Điều khiển máy phát điện gió dùng DFIG luận văn thạc sĩ ngành kỹ thuật điện

Theo tin đã đưa chính ph Đan M ch đã cùng với các xí nghi p kỦ kết h p đồng xây dựng trên mặt biển Bantich một số nhà máy phát đi n gió có tổng công su t 4.000MW.. - Trình bày các phương

Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài

Xác nhận c a cán bộ hướng dẫn

LỦ lịch khoa học

L i cam đoan i

L i c m ơn ii

Tóm tắt luận văn iii

M c l c v

Danh sách kỦ hi u sử d ng trong luận văn viii

Danh sách các hình x

Phần m đầu xiii

Ch ngă1:ăT ngăquan 1

1.1 Tổng quan chung về năng lư ng gió hi n nay 1

1.1.1 Tình hình phát triển năng lư ng gió một số nước 2

1.1.2 Nhu cầu sử d ng năng lư ng c a Vi t Nam 5

1.1.3 Sự cần thiết ph i phát triển đi n gió Vi t Nam 6

1.1.4 Những kết qu nghiên c u trong nước 8

1.1.5 Những kết qu nghiên c u ngoài nước 8

1.2 M c tiêu c a đề tài 9

1.3 Nhi m v và giới h n c a đề tài 9

1.3.1 Nhi m v c a đề tài 9

1.3.2 Giới h n đề tài 10

1.4 Phương pháp nghiên c u 10

Ch ngă2:ăC ăS ăLụăTHUY T 11

2.1 C u t o turbine gió 11

2.1.1 Các lo i turbine gió 11

2.1.2 C u t o h thống máy phát đi n gió 12

2.1.3 Các d ng cột tháp turbine gió 13

2.1.6 H thống hãm 18

2.1.7 Hộp số chuyển đổi tốc độ và h thống điều khiển cánh qu t 18

2.1.8 Võ turbine 19

2.2 Các thông số liên quan đến máy phát đi n dùng trong turbine gió 19

2.2.1 Các thông số cơ b n máy đi n không đồng bộ 19

2.2.2 Đặc tính cơ c a máy đi n không đồng bộ 19

2.2.3 Các công th c cơ b n c a máy phát đi n gió không đồng bộ 20

2.3 Mô hình và nguyên lỦ vận hành c a turbine gió 20

2.3.1 Mô hình c a turbine gió nguồn kép DFIG 20

2.3.2 Nguyên lỦ làm vi c c a turbine gió 21

2.4 Phương pháp điều khiển và các mô hình h thống turbine gió 21

2.4.1 Phương pháp điều khiển h thống turbine gió cố định 21

2.4.2 Phương pháp điều khiển tutbine gió thay đổi tốc độ 22

2.4.3 Phương pháp nối lưới cho h thống máy phát đi n gió 24

Ch ngă3:ă XÂYăD NGăMỌăHÌNHăTOÁNăMÁYăPHÁTăKHỌNGăĐ NGăB ă NGU NăKÉPă(DFIG) 25

3.1 Mô hình khối turbine gió 25

3.2 Biểu di n các đ i lư ng pha sang đ i lư ng vector trong không gian 27

3.3 Mô hình toán c a máy phát đi n ( DFIG ) trong h tr c tọa độ tĩnh α-β 29

3.4 Mô hình toán c a máy phát đi n ( DFIG ) trong h tr c tọa độ quay d-q 31

3.5 Điều khiển công su t DFIG 34

Ch ngă4:ăTHI TăK ăMỌăHÌNHăN IăVÀăB ăL CăIMC 40

4.1 Thiết kế h thống điều khiển máy phát đi n gió dùng mô hình nội 40

4.1.1 H thống điều khiển tuabin gió dùng DFIG 40

4.1.2 Thiết kế gi i thuật điều khiển mô hình nội 42

4.1.3 B ng thông số c a máy phát 47

4.2 Sơ đồ mô phỏng 53

4.5 Kh o sát nh hư ng c a bộ lọc IMC 55

Ch ngă5:ăK TăQU ăMỌăPH NG 56

5.1 Kết qu mô phỏng mô hình nội 56

5.2 Kh o sát tính bền vững c a h thống 61

5.2.1 Tính bền vững c a h thống khi đi n tr stato Rs và đi n tr rotor Rrthay đổi 61

5.2.2 Tính bền vững c a h thống khi đi n c m thay đổi 66

5.2.3 Tính bền vững c a h thống khi mômen thay đổi 73

5.2.4 nh hư ng c a bộ lọc IMC 79

Ch ngă6:ăK TăLU N 85

6.1 Kết luận 85

6.1.1 Nội dung cơ b n đã thực hi n 85

6.1.2 H n chế 85

6.2 Hướng phát triển đề tài trong tương lai 85

TÀI LI U THAM KH O 87

PH L C 89

v Đi n áp tr c α h quy chiếu αβ

v Đi n áp tr c β h quy chiếu αβ

HÌNH TRANG

Hình 1.1 Sự tăng trư ng c a thị trư ng năng lư ng gió toàn cầu 1

Hình 2.1 Các d ng turbine gió 11

Hình 2.2 C u t o turbine gió tr c ngang 12

Hình 2.3 Cột thép hình ống 14

Hình 2.4 Cột tháp khung giàn 14

Hình 2.5 Cột tháp d ng dây nối đ t 15

Hình 2.6 C u t o tháp tr 15

Hình 2.7 Cánh qu t 16

Hình 2.8 Tr c cánh qu t 16

Hình 2.9 Động cơ điều chỉnh góc nghiên cánh qu t 17

Hình 2.10 Động cơ điều chỉnh hướng turbine 17

Hình 2.11 H thống hãm turbine 18

Hình 2.12 Hộp số chuyển đổi tốc độ 18

Hình 2.13 Võ turbine 19

Hình 2.14 Đặt tính moment quay c a máy đi n không đồng bộ 20

Hình 2.15 Sơ đồ kết nối h thống máy phát điều khiển nguồn kép DFIG 20

Hình 2.16 Mô hình máy phát không đồng bộ 21

Hình 2.17 Mô hình máy phát không đồng bộ điều khiển đi n tr rotor 22

Hình 2.18 Đư ng đặc tính moment theo độ trư t s, thay đổi đi n tr rotor 22

Hình 2.19 Mô hình máy phát đi n gió có điều khiển tốc độ 23

Hình 2.20 Mô hình máy phát đi n gió có điều khiển tốc độ 23

Hình 2.21 Mô hình kết nối tr m đi n gió vào lưới đi n 24

Hình 3.1: Đặc tính c a Cp(λ,β) 26

Hình 3.2 Nguyên lý vector trong không gian 27

Hình 3.3 Sơ đồ đ u dây c a hai bộ dây qu n stator và rotor d ng Y-Y 29

Hình 3.4 Tr c c a dây qu n stator và rotor trong h tr c dq 32

Hình3.5 M ch đi n tương đương mô hình động cơ DFIG trong h tr c tọa độ tham chiếu dq quay với tốc độ đồng bộ 33

Hình 3.8 Gi n đồ véctơ đi n áp lưới và véctơ từ thông stator xác lập khi bỏ qua

đi n tr stator 36

Hình 3.9 Gi n đồ véctơ dòng, áp và từ thông c a DFIG 37

Hình 3.10 Giá trị tham chiếu điều khiển i stator đư c tính từ công su t đặt 39

Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển tổng thể tuabin gió tốc độ thay đổi DFIG 40

Hình 4.2: H thống điều khiển dùng mô hình nội 43

Hình 4.3: H thống điều khiển mô hình nội áp d ng cho máy phát đi n DFIG 43

Hình 4.4: Khối mô hình máy phát đi n DFIG 48

Hình 4.5: Khối tính công su t Ps và Qs 48

Hình 4.6: Sơ đồ simulink c a mô hình thuận 49

Hình 4.7: Sơ đồ simulink c a mô hình ngư c 51

Hình 4.8: Sơ đồ simulink c a bộ lọc IMC 52

Hình 4.9: H thống điều khiển dùng mô hình nội 53

Hình 4.10: Khối tín hi u đặt idqs_ref 53

Hình 4.11: Khối bộ điều khiển IMC 54

Hình 4.12: Khối so sánh idqs_ref và idqs 54

Hình 4.13: Sơ đồ simulink c a bộ lọc IMC cổ điển 55

Hình 5.1: H thống điều khiển dùng mô hình nội 56

Hình 5.2: Khối bộ điều khiển IMC 56

Hình 5.3 : Tín hi u đặt idqs-ref 57

Hình 5.4 a Đáp ng dòng isd-ref và ids _ 58

Hình 5.4b Đáp ng dòng iqs-ref và iqs 58

Hình 5.4c: Công su t Ps và Qsc a h thống 59

Hình 5.4d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 60

Hình 5.5a Đáp ng dòng ids-ref và ids 61

Hình 5.5b Đáp ng dòng iqs-ref và iqs 62

Hình 5.5c: Công su t Ps và Qsc a h thống 62

Hình 5.5d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 63

Hình 5.6c: Công su t Ps và Qsc a h thống 65

Hình 5.6d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 66

Hình 5.7a Đáp ng dòng ids-ref và ids 67

Hình 5.7b Đáp ng dòng iqs-ref và iqs 67

Hình 5.7c: Công su t Ps và Qsc a h thống 68

Hình 5.7d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 69

Hình 5.8a Đáp ng dòng ids-ref và ids 70

Hình 5.8b Đáp ng dòng iqs-ref và iqs 70

Hình 5.8c: Công su t Ps và Qsc a h thống 71

Hình 5.8d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 72

Hình 5.9a Đáp ng dòng ids-ref và ids 73

Hình 5.9b Đáp ng dòng iqs-ref và iqs 73

Hình 5.9c: Công su t Ps và Qsc a h thống 74

Hình 5.9d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 75

Hình 5.10a Đáp ng dòng ids-ref và ids 76

Hình 5.10b Đáp ng dòng iqs-ref và iqs 76

Hình 5.10c: Công su t Ps và Qsc a h thống 77

Hình 5.10d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 78

Hình 5.11a Đáp ng dòng ids-ref và ids 79

Hình 5.11b Đáp ng dòng iqs-ref và iqs 79

Hình 5.11c: Công su t Ps và Qsc a h thống 80

Hình 5.11d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 81

Hình 5.12a Đáp ng dòng ids-ref và ids 81

Hình 5.12b Đáp ng dòng iqs-ref và iqs 82

Hình 5.12c: Công su t Ps và Qsc a h thống 83

Hình 5.12d: Từ thông rotor Ψdr và Ψqr 84

Trong những năm gần đây, năng lư ng gió đã tr thành một trong những nguồn năng lư ng quan trọng và đầy triển vọng đối với vi c sử d ng các nguồn năng lư ng tái t o Trong nhiều sự lựa chọn để s n xu t đi n, nhiều nước đang hướng đến sử d ng nguồn năng lư ng tái t o và h n chế ph thuộc vào nguồn năng lư ng truyền thống đang dần c n ki t và nh hư ng môi trư ng Trong các lo i hình năng lư ng tái t o, năng lư ng gió đư c chú trọng đặc bi t b i các đặc điểm ưu vi t sau:

- Đi n gió có giá thành th p, th p nh t trong các nguồn năng lư ng tái t o Nếu xem xét c chi phí môi trư ng, xã hội và s c khỏe con ngư i vào giá thành thì đi n gió

có thể c nh tr nh với đi n đư c s n xu t từ nguồn nhiên li u hoá th ch

- Đi n gió tiết ki m tài nguyên đ t, do phần lớn di n tích đ t trong nhà máy phong

đi n vẫn có thể đư c sử d ng cho các m c đích khác

- Tài nguyên năng lư ng gió tương đối phong phú, đặc bi t các vùng ven biển và các vùng đ t trống, do vậy có thể phát triển qui mô lớn

- Th i gian xây dựng dự án đi n gió ngắn hơn nhiều so với th i gian xây dựng các

dự án đi n truyền thống như đi n h t nhân hay nhi t đi n

Vi t Nam, dù đư c đánh giá có tiềm năng phát triển tốt, năng lư ng gió vẫn còn là một ngành mới mẻ Mọi th thuộc ngành này đều bước kh i đầu Các văn

b n pháp lỦ cho phát triển đi n gió, các thông tin, kiến th c về ngành cũng còn

m c r t h n chế Tuy nhiên, đ ng trước nhu cầu sử d ng đi n ngày càng cao, cũng như ph i đối mặt với v n đề an ninh năng lư ng và môi trư ng thì vi c phát triển và

sử d ng nguồn năng lư ng s ch, trong đó có đi n gió là hết s c cần thiết

Từ các ưu vi t trên, tác gi đã lựa chọn đề tài “Điều khiển máy phát điện gió

dùng DFIG’’làm đề tài nghiên c u với mong muốn hiểu biết thêm về các phương pháp vận hành và điều khiển Vi c thay thế các bộ điều khiển truyền thống bằng các phương pháp điều khiển thông minh hi n nay như dùng mô hình nội, fuzzy logic

Ch ngă1:

T NGăQUAN 1.1ăăT ngăquanăchungăvề nĕngăl ngăgió hi nănay

Năng lư ng là một trong các điều ki n thiết yếu trong đ i sống con ngư i

và là một yếu tố đầu vào không thể thiếu đư c c a mọi ho t động kinh tế, xã hội

Do nhu cầu sử d ng năng lư ng ngày càng cao, trong khi các nguồn năng

lư ng truyền thống như than, dầu, khí đang dần ngày càng c n ki t Mặt khác, khi dùng chúng để phát đi n sẽ phát th i khí nhiều vào khí quyển gây ra hi u ng nhà kính, gây biến đổi khí hậu toàn cầu X y ra thiên tai trên toàn thể giới ngày càng trầm trọng [1]

Do vậy các nguồn năng lư ng tái t o hi n đang đư c các nước quan tâm rộng rãi Tổng công su t phong năng toàn cầu trong năm 2012 tăng 19% Như vậy, các công ngh năng lư ng gió cho th y tốc độ tăng trư ng chưa từng có và có thể tr thành nguồn cung c p đi n năng ch yếu

Theo một nghiên c u c a Hội đồng Năng lư ng gió toàn cầu (Global Wind Energy Council, viết tắt GWEC) sự tăng trư ng nhanh chóng c a năng lư ng gió

đư c th y hầu như khắp nơi trên thế giới

Thống kê cho th y thị trư ng đang tiếp t c m rộng vào năm 2012, tổng công

su t c a t t c các tuabin gió đã tăng 19% lên 282.000 MW [17]

Hình 1.1 Sự tăng trưởng của thị trường năng lượng gió toàn cầu

Một trong những nước đi đầu về phát triển năng lư ng gió là Canada, vừa đưa vào vận hành một tuabin gió công su t 936 MW Năm 2012 nước này xếp th 9 trên thế giới với tổng công su t đi n gió là 6500 MW

Trung Quốc và Mỹ năm 2012 là 13 000MW công su t đi n gió mới đư c hoà vào m ng lưới và n Độ là 2300MW Mexico tăng g p đôi các tuabin gió từ 569MW năm 2011 lên 1370MW vào cuối năm 2012 Đi n gió châu Âu vẫn như một truyền thống, CHLB Đ c và Anh đang dẫn đầu Các nước như Th y Điển, Romania, Italia và Ba Lan, đi n gió phát triển với tốc độ cao Trên toàn Châu Âu vào năm 2012, các tuabin gió mới xây dựng đ t tổng công su t trên 15.000MW Năng lư ng đi n gió c a Châu Âu hi n đ t gần 98.000 MW

Braxin là nước đ ng đầu châu Mỹ La tinh về đi n gió Năm ngoái, Brazil đưa vào vận hành tuabin gió mới công su t 1077MW Tổng công su t c a t t c các trang

tr i gió đã tăng lên đến 2.500MW

Như vậy, thị trư ng năng lư ng đi n gió đang tích cực phát triển một số nước, năng lư ng đi n gió đang c nh tranh với năng lư ng đi n nguyên tử Ví d Đ c, tuabin gió trong năm 2012 đã s n xu t ra 31.332MW, Tây Ban Nha - 22.796MW

Số lư ng các tuabin gió liên t c tăng, và tỷ l năng lư ng đi n gió trong các tổng

s n lư ng đi n ngày càng nhiều

Hi n nay, 24 nước đã có tổng công su t năng lư ng đi n gió vư t quá 1000 MW Nhiều quốc gia tiếp t c m rộng năng lực c a các tuabin gió với tốc độ r t nhanh Như Ba Lan vào năm 2011, đưa vào ho t động thêm 1616MW và năm 2012 thêm

880 MW nâng tổng công suât năng lư ng đi n gió lên 2497MW.[18]

1.1.1ăTìnhăhìnhăphátătriểnănĕngăl ngăăgióă ăm tăs ăn c

- Đức:ăTừ lâu CHLB Đ c đã nổi tiếng là nước công nghi p hàng đầu thế giới

ch trương phát triển m nh năng lư ng tái t o, trong đó có năng lư ng gió Vì vậy,

từ năm 1991, nước Đ c đã có m c giá ưu đãi đối với năng lư ng gió Chỉ trong vòng 10 năm (2001 – 2010) tổng công su t lắp đặt tăng từ 8.754 MW (năm 2001) lên 27.214 MW (năm 2010), chiếm 25% công su t đi n gió thế giới và đ ng th hai sau nước Mỹ Trên tổng công su t 100 GW đi n gió đ t liền mà Châu Âu có đư c

vào cuối năm 2012, cung c p 6,3% đi n tiêu th c a khối thì Đ c dẫn đầu có đến 29

GW

Trong chiến lư c mới về phát triển năng lư ng, đi n gió đư c xem là c u cánh

số một cho nền công nghi p đi n nước Đ c trong tương lai khi không có đi n h t nhân Kh năng công ngh và năng lực s n xu t đi n gió c a Đ c thuộc lo i hàng đầu thế giới, có thể cung c p thiết bị cho nhiều nước, trong đó có Vi t nam Riêng năm 2008 doanh thu từ xu t khẩu thiết bị đi n gió c a Đ c đã đ t 12 tỷ Euro Theo

Hi p hội Năng lư ng gió Đ c (BWE), nước này có thể lưu trữ 45.000 MW trên b

và 10.000 MW đi n gió ngoài khơi vào năm 2020, t o ra kho ng 150 TWh/năm, cung c p kho ng 25% s n lư ng đi n tiêu th c a Đ c

- TrungăQu c:ăLà một trong những quốc gia có nhu cầu sử d ng đi n lớn nh t

thế giới, Trung Quốc sớm nhận ra nguy cơ bị c n ki t các nguồn nhiên li u hóa

th ch và tình tr ng ô nhi m môi trư ng ngày càng gia tăng Vì vậy, Trung Quốc đã tiến hành thử nghi m s n xu t đi n từ các nguồn năng lư ng tái t o Năm 1986, nhà máy đi n gió đầu tiên đư c xây dựng t i Vinh Thành, tỉnh Sơn Đông Và sau đó với những chính sách linh ho t và mềm dẻo đó, thị trư ng đi n gió Trung Quốc đư c hình thành và ngày càng phát triển Đến cuối năm 2004, Trung Quốc đã có 43 khu

đi n gió với tổng công su t là 850 MW Năm 2005 Trung Quốc có 59 nhà máy đi n gió, lắp đặt 1.854 tua bin với tổng công su t 1.266 MW, đ ng th 10 trên thế giới Đến cuối năm 2008, công su t đi n gió c a Trung Quốc đã là 12.200 MW,

tương đương 2/3 công su t c a đ i công trình th y đi n Tam Hi p trên sông Dương

Tử (18.200 MW) Đến năm 2010, công su t đi n gió c a Trung Quốc là 25.100

MW, xếp th tư thế giới, sau Mỹ, Đ c và Tây Ban Nha

- năĐ :ăCùng với Trung Quốc, n Độ là một trong hai nước đang phát triển

nằm trong top 10 nước dẫn đầu thế giới về công su t đi n gió Năm 2000, n Độ mới chỉ có 1.220 MW đi n gió, thì sau 5 năm, công su t đi n gió c a n Độ đã tăng lên 3 lần, đ t m c 3.595 MW Chỉ tính riêng trong năm 2004, n Độ đã lắp đặt

đư c tuabin đi n gió mới với tổng công su t 1.112 MW, đưa n Độ vươn lên hàng

th năm trên thế giới về công su t, sau CHLB Đ c, Tây Ban Nha, Anh và Mỹ.[19]

- Pháp: Ngày 23/4/2004 nước Pháp đóng cửa mỏ than cuối cùng, từ đó kết thúc vi c khai thác than Đó là hình nh thu nhỏ và là mốc lịch sử quan trọng c a

vi c phát triển nguồn năng lư ng c a thế giới Pháp là một nước chiếm vị trí hàng đầu trong lĩnh vực năng lư ng h t nhân, nhưng đến nay đã đưa vi c phát đi n bằng

s c gió lên vị trí chiến lư c Pháp đã ho ch định một kế ho ch trung kỳ phát triển

đi n gió Theo kế ho ch đó, năm 2007 sẽ lắp thêm 1000MW - 3000MW thiết bị

đi n gió, đến năm 2010 sẽ có 3000MW đến 5000MW đi n gió đưa vào vận hành Theo tính toán sau khi kế ho ch nói trên đư c thực thi mỗi năm sẽ gi m đư c 3 tri u đến 6 tri u t n khí th i CO2 hi n nay tốc độ tăng trư ng mỗi năm hơn 60% Trên tổng công su t 100 GW đi n gió đ t liền mà Châu Âu có đư c vào cuối năm

2012, cung c p 6,3% đi n tiêu th c a khối

- ĐanăM ch: Tỷ l đi n gió hi n nay là 26% và theo Nhà nước Đan M ch thì

tỷ l này sẽ là 50% vào năm 2020 Ngoài đi n gió công nghi p, trong thập niên vừa qua công nghi p tua-bin đi n gió lo i nhỏ dưới 100kW phát triển nhanh nh kỹ thuật đã tương đối hoàn chỉnh, s n lư ng đi n thu đư c có tính kinh tế cao nên đư c lắp đặt t i nhiều nơi trên thế giới

Theo báo cáo cuối năm 2012 c a Hi p hội đi n gió thế giới WWEA (World Wind Energy Association) thì năm 2009 số tua-bin đi n gió lo i nhỏ đư c lắp đặt trên thế giới là 521.102 nhưng hi n nay số tua-bin này đã lên đến 700.000 đơn vị Ngoài vi c đưa thông tin về công ngh s n xu t tua-bin đi n gió lo i lớn từ 1 đến 10MW, công nghi p tua-bin đi n gió lo i nhỏ tr c ngang và tr c đ ng công

su t dưới 100kW, trong đó có nguyên tắc kỹ thuật, phương án nối đi n, s n lư ng

đi n hằng năm, vi c chọn lựa lo i tua-bin đi n gió cũng như những yếu tố cơ b n trong vi c lắp đặt tua-bin theo Tiêu chuẩn c a y ban Kỹ thuật Đi n Quốc tế IEC (International Electrotechnical Commission), Hi p hội đi n gió Anh quốc BWEA (British Wind Energy Association), Hi p hội đi n gió Đ c BWE (Bundesverband Wind Energie e.V) và Hi p hội đi n gió Mỹ AWEA (American Wind Energy Association)… Năm 2000 và 2003 mỗi năm xây dựng 1 trang tr i đi n gió gần

b biển Bắc, trang tr i đi n gió trên biển Middle Grunder là trang tr i đi n gió trên

biển lớn nh t thế giới hi n nay, công su t lắp đặt 40MW gồm 20 máy, mỗi máy 2MW Năm 2008, Đan M ch đã lắp đặt thêm 5 trang tr i đi n gió, tổng công su t lắp đặt là 750MW Theo tin đã đưa chính ph Đan M ch đã cùng với các xí nghi p

kỦ kết h p đồng xây dựng trên mặt biển Bantich một số nhà máy phát đi n gió có

tổng công su t 4.000MW

- Tây Ban Nha: Ngày 30/12/1999, Hội nghị Liên tịch Bộ trư ng Tây Ban Nha

đã thông qua kế ho ch phát triển năng lư ng tái t o 2000-2010, có quy ho ch tương đối c thể về phát triển năng lư ng gió M c tiêu là đến năm 2010 s n lư ng phát

đi n c a các lo i năng lư ng tái t o ph i đ t đến 12% tổng lư ng phát đi n toàn quốc Kế ho ch phát triển đó đã đưa ra phân tích kỹ lưỡng về các mặt kỹ thuật, nh

hư ng đối với môi trư ng, tính toán giá thành đầu tư, những tr ng i, các bi n pháp khuyến khích, dự báo về thị trư ng… c a vi c phát triển năng lư ng gió, có tính

kh thi r t cao.Trên tổng công su t 100 GW đi n gió đ t liền mà Châu Âu có đư c vào cuối năm 2012, cung c p 6,3% đi n c a khối, thì Tây Ban Nha có 21,6 GW

- Nh tăB n: Năm 2002 Nhật B n đã lắp đặt 486MW đi n gió, năm 2003 đã có

730MW, năm 2004 đã có 936MW Đến năm 2010 tổng công su t lắp đặt đi n gió sẽ

đ t 3.000MW Chính sách năng lư ng mới c a Nhật B n quy định, các Công ty

đi n lực có nghĩa v m rộng vi c sử d ng đi n gió, một là tự mình ph i phát đi n gió, mặt khác mua đi n c a các Công ty khác, mỗi năm đều có chỉ tiêu quy định Nhật B n ph n đ u tự s n xu t hoàn toàn thiết bị đi n gió, đồng th i hướng đến xu t khẩu Máy phát đi n gió c a các Công ty Nhật B n có nhiều tính năng ưu

vi t, tốc độ gió 1m/s đã có thể bắt đầu phát đi n, công su t đi n phát ra thư ng cao hơn 15 - 20% so với các thiết bị c a các nước khác

Nhật B n đặt m c tiêu đến năm 2030 đi n gió sẽ có công su t lắp đặt là 11.800MW [20]

1.1.2ăăNhuăc uăs ăd ngănĕngăl ng củaăVi tăNam

Vi t Nam, sự kh i sắc c a nền kinh tế từ sau đổi mới, hội nhập sâu rộng vào nền kinh tế thế giới làm cho nhu cầu về đi n gia tăng đột biến trong khi năng lực cung ng chưa phát triển kịp th i Nếu tiếp t c đà này, nguy cơ thiếu đi n vẫn sẽ

còn là nỗi lo thư ng trực c a ngành đi n lực Vi t Nam cũng như c a các doanh nghi p và ngư i dân c nước

Nếu tốc độ phát triển nhu cầu về đi n tiếp t c duy trì m c r t cao 15%/năm như m y năm tr l i đây thì đến năm 2010 nhu cầu về đi n sẽ đ t m c 90.000 GWh, g p đôi m c cầu c a năm 2005 Theo dự báo c a Tổng Công ty Đi n lực Vi t Nam, nếu tốc độ tăng trư ng GDP trung bình tiếp t c đư c duy trì m c 7,1%/năm thì nhu cầu đi n s n xu t c a Vi t Nam vào năm 2020 sẽ là kho ng 200.000 GWh, vào năm 2030 là 327.000 GWh Trong khi đó, ngay c khi huy động tối đa các nguồn đi n truyền thống thì s n lư ng đi n nội địa c a chúng ta cũng chỉ

14-đ t m c tương ng là 165.000 GWh (năm 2020) và 208.000 GWh (năm 2030).[21]

1.1.3ăăS ăc năthi tăph iăphátătriểnăđi năgióă ăVi tăNam

Trong nhiều sự lựa chọn để s n xu t đi n, nhiều nước đang hướng đến sử d ng nguồn năng lư ng tái t o và h n chế ph thuộc vào nguồn năng lư ng truyền thống đang dần c n ki t và nh hư ng môi trư ng Trong các lo i hình năng lư ng tái t o, năng lư ng gió đư c chú trọng đặc bi t

Theo các báo cáo c a Đ i học Harvard (Mỹ), tiềm năng đi n gió trên thế giới

có thể t o ra công su t đi n nhiều g p 40 lần đi n năng tiêu th hi n nay Trong chương trình đánh giá về năng lư ng cho châu Á, Ngân hàng Thế giới (The World Bank Asia Alternative Energy Program) đã có một kh o sát chi tiết về năng lư ng gió khu vực Đông Nam Á, Vi t Nam có tiềm năng gió lớn nh t và hơn hẳn các quốc gia lân cận (Vi t Nam có tới 8,6% di n tích lãnh thổ đư c đánh giá có tiềm năng từ

“tốt“ đến “r t tốt“ để xây dựng các tr m đi n gió cỡ lớn) [23]

Đi n gió gây nh hư ng r t ít đến môi trư ng Thực vậy, 1GWh đi n gió s n sinh ra kho ng 10 t n CO2, trong khi 1 GWh nhi t đi n than s n sinh ra từ 830- 920

t n CO2 (tính theo vòng đ i dự án)

Tài nguyên năng lư ng gió tương đối phong phú, đặc bi t các vùng ven biển

và các vùng đ t trống, do vậy có thể phát triển qui mô lớn

Th i gian xây dựng dự án đi n gió ngắn hơn nhiều so với th i gian xây dựng các dự án đi n truyền thống như đi n h t nhân hay nhi t đi n

Công ngh sử d ng đi n gió đã phát triển đến m c hoàn thi n Các turbine thương m i lớn nh t hi n nay đư c lắp đặt độ cao trên 100m, có đư ng kính x p

xỉ 100m và có công su t danh định từ 3-5MW Turbine thế h mới đang đư c thử nghi m có công su t lên đến 7, 5MW/turbine

Theo Quy ho ch đi n VI, tổng công su t đi n từ nguồn năng lư ng tái t o sẽ tăng từ 2,5% (năm 2008) lên 3% vào năm 2010, 5% vào năm 2020 và 11% vào năm

2050 Tuy nhiên, báo cáo c a V Năng lư ng (Bộ Công Thương) cho biết, hi n c nước mới có 42 dự án đi n gió t i 12 tỉnh (ch yếu tập trung miền Trung, Tây Nguyên và Tây Nam Bộ) với tổng công su t 3.906 MW Trong đó, 1/3 số dự án có

sự tham gia c a nhà đầu tư nước ngoài như: Đ c, Canada, Th y Sĩ, Argentina nhưng vi c đầu tư còn chậm và mang tính thăm dò Trừ tỉnh Bình Thuận là địa phương đư c đánh giá là có tiềm năng gió lớn nh t nước với di n tích 75.468 héc ta (vận tốc gió trên 6,0m/s), quy ho ch công su t nguồn đi n gió giai đo n 2010-2015

có xét đến năm 2020 đ t tới kho ng 3.000MW, đến th i điểm này, tổng công su t các dự án đi n gió đã đăng kỦ và đang triển khai đ t tới 1.541 MW Và B c Lêu vào lúc 15gi 30 phút ngày 29/5/2012, có 10 tuabin đi n gió c a dự án đi n gió B c Liêu, công su t 16MW, đã hoà vào lưới đi n quốc gia, hoàn thành giai đo n 1 c a công trình Theo Ch đầu tư, các h ng m c khác c a công trình như: tr m biến áp 22/110 kV, đư ng dây 110kV, đư ng dây 22kV trên không, tr m biến áp 0,69/22

kV dưới chân tr đi n gió và h thống cáp đi trên cầu dẫn kết nối từ các tr m tuabin vào đư ng dẫn 22kV trên không cũng đư c xây dựng và hoàn thành đưa vào sử

d ng đồng bộ, b o đ m ch t lư ng sau khi đư c nghi m thu

Dự án công trình đi n gió B c Liêu đư c xây dựng t i xã ven biển Vĩnh Tr ch Đông, thành phố B c Liêu (tỉnh B c Liêu), có tổng công su t 99MW, với tổng vốn đầu tư 5.200 tỷ đồng, gồm 62 tr tuabin đi n gió Tổng công su t phát đi n c a công trình là 320 tri u kWh/năm Giai đo n 1 công su t phát đi n đ t trên

55 tri u kWh/năm

Dự kiến trong tháng 7 tới các đơn vị sẽ tiếp t c thi công 52 tr tuabin còn l i c a công trình Công trình sẽ hoàn thành, đưa vào sử d ng vào cuối tháng 12/2014

1.1.4ăNh ngăk t qu ănghiênăcứuătrongăn c

Những công trình liên quan đến nguồn năng lư ng mới đã đư c nghiên c u

ng d ng trong nước bao gồm:

- Các kết qu thực nghi m điều khiển máy phát đi n không đồng bộ nguồn kép trong h thống phát đi n ch y bằng s c gió áp d ng phương pháp thiết kế phi tuyến backstepping – Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang – Năm 2006

- Nghiên c u đánh giá hi n tr ng và định hướng phát triển năng lư ng tái t o

- Thiết kế bộ điều khiển hòa lưới cho máy phát đi n gió sử d ng máy phát

đi n c m ng nguồn kép DFIG – PGS.TS Lại Khắc Lãi – Tạp chí khoa học công

nghệ - Đại học thái nguyên số 10

- Điều khiển máy đi n dị bộ nguồn kép trong h thống phát đi n ch y bằng

s c gió với bộ điều khiển dòng thích nghi bền vững trên cơ s kỹ thuật

Backstepping – PGS.TSKH Nguyễn Phùng Quang Năm 2007

- …

1.1.5ăNh ngăk tăqu ănghiênăcứuăngoƠiăn c

- Effective control of wind turbine generator wind speed changes in grid

connected applications - M.G MOLINA* P.E MERCADO - Universidad

Nacional de San Juan – UNSJ Argentina

- Modeling of Wind Turbine Driving Permanent Magnet Generator with

Maximum Power Point Tracking System - Ali M Eltamaly

- Simulation and Analysis of a DFIG Wind Energy Conversion System with Genetic Fuzzy Controller – B Babypriya, N Devarajan – International Journal of Soft Computing and Engineering ( IJSCE) ISSN: 2231-2307, Volume-2, Issue-2, May 2012

- A Novel Integrated AC/DC/AC Converter For Direct Drive Permanent

Magnet Wind Power Generation System - J.Sheela Arokia Mary, S.Sivasakthi

Student, M.E Embedded System Technologies, Associate Professor,

Department of EEE

- Wind Turbine Operation in Power Systems and Grid Connection

Requirements - A Sudrià 1

, M Chindris 2 , A Sumper 1 , G Gross 1 and F Ferrer

- Control DFIG wind generators - By s müller, m deicke, & rik w

1.3ăNhi măv ăvƠăgi iăh năcủaăđềătƠi

1.3.1ăNhi măv ăcủaăđềătƠi

- Tìm hiểu các d ng mô hình c a máy phát đi n gió kết nối với lưới đi n

- Trình bày các phương trình chuyển đổi năng lư ng trong mô hình điều khiển máy phát đi n gió DFIG

- Xây dựng mô hình nội, bộ lọc imc điều khiển máy phát đi n gió DFIG bằng Matlab/Simulink

- Tổng h p, nhận xét, đánh giá kết qu mô phỏng và đưa ra hướng nghiên c u trong tương lai

1.3.2ăăGi iăh năđềătƠi

- Nội dung nghiên c u xoay quanh v n đề điều khiển độc lập công su t P,Q để máy phát đ t hi u su t tối đa và ổn định

- Xây dựng mô hình nội điều khiển máy phát đi n gió dùng DFIG bám các điểm vận hành tối ưu c a tuabin nhằm đ t công su t thực cực đ i, qua đó nhận xét, đánh giá các kết qu mô phỏng khi sử d ng mô hình nội để điều khiển h thống máy phát đi n gió DFIG bằng phần mềm Matlab /Simulink

1.4ăăPh ngăphápănghiênăcứu:

- Sử d ng phương pháp mô hình nội, và bộ lọc imc phân tích, nhận xét các kết

qu cần nghiên c u c a h thống điều khiển máy phát đi n gió DFIG

- Thực hi n mô phỏng trong môi trư ng Matlab/Simulink

- Đưa ra nhận xét dựa trên kết qu mô phỏng

Ch ngă2:

C ăS ăLụăTHUY T 2.1.ăC uăt oăturbineăgió

2.1.1.ăCácălo iăturbineăgió

Các tuabin gió hi n nay đư c chia thành hai lo i:

- Một lo i theo tr c đ ng giống như máy bay trực thăng

- Một lo i theo tr c ngang

Các lo i tuabin gió tr c ngang là lo i phổ biến có 2 hay 3 cánh qu t Tuabin gió 3 cánh qu t ho t động theo chiều gió với bề mặt cánh qu t hướng về chiều gió đang thổi Ngày nay, tuabin gió 3 cánh qu t đư c sử d ng rộng rãi [22]

Hình 2.1 Các dạng turbine gió

2.1.2.ăC uăt oăh th ngămáyăphátăđi năgió

C u t o một máy phát turbine gió tr c ngang gồm những bộ phận sau:

Hình 2.2 Cấu tạo turbine gió trục ngang

- Blades: Cánh qu t, Gió thổi qua các cánh qu t là nguyên nhân làm cho các cánh qu t chuyển động và quay, sẽ chuyển động lực c a gió thành năng lư ng cơ

- Rotor: Bao gồm các cánh qu t và tr c

- Pitch: Bước răng, Cánh đư c xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay với tốc độ gió không quá cao hay quá th p để t o ra đi n

- Brake: Bộ hãm (phanh), Dùng để dừng rotor trong tình tr ng khẩn c p bằng

đi n, bằng s c nước hoặc bằng động cơ

- Low-speed shaft: Tr c quay tốc độ th p

- Gearbox: Hộp số, Bánh răng đư c nối tr c có tốc độ th p với tr c có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc

độ quay là yêu cầu c a hầu hết các máy phát đi n s n xu t ra đi n Bộ bánh răng này r t đắt tiền nó là một phần c a bộ động cơ và tuabin gió

- Generrator: Máy phát ra đi n

- Controller: Bộ điều khiển sẽ kh i động động cơ tốc độ gió kho ng 8 đến

14 dặm/gi tương ng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc động cơ kho ng 65 dặm/gi tương đương với 104 km/h b i vì các máy phát này có thể phát nóng

- Anemometer: Bộ đo lư ng và truyền dữ li u tốc độ gió tới bộ điểu khiển

- Wind vane: Để xử lỦ hướng gió và liên l c với “yaw drive” để định hướng tuabin gió

- Nacelle: Vỏ Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ đư c đặt trên đỉnh tr

và bao gồm các phần: gear box, low and high - speed shafts, generator, controller, and brake Vỏ bọc ngoài dùng b o v các thành phần bên trong vỏ Vỏ ph i đ rộng

để một kỹ thuật viên có thể đ ng bên trong trong khi làm vi c

- Hight-speed shaft: Tr c truyền động c a máy phát tốc độ cao

- Yaw drive: Thiết bị dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió chính khi có sự thay đổi hướng gió

- Yaw motor: Động cơ cung c p cho “yaw drive” định chỉnh đư c hướng gió

- Tower: Tr đỡ Nacelle, Tr tháp đư c làm bằng thép hình tr hoặc thanh

dằn bằng thép B i vì tốc độ gió tăng lên nếu tr càng cao, tr đỡ cao hơn để thu

đư c năng lư ng gió nhiều hơn và phát ra đi n nhiều hơn [8]

2.1.3.ăCácăd ngăc tăthápăturbineăgió

Cột tháp c a tua bin gió dung để nâng đỡ nacelle và rotor

Những cột tháp c a tua bin gió lớn có thể là d ng cột thép tròn, cột khung giàn thép hoặc cột tháp bê tông D ng cột tháp đư c giữ cố định bằng các dây nối đ t thư ng chỉ đư c sử d ng đối với các tua bin gió cỡ nhỏ

- D ng cột thép hình ống [22] (Tubular steel tower)

ống với độ vững chãi tương tự Tuy nhiên, vì lỦ do thẩm mỹ mà những cột tháp khung giàn ít đư c sử d ng cho các tuabin gió cỡ lớn và hi n đ i ngày nay

- Cột tháp d ng dây nối đ t (Guyed pole tower)

- Cột tháp d ng tr :

Hì nh 2.6 Cấu tạo tháp trụ

2.1.4.ăCánhăqu tăvƠătr căcánhăqu t

Cánh qu t (Blades): đư c thiết kế để nhận lực nâng c a gió bằng cách t o ra các áp lực khác nhau trên bề mặt cánh qu t Để đ t hi u su t cực đ i [22]

Hình 2.7 Cánh quạt

Tr c cánh qu t có tác d ng để kết nối các cánh qu t l i với nhau và chúng

đư c nối với tr c chính Thông thư ng một máy phát đi n có 3 cánh qu t đư c điều chỉnh góc quay (Pitch) b i 3 động cơ

Hình 2.8 Trục cánh quạt

2.1.5.ăăĐ ngăc ăđiềuăchỉnhăcánhăqu tăvƠăđiềuăkhiểnăh ngăturbine

H thống điều khiển góc nghiên c a cánh qu t, đư c sử d ng 3 động cơ để thay đổi góc quay (Yaw driver) M c đích để nhận đư c năng lư ng gió là lớn nh t có thể

và không nhận năng lư ng khi tốc độ gió vư t giới h n cho phép như giông b o

Hình 2.9 Động cơ điều chỉnh góc nghiên cánh quạt

Động cơ điều khiển hướng turbine: M c đích để chỉnh turbine hướng vuông góc với hướng gió khi có thay đổi hay nhi u lo n hướng gió

Hình 2.10 Động cơ điều chỉnh hướng turbine

2.1.6.ăH ăth ngăhƣm

Hình 2.11 Hệ thống hãm turbine

2.1.7.ăH păs ăchuyểnăđ iăt căđ ăvƠăh ăth ngăđiềuăkhiểnăcánhăqu t

H thống hộp số (Gearbox): M c đích làm tăng vận tốc quay c a gió từ 30 đến

60 vòng/phút lên 1200 đến 1500 v/p để có kh năng phát ra đi n

Hình 2.12 Hộp số chuyển đổi tốc độ

2.1.8 Võ turbine

Hình 2.13 Võ turbine

2.2.ăCácăthôngăs ăliênăquanăđ nămáyăphátăđi nădùngătrongăturbineăgió

2.2.1.ăCácăthôngăs ăc ăb nămáyăđi năkhôngăđ ngăb :

Máy đi n không đồng bộ dùng truyền động cho t i cơ, tốc độ quay rotor nhỏ hơn so với tốc độ từ trư ng

n: là tốc độ quay c a rotor (vòng/phút)

2.2.2.ăĐ cătínhăc ăcủaămáyăđi năkhôngăđ ngăb

- Khi 0 < n < n1 hay 0 < s < 1 máy đi n làm vi c chế độ động cơ

- Khi n < 0 hay s > 1 máy đi n làm vi c chế độ hãm ngư c

- Khi n > n1 hay s < 0 rotor c a máy đi n có tốc độ lớn hơn tốc độ từ trư ng (nh động cơ sơ c p gắn đồng tr c), máy đi n làm vi c chế độ máy phát đi n không đồng bộ Moment đi n từ sinh ra ngư c với chiều quay c a rotor có tác d ng hãm, máy đi n chuyển cơ năng thành đi n năng Máy đi n cung c p công su t tác

d ng cho lưới đi n

Hình 2.14 Đặt tính moment quay của máy điện không đồng bộ

2.2.3.ăCácăcôngăthứcăc ăb năcủaămáyăphátăđi năgióăkhôngăđ ngăb

Động năng gió trong một đơn vị thể tích Ek = (1/2)..V2, trong đó  (kg/m3) là mật độ không khí Công su t gió xuyên qua khu vực di n tích A với tốc độ gió trung bình V là:

3

1

2

2.3.2.ăNguyênălýălƠmăvi căcủaăturbineăgió

Năng lư ng gió thổi vào cánh turbine làm quay turbine Tr c turbine đư c nối với hộp số để tăng tỉ số truyền để ổn định cho rotor máy phát H thống điều khiển nhận tín hi u tốc độ gió để thay đổi góc quay c a cánh qu t, sao cho nhận đư c năng lư ng gió qua cánh turbine là lớn nh t Vận tốc góc truyền từ hộp số vào máy phát đi n, vào h thống điều khiển để h thống điều khiển máy phát đưa công su t ngõ ra đ t giá trị danh định

Khi h thống đã hoà đồng bộ với lưới đi n, dòng năng lư ng qua máy phát

ho t động hai chế độ:

- Khi gió thổi vào cánh turbine quay ng với tần số th p hơn tần số c a lưới

đi n Đây là chế độ làm vi c dưới đồng bộ (sub – synchronous) máy đi n l y năng

lư ng từ lưới qua stator

- Khi gió thổi vào cánh turbine quay ng với tần số cao hơn tần số c a lưới

đi n Đây là chế độ làm vi c quá đồng bộ (super – synchronous) máy đi n đưa năng

lư ng đến lưới qua rotor

2.4.ăPh ngăphápăđiềuăkhiểnăvƠăcácămôăhìnhăh ăth ngăturbineăgió

2.4.1.ăPh ngăphápăđiềuăkhiểnăh ăth ngăturbineăgióăc ăđ nh

Mô hình máy phát đi n gió dùng máy đi n không đồng bộ

Hình 2.16 Mô hình máy phát không đồng bộ

 uăđiểm:

- C u t o đơn gi n

- Chi phí th p

 Nh căđiểm:

- Không điều khiển bù công su t ph n kháng

- Công su t phát ra ph thuộc vào năng lư ng gió nhận đư c

- Khi năng lư ng gió là lớn, thay đổi đột ngột như giông, b o sẽ nh hư ng đến h thống cơ c a turbine gió Lưới đi n m t ổn định

2.4.2.ăPh ngăphápăđiềuăkhiểnătutbine gióăthayăđ iăt căđ

Lo i này thiết kế để đ t hi u qu cực đ i về phương di n khí động học Chúng đáp ng đư c sự thay đổi c a tốc độ gió[12][13]

Hình 2.17 Mô hình máy phát không đồng bộ điều khiển điện trở rotor (loại B)

Dao động công su t ngõ ra sẽ gi m khi có sự thay đổi h số trư t H số trư t trong máy phát thư ng duy trì nhỏ, do đó tốc độ thay đổi kho ng 1  2% giữa lúc có

t i và không t i

Hình 2.18 Đường đặc tính moment theo độ trượt s, thay đổi điện trở rotor

Mô hình máy phát đi n gió đồng bộ với DC – link converter H thống có thể vận hành máy phát đi n một tần số độc lập với tần số nguồn đi n Thay đổi tần số máy phát đi n làm thay đổi tốc độ máy phát đi n[12][13]

Mô hình máy phát đi n gió không đồng bộ nguồn kép DFIG Khi h thống đã hoà đồng bộ với lưới đi n, dòng năng lư ng qua máy phát ho t động hai chế độ Khi turbine gió quay với tần số th p hơn tần số c a lưới đi n Đây là chế độ làm vi c dưới đồng bộ máy đi n l y năng lư ng từ lưới qua stator

Khi turbine gió quay ng với tần số cao hơn tần số c a lưới đi n Đây là chế độ làm vi c trên đồng bộ máy đi n đưa năng lư ng đến lưới qua rotor

Hình 2.19 Mô hình máy phát điện gió có điều khiển tốc độ

Hình 2.20 Mô hình máy phát điện gió có điều khiển tốc độ

 uăđiểm:

- Tăng hi u su t chuyển đổi năng lư ng cơ đi n

- Gi m tác động cơ lên turbine khi có thay đổi tốc độ gió

- Nâng cao ch t lư ng đi n năng

2.4.3ăPh ngăphápăn iăl iăchoăh ăth ngămáyăphátăđi năgió

Tr m đi n gió gồm nhiều turbine liên kết với nhau, tuỳ thuộc vào công su t

c a tr m đi n gió mà số lư ng và công su t turbine gió sẽ khác nhau Công su t mỗi turbine trung bình 1.5 MW Các h thống lưới liên kết nhau qua h thống truyền t i

DC hoặc AC

Hình 2.21 Mô hình kết nối tr m đi n gió vào lưới đi n

 Hi nănayătrênăth ăgi iăcóăhaiăph ngăphápăn iăl i:

- Phương pháp nối lưới trực tiếp: máy phát c m ng đưa vào lưới thông qua máy

biến áp tăng áp, nên khó điều chỉnh dòng đi n vào lưới, d làm m t ổn định h thống

- Phương pháp nối lưới gián tiếp: Các máy phát đi n gió thư ng kh i động

tần số th p hơn tần số lưới đi n, do đó ta thư ng sử d ng biến tần để điều chỉnh sao cho tần số máy phát đi n gió bằng với tần số lưới đi n nhằm tránh sự m t ổn định

c a h thống

CH NGă3:ă

XÂYăD NGăMỌăHÌNHăTOÁNă MÁYăPHÁTăKHỌNGăĐ NGăB ăNGU NăKÉP (DFIG )

Nội dung chương này trình bày mô hình toán học c a máy phát đi n nguồn kép

đư c xây dựng trên h tr c tọa độ quay với tốc độ đồng bộ (h tr c d-q) Thiết lập các h phương trình trên h tọa độ đồng bộ d-q nhằm mô phỏng và xây dựng gi i

thuật điều khiển tối ưu công su t tác d ng và công su t kháng cho máy phát đi n

nguồn kép (DFIG)

3.1 Môăhìnhăkh iăturbineăgióă.ă

Công su t turbine trên tr c rotor sinh ra từ năng lư ng gió chính là sự khác

nhau giữa động năng tích trữ trong gió phía trước cánh qu t có vận tốc v (m/s) và động năng c a gió phía sau cánh qu t Do đó nó ph thuộc vào hi u su t c a cánh

qu t hay còn gọi là hi u su t c a rotor

1 ( , )2

P    R v C   (3.1) Trong đó:

- ρ là mật độ không khí (kg/m 3

)

- R là bán kính cánh qu t (m)

- v là vận tốc gió (m/s)

- C p là hi u su t cánh qu t turbine (hay còn gọi là hi u su t c a rotor) là một

hàm theo tỉ số tốc độ λ và góc pitch β minh họa hình 3.1 và đư c xác định bằng công th c sau:

i

     (3.3)

3.2.ăBiểuădi năcácăđ iăl ngăphaăsangăđ iăl ngăvectorătrongăkhôngăgian

Mô hình chuyển đổi h thống các đaị lư ng ba pha sang các đ i lư ng vector trong không gian đư c định nghĩa theo h th c:

Hình 3.2 Nguyên lý vector trong không gian

H thống ba pha ( v a , v b , v c ) có thể chuyển sang h thống vector hai pha (vα, vβ) nằm trong cùng mặt phẳng

v v

+ k=1, ta có phép biến đổi có biên độ lớn g p 1,5 lần

+ k= 2 / 3, ta có phép biến đổi b o toàn công su t, t c là khi áp d ng cùng

phép biến đổi cho c hai đ i lư ng áp và dòng thì ta đư c quan h P abc =P αβ

Trong luận văn này chọn k=2/3 (phép biến đổi giữ nguyên biên độ), khi đó

_ +

_

_ +

3.3.ăăMôăhìnhătoánăcủaămáyăphátăđi nă(ăDFIGă)ătrongăh ătr căt aăđ ătĩnhăα-β

Máy phát đi n không đồng bộ ba pha ( DFIG ) thực ch t là máy đi n không đồng bộ ba pha rotor dây qu n Gi thiết rằng các cuộn dây stator và rotor bố trí một cách đối x ng về mặt không gian, đư c đ u dây theo kiểu hình Y-Y (hình 3.3) Bỏ qua các tổn hao sắt từ, không xét đến hi n tư ng bão hòa vật li u từ H phương

trình thu đư c trong h tr c tọa độ tĩnh α-β như sau:

Hình 3.3 Sơ đồ đấu dây của hai bộ dây quấn stator và rotor dạng Y-Y

Xu t phát từ phương trình đi n áp stator và rotor c a máy đi n không đồng bộ rotor dây qu n:

Áp d ng cách chuyển từ các phương trình (3.6) và (3.7) sang vector không gian

ta thu đư c phương trình đi n áp stator và rotor

_

+ +

_

+ Var

 , r

r

 từ thông stator và rotor tương

ng đư c mô t b i phương trình

Qui đổi các thông số về m ch stator, và đưa các phương trình về h tr c tọa độ

tĩnh α-β gắn trên stator, ta thu đư c:

Phương trình đi n áp stator:

L s- đi n c m dây qu n stator, L s =L ls +L m

L m- đi n c m từ hóa (H)

L r- đi n c m dây qu n rotor qui về phía stator, L r =L lr +L m

L ls , L lr- là đi n c m rò dây qu n stator và rotor

Phương trình moment đi n từ:

3.4 Môăhìnhătoánăcủaămáyăphátăđi nă(ăDFIGă)ătrongăh ătr căt aăđ ăquayăd-q

Luận văn sẽ xây dựng mô hình toán học DFIG trong h tr c dq

Thiết lập các h phương trình trên h tọa độ đồng bộ d-q nhằm mô phỏng và

xây dựng gi i thuật điều khiển tối ưu công su t tác d ng và công su t kháng cho máy phát đi n nguồn kép (DFIG)

Ta có, tr c c a dây qu n stator và rotor trong h tr c dq như sau: