Tiêu chuẩn TCVN 10687-27-1:2025 Hệ thống phát điện gió - Mô hình mô phỏng điện chung

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 10687-27-1:2025

IEC 61400-27-1:2020

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ -

PHẦN 27-1: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VỀ ĐIỆN

- MÔ HÌNH CHUNG

Wind energy generation systems -

Part 27-1: Electrical simulation models - Generic models

 Lời nói đầu

TCVN 10687-27-1:2025 hoàn toàn tương đương với IEC 61400-27- 1:2020;

TCVN 10687-27-1:2025 Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC/E13 Năng lượng tái tạo biên soạn, Viện Tiêu chuẩn Chất lượng Việt Nam đề nghị, Ủy ban Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quốc gia thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

Bộ TCVN 10687 (IEC 61400), Hệ thống phát điện gió gồm các phần sau:

- TCVN 10687-1:2025 (IEC 61400-1:2019), Phần 1: Yêu cầu thiết kế

- TCVN 10687-3-1:2025 (IEC 61400-3-1:2019), Phần 3-1: Yêu cầu thiết kế đối với tuabin gió cố định ngoài khơi

- TCVN 10687-3-2:2025 (IEC 61400-3-2:2025), Phần 3-2: Yêu cầu thiết kế đối với tuabin gió nổi ngoài khơi

- TCVN 10687-4:2025 (IEC 61400-4:2025), Phần 4: Yêu cầu thiết kế hộp số tuabin gió

- TCVN 10687-5:2025 (IEC 61400-5:2020), Phần 5: Cánh tuabin gió

- TCVN 10687-6:2025 (IEC 61400-6:2020), Phần 6: Yêu cầu thiết kế tháp và móng

- TCVN 10687-11:2025 (IEC 61400-11:2012+AMD1:2018), Phần 11: Yêu cầu thiết kế tháp và móng

- TCVN 10687-12:2025 (IEC 61400-12:2022), Phần 12: Đo đặc tính công suất của tuabin gió phát điện - Tổng quan

- TCVN 10687-12-1:2023 (IEC 61400-12-1:2022), Phần 12-1: Đo hiệu suất năng lượng của tuabin gió phát điện

- TCVN 10687-12-2:2023 (IEC 61400-12-2:2022), Phần 12-2: Hiệu suất năng lượng của tuabin gió phát điện dựa trên phép đo gió trên vỏ tuabin

TCVN 10687-12-3:2025 (IEC 61400-12-3:2022), Phần 12-3: Đặc tính công suất - Hiệu chuẩn theo vị trí dựa trên phép đo

TCVN 10687-12-4:2023 (IEC TR 61400-12-4:2020), Phần 12-4: Hiệu chuẩn vị trí bằng số đối với thử nghiệm hiệu suất năng lượng của tuabin gió

TCVN 10687-12-5:2025 (IEC 61400-12-5:2022), Phần 12-5: Đặc tính công suất - Đánh giá chướng ngại vật và địa hình

TCVN 10687-12-6:2025 (IEC 61400-12-6:2022), Phần 12-6: Hàm truyền vỏ tuabin dựa trên phép đo của tuabin gió phát điện

TCVN 10687-13:2025 (IEC 61400-13:2015+AMD1:2021), Phần 13: Đo tải cơ học

TCVN 10687-14:2025 (IEC/TS 61400-14:2005), Phần 14: Công bố mức công suất âm biểu kiến và giá trị tính âm sắc

TCVN 10687-21:2018 (IEC 61400-21:2008), Phần 21: Đo và đánh giá đặc tính chất lượng điện năng của tuabin gió nối lưới

TCVN 10687-22:2018, Phần 22: Hướng dẫn thử nghiệm và chứng nhận sự phù hợp

TCVN 10687-23:2025 (IEC 61400-23:2014), Phần 23: Thử nghiệm kết cấu đầy đủ của cánh rôto

TCVN 10687-24:2025 (IEC 61400-24:2019+AMD1:2024), Phần 24: Bảo vệ chống sét

TCVN 10687-25-1:2025 (IEC 61400-25-1:2017), Phần 25-1: Truyền thông để giám sát và điều khiển các nhà máy điện gió - Mô tả tổng thể các nguyên lý và mô hình

TCVN 10687-25-2:2025 (IEC 61400-25-2:2015), Phần 25-2: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Mô hình thông tin

TCVN 10687-25-3:2025 (IEC 61400-25-3:2015), Phần 25-3: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Mô hình dữ liệu

TCVN 10687-25-4:2025 (IEC 61400-25-4:2016), Phần 25-4: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Ánh xạ hồ sơ truyền thông

TCVN 10687-25-5:2025 (lEC 61400-25-5:2017), Phần 25-5: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Thử nghiệm sự phù hợp

TCVN 10687-25-6:2025 (IEC 61400-25-6:2016), Phần 25-6: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Các lớp nút logic và các lớp dữ liệu để giám sát tình trạng

TCVN 10687-25-71:2025 (IEC/TS 61400-25-71:2019), Phần 25-71: Truyền thông để giám sát và điều khiển nhà máy điện gió - Ngôn ngữ mô tả cấu hình

TCVN 10687-26-1:2025 (IEC 61400-26-1:2019), Phần 26-1: Tính khả dụng của hệ thống phát điện gió

TCVN 10687-27-1:2025 (IEC 61400-27-1:2020), Phần 27-1: Mô hình mô phỏng điện - Mô hình chung

TCVN 10687-27-2:2025 (IEC 61400-27-2:2020), Phần 27-2: Mô hình mô phỏng điện - Xác nhận mô hình

TCVN 10687-50:2025 (IEC 61400-50:2022), Phần 50: Đo gió - Tổng quan

TCVN 10687-50-1:2025 (IEC 61400-50-1:2022), Phần 50-1: Đo gió - Ứng dụng các thiết bị đo lắp trên cột khí tượng, vỏ tuabin và mũ hub

TCVN 10687-50-2:2025 (IEC 61400-50-2:2022), Phần 50-2: Đo gió - Ứng dụng công nghệ cảm biến từ xa lắp trên mặt đất

TCVN 10687-50-3:2025 (IEC 61400-50-3:2022), Phần 50-3: Sử dụng lidar lắp trên vỏ tuabin để đo gió

 

Lời giới thiệu

Tiêu chuẩn này quy định các mô hình mô phỏng điện động tiêu chuẩn cho tuabin gió và nhà máy điện gió. Các mô hình tuabin gió được chỉ định có thể được sử dụng trong các mô hình nhà máy điện gió hoặc để đại diện cho các tuabin gió không có mối quan hệ nhà máy điện gió. Ngoài các mô hình tuabin gió, mô hình nhà máy điện gió có thể bao gồm các mô hình thiết bị phụ trợ như STATCOM thường được sử dụng trong các nhà máy điện gió.

Việc năng lượng gió ngày càng thâm nhập vào hệ thống điện đồng nghĩa rằng các nhà vận hành hệ thống truyền tải (TSOs) và các nhà vận hành hệ thống phân phối (DSOs) cần sử dụng các mô hình động của việc phát điện gió để nghiên cứu độ ổn định của hệ thống điện. Các mô hình được xây dựng bởi các nhà sản xuất tuabin gió thường mô phỏng đáp ứng của tuabin với mức độ chi tiết cao. Mức độ chi tiết như vậy không phù hợp cho các nghiên cứu độ ổn định của các hệ thống điện quy mô lớn vì:

- Mức độ chi tiết cao làm tăng độ phức tạp và thời gian tính toán.

- Các mô hình chi tiết cần dữ liệu đầu vào lớn để mô tả các loại tuabin khác nhau.

Mục tiêu của tiêu chuẩn này là xác định các mô hình động tổng quát có thể áp dụng trong các nghiên cứu độ ổn định hệ thống điện. IEEE/CIGRE Thuật ngữ và Định nghĩa về Độ ổn định [11] ^[2] đã phân loại độ ổn định hệ thống điện như Hình 1.

Hình 1 - Phân loại độ ổn định hệ thống điện theo Lực lượng Công tác Chung IEEE/CIGRE về Thuật ngữ và Định nghĩa Độ ổn định

Dựa theo các phân loại này, các mô hình được xây dựng để mô phỏng việc phát điện gió trong các nghiên cứu về hiện tượng mất ổn định ngắn hạn do nhiễu lớn, ví dụ như ổn định điện áp ngắn hạn, ổn định tần số ngắn hạn và ổn định góc ngắn hạn theo các định nghĩa trên Hình 1. Do đó, các mô hình này phù hợp cho mô phỏng động của các sự kiện hệ thống như ngắn mạch (low voltage ride through), mất tải hoặc mất phát [12], và phân chia hệ thống đồng bộ thành các khu vực đồng bộ nhỏ hơn.

Các mô hình phải đầy đủ để mô tả hành vi động của nhà máy điện gió tại điểm kết nối và của tuabin tại các đầu cực, nhưng cũng phải phù hợp cho các nghiên cứu lưới quy mô lớn. Do đó, các mô hình đơn giản hóa được chỉ định để thể hiện phản ứng điển hình của các công nghệ đã biết.

Các mô hình nhà máy điện gió được đưa ra trong tiêu chuẩn này dành cho phản ứng thứ tự thuận tần số cơ bản ^[2] .

Các giới hạn của mô hình:

- Không nhằm mục đích phân tích ổn định dài hạn.

- Không nhằm nghiên cứu hiện tượng tương tác dưới đồng bộ.

- Không nhằm nghiên cứu dao động do biến đổi tốc độ gió theo không gian và thời gian.

- Không bao gồm các hiện tượng như nhiễu sóng, nhấp nháy hoặc phát xạ EMC khác đã được bao phủ trong loạt tiêu chuẩn IEC 61000.

- Mô hình hệ thống phát điện có tính phi tuyến cao, đã được tuyến tính hóa cho việc phân tích.

- Tài liệu không đề cập đến tính toán ngắn mạch cụ thể.

- Không áp dụng cho các trường hợp các nhà máy điện bị cô lập không có phát đồng bộ.

- Không dành cho nghiên cứu các tình huống có tỷ lệ ngắn mạch dưới 3 (có thể chấp nhận tỷ lệ thấp hơn nếu được xác minh theo phần 27-2).

- Mô hình bị giới hạn bởi các đặc tính chức năng trong Điều 5.

Các bên liên quan tiềm năng sử dụng mô hình:

- TSOs và DSOs là người dùng cuối, thực hiện các nghiên cứu ổn định.

- Chủ đầu tư nhà máy điện gió có trách nhiệm cung cấp mô hình cho TSO hoặc DSO trước khi vận hành.

- Nhà sản xuất tuabin cung cấp mô hình tuabin cho chủ sở hữu.

- Nhà phát triển phần mềm mô phỏng hệ thống điện hiện đại.

- Các tổ chức chứng nhận mô hình tuabin độc lập.

- Tư vấn đại diện TSOs, DSOs hoặc chủ đầu tư.

- Các tổ chức giáo dục và nghiên cứu có thể hưởng lợi từ các mô hình tổng quát.

 

HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ -

PHẦN 27-1: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG VỀ ĐIỆN - MÔ HÌNH CHUNG

Wind energy generation systems -

Part 27-1: Electrical simulation models - Generic models

1 Phạm vi áp dụng

Tiêu chuẩn này quy định các mô hình mô phỏng về điện tiêu chuẩn dành cho tuabin gió và nhà máy điện gió. Các mô hình này là mô hình thứ tự thuận, được thiết kế để sử dụng trong các phân tích ổn định hệ thống điện và lưới điện. Điều này áp dụng cho việc mô phỏng động trong các tình huống ổn định ngắn hạn của hệ thống điện.

Tiêu chuẩn này quy định các thuật ngữ và thông số chung cho các mô hình mô phỏng điện. Các mô hình này được thiết kế cho các cấu trúc và cấu hình nhà máy điện gió thông dụng, hiện đang phổ biến trên thị trường. Mô hình nhà máy điện gió bao gồm các tuabin gió, hệ thống điều khiển, và các thiết bị phụ trợ. Các mô hình được mô tả dưới dạng mô đun, cho phép áp dụng linh hoạt với các khái niệm nhà máy điện gió trong tương lai và các loại tuabin gió khác nhau.

Tiêu chuẩn này cũng đưa ra các mô hình mô phỏng điện cho các cấu trúc, khái niệm, và cấu hình tuabin gió thông dụng hiện nay. Mục tiêu của các mô hình này là mô tả đặc tính điện của tuabin gió tại các điểm kết nối. Các mô hình tuabin gió được mô tả theo cách mô đun, cho phép linh hoạt trong việc áp dụng cho các khái niệm tuabin gió tương lai. Các mô hình được chỉ định có thể được sử dụng trong mô phỏng nhà máy điện gió hoặc để đại diện cho các tuabin gió hoạt động độc lập, không liên quan đến nhà máy điện gió.

Các mô hình mô phỏng điện được quy định trong TCVN 10687-27-1( IEC 61400-27-1) có thể hoạt động độc lập với bất kỳ công cụ phần mềm mô phỏng nào.

2 Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi (nếu có).

IEC 60050-415:1999, International Electrotechnical Vocabulary (IEV) - Part 415: Wind turbine generator systems (available at www.electropedia.org) (Từ điển kỹ thuật điện quốc tế (IEV) - Phần 415: Hệ thống máy phát tuabin gió (có sẵn tại www.electropedia.org))

IEC 61970-301, Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 301: Common information model (CIM) base (Giao diện chương trình ứng dụng hệ thống quản lý năng lượng (EMS-API) - Phần 301: Mô hình thông tin chung (CIM) cơ bản)

IEC 61970-302, Energy management system application program interface (EMS-API) - Part 302: Common information model (CIM) dynamics (Giao diện chương trình ứng dụng hệ thống quản lý năng lượng (EMS-API) - Phần 302: Mô hình thông tin chung (CIM) động 3 Thuật ngữ, định nghĩa, chữ viết tắt và chỉ số dưới)

3.1 Thuật ngữ và định nghĩa

Tiêu chuẩn này sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa nêu trong IEC 60050-415 và các thuật ngữ và định nghĩa dưới đây.

3.1.1

Thiết bị phụ trợ (auxiliary equipment)

STATCOM hoặc các thiết bị khác hỗ trợ cho tuabin gió trong nhà máy điện gió.

3.1.2.

Công suất khả dụng (available power)

Công suất tối đa có thể đạt được dựa trên tốc độ gió, công suất định mức, giới hạn tốc độ rôto, và giới hạn góc pitch.

Chú thích 1: Công suất khí động học không thể vượt quá công suất khả dụng.

3.1.3

Đơn vị cơ sở (base unit)

Đơn vị của giá trị tham số, là giá trị cơ sở theo đơn vị tương đối nếu giá trị tham số được cho bằng đơn vị tương đối hoặc là theo đơn vị vật lý nếu giá trị tham số được cho bằng đơn vị vật lý.

3.1.4

Khả năng vượt qua sự cố (fault ride through)

Khả năng của tuabin gió hoặc nhà máy điện gió duy trì kết nối trong các tình huống sụt áp (khả năng vượt qua sụt áp) và quá điện áp (khả năng vượt qua quá điện áp).

3.1.5

Quy ước dấu của máy phát (generator sign convention)

Quy ước về dấu cho các thành phần tác dụng và phản kháng của dòng điện và công suất ví dụ như từ tua bin gió hoặc một bộ phận bù công suất phản kháng.

Chú thích 1: Dòng điện và công suất tác dụng được coi là dương khi công suất được tạo ra, và âm khi công suất bị tiêu thụ. Tương tự, dòng điện và công suất phản kháng là dương khi công suất phản kháng được tạo ra, như trường hợp của tụ điện, và âm khi công suất phản kháng bị tiêu thụ, như trường hợp của kháng điện.

3.1.6

Mô hình chung (generic model)

Mô hình có thể được điều chỉnh để mô phỏng các loại tuabin gió hoặc nhà máy điện gió khác nhau bằng cách thay đổi các tham số của mô hình.

3.1.7

Biến lưới (grid variable)

Điện áp, dòng điện, hoặc tần số.

3.1.8

Điểm kết nối mở rộng (hook)

Đầu vào hoặc đầu ra từ một mô đun không được sử dụng trong các mô hình chung được quy định trong tiêu chuẩn này nhưng có thể được sử dụng để mở rộng các mô hình chung vượt ra ngoài phạm vi của IEC 61400-27-1, ví dụ để phù hợp với các mô hình của nhà sản xuất hoặc để đáp ứng các yêu cầu kết nối lưới điện cụ thể của quốc gia.

3.1.9

Bước thời gian tích phân (integration time step)

Khoảng thời gian giữa hai bước giải pháp số liên tiếp của các phương trình vi phân trong mô hình mô phỏng.

3.1.10

Mô-đun (module)

Phần của một mô hình có cấu trúc dạng mô-đun.

3.1.11

Thành phần (thứ tự) nghịch (của hệ thống ba pha) (negative (sequence) component (of a three-phase system))

Một trong ba thành phần thứ tự đối xứng tồn tại trong hệ thống ba pha không đối xứng của các đại lượng hình sin, được xác định bằng biểu thức toán học số phức như sau:

Trong đó a là toán tử quay với góc 120 độ, XL1, XL2, và XL3 là các biểu thức phức hợp của các đại lượng pha liên quan, và X biểu diễn pha của dòng điện hoặc điện áp của hệ thống.

[NGUỒN: IEC 60050-448:1995, 448-11-28]

3.1.12

Công suất tác dụng danh nghĩa (nominal active power)

Giá trị danh nghĩa của công suất tác dụng do nhà sản xuất công bố và được sử dụng làm đơn vị cơ sở cho tất cả các loại công suất (công suất hoạt động, công suất phản kháng, công suất biểu kiến).

[NGUỒN: IEC 61400-21-1:2019, 3.15, đã chỉnh sửa - Xóa "tuabin gió" khỏi định nghĩa]

3.1.13

Tần số danh nghĩa (nominal frequency)

Giá trị danh nghĩa của tần số của tuabin gió được nhà sản xuất công bố.

3.1.14

Điện áp danh nghĩa (nominal voltage)

Giá trị danh nghĩa của điện áp giữa các pha của tuabin gió được nhà sản xuất công bố.

3.1.15

Khả năng vượt qua quá điện áp (over voltage ride through)

Khả năng của tuabin gió hoặc nhà máy điện gió duy trì kết nối trong quá trình điện áp tăng vọt.

3.1.16

Pha (phasor)

Giá trị biên độ phức hiệu dụng (complex RMS value)

Giá trị biên độ phức hiệu dụng RMS biểu diễn một đại lượng hình sin bằng một số phức có đối số bằng pha ban đầu và độ lớn bằng giá trị RMS.

Chú thích 1: Đối với đại lượng pha là trong đó là giá trị RMS và là pha ban đầu. Một giá trị biên độ phức hiệu dụng cũng có thể được biểu diễn bằng đồ họa.

Chú thích 2: Giá trị biên độ phức hiệu dụng dòng điện I và giá trị biên độ phức hiệu dụng điện áp U thường được sử dụng.

Chú thích 3: Biểu diễn tương tự với độ lớn bằng biên độ cũng đôi khi được gọi là "pha".

[NGUỒN: IEC 60050-103:2017, 103-07-14]

3.1.17.

Điểm đấu nối (point of connection)

Điểm tham chiếu trên hệ thống điện nơi cơ sở điện của người dùng được kết nối.

[NGUỒN: IEC 60050-617:2009, 617-04-01]

3.1.18.

Thành phần (thứ tự) thuận (của hệ thống ba pha) (positive (sequence) component (of a three-phase system))

Một trong ba thành phần thứ tự đối xứng tồn tại trong hệ thống ba pha đối xứng và không đối xứng của các đại lượng hình sin và được xác định bởi biểu thức toán phức sau.

Trong đó a là toán tử với góc 120 độ và X _L1 , X _L2 và X _L3 là các biểu thức phức của đại lượng pha liên quan và trong đó X biểu thị các pha dòng điện hoặc điện áp của hệ thống.

[NGUỒN: IEC 60050-448:1995, 448-11-27]

3.1.19.

Thiết bị điện (power device)

Tuabin gió hoặc thiết bị phụ trợ

3.1.20.

Ổn định hệ thống điện (power system stability))

Khả năng của hệ thống điện khôi phục trạng thái xác lập, được đặc trưng bởi sự hoạt động đồng bộ của các máy phát điện sau khi xảy ra sự cố do biến đổi công suất hoặc kháng điện.

Chú thích 1: Nhóm Nhiệm vụ Chung IEEE/CIGRE về Thuật ngữ và Định nghĩa ổn định: Ổn định hệ thống điện là khả năng của hệ thống điện, với một điều kiện vận hành ban đầu cho trước, để khôi phục lại trạng thái cân bằng sau một sự cố vật lý, với hầu hết các biến số hệ thống vẫn nằm trong giới hạn để đảm bảo phần lớn hệ thống vẫn nguyên vẹn.

[NGUỒN: IEC 60050-603:1986, 603-03-01, đã chỉnh sửa - thêm Chú thích 1]

3.1.21.

Công suất ngắn mạch (short-circuit power)

Tích của dòng điện ngắn mạch tại một điểm của hệ thống và một điện áp danh nghĩa, thường là điện áp hoạt động.

Chú thích 1: Khi sử dụng đơn vị vật lý cho dòng điện dây (A) và điện áp danh nghĩa (V), tích số cũng cần bao gồm thêm hệ số .

[NGUỒN: IEC 60050-601:1985, 601-01-14, đã chỉnh sửa - "conventional" đã được thay thế bằng "danh nghĩa"]

3.1.22.

Tỷ số ngắn mạch (short-circuit ratio)

Tỷ số giữa công suất ngắn mạch tại Điểm đấu nối với công suất tác dụng của nhà máy điện gió hoặc tuabin gió.

3.1.23.

Trạng thái ổn định của hệ thống (steady state of a system)

Điều kiện vận hành của một mạng lưới trong đó các biến số trạng thái hệ thống được coi là tương đối không đổi.

[NGUỒN: IEC 60050-603:1986, 603-02-06]

3.1.24.

Biến số trạng thái hệ thống (system state variables)

Các đại lượng biến đổi liên quan đến trạng thái điện của một hệ thống.

VÍ DỤ: Điện áp, dòng điện, công suất, điện tích, lưu lượng từ.

[NGUỒN: IEC 60050-603:1986, 603-02-02]

3.1.25.

Khả năng vượt qua sụt áp (under voltage ride through)

Khả năng của tuabin gió hoặc nhà máy điện gió duy trì kết nối trong quá trình sụt áp.

3.1.26.

Giảm điện áp (voltage dip)

Sự sụt giảm đột ngột của điện áp tại một điểm trong hệ thống điện, sau đó điện áp sẽ được phục hồi sau một khoảng thời gian ngắn, thường kéo dài từ vài chu kỳ sóng sin của điện áp đến vài giây.

[NGUỒN: IEC 60050-614:2016, 614-01-08]

3.1.27.

Tăng điện áp (voltage swell)

Sự tăng đột ngột và tạm thời của điện áp trong hệ thống điện, vượt quá giá trị danh nghĩa, kèm theo sự thay đổi về pha của điện áp.

[NGUỒN: IEC 61400-21-1:2019, 3.27]

3.1.28.

Nhà máy điện gió (wind power plant)

Một trạm điện bao gồm một hoặc nhiều tuabin gió, cùng với các thiết bị phụ trợ và hệ thống điều khiển của nhà máy.

3.1.29.

Tuabin gió (wind turbine)

Thiết bị quay trong đó năng lượng cơ học của gió được chuyển đổi thành một dạng năng lượng khác.

[NGUỒN: IEC 60050-415:1999,1987, 415-01-01]

3.1.30.

Điểm đấu nối tuabin gió (wind turbine terminals)

Điểm đấu nối được xác định bởi nhà sản xuất tuabin gió, nơi tuabin gió có thể được kết nối với hệ thống thu thập điện.

[NGUỒN: IEC 61400-21-1:2019, 3.25]

3.1.31

Thành phần (thứ tự) không của hệ thống ba pha (zero (sequence) component (of a three-phase system))

Đây là một trong ba thành phần thứ tự đối xứng tồn tại trong một hệ thống ba pha không đối xứng, được xác định bằng biểu thức toán học phức sau:

Trong đó X _L1 , X _L2 và X _L3 là các giá trị phức của đại lượng pha tương ứng, và X biểu thị các pha dòng điện hoặc điện áp của hệ thống.

[NGUỒN: IEC 60050-448:1995, 448-11-29]

3.2 Chữ viết tắt và chỉ số dưới

3.2.1 Chữ viết tắt

Tiêu chuẩn này sử dụng các chữ viết tắt sau:

3.2.2 Chỉ số dưới

4 Ký hiệu và đơn vị

4.1 Yêu cầu chung

Trong tiêu chuẩn này, giá trị của điện áp và dòng điện được mặc định là giá trị cơ bản thành phần thứ tự thuận, trừ khi có chỉ dẫn khác.

Các ký hiệu sử dụng trong toàn bộ tài liệu được liệt kê tại 4.2. Ngoài ra, các ký hiệu bổ sung được sử dụng trong sơ đồ khối của các mô-đun tại Điều 7 và Phụ lục B nhằm đại diện cho các thông số của mô-đun, và các thông số này được mô tả chi tiết trong các bảng kèm theo các hình ảnh trong từng mô-đun tương ứng. Những ký hiệu này chỉ được sử dụng trong phạm vi của mô-đun cụ thể và vì vậy không lặp lại trong danh sách ký hiệu tại 4.2.

Chữ thường được sử dụng để biểu thị các biến theo đơn vị phần trăm, trong khi chữ hoa được dùng cho các biến có đơn vị vật lý. Đối với các biến có đơn vị vật lý, đơn vị đo lường sẽ được đặt trong dấu ngoặc đơn. Đối với các biến theo đơn vị phần trăm, đơn vị tương đối cơ bản" sẽ được đặt trong dấu ngoặc đơn. Dòng điện, công suất hoạt động, và công suất phản kháng đều tuân theo quy ước dấu của máy phát.

4.2 Ký hiệu (đơn vị)

5 Đặc tả chức năng của các mô hình

5.1 Thông số chung của mô hình

Các mô hình trong tiêu chuẩn này được xây dựng dựa trên các thông số chung ^[4] ) sau [13]:

- Các mô hình có cấu trúc mô đun, cho phép mở rộng để tích hợp công nghệ mới hoặc thêm tính năng điều khiển trong tương lai.

- Các mô hình chủ yếu phục vụ nghiên cứu về ổn định hệ thống điện và cần phải phản ánh đầy đủ đặc tính động thứ tự thuận trong các tình huống sau:

• Ngắn mạch đối xứng, bao gồm sự cố có trở kháng biến thiên, đặc biệt là ngoài nhà máy điện gió và trong quá trình phục hồi điện áp;

• Nhiễu động tần số lưới ^[5] );

• Dao động cơ điện của Rôto máy phát đồng bộ (thường từ 0,2 Hz đến 4 Hz), và thay đổi giá trị tham chiếu;

• Thay đổi giá trị tham chiếu.

- Các mô hình cần phải đáp ứng với tần số cơ bản thứ tự thuận ^[6] ).

- Các mô hình phải phù hợp với các độ lệch tần số hệ thống điện thông thường (đề xuất ± 6 % so với tần số danh nghĩa).

- Các mô hình cần có khả năng xử lý các nhảy pha trong mô phỏng số học.

- Các mô hình phải hiệu lực với các biến thiên điện áp xác lập trong phạm vi từ 0,85 đến 1,15 p.u..

- Các mô hình cần hiệu lực cho các hiện tượng điện áp động (như lỗi) khi điện áp có thể giảm gần bằng không ^[7] ). Các nhà cung cấp thiết bị sẽ xác định mức giảm điện áp tối thiểu và điều kiện hệ thống áp dụng cho thiết bị, với giảm điện áp tối thiểu thường là 0,1 ^[8] ).

- Khung thời gian mô phỏng động chủ yếu là từ 10 giây đến 30 giây, với giả định tốc độ gió không đổi trong khoảng thời gian đó.

- Các mô hình nên hoạt động với các bước thời gian tích phân lên đến ¼ chu kỳ ^[9] ). Do đó băng thông của mô hình không được vượt quá 15 Hz ^[10] ).

- Các mô hình có thể khởi tạo tới trạng thái xác lập từ phương án dòng công suất ở toàn bộ hoặc một phần công suất danh nghĩa.

- Các điều kiện bên ngoài như tốc độ gió nên được xem xét một cách ngầm định thông qua công suất khả dụng.

- Các mô hình cần ổn định số học để áp dụng cho cả hệ thống ngắn mạch cao và thấp. Các nhà cung cấp thiết bị phải xác định tỷ lệ ngắn mạch tối thiểu và/hoặc điều kiện hệ thống phù hợp với thiết bị cụ thể.

- Các mô hình cần được chỉ định rõ ràng với sơ đồ khối, giải thích về các thành phần phi tuyến và phương trình liên quan, và thảo luận về các vấn đề khởi tạo đặc biệt. Điều này sẽ giúp các nhà cung cấp phần mềm triển khai mô hình dễ dàng. Tiêu chuẩn không mô tả các thuật toán cụ thể trong các công cụ mô phỏng thời gian, mà chỉ mô tả các mối quan hệ tuyến tính, phi tuyến và vi phân được mô hình hóa.

- Các mô hình chung bao gồm các mô-đun chung cho hệ thống bảo vệ và điều khiển, nhưng có thể áp dụng cho các hệ thống cụ thể của từng nhà sản xuất. Các mô hình cần có khả năng tham số hóa dễ dàng để đại diện cho bất kỳ hệ thống cụ thể nào của nhà sản xuất, thực hiện qua việc định nghĩa các mô-đun riêng biệt cho bảo vệ và điều khiển, cấu trúc mô-đun này cho phép thay thế các mô-đun hệ thống điều khiển và bảo vệ chung bằng các mô-đun cụ thể của nhà sản xuất.

- Các mô hình chung cho phép mô phỏng các tùy chọn điều khiển khác nhau tùy thuộc vào các chế độ điều khiển được quy định và các tham số điều khiển khác. Tập hợp các tùy chọn điều khiển được đưa vào là tùy chọn và do nhà sản xuất quy định. Đối với mỗi tùy chọn điều khiển được đưa vào, nhà sản xuất phải quy định các thông số điều khiển tương ứng.

5.2 Các mô hình tuabin gió

Các mô hình tuabin gió trong tiêu chuẩn này đã được xây dựng theo các thông số chung sau đây:

- Các mô hình tuabin gió được chỉ định có thể được sử dụng trong các mô hình nhà máy điện gió hoặc để đại diện cho các tuabin gió không liên quan đến nhà máy điện gió.

- Tiêu chuẩn cung cấp một mô tả hình thức cho một tập hợp các mô hình mô phỏng chung, bao gồm phần lớn các loại tuabin gió hiện có, cũng như một cấu trúc để xây dựng các mô hình cho các loại tuabin gió trong tương lai.

- Các mô hình bao gồm ít nhất bốn loại công nghệ tuabin gió hiện có: máy phát không đồng bộ thông thường, máy phát điện không đồng bộ với điện trở rôto biến thiên, máy phát điện không đồng bộ nguồn kép và tua bin gió sử dụng biến tần toàn bộ.

- Từ góc độ nghiên cứu hệ thống điện, tuabin gió hiện có thường được phân loại thành bốn loại A-D [15] hoặc 1-4 [16], Theo thuật ngữ của NERC, bốn loại này có các đặc điểm sau:

• Loại 1: Tua bin gió với máy phát điện không đồng bộ kết nối trực tiếp lưới điện với điện trở rôto cố định (thường là loại lồng sóc).

• Loại 2: Tua bin gió với máy phát điện không đồng bộ kết nối trực tiếp lưới điện với điện trở rôto biến đổi.

• Loại 3: Tua bin gió với máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (stator và rôto kết nối trực tiếp lưới điện thông qua bộ biến đổi công suất.

• Loại 4: Tua bin gió kết nối với lưới điện thông qua bộ biến đổi công suất toàn phần.

- Bảo vệ kém tần số/kém điện áp và bảo vệ dưới tần số/chế độ điện áp thấp nên được mô hình hóa để cho phép mô phỏng chính xác việc ngắt kết nối tuabin gió sau các sự cố lưới.

- Trọng lượng quán tính của quán tính tua bin máy phát và chế độ xoắn truyền động đầu tiên nên được tính đến, vì chúng có thể ảnh hưởng đáng kể đến sự dao động công suất ^[11] ).

- Động học của các vòng khóa pha không được bao gồm trong các mô hình ^[12] ).

- Mô hình nên bao gồm khả năng công suất phản kháng của tuabin gió.

5.3 Mô hình nhà máy điện gió

Các mô hình WP trong tiêu chuẩn này được xây dựng theo các thông số chung như sau:

- Trong các nghiên cứu về ổn định hệ thống điện, thường chỉ cần sử dụng một mô hình tổng hợp duy nhất cho tất cả các WT trong một WP. Đối với các WP lớn, có thể sử dụng nhiều mô hình tổng hợp cho các WT cùng loại hoặc khác loại. Trong trường hợp này, tất cả các mô hình WT trong WP sẽ nhận cùng các giá trị tham chiếu từ bộ điều khiển WP.

- Bộ điều khiển WP đo các thông số như điện áp, tần số, công suất tác dụng và công suất phản kháng tại POC, sau đó tính toán các tín hiệu tham chiếu để truyền đến các mô hình WT.

- WP có hai bộ điều khiển chính: Bộ điều khiển công suất phản kháng/điện áp có khả năng điều chỉnh hệ số công suất, công suất phản kháng hoặc điện áp. Các mô hình bộ điều khiển công suất phản kháng và điện áp nhận biết khả năng giới hạn công suất phản kháng thông qua các giới hạn trong mô hình WT.

- Mô hình WP có thể điều khiển một điểm đấu nối (POC).

- Bộ điều khiển công suất/tần số điều chỉnh công suất tác dụng tại POC dựa trên tần số hoặc phản ứng với các thay đổi tham chiếu từ bên ngoài. Giá trị tham chiếu công suất tác dụng có thể là giá trị tuyệt đối (áp dụng cho công suất danh nghĩa) hoặc giá trị tương đối (áp dụng cho công suất khả dụng), và mô hình điều khiển công suất phải thể hiện được các hạn chế trong công suất khả dụng.

- Các bộ điều khiển công suất phản kháng/ điện áp và công suất tác dụng/ tần số có thể nhận giá trị tham chiếu từ bên ngoài các mô hình như là các thay đổi tham chiếu do người dùng thực hiện.

Nếu điện áp tại POC giảm dưới một ngưỡng giá trị nhất định, biến trạng thái sẽ bị đóng băng. Khi điện áp trở lại mức bình thường, bộ điều khiển sẽ tiếp tục hoạt động, bắt đầu từ các giá trị bị đóng băng hoặc từ giá trị khác được chỉ định.

- Mô hình WP phải cung cấp khả năng bù giảm điện áp.

- Sự phối hợp giữa các bộ điều khiển WP, OLTC, SVC, hoặc các bộ điều khiển phụ trợ khác ở cấp độ trang trại gió có thể được thực hiện thông qua một bộ điều khiển giám sát, sử dụng các tín hiệu tham chiếu bên ngoài đến WP. Tuy nhiên, việc mô hình hỏa các bộ điều khiển giám sát này không nằm trong phạm vi của tiêu chuẩn này.

6 Đặc tả hình thức của cấu trúc mô hình mô đun.

6.1 Quy định chung

Điều 6 cung cấp các đặc tả hình thức về cấu trúc mô hình tổng hợp cho các mô hình WT, AUX, và WP chung. Các đặc tả này được phát triển nhất quán với các yêu cầu chức năng trong Điều 5 và tham chiếu đến các mô-đun chi tiết trong Điều 7.

Cấu trúc của mỗi mô hình tổng hợp được mô tả bằng sơ đồ khối, xác định rõ ràng các mô-đun sử dụng cũng như các biến đầu vào và đầu ra được truyền giữa các mô-đun. Mô hình phải được thiết kế dưới dạng modul, cho phép người dùng dễ dàng truy cập các biến đầu vào và đầu ra cũng như các tham số của từng mô-đun. Việc truy cập các biến đầu vào và đầu ra từ các mô-đun giúp người dùng có thể tùy chỉnh mô hình, chẳng hạn như việc tạo ra một mô hình cụ thể theo yêu cầu của nhà sản xuất

Các mô hình WT được chỉ định trong Điều 6.2 có thể được sử dụng riêng lẻ mà không cần kết hợp với mô hình WP hoặc có thể tích hợp vào mô hình WP được chỉ định trong Điều 6.3. Trong cả hai trường hợp, mô hình WT có thể đại diện cho một nhóm lớn các WT hoặc một WT đơn lẻ.

6.2 Mô hình tuabin gió

6.2.1 Quy định chung

Mục tiêu của Điều 6.2 là cung cấp một đặc tả chi tiết về một tập hợp các mô hình mô phỏng WT chung, bao quát hầu hết các loại WT hiện có và cung cấp một cấu trúc nền tảng phù hợp cho việc phát triển các mô hình WT trong tương lai.

Tiêu chuẩn này áp dụng cấu trúc mô hình WT tổng quát được minh họa trên Hình 2. Các mũi tên thể hiện sự truyền biến từ một khối sang khối khác, trong khi đó các đường đậm biểu thị các hệ thống điện được chỉ định bằng sơ đồ đơn tuyến.

Hình 2 - Cấu trúc chung của mô hình WT

Mô hình WT có thể nhận các giá trị tham chiếu từ mô hình hệ thống điều khiển WP như mô tả trong 6.3 hoặc từ các nguồn khác được người dùng chỉ định. Bộ giá trị tham chiếu này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại WT, nhà sản xuất WT và chế độ hoạt động. Các giá trị tham chiếu chính trong các mô hình WT tổng quát bao gồm:

- Giá trị tham chiếu công suất hoạt động.

- Giá trị tham chiếu công suất phản kháng.

- Giá trị tham chiếu điện áp.

Lưu ý rằng mô hình WT cũng có thể mô phỏng chế độ điều khiển hệ số công suất. Tuy nhiên, trong trường hợp này, giá trị tham chiếu hệ số công suất của WP được giả định là không thay đổi trong suốt quá trình mô phỏng.

6.2.2 Loại 1

6.2.2.1 Định nghĩa loại 1

WT loại 1 sử dụng máy phát không đồng bộ kết nối trực tiếp với lưới điện, nghĩa là không sử dụng bộ chuyển đổi công suất công suất. Hầu hết các WT loại 1 được trang bị bộ khởi động mềm, nhưng chi tiết này không được bao gồm trong mô hình loại 1.

Các loại WT loại 1 có thể có góc pitch cố định hoặc hệ thống pitch cho phép các cánh quay ra khỏi trạng thái mất hiệu suất (góc pitch dương) hoặc vào trạng thái mất hiệu suất (góc pitch âm, cũng được gọi là điều khiển công suất tác dụng hoặc điều khiển công suất Combi Stall®). Điều khiển góc pitch được sử dụng trong một số loại WT loại 1 trong việc điều khiển UVRT chủ động [17].

Do đó, có hai mô hình loại 1 được chỉ định trong 6.2.2.2 và 6.2.2.3:

- Loại 1A: WT với góc pitch cố định.

- Loại 1B: WT với hệ thống điều khiển góc pitch UVRT.

6.2.2.2 Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 1A

Hình 3 - Cấu trúc mô-đun của mô hình loại 1A WT.

Hình 3 minh họa cấu trúc mô-đun của mô hình VVT loại 1A. Mô hình này giả định rằng góc pitch của cánh quạt được giữ cố định.

CHÚ THÍCH: Mô-đun khí động học được bao gồm trên Hình ảnh, nhưng nó chỉ đại diện cho một mô-men xoắn khí động học đơn giản và không thay đổi.

Bảng 1 liệt kê các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 1A, bao gồm các tham chiếu đến các thông số kỹ thuật của các mô-đun trong Điều 7.

Bảng 1 - Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 1A.

6.2.2.3 Cấu trúc mô-đun của mô hình loại 1B

Hình 4 minh họa cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 1B. Mô hình này bao gồm điều khiển góc pitch cho chức năng UVRT.

CHÚ THÍCH: Khối khí động học không được thể hiện trong hình vì các hiệu ứng động học đã được tích hợp vào trong mô hình điều khiển góc pitch.

Hình 4 - Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 1B

Các mô-đun sử dụng trong mô hình loại 1B được liệt kê trong Bảng 2, với các tham chiếu đến các thông số kỹ thuật của từng mô-đun trong Điều 7.

Bảng 2 - Các mô-đun sử dụng trong mô hình loại 1B

6.2.3 Loại 2

6.2.3.1 Định nghĩa của loại 2

WT loại 2 có nhiều điểm tương đồng với WT loại 1, nhưng điểm khác biệt chính là máy phát không đồng bộ của WT loại 2 được tích hợp thêm điện trở rôto biến đổi r _rot Ngoài ra, WT loại 2 thường đi kèm với hệ thống điều khiển góc pitch để tối ưu hóa hoạt động.

6.2.3.2 Cấu trúc mô-đun của mô hình loại 2

Mô hình WT loại 2 được chỉ định trong tiêu chuẩn này dựa trên các mô hình WT chung do nhóm làm việc IEEE / WECC phát triển, và các mô hình này đã được áp dụng trong thế hệ mô hình thứ hai của WECC [18]. Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 2 được minh họa trên Hình 5.

CHÚ THÍCH: Khối mô hình khí động học không được thể hiện trong hình vì các hiệu ứng khí động học đã được tích hợp trực tiếp vào mô hình điều khiển góc pitch.

Hình 5 - Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 2

Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 2 được liệt kê chi tiết trong Bảng 3, kèm theo các tham chiếu đến thông số kỹ thuật của từng mô-đun được trình bày ở Điều 7.

Bảng 3 - Các mô-đun sử dụng trong mô hình loại 2

6.2.4 Loại 3

6.2.4.1 Định nghĩa của loại 3

Các WT loại 3 sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn kép, trong đó stato được kết nối trực tiếp với lưới điện và rôto được kết nối thông qua một bộ chuyển đổi công suất công suất hai chiều. Một số WT loại 3 bao gồm hoặc bộ biến đổi điện áp 1 chiều hoặc mạch bảo vệ quá điện áp để hỗ trợ vượt qua sự cố điện áp mà không cần bỏ qua hoặc ngắt kết nối bộ chuyển đổi công suất. Mô hình loại 3A được chỉ định dưới đây đại diện cho các tuabin gió loại 3 không có mạch bảo vệ quá điện áp, trong khi mô hình loại 3B đại diện cho các tuabin gió loại 3 có mạch bảo vệ quá điện áp.

6.2.4.2 Cấu trúc mô-đun của các mô hình loại 3A và loại 3B

Mô hình loại 3 tổng quát được chỉ định trong phần này bao gồm các mô-đun cho hệ thống cơ khí cũng như khí động học. Mức độ chi tiết này không phải lúc nào cũng cần thiết. Trong một số trường hợp, một trong các mô hình loại 4 tổng quát sẽ đủ để mô phỏng hành vi tại các đầu nối của WT.

Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 3A và loại 3B được thể hiện trên Hình 6.

Hình 6 - Cấu trúc mô-đun của các mô hình WT loại 3A và loại 3B

Hình 7 cho thấy cấu trúc mô-đun của các mô hình điều khiển máy phát loại 3.

Hình 7 - Cấu trúc mô-đun điều khiển máy phát của các mô hình loại 3A và loại 3B

Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 3A được liệt kê trong Bảng 4, bao gồm các tham chiếu đến các thông số kỹ thuật của các mô-đun trong Điều 7.

Bảng 4 - Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 3A

Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 3B được liệt kê trong bảng 5, bao gồm các tham chiếu đến các thông số kỹ thuật của các mô-đun trong Điều 7.

Bảng 5 - Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 3B

6.2.5 Loại 4

6.2.5.1 Định nghĩa của loại 4

WT loại 4 là các tuabin gió kết nối với lưới điện thông qua một bộ chuyển đổi công suất công suất toàn phần. Loại tuabin này có thể sử dụng máy phát điện đồng bộ hoặc không đồng bộ. Đặc biệt, một số WT loại 4 sử dụng máy phát điện đồng bộ truyền động trực tiếp mà không cần hộp số.

Các WT loại 4 có bộ biến đổi điện áp 1 chiều trên bộ biến đổi công suất đấu nối DC, có thể mô phỏng mà không cần xét đến phần khí động học và cơ học. Tuy nhiên, các WT loại 4 không có bộ biến đổi điện áp 1 chiều sẽ gây ra dao động công suất sau sự cố do giảm chấn dao động xoắn. Điều này cũng xảy ra với các WT loại 4 có bộ biến đổi điện áp 1 chiều chỉ định một phần. Mặc dù các dao động này thường không gây ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống điện, nhưng hiệu ứng giảm chấn dao động xoắn vẫn có thể được mô phỏng bằng cách sử dụng mô hình cơ học hai khối lượng. Nếu sử dụng bộ biến đổi điện áp DC với một phần công suất định mức, hệ số giảm chấn trong mô hình hai khối lượng có thể được điều chỉnh để phù hợp với mức độ của bộ biến đổi điện áp 1 chiều. Mô hình loại 3A có thể được sử dụng để mô phỏng các WT loại 4, nhưng thường các mô hình đơn giản hơn đã đủ do bộ chuyển đổi công suất đã tách biệt hệ thống truyền động khỏi lưới điện.

Do đó, hai mô hình loại 4 được đề xuất trong 6.2.5.2 và 6.2.5.3:

- Loại 4A: Một mô hình không bao gồm phần khí động học và cơ học, do đó không mô phỏng các dao động công suất ^[13] ).

- Loại 4B: Một mô hình bao gồm mô hình cơ học hai khối lượng để mô phỏng các dao động công suất nhưng giả định mômen khí động học không đổi.

6.2.5.2 Cấu trúc mô-đun của mô hình loại 4A

Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 4A được minh họa trên Hình 8.

Hình 8 - Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 4A

Hình 9 cho thấy cấu trúc mô-đun của các mô hình điều khiển máy phát loại 4A.

Hình 9 - Cấu trúc mô-đun điều khiển máy phát của mô hình loại 4A

Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 4A được liệt kê trong Bảng 6, bao gồm các tham chiếu đến các thông số kỹ thuật của các mô-đun trong Điều 7.

Bảng 6 - Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 4A

6.2.5.3 Cấu trúc mô-đun của mô hình loại 4B

Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 4B tổng quát được thể hiện trên Hình 10.

Hình 10 - Cấu trúc mô-đun của mô hình WT loại 4B

Hình 11 cho thấy cấu trúc mô-đun của các mô hình điều khiển máy phát loại 4B.

Hình 11 - Cấu trúc mô-đun điều khiển máy phát của mô hình loại 4B

Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 4B được liệt kê trong Bảng 7, bao gồm các tham chiếu đến các thông số kỹ thuật của các mô-đun trong Điều 7.

Bảng 7 - Các mô-đun được sử dụng trong mô hình loại 4B

6.3 Mô hình thiết bị phụ trợ

6.3.1 STATCOM

Cấu trúc mô-đun của mô hình STATCOM được thể hiện trên Hình 12

Hình 12 - Cấu trúc module của mô hình STATCOM

Hình 13 thể hiện cấu trúc mô-đun của các mô hình điều khiển STATCOM.

Hình 13 - Cấu trúc mô đun của mô hình điều khiển STATCOM

Các mô-đun được sử dụng trong mô hình STATCOM được liệt kê trong Bảng 8, bao gồm các tham chiếu đến thông số kỹ thuật của các mô-đun trong Điều 7.

Bảng 8 - Các mô đun sử dụng trong mô hình STATCOM

6.3.2 Các thiết bị phụ trợ khác

Bên cạnh STATCOM, các trang trại điện gió còn có thể sử dụng nhiều thiết bị phụ trợ khác như:

- Kháng bù, thường được sử dụng trong WPs để bù công suất phản kháng.

- Các bộ bù công suất phản kháng tĩnh (SVC) cũng đỏng vai trò quan trọng trong việc điều khiển điện áp động.

Tuy nhiên, tiêu chuẩn này không đưa ra các mô hình cụ thể cho những thiết bị phụ trợ này. Thay vào đó, người dùng nên sử dụng các mô hình tiêu chuẩn đã được quy định trong IEC 61970-301 và IEC 61970-302 nếu có sẵn, hoặc sử dụng các mô hình tích hợp sẵn trong công cụ mô phỏng mà họ chọn.

6.4 Mô hình nhà máy điện gió

6.4.1 Quy định chung

Nhà máy điện gió là các trang trại gió được trang bị hệ thống điều khiển và truyền thông ở cấp độ nhà máy[19], [20], cùng với các thiết bị phụ trợ có thể có. Cấu trúc tổng thể của mô hình nhà máy điện gió (WP) được trình bày trên Hình 14. Mô hình hệ thống thu thập công suất được tích hợp vào mô hình lưới điện. Các mô hình PD (gồm WT và AUX) kết nối với mô hình hệ thống thu thập công suất và có thể nhận các giá trị tham chiếu từ mô hình điều khiển và truyền thông WP.

Hình 14 - Cấu trúc chung của mô hình WP

Mô hình WP có thể bị kích hoạt bởi các sự kiện trong mô hình lưới điện, chẳng hạn như sự cố ngắn mạch, hoặc do thay đổi trong giá trị tham chiếu của WP.

Mô hình WP tương tác với lưới điện tại Điểm đấu nối (POC) của WP. Trong một số trường hợp, các phần khác nhau của nhà máy gió có thể kết nối với các điểm khác nhau trong lưới điện, chẳng hạn như với các máy biến áp song song. Trong những trường hợp như vậy, cần định nghĩa một POC duy nhất trong mô hình bằng cách sử dụng dây nhảy, tức là nối các điểm khác nhau bằng các đầu nối có trở kháng

Mô hình WP cung cấp các giá trị tham chiếu p _PDref và x _PDref cho các mô hình WT/PD và tương tác với các mô hình này tại các đầu nối WT/PD riêng lẻ.

Mô hình WP có thể nhận các giá trị tham chiếu p _WPref và x _WPref từ các nguồn do người dùng mô hình chỉ định. Các giá trị tham chiếu WP có thể khác nhau tùy thuộc vào loại WP, nhà sản xuất và chế độ hoạt động. Các giá trị tham chiếu chung được xem xét bao gồm:

- Giá trị tham chiếu công suất chủ động.

- Giá trị tham chiếu công suất phản kháng.

- Giá trị hệ số công suất.

- Giá trị tham chiếu điện áp.

Cuối cùng, mô hình WP có thể nhận thông tin về tần số hệ thống từ mô hình mô phỏng hệ thống điện, cung cấp các sai lệch so với tần số danh nghĩa.

6.4.2 Điều khiển nhà máy điện gió truyền thông tin

Hình 15 trình bày cấu trúc mô-đun của mô hình điều khiển và truyền thông WP.

Hình 15 - Cấu trúc mô đun chung của khối điều khiển và truyền thông WP

Bảng 9 - Các mô-đun sử dụng trong mô hình điều khiển và truyền thông WP

Mô hình hệ thống thu thập công suất của WP được tích hợp vào mô hình lưới điện, bao gồm các mô hình chuẩn cho các thành phần chính của lưới điện như máy biến áp, cáp và đường dây trên không. Mặc dù mô hình hệ thống thu thập công suất có thể được chi tiết hóa để bao gồm tất cả các thành phần chính của lưới điện, thường thì mô hình tổng hợp được sử dụng như mô tả trong Phụ lục A.

6.4.3 Nhà máy điện gió cơ bản

Mô hình WP tổng hợp đơn giản nhất là mô hình cơ bản được mô tả bằng sơ đồ đơn tuyến trên Hình 16. Mô hình này thường đủ nếu WP bao gồm một loại WT và không có AUX.

Hình 16 - Sơ đồ đường đơn cho mô hình WP cơ bản

Các mô hình và mô-đun bổ sung được sử dụng trong mô hình WP cơ bản được liệt kê trong Bảng 10, bao gồm tham chiếu đến thông số kỹ thuật của mô-đun trong Điều 7.

Bảng 10 - Các mô hình và mô-đun bổ sung được sử dụng trong mô hình WP cơ bản

6.4.4 Nhà máy điện gió có bù công suất phản kháng

Nếu WP bao gồm thiết bị AUX, tụ bù và (hoặc)kháng bù thì nguồn điện mô hình hệ thống thu thập trên Hình 17 thường là đủ.

Hình 17 - Sơ đồ một đường cho mô hình WP có bù công suất phản kháng

Các mô hình và mô-đun bổ sung được sử dụng trong mô hình WP có bù công suất phản kháng được liệt kê trong Bảng 11, bao gồm cả tham chiếu đến thông số kỹ thuật của mô-đun trong Điều 7.

Bảng 11 - Các mô hình và mô-đun được sử dụng trong mô hình WP có bù công suất phản kháng

Tùy thuộc vào số lượng loại WT, thiết bị AUX và kích thước của hệ thống thu thập năng lượng, có thể cần sử dụng một mô hình chi tiết hơn.

7 Đặc tả hình thức của các mô-đun

7.1 Quy định chung

Điều 7 cung cấp đặc tả chính thức cho các mô-đun được sử dụng bởi các mô hình WP và WT được chỉ định trong Điều 6.

Mỗi mô-đun được đặc tả bằng một hình ảnh. Đối với hầu hết các mô-đun, các đặc tả được cung cấp dưới dạng sơ đồ khối, nhưng các sơ đồ đơn tuyến cũng được sử dụng cho các phần điện. Các sơ đồ khối sử dụng các ký hiệu được chỉ định trong Phụ lục D.

Đặc tả của mô-đun được đánh dấu bằng khung nét đứt trong hình, và tất cả các biến đầu vào và đầu ra của mô-đun được vẽ vào khung này, với ký hiệu của mỗi biến đầu vào và đầu ra được đưa ra ngoài khung.

Đối với mỗi mô-đun, danh sách tham số được cung cấp. Cùng với các tham số toàn cục được liệt kê trong Bảng 12, các danh sách tham số này bao gồm tất cả các tham số cần thiết để hoàn thiện đặc tả mô hình. Các mô hình chung phải được thực hiện sao cho người dùng có thể chỉ định tất cả các tham số trong danh sách.

Bảng 12 - Tham số mô hình toàn cục

Các giá trị cho các tham số mô-đun không được chỉ định trong tiêu chuẩn này. Nhà sản xuất WT và nhà phát triển WP phải cung cấp các tham số đó để hoàn thiện đặc tả mô-đun. Nhà sản xuất có thể cung cấp các tập hợp tham số khác nhau cho các chế độ điều khiển khác nhau.

Mỗi tham số mô-đun được phân loại là tham số "Loại", "Dự án" hoặc "Trường hợp sử dụng". Danh mục của mỗi tham số được nêu trong các bảng tham số.

Ba loại tham số được định nghĩa như sau:

- Tham số loại là đặc trưng cho loại WT hoặc WP cụ thể. Đây thường là trường hợp của các tham số cơ học và điện.

- Tham số dự án là đặc trưng cho dự án WP cụ thể và có thể khác nhau cho một loại WT hoặc WP cụ thể, tùy thuộc vào dự án cụ thể. Đây thường là trường hợp của các tham số điều khiển được thiết lập theo các yêu cầu quy phạm lưới điện.

- Tham số trường hợp sử dụng là đặc trưng cho trường hợp sử dụng mô phỏng cụ thể và có thể thay đổi tùy thuộc vào trạng thái xác lập cụ thể trước khi xảy ra sự cố, chẳng hạn như tùy thuộc vào công suất thực tế và/hoặc công suất có thể là danh nghĩa hoặc một phần. Trách nhiệm của nhà sản xuất WT và nhà phát triển WP là xác định phạm vi ứng dụng của các tham số trường hợp sử dụng được cung cấp.

Nhà sản xuất WT hoặc nhà phát triển WP có thể nâng cấp danh mục của một tham số cụ thể bất cứ khi nào điều này hợp lệ cho loại WT hoặc WP cụ thể.

Mỗi tham số mô-đun có một tên văn bản được dành cho việc triển khai phần mềm. Các tên văn bản dựa trên các ký hiệu tham số nhưng loại trừ các chỉ số, ký tự Hy Lạp và các ký tự đặc biệt khác để có thể được sử dụng làm tên tham số trong việc triển khai phần mềm.

Một số sơ đồ khối bao gồm các biến khởi tạo. Bảng 13 liệt kê các biến khởi tạo được bao gồm trong các sơ đồ khối mô-đun. Các biến này phải được khởi tạo bởi dòng tải, và do đó chúng không nên được chỉ định là tham số.

Bảng 13 - Các biến khởi tạo sử dụng trong sơ đồ khối mô-đun

Một số mô-đun bao gồm các điểm kết nối mở rộng mà không được sử dụng trong các mô hình chung được chỉ định trong Điều 6. Một điểm kết nối mở rộng là một đầu vào hoặc đầu ra của mô-đun. Một điểm kết nối mở rộng đầu vào phải được đặt bằng không nếu nó không được kết nối. Nếu một hoặc nhiều điểm kết nối mở rộng được sử dụng để mở rộng các mô hình chung được chỉ định trong IEC 61400-27-1, các mô hình sẽ không còn chung nữa và không thể được đại diện trong tiêu chuẩn động lực CIM IEC 61970-302.

7.2 Các mô-đun động lực học không khí

7.2.1 Mô-đun mô-men động lực học không khí hằng số

Sơ đồ khối cho mô-đun khí động lực học không đổi"được thể hiện trên Hình 18. Mô-đun không yêu cầu các thông số do nhà sản xuất cung cấp. Mô-men ban đầu‏ ‏Ƭinit sẽ được đặt bởi luồng tải.

Hình 18 - Sơ đồ khối của mô đun mômen khí động học không đổi

7.2.2 Mô-đun không gian một chiều về động lực học

Mô-đun động lực học này tương ứng với mô hình một chiều được đề xuất trong [21]. Điều này bao gồm sự phụ thuộc vào góc pitch, nhưng bỏ qua sự phụ thuộc vào tốc độ rôto. Các thông số của mô-đun động lực học một chiều được cho trong Bảng 14 và sơ đồ khối được cho trên Hình 19. Công suất ban đầu pinit sẽ được thiết lập bởi luồng tải.

Bảng 14 - Danh sách tham số cho mô-đun không gian một chiều.

 

Hình 19 - Sơ đồ khối của mô-đun khí động học một

7.2.3 Mô-đun khí động học hai chiều

Mô-đun khí động học hai chiều tương ứng với mô hình được đề xuất trong [22]. Các thông số mô-đun khí động học hai chiều được cho trong Bảng 15 và sơ đồ khối là được cho trên Hình 20.

Bảng 15 - Danh sách tham số cho mô-đun khí động học hai chiều

Hình 20 - Sơ đồ khối của mô-đun khí động học hai chiều

Phụ lục B cung cấp nền tảng cho mô-đun khí động học hai chiều. Nó bao gồm hai phần chính: Hướng dẫn cho nhà sản xuất tuabin gió (WT) về cách xác định các tham số của mô-đun tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể, và hướng dẫn cho nhà cung cấp phần mềm về cách thực hiện tính toán khởi tạo khi các tham số cần thiết được cung cấp bởi nhà sản xuất.

7.3 Mô-đun cơ khí

7.3.1 Mô-đun hai khối lượng

Các tham số mô-đun được đưa ra trong Bảng 16 và sơ đồ khối được đưa ra trên Hình 21 ^[14] )

Bảng 16 - Danh sách tham số cho mô-đun hai khối lượng

 

Hình 21 - Sơ đồ khối của mô-đun hai khối lượng

7.3.2 Các mô-đun cơ khí khác

Mô-đun một và ba khối lượng đã được đề xuất trong tài liệu. Tuy nhiên, tiêu chuẩn này không chỉ định các mô-đun cơ khí chung khác.

7.4 Mô đun hệ thống máy phát và bộ biến đổi công suất

7.4.1 Mô-đun máy phát không đồng bộ

Tiêu chuẩn này không chỉ định một mô-đun cho máy phát không đồng bộ. Nên sử dụng một mô-đun máy không đồng bộ tiêu chuẩn được chỉ định trong IEC 61970-301 và IEC 61970-302. Hoặc có thể sử dụng một mô-đun máy phát không đồng bộ tích hợp trong công cụ mô phỏng được chọn.

7.4.2 Mô-đun hệ thống máy phát loại 3A

Các thông số của mô-đun được cho trong Bảng 17 và sơ đồ khối được cho trên Hình 22 (để biết thông tin nền xem [22], [23]). Đầu ra của mô-đun máy phát là dòng điện, được cấp vào thông qua một nguồn dòng. Tuy nhiên, trong một số phần mềm mô phỏng hệ thống điện, nguồn dòng cần có một kháng điện song song để cải thiện độ hội tụ của mô phỏng như được đề xuất trong [23] và mô tả trong Phụ lục C.

Các tổn thất trong hệ thống máy phát được bỏ qua, đặt công suất khe hở không khí của máy phát pag bằng công suất đầu nối WT.

Bảng 17 - Danh sách tham số cho mô-đun hệ thống máy phát điện loại 3A

Hình 22 - Sơ đồ khối mô-đun hệ thống máy phát điện loại 3A

7.4.3 Mô-đun hệ thống máy phát loại 3B

Các thông số của mô-đun được cho trong Bảng 18 và sơ đồ khối được cho trên Hình 23. Mô-đun hệ thống máy phát loại 3B này là sự đơn giản hóa tiên tiến của mô-đun hệ thống máy phát loại 3A với việc thêm mô hình mạch bảo vệ quá điện áp [24], Đầu ra của mô-đun máy phát là dòng điện, được cấp vào thông qua nguồn dòng. Tuy nhiên, trong một số phần mềm mô phỏng hệ thống điện, nguồn dòng cần có một kháng điện song song để cải thiện độ hội tụ của mô phỏng như được đề xuất trong [23] và mô tả trong Phụ lục C.

Bảng 18 - Danh sách tham số cho mô-đun hệ thống máy phát loại 3B.

 

Hình 23 - Sơ đồ khối dùng cho mô-đun hệ thống máy phát điện loại 3B

7.4.4 Mô-đun hệ thống máy phát loại 4

Các thông số mô-đun cho mô-đun máy phát loại 4 được cho trong Bảng 19 và sơ đồ khối được cho trên Hình 24. Đầu ra của mô-đun máy phát là một dòng điện, được cấp qua một nguồn dòng. Tuy nhiên, trong một số phần mềm mô phỏng hệ thống điện, nguồn dòng cần có một kháng điện song song để cải thiện độ hội tụ của mô phỏng như mô tả trong Phụ lục C.

Bảng 19 - Danh sách tham số cho mô-đun hệ thống máy phát điện loại 4

 

Hình 24 - Sơ đồ khối mô-đun hệ thống máy phát điện loại

7.4.5 Mô đun khung tốc độ quay tham chiếu

Các tham số mô-đun cho Mô đun khung tốc độ quay tham chiếu được đưa ra trong Bảng 20 và sơ đồ khối được cho trên Hình 25.

Bảng 20 - Danh sách tham số cho mô đun xoay khung tham chiếu

Hình 25 - Sơ đồ khối của mô đun xoay khung tham chiếu

7.5 Các mô-đun hệ thống điện

7.5.1 Mô-đun gamma hệ thống điện

Mô-đun gamma hệ thống điện bao gồm một máy cắt được kích hoạt bởi bảo vệ lưới điện của WT hoặc STATCOM. Mô-đun cũng có thể được sử dụng để bao gồm biến áp, giàn tụ, bộ lọc sóng hài và các thiết bị điện khác trong mô hình WT hoặc mô hình STATCOM.

Các thông số của mô-đun được cho trong Bảng 21 và sơ đồ đơn tuyến được cho trên Hình 26. Thông thường, WTT được xác định là phía hạ thế của biến áp WT, và do đó biến áp WT không được bao gồm trong các mô hình WT chung mà là một phần của mô hình WP như một phần của hệ thống thu gom công suất. Nếu máy biến áp được bao gồm trong mô hình WP và các thiết bị điện khác bỏ qua, thì kháng điện nối tiếp và điện dẫn của shunt là không, ngụ ý rằng hệ thống điện đơn giản chỉ bao gồm máy cắt.

Bảng 21 - Danh sách tham số cho mô-đun gamma của hệ thống điện

Hình 26 - Sơ đồ đường đơn cho mô-đun gamma của hệ thống điện

7.5.2 Các mô-đun hệ thống điện khác

Tiêu chuẩn này không chỉ định các mô-đun hệ thống điện chung khác.

7.6 Các mô-đun điều khiển góc pitch

7.6.1 Mô-đun điều khiển công suất góc pitch

Mô-đun này tương ứng với bộ điều khiển góc pitch loại 1 và loại 2 được đề xuất cho các mô hình WECC thế hệ thứ 2 [18], Các thông số của mô-đun được cho trong Bảng 22 và sơ đồ khối được cho trên Hình 27.

Bảng 22 - Danh sách tham số cho mô-đun nguồn điều khiển bước

 

Hình 27 - Sơ đồ khối của mô-đun nguồn điều khiển bước 

CHÚ THÍCH: P _init công suất ban đầu được đặt theo dòng tải.

7.6.2 Mô-đun điều khiển góc pitch

Các tham số mô-đun được đưa ra trong Bảng 23 và sơ đồ khối được đưa ra trên Hình 28.

Bảng 23 - Danh sách tham số cho mô đun điều khiển góc pitch yen

 

Hình 28 - Sơ đồ khối môđun điều khiển góc pitch

CHÚ THÍCH: Sơ đồ khối sử dụng khâu khắc phục bão hòa tích phân được mô tả trong Điều D.9 và bộ lọc bậc một với phát hiện giới hạn được mô tả trong Điều D.11.

7.7 Mô-đun điều khiển máy phát và bộ chuyển đổi công suất

7.7.1 Mô đun điều khiển điện trở rôto

Các tham số mô-đun được đưa ra trong Bảng 24 và sơ đồ khối được đưa ra trên Hình 29.

Bảng 24 - Danh sách tham số cho môđun điều khiển điện trở rôto

 

Hình 29 - Sơ đồ khối mô-đun điều khiển điện trở trong rôto

CHÚ THÍCH: Mô-đun này tương tự mô hình IEEE / WECC, nhưng có một số khác biệt về hình thức. Thứ nhất, mô hình gốc của IEEE / WECC sử dụng quy ước dấu của động cơ cho công suất và trượt theo các mô hình sách giáo trình cho máy không đồng bộ, trong khi tiêu chuẩn này sử dụng quy ước dấu của máy phát điện, do đó dấu đầu vào của bộ điều khiển Pl bị đảo ngược so với các dấu trong mô hình gốc của IEEE / WECC. Thứ hai, các hệ số bộ lọc đo lường trong các mô hình gốc của IEEE / WECC đã được loại bỏ vì không xem xét các hệ số bộ lọc đo lường trong tiêu chuẩn này. Thứ ba, bộ lọc tần số đã được loại bỏ khỏi khối này vì nó đã được bao gồm trong khối đo lường.

7.7.2 Môđun điều khiển P loại 3

Các tham số mô-đun được cho trong Bảng 25 và sơ đồ khối được cho trên Hình 30 và Hình 31.

Bảng 25 - Danh sách tham số cho mô-đun điều khiển P loại 3.