LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

Chia sẻ: Mai Dinh Hien | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:118

Thêm vào BST

Báo xấu

272
lượt xem 84
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong vài năm qua, năng lượng điện tiêu thụ đã liên tục phát triển và, đồng thời, đầu tư cơ sở hạ tầng T & D (kiểm tra và chẩn đoán) do đó bị suy sụp. Các giải pháp truyền thống để nâng cấp cơ sở hạ tầng hệ thống điện đã chủ yếu được thực hiện theo hình thức nhà máy điện mới, đường dây truyền tải mới, trạm biến áp, và thiết bị liên quan. Tuy nhiên, như kinh nghiệm đã chứng minh, các quá trình cho phép, định vị, và xây dựng đường dây truyền tải mới trở...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH 1.1. ĐỊNH NGHĨA VỀ LƯỚI ĐIỆN THÔNG MINH Trong vài năm qua, năng lượng điện tiêu thụ đã liên tục phát triển và, đồng thời, đầu tư cơ sở hạ tầng T & D (kiểm tra và chẩn đoán) do đó bị suy sụp. Các giải pháp truyền thống để nâng cấp cơ sở hạ tầng hệ thống điện đã chủ yếu được thực hiện theo hình thức nhà máy điện mới, đường dây truyền tải mới, trạm biến áp, và thiết bị liên quan. Tuy nhiên, như kinh nghiệm đã chứng minh, các quá trình cho phép, định vị, và xây dựng đường dây truyền tải mới trở nên vô cùng khó khăn, tốn kém và mất thời gian. Kết quả là, lưới điện là bị suy giảm, dẫn đến độ tin cậy bị giảm và chi phí năng lượng cao hơn. Bất chấp những vấn đề trên, độ tin cậy của hệ thống là quan trọng và không thể bị ảnh hưởng. Để khắc phục vấn đề này, các nhà khai thác mạng lưới đã di chuyển từ hệ thống hình tia tới mạng lưới. Tuy nhiên điều này làm giảm khả năng kiểm soát của mạng vì dòng điện chạy dọc theo các đường dây cụ thể mà không dễ dàng được kiểm soát. Tình hình thậm chí còn tồi tệ hơn nếu một sự cố như quá tải xảy ra, tăng khả năng mất điện lưới. Thêm vào đó, việc tăng trưởng phụ tải nhanh chóng dẫn đến tắc nghẽn trên các đường dây trọng điểm, do đó, dẫn đến các hoạt động không hiệu quả của thị trường năng lượng. Câu trả lời dường như nằm trong việc biến dòng EPS vào mạng năng lượng điện thông minh (SEEN).Hệ thống lưới điện thông minh trong tương lai sẽ phát triển mạnh mẽ hơn, đáng tin cậy hơn,linh hoạt hơn và có khă năng tự phục h ồi, hoàn toàn kiểm soát được, có khả năng sở hữu và sẽ là một nền tảng đẻ làm cho sự cùng tồn tại của hệ thống lưới điện thông minh với một số lượng lớn của DGS và các nhà máy điện quy mô lớn tập trung. Sự cần thiết phải sửa đổi, yêu cầu để loại bỏ các rào cản đối với việc khai thác quy mô lớn và hội nhập của DGS và các vấn đề khác, sẽ đòi hỏi phải nghiên cứu sáng tạo và phát triển công nghệ mới từ truyền tải và phân phối cho các công cụ truyền thông, với số lượng cảm biến nhiều hơn so với hiện nay. Vì vậy, dự kiến rằng các hệ thống FACTS, CUPS, ESS, DG thông minh cho người dùng trực tiếp với các thiết bị thông tin liên lạc sẽ được đặt tại trung tâm của các hệ thống lưới điện thông minh trong tương lai, xem hình 1.1. 1
Hệ thống lưới điện thông minh (SEEN ) sẽ cho phép các khách hàng có một vai trò tích cực trong việc cung cấp điện, để có thể giúp hệ thống điện đáp ứng với sự cố thiết bị hay các điều kiện thời tiết liên quan đến trường hợp khẩn cấp, và các điều kiện khác. Hiện nay, các nhà điều hành hệ thống phải duy trì đủ dư thừa công suất phát điện trực tuyến hoặc nhanh chóng có sẵn để tiếp tục cung cấp hệ thống nạp nếu phát sinh một đơn vị tiêu thụ lớn hoặc đường dây truyền tải bị sự cố. Trong mạng lưới điện thông minh, phần lớn năng lượng dự trữ có thể được cung cấp bởi các đơn vị EPS hoặc DG nhỏ, ESS nằm ở gần các vị trí của người sử dụng trực tiếp. Hình 1.1: Định nghĩa mạng năng lượng điện thông minh Tóm lại, một lưới điện thông minh hiện đại sẽ tạo ra EPS là : • Sẽ giảm các tải đỉnh và tạo ra các phần dự trữ; • Sẽ loại trừ các chi phí cơ bản của cơ sở hạ tầng (kiểm tra và chẩn đoán) mới cũng như tạo ra các nhà máy; • Sẽ giảm tổn thất đường dây cùng với chi phí vận hành và bảo dưỡng; • Sẽ chuyển hướng dòng năng lượng chảy, thay đổi mô hình tải, cải thiện bên dạng điện áp và độ ổn định; • Sẽ cho phép tải ESS và DG để tham gia vào hoạt động hệ thống; 2
• Thông qua giám sát rộng rãi, thông tin liên lạc nhanh chóng, và kiểm soát thông tin phản hồi của các hoạt động, sẽ có nhiều thông tin hơn về các vấn đề phát sinh của hệ thống trước khi chúng ảnh hưởng đến dịch vụ; • Cung cấp các tiện ích hệ thống với các công cụ trực quan tiên tiến để nâng cao khả năng giám sát hệ thống. 1.2. CÁC VẤN ĐỀ CHÁT LƯỢNG TRONG CÁC MẠNG ĐIỆN THÔNG MINH 1.2.1. Chất lượng điện và EMC Một trong những khái niệm cơ bản liên quan đến sử dụng năng lượng điện là sự tương thích điện từ (EMC) - giữa các thiết bị điện và môi trường của nó, hoặc giữa thiết bị này và các thiết bị khác.Đó là, theo định nghĩa của Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) : "khả năng của một thiết bị hoặc hệ thống hoạt động tốt trong môi trường điện từ của nó mà không cần quan tâm đến các nhiễu điện từ phân bố tại bất cứ nơi nào trong môi trường đó" . Sự tương tác lẫn nhau giữa môi trường điện từ và tải có thể qua dây dẫn hoặc bức xạ. . Hiện nay, không giống như trong quá khứ, các khái niệm về tính tương thích điện từ không chỉ liên quan đến các vấn đề của truyền thông tin. Nó cũng bao gồm các vấn đề của sự tương tác lẫn nhau giữa các thiết bị và các hệ thống sử dụng hiện tượng điện từ năng lượng truyền tải và mục đích chuyển đổi, cũng như tác động của thiết bị này và các hệ thống trong môi trường điện từ tự nhiên và sinh quyển, do đó, nó bao gồm tất cả các trường hợp của mọi sự không tương thích điện từ. Điện là kết quả của một quá trình sản xuất và là một sản phẩm được thẩm định và tiêu chuẩn hóa. Nó cũng là một vấn đề của kim ngạch thương mại thị trường, do đó giá trị tiện ích của nó có phải là một sự đánh giá mô tả trong một thỏa thuận giữa các bên trong giao dịch thương mại. Trong ý nghĩa thông qua bởi Hội đồng châu Âu điều tiết năng lượng (CEER) chất lượng cung cấp điện bao gồm ba lĩnh vực chính, xem hình 1.2: 3
Hình 1.2: Sự phân loại các vấn đề cung cấp năng lượng điện Ở đó : -, Quality of power delivery : Chất lượng của cung cấp năng lượng điện -, Commercial quality : Đặc tính thương mại -, Continuity of supply : Sự liên tục cung cấp -, Voltage quality : Chất lượng điện áp -, Frequency : Tần số -, Level : Mức -, Waveform shape : hình dạng sóng -, Asymmetry : Sự không đối xứng • Chất lượng thương mại được hiểu là chất lượng của các mối quan hệ thương mại giữa các nhà cung cấp điện và khách hàng; • Liên tục cung cấp thường được đo trong điều kiện của số lượng sự gián đoạn cung cấp, khoảng thời gian của một sự gián đoạn, thời gian tích tụ của các gián đoạn cung cấp điện trong một khoảng thời gian nhất định. • Chất lượng điện áp đo lường trong điều kiện của sự khác biệt giữa dạng sóng thực tế và dạng sóng điện áp và dòng ba pha sin cân bằng về giá trị danh định. Phần lớn, các ngành công nghiệp chấp nhận định nghĩa của vấn đề chất lượng điện như sau : "Chất lượng cung cấp năng lượng điện là một tập hợp các thông số trong đó mô tả quá trình phân phối năng lượng điện tới người sử dụng trong điều kiện hoạt động bình thường, xác định sự cung cấp liên tục (cung cấp gián đoạn 4
ngắn hạn và dài) và đặc trưng của các điện áp cung cấp (độ lớn, không đối xứng, tần số, và hình dạng sóng) ". 1.2.2. Các vấn đề về chất lượng điện a, Biên độ của các điện áp cung cấp Lý do chính làm thay đổi giá trị hiệu dụng của điên áp trong m ạng đi ện là s ự biến đổi của tải. Như hình 1.3, điện áp thay đổi trong mạng điện cung cấp vượt quá giới hạn cho phép, có ảnh hưởng xấu đến tải và có thể dẫn tới hỏng hóc các thiết bị hoặ trong trường hợp tồi tệ nhất có thể dẫn tới s ự phá h ủy chúng. Đi ện áp giảm làm tăng tổn hao trong đường dây truyền tải , máy biến áp... Trong khi việc tăng biên độ điện áp sẽ làm tăng dòng từ hóa ở các máy biến áp và động cơ, làm giảm tuổi thọ hay phá hủy cách điện và làm tăng sự tiêu tán năng lượng trong tải (quá nóng). Hình 1.3 Ví dụ vê sự thay đổi theo tuần trong điện áp pha và dòng pha b, Dao động điện áp Điện áp biến động là một loạt các sự thay đổi giá trị hiệu dụng của điện áp hoặc sự thay đổi đường bao điện áp, xem hình 1.4. Các nguồn chính của sự dao động điện áp trong mạng lưới điện là nhiễu của các tải công nghiệp năng lượng cao (hàn điện, ổ đĩa máy cán, máy cẩu, lò hồ quang, vv) và hoạt động chuyển mạch trong hệ thống điện để làm thay đổi cấu hình mạng hay gây ra bởi hệ thống điều chỉnh điện áp. 5
Hình 1.4 Ví dụ của sự dao động điện áp trong dạng sóng tức thời c, Sự sụt áp và sự ngắt nguồn ngắn Sự sụt áp là sự giảm đột ngột của điện áp tại một điểm cụ thể của một hệ thống cung cấp điện dưới ngưỡng nhúng quy định (trong một khoảng thời gian không nhỏ hơn 10 ms), tiếp theo là phục hồi của nó sau một khoảng thời gian ngắn. Thông thường một sự sụt áp thường gắn với một sự cố hay hiện tượng ngắn mạch hay sự tăng của dòng cực trên hệ thống hay tại điểm kết nối ban đầu của nó (ví dụ sự khởi động của động cơ lớn). Một sự sụt điện áp nh ư m ột s ự nhiễu loạn điện từ 2 chiều, mức độ của nó được xác định tại cả 2 điện áp (điện áp dư hoặc biên độ) và thời gian (khoảng thời gian). Xem hình 1.5 và 1.6 có th ể th ấy rằng nguồn nhiễu là ở phía người sử dụng như dưới đây từ bản chất của sự thay đổi dòng trong suốt sự nhiễu loạn này. Hình 1.5: Sự sụt áp và đặc tính của nó 6
Hình 1.6: Ví dụ về sự sụt áp tại các cực của thiết bị Sự ngắt nguồn ngắn là một sự giảm đột ngột của điện áp trên tất cả các pha tại điểm cụ thể của một hệ thống điện cung cấp dưới một ngưỡng gián đo ạn đặc trưng theo sự phục hồi của nó sau một khoảng thời gian ngắn. Sự ngắt nguồn ngắn là một trường hợp cụ thể của sự sụt điện áp. Sự gián đoạn ngắn th ường đi cùng với hoạt động chuyển mạch liên quan tới sự xuất hi ện và ch ấm d ứt hi ện tượng ngắn mạch trên hệ thống hoặc tại điểm kết nối khởi tạo với nó. d, Sự méo dòng điện và điện áp Các dạng sóng dòng điện và điện áp méo trở thành một đi ều ki ện ho ạt động thông thường trong hệ thống điện ngày nay. Thông thường ch ấp nh ận đo l ường s ự méo bao gồm cả sóng hài điện áp và dòng điện (các thành phần mà tần số của nó là bội của các tần số cơ bản). Các thông tin toàn di ện nh ất thu đ ược t ừ các thi ết l ập, nó xác định bậc, biên độ và pha của các sóng hài cụ th ể. Các tài li ệu chu ẩn hóa chấp nhận sự thay đổi của số lượng xác định trên thiết lập này. Chúng thì phần lớn là hệ số sóng hài bậc n.Và toàn bộ điện áp hài méo được tính toán c ụ th ể lên sóng hài bậc 50. Những yếu tố này là cơ sở để tiêu chuẩn hóa chất lượng điện. Trong số các nguồn sóng hài xảy ra trong hệ thống điện, ba nhóm thiết bị có thể được phân biệt : • Thiết bị có lõi từ, ví dụ, máy biến áp, động cơ, máy phát điện, 7
• Lò hồ quang và các thiết bị khác, ví dụ, đèn phóng điện cao áp, hồ quang.. • Điện tử và thiết bị điện điện tử. 1.2.3. Phân loại các nhiễu loạn điện từ Nhiễu loạn điện áp có thể được chia thành hai nhóm : • Biến đổi, tức là sự sai lệch nhỏ tử các giá trị danh nghĩa hoặc mong mu ốn , nó xảy ra liên tục (sự thay đổi nhanh hoặc chậm trong biên độ đi ện áp, s ự bi ến đ ổi, ….) Nguyên nhân chính là sự biến đổi của tải hệ thống hay t ải phi tuy ến. K ết qu ả làm điện áp biến đổi từ hoạt động của hệ thống, và do đó giá trị c ủa ch ỉ s ố mô t ả các nhiễu loạn này thì không thể khác biệt đáng kể so với mức danh định. Kể từ khi hệ thống điện được thiết kế để hoạt động tối ưu dưới điều kiện thông thường và điện áp và dòng hình sin, sự biến đổi điện áp được giảm đến mức tối thiểu. Hệ thống điều hành phải có biện pháp để đạt được điều kiện này để dẫn đến quản lý hệ thống hiệu quả hơn. • Các sự kiện, tức là sự lệch đáng kể và đột ngột từ dạng sóng mong muốn và danh định. Sự biến đổi nhanh, sụt áp nhanh hay quá điện áp tức thời là các nhiễu điển hình trong hệ thống và cùng với sự ngắt nguồn cung cấp, là các sự kiện điển hình nhất của trường hợp này. Không giống như sự biến đổi điện áp – liên tục xuất hiện, còn các sự kiện điện áp thì xảy ra ngẫu nhiên. Chúng được xác định bằng cách giám sát liên tục bằng thiết bị ghi âm cung cấp một chức năng kích hoạt và nó được kích hoạt khi số lượng ghi vượt quá giá trị ngưỡng. Những sự kiện điện áp mô tả "bệnh lý" trong hoạt động mạng lưới cung cấp và có ý nghĩa rất lớn đối với thiết bị sử dụng. Chúng có thể làm gián đoạn một quá trình sản xuất sử dụng điện, ngay cả khi một sự gián đoạn nguồn cung cấp không xảy ra. Vì chúng có tính chất ngẫu nhiên nên chúng được xử lý bằng cách sử dụng chủ yếu là các phương pháp thống kê. 8
Các nhiễu loạn, được đo lường trong các điều kiện của sự tác động kinh tế của chúng, có sự khác biệt đáng kể, vì thế các sự xếp h ạng dưới đây có th ể được ch ấp nhận : • Trong môi trường công nghiệp : sự sụt điện áp , s ự ngắt ngu ồn cung c ấp, biên độ điện áp, sự không đối xứng, các sóng hài, độ biến đổi điện áp, sự biến đổi tần số. • Đối với doanh nghiệp nhỏ và các dịch vụ : Gián đoạn nguồn cung c ấp, biên đ ộ điện áp , sự sụt điện áp, không đối xứng, sóng hài, biến đổi điện áp, biến đổi tần số. • Trong môi trường dân cư : biên độ điện áp, độ biến đổi điện áp, sự ng ắt ngu ồn cung cấp, sự sụt áp, quá áp, sóng hài, không đối xứng, tần số biến đổi. 1.3. KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG 1.3.1. Thủ tục đo Hiện nay có 3 tài liệu tiêu chuẩn hóa cơ bản đi ều ch ỉnh s ự đo l ường các tham số chất lượng điện. Với mỗi tham số đo lường, được phân thành 2 loại : A (viết tắt của “Advanced” và B (viết tắt của “Basic”). Với mỗi loại thì phương pháp đo lường và các yêu cầu thi hành sẽ khác nhau. Người dùng sẽ lựa chọn loại mà họ yêu cầu dựa trên ứng dụng của họ. Loại A được sử dụng mà các phép đo chính xác là cần thiết. Bất cứ sự đo lường của một tham số được đưa ra với 2 dụng cụ khác nhau đồng thuận với các yêu cầu của lớp A, khi đo lường cùng tín hiệu sẽ sinh ra kết quả phù hợp trong sự bất định của tham số đó. Loại B có thể được sử dụng để khảo sát chất lượng, xử lý các sự cố ứng d ụng và các ứng dụng khác, ở đó độ bất định thấp là không cần thiết. Ch ất l ượng đi ện được đo lường có thể được truy cập trực tiếp , như trường hợp thông thường trong hệ thống điện áp thấp hay sự truy cập qua bộ chuyển đổi đo lường. Các chu ỗi đo lường được thể hiện như trong hình 1.6 9
Hình 1.7. Chuỗi đo lường 1.3.2. Sự tập hợp các kết quả đo lường qua các khoảng thời gian Đối với loại A đo lường cơ bản khoảng thời gian cho tham số biên độ (về điện áp cung cấp, sóng hài, và các sóng không đối xứng) sẽ là khoảng thời gian 10 chu kì cho hệ thống điện 50Hz . Giá trị 10 chu kì thì sau đó được tập hợp qua 3 khoảng thời gian bổ sung: • Khoảng thời gian 150 chu kì (với tần số 150Hz), dữ li ệu s ẽ được t ập h ợp không có độ hở từ khoảng thời gian 15 10 chu kì. Khoảng th ời gian này không phải là thời gian đồng hồ mà nó dựa trên đặc tính tần số và s ự ch ạy không t ải với khoảng thời gian 10 chu kì. • Khoảng thời gian 10 phút. Dữ liệu cho khoảng thời gian này s ẽ đ ược t ập h ợp từ khoảng thời gian 10 chu kì. Mỗi khoảng thời gian 10 phút sẽ bắt đầu trên đồng hồ thời gian quốc tế 10 phút nhịp. Bất cứ sự trùng kh ớp nào của kho ảng thời gian 10 chu kì được chèn vào trong sự tập hợp của khoảng thời gian 10 phút trước. • Khoảng thời gian 2 giờ : Dữ liệu cho khoảng thời gian này sẽ được tích hợp từ khoảng thời gian từ 12-10 phút. Sự tập hợp phải được thực hiện bằng cách sử dụng căn bậc hai trung bình c ủa bình phương giá trị đầu vào. 10
1.3.3. Khái niệm đánh dấu Trong suốt sự sụt áp, tăng áp hay sự ngắt nguồn, thuật toán đo l ường cho các tham số khác có thể sinh ra một giá trị không đáng tin cậy. Khái ni ệm Flagging do đó ngăn chặn việc đếm một sự kiện đơn hơn một lần trong các tham s ố khác nhau và chỉ ra rằng một giá trị tập hợp có thể không đáng tin c ậy. Khái ni ệm đánh d ấu được áp dụng cho loại A trong suốt quá trình đo lường tần số , biên độ đi ện áp, đ ộ nhấp nháy, sự không đối xứng điện áp cung cấp, sóng hài, tín hiệu quan trọng và sự đo lường dưới độ lệch và qua các tham số độ lệch. Nếu trong một khoảng thời gian nhất định, bất cứ giá trị nào được đánh dấu (flag) , thì giá trị tập hợp sẽ bao gồm giá trị của nó, cũng s ẽ được đánh d ấu. Người s ử dụng cũng có thể quyết định cách đánh giá các dữ liệu đã đánh dấu. 1.4. TÍCH HỢP CÁC PHÂN HỆ VỚI HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG 1.4.1. Hệ thống tích trữ năng lượng trong quá khứ và tương lai Hệ thống tích trữ là một đơn vị phát sinh công suất điện dự trữ được sử dụng trong nhiều thiết bị công nghiệp, bệnh viện, trường học, các khu tòa nhà, bi ệt th ự....H ầu hết các đơn vị dự trữ này đều được sử dụng chủ yếu khi h ệ th ống l ưới đi ện qu ốc gia gặp sự cố hay không có hiệu lực. Việc lắp đặt đơn vị dự trữ khép kín có tác dụng hạn chế sự tốn kém đường dây và tổn hao trên đường dây truy ền t ải. Các đơn vị dự trữ thì hiện thời được coi như là sản lượng đi ện phân ph ối phân bi ệt t ừ mô hình máy phát điện tập trung cổ truyền. Mô hình máy phát đi ện t ập trung ph ải cung cấp nguồn điện tiết kiệm và tin cậy. Có khoảng 12 triệu đơn vị DG được lắp đặt ở Mỹ, với toàn bộ năng lượng khoảng 200GW. DG thì được dự đoán là được sử dụng trong thị trường năng lượng mới với tất cả các lợi tích chính sau: • Như EPS, DG sẽ tăng khả năng truyền tải và phân phối và do đó, giới hạn thị trường và ảnh hưởng tới sự tăng giá thành năng lượng. • Với hệ thống điện của người tiêu dùng lớn hoặc nhỏ, DG sử dụng khả năng cục bộ kết hợp với nguồn nhiên liệu cơ bản, như làm giảm sự ph ụ thuộc vào sự nhập khẩu. Nó cũng có thể được sử dụng cho trường h ợp d ự tr ữ 11
khẩn cấp và hơn nữa nó có thể được coi như một phương tiện thu nhập máy phát nếu nó được liên kết với một hệ thống lưới chủ. Ngày nay DG được biến đổi với giới hạn công suất từ vài watt tới hàng mega watt. Giới hạn công nghệ DC từ đơn vị chỉ ra rằng chỉ chó hệ th ống đi ện nh ư h ệ th ống quang điện tới đơn vị của chúng mới sinh ra một sự kết hợp của nhiệt và điện. 1.4.2. Kết nối với một lưới chính hoạt động song song Để kết hợp thành công DG với một hệ thống lưới chính thì sự liên kết rõ ràng phải yêu cầu một công thức chính xác. Các công trinh hiện th ời thi hành cho các h ệ thống liên kết mạng DG/phân phối thì khôi phục mạng phân phối tới cấu hình cổ điển của nó với tất cả các đơn vị liên kết DG. Trong thực tế có rất nhi ều h ệ th ống kết hợp DG như : • Liên kết của nhiên liệu DG với nhiên liệu hóa thạch • Liên kết của nhiên liệu DG với nhiên liệu phi hóa thạch • Liên kết của nhiên liệu DG với sự kết hợp của cả nhiên liệu hóa th ạch và phi hóa thạch. Ngày nay cấu trúc thứ 3 được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Nó bao gồm c ấu trúc AC, DC, cấu trúc AC/DC như trong hình 1.8. Khi một bộ đơn v ị năng l ượng sinh ra tồn tại trong một vị trí giới hạn, chúng đặt một đi ện áp cao cho vi ệc t ạo ra một miến nguồn phân phối. Nó có khả năng tạo ra một mạng phân phối trong hệ thống định nghĩa như một hệ thống phát sinh và phân phối Micro Grid (MGR). Mục đích ở đây là kết hợp tất cả nguồn năng lượng có hiệu lực và các đơn vị liên kết DG trong một miền để đáp ứng các yêu cầu của khách hàng một cách tốt nh ất. B ất cứ phần năng lượng thừa nào có thể được trao đổi với một đơn vị gần đó, do đó, bổ sung một phần trong thị trường năng lượng trong thời gian rất ngắn. 12
13
Hình 1.8: Các cấu trúc MGR : a Cấu trúc AC nền tảng ; b Cấu trúc dòng DC nền tảng ; c Cấu trúc DC nền tảng và AC nền tảng tập trung. Như sơ đồ trong hình 1.5, ta thấy có 3 cấu trúc phân ph ối trong m ạng đi ện MGR là cấu trúc AC,DC và cấu trúc AC/DC. Cấu trúc AC : Về riêng biệt, mỗi một DG phát sinh một nguồn năng lượng chất lượng cao cho bản thân nó. Các đơn vị DG biến đổi thì sau đó được k ết nối với nhau từ cấu trúc của toàn bộ mạng phân phối như chỉ ra trong hình 1.5a. Đây là một cấu trúc mô đun của kết nối DG. Các đơn vị DG lớn h ơn hay nh ỏ h ơn có th ể được thêm vào để đáp ứng yêu cầu cục bộ. Yêu cầu thì liên tục được cung cấp qua cấu trúc MG. Cấu hình như vậy yêu cầu có hỗ trợ ph ụ thu ộc các yêu c ầu thi hành VAR. Sự phối hợp chính xác giữa các đơn vị DG thì chủ yếu cho sự liên t ục c ủa dòng năng lượng tới lưới. Sự trao đổi năng lượng giữa các hệ thống với các tiện ích có sẵn cũng có thể thực hiện được. Cấu trúc DC : Bỏ qua nhiên liệu sơ khai, tất cả các đơn vị DG thì sinh ra năng lượng DC như trong hình 1.5b, tạo ra mạng phân phối DC. Bus DC tạo ra có thể cấp trực tiếp cho các hộ tiêu thụ riêng lẻ bởi mức điện áp một chiều tiêu chuẩn. Cấu hình như vậy có một độ ổn định và độ dư thừa cao như nó yêu c ầu một sự tinh xảo nhỏ trong quá trình kết nối nguồn DC so sánh v ới ngu ồn xoay chiều. Lợi thế chính là sự rủi ro trong quá trình dòng điện tuần hoàn gi ữa các đ ơn vị. Mỗi hộ tiêu thụ có thể sử dụng nguồn một chiều hay đảo ngược nó vào trong nguồn xoay chiều phụ thuộc vào các thiết bị sử dụng. Sự trao đổi công suất với 14
năng lực ưu tiên thì cũng có khả năng thực hiện bởi việc sử dụng một bộ phận đơn vị nghịch lưu tiêu chuẩn. Cấu trúc DC/AC: MGR có cấu trúc quanh đơn vị phát sinh riêng lẻ, nó sinh ra nguồn điện áp một chiều kết nối tới một bus một chiều. Nhìn chung, các đ ơn vị được nối mạng tới hệ thống giao diện AC tập trung cho mục đích tích h ợp v ới lưới đã tồn tại như mô tả trong hình 1.5c. Một điểm y ếu trong cấu hình này là toàn bộ tổn hao của năng lượng xoay chiều nết bộ nghịch lưu tập trung ng ừng hoạt động. Trong tất cả các cấu trúc có hệu lực, các kết nối khác nhau hay các yêu cầu quản lý năng lượng cần phải được đồng nhất hóa và địa chỉ hóa bởi người điều khiển MGR và bởi mạng lưới chính. Tương tự như sự đa dạng của các cách th ức DG có thể tích hợp lẫn nhau và với một lưới chính cung cấp một vài c ơ h ội. Nó cung c ấp sự hỗ trợ cho khu vực năng lượng theo các công ngh ệ mới xuất hi ện. Nó cũng m ở ra một hướng nghiên cứu mới cho sự phát triển của các công nghệ mới này. 1.4.3. Nguyên lý tiêm công suất Toàn bộ công suất biểu kiến được tiêm vào trong đường dây truyền tải thì bao gồm 2 phần chính là tác dụng và phản kháng. Thành phần công suất tác dụng P là một phần của năng lượng được chuyển đổi vào trong cấu trúc năng lượng vật lý. Thành phần công suất phản kháng Q thì giúp cho vi ệc t ạo ra môi tr ường t ừ r ất cần thiết cho các hệ thống và các thiết bị điện từ chuy ển đổi năng l ượng hi ện nay. Chẳng hạn như động cơ điện xoay chiều hấp thụ cả 2 thành ph ần P và Q m ột l ần nó được cung cấp bởi nguồn xoay chiều. Phần công suất phản kháng thu hút t ạo ra trường điện từ cần thiết để cho phép quá trình chuyển đổi năng lượng cần thi ết trong động cơ. Thành phần công suất tác dụng được thu hút và chuy ển đổi trong năng lượng cơ, nó di chuyển cả bộ đôi tải cơ học như một băng chuyền cơ học. Động cơ điện sẽ tích trữ công suất phản kháng như năng lượng từ dao đ ộng trong cuộn dây của nó như một quá trình chuy ển đổi liên t ục. H ầu h ết các ứng dụng trong công nghiệp và thương mại thì yêu cầu cả 2 công suất P và Q đ ều ph ải hoạt động. Cả 2 công suất P và Q thì cần thiết ngay tức thời và với các số l ượng khác nhau để đáp ứng yêu cầu của các thiết bị chuyển đổi năng lượng điện kết nối t ới nguồn xoay chiều. Công suất phản kháng có thể được hút hay cung c ấp ph ụ thu ộc 15
vào môi trường năng lượng liên kết với thiết bị điện. Các thành phần năng lượng thu hút hay cung cấp là cuộn cảm hoặc tụ điện. Cuộn cảm thì thu hút công su ất phản kháng +Q và rút phần được định nghĩa như dòng trễ pha. Năng l ượng tiêu th ụ được tích trữ như năng lượng từ trong cuộn cảm. Trong khi đó, tụ điện lại cung cấp công suất phản kháng –Q và rút một dòng sớm pha, tích trữ nó như việc nạp năng lượng vào trong môi trường điện môi và các khu vực liên kết. Để hiểu sự chảy của P và Q trong đường dây, ta xem xét m ột đ ường dây đ ơn thuần nó tạo ra các bus truyền và nhận với cáp truyền tải ở giữa nh ư trong hình 1.6. Hình 1.9: Mô tả đường dây đơn của mạng lưới phân phối năng lượng Giả định điện trở đường dây nhỏ R
Trong khi đó, việc bù nối tiếp tại điểm giữa với đi ện áp V C trong trạng thái vuông góc với dòng dây tương ứng cho phép các yếu tố bù chỉ giúp đỡ điều khiển công suất phản kháng. Kết quả là công suất tiêm vào thì được xác định bởi : V2 PSer = sin(δ S − δ R ) (1 − r ) X Và 2V 2 r QSer = (1 − cos(δ S − δ R )) X (1 − r ) 2 Ở đó r chính là mức độ của bộ bù nối tiếp ( 0 ≤ r ≤ 1 ) 1.4.4. Tiêm công suất sử dụng bộ bù tĩnh Đa số các bộ bù tĩnh thì được thiết kế để cung cấp đi ều khi ển công su ất phản kháng. Các bộ bù nối tiếp và song song được sử dụng và cung cấp một giải pháp thi hành cho bộ bù VAR. Các linh kiện chuyển m ạch công su ất đ ược s ử d ụng để điều khiển kết nối với một bộ cố định hay một bộ ngắt được của cuộn cảm hay tụ điện tới đường dây truyền tải. a. Bù VAR cố định Bộ bù VAR cố định được thực hiện bởi tụ điện song song kết nối với đường dây truyền tải. Tụ điện song song có thể chuyển mạch để đáp ứng các mức độ biến đổi của công suất VAR yêu cầu để duy trì mức độ tốt nhất của bộ điều chỉnh điện áp và hệ số công suất sử dụng bộ đôi tụ điện như trong hình 1.10. Để dòng công suất tác dụng là hằng số và cung cấp điện áp V, yêu c ầu năng l ượng VAR ph ải có sự chênh lệch giữa lần bù trước và phần bù yêu cầu, như vậy số lượng của năng lượng điện nạp được xác định bởi : VAR yêu câu − VARkhôngbù BC = V2 BC Từ đó điện dung yêu cầu có giá trị : C = ω 17
Hình 1.10: (a) Bộ điều khiển bộ đôi tụ điện chuyển mạch; (b) Mô hình tương đương Bộ điện kháng nối tiếp thì thường được điều chỉnh với tụ điện song song để loại trừ các dòng hài không mong muốn và thực hiện giới hạn dòng kh ởi động trong suốt sự chuyển mạch của tụ điện. Nó là một sơ đồ giá thành thấp và chỉ cung cấp công suất chính. Hạn chế của nó là xuất hiện chuyển mạch ngắn với giá trị khác nhau của tụ điện khi chuyển mạch ON và OFF. b. Bộ bù điều khiển VAR động Bộ bù VAR động được sinh ra bởi việc sử dụng SVC, nó cho phép dòng bù biến đổi từ giá trị sớm pha hoặc trễ pha. Điều này có th ể đ ược thi hành b ởi s ự thay đ ổi trở kháng tại cực bởi sử dụng bộ điều khiển điện dung và các yếu tố cuộn cảm kết nối song song tại điểm tiêm công suất. Sự trễ c ủa dòng với đi ện áp đ ược đ ưa ra bởi sử dụng các thiết bị như Thyristor hay transistor công suất. - Thyristor chuyển mạch tụ điện Sơ đồ Thyristor chuyển mạch tụ điện (TSC) được chỉ ra trong hình 1.11. Linh kiện chuyển mạch trong TSC chỉ sử dụng các chuyển mạch ON và OFF, không có điều khiển góc pha. Bản thân TSC không cung cấp sóng hài nhưng có th ể chuy ển mạch rất nhanh. Sự chuyển mạch của bộ tụ điện được sử dụng khi tải yêu c ầu t ụ điện hỗ trợ. Sự hỗ trợ của tụ điện thường được chia thành 3 tới 4 bước: Nhìn chung thì điện kháng nối tiếp được kết nối song song với bộ tụ đi ện đ ể giới hạn sự chảy năng lượng trong khi tụ điện chuyển mạch và giới hạn giá trị 18
định mức của sự tăng của dòng của linh kiện chuyển mạch trong một giá tr ị an toàn. Hình 1.11 (a) TSC; (b) Mô hình tương đương -Thyristor điều khiển điện kháng Trong sơ đồ Thyristor điều khiển điện kháng (TCR), các switch tĩnh thì đ ược kết nối nối tiếp với điện kháng như trong hình 1.12. TCR thi hành nh ư một đi ện nạp biến đổi và phụ thuộc vào thyristor điều khiển chuyển mạch. Bộ điều khiển góc pha chuyển mạch từ 900 đến 1800, dòng chảy qua bộ điện kháng thì biến đổi. Các dòng cơ bản qua cuộn cảm thì do đó có chức năng như một nhánh đi ện nạp BTCR , nó phụ thuộc vào sự trễ của góc mở van α và được ước lượng theo công thức : 1 2α sin( 2α ) IL = V (1 − − ) ωL π π 19
Hình 1.12: (a) TCR; (b) Mô hình tương đương Trong sơ đồ 3 pha, TCR thì thường được kết nối hình tam giác đ ể làm gi ảm sóng hài. Các thành phần sóng hài trong dòng cuộn c ảm ch ảy vào trong m ạng g ồm các sóng hài bậc 3,5,7,9,11,và 13 với biên độ cực đại là 13,8%, 5%, 2,5%, 1,6%,1% và 0,7%. Nếu mạng lưới mà cân bằng, tất cả các bội số của sóng hài bậc 3 s ẽ được triệt tiêu trong kết nối tam giác TCR và sẽ không chảy trong mạng. Cũng chú ý rằng trong trường hợp tải không cân bằng, bội của các sóng hài b ậc 3 cũng ch ảy trong mạng và nó thêm vào các sóng hài. Do đó yếu tố tụ đi ện l ọc ph ải đ ược tăng trong khi lọc các thành phần dòng hài không mong muốn t ạo ra b ởi TCR trong su ốt quá trình nó hoạt động. -Cố định tụ điện và Thyristor điều khiển điện kháng Phải chú ý rằng TSC thì bản thân nó không th ể cung c ấp công su ất ph ản kháng biến đổi một cách nhẹ nhàng. Nó chỉ điều khiển trong những bước nhảy, vì vậy để cho hoạt động an toàn và nhẹ nhàng của nó thì cần phải kết hợp giữa TSC và TCR. Trong sơ đồ một tụ điện cố định được kết nối qua một sự kết h ợp c ủa linh kiện chuyển mạch nối tiếp với bộ điện kháng như hình 1.13. 20