NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM TRONG VIỆC NÂNG CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP NGUỒN ĐIỆN GIÓ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NAM

PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

---------------------------------------------------------------Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 4 năm 2016
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và Tên học viên:

NGUYỄN VĂN TRÍ

Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 25-05-1985

Nơi sinh: Bình Định

Chuyên ngành:

Kỹ Thuật Điện

MSHV: 138520202048

Khóa:

2013-2015B

Mã ngành: 60520202

I

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM TRONG VIỆC NÂNG CAO
ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP
NGUỒN ĐIỆN GIÓ

II

NHIỆM VỤ:
• Tìm hiểu các loại máy phát điện gió.
• Tìm hiểu máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG
(Doubly-Fed Induction Generator).
• Phân tích và điều khiển ổn định điện áp trong hệ thống điện.
• Tìm hiểu bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM .
• Ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áp trong hệ
thống điện có kết hợp nguồn điện gió.
• Tiềm hiểu về Logic mờ.
• Thiết kế bộ điều khiển Logic mờ cho STATCOM để nâng cao
ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió.

HVTH:NGUYỄN VĂN TRÍ-138520202048

Page i


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

IIINGÀY GIAO ĐỀ TÀI:
IVNGÀY HOÀN THÀNH ĐỀ TÀI:
VCÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM KHOA

BỘ MÔN QUẢN LÝ

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được hội đồng chuyên ngành thông qua.

Ngày 24 tháng 4 năm 2016
Phòng Đào tạo sau Đại học

HVTH:NGUYỄN VĂN TRÍ-138520202048

Khoa Điện - Điện Tử

Page

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

CÔNG TRÌNH ĐÃ HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:

TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Cán bộ chấm nhận xét 1:…………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 2:…………………………………………

Luận văn được bảo vệ
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
Ngày 24 tháng 4 năm 2016

HVTH:NGUYỄN VĂN TRÍ-138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

LỜI CẢM ƠN

Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em kính gửi lời cảm ơn
chân thành và sâu sắc đến:
 TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN và các thầy đã tận tình chỉ dạy, tạo
điều kiện và động viên em trong suốt quá trình thực hiện.
 Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn em và
các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Điện 2013B
trong toàn bộ khoá học.
 Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Điện - Điện Tử, phòng Đào tạo – bộ
phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí
Minh đã giúp đỡ em thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu
tại trường.
 Kính gửi lời cảm tạ tới BGH Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.
Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại
trường được học tập và nghiên cứu.
Kính chúc Quý thầy, cô thật nhiều sức khỏe.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 4 năm 2016
Học viên

NGUYỄN VĂN TRÍ

HVTH:NGUYỄN VĂN TRÍ-138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

TÓM TẮT

Đề tài “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG STATCOM TRONG VIỆC NÂNG
CAO ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN CÓ KẾT HỢP
NGUỒN ĐIỆN GIÓ” được tiến hành trong khoảng thời gian 1 năm tại
trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Sau thời gian nghiên cứu đề
tài được triển khai và tập trung giải quyết các vấn đề sau:
• Tìm hiểu các loại máy phát điện gió.
• Tìm hiểu máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG
(Doubly-Fed Induction Generator).
• Phân tích và điều khiển ổn định điện áp trong hệ thống điện.
• Tìm hiểu bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM .
• Ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áptrong hệ
thống điện có kết hợp nguồn điện gió.
• Tiềm hiểu về Logic mờ.
• Thiết kế bộ điều khiển Logic mờ cho STATCOM để nâng cao
ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió.

Học viên thực hiện

NGUYỄN VĂN TRÍ

HVTH:NGUYỄN VĂN TRÍ-138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

ABSTRACT

Thesis “APPLIED RESEARCH STATCOM TO ENHANCED VOLTAGE
STABILITY IN POWER SYSTEMS COMBINED WITH WIND POWER”
has been done for a year at Ho Chi Minh University Of

Technology And

Education. The thesis’s content focused on:
• Learning the wind energy.
• Learning DFIG (Doubly-Fed Induction Generator).
• Analyzes and controlsvoltage stablility in the power systems.
• Learning STATCOM (Static Synchronous Compensator)
• Application STATCOM to enhance voltage stability in power systems
combined with wind power.
• Learning Fuzzylogic.
• Designing Fuzzy logic controller for STATCOM to enhance voltage
stability in power systems combined with wind power

Author

NGUYỄN VĂN TRÍ

HVTH:NGUYỄN VĂN TRÍ-138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 4 năm 2016
Học viên
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

NGUYỄN VĂN TRÍ

HVTH:NGUYỄN VĂN TRÍ-138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: NGUYỄN VĂN TRÍ

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 25-05-1985

Nơi sinh: Bình Định

Quê quán: Nhơn Lý-Quy Nhơn- Bình Định

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 163/39, Phạm Văn Bạch, P 15, Quận Tân
Bình, TP HCM
E-mail:

SĐT: 0934 481 848

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học phổ thông:
Hệ đào tạo: chính qui

Thời gian đào tạo từ 9/2000 đến 6/2003

Nơi học (trường, thành phố): THPT Trưng Vương, TP Quy Nhơn, Tỉnh Bình
Định
2. Đại học:
Hệ đào tạo:liên thông chính quy

Thời gian đào tạo từ 9/2010 đến 10/ 2012

Nơi học (trường, thành phố): Đại HọcTôn Đức Thắng TPHCM
Ngành học: Kỹ Thuật Điện
Tên đồ án tốt nghiệp: THIẾT KẾ NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN
Ngày & nơi bảo vệ đồ án tốt nghiệp: 10/2012, Đại HọcTôn Đức Thắng
TPHCM
Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Công Tráng
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:

Thời gian
10/2012- nay

Nơi công tác
CTY CP-SX-TM-DV TRƯỜNG
THỊNH TIẾN

HVTH:NGUYỄN VĂN TRÍ-138520202048

Công việc đảm nhiệm
Nhân viên Kỹ Thuật

Page viii


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

MỤC LỤC

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page i


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004 .......................................... 2
Bảng 2.1: Lịch sử tuabin gió .......................................................................................8
Bảng 2.2: Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn .......................................9
Bảng 2.3: Tổng công suất lắp đặt Bắc Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm
2006 – cuối năm 2006 ...............................................................................................15
Bảng 2.4: Tổng công suất lắp đặt Nam và Trung Mỹ(MW) vào cuối năm 2005 –
đầu năm 2006 – cuối năm 2006 .................................................................................17
Bảng 2.5: Tổng công suất lắp đặt Châu Á (MW) vào cuối năm 2005 – đầu năm
2006 – cuối năm 2006 ...............................................................................................18
Bảng 2.6: Tổng công suất lắp đặt Trung Đông và Châu Phi (MW) vào cuối năm
2005 – đầu năm 2006 – cuối năm 2006
Bảng 2.7: Tiềm năng năng lượng gió ở Đông Nam Á [8]

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1: Top 10 nước có công suất lắp đặt tích lũy ...............................................11
Hình 2.2: Top 10 nước có công suất lắp đặt mới......................................................12
Hình 2.3: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt trên toàn thế giới .......................12
Hình 2.4: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu .................................13
Hình 2.5: Tổng công suất năng lượng gió lắp đặt ở Châu Âu .................................14
Hình 2.6: Tổng công suất lắp đặt ở Canada .............................................................16
Hình 2.7: Tổng công suất lắp đặt ở Mỹ ....................................................................16
Hình 2.8: Dự án điện gió Tuy Phong, Bình Thuận của công ty REVN ..................22
Hình 3.1: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ không đổi .....................................
Hình 3.2: Hệ thống tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi ........................................
Hình 3.3: Máy phát không đồng bộ nguồn đôi DFIG ..................................................
Hình 3.4: Hướng công suất của DFIG
Hình 3.5: Lưu lượng công suất DFIG ......................................................................35
Hình 3.6: Đường đặt tính công suất – tốc độ[11] .....................................................37
Hình 3.7: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor ..............................................37
Hình 3.8: Đường đặc trưng V-I[11] .........................................................................38
Hình 3.9: Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới
Hình 3.10: Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió
Hình 4.1: Phân loại ổn định trong hệ thống điện
Hình 4.2: Các đường cong P-V không có bù, có bù song song ...................................
Hình 4.3a: Hệ thống điện ..........................................................................................46

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Hình 4.3b: Đường cong công suất – góc ..................................................................47
Hình 4.4: Sự thay đổi góc của hệ thống ổn định quá độ (a) và hệ thống
mất ổn định (b) ...........................................................................................................48
Hình 4.5: Độ thay đổi góc của HT ổn định dao động bé (a),
HT ổn định dao động (b), HT mất ổn định (c) ..........................................................49
Hình 4.6: Giới hạn vận hành của đường dây theo các mức điện áp ........................50
Hình 4.7: Mô hình đơn giản hệ thống hình tia hai thanh cái ...................................51
Hình 5.1: Mạch điện tương đương của STATCOM
Hình 5.2: Cấu trúc cơ bản của STATCOM
Hình 5.3: Nguyên lý hoạt động cơ bản STATCOM ....................................................
Hình 5.4: Nguyên lý bù của bộ bù tích cực ..............................................................57
Hình 5.5: Trạng thái hấp thụ công suất phản kháng của bộ bù ................................58
Hình 5.6: Trạng thái phát công suất phản kháng của bộ bù .....................................58
Hình 5.7: Sơ đồ đơn tuyến của hệ thống nghiên cứu ...............................................59
Hình 5.8: Sơ đồ mô phỏng của hệ thống nghiên cứu ...................................................
Hình 5.9: Hệ thống điều khiển của STATCOM
Hình 5.10: Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3pha
Hình 5.11 - Biểu diễn tập nhiệt độ “NÓNG” ...........................................................65
Hình 5.12 : Biểu diễn tập mờ của “các số nguyên nhỏ” ..........................................66
Hình 5.13 : Biểu diễn của các tập mờ “Trẻ”, “Trung niên”, và “Già” ....................67
Hình 5.14: Biểu diễn của các tập mờ……………………………………………..71
Hình 5.15: Mô hình Logic mờ ..................................................................................72
Hình 5.16: Sơ đồ khối bộ điều khiển ........................................................................73

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Hình 5.17: Cấu trúc mô hình Logic mờ ..........................................................73
Hình 5.1: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển PI ...................74
Hình 5.2: Sơ đồ điều khiển STATCOM với bộ điều khiển Logic mờ ....................74
Hình 5.20: Các thông số đầu vào-đầu ra cho bộ điều khiển Logic mờ ...................75
Hình 5.21: Các tập luật của bộ điều khiển Logic mờ ...............................................76
Hình 5.22: Dữ liệu ngõ vào-ngõ ra của bộ điều khiển Logic mờ ............................77
Hình 5.23:Đáp ứng quá độ của hệ thống nghiên cứu khi xảy ra ngắn mạch 3 pha ..80

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1

Đặt vấn đề

Điện năng đóng vai trò rất quan trọng đối với sản xuất sản phẩm hàng hóa và cải

thiện đời sống của con người. Chính vì vậy, nhà nước luôn quan tâm tới sự phát
triển của ngành điện, tạo điều kiện cho ngành điện trở thành một ngành công nghiệp
mũi nhọn phục vụ sự nghiệp Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa đất nước.
Xu hướng chuyển dịch từ hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc sang thị
trường điện cạnh tranh đã và đang diễn ra mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới. Thị
trường điện với cơ chế mở đã đem lại hiệu quả ở các nước và cho thấy những ưu
điểm vượt trội hơn hẳn hệ thống điện độc quyền cơ cấu theo chiều dọc truyền
thống. Hệ thống điện không ngừng phát triển cả về số lượng, chất lượng và độ tin
cậy. Các nguồn năng lượng điện được sử dụng ngày càng nhiều và phong phú: gió,
năng lượng mặt trời, sóng biển...
Năng lượng gió được sử dụng cách đây 3000 năm. Đến đầu thế kỉ 20, năng lượng
gió được dùng để cung cấp năng lượng cơ học như bơm nước hay xay ngũ cốc.
Vào đầu kỹ nguyên công nghiệp hiện đại, nguồn năng lượng gió được sử dụng để
thay thế năng lượng hóa thạch hay hệ thống điện nhằm cung cấp nguồn năng lượng
thích hợp hơn.
Đầu những năm 1970, do khủng hoảng giá dầu, việc nghiên cứu năng lượng gió
được quan tâm. Vào thời điểm này, mục tiêu chính là dùng năng lượng gió cung cấp
năng lượng điện thay thế cho năng lượng cơ học. Việc này đã làm cho năng lượng
gió trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy và thích hợp nhờ sử dụng nhiều kỹ
thuật năng lượng khác – thông qua mạng lưới điện dùng như nguồn năng lượng dự
phòng.
Tuabin gió đầu tiên dùng để phát điện được phát triển vào đầu thế kỷ 20. Kỹ thuật
này được phát triển từng bước một từ đầu những năm 1970.Cuối những năm 1990,
năng lượng gió trở thành một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất.Trong
những thập kỷ cuối của thế kỷ 20, tổng năng lượng gió trên toàn thế giới tăng xấp xỉ

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

gấp đôi sau mỗi 3 năm.Chi phí điện từ năng lượng gió giảm xuống còn 1/6 so với
chi phí của đầu những năm 1980, và xu hướng giảm này vẫn tiếp tục. Các chuyên
gia dự đoán rằng tổng năng lượng tích lũy trên toàn thế giới hằng năm sẽ tăng
khoảng 25% một năm và chi phí sẽ giảm khoảng 20% - 40%.
Kỹ thuật năng lượng gió phát triển rất nhanh về mọi mặt. Cuối năm 1989, việc chế
tạo một tuabin gió công suất 300 kW có đường kính rotor 30 m đòi hỏi kỹ thuật tối
tân. Nhưng chỉ trong 10 năm sau đó, một tuabin gió công suất 2000 kW có đường
kính rotor vào khoảng 80m đã được sản xuất đại trà. Tiếp theo đó dự án dùng tuabin
gió công suất 3 MW có đường kính rotor 90 m được lắp đặt vào cuối thế kỷ 20.
Hiện tại, tuabin gió công suất 3 – 3.6 MW đã được thương mại hóa. Bên cạnh đó,
tuabin gió công suất 4 – 5 MW đã được phát triển hay chuẩn bị kiểm tra trong một
số dự án, và tuabin gió công suất 6 – 7 MW đang được phát triển trong tương lai
gần. Bảng 1.1 cho ta cái nhìn về sự phát triển của tuabin gió từ năm 1985 đến năm
2004.
Bảng 1.1: Sự phát triển của tuabin gió trong 1985-2004
Năm

Công suất

Đường kính rotor (m)

1985
1989
1992
1994

1998
2003
2004

(kW)
50
300
500
600
1500
3000 – 3600
4500 – 5000

15
30
37
46
70
90 – 104
112 – 128

Việc đưa thêm vào sử dụng nguồn năng lượng điện gió giúp ta từng bước cân bằng
lại nguồn năng lượng cung ứng cho hệ thống điện. Rõ ràng năng lượng gió là nguồn
năng lượng tự nhiên và vô tận việc tận dụng một cách hiệu quả nguồn năng lượng
này vào hệ thống điện quốc gia sẽ mang lại rất nhiếu lợi ích kinh tế đi kèm là các
giải pháp tiết kiệm năng lượng. Nhưng khi đưa nguồn gió vào hệ thống sẽ có những

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

dao động, hoặc khi sự cố xảy ra thì chúng ta cần có những biện pháp để khắc phục
nhanh và giúp hệ thống trở lại hoạt động bình thường.
Trên cơ sở những kết quả của các công trình nghiên cứu trước đây về sự phát triển
của năng lượng gió đã đạt được, đề tài đề xuất tên “Nghiên cứu ứng dụng
STATCOM để nâng cao ổn định điện áp trong hệ thống điện có kết hợp nguồn
điện gió” nhằm đảm bảo sự hoạt động bình thường, nâng cao độ ổn định của hệ
thống khi đưa máy phát điện gió vào hệ thống lưới điện, nâng cao hiệu quả truyền
tải trong hệ thống điện.
1.2

Các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước

Hệ thống lưới điện truyền tải quốc gia cơ bản đáp ứng được các yêu cầu truyền tải
điện năng từ các nhà máy điện cho các phụ tải, đảm bảo cung cấp điện phục vụ cho
nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội và nhằm giảm tổn thất điện năng do truyền tải.
Tuy nhiên, hệ thống vẫn chưa có khả năng cung ứng dự phòng, việc nghiên cứu đưa
vào sử dụng các nguồn năng lượng mới là vấn đề cấp thiết đáp ứng nhu cầu điện
cũng như năng lượng quốc gia.Chính vì điều đó, việc nghiên cứu tính toán và thiết
kế hệ thống nhà máy điện gió đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống
điện quốc gia. Hiện nay, nhà nước ta có nhiều công trình ủng hộ nghiên cứu phát
triển điện gió, cụ thể là:
• Chương trình dự án năng lượng gió GIZ “Tình hình phát triển điện
gió và khả năng cung ứng tài chính cho các dự án ở Việt Nam”, Phan
Thanh Tùng, Vũ Chi Mai , Angelika Wasielke 2012 [1].

• Đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước, đề tài mã số: 59A.01.12
“Máy điện dị bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát
điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo đảm phân ly giữa
mômen và hệ số công suất”, Nguyễn Phùng Quang, 1998 [2].
• Dự án hợp tác Quỹ bảo vệ môi trường Việt Nam và Hội đồng kỹ thuật
điện quốc tế ( IEC ) “European Wind Energy Association – EWEA”,
Viện KHCN Môi Trường, 02/2012 [3].
Hiện tại, tại các quốc gia phát triển và các trường Đại học lớn trên thế giới cũng bắt
tay vào nghiên cứu đấu nối vận hành các nhà máy phát gió lên lưới điện truyền tải,

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

tối ưu hóa các luồn phân bố công suất nâng cao hiệu quả truyền tải, giảm chi phí, sử
dụng như nguồn năng lượng dự phòng sạch. Cụ thể là:
• Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG
After an External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede
Blaabjerg, NORDIC WIND POWER CONFERENCE, 1-2 March,
2004, CHALMERS Chalmers university of [4].
• Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters,
Stanford University; Wiley [5].
• Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator.
Toufik Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint
Nazaire cedex, France [6].

• Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application: Final
Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado [7].
Bằng phương pháp đo đạc, chúng ta đã lập được biểu đồ quang khí hậu tại nhiều
vùng của Việt Nam. Bản đồ quang khí hậu mà cụ thể là tốc độ gió sẽ cho cái nhìn
chính xác hơn về điều kiện phát điện bằng năng lượng gió.
Với sự trợ giúp ngày càng nhiều và càng mạnh của máy tính, các chương trình tính
toán được viết để mô hình hóa và mô phỏng công trình với các điều kiện địa lý, tự
nhiên, khí hậu, vật liệu và kỹ thuật thiết bị. Nhờ đó, càng có thể đưa thêm nhiều
ràng buộc đầu vào trong bài toán năng lượng gió, nhờ đó có thể đưa ra được những
dự báo chính xác hơn.
1.3

Các vấn đề nghiên cứu của đề tài

1.3.1 Tính cấp thiết của đề tài
Trong thực tiễn, hệ thống điện gió của Việt Nam được thiết kế và xây dựng
dựa trên Quy định tiêu chuẩn Việt Nam về hệ thống điện gió như sau:
• Quyết định 1208/2011/QĐ-TTg ban hành ngày 21 tháng 7 năm 2011
về phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 20112020 có xét đến năm 2030.

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

• Quyết định của Thủ tướng Chính phủ số 26/2006/QĐ-TTg3 ban hành

26 tháng 01 năm 2006, phê duyệt lộ trình, các điều kiện hình thành và
phát triển các cấp độ thị trường điện lực.
• Quyết định 24/2011/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về điều chỉnh
giá bán điện theo cơ chế thị trường.
• Quyết định 37/2011/QĐ-TTg về cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án
điện gió tại Việt Nam.
• Quyết định 18/2008/QĐ-BCT về biểu giá chi phí tránh được và hợp
đồng mua bán điện mẫu áp dụng cho các nhà máy điện nhỏ sử dụng
năng lượng tái tạo.
Do đặc thù tính không ổn định của gió tự nhiên nên khi tính toán thiết kế hệ thống
điện gió, người ta phải tận dụng một số thiết bị điện tử công suất trong hệ thống.
Tuy nhiên, gió tự nhiên có những ưu điểm như tính kinh tế cao nên thường được
yêu cầu xem xét trong thiết kế hệ thống cung cấp điện cho khu vực nhỏ không nối
lưới.
Mặc dù cơ cấu điện năng sản xuất từ gió cung cấp cho hệ thống điện chỉ chiếm từ
2% đến 5% tổng nhu cầu điện năng của hệ thống điện. Tuy nhiên, việc tận dụng
năng lượng điện gió được dự tính có thể thay thế lưới điện quốc gia để cung cấp
điện cho các khu vực như đảo, vùng đồng bằng cửa sông hoặc gần biển.Điều này sẽ
đem lại một tiềm năng tiết kiệm năng lượng lớn trong hệ thống điện so với giải
pháp sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch.
Việc dự đoán một mạng điện gió tối ưu đem lại kết quả thực tiễn cho các giải pháp
về cung cấp điện cũng như hệ thống truyền tải và phân phối điện năng.Kết quả của
việc nghiên cứu này giúp thiết kế những hệ thống điện gió nối lưới phù hợp thực tế
dễ vận hành mang lại hiệu quả về cả tính kĩ thuật và kinh tế.
1.3.2 Ý nghĩa luận văn
Việc đưa thêm vào sử dụng nguồn năng lượng điện gió giúp ta từng bước cân bằng
lại nguồn năng lượng cung ứng cho hệ thống điện. Rõ ràng năng lượng gió là nguồn
năng lượng tự nhiên và vô tận nên việc tận dụng một cách hiệu quả nguồn năng
lượng này vào hệ thống điện quốc gia sẽ mang lại rất nhiếu lợi ích kinh tế đi kèm là

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Khi đưa nguồn gió vào hệ thống sẽ có những
dao động hoặc khi sự cố xảy ra thì chúng ta cần có những biện pháp để khắc phục
nhanh và giúp hệ thống trở lại hoạt động bình thường. Đề tài đưa ra giải pháp nâng
cao độ ổn định điện áp của hệ thống bằng cách sử dụng thiết bị bù đồng bộ tĩnh
STATCOM(Static Synchronous Compensator) để vừa đảm bảo sự hoạt động bình
thường của hệ thống vừa đảm bảo chất lượng điện năng cũng như hiệu quả kinh tế.
1.3.3 Tính thực tiễn của đề tài
Hiện nay, nguồn năng lượng chính cung cấp cho hệ thống điện vẫn là thủy điện,
nhiệt điện và phải nhập khẩu từ nước ngoài, cho nên việc nghiên cứu đưa vào sử
dụng nguồn năng lượng điện gió là hết sức cần thiết và thực tế.
Ngoài ra, nước ta có tiềm năng lớn về nguồn năng lượng gió, đồng thời được sự hỗ
trợ giúp đỡ từ chính phủ, các tổ chức năng lượng điện gió, sẽ giúp ta có cơ sở để
quy hoạch phát triển, đầu tư xây dựng các hệ thống điện gió ở các vùng có tiềm
năng về gió tại Việt Nam.
Do đó, việc nâng cao độ ổn định điện áp trong hệ thống điện kết hợp nguồn điện gió
sử dụng STATCOM sẽ giúp hệ thống hoạt động ổn định hơn.
1.4

Mục tiêu và nhiệm vụ
• Tìm hiểu các loại máy phát điện gió.
• Tìm hiểu máy phát điện không đồng bộ nguồn đôi DFIG (Doubly-Fed

Induction Generator).
• Phân tích và điều khiển ổn định điện áp trong hệ thống điện.
• Tìm hiểu bộ bù đồng bộ tĩnh STATCOM .
• Ứng dụng STATCOM để nâng cao ổn định điện áptrong hệ thống điện có
kết hợp nguồn điện gió.
• Tiềm hiểu mạng Logic mờ.
• Thiết kế bộ điều khiển logic mờ cho STATCOM để nâng cao ổn định điện áp
trong hệ thống điện có kết hợp nguồn điện gió.

1.5

Phương pháp giải quyết

Tham khảo mô hình trên lưới điện chuẩn IEEE 14 bus, tác giả dùng phần mềm
Matlab để xây dựng và mô phỏng các thông số của hệ thống.

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
1.6

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Giới hạn đề tài

Chỉ xét đến điều khiển ổn định động cho hệ thống điện và bỏ qua các ảnh hưởng
khác như tốc độ gió thay đổi, phụ tải thay đổi…

1.7

Điểm mới của luận văn

Thiết kế bộ điều khiển logic mờ cho thiết bị bù đồng bộ tĩnh STATCOM để nâng
cao ổn định động của hệ thống điện có kết hợp với nguồn năng lượng gió.
1.8

Phạm vi ứng dụng
• Ứng dụng cho các mô hình hay lưới điện tương tự.
• Ứng dụng cho lưới điện 500KV, 220KV tại Việt Nam.
• Làm tài liệu tham khảo cho các học viên cao học trong môn học FACTS và
trong quá trình làm đề tài liên quan đến STATCOM.

1.9

Bố cục của luận văn
Chương 1:TỔNG QUAN
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chương 3: HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ
Chương 4: PHÂN TÍCH VÀ ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRONG
HỆ THỐNG ĐIỆN
Chương 5: BỘ BÙ ĐỒNG BỘ TĨNH STATCOM
Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1

Bối cảnh lịch sử phát triển :

Trong năm 1891, Dane Poul LaCour đã chế tạo tuabin gió đầu tiên phát ra điện. Các
kĩ sư Đan Mạch đã phát triển kỹ thuật để bổ sung năng lượng thiếu trong chiến
tranh thế giới thứ nhất và thứ hai. Tuabin gió của công ty Đan Mạch F. L. Smidth
chế tạo trong năm 1941 – 1942 có thể được xem là nguyên mẫu đầu tiên của tuabin

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

gió phát điện ngày nay. Tuabin gió Smidth đầu tiên sử dụng cánh máy bay dựa trên
kĩ thuật tiên tiến của ngành máy bay cùng thời. Vào cùng thời điểm đó, một người
Mĩ Palmer Putnam đã chế tạo tuabin gió khổng lồ cho công ty Mỹ Morgan Smith
Co., có đường kính 53 m. Tuabin gió này không chỉ khác ở kích thước to lớn mà kỹ
thuật chế tạo cũng khác biệt. Kĩ thuật của người Đan Mạch cơ bản dựa trên cánh
quạt theo chiều gió đang thổi với sự điều khiển ngừng quay, hoạt động ở tốc độ
chậm. Kỹ thuật của Putnam cơ bản dựa trên cánh quạt theo hướng gió thổi với bộ
điều chỉnh tốc độ. Tuy nhiên tuabin gió của Putnam vẫn chưa thành công. Nó được
dỡ bỏ vào năm 1945. Bảng 2.1 sẽ cho ta cái nhìn tổng quát về lịch sử của tuabin gió.
Bảng 2.1: Lịch sử tuabin gió
Tuabin và

Đường

Diện

Công

Công

Số

Chiều

Ngà

nước sản

kính

tích quét

suất

suất

cánh

cao

y ra

xuất

(m)

(m2)

(kW)

riêng

quạt

tháp

đời

(kW/m

(m)

2

Poul LaCour,

23

408

18

)
0.04

Đan Mạch

Smith –

53

2231

1250

0.56

2

34

1941

USA
F. L. Smidth,

17

237

50

0.21

3

24

1941

Đan Mạch
F. L. Smidth,

24

456

70

0.15

3

24

1942

Đan Mạch
Gedser, Đan

24

452

200

0.44

3

25

1957

Mạch
Hutter, Đức

34

908

100

0.11

2

22

1958

4

34

1891

Putnam,

Sau chiến tranh thế giới thứ hai, ở Đan Mạch Johannes Juul cải tiến kỹ thuật thiết kế
của người Đan Mạch. Tuabin gió của anh ta, được đặt ở Gedser – Đan Mạch, phát
2.2 triệu kWh từ năm 1956 và 1967. Vào cùng thời điểm đó, gia đình German

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Hutter đã phát triển một kĩ thuật thiết kế mới. Tuabin gió gồm 2 cánh mỏng bằng
nhựa đón theo hướng gió thổi của tháp trên trục quay. Tuabin gió này nổi tiếng về
hiệu suất cao.
Trái lại sự thành công của tuabin gió Juul và Huuter, việc nghiên cứu tuabin gió
công suất lớn bị ngưng sau chiến tranh thế giới thứ hai. Chỉ có loại tuabin gió công
suất nhỏ cho hệ thống công suất ở vùng sâu vùng xa hay sạc pin là còn được quan
tâm. Việc khủng hoảng giá dầu đầu những năm 1970, năng lượng gió mới được
quan tâm trở lại. Kết quả là tài chính hỗ trợ cho nghiên cứu và phát triển năng lượng
gió đã được đầu tư. Các nước như Đức, Mỹ và Thụy Điển đã nghiên cứu phiên bản
tuabin gió công suất lớn (vào khoảng Megawatt). Tuy nhiên, nhiều phiên bản này
(Bảng 2.2) đã không đáp ứng được mong đợi vì nhiều vấn đề kỹ thuật.
Bảng 2.2: Hoạt động của các tuabin gió loại công suất lớn
Tuabin và

Đườn

Diện

Công

Giờ

Công

Thời

nước sản xuất

g kính

tich

suất

hoạt

suất đã

gian hoạt

(m)

quét

(MW

động

phát

động

Mod – 1, USA
Growian, Đức
Smith –

60
100
53

(m2)
2827
7854
2236

)
2
3
1.25

34
420
695

(GWh)

34
34
0.2

1979 – 83
1981 – 87
1941 – 45

Putnam, USA
WTS – 4, USA
Nibe A, Đan

78
40

4778
1257

4
0.63

7200
8414

16
2

1982 – 94
1979 – 93

Mạch
WEG LS – 1,

60

2827

3

8441

6

1987 – 82

GB
Mod – 2, USA
Nasudden I,

91
75

6504
4418

2.5
2

8658
11400

15
13

1982 – 88
1983 – 88

Thụy Điển
Mod – OA,

38

1141

0.2

13045

1

1977 – 82

USA
Tjæreborg, Đan

61

2922

2

14175

10

1988 – 93

Mạch

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

École, Canada
Mod – 5B, USA
Maglarp WTS –

64
98
78

4000
7466
4778

3.6
3.2
3

19000
20561
26159

12
27
34

1987 – 93
1987 – 92
1982 – 92

3, Thụy Điển
Nibe B, Đan

40

1257

0.63

29400

8

1980 – 93

Mạch
Tvind, Đan

54

2290

2

50000

14

1978 – 93

Mạch
2.2

Tổng quan về năng lượng gió

2.2.1 Thực trạng năng lượng và môi trường
Năng lượng là một trong các điều kiện thiết yếu trong đời sống con người và là một
yếu tố đầu vào không thể thiếu được của mọi hoạt động kinh tế.
Ngày nay, trữ lượng than, dầu, khí đang ngày càng cạn kiệt. Mặt khác, khi dùng
chúng để phát điện sẽ phát khí thải nhà kính vào bầu khí quyển, trái đất ngày càng
nóng lên, gây biến đổi khí hậu toàn cầu. Các tai họa như hạn hán, bão lụt xảy ra trên
toàn thể giới ngày càng trầm trọng. Vì vậy yêu cầu cấp thiết là phải khai thác và sử
dụng tối ưu nguồn năng lượng sạch, trong đó năng lượng gió rất được quan tâm.
2.2.2 Thực tại phát triển của năng lượng gió trên thế giới.

Năng lượng gió là nguồn năng lượng có kỹ thuật phát triển nhanh nhất vào những
năm 1990 khi xét về tỉ lệ phần trăm sự phát triển công suất lắp đặt so với nguồn kỹ
thuật. Tuy nhiên, sự phát triển của nguồn năng lượng gió không phân phối đều trên
toàn thế giới (Hình 2.1, Hình 2.2).
• Châu Âu
Giữa cuối năm 1995 và cuối năm 2003, khoảng 76% trạm phát năng lượng gió mới
kết nối vào mạng lưới điện trên thế giới được lắp đặt ở Châu Âu (Hình 2.3). Đất
nước có công suất gió lắp đặt lớn nhất ở Châu Âu là Đức, Đan Mạch, Tây Ban Nha
(Hình 2.4).

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

GVHH: TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Hình 2.1: Top 10 nước có công suất lắp đặt tích lũy

HVTH: NGUYỄN VĂN TRÍ- 138520202048

Page