Nghiên cứu chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp nhằm hỗ trợ ổn định điện áp nút đấu nối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN TẠ TUẤN HẢI

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG

PHÁT ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI

MỸ HIỆP NHẰM HỖ TRỢ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

NÚT ĐẤU NỐI

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Bình Định - Năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN TẠ TUẤN HẢI

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG

PHÁT ĐIỆN TRONG NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI

MỸ HIỆP NHẰM HỖ TRỢ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP

NÚT ĐẤU NỐI

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 8520201

Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Lê Thái Hiệp

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu chế độ vận hành hệ

thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp nhằm hỗ trợ ổn định

điện áp nút đấu nối” là công trình của tôi và được thực hiện dưới sự hướng

dẫn của TS. Lê Thái Hiệp. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn trung thực.

Để hoàn thành luận văn này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu được ghi

trong danh mục “Tài liệu tham khảo” và không sao chép hay sử dụng bất kỳ

tài liệu nào khác. Nếu phát hiện có sự sao chép tôi xin chịu hoàn toàn trách

nhiệm.

Bình Định, ngày tháng năm 2022

Tác giả luận văn

Nguyễn Tạ Tuấn Hải

ii

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp là một trong những bước quan trọng trong khóa

học. Tôi rất hạnh phúc khi thực hiện xong luận văn tốt nghiệp và quan trọng

hơn là những gì tôi đã học được trong thời gian qua. Bên cạnh kiến thức thu

được, tôi đã học được phương pháp nghiên cứu một cách độc lập. Sự thành

công này không đơn thuần bởi sự nỗ lực của cá nhân, mà còn có sự hỗ trợ và

giúp đỡ của giảng viên hướng dẫn, gia đình và bạn bè. Nhân cơ hội này, cho

phép tôi được bày tỏ lời cảm ơn của tôi đến họ.

Trước tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô

trong Khoa Kỹ Thuật & Công Nghệ trường Đại Học Quy Nhơn đã tận tình

giảng dạy, truyền đạt cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong

suốt thời gian qua. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến TS. Lê Thái Hiệp,

thầy đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình

học tập cũng như thực hiện luận văn này. Trong thời gian làm việc với thầy,

tôi không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được

tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là

những điều rất cần thiết cho tôi trong quá trình học tập và công tác sau này.

Do với kiến thức bản thân còn rất giới hạn nên bản luận văn này chắc

chắn còn nhiều thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các

thầy (cô) giáo trong Khoa Kỹ thuật & Công nghệ, trường Đại học Quy Nhơn

để bản luận văn của tôi đươc̣ hoàn thiêṇ hơn.

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ..............................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................ii

MỤC LỤC........................................................................................................iii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.....................................vii

DANH MỤC CÁC BẢNG...............................................................................ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ..................................................... x

MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1

1. Lý do chọn đề tài................................................................................... 1

2. Tổng quan tình hình nghiên cứu ........................................................... 3

3. Mục đích nghiên cứu............................................................................. 6

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................ 6

5. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 7

6. Cấu trúc của luận văn............................................................................ 7

Chương 1........................................................................................................... 8

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ........................................ 8

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.......................... 8

1.1.1 Sự phát triển năng lượng tái tạo trên thế giới ................................. 8

1.1.2 Sự phát triển năng lượng tái tạo ở Việt Nam.................................. 9

1.2 Năng lượng mặt trời............................................................................ 11

1.2.1 Cấu trúc của mặt trời..................................................................... 12

1.2.2 Năng lượng mặt trời...................................................................... 12

1.2.3 Phổ bức xạ mặt trời....................................................................... 13

1.2.4 Đặc điểm của bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất........................ 16

1.3 Khai thác, sử dụng trực tiếp năng lượng mặt trời............................... 18

1.3.1 Thiết bị sấy khô dùng NLMT ....................................................... 19

1.3.2 Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT...................................... 20

iv

1.3.3 Thiết bị đun nước nóng dùng NLMT ........................................... 21

1.3.4 Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng NLMT................. 22

1.3.5 Nhà máy điện sử dụng NLMT...................................................... 23

1.4 Pin mặt trời.......................................................................................... 24

1.4.1 Khái niệm...................................................................................... 24

1.4.2 Mô hình toán và đặc tính làm việc của Pin mặt trời..................... 25

1.5 Tổng quan nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp........................................ 29

1.6 Kết luận chương 1............................................................................... 32

Chương 2......................................................................................................... 33

NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TRONG

NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI MỸ HIỆP NHẰM HỖ TRỢ ỔN ĐỊNH ĐIỆN

ÁP NÚT ĐẤU NỐI......................................................................................... 33

2.1 Cấu trúc hệ thống tự động điều khiển phát điện của hệ thống điện

quốc gia ....................................................................................................... 33

2.1.1 Nguyên tắc làm việc của hệ thống AGC ...................................... 36

2.1.2 Các trạng thái vận hành của AGC ................................................ 37

2.1.3 Các chế độ làm việc của tổ máy trong AGC ................................ 39

2.2 Cấu trúc hệ thống điện mặt trời .......................................................... 43

2.2.1 Bộ đóng cắt mềm.......................................................................... 44

2.2.2 Bộ biến đổi DC/DC hay bộ biến đổi Boost Converter................. 44

2.2.3 Bộ nghịch lưu DC/AC .................................................................. 45

2.2.4 Bộ lọc phía lưới............................................................................. 46

2.2.5 Thiết bị điều khiển ........................................................................ 47

2.3 Cơ sở lý thuyết về nghịch lưu 3 pha ................................................... 48

2.4 Điều khiển bám theo các điểm làm việc có công suất cực đại ........... 49

2.5 Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng ................... 53

2.5.1 Nguyên tắc điều khiển công suất.................................................. 53

v

2.5.2 Công suất 3 pha trên các hệ qui chiếu khác nhau......................... 54

2.5.3 Sơ đồ điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng.... 55

2.6 Các chế độ làm việc của các inverter tại nhà máy.............................. 56

2.7 Chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện mặt trời khi

điện áp nút đấu nối quá áp hoặc thấp áp ..................................................... 58

2.8 Ảnh hưởng của nhà máy điện mặt trời Mỹ Hiệp và các nhà máy điện

lân cận đến nút đấu nối................................................................................ 61

2.8.1 Sơ đồ lưới điện tại nút đấu nối...................................................... 61

2.8.2 Ảnh hưởng của các nhà máy điện mặt trời trong khu vực ........... 62

2.8.3 Các nguyên nhân dẫn đến hiện tượng mất ổn định điện áp nút đấu

nối ....................................................................................................... 64

2.9 Đề xuất phương thức vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện

mặt trời nhằm hỗ trợ ổn định điện áp nút đấu nối....................................... 67

2.10 Kết luận chương 2............................................................................... 72

Chương 3......................................................................................................... 73

MÔ PHỎNG CHẾ ĐỘ VẬN HÀNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TRONG

NHÀ MÁY ĐIỆN MẶT TRỜI MỸ HIỆP NHẰM HỖ TRỢ ỔN ĐỊNH ĐIỆN

ÁP NÚT ĐẤU NỐI......................................................................................... 73

3.1 Cấu trúc hệ thống điện mặt trời trên phần mềm mô phỏng................ 73

3.1.1 Khối mô phỏng PV-MPPT-DC/DC.............................................. 74

3.1.2 Khối điều khiển PPC CONTROL................................................. 76

3.1.3 Bộ phận hiển thị đặc tính .............................................................. 78

3.2 Thiết lập thông số cho hệ thống điện mặt trời trên phần mềm........... 79

3.3 Mô phỏng ở chế độ làm việc bình thường.......................................... 83

3.3.1 Chế độ phát điện tự do.................................................................. 83

3.3.2 Chế độ điều khiển công suất phát................................................. 84

vi

3.4 Mô phỏng phương thức vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy

điện mặt trời nhằm hỗ trợ ổn định điện áp nút đấu nối............................... 86

3.4.1 Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện

mặt trời khi điện áp nút đấu nối giảm thấp ............................................. 86

3.4.2 Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện

mặt trời khi điện áp nút đấu nối tăng cao................................................ 87

3.4.3 Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện

mặt trời Mỹ Hiệp hỗ trợ lưới điện khi thay đổi kết lưới......................... 88

3.4.4 Mô phỏng chế độ vận hành hệ thống phát điện trong nhà máy điện

mặt trời khi xảy ra sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ......................... 91

3.5 Kết luận chương 3............................................................................... 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 93

1. KẾT LUẬN......................................................................................... 93

2. KIẾN NGHỊ........................................................................................ 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 96

PHỤ LỤC........................................................................................................ 99

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt

PPC Power Plant Controller Hệ thống giám sát và điều

khiển nhà máy điện

Setpoint Giá trị đặt

Inverter Biến tần

Master control Nắm quyền điều khiển

Follower Thực hiện

Control mode Chế độ kiểm soát

Active Power Curtailment Giảm công suất phát

Strategies Chế độ

Protective Strategies Chế độ bảo vệ

Grid-Support Strategies Chế độ hỗ trợ lưới

FACTS Flexible Alternating Current

Transmission System

Hệ thống truyền tải dòng điện

xoay chiều linh hoạt

STATCOM A static synchronous

compensator

Giữ vững điện áp, giảm nhấp

nháy và lọc sóng hài trong hệ

thống

ĐMTMN Điện mặt trời mái nhà

NLMT Năng lượng mặt trời

CPC-CPSC Tổng Công Ty Điện Lực

Miền Trung - Công ty Dịch

vụ điện lực miền Trung

TBA Trạm biến áp

BCU Bay Computer Unit Máy tính ngăn lộ

RTU Remote Terminal Unit Thiết bị đặt tại trạm điện

hoặc nhà máy điện phục vụ

việc thu thập và truyền dữ

liệu về hệ thống SCADA của

Trung tâm điều độ hệ thống

điện hoặc Trung tâm điều

khiển

viii

HMI Human-Machine-Interface Thiết bị giao tiếp giữa người

điều hành thiết kế với máy

móc thiết bị

AGC Automatic Generation Control Hệ thống thiết bị tự động điều

chỉnh tăng giảm công suất tác

dụng của tổ máy phát điện

nhằm duy trì tần số của hệ

thống điện ổn định trong

phạm vi cho phép theo

nguyên tắc vận hành kinh tế

tổ máy phát điện

MPPT Maximum Power Point

Tracker

Điều khiển dò tìm điểm công

suất cực đại

PV Photovoltaic array Một hệ thống liên kết gồm

các mô-đun quang điện

PWM Pules With Modulation Điều chế độ rộng xung

SVM Space vector Modulation Điều chế vector không gian

P Công suất tác dụng

Q Công suất phản kháng

U Điện áp

I Dòng điện

ix

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo bước sóng................................. 15

Bảng 1.2: Màu sắc và bước sóng của ánh sáng mặt trời................................. 15

Bảng 2.1: Dữ liệu sự cố tại NMĐMT Mỹ Hiệp.............................................. 66

x

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1: Cấu trúc của mặt trời....................................................................... 12

Hình 1.2: Thang sóng điện từ của bức xạ mặt trời.......................................... 14

Hình 1.3: Định nghĩa các vĩ tuyến (a) và kinh tuyến (b) ................................ 16

Hình 1.4: Phổ bức xạ mặt trời bên trong và ngoài bầu khí quyển .................. 17

Hình 1.5: Thiết bị sấy thực phẩm dùng NLMT .............................................. 20

Hình 1.6: Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT............................................. 21

Hình 1.7: Nguyên lý hoạt động của máy nước nóng NLMT Sơn Hà............. 22

Hình 1.8: Điều hòa không khí sử dụng NLMT............................................... 23

Hình 1.9: Nhà máy nhiệt điện mặt trời ........................................................... 23

Hình 1.10: Nhà máy điện mặt trời .................................................................. 24

Hình 1.11: Mạch tương đương của modul PV................................................ 26

Hình 1.12: Quan hệ I(U) và P(U) của PV....................................................... 27

Hình 1.13: Quan hệ I-V của PV ứng với cường độ bức xạ ánh sáng khác nhau

......................................................................................................................... 28

Hình 1.14: Quan hệ I-V của PV ứng với nhiệt độ làm việc khác nhau .......... 29

Hình 1.15: Sơ đồ nối điện chính NMĐMT Mỹ Hiệp...................................... 32

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống AGC cho hệ thống điện Việt Nam ........................ 36

Hình 2.2: Hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới ................................... 43

Hình 2.3: Bộ đóng cắt mềm ............................................................................ 44

Hình 2.4: Bộ Boost Converter đóng cắt bằng MOSFET................................ 45

Hình 2.5: Sơ đồ mạch động lực bộ nghịch lưu DC/AC.................................. 46