Tài liệu Nghiên cứu bộ lọc tích cực sử dụng lí thuyết công suatas tức thời

  • Số trang: 149 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 71 |
  • Lượt tải: 0
hoanggiang80

Đã đăng 20010 tài liệu

Mô tả:

Nghiên cứu bộ lọc tích cực sử dụng lí thuyết công suatas tức thời
LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học kĩ thuật, nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng, cùng với nó là sự gia tăng của các phụ tải công nghiệp, các tải phi tuyến, các bộ biến đổi công suất và nó là các nguyên nhân chính làm ô nhiễm lưới điện, làm sóng hài trên lưới gia tăng, ảnh hưởng tới chất lượng điện năng. Vấn đề tiết kiệm điện và làm sạch lưới điện là một trong những yêu cầu bức thiết trong ngành điện Việt Nam nói riêng và toàn thế giới nói chung. Trước thực tế đó, em đã chọn tên đề tài tốt nghiệp là :”Nghiên cứu các cấu trúc lọc tích cực trong lưới điện”. Đây là một trong những công nghệ hiện đại đã được ứng dụng rất rộng rãi ở các nước tiên tiến trên thế giới nhưng vẫn còn rất mới mẻ với nước ta. Trong quá trình nghiên cứu, với sự nỗ lực của bản thân và sự giúp đỡ của các thầy giáo, cô giáo trong Bộ môn Điện tự động Công nghiệp đặc biệt là thầy PHẠM TUẤN ANH, cùng với sự hỗ trợ của các bạn, em đã hoàn thành được đồ án này. Tuy nhiên, do thời gian tương đối ngắn và trình độ chuyên môn còn hạn chế nên bản đồ án không tránh khỏi thiếu sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo để bản đồ án này được hoàn thiện hơn. Sinh viên Nguyễn Đức Công 1 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 ( Test and Diagnostic-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 [5]. 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 (Electric Power System) vào mạng năng lượng điện thông minh (SEEN-Smart Electrical Energy Network). 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 hồi, 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 các máy phát diesien (DGDiesel Generator )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 2 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 ( flexible ac transmissition system), 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. 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 3 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. • 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 CHẤT 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-Electromagnetic Compatibility) - 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-Electro-technical Commission) : "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 4 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-Council of European Energy Regulators) chất lượng cung cấp điện bao gồm ba lĩnh vực chính, xem hình 1.2: 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 5 • 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 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 mạng điện là sự 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 sự phá hủy chúng. Điện 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). 6 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. Hình 1.4 Ví dụ của sự dao động điện áp trong dạng sóng tức thời 7 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 như một sự 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 thể thấy 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 8 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 đoạn 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 thường đi cùng với hoạt động chuyển mạch liên quan tới sự xuất hiện và chấm dứt hiện 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 điều kiện hoạt động thông thường trong hệ thống điện ngày nay. Thông thường chấp nhận đo lường sự 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 diện nhất thu được từ các thiết lập, nó xác định bậc, biên độ và pha của các sóng hài cụ thể. Các tài liệu chuẩn 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 cụ thể 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. 9 • 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 muốn , nó xảy ra liên tục (sự thay đổi nhanh hoặc chậm trong biên độ điện áp, sự biến đổi, ….). Nguyên nhân chính là sự biến đổi của tải hệ thống hay tải phi tuyến. Kết quả làm điện áp biến đổi từ hoạt động của hệ thống, và do đó giá trị của chỉ số mô tả 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. 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 hạng dưới đây có thể được chấp nhận : 10 • Trong môi trường công nghiệp : sự sụt điện áp , sự ngắt nguồn cung cấp, 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 cấp, biên độ 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 ngắt nguồn 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 điều chỉnh sự đo lường 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 [5]. 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 dụng và các ứng dụng khác, ở đó độ bất định thấp là không cần thiết. Chất lượng điện 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 chuỗi đo lường được thể hiện như trong hình 1.6 11 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 liệu sẽ được tập hợp không có độ hở từ khoảng thời gian 15 10 chu kì. Khoảng thời gian này không phải là thời gian đồng hồ mà nó dựa trên đặc tính tần số và sự chạy không tải với khoảng thời gian 10 chu kì. • Khoảng thời gian 10 phút. Dữ liệu cho khoảng thời gian này sẽ được tập hợp 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 khớp nào của khoảng 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 của bình phương giá trị đầu vào. 1.3.3. Khái niệm đánh dấu (Flagging Concept) Trong suốt sự sụt áp, tăng áp hay sự ngắt nguồn, thuật toán đo lường cho các tham số khác có thể sinh ra một giá trị không đáng tin cậy. Khái niệm Flagging do đó ngăn chặn việc đếm một sự kiện đơn hơn một lần trong các tham số khác nhau 12 và chỉ ra rằng một giá trị tập hợp có thể không đáng tin cậy. Khái niệm đánh dấu được áp dụng cho loại A trong suốt quá trình đo lường tần số , biên độ điện áp, độ 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 sẽ được đánh dấu. Người sử dụng cũng có thể quyết định cách đánh giá các dữ liệu đã đánh dấu. 1.4. TÍCH HỢP CÁC PHÂN HỆ (DISTRIBUTED GENERATION) 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, biệt thự....Hầu hết các đơn vị dự trữ này đều được sử dụng chủ yếu khi hệ thống lưới điện quốc 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 truyền tải. Các đơn vị dự trữ thì hiện thời được coi như là sản lượng điện phân phối phân biệt từ mô hình máy phát điện tập trung cổ truyền. Mô hình máy phát điện tập trung phải cung cấp nguồn điện tiết kiệm và tin cậy. Có khoảng 12 triệu đơn vị DG (Diesel Generator) 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 ích 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 phụ thuộc vào sự nhập khẩu. Nó cũng có thể được sử dụng cho trường hợp dự trữ 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. 13 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 thống điện như hệ thống 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 thời thi hành cho các hệ 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 nhiều hệ thống 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 thạch và phi hóa thạch. Ngày nay cấu trúc thứ 3 được sử dụng rộng rãi trong thực tế. Nó bao gồm cấu trúc AC, DC, cấu trúc AC/DC như trong hình 1.8. Khi một bộ đơn vị năng lượng sinh ra tồn tại trong một vị trí giới hạn, chúng đặt một điện áp cao cho việc tạo 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 nhất. Bất 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. 14 15 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 phối trong mạng điện 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 kết 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 hơn hay nhỏ hơn có thể 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 phụ thuộc các yêu cầu thi hành VAR (Volt-Ampere-Reactive). Sự phối hợp chính xác giữa các đơn vị DG thì chủ yếu cho sự liên tục của 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 cầu một sự tinh xảo nhỏ trong quá trình kết nối nguồn DC so sánh với nguồn xoay chiều. Lợi thế 16 chính là sự rủi ro trong quá trình dòng điện tuần hoàn giữa các đơn 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 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 đơn vị được nối mạng tới hệ thống giao diện AC tập trung cho mục đích tích hợp với lưới đã tồn tại như mô tả trong hình 1.5c. Một điểm yếu trong cấu hình này là toàn bộ tổn hao của năng lượng xoay chiều nết bộ nghịch lưu tập trung ngừng 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 thức DG có thể tích hợp lẫn nhau và với một lưới chính cung cấp một vài cơ hội. Nó cung cấp sự hỗ trợ cho khu vực năng lượng theo các công nghệ mới xuất hiện. Nó cũng mở 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 việc tạo ra môi trường từ rất cần thiết cho các hệ thống và các thiết bị điện từ chuyển đổi năng lượng hiện nay. Chẳng hạn như động cơ điện xoay chiều hấp thụ cả 2 thành phần P và Q một lần nó được cung cấp bởi nguồn xoay chiều. Phần công suất phản kháng thu hút tạo ra trường điện từ cần thiết để cho phép quá trình chuyển đổi năng lượng cần thiết trong động cơ. Thành phần công suất tác dụng được thu hút và chuyển đổi trong năng lượng cơ, nó di chuyển cả bộ đôi tải cơ học như một băng chuyền cơ học. 17 Động cơ điện sẽ tích trữ công suất phản kháng như năng lượng từ dao động trong cuộn dây của nó như một quá trình chuyển đổi liên tục. Hầu hết các ứng dụng trong công nghiệp và thương mại thì yêu cầu cả 2 công suất P và Q đều phải hoạt động. Cả 2 công suất P và Q thì cần thiết ngay tức thời và với các số lượng khác nhau để đáp ứng yêu cầu của các thiết bị chuyển đổi năng lượng điện kết nối tới nguồn xoay chiều. Công suất phản kháng có thể được hút hay cung cấp phụ thuộc 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 suất phản kháng +Q và rút phần được định nghĩa như dòng trễ pha. Năng lượng tiêu thụ 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 một đường dây đơn thuần nó tạo ra các bus truyền và nhận với cáp truyền tải ở giữa như 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< - Xem thêm -