intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Đánh giá về cấu hình vận hành, chế độ điều khiển và cấu hình nối đất của lưới điện Microgrid sử dụng điện một chiều (DCMG)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

8
lượt xem
2
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Đánh giá về cấu hình vận hành, chế độ điều khiển và cấu hình nối đất của lưới điện Microgrid sử dụng điện một chiều (DCMG) cung cấp những tổng quan về cấu hình của lưới điện DC Microgrid, các chế độ điều khiển, những cấu hình nối đất tương ứng với cấu hình DCMG, những khảo sát và phân tích về hệ thống lưới điện Microgrid nhằm phục vụ cho công tác thiết kế, xây dựng và vận hành lưới điện Microgrid sao cho phù hợp nhất.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Đánh giá về cấu hình vận hành, chế độ điều khiển và cấu hình nối đất của lưới điện Microgrid sử dụng điện một chiều (DCMG)

  1. ĐÁNH GIÁ VỀ CẤU HÌNH VẬN HÀNH, CHẾ ĐỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ CẤU HÌNH NỐI ĐẤT CỦA LƯỚI ĐIỆN MICROGRID SỬ DỤNG ĐIỆN MỘT CHIỀU (DCMG) Chung Anh Vũ, Nguyễn Quốc Nhân* *Viện Kỹ thuật, Trường Đại học Công nghệ TP.Hồ Chí Minh GVHD: ThS. Nghiêm Hoàng Hải TÓM TẮT Lưới điện Micgrid được chia thành ba loại chính, Microgrid điện xoay chiều (ACMG), Microgrid điện một chiều (DCMG) và Microgrid hỗn hợp (HMG). Trong đó, hệ thống DC Microgrid có ưu điểm là độ ổn định cao, điều khiển đơn giản, dễ tiếp cận và dễ thực hiện, độ tin cậy cao. Bài báo này sẽ cung cấp những tổng quan về cấu hình của lưới điện DC Microgrid, các chế độ điều khiển, những cấu hình nối đất tương ứng với cấu hình DCMG, những khảo sát và phân tích về hệ thống lưới điện Microgrid nhằm phục vụ cho công tác thiết kế, xây dựng và vận hành lưới điện Microgrid sao cho phù hợp nhất. Từ khóa: Cấu hình Microgrid, chế độ điều khiển, DC microgrid, hệ thống nối đất, năng lượng tái tạo, lưới điện thông minh. 1. GIỚI THIỆU Khái niệm Microgrid nhằm giảm tác động của các nguồn phát điện phân tán (Distributed Generator – DG) và sử dụng lưới điện một cách phù hợp hơn cho việc triển khai quy mô lớn. Đối với những lưới điện lớn, hệ thống Microgrid có thể được tận dụng như một bộ điều khiển công suất, có thể hoạt động để đáp ứng các nhu cầu của lưới điện truyền tải và lưới điện phân phối. Lưới Microgrid còn có khả năng đáp ứng các yêu cầu huy động nguồn trong những trường hợp xuất hiện sự cố trên lưới phân phối, cải thiện đáng kể độ tin cậy cung cấp điện, giảm tổn thất điện năng và duy trì ổn định điện áp cho các phụ tải có liên kết với lưới điện Microgrid. 1.1 Khái niệm về Microgrid Lưới điện Microgrid là sự kết hợp với nhau của các nguồn phát điện phân tán (DG), hoặc có thể xem lưới điện Microgrid là một hệ thống lưới điện nhỏ, phi tập trung bao gồm nhiều nguồn và tải [1.]. Lưới điện Microgrid có khả năng vận hành độc lập, cũng như không phụ thuộc vào nguồn lưới của Hệ thống điện quốc gia. Lưới điện Microgrid được định nghĩa trong [1,2] là một hệ thống điện có quy mô vừa và nhỏ, bao gồm các nguồn năng lượng phân phối (Distributed Energy Resource – DER) và các phụ tải cùng với đặc tính vận hành linh hoạt mà lưới điện Microgrid có thể đáp ứng được những nhu cầu sử dụng khác. Lưới điện Microgrid có thể được xem là một trong những yếu tố quan trọng trong việc phát triển hệ sinh thái “lưới điện thông minh” trong 177
  2. tương lai. Như Hình 1,1 đã trình bày, có thể thấy lưới điện Microgrid được kết nối với lưới điện chính tại thanh cái chung (PCC). Hình 1.1: Cấu trúc liên kết của lưới điện thông minh trong tương lai 1.2 Đặc điểm chung của Microgrid Công suất ngõ ra của mỗi hệ thống Microgrid thường nhỏ hơn nhiều so với một nhà máy phát điện truyền thống, nhưng hiệu suất của Micgrid mang lại cao hơn vì giá trị tổn thất trên đường dây truyền tải nhỏ do thường được đặt vị trí gần các phụ tải. Ngoài ra, lưới điện Microgrid ở chế độ vận hành song song với lưới điện chính, hỗ trợ lưới điện bằng cách cung cấp nguồn nguồn cho các phụ tải cục bộ. Mặt khác, Microgrid có thể hỗ trợ trong việc ngăn chặn tình trạng quá tải và mất điện của lưới điện Quốc gia. Đối với vấn đề môi trường, Microgrid giúp cắt giảm ô nhiễm môi trường đáng kể. Vì hệ thống này sử dụng nguồn năng lượng có lượng khí thải thấp gần như bằng không, đồng thời Microgrid cũng giúp giảm tiêu thụ năng lượng hoá thạch, nguồn năng lượng đã và đang được khai thác quá mức [3]. Microgrid là tập hợp và tích hợp các nguồn năng lượng phân tán (DERs) phù hợp, sao cho gần người dùng (phụ tải) nhất để cung cấp cho người dùng một hệ thống điện được đặc trưng bởi các điều kiện hoạt động và các chức năng như sau: • Sản xuất điện năng hiệu quả để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện. • Quản lý năng lượng từ cả 2 phía cung-cầu để đạt được các yêu cầu vận hành, thông qua việc thực hiện các kỹ thuật điều khiển phù hợp. • Lắp đặt đơn giản và tạo thành một hệ thống linh hoạt. • Khả năng đảm bảo an toàn, chất lượng năng lượng và độ tin cậy cao. 2. CẤU TRÚC CỦA DC MICROGRID 178
  3. 2.1 Cấu trúc điển hình của Microgrid Hệ thống lưới điện Microgrid là một cụm được hình thành bởi các phụ tải cục bộ, máy phát điện phân tán và thiết bị lưu trữ năng lượng. Việc điều phối năng lượng giữa người tiêu dùng và các nguồn DER được giới hạn trong Microgrid và có thể được thực hiện độc lập với lưới điện phân phối, vì vậy người điều hành (DSO) chỉ có thể xem xét việc trao đổi năng lượng giữa lưới điện và Microgrid tại điểm đấu nối chung (PCC). Hình 2.1: Cấu trúc điển hình của lưới điện Microgrid 2.2 Cấu trúc DC Microgrid Với sự mở rộng và phát triển không ngừng về quy mô của hệ thống điện một chiều trong công nghệ Microgrid và đa dạng hoá các loại phụ tải. DC Microgrid đã được nghiên cứu và phát triển vượt bậc với những ưu điểm riêng biệt. Trong DC Microgrid, theo nhu cầu của người tiêu dùng mà hệ thống này được sử dụng theo kiểu DCMG mạch vòng hoặc DCMG dạng tia [4]. Bên cạnh đó, DC Microgrid hiện vẫn còn thiếu các tiêu chuẩn và quy định về vấn đề vận hành trên phạm vi rộng. Cấu trúc của DC Microgrid hình tia là cấu trúc song song nối tiếp nhau, trong đó nguồn cung cấp và tải được kết nối thông qua hệ thống phân phối và thanh cái DC. Như trong Hình 2.2, thành phần nguồn DG (Distributed Generation), thiết bị lưu trữ năng lượng, phụ tải, v.v… của hệ thống được kết nối với thanh cái DC thông qua thiết bị chuyển đổi điện tử công suất (Converter). Lưới điện DCMG, có thể cung cấp năng lượng điện cho các mức điện áp khác nhau của tải một chiều và xoay chiều bằng thiết bị chuyển đổi. 179
  4. Hình 2.2: Cấu trúc DC Microgrid hình tia Một ví dụ về cấu trúc của DC Microgrid được minh hoạ ở Hình 2.3. Bổ chuyển đổi điện tử công suất (AC/DC) chính của cấu trúc này thường được biết đến là bộ chuyển đổi liên kết (IC), sau khi thay đổi điện áp và cách ly điện áp do máy biến áp cung cấp thì kết nối lưới điện DC Microgrid với lưới điện xoay chiều tại PCC. Việc điều chỉnh điện áp của thanh cái DC được thực hiện bởi bộ chuyển đổi liên kết (IC) và cung cấp chất lượng điện năng cao. Hình 2.3: Cấu trúc của lưới điện DC Microgrid So với ACMG, thì DCMG có cấu trúc đơn giản hơn, chi phí hệ thống thấp hiểu quả. Có tổn thất thấp hơn trong đường dây phân phối một chiều so với hệ thống phân phối xoay chiều, do không có thành phần dòng điện phản kháng. Hơn nữa, DCMG có khả năng vượt qua sự cố và không bị ảnh hưởng bởi mất điện hoặc sụt áp xảy ra trong lưới điện quốc gia, do năng lượng dự trữ của các tụ điện DC và điều khiển điện áp của IC [5]. 2.3 Chế độ điều khiển của DC Microgrid 2.3.1 Cấu trúc phân cấp cơ bản Để có thể vận hành hệ thống Microgrid một cách tối ưu nhất, đòi hỏi cần phải có kế hoạch kiểm soát đầy đủ với từng khoảng thời gian khác nhau. Điều này, đề cập đến cấu trúc điều khiển phân cấp, cấu trúc điều khiển này trải dài các bộ điều khiển trung tâm và phụ của Microgrid, thời gian kiểm soát thường được tính từ mili giấy đến giờ hoặc một ngày. Hình 2.4 mô tả cấu trúc điều khiển phân cấp trong Microgrid. 180
  5. Hình 2.4: Cấu trúc điều khiển phi tập trung cơ bản của Microgrid Bộ điều khiển trung tâm (central control) là một thành phần không thể thiếu trong hệ thống, để có thể quản lý các bộ điều khiển chính và phụ, cũng như giám sát các hoạt động của Microgrid. Bộ điều khiển trung tâm cũng chịu trách nhiệm phát hiện các yêu cầu vận hành khác nhau, như chế độ nối lưới hoặc chế độ độc lập. Ngoài ra, bộ điều khiển trung tâm này cũng thực hiện chức năng bảo vệ cho các Microgrid. Bộ điều khiển sơ cấp (primary control) hoạt động trong khoảng thời gian vài giây, bộ điều khiển này thực hiện công việc điều chỉnh các điểm vận hành lưới điện với sự xáo trộn tác động trong khoảng thời gian mà bộ điều khiển thứ cấp cần để tính toán các phương án vận hành tối ưu khác. Trong trường hợp này, các nguồn năng lượng phân phối được giả định là gữ sự ổn định của lưới điện. Bộ điều khiển thứ cấp (secondary control) thực hiện điều chỉnh dòng công suất của hệ thống, thông qua việc xem xét Trạng thái sạc (SOC) của ESS (pin và siêu tụ), khi đó dòng công suất tối ưu được tạo ra. Điều khiển thứ cấp còn cung cấp nguồn danh định đến lưới điện, đảm bảo cân bằng công suất trong hệ thống. Việc này, liên quan đến các yêu cầu về chất lượng điện năng và các giới hạn vận hành của thiết bị. 2.4 Hệ thống nối đất của DC Microgrid Hệ thống nối đất là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến dòng điện chạm đất và sự cố xung kích trong hệ thống DCMG. Một DCMG có điện áp thấp thường được thiết kế để giao tiếp với nguồn lưới AC hoặc các nguồn năng lượng tái tạo khác nhằm cải thiện tính khả dụng của hệ thống Microgrid. Hệ thống DCMG có thể phức tạp hơn khi cần có cấu hình và lựa chọn nối đất phù hợp [7]. 2.4.1 Tầm quan trọng của Nối đất Tiện ích AC đối với Lựa chọn DC DCMG được bố trí nối đất của Microgrid theo Tiêu chuẩn điện áp thấp của Châu Âu, LVD 2006/95/EC. Nghĩa là hệ thống lưới DCMG phải được nối đất trên thanh cái DC phía cực dương hoặc âm để đảm bảo an toàn cho hệ thống. Hệ thống lưới điện một chiều thường được giao tiếp với lưới điện xoay chiều có cách bố trí nối đất khác nhau (TN, TT và CNTT), như thể hiện trong Hình 2.6. 181
  6. Hình 2.6: Hệ thống nối đất (TN hoặc TT) ở phía AC và (a) lưới điện một chiều không bị cô lập, (b) lưới điện một chiều cách ly dựa trên máy biến áp tần số thấp, (c) lưới điện một chiều cách ly dựa trên máy biến áp tần số cao 3. KÉT LUẬN Bài báo này sẽ cung cấp những tổng quan về cấu hình của lưới điện DC Microgrid, các chế độ điều khiển sẽ được trình bày cụ thể nhằm làm rõ các nguyên lý vận hành và phản ứng của cấu hình MG này. Tiếp theo, những cấu hình nối đất tương ứng với cấu hình DCMG cũng được trình bày trong bài báo này. Cuối cùng, những khảo sát và phân tích về hệ thống lưới điện Microgrid, đặc biệt là DCMG giúp các kỹ sư điện hiểu rõ về cấu hình, chế độ điều khiển cũng như hệ thống nối đất của DCMG nhằm phục vụ cho công tác thiết kế, xây dựng và vận hành lưới điện Microgrid sao cho phù hợp nhất. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Haytham Abdelgawad and Vijay K. Sood (2019) A Comprehensive Review on Microgrid Architectures for Distributed Generation. EPEC. [2] Meryem Hamidi et al (2020) Microgrid Energy Management System: Technologies and Architectures Review. IEEE. [3] Dinesh Kumar et al (2017) DC Microgrid Technology: System Architectures, AC Grid Interfaces, Grounding Schemes, Power Quality, Communication Network, Application, and Standardization Aspects. IEEE. [4] Muhannad Al. et al (2021) A Grid Interface Current Control Strategy for DC Microgrids. CES, vol 5, No. 3, September 2021. [5] Zhuying Wang et al (2016) Research of the DC Microgrid Topology. IEEE. [6] Stella Kamezidou et al (2018) Multi-Microgrid Architectures: Optimal Operation and Control. IEEE. 182
  7. [7] Samol Chreang and Pinit Kumhom (2018) A Method of Selecting Cable Configuration for Microgrid Using Minimum Spanning Tree. 2018 15th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications, and Information Technology 183
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2