiều rộng cửa sổ theo IEC 61000-4-7
4. Tần số chuyển mạch của bộ nghịch lưu không phải là
hằng số
5. Có thể không phải là bội số của 50 Hz

Bài giảng 13

18


Các công nghệ truyền dẫn tương lai
 Lắp đặt ngoài khơi.

Bài giảng 13

19


Truyền tải AC cao áp (HVAC)
 Nhược điểm:
 Cáp có điện dung phân
tán cao
 Chiều dài bị giới hạn

Bài giảng 13

20


Truyền tải DC cao áp (HVDC)
Kinh tế hơn khi >100 km và công suất 200-900 MW
1) Tần số ở hai đầu độc lập nhau.
2) Khoảng cách truyền bằng dc không bị ảnh hưởng bởi
dòng điện điện dung của cáp.
3) Vị trí lắp đặt ngoài khơi được cách ly đối với nhiễu

loạn trên đất liền
4) Phân bố công suất hoàn toàn xác định và điều khiển
được.
5) Tổn thất công suất trên cáp là thấp.
6) Khả năng truyền tải công suất của mỗi cáp cao hơn.
Bài giảng 13

21


HVDC dựa trên LCC

 Line-commutated
converters (LCC)
 Có nhiều nhược điểm
 Vấn đề họa tần
Bài giảng 13

22


HVDC dựa trên SVC

HVDC Light – HVDC Plus
Một số ưu điểm – điều khiển công suất linh hoạt,
không cần bù công suất phản kháng, …
Bài giảng 13

23

Các sơ đồ biến đổi trung thế công suất lớn
• Bộ biến đổi đa bậc
1) Cấu hình đa bậc có diode kẹp
2) Cấu hình đa bậc với kết nối khóa hai chiều
3) Cấu hình đa bậc với tụ điện thả nổi
4) Cấu hình đa bậc với nhiều bộ nghịch lưu ba pha
5) Cấu hình đa bậc với các cầu H 1 pha nối tầng

Bài giảng 13

24


Bộ biến đổi đa bậc back-to-back kết lưới trực tiếp

Bài giảng 13

25