Luận án Nghiên cứu điều khiển điện áp và tần số trong lưới điện phân phối có nguồn phân tán

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP VÀ TẦN SỐ TRONG LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI CÓ NGUỒN PHÂN TÁN

Ngành:

Kỹ thuật điện

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này nghiên cứu về điều khiển điện áp và tần số trong lưới điện phân phối có nguồn phân tán (MG), một lĩnh vực cấp thiết do sự gia tăng của các nguồn năng lượng tái tạo. Lưới điện MG có những đặc điểm khác biệt so với lưới truyền thống, bao gồm quán tính thấp do phụ thuộc vào thiết bị điện tử công suất, tính chất chủ yếu là lưới điện trở, và sự biến động của nguồn sơ cấp năng lượng tái tạo. Những yếu tố này dẫn đến các thách thức về ổn định và điều khiển, đặc biệt là sự tương tác mạnh giữa các vòng điều khiển tần số và điện áp, quán tính lưới yếu, và các dạng ổn định mới liên quan đến PLL và cộng hưởng sóng hài.

Mục tiêu chính của luận án là xây dựng mô hình dao động nhỏ tổng quát cho MG, có xét đầy đủ các yếu tố thường được lược bỏ trong quá trình xây dựng mô hình lưới hệ thống. Từ mô hình này, luận án tiếp tục phát triển các bộ điều khiển tần số và điện áp cho MG hoạt động ở chế độ tách lưới.

Để đạt được mục tiêu, phương pháp nghiên cứu bao gồm tổng hợp và phân tích tài liệu khoa học về mô hình dao động nhỏ các phần tử MG, đề xuất và kiểm chứng mô hình trên Matlab/Simulink với lưới mẫu IEEE, sau đó tích hợp các bộ điều khiển tần số và điện áp để kiểm tra đáp ứng dưới các kích động công suất.

Những đóng góp chính bao gồm việc xây dựng mô hình dao động nhỏ tổng quát của MG, được kiểm chứng bằng mô phỏng miền thời gian, có xét đến ảnh hưởng của bộ điều khiển PLL và mô hình bậc cao của máy điện đồng bộ. Luận án cũng nghiên cứu bài toán điều khiển tần số và điện áp dựa trên mô hình đề xuất, phát triển mô hình dao động nhỏ MG với các vòng điều khiển tần số và điện áp theo kiến trúc phân tầng (sơ cấp, thứ cấp), và đánh giá tính ổn định. Đặc biệt, luận án áp dụng mô hình dao động nhỏ để khảo sát ảnh hưởng của chế độ điều khiển máy phát đồng bộ ảo (VSG) trong điều khiển tần số của MG.

Kết quả của luận án cung cấp một công cụ phân tích ổn định hệ thống MG dựa trên tuyến tính hóa, mô tả được nhiều loại máy phát (đồng bộ, IBR ở chế độ VF và PQ) và xét đến khâu PLL, đồng thời có khả năng mở rộng cho các cấu hình khác. Các phân tích chỉ ra sự tương đồng giữa mô phỏng tuyến tính và miền thời gian, khẳng định ảnh hưởng đáng kể của tham số điều khiển PLL và mạch vòng điều khiển điện áp đến ổn định MG, nhấn mạnh sự cần thiết phối hợp điều chỉnh IBR để tối ưu hiệu quả. Luận án cũng chứng minh hiệu quả của điều khiển giả lập quán tính trong việc cải thiện ổn định tần số của MG, đặc biệt trong chế độ độc lập.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1: Tổng quan điều khiển microgrid

  • 1.1. Tổng quan về cấu trúc Microgrid
  • 1.2. Tổng quan về mô hình toán học Microgrid
  • 1.3 Tổng quan phối hợp điều khiển trong Microgrid
    • 1.3.1 Phân cấp điều khiển Microgrid
    • 1.3.2 Điều khiển sơ cấp
    • 1.3.3 Điều khiển thứ cấp
    • 1.3.4 Điều khiển cấp 3

• Chương 2: Mô hình dao động nhỏ microgrid

  • 2.1 Cơ sở toán học
    • 2.1.1 Mô hình tuyến tính trong không gian trạng thái
    • 2.1.2 Biến đổi trục tọa độ abc – dq
  • 2.2 Mô hình dao động nhỏ máy phát điện đồng bộ
    • 2.2.1 Phương trình máy điện theo hệ trục rotor
    • 2.2.2 Mô hình trạng thái đầy đủ máy điện đồng bộ
  • 2.3 Mô hình dao động nhỏ nguồn phân tán nối lưới thông qua bộ biến đổi công suất - IBR
    • 2.3.1 Cấu trúc bộ biến đổi công suất
    • 2.3.2 Mô hình trung bình bộ biến đổi công suất
    • 2.3.3 Chế độ nguồn áp
      • 2.3.3.1 Mô hình bộ lọc LC
      • 2.3.3.2 Mô hình bộ điều khiển điện áp
      • 2.3.3.3 Mô hình bộ điều khiển dòng điện
      • 2.3.3.4 Mô hình đầy đủ nguồn IBR chế độ nguồn áp
    • 2.3.4 Chế độ nguồn dòng
      • 2.3.4.1 Mô hình bộ khóa pha
      • 2.3.4.2 Mô hình bộ điều khiển công suất
      • 2.3.4.3 Mô hình đầy đủ IBR chế độ nguồn dòng
  • 2.4 Mô hình dao động nhỏ đường dây và phụ tải
    • 2.4.1 Mô hình nhánh điện kháng
    • 2.4.2 Mô hình phụ tải
  • 2.5 Mô hình dao động nhỏ đầy đủ MG
  • 2.6 Xác thực mô hình
    • 2.6.1 Thông số sơ đồ mô hình lưới nghiên cứu
    • 2.6.2 So sánh mô hình không gian trạng thái và mô hình trên Simcape
  • 2.7 Phân tích mô hình dao động nhỏ MG
    • 2.7.1 Phân tích trị riêng mô hình dao động nhỏ
    • 2.7.2 Đáp ứng thời gian và tần số
  • 2.8 Kết luận Chương 2

• Chương 3: Xây dựng mô hình bộ điều khiển tần số và điện áp

  • 3.1 Đặc tính độ dốc P-ω và Q-V
  • 3.2 Điều khiển độ dốc với IBR ở chế độ nguồn áp
  • 3.3 Điều khiển độ dốc với IBR ở chế độ nguồn dòng
  • 3.4 Mô hình bộ điều khiển tần số trong lưới
  • 3.5 Mô hình bộ điều khiển điện áp trong lưới
  • 3.6 Phân tích trị riêng và các đáp ứng của mô hình khi có mạch vòng điều khiển
    • 3.6.1 Vòng điều khiển điện áp
    • 3.6.2 Vòng điều khiển tần số
  • 3.7. Ảnh hưởng của thay đổi tham số điều khiển
    • 3.7.1 Thay đổi công suất máy diesel
    • 3.7.2. Hệ số điều khiển của bộ PLL
    • 3.7.3. Dịch chuyển của nghiệm riêng khi thay đổi hệ số khuếch đại mạch vòng điều khiển điện áp
    • 3.7.4. Thay đổi công suất của máy IBR3
    • 3.7.5. Ảnh hưởng của thông số bộ điều khiển độ dốc
    • 3.7.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ X/R

• Chương 4: Ổn định của microgrid với phương pháp điều khiển dựa trên máy phát đồng bộ ảo

  • 4.1 Ảnh hưởng của quán tính quay tới ổn định tĩnh hệ thống
    • 4.1.1 Quán tính quay của máy phát đồng bộ
    • 4.1.2 Quán tính ảo cho nguồn IBRs
  • 4.2 Mô hình bộ điều khiển quán tính ảo bộ biến đổi nguồn áp dựa trên phương trình quay
    • 4.2.1 Điều khiển công suất tác dụng có giả lập quán tính
    • 4.2.2 Điều khiển công suất phản kháng
    • 4.2.3 Mô hình dao động nhỏ Microgrid có xét tới bộ điều khiển VSG
  • 4.3 Phân tích ổn định của mô hình
    • 4.3.1. Phân tích trị riêng
    • 4.3.2 Phân tích đáp ứng trong miền tần số và miền thời gian
  • 4.4. Mô phỏng trong miền thời gian
  • 4.5 Kết luận Chương 4

• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

  • Kết luận
  • Hướng phát triển

• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN