Nghiên cứu khả năng trụ lưới không đối xứng của hệ thống phát điện chạy bằng sức gió

Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu về biện pháp khắc phục lỗi lưới đối xứng và không đối xứng trong các hệ thống phát điện chạy sức gió. Khi xảy ra lỗi lưới thì bộ biến đổi phía máy phát được điều khiển ngừng làm việc, các dây quấn rotor được nối tắt qua một hệ thống điện trở tiêu tán để duy trì quá trình vận hành đồng bộ của máy phát với lưới phân phối.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu khả năng trụ lưới không đối xứng của hệ thống phát điện chạy bằng sức gió Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRỤ LƯỚI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ Nguyễn Thị Mai Hương, Đinh Văn Nghiệp, Trần Thị Thanh Hải Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu về biện pháp khắc phục lỗi lưới đối xứng và không đối xứng trong các hệ thống phát điện chạy sức gió. Khi xảy ra lỗi lưới thì bộ biến đổi phía máy phát được điều khiển ngừng làm việc, các dây quấn rotor được nối tắt qua một hệ thống điện trở tiêu tán để duy trì quá trình vận hành đồng bộ của máy phát với lưới phân phối. Trong khi đó bộ biến đổi phía lưới được điều khiển để phát công suất phản kháng hỗ trợ lưới. Các kết quả mô phỏng được thực hiện trong môi trường Matlab - Simulink - Plecs cho thấy việc áp dụng biện pháp khắc phục lỗi lưới đã giúp cho hệ thống có các đáp ứng quá độ tốt khi xảy ra lỗi lưới đối xứng và không đối xứng. Từ khóa: Hệ thống phát điện sức gió,máy phát không đồng bộ nguồn kép, khắc phục lỗi lưới, lỗi lưới không đối xứng, điều khiển thụ động.  ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, các hệ thống tuốc-bin gió hiện đại thường là các hệ thống có tốc độ thay đổi sử dụng các máy phát không đồng bộ nguồn kép (MFNK). Các máy phát này được nối với các bộ biến đổi ở cả hai phía rotor và lưới. Bên cạnh khả năng làm việc với dải biến thiên tốc độ lớn xung quanh tốc độ đồng bộ thì một ưu điểm quan trọng của các MFNK là ở chỗ các bộ biến đổi chỉ cần đảm bảo khả năng làm việc với khoảng 30% công suất tổng của máy phát. Điều này cho phép giảm được dung lượng của các bộ biến đổi và giá thành của hệ thống [1-3]. Tuy nhiên, các hệ thống máy phát sức gió sử dụng MFNK có nhược điểm là rất nhạy đối với các nhiễu loạn lưới, đặc biệt là khi điện áp lưới giảm từ 0.1 - 0.9 đơn vị tương đối của điện áp lưới danh định trong khoảng thời gian từ 0.5 chu kỳ cho đến 1 phút. Hiện tượng như vậy còn được gọi là sập lưới [4,5]. Một trong các giải pháp để bảo vệ hệ thống khi xảy ra sập lưới là cắt máy phát ra khỏi lưới. Trong trường hợp như vậy, hệ thống tuốc-bin gió không có khả năng khôi phục lại ngay lập tức tình trạng làm việc như lúc trước khi xảy ra sự cố và phải hòa đồng bộ lại. Mặt khác, khi tổng dung lượng của các máy phát sức gió  trong hệ thống phân phối ngày càng gia tăng thì việc cắt các máy phát ra khỏi lưới một cách không có kiểm soát có thể còn làm tồi tệ hơn tình trạng sập lưới do các máy phát ngừng cung cấp điện năng cho lưới. Thậm chí còn có thể dẫn đến việc làm mất ổn định hệ thống lưới phân phối [6,7]. Khi hệ thống phân phối bị sự cố sập lưới sẽ làm gia tăng mạnh dòng điện trong các cuộn dây của MFNK. Do liên hệ giữa từ trường stator và rotor, dòng điện lớn này sẽ tác động vào mạch rotor và bộ biến đổi có thể dẫn đến việc phá hỏng bộ biến đổi nếu không có các biện pháp bảo vệ bộ biến đổi. Một nghiên cứu trong [8] đã chỉ ra rằng khi MFNK chịu tác động của nhiễu điện áp lưới sẽ gây ra dao động của từ thông trong máy. Khi các nhiễu loạn đó xuất hiện bộ biến đổi sẽ gia tăng điện áp rotor để khống chế dòng điện của nó. Khi điện áp yêu cầu vượt quá khả năng giới hạn của bộ biến đổi thì việc điều khiển dòng sẽ không còn tác dụng [9,10]. Vì vậy, hệ thống điều khiển cần duy trì làm việc và giảm dao động càng nhiều càng tốt trong suốt thời gian có lỗi lưới. Mặt khác, hệ thống cần phải được tái lập ổn định càng sớm càng tốt khi hết lỗi lưới [11]. Các phương pháp điều khiển trụ lưới được trình bày trong các tài liệu [9, 12-14] thường sử dụng một bộ ngắt quá điện áp (BNQDA) là Tel: 0912479366 , Email:maihuongdhcn@gmail.com 126 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ các điện trở tiêu tán có điều khiển bởi các thyristor. Khi điện áp một chiều trung gian tăng cao hoặc khi điện áp lưới giảm xuống đến một mức nào đó thì BNQDA tác động. Bộ biến đổi phía máy phát sẽ ngừng làm việc và các dây quấn rotor của máy phát được nối kín mạch qua hệ thống điện trở tiêu tán này. Như vậy, trong quá trình lỗi lưới MFNK được sư dụng như một động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. Trong khi đó bộ biến đổi phía lưới được đưa vào làm việc trong suốt thời gian lưới bị sự cố để hỗ trợ lưới. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này chưa đề cập đến việc điều khiển bộ biến đổi phía lưới (BBDPL) để bù lỗi lưới khi lưới bị sự cố không đối xứng. Vì vậy, việc nghiên cứu vấn đề trụ lưới khi xảy ra lỗi lưới không đối xứng là một yêu cầu bức thiết. MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG MÁY PHÁT SỨC GIÓ Mô hình máy phát Trong bài báo này mô hình của máy phát được mô tả trên hệ tọa độ dq tựa theo điện áp lưới. Trong hệ tọa độ này mô hình không gian trạng thái của máy phát không đồng bộ nguồn kép được viết như sau [15]:  x r  Arc ( ) xr  Brc urs yr  Crc xr với xr  ird irq  sd  sq  , urs  us ur  , T T T T T us  usd usq  , ur  urd urq  , yr  ird irq  , s  m a13 Ts a13m   a11    a11 a13m a13 Ts  m Arc ( )   s  a31 0 a33 s    a31 s a33   0 0 a  1 Lr 0    a Lm  0  a Lm 0 a  1 Lr  , Brc    1 0 0 0    1 0 0   0 1 0 0 0  , Crc    0 1 0 0  a11    a  1 Tr  a Ts  , a33   1 Ts , a13  a Lm , a31  Lm Ts , a  1  , Ts  Ls Rs 65(03): 126 - 133 biểu thị hằng số thời gian của stator và rotor, usd , usq , urd , urq , isd , isq , ird , irq là các thành phần điện áp và dòng điện tương ứng của stator và rotor trên các trục tọa độ d và q,  sd và sq là các thành phần từ thông, Ls , Lr là các điện cảm của stator và rotor, Lm là điện cảm hỗ cảm, Rs , Rr là các điện trở stator và rotor,   1  L2m Ls Lr là hệ số từ tản tổng, m  s  r là tốc độ góc cơ của rotor, s và r là tốc độ góc điện của từ trường stator và rotor. Mô hình không gian trạng thái của lưới Mô hình không gian trạng thái của lưới có thể được biểu diễn như sau [15]: . ...