Tóm tắt Bài báo trình bầy cách tìm tốc độ góc tối ưu của rotor DFIG để hiệu suất biến đổi từ cơ năng của máy chính sang điện năng của hệ thống phát điện đồng trục trên tầu thủy là cao nhất. Trên cơ sở đó có giải pháp thiết kế hệ thống truyền chuyển động giữa máy chính và rotor của DFIG với tỉ số tuyền hợp lý để nhiên liệu tiêu hao cho sản suất một đơn vị điện năng của hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG là thấp nhất, góp phần quan trọng trong vấn đề tiết kiệm chi phí vận hành trên tầu thủy. Abstract: This paper presents the method of caculating optimum angular speed of DFIG rotor so that the conversion efficiency from mechanical engergy into electrical energy in shaft generators on shipboards is maxim al. Hence, the transmission system between the main engine and DFIG rotor with the reasonable ratio of transmission is designed in order that the consumption of fuel for producing one electrical unit in shaft generators used DFIG is minimum, which plays an important role in saving operating costs on shipboards.
Trang 1Tìm tốc độ góc của rotor máy phát dị bộ nguồn kép để
hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong hệ thống phát điện
đồng trục trên tầu thủy đạt cực đại Caculating the angular speed of the doubly-fed induction
machine rotor to maximize the energy conversion efficiency in
shaft generators on shipboards ThS Nguyễn Trọng Thắng
Đại học Dân lập Hải Phòng, e-Mail: thangnt@hpu.edu.vn
GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn
Đại học Dân lập Hải Phòng, e-Mail: hoantn@hpu.edu.vn
Tóm tắt
Bài báo trình bầy cách tìm tốc độ góc tối ưu của rotor DFIG để hiệu suất biến đổi từ cơ năng của máy chính sang điện năng của hệ thống phát điện đồng trục trên tầu thủy là cao nhất Trên cơ sở đó có giải pháp thiết kế
hệ thống truyền chuyển động giữa máy chính và rotor của DFIG với tỉ số tuyền hợp lý để nhiên liệu tiêu hao cho sản suất một đơn vị điện năng của hệ thống phát điện đồng trục sử dụng DFIG là thấp nhất, góp phần quan trọng trong vấn đề tiết kiệm chi phí vận hành trên tầu thủy
Abstract:
This paper presents the method of caculating optimum angular speed of DFIG rotor so that the conversion efficiency from mechanical engergy into electrical energy in shaft generators on shipboards is maximal Hence, the transmission system between the main engine and DFIG rotor with the reasonable ratio of transmission is designed in order that the consumption of fuel for producing one electrical unit in shaft generators used DFIG is minimum, which plays an important role in saving operating costs on shipboards
Ký hiệu
Ký hiệu Đơn vị Ý nghĩa
U , s U r V Véc tơ điện áp stato, rotor
, s r Wb Véc tơ từ thông stato, rotor
sq
sd
, Wb Thành phần từ thông dọc
trục, ngang trục của stato trên tọa độ dq
rq
rd
, Wb Thành phần từ thông dọc
trục, ngang trục của rotor trên tọa độ dq
r
s
, rad/s vận tốc góc mạch stator,
rotor
rad/s vận tốc góc rotor
sq
sd U
U , V Thành phần điện áp dọc
trục, ngang trục của stato trên tọa độ dq
rq
rd U
U , V Thành phần điện áp dọc
trục, ngang trục của rotor trên tọa độ dq tọa độ dq
sq
sd I
I , A Thành phần dòng điện dọc
trục,ngang trục của stato trên tọa độ dq
rq
rd I
I , A Thành phần dòng điện dọc
trục, ngang trục của rotor trên tọa độ dq
r
s I
L , H Điện cảm stato, rotor
sr
M H Hỗ cảm giữa stato và rotor
r
s R
R , Ω Điện trở stato, rotor
Chữ viết tắt
DFIG Máy điện dị bộ nguồn kép
Phần mở đầu
Trên tầu thủy, trạm phát điện luôn được nghiên cứu để có khả năng khai thác tối ưu với mục đích giảm tiêu hao năng lượng, vì vậy, với các tàu trọng tải lớn, trạm phát thường được thiết kế có các máy phát đồng trục cùng làm việc với các cụm diesel – generator (DG) [2] Trong các hệ thống máy phát đồng trục thì hệ thống sử dụng máy điện dị bộ rotor dây quấn làm việc trong chế độ máy phát cấp nguồn từ hai phía (DFIG: Doubly – Fed Induction Generator) có ưu điểm nổi bật là stator của DFIG
Trang 2được nối trực tiếp với lưới điện, còn rotor nối với
lưới qua thiết bị điện tử công suất điều khiển được
với công suất thiết bị điều khiển nhỏ hơn nhiều
công suất máy phát [4]
Với hành trình trên biển của tầu thủy, tốc độ máy
chính thường ổn định với sai số trong phạm vi
nhất định[2] Vì vậy, ta có thể thiết kế hệ thống
truyền chuyển động giữa máy chính và rotor của
DFIG với tỉ số truyền hợp lý sao cho tốc độ góc
của rotor DFIG đạt giá trị phù hợp để hiệu suất
chuyển đổi cơ năng sang điện năng cao nhất, giảm
chi phí nhiên liệu cho sản suất một đơn vị điện
năng trong hệ thống phát điện đồng trục sử dụng
DFIG
Một số công trình trong nước [6] và trên thế giới
[7] đã có những thành công nhất định trong việc
điều khiển DFIG cho hệ thống phát điện đồng trục
trên tầu thủy, tuy nhiên chưa có công trình nào
nghiên cứu tìm tốc độ góc quay của rotor DFIG để
hiệu suất chuyển đổi năng lượng là lớn nhất Bài
báo này trình bầy cách tìm tốc độ góc của rotor
DFIG để hiệu suất chuyển đổi cơ năng từ máy
chính sang điện năng của máy phát đồng trục là
lớn nhất, trên cơ sở đó có thiết kế tỉ số truyền
chuyển động giữa máy chính và rotor của DFIG
hợp lý
2 Vai trò, cách vận hành và nguyên lý hoạt
động của DFIG trong hệ thống năng lượng tầu
thủy
2.1 Vai trò của DFIG
Trạm phát tàu thủy gồm có trạm phát chính và
trạm phát sự cố Trạm phát điện chính ngoài các
các cụm tổ hợp phát điện diesel – generator (DG),
còn sử dụng các máy phát đồng trục (Shaft
Genarator - SG) Các cụm DG về cơ bản đã cung
cấp đủ năng lượng cho các tải tiêu thụ điện trên
tầu Vì vậy, DFIG sử dụng trong máy phát đồng
trục có vai trò nổi bật sau:
Giảm chi phí sản suất điện năng trên tầu thủy vì
giá thành sản xuất 1KWh điện năng bằng hệ
thống phát đồng trục thấp hơn khoảng 50% so
với các cụm tổ hợp DG
Cải thiện môi trường làm việc của thuyền viên
ở dưới buồng máy vì nguồn gây ra tiếng ồn có
cường độ lớn và gia tăng nhiệt độ trên tàu thuỷ
chủ yếu là động cơ diesel cao tốc của hệ thống
phát điện sẽ được nghỉ khi máy phát đồng trục
làm việc
Giảm công sức vận hành khai thác, sửa chữa,
bảo trì, tăng tuổi thọ cho các cụm DG
2.2 Cách vận hành
Trong hành trình ổn định trên biển, ta mới đưa
máy phát đồng trục vào hoạt động Quá trình vận
hành DFIG trong máy phát đồng trục gồm 2 khâu
chính sau:
2.2.1 Khởi động DFIG và đưa vào lưới cấp điện
Thao tác gồm 6 bước:
Bước 1: Chuẩn bị DFIG
Bước 2: Đóng ly hợp đưa DFIG vào quay cùng
ME
Bước 3: Chờ ổn định, thay đổi kích từ ( điều khiển từ rotor) để DFIG phát điện
Bước 4: Chọn thời điểm và thao tác hòa DFIG với lưới, có thể thực hiện hòa tự động nếu hệ
có thiết kế các bộ điều khiển hòa tự động
Bước 5: Chờ ổn định, thao tác chuyển tải từ
DG trên lưới sang cho DFIG (có thể thực hiện bằng tay, tự động)
Bước 6: Khi DFIG nhận toàn tải thì cắt DG của trạm phát ra khỏi lưới, cho DG dừng máy, DFIG hoạt động độc lập Việc điều chỉnh theo tải để giữ điện áp và tần số cố định trên lưới thực hiện tự động theo sự thay đổi tải
2.2.2 Điều khiển cho DFIG dừng
Thao tác gồm 6 bước:
Bước 1: Khởi động DG của trạm phát
Bước 2 Hòa DG vào lưới
Bước 3 Chuyển tải từ DFIG sang cho DG
Bước 4 Cắt ACB của DFIG khi máy chạy không tải, DFIG được đưa ra khỏi lưới
Bước 5: Giảm kích từ cho diện áp của máy về 0
Bước 6 Tách ly hợp cho DFIG nghỉ
2.3 Nguyên lý hoạt động
H.1 Cấu trúc hệ thống phát điện sử dụng DFIG
Máy điện dị bộ nguồn kép (DFIG) có cuộn dây stator được nối trực tiếp với lưới điện ba pha, cuộn dây phía rotor được nối với hệ thống biến tần có khả năng điều khiển dòng năng lượng đi theo hai chiều Hệ thống có khả năng hoạt động với hệ số trượt trong một phạm vi khá rộng, cho phép tận dụng tốt nguồn năng lượng được lai bởi máy chính(ME), nó có thể hoạt động ở một dải rộng đó
là làm việc ở hai chế độ trên hoặc dưới đồng bộ Ở hai chế độ đó máy đều cung cấp năng lượng lên
Trang 3lưới ở phía stato Ở phía rotor, máy lấy năng lượng
từ lưới ở chế độ dưới đồng bộ và hoàn năng lượng
trở lại lưới ở chế độ trên đồng bộ[4]
3 Mô hình toán hệ thống
Theo [1] phương trình tổng quát cho mạch stato và
mạch rotor của máy điện dị bộ ở hệ trục không
chuyển động (hệ trục pha) như sau:
sC sB sA
sC sB sA s
s sC
sB
sA
s
dt d
I I
I R dt
d I R
U
U
U
U
rC rB rA
rC rB rA r r
rC
rB
rA
r
dt d
I I
I R dt
d I
R
U
U
U
U
Trong đó :
UsA, UsB, UsC - điện áp pha của lưới đặt vào stato;
UrA, UrB, UrC - điện áp pha trên vành trượt của
rotor
Từ thông có thể viết dưới dạng :
I I
I M I
I
I
L
rC rB rA msr sC
sB
sA
ss
sC
sB
sA
và
rC rB rA rr sC sB sA mrs
rC
rB
rA
I I
I L I
I
I
M
Các ma trận [Lss], [Lrr], [Msr], [Mrs] có giá trị như
sau:
r r r
r r r
r r r rr s s
s
s s
s
s s s
ss
L M M
M L M
M M L L L M
M
M L
M
M M
L
CCr CBr
CAr
BCr BBr
BAr
ACr ABr
AAr msr
mrs
M M
M
M L
M
M M
M M
M
cos ) 3
2 ( )
3
2
cos(
) 3
2 cos(
cos )
3
2
cos(
) 3
2 ( ) 3
2 cos(
cos
os c
os c
M sr
Trong đó : Ls, Lr - độ tự cảm stato và rotor;
Ms, Mr - độ cảm ứng tương hỗ giữa 2 pha stato,
giữa 2 pha của rotor;
Msr- độ cảm ứng tương hỗ giữa stato và rotor;
- góc giữa các cực từ cùng tên của stato và rotor
Chuyển sang hệ ở hệ trục quay tựa theo điện áp
lưới dq theo [1] ta có :
) 5 (
sd sd s s
sq
p
) 6 (
sq sq s s
sd
) 7 ( )
rq
p
) 8 ( )
rd
p
) 9 (
rd sr sd s
sd L I M I
) 10 (
rq sr sq s
sq L I M I
) 11 (
rd r sd sr
rd M I L I
) 12 (
rq r sq sr
rq M I L I
(slà góc giữa trục tọa độ dq và trục tọa độ αβ)
H.2 Véc tơ dòng điện và điện áp stato trên
tọa độ tựa theo điện áp lưới
4 Khảo sát các thành phần công suất hệ thống
Ta khảo sát hệ thống trên tọa độ tựa theo điện áp
lưới tức là Usd=const; Usq=0 Để đơn giản, ta chỉ xét hệ thống phát điện cung cấp ra lưới điện công suất công suất tác dụng P, còn công suất phản
kháng Q=0 Tức là hệ thống phát điện chỉ cung cấp ra lưới dòng Isd còn Isq=0
Viết lại phương trình các thành phần điện áp stato (5,6) ở tọa độ dq trên cơ sở coi các thành phần từ thông không đổi (hay biến thiên chậm) và điện áp
rơi trên Rs bằng 0 có:
) , 13 (
.
b a sd
s sq U
sq s sd U
V
ì
sd
U =const; U sq=0 =>
) , 14 ( /
0
b a const
L sq sd
Viết lại phương trình từ thông stato (9,10) theo các thành phần có:
) , 15 ( a b rq
I sr M sq I s L sq
rd I sr M sd I s L sd
Kết Kết hợp với phương trình 14a và 14b =>
) , 16 (
) (
b a I
L
M I
I L
M L I
rd s
sr sd
rq s sr s
L sq
Từ phương trình (15b), vớiI sq 0
Trang 4) 17 (
/ sr
sq rq sr
rq
hay sq vào phương trình (13a) =>
) 18 (
rq
sr
s
au đây ta đi khảo sát các thành phần công suất
4.1 Công suất cơ của máy chính
Máy chính trên tầu thủy có tác dụng chính là lai
chân vịt[2], trong hệ thống phát điện đồng trục
người ta cho máy chính lai thêm hệ thống máy
phát, vì vậy phần tổn hao công suất để thắng các
lực do ma sát ở các ổ trục, các cơ cấu truyền
chuyển động ở máy chính hầu như sẽ không phát
sinh thêm khi ta cho máy chính kéo thêm hệ thống
máy phát Vì vậy phần năng lượng thêm để tạo
mômen kéo hệ thống phát đồng trục thể hiện rõ sự
tiêu hao nhiên liệu của máy chính cho việc sản
xuất ra điện năng
Theo [1] mô men của máy chính kéo rotor DFIG
là:
0
M
M
M 0 là mô men cản ở ổ đỡ rotor của DFIG:
M 0 =-P 0 / <0
M là mô men điện từ [1]:
) (
2
3
sd rq sq rd
M
Vì công suất phản kháng Q=0 nên Isq=0 và thay Isd
ở công thức (16b) vào M =>
) 19 ( 2
3
) / ( 2
3 ) (
2
3
2
rd
rq
s
sr
rd s sr rq sr sd
rq
sr
I
I
L
M
I L M I M I
I
M
M
=
> công suất cơ của máy chính để kéo rotor của
DFIG là:
) 20 ( 2
3
2
L
M M
s
sr c
c
4.2 Công suất stato của DFIG
Công suất tác dụng của stato DFIG phát ra lưới
điện là: P 1 =3U.I.cosφ
với U, I là điện áp và cường độ dòng điện hiệu
dụng của một pha của stato, φ là góc lệch pha giữa
điện áp và dòng điện tức thời trên 1 pha của stato
s
u vài s
Biểu diễn [U s]và [I s]trên tọa độ quay dq với vận
tốc góc slà f
s
s
I , góc lệch pha giữa f
s
f
s
I vẫn là , theo [3] độ dài của véc tơ f
s
f
s
I (ký hiệu là |U s f |và |I s f |) chính là biên độ của
điện áp và dòng điện tức thời u svài s:
2
|
|
; 2
|
s f
=> Công suất tác dụng của stato DFIG phát ra lưới điện: cos (3/2)| || |cos
2
|
| 2
|
| 3
1
f s f s
f s f
U
Vì stato phát công suất ra lưới nên dòng điện sẽ ngược hướng với điện áp => cosφ <0 => P1 <0 Theo hệ tọa độ tựa theo điện áp lưới: f sd
sd
f
|
0 )
2 / 3 (
1 U sd I sd
P (21)
thay U sdtheo công thức (18); I sdtheo công thức (16b) =>
) 22 ( ) / ( 2
3 ) )(
( 2
s
sr rq sr
L
M I M
4.3 Công suất mạch rotor của DFIG
Biểu diễn [U r]và [I r]trên tọa độ quay dq với vận tốc góc slà f
r
r
I , Giả sử f
r
r
I lệch pha
nhau một góc α1 như hình 3
Tương tự ta có công suất tác dụng của mạch rotor:
1 1
2
3 cos 2
|
| 2
|
|
f r
f r f r
I U I
U
Với |U r f |và |I r f |là độ dài véc tơ f
r
r
I , Theo hình 3 có:
rq rq rd rd
f r f
r
f r f
r
f r f r
f r f r f
r f r
I U I U
I U
I U
I U
I U I
U
) sin(
|
| sin
|
|
) cos(
|
| cos
|
|
) sin( sin
) cos(
cos
.
|
|
|
cos
|
|
| cos
|
|
|
|
2 2
1
2 2
1
2 2 1 2
2 1
2 2 1 1
) 23 ( )
)(
2 / 3 (
2 U rd I rd U rq I rq
H.3 Véc tơ dòng điện và điện áp rotor trên tọa độ dq
Viết lại phương trình các thành phần điện áp rotor
ở tọa độ dq (7,8) trên cơ sở coi các thành phần từ thông không đổi (hay biến thiên chậm) tuy nhiên
ta không thể bỏ qua thành phần điện áp rơi trênRrgiống như trên mạch stato vì trong trường hợp tốc độ rotor gần bằng tốc độ đồng bộ thì thành phần điện áp rơi trên Rrsẽ đáng kể so với f
r
Trang 5) , 24 ( )
(
) (
b a I
R I
R U
I R I
R U
rq r rd r rq r rd s
rq
rd r rq r rd r rq s
rd
Thay I sq 0;I sd (M sr/L s)I rdvào phương trình
(11,12) có:
) , 25 ( )
/ ( 2
b a I
L
I L M
I
L
rq
r
rq
rd s sr rd
r
rd
Thay rd, rq vào phương trình (24a,b) =>
) , 26 ( )
(
I R I L
M I
L
U
I R I
L
U
rq r rd s
sr rd
r
r
rq
rd r rq
r
r
rd
Thay U , rq U rdvào phương trình (23)
) (
) 2 / 3 ( ) / (
)
2
/
3
(
/ )
2
/
3
(
) )(
2
/
3
(
2 2 2
2 2
rq rd r s
sr rq
rd
r
rq rq r s sr r rd
r
rd rd r rq r r
I I R L
M I
I
I I R L M L
I
I I R I L P
) 27 ( )
( ) 2 / 3 (
1
2 r P s R r I rd I rq
Xét P 2=0
0 ) (
) 2 / 3 (
r P s R r I rd I rq
) 28 ( )
( ) 2 / 3 (
1
2 2 0
P
I I
s r
r
Từ phương trình (16.a,b) =>
sd sr
s
rd
sr
L
rq
I M
L
I
M
I
) /
(
/
thay I , rq I rdvào biểu thức (28) =>:
) 29 ( 2
3
1
2 2
2
0
P M
I M
L R
sr
L sd sr
s r
s
r
Thay L U sd / svào biểu thức r0=>
1
2 2
2
0
2
3
P X
U I M
L R
sr
sd sd sr
s r
s
r
(với X sr s.M sr)
Thay r0 s 0
0
( là vận tốc góc của rotor để P2=0) =>
) 30 ( 2
3 1
1
2 2
2
0
P X
U I M
L R
sr
sd sd sr
s r s
Vì P1 0=> 0 s
4.4 Hiệu suất chuyển đổi cơ năng sang điện năng
Xét công thức tính công suất mạch stato (22):
rq rd s sr
1
0 / )
/ ( ) 2 / 3
s M sr L s I rd I rq P s
Thay vào công thức tính công suất cơ của máy
=>P c (P1/ s M0)0 (31)
Xét trường hợp 0
Khi0=> r r0, nên từ phương trình (27) P2 0 Mạch rotor phát công suất, giả
sử hiệu suất của bộ biến tần là Hbt (theo [8] Hbt giảm khi tần số đóng cắt của IGBT tăng và ngược lại )
=> mạch rotor phát công suất ra lưới điện công
suất là P2 Hbt
=> Tổng công suất DFIG phát ra lưới điện là:
bt rq rd r
bt s
sr rq rd s rq
rd s sr s
bt rq rd r bt
s
sr rq rd r
rq rd s sr s bt
đ
H I I R
H L
M I I I
I L M
H I I R H
L
M I I
I I L M H
P P P
) (
) 2 / 3 (
) )(
2 / 3 ( )
/ ( ) 2 / 3 (
) (
) 2 / 3 ( )
2 / 3 (
) / ( ) 2 / 3 (
2 2
2 2
2 2 2
2 2
1
=> Hiệu suất chuyển đổi từ cơ năng sang điện năng của hệ thống phát điện đồng trục là:
) 32 ( 2
3
) (
) 2 / 3 ( )
)(
2 / 3 ( )
/ ( ) 2 / 3 (
0 2
2 2 2
2 2
1
M I I L M
H I I R H
L
M I I I
I L M P
H
P
P
H
rq rd s sr
bt rq rd r bt
s
sr rq rd s rq
rd s sr s c
bt
) 33 ( )
( ) 2 / 3 ( ) 1 ( 2
3
) (
) 2 / 3 ( ) 1 ( ) / ( )
2
/
3
(
2 0 1
2 2 1
2 0 2
2 2 2
'
M P
H I I R H
P M
I I L M
H I I R H
I I L M H
s
bt rq rd r bt
rq rd s sr
bt rq rd r bt
rq rd s sr s
Mẫu số của '
0
M
P s
>0 Tử số của H : ' TP1( 1 H bt) ( 3 / 2 )R r(I rd2 I rq2)H bt:
Trang 6Mã bài: 15
Thành phần ( 3 / 2 ) ( 2 2 ) ( 3 / 2 ) | f | 2
r r rq
rd r
chính là phần công suất tổn thất nhiệt trên mạch
rotor, hay chính là tổn hao đồng ở rotor [5], đặt S rt
=P rt / P1 (gọi là hệ số suy hao công suất đồng
rotor) Với chế độ hoạt động bình thường của hệ
thống phát điện đồng trục thì công suất tổn hao
đồng rotor của DFIG rất nhỏ so với công suất phát
ra lưới điện ở stato của DFIG
Đặt S bt =1-H bt (gọi là hệ số suy hao công suất ở
biến tần)T P1S bt P1S rt H bt
Trong thực tế, hệ số suy hao công suất đồng ở
rotor nhỏ hơn nhiều hệ số suy hao công suất ở biến
tần:S rt S bt(vì độ dẫn điện của đồng ở rotor tốt
hơn nhiều so với độ dẫn điện 2 IGBT mắc nối tiếp)
=>
rt
bt P S S P
T 1 1 P1(S btS rt)0 (vì H bt <1;P 1 <0)
=> H ' <0 => H tăng khigiảm=> với trường hợp ≥ 0 thì hiệu suất H =max khi = 0
Xét trường hợp 0
Từ phương trình (27) => P2 0 Mạch rotor tiêu thụ công suất
=> mạch rôtô tiêu thụ lưới điện công suất là P2/Hbt
=> Tổng công suất DFIG phát ra lưới điện là:
) 34 ( /
) (
) 2 / 3 ( / )
)(
2 / 3 ( )
/ ( )
2
/
3
(
/ ) (
) 2 / 3 ( / )
2 / 3 ( )
/ ( ) 2 / 3 ( /
2 2 2
2
2 2 2
2 2
1
bt rq rd r bt
s
sr rq rd s rq
rd s sr s đ
bt rq rd r bt
s
sr rq rd r rq
rd s sr s bt
đ
H I I R H
L
M I I I
I L M P
H I I R H
L
M I I I
I L M H
P
P
P
=> Hiệu suất chuyển đổi từ cơ năng sang điện năng của hệ thống phát đồng trục là:
) 35 ( 2
3
/ ) (
) 2 / 3 ( / )
)(
2 / 3 ( )
/ ( ) 2 / 3 ( /
0 2
2 2 2
2
2
1
M I I L M
H I I R H
L
M I I I
I L M P
H
P
P
H
rq rd s sr
bt rq rd r bt
s
sr rq rd s rq
rd s sr s c
bt
) 36 ( / ) (
) 2 / 3 ( ) / 1 1 (
2 3
/ ) (
) 2 / 3 ( ) / 1 1 ( ) / ( )
2
/
3
(
2 0 1
2 2 1
2 0 2
2 2 2
'
M P
H I I R H
P
M I I L M
H I I R H
I I L M H
s
bt rq rd r bt
rq rd s sr
bt rq rd r bt
rq rd s sr s
Mẫu số của '
H là: - 1 0 2 0
P
s
Tử số của '
H : T P1(P1P rt /H bt
) (
) 1 ( ) 1
(
.H bt P1 S tb P1 S rt P1 S rt S tb
Hệ số suy hao công suất ở biến tần lớn hơn nhiều
hệ số suy hao công suất đồng rotor => T>0 =>
'
H >0 => H tăng khi tăng => với trường hợp
0
thì hiệu suất H=max khi 0.
Kết hợp 2 trường hợp => để hiệu suất biến đổi từ
cơ năng sang điện năng trong hệ thống phát điện
đồng trục sử dụng DFIG đạt giá trị lớn nhất khi tốc
độ góc rotor của DFIG là:
1
2 2
2
0
2
3
1
P
X
U I M
L R
sr
sd sd sr
s r s
5 Kết luận
Bài báo đã thành công trong việc tìm tốc độ góc tối ưu của rotor DFIG trong hệ thống phát điện đồng trục để hiệu suất chuyển đổi từ cơ năng sang điện năng là cao nhất, từ đó có thiết kế hệ thống truyền chuyển động giữa máy chính và rotor của DFIG với tỉ số truyền hợp lý để nhiên liệu tiêu hao sản suất cho một đơn vị điện năng là thấp nhất
Ta thấy giá trị tốc độ góc tối ưu không những chỉ phụ thuộc vào cấu trúc đặc điểm của DFIG mà nó còn phụ thuộc vào điện áp lưới và công suất máy
phát cung cấp ra lưới (Isd) Vậy để tính tốc độ góc tối ưu ta còn phải quan tâm tới công suất tác dụng phát ra lưới thường xuyên nhất của DFIG
Trong quá trình khảo sát, bài báo cũng đưa ra những công thức chỉ mối liên hệ giữa công suất các thành phần trong hệ thống phát điện Ví dụ công thức 27 chỉ ra mối liên hệ công suất giữa stato và rotor, dựa vào mối liên hệ đó ta có thể chọn công suất mạch điều khiển rotor hợp lý
Tài liệu tham khảo
Trang 7[1] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Mô phỏng hệ
thống điện tử công suất và truyền động điện,
Nhà xuất bản xây dựng, 2002
[2] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn; TS Nguyễn Tiến
Ban, Trạm phát và lưới điện tàu thủy, Nhà xuất
bản Khoa học và kỹ thuật, 2008
[3] GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang, Điều khiển tự
động truyền động điện xoay chiều ba pha, Nhà
xuất bản Giáo dục, 1998
[4] Cao Xuân Tuyển, Tổng hợp các thuật toán phi
tuyến trên cơ sở phương pháp Backstepping để
điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ
thống máy phát điện sức gió, Luận án tiến sỹ kỹ
thuật, 2008
[5] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Máy điện tầu
thủy-tập 1, Trường Đại học Hàng Hải, 1995
[6] KS.Vũ Hà Việt, Trạm phát điện tàu thủy với
máy phát đồng trục cung cấp năng lượng thông
qua biến tần Nghiên cứu các bộ điều khiển khi
các máy phát làm việc song song,Luận văn thạc
sỹ kỹ thuật, Đại học Hàng Hải, 2010
[7] Peng Ling Tsinghua; Li Yongdong; Chai
Jiangen, Yual Guoteny, Vector control of a
doubly fed induation generator for stand-alone
ship shaft generator systems, IEEE China,
2007
[8] website: www.schneider-electric.co.uk/sites/uk
/en/products-services/automation-control/
products-offer/motion-and-drives/
variable-speed-drives-low-voltage/altivar-71.page
GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn nhận bằng Kỹ sư
Điện tại Trường Đại Học Bách khoa Gdansk Balan
1969, Tiến sỹ Kỹ thuật tại Đại học Bách khoa Gdansk Balan năm 1979, Bằng Tiến sĩ Khoa học
năm 1989 tại Đại học Bách khoa Gdansk Balan Hiện là chủ nhiệm khoa Điện-Điện tử Đại học Dân lập Hải Phòng Lĩnh vực nghiên cứu chính là
Tự động hóa và Điều khiển
Nguyễn Trọng Thắng sinh
năm 1982, nhận bằng Kỹ sư Điện chuyên ngành Điều khiển
tự động tại Đại học Bách khoa
Hà Nội năm 2005, nhận bằng Thạc sỹ Kỹ thuật ngành Tự động hóa tại Trường Đại Học Hàng hải
Việt Nam năm 2009, bắt đầu làm Nghiên cứu sinh ngành Tự động hóa tại trường Đại học Giao thông vận tải Hà Nội từ năm 2011
Thạc sỹ Nguyễn Trọng Thắng
là giảng viên khoa Điện-Điện
tử, Trường Đại học Dân lập Hải Phòng từ năm 2006 đến nay Hướng nghiên cứu chính là thiết kế và thực hiện các bộ thống điều khiển trên các hệ thống nhúng, Lý thuyết Điều khiển tự động, các hệ thống phát điện trên tầu thủy