KHẢO sát điện áp lưới PHÂN PHỐI KHI có máy PHÁT điện GIÓ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

KHẢO SÁT ĐIỆN ÁP LƯỚI PHÂN PHỐI
KHI CÓ MÁY PHÁT ĐIỆN GiÓ

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

S KC 0 0 4 0 3 5

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

KHẢO SÁT ĐIỆN ÁP LƯỚI PHÂN PHỐI KHI CÓ MÁY
PHÁT ĐIỆN GIÓ

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

KHẢO SÁT ĐIỆN ÁP LƯỚI PHÂN PHỐI KHI CÓ MÁY
PHÁT ĐIỆN GIÓ

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250
Hướng dẫn khoa học:
PGS. TS PHAN THỊ THANH BÌNH

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC
Họ và tên: NGUYỄN ĐÌNH PHÚ

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 16 – 02 – 1984

Nơi sinh: Đồng Nai

Quê quán: Đồng Nai

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: 17, Đường số 9, Khu phố 4, Phường Linh chiểu, Quận Thủ đức,
Tp. Hồ Chí Minh.
Điện thoại: 0937.326.080
Email:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy.
Thời gian đào tạo: Từ năm 2002 đến năm 2007
Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh.
Ngành học: Điện Khí Hóa và Cung Cấp Điện.
Tên đồ án tốt nghiệp: Khảo sát và đề xuất giải pháp tiết kiệm năng lượng
cho trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh.
Thời gian bảo vệ đề tài tốt nghiệp: 12/2006, tại trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: Ts. Võ Viết Cường.
2. Cao học:
Hệ đào tạo: Chính quy.
Thời gian đào tạo: Từ 2010 đến 2012
Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh.
Ngành học: Kỹ thuật điện
Tên luận văn tốt nghiệp: Khảo sát điện áp lưới phân phối khi có máy phát
điện gió.

i


Thời gian bảo vệ luận văn tốt nghiệp: 07/2013, tại trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.

Người hướng dẫn: PGS. TS. Phan Thị Thanh Bình.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC.
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Từ 4/2007 đến 8/2009

Công ty An Thịnh tự

Kỹ sư dự án.

động,

26/50

Nguyễn

Minh Hoàng, Phường 12,
Quận Tân Bình, thành
phố Hồ Chí Minh.
Từ 8/2009 đến nay

Công ty Cổ phần Công

Kỹ sư dự án.

nghệ cao Lê Gia, Số
108/29A
Phường 4,

Cộng
Quận

Hòa,
Tân

Bình, thành phố Hồ Chí
Minh.

Xác nhận của cơ quan

Ngày 04 tháng 07 năm 2013

(Ký tên, đóng dấu)

Người khai ký tên

Nguyễn Đình Phú

ii


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu và kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai

công bố trong bất kỳ công trình khác.
Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2013
Học viên thực hiện

Nguyễn Đình Phú

iii


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. PHAN THỊ THANH
BÌNH, người cô đã đề ra phương hướng, hết lòng chỉ bảo, tận tình
hướng dẫn và dìu dắt trong suốt thời gian tôi học tập và thực hiện
luận văn tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô trong Ban Giám hiệu,
Ban chủ nhiệm Khoa Điện – Điện tử, Phòng Quản lý Khoa học –
Quan hệ quốc tế - Sau đại học và thư viện Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật TP.Hồ Chí Minh đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo điều
kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.
Xin cảm ơn bố mẹ đã nuôi con khôn lớn và tạo mọi điều kiện
để con học tập tốt trong suốt quãng đời vừa qua và để con có được
như ngày hôm nay.
Xin cảm ơn người thân trong gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và
các bạn học cùng khóa đã giúp đỡ, động viên, góp ý xây dựng trong
thời gian nghiên cứu, học tập và thực hiện luận văn này.
Xin kính chúc sức khỏe và chân thành cảm ơn!

TP. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2013
Học viên thực hiện

Nguyễn Đình Phú

iv


TÓM TẮT

Những thay đổi gần đây trong cơ cấu chính của các công ty điện lực đã tạo
cơ hội cho nhiều sự đổi mới khoa học kỹ thuật, bao gồm sự tham gia của các máy
phát phân bố - DG (Distributed Generation) vào hệ thống đã đạt được những lợi ích
khác nhau. Cả điện lực và khách hàng đều có lợi từ DG. Một trong những lợi ích
của DG là cải thiện điện áp lưới.
Luận văn này trình bày hướng tiếp cận xác suất dựa trên kỹ thuật tích chập
để định lượng lợi ích trong trường hợp của máy phát điện tua bin gió (WTG). Biểu
thứ toán học cho hàm mật độ xác suất và giá trị kỳ vọng điện áp tại phụ tải đã được
phát triển để phân tích lợi ích này. Số lượng lợi ích thì được thảo luận dựa trên giá
trị kỳ vọng điện áp phụ tải.
Ngoài ra trong luận văn cũng sử dụng kỹ thuật xác suất và phi xác suất để
tính giá trị trung bình của công suất của WTG và công suất phụ tải.
Tuy nhiên, luận văn cũng có nhược điểm là chưa xét đến ảnh hưởng của
công suất phản kháng của WTG lên điện áp lưới phân phối.

v


ABSTRACT

The recent changes in the structure of the power company has created many
opportunities for scientific and technological innovation, including the involvement
of distributed generation - DG (Distributed Generation) into the system achieve
different benefits. Both electricity and customers will benefit from DG. One of the
benefits of DG is to improve the grid voltage.

This paper presents a probabilistic approach based on convolution techniques to
quantify this benefit in the case of wind turbine generators (WTG). Mathematical
expression for the probability density function and expected value of the load
voltage are developed to analyze the benefits. The number of benefits is discussed
based on the expected load voltage. In addition, the thesis also uses probabilistic
approach and a non-probabilistic to calculate of the average value of WTG output
and load.

However, there are also disadvantages thesis is not considered the effect of the
reactive power the WTG to voltage distribution grid.

vi


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iv
TÓM TẮT ..................................................................................................................v

ABSTRACT ............................................................................................................. vi
MỤC LỤC ............................................................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................... xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH..................................................................................... xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG .....................................................................................xv
Chƣơng 1 TỔNG QUAN ..........................................................................................1
1.1 Đặt vấn đề ..........................................................................................................1
1.2 Mục đích của đề tài ............................................................................................2
1.3 Nhiệm vụ, phạm vi nghiên cứu..........................................................................2
1.4 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................2
1.5 Điểm mới của luận văn ......................................................................................2
1.6 Nội dung của luận văn .......................................................................................3
Chƣơng 2 CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƢỢNG GIÓ CƠ BẢN ..................................4
2.1 Công suất trong phổ gió .....................................................................................4
2.2 Phân tích dữ liệu gió ..........................................................................................5

vii


2.3 Vận tốc gió trung bình .......................................................................................7
2.4 Phân bố vận tốc gió............................................................................................8
Chƣơng 3 MÔ HÌNH XÁC SUẤT ĐỂ PHÂN TÍCH DỮ LIỆU GIÓ ................14
3.1 Phân bố Weibull ..............................................................................................14
3.1.1 Phương pháp đồ thị ...................................................................................19
3.1.2 Phương pháp độ lệch chuẩn ......................................................................21
3.2 Phân bố Rayleigh .............................................................................................24
3.3 Sử dụng phân bố xác suất vào hệ thống chuyển đổi năng lượng tua bin gió ..27
3.3.1 Đặc tuyến công suất của tuabin gió ...........................................................27
3.3.2 Tiếp cận năng lượng được phát bởi tuabin gió dựa trên Weibull .............29
Chƣơng 4 KHẢO SÁT ĐIỆN ÁP LƢỚI PHÂN PHỐI KHI CÓ MÁY PHÁT

ĐIỆN GIÓ ................................................................................................................33
4.1 Ảnh hưởng của phân bố gió lên điện áp ..........................................................33
4.1.1 Mô tả hệ thống ...........................................................................................33
4.1.2 Mô hình máy phát điện gió........................................................................35
4.1.3 Mô hình tải ................................................................................................38
4.1.4 Xác suất điện áp lưới trong hệ thống điện khi không có DG gió ..............39
4.1.5 Xác suất điện áp lưới trong hệ thống điện khi có DG gió .........................40
4.2 Phân tích điện áp theo cách tiếp cận phi xác suất ............................................41
Chƣơng 5 ÁP DỤNG TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ KỲ VỌNG ĐIỆN ÁP LƢỚI
PHÂN PHỐI ............................................................................................................44
5.1 Trường hợp 1: Tính điện áp tại phủ tải cho sơ đồ đặc trưng ...........................44
5.1.1 Tính điện áp lưới phân phối trước khi lắp WTG.......................................45

viii


5.1.2 Xét ảnh hưởng của vị trí lắp WTG lên điện áp lưới phân phối .................46
5.1.3 Xét ảnh hưởng công suất định mức WTG lên điện áp lưới phân phối .....50
5.2 Trường hợp 2: Phân tích dữ liệu gió tại Tuy Phong – Bình Thuận và áp dụng
kết quả để tính toán, mô phỏng điện áp lưới phân phối bất kỳ..............................55
5.2.1 Đặc điểm dữ liệu gió tại Tuy Phong – Bình Thuận ..................................55
5.2.2 Phân tích dữ liệu gió Tuy Phong – Bình Thuận theo phân bố Weibull ....57
5.2.3 Kết quả phân tích dữ liệu gió bằng phần mềm Windpro (nguồn dự án) ...58
5.2.4 Tính ước lượng công suất điện đầu ra WTG ứng với dữ liệu gió thu thập
được tại Tuy Phong – Bình Thuận .....................................................................61
5.2.5 Mô phỏng điện áp lưới phân phối bất kỳ khi kết nối WTG ......................63
5.2.5.1 Mô phỏng điện áp lưới phân phối vào ban ngày ....................................64
5.2.5.1.1 Mô phỏng điện áp lưới phân phối trước khi lắp đặt WTG ..................64
5.2.5.1.2 Mô phỏng điện áp lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải đầu
đường dây ...........................................................................................................65

5.2.5.1.3 Mô phỏng điện áp lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải giữa
đường dây ...........................................................................................................66
5.2.5.1.4 Mô phỏng điện áp lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải cuối
đường dây ...........................................................................................................67
5.2.5.2 Mô phỏng điện áp lưới phân phối vào ban đêm .....................................68
5.2.5.2.1 Mô phỏng điện áp lưới phân phối trước khi lắp đặt WTG ..................68
5.2.5.2.2 Mô phỏng điện áp lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải đầu
đường dây ...........................................................................................................69
5.2.5.2.3 Mô phỏng điện áp lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải giữa
đường dây ...........................................................................................................70
5.2.5.2.4 Mô phỏng điện áp lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải cuối
đường dây ...........................................................................................................71

ix


Chƣơng 6 KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ...............................74
6.1. Kết luận ...........................................................................................................74
6.2. Hạn chế của luận văn. .....................................................................................74
6.3. Hướng phát triển. ............................................................................................74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................75

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Vm

Vận tốc gió trung bình

k

Thông số hình dạng của vận tốc gió

c

Thông số tỉ lệ của vận tốc gió

a

Phân số giữa khoảng cách của vị trí đặt WTG với tổng chiều dài
đường dây

D

Khoảng cái từ nút nguồn đến vị trí đặt WTG, km

SLmax

Công suất phụ tải cực đại, pu

SLmin

Công suất phụ tải cực tiểu, pu

PL

Công suất phụ tải, pu

PR

Công suât định mức WTG, pu

PW

Công suất điện đầu ra WTG, pu

PFL

Hệ số công suất phụ tải

QL

Công suất phản kháng phụ tải, pu

SL

Công suất biểu kiếng phụ tải, pu

V

Vận tốc gió, m/s

Vi

Vận tốc gió Cut-in, m/s

Vo

Vận tốc gió Cut-out, m/s

VR

Vận tốc gió định mức, m/s

VL

Điện áp pha hiệu dụng ở điểm phụ tải, pu

VS

Điện áp pha hiệu dụng ở nút nguồn, pu

x

Điện kháng đường dây trên 1 đơn vị chiều dài đường dây, pu/km

X

Tổng trở kháng đường dây

Y

Tổng chiều dài đường dây, km

WTG

Máy phát điện gió

xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: Luồng không khí dịch chuyển đến tuabin gió .............................................4
Hình 2.2: Biểu đồ hoa gió theo tần suất gió ở những hướng khác nhau. ....................6
Hình 2.3: Biểu đồ hoa gió theo vận tốc gió ở những hướng khác nhau. ....................6
Hình 2.4: Biểu đồ hoa gió theo năng gió ở những hướng khác nhau. ........................7
Hình 2.5: So sánh phân bố gió tại 2 vị trí .................................................................10
Hình 2.6: Xác suất phân bố vận tốc gió ....................................................................12
Hình 2.7: Phân phối tích lũy vận tốc gió...................................................................12
Hình 3.1: Hàm mật độ xác suất gió ...........................................................................17
Hình 3.2: Hàm phân phối tích lũy gió .......................................................................18
Hình 3.3: Phương pháp đồ thị xác định k và c ..........................................................21
Hình 3.4: Phân phối tích lũy được tạo ra từ hai phương pháp ..................................24
Hình 3.5: So sánh trường dữ liệu gió với phân bố Weibull và Rayleigh ..................26
Hình 3.6 Đặc tuyến công suất lý tưởng của tuabin gió điều khiển pitch ..................27
Hình 3.7 Ước lượng năng lượng gió .........................................................................30
Hình 4.1: Sơ đồ hình tia của hệ thống điện đơn giản khi chưa lắp WTG .................33
Hình 4.2: Sơ đồ hình tia của hệ thống điện đơn giản khi lắp WTG..........................34
Hình 4.3: Đặc tuyến công suất của tuabin gió ..........................................................36
Hình 4.4: Hàm mật độ xác suất phụ tải .....................................................................39
Hình 4.5: Hàm phân phối tích lũy phụ tải .................................................................39
Hình 5.1: Sơ đồ hình tia của hệ thống điện đơn giản khi lắp WTG..........................44
xii

Hình 5.2: Ảnh hưởng của vị trí lắp đặt WTG lên điện áp phụ tải ở các chế độ gió
khác nhau...................................................................................................................49
Hình 5.3: Ảnh hưởng công suất định mức lên điện áp lưới phân phối ở các chế độ
gió khác nhau ............................................................................................................54
Hình 5.4: Vận tốc gió trong năm tại Tuy Phong .......................................................56
Hình 6.5: Áp dụng phương pháp đồ thị để phân tích dữ liệu gió tại Tuy Phong ......58
Hình 5.6: Phân bố Weibull ........................................................................................59
Hình 5.7: Tốc độ gió trung bình theo hướng.............................................................60
Hình 5.8: Tần suất gió theo hướng ............................................................................60
Hình 5.9: Năng lượng theo hướng gió chủ đạo .........................................................61
Hình 5.10: Sơ đồ lưới phân phối khi máy cắt đầu cực WTG ở vị trí mở .................64
Hình 5.11: Đặc tuyến điện áp tại các nút của lưới phân phối khi máy cắt đầu cực
WTG ở vị trí mở ........................................................................................................65
Hình 5.12: Sơ đồ lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải đầu đường dây.....65
Hình 5.13: Đặc tuyến điện áp tại các nút của lưới phân phối khi khi lắp đặt WTG ở
nút phụ tải đầu đường dây .........................................................................................66
Hình 5.14: Sơ đồ lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải giữa đường dây ...66
Hình 5.15: Đặc tuyến điện áp tại các nút của lưới phân phối khi khi lắp đặt WTG ở
nút phụ tải giữa đường dây........................................................................................67
Hình 5.16: Sơ đồ lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải cuối đường dây ...67
Hình 5.17: Đặc tuyến điện áp tại các nút của lưới phân phối khi khi lắp đặt WTG ở
nút phụ tải cuối đường dây ........................................................................................68
Hình 5.18: Sơ đồ lưới phân phối khi máy cắt đầu cực WTG ở vị trí mở .................68
Hình 5.19: Đặc tuyến điện áp tại các nút của lưới phân phối khi máy cắt đầu cực
WTG ở vị trí mở ........................................................................................................69

xiii


Hình 5.20: Sơ đồ lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải đầu đường dây.....69

Hình 5.21: Đặc tuyến điện áp tại các nút của lưới phân phối khi khi lắp đặt WTG ở
nút phụ tải đầu đường dây .........................................................................................70
Hình 5.22: Sơ đồ lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải giữa đường dây ...70
Hình 5.23: Đặc tuyến điện áp tại các nút của lưới phân phối khi khi lắp đặt WTG ở
nút phụ tải giữa đường dây........................................................................................71
Hình 5.24: Sơ đồ lưới phân phối khi lắp đặt WTG ở nút phụ tải cuối đường dây ...71
Hình 5.25: Đặc tuyến điện áp tại các nút của lưới phân phối khi khi lắp đặt WTG ở
nút phụ tải cuối đường dây ........................................................................................72

xiv


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 2.1: Vận tốc gió trong khoảng 10 phút ..............................................................8
Bảng 2.2: Tần suất phân bố vận tốc gió trong tháng.................................................10
Bảng 3.1: Tần suất phân bố tốc độ gió ......................................................................20
Bảng 3.2: Đặc tính của tuabin gió .............................................................................28
Bảng 5.1: Dữ liệu gió ................................................................................................44
Bảng 5.2: Thông số tuabin gió, phụ tải, đường dây ..................................................44
Bảng 5.3: Kết quả tính toán điện áp tại phụ tải khi lắp đặt WTG ở các vị trí khác
nhau và ở các chế độ gió khác nhau ..........................................................................50
Bảng 5.4: Kết quả tính toán điện áp tại phụ tải khi thay đổi công suất định mức
WTG và ở các chế độ gió khác nhau ........................................................................54
Bảng 5.5: Vận tốc gió trung bình từng tháng, cả năm ở các độ cao 60m và 40m
(m/s) ..........................................................................................................................55
Bảng 5.6: Tần suất lặng gió, tần suất thịnh hành tại Dự án ở độ cao 60m ...............56

Bảng 5.7: Tính thông số k, c bằng phương pháp đồ thị ............................................57
Bảng 5.8: Dữ liệu gió ................................................................................................58
Bảng 5.9: Dữ liệu gió và đặc tính tua bin gió ...........................................................61
Bảng 5.10: Thông số nguồn, phụ tải, đường dây ......................................................63
Bảng 5.11: giá trị điện áp tại các nút: .......................................................................72

xv


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Chƣơng 1

TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Với sự phát triển mạnh mẽ của nền kinh tế như hiện nay thì nhu cầu về sử dụng
điện càng trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Do sự gia tăng phụ tải điện, đòi hỏi
ngành điện phải đầu tư xây dựng các nhà máy điện cũng như phát triển và hoàn
thiện hệ thống truyền tải và phân phối. Việc xây dựng những nhà máy phát điện
công suất lớn đòi hỏi phải có thời gian dài và vốn đầu tư lớn đồng thời nảy sinh
hàng loạt các vấn đề như: nhiên liệu cung cấp, diện tích đất đai, ảnh hưởng môi
trường v.v... Mặt khác, để đưa được công suất phát đến nơi tiêu thụ lại cần đến hệ
thống truyền tải và phân phối làm cho chi phí tăng cao. Vì vậy việc sử dụng kết hợp
máy phát phân tán trong hệ thống được xem là một giải pháp hữu hiệu để giải quyết
vấn đề này.
Máy phát phân tán là máy phát công suất nhỏ được đặt gần nơi tiêu thụ. Khi
tham gia vào hệ thống điện, máy phát phân tán mang lại những ưu điểm như:
-

Không cần nâng cấp mạng truyền tải cũng như mạng phân phối bằng cách
đặt nguồn phát tại nơi có nhu cầu.

-

Có khả năng nâng cao độ tin cậy cung cấp điện và chất lượng điện năng đến
khách hàng bằng cách giảm thiểu thời gian ngừng cung cấp điện đến khách
hàng do sự cố về điện cũng như tăng khả năng đáp ứng công suất cho hệ
thống do thiếu điện.

-

Ít ảnh hưởng đến môi trường, một số dạng nguồn phát sử dụng năng lượng
sạch, hoàn toàn không có khí thải.

Bên cạnh những ưu điểm thì máy phát phân tán cũng tồn tại một số nhược điểm
đó là:
-

Phụ thuộc vào yếu tố tự nhiên.

HVTH: Nguyễn Đình Phú

Trang 1


Luận văn tốt nghiệp

-

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Làm thay đổi cấu trúc, sự phân bố công suất trên hệ thống cũng như các vấn
đề về điều khiển, bảo vệ.

Chính vì vậy, khi hệ thống có sự tham gia của nguồn phân tán thì một trong
những vấn đề lớn cần phải quan tâm lớn đó là bài toán dự báo điện áp lưới điện khi
có nguồn phân tán đưa vào. Chính bởi lý do này nên tôi đã chọn đề tài “Khảo sát
điện áp lưới phân phối khi có máy phát điện gió” làm đề tài luận văn thạc sĩ.
1.2 Mục đích của đề tài
-

Tính toán ước lượng các thông số của phân bố gió, ước lượng công suất máy
phát điện gió và những ảnh hưởng của máy phát điện gió lên phổ điện áp của
lưới phân phối.

-

Dùng làm tài liệu tham khảo cho lĩnh vực năng lượng gió.

1.3 Nhiệm vụ, phạm vi nghiên cứu
-

Nghiên cứu về điện áp lưới điện trước và sau khi lắp đặt máy phát điện gió.

-

Nghiên cứu về phân bố gió.

-

Nghiên cứu đặc tính hệ thống chuyển đổi năng lượng gió.

-

Ứng dụng phương pháp xác suất và phi xác suất để tính toán giá trị kỳ vọng
điện áp tại phụ tải khi đưa máy điện gió vào vận hành.

-

Xét ảnh hưởng của công suất tác dụng WTG lên điện áp lưới phân phối, chưa
xét đến ảnh hưởng của công suất phản kháng WTG lên điện áp lưới phân phối.

1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
-

Thu thập và nghiên cứu các tài liệu liên quan từ cán bộ hướng dẫn, bạn bè, tài
liệu sách vở, các bài báo và tài liệu từ internet.

-

Phân tích tổng hợp bài toán.

-

Viết chương trình giải bài toán trên phần mềm MATLAB.

-

Mô phỏng điện áp lưới phân phối bằng phần mềm PsCad.

1.5 Điểm mới của luận văn
-

Ứng dụng phương pháp xác suất và phi xác xuất để tính giá trị kỳ vọng công
suất của máy phát điện gió, giá trị kỳ vọng của điện áp phụ tải lưới phân phối

-

Áp dụng tính toán, mô phỏng giá trị kỳ vọng điện áp phụ tải cho cấu hình lưới
bất kỳ.

HVTH: Nguyễn Đình Phú

Trang 2


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

1.6 Nội dung của luận văn
Chƣơng 1: Tổng quan
Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu và nội dung
nghiên cứu.
Chƣơng 2: Chuyển đổi năng lƣợng gió cơ bản
Công suất trong phổ gió và phương pháp tính toán dữ liệu gió.
Chƣơng 3: Mô hình xác suất để phân tích dữ liệu gió
Phương pháp xác định dữ liệu gió bằng phân bố Weibull.

Phương pháp xác định dữ liệu gió bằng phân bố Rayleigh.
Trình bày đặc tuyến công suất của tuabin gió và hướng tiếp cận dựa trên phân bố
Weibull.
Chƣơng 4: Khảo sát điện áp lƣới điện khi có máy phát điện gió
Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bố gió lên lưới phân phối.
Tính xác suất điện áp lưới trong hệ thống trước và sau khi lắp đặt Máy phát điện
gió.
Phân tích điện áp theo cách tiếp cận phi xác suất.
Chƣơng 5: Áp dụng tính toán giá trị kỳ vọng điện áp lƣới phân phối
Tính giá trị kỳ vọng điện áp tại phụ tải cho sơ đồ lưới đặc trưng.
Mô phỏng giá trị kỳ vọng điện áp tại phụ tải cho sơ đồ lưới bất kỳ.
Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển đề tài
Nêu các kết quả đã thu được trong luận văn, đưa ra nhận xét và hướng phát triển
của đề tài.

HVTH: Nguyễn Đình Phú

Trang 3


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Chƣơng 2

CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƢỢNG GIÓ CƠ BẢN
Năng lượng có sẵn trong gió cơ bản là động năng của lượng lớn không khí dịch
chuyển trên bề mặt trái đất. Cánh của tuabin nhận được động năng này, cái mà sau
đó được chuyển đổi sang dạng cơ hay dạng điện phụ thuộc vào người sử dụng. Hiệu

suất của việc chuyển đổi gió để sử dụng hữu ích phụ thuộc vào hiệu suất tương tác
giữa rotor với luồng gió [3].
2.1 Công suất trong phổ gió
Động năng của luồng không khí với lưu lượng m và vận tốc V là
E

1
mV 2
2

(2.1)

Xem như một tuabin gió có mặt cắt rotor A như trong hình 2.1. Động năng của
luồng không khí cho tua bin được thể hiện.
E

1
 a vV 2
2

(2.2)

Hình 2.1: Luồng không khí dịch chuyển đến tuabin gió

HVTH: Nguyễn Đình Phú

Trang 4


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Trong đó ρa là mật độ không khí, v là thể tích không khí sẵn có đến rotor. Gió
tương tác với rotor trên 1 đơn vị thời gian có mặt cắt bằng rotor (AT) và vận tốc gió
V. Do đó năng lượng trên 1 đơn vị thời gian là công suất được thể hiện.
P

1
 a AT V 3
2

(2.3)

Ta có thể thấy rằng những hệ số hảnh hưởng đến công suất sẵn có luồng gió là
mật độ không khí, mặt cắt rotor tuabin gió và vận tốc gió. Ảnh hưởng của vận tốc
gió với công suất là nổi bậc nhất.
2.2 Phân tích dữ liệu gió
Để thiết lập năng lượng gió, dữ liệu gió được thu thập từ địa phương nên được
phân tích và diễn giải. Dữ liệu gió lâu dài tại các trạm khí tượng có thể được dùng
để ước tính sơ bộ. Dữ liệu này, có thể có sẵn cho khoảng thời gian dài, nên suy luận
cẩn thận để trình bày thuộc tính gió. Sau bước điều tra đầu tiên này, những trường
đo lường nói chung được làm tại vị trí tương lai cho khoảng thời gian ngắn. Ghi lại
dữ liệu gió 1 năm đủ để trình bày cho những thay đổi trong khoảng thời gian dài.
Hệ thống đo lường gió hiện cho ta tốc độ gió trung bình tại chổ, trung bình trong
1 khoảng thời gian. Trung bình sau 10 phút là rất phổ biến cho chuẩn phần mềm
phân tích gió. Dữ liệu gió trong khoảng thời gian ngắn này được tạo nhóm và phân
tích với sự giúp đỡ của mô hình và phần mềm đánh giá dựa trên năng lượng có sẵn
trong gió. Dữ liệu được nhóm trên khoảng thời gian ngắn. Ví dụ, nếu ta muốn thiết
lập năng lượng sẵn có ở những giờ khác nhau, sau đó dữ liệu nên được nhóm theo

hàng giờ. Dữ liệu cũng có thể được phân loại hàng ngày, hàng tháng và hàng năm.

HVTH: Nguyễn Đình Phú

Trang 5


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Hình 2.2: Biểu đồ hoa gió theo tần suất gió ở những hướng khác nhau.

Hình 2.3: Biểu đồ hoa gió theo vận tốc gió ở những hướng khác nhau.

HVTH: Nguyễn Đình Phú

Trang 6


Luận văn tốt nghiệp

GVHD: PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình

Hình 2.4: Biểu đồ hoa gió theo năng gió ở những hướng khác nhau.
2.3 Vận tốc gió trung bình
Một trong những thông tin quan trọng nhất trên quang phổ gió ở 1 vị trí là vận
tốc gió trung bình. Vận tốc gió trung bình được tính Vm được cho bởi:
Vm 

1 n
 Vi
n i 1

(2.4)

Trong đó V là vận tốc gió n là số dữ liệu gió.
Tuy nhiên, để tính toán công suất gió, vận tốc gió trung bình sử dụng phương
trình (2.4) thường thiếu xót. Ví dụ, dữ liệu gió 1 giờ được thu thập khoảng 10 phút
như trong bảng 2.1. Theo phương trình (2.4), vận tốc gió hàng giờ là 6.45 m/s. Với
mật độ không khí 1.24 kg/m3, công suất trung bình tương ứng là 166.37W/m2. Nếu
ta tính công suất tương ứng với tất cả vận tốc gió và sau đó lấy giá trị trung bình
cho công suất thì công suất đạt 207 W/m2. Điều này có nghĩa , vận tốc gió trung
bình sử dụng theo phương trình (2.4) sẽ tính được công suất nhỏ hơn khoảng 20%.

HVTH: Nguyễn Đình Phú

Trang 7