ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOATRẦN MINH SƠNPHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNHKHI KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ MŨI DINH VÀOLƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH NINH THUẬNLUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬTĐà Nẵng - Năm 2017ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNGTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOATRẦN MINH SƠNPHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH KHIKẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ MŨI DINH VÀOLƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI TỈNH NINH THUẬNChuyên ngành:Kỹ thuật điệnMã số:60 52 02 02LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬTNgười hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đinh Thành ViệtĐà Nẵng - Năm 2017LỜI CAM ĐOANTôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn củaPGS.TS Đinh Thành Việt.Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng công bố trong bất kỳmột công trình nào khác.Tác giả luận vănTrần Minh SơnTRANG TÓM TẮT LUẬN VĂNPHÂN TÍCH, TÍNH TOÁN CÁC CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH KHI KẾT NỐINHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ MŨI DINH VÀO LƯỚI ĐIỆNPHÂN PHỐI TỈNH NINH THUẬHHọc viên: Trần Minh SơnMã số: 60520202Chuyên ngành: Kỹ thuật điệnKhóa: K33.KTĐ.KH Trường Đại học Bách khoa – ĐHĐNTóm tắt - Ngày nay, nguồn năng lượng mới nói chung và năng lượng gió nói riêngngày càng thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như các đơn vị khaithác và sử dụng năng lượng gió vì những lợi ích to lớn mang lại từ nguồn năng lượngnày đặc biệt là vấn đề về môi trường. Việt Nam là nước có nhiều tiềm năng để pháttriển điện gió. Theo Quy hoạch Điện lực quốc gia đến năm 2020 Việt Nam sẽ pháttriển lắp đặt 6.000 MW từ điện gió. Vì vậy, nguồn điện từ các dạng năng lượng này sẽđược hòa lưới điện quốc gia. Tuy nhiên, nguồn năng lượng này hoàn toàn phụ thuộcvào điều kiện thời tiết tự nhiên và có tính ổn định không cao. Do đó, khi đấu nối vàohệ thống điện quốc gia sẽ có những ảnh hưởng nhất định đến lưới điện tại địa phương.Luận văn này trình bày việc sử dụng công cụ phần mềm Etap để mô phỏng, phân tích,tính toán các chế độ vận hành khi kết nối Nhà máy điện gió [NMĐG] Mũi Dinh vàolưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận từ đó đề ra giải pháp vận hành hiệu quả lưới điệnphân phối tỉnh Ninh Thuận.Từ khóa – năng lượng gió; phân tích các chế độ vận hành lưới điện; trang trại nănglượng gió; yêu cầu về kết nối lưới điện, kết nối lưới điệnANALYSIS AND CALCULATION OF OPERATION REGULATIONS WHENCONNECTING THE WIND POWER FACTORY TO ELECTRICITYDISTRIBUTION NINH THUAN PROVINCEAbstract - Today, renewable energy sources, and wind energy in particular, areincreasingly attracting researchers as well as companies that exploit and use windenergy because of great benefits from this energy source, especially environmentalbenefits. Vietnam has a lot of potential for developing wind power. According to theNational Power Plan up to 2020, Vietnam will develop and install 6,000 MW of windpower. Therefore, electricity from these forms of energy will be connected to thenational grid. However, this source of energy completely depends on natural weatherconditions and stability is not high. Therefore, when connected to the national grid,there will be certain impacts on the local grid. This thesis presents the use of the Etapsoftware tool to simulate, analyze and calculate operating modes when connectingMui Dinh wind power plant to the distribution grid of Ninh Thuan province. Solutionsfor efficient operation of the distribution network of Ninh Thuan province.Key words - wind energy; Analysis of grid operating modes; wind farm energy, windgrid code requirements , grid codeMỤC LỤCLỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................3TRANG TÓM TẮT LUẬN VĂN ...................................................................................4MỤC LỤC .......................................................................................................................5DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU .........................................................................................8DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT .................................................9DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................10DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................................12MỞ ĐẦU .........................................................................................................................11. Lý do chọn đề tài: ...............................................................................................12. Mục đích nghiên cứu: .........................................................................................23. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: .....................................................................24. Phương pháp nghiên cứu: ...................................................................................25. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ...........................................................26. Cấu trúc của luận văn: ........................................................................................3CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN SẢN XUẤT TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀTIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ TỈNH NINH THUẬN ...................................41.1. Tổng quan về điện gió ..........................................................................................41.1.1. Mô hình hệ thống chuyển đổi năng lượng gió ..............................................41.1.2. Kỹ thuật và công nghệ khai thác năng lượng trong gió ................................41.1.3. Hệ số công suất của Turbine gió ...................................................................61.1.4. Sự ảnh hưởng của cấu trúc hình học đến hế số công suất Cp ........................81.1.5. Thành phần cấu tạo của hệ máy phát điện sử dụng sức gió ..........................91.1.5.1. Cấu tạo của một hệ máy phát điện sức gió .............................................91.1.5.2. Các loại turbine gió ..............................................................................101.1.6. Máy phát trong hệ thống turbine gió ...........................................................111.1.6.1. Máy phát đồng bộ .................................................................................121.1.6.2. Máy phát không đồng bộ ......................................................................121.1.7. Các thành phần khác ....................................................................................131.1.7.1. Bộ phận điện tử công suất ....................................................................131.1.7.2. Bộ Soft-starter ......................................................................................131.1.7.3. Bộ Capacitor bank [Tụ điện] ................................................................131.1.8. Các phương pháp điều khiển máy phát tuabin gió ......................................131.1.8.1. Điều khiển cực đại hóa công suất .........................................................131.1.8.2. Điều khiển tốc độ..................................................................................161.1.8.3. Điều khiển Pitch ...................................................................................171.1.8.4. Điều khiển stall-control [điều khiển cố định] .......................................171.1.8.5. Điều khiển active stall control ..............................................................181.1.9. Các mô hình kết nối tổ máy turbine gió với lưới điện hiện nay ..................181.1.9.1. Mô hình kết nối trực tiếp máy phát với lưới điện [loại 1] ....................181.1.9.2. Mô hình máy phát kết nối lưới điện sử dụng phương thức thay đổi điệntrở mạch rotor [loại 2] .......................................................................................191.1.9.3. Mô hình kết nối máy phát điện cảm ứng nguồn kép với lưới điện[loại 3] ...........................................................................................................201.1.9.4. Mô hình máy phát kết nối lưới điện thông qua bộ biến đổi tỉ lệ đầy đủ[loại 4] ...........................................................................................................211.2. Khái quát tình hình sử dụng năng lượng gió để phát điện trên thế giới và ViệtNam .......................................................................................................................221.2.1. Tình hình phát triển điện gió trên thế giới ...................................................221.2.2. Hiện trạng phát triển điện gió tại Việt Nam ................................................231.3. Tiềm năng phát triển điện Gió tại tỉnh Ninh Thuận ...........................................241.3.1. Đặc điểm khí hậu tỉnh Ninh Thuận .............................................................241.3.2. Tiềm năng phát triển điện Gió tại tỉnh Ninh Thuận ....................................241.4. Giới thiệu nhà máy điện gió Mũi Dinh ..............................................................261.4.1. Quy mô ........................................................................................................261.4.2. Phân tích dữ liệu đo gió tại địa điểm đặt Nhà máy điện Gió ......................271.4.3. Quy trình công nghệ sản xuất của nhà máy điện gió...................................281.4.4. Thông số kỹ thuật của turbine E.92-2,35MW, hãng Enercon .....................291.4.5. Sơ đồ nguyên lý của tuabin gió tại Nhà máy điện gió Mũi Dinh ................301.4.6. Kết nối với hệ thống điện quốc gia trạm 110kV .........................................301.4.7. Hệ thống đường dây cáp 22 kV ...................................................................301.5. Kết luận chương 1: .............................................................................................31CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG...............................................322.1. Giới thiệu tổng quan phần mềm Etap .................................................................322.1.1. Giao diện ETAP ..........................................................................................322.1.2. Tính toán trào lưu công suất trong Etap ......................................................332.1.3. Module tính toán trào lưu công suất trong Etap ..........................................342.1.4. Giới thiệu các chức năng cửa sổ Edit Study Case .......................................342.1.4.1. Trang Infor............................................................................................342.1.4.2. Trang loading : .....................................................................................352.1.4.3. Trang Alert ...........................................................................................352.2. Ứng dụng phần mềm Etap để tính toán, phân tích các chế độ vận hành lưới điệnmẫu khi có kết nối với nhà máy điện gió ..................................................................362.2.1. Các kịch bản, trường hợp phân tích, đánh giá .............................................362.2.1.1. Trường hợp 1: Khi chưa tích hợp WF ..................................................382.2.1.2. Trường hợp 2: Khi WF phát công suất lớn nhất, phụ tải cực đại[max-max] .........................................................................................................382.2.1.3. Trường hợp 3: Khi WF phát công suất là lớn nhất, phụ tải cực tiểu[max-min] ..........................................................................................................392.2.1.4. Trường hợp 4: Khi WF phát công suất cực tiểu, phụ tải cực đại[min_max] .........................................................................................................402.2.2. Phân tích, nhận xét các trường hợp mô phỏng nêu trên: .............................412.3. Kết luận chương 2 ..............................................................................................42CHƯƠNG 3. TÍNH TOÁN, PHÂN TÍCH ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẾ ĐỘ VẬNHÀNH KHI KẾT NỐI NHÀ MÁY ĐIỆN GIÓ MŨI DINH VÀO LƯỚI ĐIỆN PHÂNPHỐI TỈNH NINH THUẬN .........................................................................................433.1. Các chế độ vận hành của lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận khi chưa có kếtnối nhà máy điện gió Mũi Dinh .................................................................................453.1.1. Đặc điểm phụ tải tỉnh Ninh Thuận ..............................................................453.1.2. Chế độ vận hành tải bình thường.................................................................463.1.3. Chế độ vận hành tải cực tiểu .......................................................................493.1.4. Chế độ vận hành tải cực đại ........................................................................523.1.5. Phân tích, nhận xét ở các chế độ vận hành của lưới điện phân phối tỉnhNinh Thuận khi chưa có sự tham gia điện gió.......................................................543.2. Phân tích các chế độ phát của nhà máy điện gió Mũi Dinh đối với từng chế độphụ tải của lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận ......................................................563.2.1. Phân tích, nhận xét các trường hợp .............................................................573.2.1.1. WF phát cực đại....................................................................................573.2.1.2. WF phát cực tiểu: .................................................................................593.2.1.3. Phân tích tổn thất công suất trên lưới điện, điện áp tại các nút 110 kVtương ứng với các kịch bản mô phỏng khi có sự tham gia của NMĐG MũiDinh...........................................................................................................603.3. Phân tích các trường hợp bị sự cố ......................................................................623.3.1. Yêu cầu về giới hạn điện áp và tần số .........................................................623.3.2. Sự cố tại thanh cái 110 kV trạm Ninh Thuận 1 ...........................................633.4. Các giải pháp kỹ thuật đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cung cấpđiện cho lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận khi có kết nối nhà máy điện gió MũiDinh .......................................................................................................................683.5. Kết luận chương 3 ..............................................................................................69KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................70TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................72PHỤ LỤCQUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI [BẢN SAO]BẢN SAO KẾT LUẬN CỦA HỘI ĐỒNG, BẢN SAO NHẬN XÉT CỦA CÁCPHẢN BIỆN [BẢN SAO].DANH MỤC CÁC KÝ HIỆUfTần số của dòng điện và điện áp [Hz]Uđiện áp [V]IDòng điện [A]PCông suất tác dụng [W]QCông suất phản kháng [VAr]DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮTACAlternating CurentDòng điện xoay chiềuDCDirect CurentDòng điện một chiềuDFIGDoubly Feb InductionGennerratorMáy phát cảm ứng nguồn képHAWTHorizontal Axis Wind TurbineTuabin gió trục ngangDFIMDoubly-Fed Induction MachineMáy phát không đồng bộ nguồn képFSIGFixed Speed InductionGeneratorMáy phát cảm ứng vận tốc cố địnhpuPer unitĐơn vị tương đốiWECSWind Energy ConversionSystemsHệ thống chuyển đổi năng lượng gióWTGWind Turbine GeneratorMáy phát tuabin gióVAWTVertical Axis Wind TurbineTuabin gió trục đứngVSCVoltage Source ConverterBộ chuyển đổi nguồn ápWRSGWound Rotor SynchronousMáy phát đồng bộ rotor dây quấnWRIGWound Rotor InductionGennerratorMáy phát điện cảm ứng rotor dây quấnWFWind FarmsTrang trại gióCĐPTChế độ phụ tảiTTCSTổn thất công suấtNMĐGNhà máy điện gióDANH MỤC CÁC BẢNGSố hiệuBảng 1.1Bảng 1.2Bảng 1.3Bảng 2.1Bảng 2.2Bảng 2.3Bảng 2.4Bảng 2.5Bảng 2.6Bảng 2.7Bảng 2.8Bảng 2.9Bảng 2.10Bảng 2.11Bảng 2.12Bảng 2.13Bảng 2.14Bảng 2.15Bảng 3.1Bảng 3.2Bảng 3.3Bảng 3.4Bảng 3.5Bảng 3.6Bảng 3.7Bảng 3.8Tên bảngTrangTiềm năng năng lượng gió lý thuyết ở Ninh Thuận24Vận tốc gió trung bình, đơn vị m/s27Thông số kỹ thuật của turbine E.92-2,35MW, hãng Enercon29Các trường hợp để phân tích36Thông số tải lưới điện giả định 4 nút37Thông số nguồn lưới điện giả định 4 nút37Thông số hệ thống điện37Kết quả phân tích tại các nút khi chưa có sự tham gia của trang38trại gióKết quả phân tích tại các đường dây/trạm biến áp khi chưa có38sự tham gia của trang trại gióKết quả phân tích khi có sự tham gia của trang trại gió [TH2]39Công suất nguồn phát [TH2]39Kết quả phân tích tại các đường dây/trạm biến áp khi có sự39tham gia của trang trại gió [TH2]Kết quả phân tích khi có sự tham gia của trang trại gió [TH3]40Công suất nguồn phát [TH3]40Kết quả phân tích tại các đường dây/trạm biến áp khi có sự40tham gia của trang trại gió [TH3]Kết quả phân tích khi có sự tham gia của trang trại gió [TH4]40Công suất nguồn phát [TH4]40Kết quả phân tích tại các đường dây/trạm biến áp khi có sự41tham gia của trang trại gió [TH4]Thông số đường dây và trạm44Thông số nguồn45Bảng số liệu phụ tải ngày đặc trưng điển hình tỉnh Ninh Thuận46ngày 19/6/2017Kết quả số liệu trên đường dây và trạm biến áp47Kết quả số liệu thu được tại các nút47Kết quả số liệu trên các nút ở chế độ phụ tải bình thường khi48chưa có kết nối nhà máy điện gióThông số phụ tải ở chế độ vận hành bình thường khi chưa kết48nối điện gióSố liệu tổng quan ở chế độ phụ tải bình thường khi chưa có kết48nối nhà máy điện gióBảng 3.9Bảng 3.10Bảng 3.11Bảng 3.12Bảng 3.13Bảng 3.14Bảng 3.15Bảng 3.16Bảng 3.17Bảng 3.18Bảng 3.19Bảng 3.20Bảng 3.21Bảng 3.22Bảng 3.23Bảng 3.24Bảng 3.25Kết quả số liệu trên các nút ở chế độ phụ tải cực tiểu khi chưacó kết nối nhà máy điện gióKết quả số liệu trên đường dây/trạm biến áp ở chế độ phụ tảicực tiểu khi chưa có kết nối nhà máy điện gióThông số phụ tải ở chế độ vận hành cực tiểu khi chưa có kếtnối nhà máy điện gióSố liệu tổng quan ở chế độ phụ tải cực tiểu khi chưa có kết nốinhà máy điện gióKết quả số liệu trên đường dây/trạm biến áp ở chế độ phụ tảicực đại khi chưa có kết nối nhà máy điện gióThông số phụ tải ở chế độ vận hành cực đại khi chưa có kếtnối nhà máy điện gióKết quả số liệu trên các nút ở chế độ phụ tải cực đại khi chưacó kết nối nhà máy điện gióSố liệu tổng quan ở chế độ phụ tải cực đại khi chưa có kết nốinhà máy điện gióSo sánh tổn thất công suất giữa các chế độ trên các phần tửlưới điệnSo sánh điện áp của các nút trong các chế độ vận hành lướiđiệnCác kịch bản mô phỏng tương ứng với các chế độ vận hànhPhân bổ công suất khi NMĐG Mũi Dinh phát công suất cựcđạiSố liệu tổng quan mô phỏng khi NMĐG Mũi Dinh phát côngsuất cực đạiPhân bổ công suất khi NMĐG Mũi Dinh phát công suất cựctiểuSố liệu tổng quan mô phỏng khi NMĐG Mũi Dinh phát cựctiểuSo sánh tổn thất công suất và điện áp tại các nút 110 kVKhả năng vận hành của turbine gió ứng với dải điện áp và tầnsố5050515153535354555557585859596063DANH MỤC CÁC HÌNHSố hiệuHình 1.1Hình 1.2Hình 1.3Hình 1.4Hình 1.5Hình 1.6Hình 1.7Hình 1.8Hình 1.9Hình 1.10Hình 1.11Hình 1.12Hình 1.13Hình 1.14Hình 1.15Hình 1.16Hình 1.17Hình 1.18Hình 1.19Hình 1.20Hình 1.21Hình 1.22Hình 1.23Hình 1.24Hình 1.25Hình 1.26Hình 1.27Hình 1.28Hình 1.29Hình 1.30Tên hìnhTrangMô hình chuyển đổi năng lượng gió bằng năng lượng điện bằng4sức gióĐường cong công suất gió5Minh hoạ định luật BEZT6Minh hoạ một vài khái niệm của turbine gió7Đặc tính của Cp theo hệ số λ được vẽ8Đặc tính Cp có sẵn với từng Turbine gió chế tạo trên thực tế9Cấu tạo một Turbine gió10Turbine gió kiểu trục đứng11Turbine gió kiểu lưng11Turbine gió ngang11Minh họa máy phát đồng bộ12Rotor dây quấn12Rotor lồng sóc12Phương pháp điều khiển tối ưu TSR14Phương pháp điều khiển bám đỉnh công suất14Đặc tính điều chỉnh tốc độ của turbine gió16Tổng quan về điều khiển hệ máy phát sử dụng sức gió16Điều khiển pitch với vận tốc thay đổi dùng máy phát không17đồng bộ rotor dây quấnMô hình máy phát nối trực tiếp với lưới [loại 1]18Mô hình máy phát nối lưới có tốc độ thay đổi một phần nhờ19việc thay đổi điện trở mạch rotor [loại 2]Mô hình nối lưới của máy phát cảm ứng nguồn kép [loại 3]20Mô hình Máy phát nối lưới thông qua bộ biến đổi điện tử công21suất đầy đủ [loại 4]Tình hình phát triển điện gió trên thế giới22Bản đồ ATLAS Gió khu vực tỉnh Ninh Thuận ở độ cao 65m.25Phối cảnh bố trí khu vực 1[6 tuabin]26Phối cảnh bố trí khu vực 2 [10 tuabin]27Mô hình phát điện tại Nhà máy điện gió Mũi Dinh28Đặc tính làm việc của turbine gió tại NMĐG Mũi Dinh29Sơ đồ nguyên lý của tuabin gió30Sơ đồ đấu nối cáp 22kV các nhóm Turbine31Hình 2.1Hình 2.2Hình 2.3Hình 2.4Hình 2.5Hình 2.6Hình 2.7Hình 2.8Hình 2.9Hình 2.10Hình 2.11Hình 2.12Hình 3.1Hình 3.2Hình 3.3Hình 3.4Hình 3.5Hình 3.6Hình 3.7Hình 3.8Hình 3.9Hình 3.10Hình 3.11Hình 3.12Hình 3.13Hình 3.14Hình 3.15Hình 3.16Hình 3.17Hình 3.18Hình 3.19Cửa sổ giao diện chínhCác chức năng tính toánThanh công cụCác tùy chỉnh trường hợp phân tíchTrang info của Edit Study CaseTrang loadingTrang AlertLưới điện giả định 4 nút có tích hợp điện gióKết quả mô phỏng tính toán phân bố công suất khi chưa có sựtham gia của trang trại gióKết quả mô phỏng tính toán phân bố công suất khi có sự thamgia của trang trại gió [TH2]Đồ thị điện áp nút so sánh giữa 4 trường hợpĐồ thị tổn thất công suất so sánh giữa 4 trường hợp mô phỏngSơ đồ lưới điện phân phối tỉnh Ninh ThuậnBiều đồ phụ tải ngày đặc trưng điển hình tỉnh Ninh ThuậnSơ đồ mô phỏng chế độ phụ tải bình thường khi chưa có kết nốinhà máy điện gió Mũi DinhSơ đồ mô phỏng chế độ vận hành phụ tải cực tiểu khi chưa cókết nối nhà máy điện gió Mũi DinhSơ đồ mô phỏng chế độ phụ tải cực đại khi chưa có kết nối nhàmáy điện gió Mũi DinhĐồ thị so sánh điện áp giữa các nút ở các chế độ vận hànhSơ đồ mô phỏng LĐPP tỉnh Ninh Thuận khi có kết nối NMĐGmũi DinhBiểu đồ so sánh điện áp giữa các nút 110 kVĐồ thị so sánh TTCS trên lưới điện khi có kết nối NMĐGGiới hạn điện áp và tần số trong vận hành lưới điện có kết nốivới nhà máy điện gió tại Việt NamĐiện áp tại đầu cực NMĐG khi mô phỏng sự cốNMĐG phát công suất phản kháng khi mô phỏng sự cốNMĐG phát công suất tác dụng khi mô phỏng sự cốDòng điện của NMĐG khi mô phỏng sự cốĐiện áp tại các nút 110 kV khi mô phỏng sự cốĐiện áp tại các nút 22 kV lộ ra khi mô phỏng sự cốTần số tại các nút 110 kV tỉnh Ninh Thuận khi mô phỏng sự cốTần số tại các nút 22 kV khi mô phỏng sự cốDòng điện xung kích khi ngắn mạch tại điểm kết nối NMĐG323334343435363738394141444546495256576061636464656566666767681MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tài:Tiềm năng về năng lượng tái tạo là vô tận, nhằm giảm sự phụ thuộc vào cácnguồn năng lượng hóa thạch và bảo vệ môi trường nên các Quốc gia trên thế giới đã cónhiều công trình nghiên cứu ứng dụng năng lượng tái tạo vào phục vụ đời sống, pháttriển kinh tế xã hội, trong đó có năng lượng Gió dùng để phát điện.Đối với nước ta việc Quy hoạch điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 – 2020 có xétđến năm 2030 đã nêu rõ về việc ưu tiên phát triển nguồn điện sử dụng năng lượng táitạo. Theo đó, đưa tổng công suất nguồn điện gió từ mức 140 MW như hiện nay lên800 MW vào năm 2020 và 6000 MW vào năm 2030. Đây là chủ trương lớn của chínhphủ Việt Nam về phát triển các nguồn năng lượng tái tạo và có tính khả thi cao.Theo Viện năng lượng, Việt Nam được đánh giá là Quốc gia có tiềm năng pháttriển năng lượng gió. Số liệu đánh giá về tiềm năng năng lượng gió có sự dao động khálớn, từ 1.800MW đến trên 9.000MW, thậm chí trên 100.000MW và tiềm năng nănglượng gió của Việt Nam tập trung nhiều nhất tại vùng duyên hải miền Trung, miềnNam, Tây Nguyên và các đảo [trong đó có tỉnh Ninh Thuận].Hiện nay, Tỉnh Ninh Thuận: có 13 dự án xây dựng nhà máy điện gió qui mô côngnghiệp đang được nghiên cứu triển khai, trong đó có Nhà máy điện gió Mũi Dinh [37,6MW] đã được khởi công xây dựng tháng 8/2016. Tổng công suất giai đoạn 1 đến năm2020 của 13 dự án trên là 277 MW [số liệu cập nhật đến tháng 3 năm 2017].Từ chủ trương lớn của Chính phủ đã tạo sự phát triển nguồn năng lượng tái tạovà cụ thể là điện gió đã góp phần hình thành các nhà máy điện gió tại Bạc Liêu, BìnhThuận và Ninh Thuận,…Vì vậy, nguồn điện từ các dạng năng lượng này sẽ được hòalưới điện quốc gia. Tuy nhiên, nguồn năng lượng này hoàn toàn phụ thuộc vào điềukiện thời tiết tự nhiên và có tính ổn định không cao. Do đó, khi đấu nối vào hệ thốngđiện quốc gia sẽ có những ảnh hưởng nhất định đến lưới điện tại địa phương. Cụ thể sẽliên quan đến nhiều vần đề, trong đó có:Trào lưu công suất trên lưới điệnLượng công suất dự phòng để đảm bảo ổn định hệ thốngNgắn mạch trên lưới điệnỔn định của hệ thống điệnHệ thống bảo vệ về cơ và điệnChất lượng điện năngChính vì vậy, Đề tài nghiên cứu “Phân tích, tính toán các chế độ vận hành khikết nối nhà máy điện gió Mũi Dinh vào lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận” là rấtcần thiết.22. Mục đích nghiên cứu:- Phân tích và đánh giá tác động của nhà máy điện gió đến các thông số vận hànhcủa lưới điện trong các chế độ xác lập đặc trưng được lựa chọn.- Đề xuất các giải pháp kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lượng điện năng, tổn thấtđiện năng, nâng cao độ tin cậy cung cấp điện,... khi có kết nối với nguồn điện gió.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:3.1. Đối tượng nghiên cứu:Năng lượng gió dùng để phát điện.Nhà máy điện gió Mũi Dinh 37,6 MW.Lưới 110 KV tỉnh Ninh Thuận và 2 xuất tuyến 22 kV [471 NT1 và 473 NT1]thuộc lộ ra trạm 110 kV Ninh Thuận 1.3.2. Phạm vi nghiên cứu:Phân bổ công suất trong lưới điện, chất lượng điện năng, độ tin cậy,…các ảnh hưởng của nhà máy điện gió Mũi Dinh đến lưới điện phân phối tỉnhNinh Thuận.4. Phương pháp nghiên cứu:Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mô hình thực tế của lưới điện phân phốitỉnh Ninh Thuận và nhà máy điện gió Mũi Dinh để phục vụ các tính toán minh họa. Sửdụng phần mềm Etap để mô phỏng khoanh vùng phạm vi ảnh hưởng của nhà máy điệngió đến lưới điện và tính toán các thông số vận hành của lưới điện trong các chế độ xáclập đặc trưng. Các số liệu được thu thập và cập nhật liên tục từ các nghiên cứu, các dựán điện gió đã và đang thực hiện tại Việt Nam có đấu nối với lưới điện.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:Ý nghĩa khoa học: Phân tích tính toán từng chế độ vận hành của hệ thống lướiđiện ứng với các kịch bản phát khác nhau của turbine gió từ đó lựa chọn chế độ phát đặctrưng trong năm để đánh giá tác động của nhà máy điện gió đến lưới điện phân phối tỉnhNinh Thuận. Đề xuất giải pháp để đảm bảo chất lượng điện năng, tổn thất điện năng vànâng cao độ tin cậy cung cấp điện khi hệ thống Nhà máy điện gió bị sự cố.Ý Nghĩa thực tiễn: Nghiên cứu, đề xuất các yêu cầu kỹ thuật đấu nối nhà máyđiện gió vào lưới điện Việt Nam nhằm đảm bảo các điều kiện vận hành. Phân vùng vàđánh giá tác động của nhà máy điện gió đến các thông số vận hành của lưới điện thực tế.36. Cấu trúc của luận văn:Ngoại trừ phần mở đầu và kết luận, cấu trúc của đề tài gồm 3 chương, cụ thể nhưsau:- Chương 1- Tổng Quan về điện sản xuất từ năng lượng gió và tiềm năngphát triển điện gió tỉnh Ninh Thuận.1.1. Tổng quan về điện gió1.2. Khái quát tình hình sử dụng năng lượng gió để phát điện trên thế giới vàViệt Nam1.3. Tiềm năng phát triển điện Gió tại tỉnh Ninh Thuận1.4. Giới thiệu nhà máy điện gió Mũi Dinh1.5. Kết luận chương 1- Chương 2- Giới thiệu phần mềm mô phỏng2.1. Giới thiệu tổng quan phần mềm Etap2.2. Ứng dụng phần mềm Etap để tính toán, phân tích các chế độ vận hànhlưới điện mẫu khi có kết nối với nhà máy điện gió2.3. Kết luận chương 2- Chương 3- Tính toán, phân tích ảnh hưởng đến chế độ vận hành khi kết nốinhà máy điện gió vào lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận.3.1. Các chế độ vận hành của lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận khi chưacó kết nối nhà máy điện gió Mũi Dinh3.2. Phân tích các chế độ phát của nhà máy điện gió Mũi Dinh đối với từngchế độ phụ tải của lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận3.3. Phân tích các trường hợp bị sự cố3.4. Các giải pháp kỹ thuật đảm bảo chất lượng điện năng và độ tin cậy cungcấp điện cho lưới điện phân phối tỉnh Ninh Thuận khi có kết nối nhà máyđiện gió Mũi Dinh3.5. Kết luận chương 34CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN SẢN XUẤT TỪ NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀTIỀM NĂNG PHÁT TRIỂN ĐIỆN GIÓ TỈNH NINH THUẬN1.1. Tổng quan về điện gió1.1.1. Mô hình hệ thống chuyển đổi năng lượng gióTrên cơ sở các phương pháp khí động học, turbine gió được thiết kế dưới dạngcánh quạt, nhận năng lượng gió và chuyển đổi thành năng lượng cơ quay máy phát.Đối với máy phát turbine gió có công suất lớn [cỡ MW] tốc độ quay thường là 10÷15vòng/phút. Để chuyển đổi mô – men quay có tốc độ thấp sang mô – men quay có tốcđộ cao thường sử dụng hộp số, tốc độ sau khi chuyển đổi được đưa vào máy phát điệnkhoảng 1000 đến 1500 vòng/phút thông qua trục truyền động được trình bày trên Hình1.1. [7]Hình 1.1. Mô hình chuyển đổi năng lượng gió bằng năng lượng điện bằng sức gió [14]Ngoài việc lựa chọn hộp số, cũng có thể lựa chọn máy phát điện có nhiều cặp cựcđể đáp ứng yêu cầu về tốc độ. Tuy nhiên, để kết nối với lưới điện tốt nhất là sử dụngcác bộ chuyển đổi điện tử công suất.1.1.2. Kỹ thuật và công nghệ khai thác năng lượng trong gióNăng lượng gió là một hàm của tốc độ và khối lượng không khí. Khi tốc độ giócao năng lượng gió lớn. Mối quan hệ giữa khối lượng, tốc độ không khí và năng lượnggió được thể hiện bởi phương trình động năng của một khối khí có khối lượng m [Kg]di chuyển với vận tốc v [m/s] trong hệ SI :5K .E1 2mv2[1.1]Công suất là động năng trên một đơn vị thời gian, Công suất nhận được của mộtkhối khí di chuyển với vận tốc v qua một diện tích A vuông góc với chiều vận tốcPwK .Et1 M 2. v [W]2 t[1.2]Trong đó PW là công suất gió [W] , M là khối lượng của khối khí đi qua vùngdiện tích A [kg] ,t thời gian [s] , v là vận tốc gió [m/s]Ta có:Mt. A.v[1.3]1Av 32[1.4]Từ các công thức trên ta có công suất của gió :PwTrong đó: Pw là công suất trong gió [W]ρ là mật độ không khí [Kg/m3]ở 150C và 1 atm thì ρ = 1.225 Kg/m3v: vận tốc gió qua diện tích A[ m/s]Hình 1.2. Đường cong công suất gió6Với turbine gió trục đứng thì A=2DH/3 trong đó D là bề ngang lớn nhất . H làchiều cao của vùng cánh quạt, với turbine trục ngang thì 𝐴 = 𝜋𝑅2 với R bán kínhcánh quạt. Vì năng lượng tỷ lệ bậc 3 với tốc độ gió nên cần phải đặc biệt quan tâm đếnvị trí đặt turbine để thu được gió có tốc độ lớn.[8]1.1.3. Hệ số công suất của Turbine gióMột vài khái niệm:Hình 1.3. Minh hoạ định luật BEZT [8]Tốc độ gió: là tốc độ gió tự do tại vị trí khảo sátTốc độ gió mặt [UpWind] : v1= v tốc độ gió ở khoảng cách đủ lớn đối với cánhquạtTốc độ gió lưng [DownWind] : v2 tốc độ gió đủ lớn sau khi ra khỏi cánh quạtTrục rotor: trục quay của rotorBán kính rotor : chiếu dài của cánh gió RbBán kính mặt cắt ngang của cánh gió: Khoảng cách từ mặt cắt ngang của cánhgió đến trục của roto rbĐường cung [chord line]: Đường thẳng nối đỉnh và đuôi của mặt cắt ngang củacánh gióMặt xoay [plane of rotation]: Mặt phẳng được tạo ra bởi rìa của các cánh gió khicánh gió quay.Góc Pitch [pitch angle]: Góc giữa đường cung và mặt xoay7Hình 1.4. Minh hoạ một vài khái niệm của turbine gió [8]Với v1,v2 là các hàm phụ thuộc thời gian v, v2 ≥0Turbine gió lấy động năng của khối khí đi vào nên v>v2Hệ số công suất turbine gió:[theo định luật Bezt]Pb12v vb[v 2 v22 ]2[1.5]Gọi tỉ số giữa vận tốc gió lưng và mặt làv2v[1.6]Kết hợp hai biểu thức trên:Pb1v v 2A[v222 2v ]11Av3 [122][12][1.7]Gọi hệ số công suất của turbine là:1[12CP][12][1.8]Viết lại biểu thức tính công suất:Pb1Av 3 .CP2[1.9]8Tìm hệ số công suất lớn nhất lấy đạo hàm Cp theo biến λ và cho đạo hà này bằng0.dC pd1[12][ 2 ] [12]0[1.10]Giải phương trình trên tìm đượcv2v13[1.11]Từ đây có hệ số công suất lớn nhất của rotor là:CPmax=16/27≈59,3%[1.12]Hình 1.5. Đặc tính của Cp theo hệ số λ được vẽ [8]1.1.4. Sự ảnh hưởng của cấu trúc hình học đến hế số công suất CpNếu roto quay rất chậm thì gió có thể dễ dàng đi xuyên qua khe hở giữa các cánhgió. Khi đó, v≈v2 . Ngược lại, khi rotor quay rất nhanh nó sẽ như một bức tường chắngió, khi đó v2≈0 . Vì vậy, đối với một tốc độ gió mặt cho trước v, tốc độ của roto sẽ cóảnh hưởng trực tiếp đến giá trị v2. Nói cách khác, nó ảnh hưởng đến giá trị Cp. Vậynên, giá trị của Cp phụ thuộc vào quan hệ giữa tốc độ gió và tốc độ của rotor[Turbine]. Mối quan hệ này được biểu diễn bằng một tỉ số giữa tốc độ tiếp tuyến ở rìacủa cánh gió với tốc độ gió mặt được gọi là TSR [Tip-Speed Ratio]. Đó là một hệ sốvô hướng được định nghĩa như sau:TSR=vr . D60v[1.13]Trong đó :vr là vận tốc rotor rpm[v/ph] ; D : đường kính của rotor [m]; v: vận tốcgió mặt [m/s].Với trường hợp Tuabin gió loại thay đổi tốc, khi tốc độ gió cao công suất đầu ra9của máy phát có thể được giới hạn bằng cách thay đổi góc θPitch của cánh gió và giátrị của hệ số công suất Cp cũng thay đổi [phụ thuộc vào cấu trúc hình học của cánhgió]. Vì vậy, ta có thể viết:Cpf[ , ][1.14]Quan hệ Cp[λ,θpitch ] có thể được xây dựng hoặc tính toán dựa trên việc môhình turbine gió như Hình 1.6.Hình 1.6. Đặc tính Cp có sẵn với từng Tuabin gió chế tạo trên thực tế [8]1.1.5. Thành phần cấu tạo của hệ máy phát điện sử dụng sức gió1.1.5.1.Cấu tạo của một hệ máy phát điện sức gióCánh gió : các tuarbine hiện nay thường có một , hai, 3 cánh gió.Pitch: Thiết bị này nhằm làm cho cánh gió có thể lật ,xoay…để điềuchỉnh tốc độ.Thiết bị Yaw:có chức năng khi tốc độ gió nhỏ hơn tốc độ giới hạn khi thiết kếthì nó giữ cho rotor đối điện với nguồn gió khi gió thay đổi.Ngược lại khi tốc độ gióvượt quá giới hạn cho phép thì nó sẽ dịch chuyển rotor ra khỏi hướng gióChong chóng gió : nhằm phát hiện hướng gió và kết hợp với thiết bị Yaw để giữcho turbine thay đổi với vận tốc gió phù hợp [Hình 1.7]10Hình 1.7. Cấu tạo một Turbine gió [8]Bộ đo tốc độ gió :đo tốc độ gió và chuyển dữ liệu đến bộ điều khiển.Phanh hãm : dùng để hãm tốc độ và dừng trong trường hợp bảo trì hay khẩn cấp.Hộp số [gear box] : dùng để biến đổi vận tốc turbine gió từ 20-60v/p lên 15001800v/p … để các máy phát có thể phát ra điện .Máy phát : chuyển hóa cơ năng thành điện năng.Tháp [Tower] : dùng để đỡ.1.1.5.2. Các loại turbine gió11Hình 1.8. Turbine gió kiểu trục đứngHình 1.9. Turbine gió kiểu lưngHình 1.10. Turbine gió ngangLoại turbine gió kiểu trục đứng VAWT : là loại có trục rotor cánh quạt nằmvuông góc với hướng gió loại này ít phổ biến. [8]Loại turbine gió kiểu trục ngang HAWT: là loại có trục rotor song song vớihướng gió. [8]Kiểu turbine gió trục ngang được chia làm hai loại :[8]Trước gió [Upwind HAWT] : là kiểu phổ biến nhất, có cánh quạt hứng trực tiếpnguồn gió sau đó mới đến bộ máy phát …Sau gió [Downwind HAWT]: là loại có máy phát và các bộ phận nằm trước sauđó mới đến cánh gió1.1.6. Máy phát trong hệ thống turbine gióĐây là bộ phận chuyển đổi năng lượng cơ năng thành điện năng, các loại máy phát12có thể được sử dụng như: Máy điện một chiều, máy điện xoay chiều đồng bộ, máy điệnxoay chiều không đông bộ,...Do các đặc tính vượt trội nên hiện nay đa số sử dụng máyđiện xoay chiều làm máy phát cho hệ biến đổi năng lượng gió thành điện năng.[8]1.1.6.1. Máy phát đồng bộMáy đồng bộ đơn giản hóa gồm cuộn dây phần ứng nằm trên stator ,còn cuộnkích từ nằm trên rotor. Dây quấn kích từ được cấp điện một chiều DC qua chổi than vàvành trượt.Dây quấn cuộn phần ứng được nối ra ngoài lưới xoay chiều 3 pha .Trục củarotor được nối với turbine gió thông qua một hộp số [gear box] để có thể đạt tốc độmà máy phát đồng bộ có thể phát điện –thông thường tốc độ của turbine gió vàokhoảng 20-40 v/p. [8]Máy phát đồng bộ có thể dùng kích từ nam châm vĩnh cửu hay dùng cuộn dâykích từ .Hình 1.11. Minh họa máy phát đồng bộ [8]1.1.6.2.Máy phát không đồng bộDo cấu tạo rotor người ta chia làm hai loại chính: loại rotor lồng sóc [SquirrelCage Rotor ] và loại rotor dây quấn. Về nguyên lí hoạt động thì hai loại này như nhauvới tần số lưới là f ,số cặp cực của máy là p thì tốc độ đồng bộ là:Ns=60f/p vòng/phút.Vận tốc hoạt động của máy không đồng bộ luôn khác với vận tốc đồng bộ.Máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc: dây quấn rotor gồm các thanh nhômdẫn đúc nằm trong các rãnh. Các thanh dẫn này được ngắn mạch hai đầu bằng cácvòng ngắn mạch. [8]Hình 1.12. Rotor dây quấnHình 1.13. Rotor lồng sóc