Điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phong điện

Sự phát triển c a khoa học và công nghệ ph c v trong ngành công nghiệp năng l ợng tái tạo trong đó có các turbine gió nguồn kép DFIGΨ thay đổi tốc độ đ ợc sử d ng nhiều hơn so với các tu

Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài

Lý lịch khoa học

L i cam đoan i

L i c m ơn ii

M c L c iii

Tóm tắt luận văn viii

Danh sách các hình ix

Danh sách các ký hiệu sử d ng trong luận văn xi

Phần m đầu xv

Ch ơng 1.Tổng quan năng l ợng gió 1

1.1 Hiện trạng về phát triển Điện gió trên thế giới 1

1.1.1.Giới thiệu chung tình hình năng l ợng hiện nay 1

1.1.2 Tình hình phát triển năng l ợng tái tạo 1

1.2 Kết qu nghiên c u ngoài n ớc và trong n ớc 4

1.2.1 Những nghiên c u ngoài n ớc 4

1.2.2 Kết qu nghiên c u trong n ớc 5

1.3 M c tiêu và nhiệm v nghiên c u 6

1.4 Phạm vi nghiên c u 6

1.5 Ph ơng pháp nghiên c u 6

2.1 C u tạo turbine gió 7

2.1.1 Các loại turbine gió 7

2.1.2 C u tạo hệ thống máy phát điện gió 8

2.1.3 Các dạng tháp 9

2.1.4 Cánh quạt và tr c cánh quạt 10

2.1.5 Động cơ điều chỉnh cánh quạt và điều khiển h ớng turbine 11

2.1.6 Hệ thống hãm 12

2.1.7 Hộp số chuyển đổi tốc độ và hệ thống điều khiển cánh quạt 12

2.1.8 Vỏ turbine 13

2.2 Mô hình và nguyên lý vận hành c a turbine gió 14

2.2.1 Mô hình điều khiển c a turbine gió nguồn kép DFIG 14

2.2.2 Nguyên lý làm việc cơ b n c a turbine gió 14

2.3 Ph ơng pháp điều khiển và các mô hình hệ thống turbine gió… 16

2.3.1 Ph ơng pháp điều khiển hệ thống turbine gió cố định 16

2.3.2 Ph ơng pháp điều khiển tutbine gió thay đổi tốc độ 17

2.3.3 Turbine gió máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG) 19

2.3.4 Ph ơng pháp nối l ới cho hệ thống máy phát điện gió 20

2.4 Điều khiển m 20

2.4.1 C u trúc điều khiển logic m 20

2.4.2 Phân loại bộ điều khiển m 21

2.4.3 Các b ớc tổng hợp bộ điều khiển m 22

3.1 Mô hình khối turbine gió 25

3.2 Biểu diễn các đại l ợng pha sang đại l ợng vector trong không gian 27

3.3 Quan hệ giữa hệ tr c tọa độ tĩnh α-β và hệ tr c tọa độ quay d-q 29

3.4 Quan hệ giữa hệ tr c tọa độ quay abc và hệ tr c tọa độ quay d-q 30

3.5 Mô hình toán c a máy phát điện (DFIG) trong hệ tr c tọa độ tĩnh α-β 30

3.6 Mô hình toán c a máy phát điện (DFIG) trong hệ tr c tọa độ quay d-q 33

3.7 Điều khiển công su t tác d ng và công su t ph n kháng máy phát DFIG 36

3.7.1 Cơ s lý thuyết c a việc điều khiển 36

3.7.2 Điều khiển độc lập công su t tác d ng và công su t ph n kháng 37

3.8 Mô hình bộ chuyển đổi 40

3.8.1 Hệ thống điều khiển bộ biến đổi phía l ới (GSC) 40

3.8.2 Hệ thống điều khiển bộ biến đổi phía rotor (RSC) 43

3.9 Các đại l ợng cơ b n 47

Ch ơng 4 Thiết kế bộ PID m điều khiển máy phát không đồng bộ 49

4.1 Giới thiệu bộ PID kinh điển 49

4.2 Trình tự thiết kế bộ điều khiển PID m 50

4.3 So sánh kết qu mô phỏng bộ điều khiển PID m khối 56

Ch ơng 5 Mô hình và kết qu mô phỏng dùng bộ PID m điều khiển 58

5.1 Mô hình điều khiển máy phát điện nguồn kép DFIG 58

5.1.1 Sơ đồ mô hình mô phỏng trong Matlab/simulink 60

5.1.2 Mô hình hệ thống khối Wind turbine và Generator&Converters 61

5.1.3 Mô hình mô phỏng khối điều khiển bộ converter phía l ới 61

5.1.5 Sơ đồ tổ máy phát và bộ chuyển đổi công su t 64

5.1.6 Mô hình mô phỏng khối điều khiển Wind DFIG - Grid và 65

5.1.7 Mô hình mô phỏng khối điều khiển bộ converter phía l ới 65

5.1.8 Mô hình mô phỏng khối điều khiển bộ converter phía rotor 66

5.1.9 Mô hình mô phỏng khối máy phát không đồng bộ 66

5.1.10 Mô hình mô phỏng khối Rotor c a máy phát 67

5.1.11 Khối biến đổi dòng điện và công su t phía l ới 67

5.1.12 Khối b o vệ hệ thống máy phát điện nguồn kép DFIG 68

5.2 Trình tự mô phỏng 68

5.2.1 Mô phỏng turbine gió đáp ng với sự thay đổi vận tốc gió 68

5.2.2 Mô phỏng turbine gió đáp ng với sự thay đổi vận tốc gió nhiều 73

5.2.3 Mô phỏng đáp ng turbine gió khi x y ra sự cố……… 78

5.2.3.1 Mô phỏng l ới B25 (25kV) bị chạm đ t một pha….……… 78

5.2.3.2 Mô phỏng l ới B120 (25kV) khi bị s t áp……… 80

Ch ơng 6 Kết luận và h ớng phát triển c a đề tài 82

6.1 Kết luận 82

6.1.1 Các kết qu đư đạt đ ợc trong đề tài 82

6.1.2 Hạn chế 82

6.2 H ớng phát triển c a đề tài 82

Tài liệu tham kh o 84

Trong những năm gần đây, năng l ợng gió đư tr thành một trong những nguồn năng l ợng quan trọng và đầy triển vọng đối với việc sử d ng các nguồn năng

l ợng tái tạo Sự phát triển c a khoa học và công nghệ ph c v trong ngành công nghiệp năng l ợng tái tạo trong đó có các turbine gió nguồn kép (DFIGΨ thay đổi tốc độ đ ợc sử d ng nhiều hơn so với các turbine tốc độ gió cố định Nội dung chính c a luận văn này là nghiên c u về việc điều khiển hệ thống phát điện c a tổ máy phát hòa l ới thông qua bộ chuyển đổi Do stator c a máy phát điện đ ợc kết nối trực tiếp vào l ới điện và điện áp đ ợc cố định theo điện áp l ới trong khi rotor

đ ợc kết nối thông qua một công c chuyển đổi AC/DC/AC, nên m c tiêu điều khiển độc lập công su t tác d ng và ph n kháng phía stator c a máy phát DFIG

đ ợc qui về điều khiển độc lập hai thành phần vector dòng điện stator trên hệ tọa độ tham chiếu d-q chế độ xác lập

Việc điều khiển dòng công su t trao đổi giữa stator máy phát điện DFIG và l ới điện đ ợc thực hiện bằng cách sử d ng gi i thuật điều khiển m để điều khiển độc lập hai thành phần c a vector dòng stator bằng cách tác động lên điện áp phía rotor thông qua bộ chuyển đổi AC/DC/AC Kết qu cho th y khi sử d ng các bộ PID m vào điều khiển thì đáp ng hệ thống bám r t tốt theo sự thay đổi c a tín hiệu đặt, điện áp VDC-link luôn giữ ổn định và luôn là hằng số Mô hình đ ợc mô phỏng để nghiên c u dựa trên mô hình hiện có c a Matlab/Simulink phiên b n 2010a

In recent years, wind energy has become one of the most important energy source and promising for the use of renewable energy sources The development of science and technology for renewable energy industries including wind turbines dual source (DFIG) change the speed to be used more than the fixed speed wind turbines The main content of this thesis is the study of the control system's power generating grid through the converter Due to the stator of the generator is connected directly to the grid voltage and grid voltage fixed while the rotor is connected through a converter AC/DC/AC, so independent control objectives active and reactive power to the generator stator of DFIG is required of independent control of two vector components stator current on d-q reference coordinate system

in the setting mode

The control power flow exchanged between the DFIG generator stator and the grid is made using fuzzy control algorithm to control two independent components

of the stator current vector by acting on the rotor side voltage through the converter AC/DC/AC The results showed that when using fuzzy PI and fuzzy PID control, the system response very good grip on the change of the signal, VDC - link voltage

to keep stable and always constant Model was been based simulation to study the existing model of Matlab/Simulink version 2010a

HÌNH Trang

Hình 2.1: Các dạng turbine gió 7

Hình 2.2: C u tạo turbine gió tr c ngang 8

Hình 2.3: C u tạo tháp tr 9

Hình 2.4: Tháp mắc cáo 10

Hình 2.5: Cánh quạt 10

Hình 2.6: Tr c cánh quạt 11

Hình 2.7: Động cơ điều chỉnh góc nghiên cánh quạt 11

Hình 2.8: Động cơ điều chỉnh h ớng turbine 12

Hình 2.9: Hệ thống hãm turbine 12

Hình 2.10: Hộp số chuyển đổi tốc độ 13

Hình 2.11: Vỏ turbine 13

Hình 2.12: Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phát nguồn kép DFIG 14

Hình 2.13: Mô hình máy phát không đồng bộ 16

Hình 2.14: Mô hình máy phát không đồng bộ điều khiển điện tr rotor 17

Hình 2.15: Đ ng đặc tính moment theo độ tr ợt s, thay đổi điện tr rotor 18

Hình 2.16: Mô hình máy phát điện gió có điều khiển tốc độ 18

Hình 2.17: Mô hình turbine gió tốc độ thay đổi dùng máy phát DFIG 19

Hình 2.18: Mô hình kết nối trạm điện gió vào l ới điện 20

Hình 2.19: Các khối ch c năng c a bộ điều khiển m cơ b n 21

Hình 2.20: Các bộ điều khiển m 22

Hình 2.21: C u trúc tổng quát một hệ m 22

Hình 3.1: Đặc tính c a Cp(λ,βΨ 26

Hình 3.2: Nguyên lý vector trong không gian 27

Hình 3.3: Mối quan hệ giữa hệ tr c tọa độ tĩnh α-β và hệ tr c 29

Hình 3.4: Sơ đồ đ u dây c a hai bộ dây qu n stator và rotor dạng Y-Y 30

Hình 3.5: Mạch t ơng đ ơng máy phát điện DFIG trong hệ tọa độ quay d-q 35

Hình 3.8: C u trúc c a bộ chuyển đổi nguồn điện áp back-to-back 40

Hình 3.9: Sơ đồ mạch lọc t ơng đ ơng c a bộ lọc RL 41

Hình 3.10: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển GSC 42

Hình 3.11: Sơ đồ khối hệ thống điều khiể GSC dùng PID m 42

Hình 3.12: Đ ng đặc tính V-I c a turbine 44

Hình 3.13: Bộ điều khiển dòng điện 45

Hình 3.14: Sơ đồ khối bộ điều khiển RSC 46

Hình 4.1: Câu truc bô ̣ điêu khiển PID m kinh điển 49

Hình 4.2: Đặc tính động học c a bộ điều khiển PID 49

Hình 4.3: Bộ chỉnh định m tham số PID 51

Hình 4.4: Tập m ngõ vào c a bộ Kp m 51

Hình 4.5: Tập m ngõ vào c a bộ KI m 52

Hình 4.6: Tập m ngõ vào c a bộ KD m 52

Hình 4.7: Tập m ngõ ra c a bộ Kp m 53

Hình 4.8: Tập m ngõ ra c a bộ KI m 53

Hình 4.9: Tập m ngõ ra c a bộ KD m 54

Hình 4.10: Quy luật thay đổi Kp 54

Hình 4.11: Quy luật thay đổi KI 55

Hình 4.12: Quy luật thay đổi KD 55

Hình 4.13: Sơ đồ điều khiển PI thông th ng khối Vdq_ctrl_grid_conv 56

Hình 4.14: Sơ đồ điều khiển PID m khối Vdq_ctrl_grid_conv 56

Hình 4.15: Điện áp, dòng điện, công su t và điện áp Vdc-link khi 57

Hình 4.16: Điện áp, dòng điện, công su t và điện áp Vdc-link khi 57

Hình 5.1: Sơ đồ tổ máy phát điện turbine gió công su t 9MW 60

Hình 5.2: Sơ đồ mô phỏng tổ máy phát điện turbine gió công su t 9MW 60

Hình 5.3: Mô hình khối Wind turbine và Generator&Converter 61

Hình 5.4: Mô hình mô phỏng khối Wind turbine 61

Hình 5.7: Mô hình khối điều khiển Wind DFIG-Grid và Wind DFIG-Rotor 64

Hình 5.8: Mô hình mô phỏng khối điều khiển bộ converter phía l ới 65

Hình 5.9: Mô hình mô phỏng khối điều khiển bộ converter phía rotor 65

Hình 5.10: Mô hình mô phỏng khối máy phát không đồng bộ 66

Hình 5.11: Mô hình mô phỏng khối rotor máy phát không đồng bộ DFIG 66

Hình 5.12: Mô hình mô phỏng khối biến đổi dòng điện 67

Hình 5.13: Khối b o vệ hệ thống máy phát điện nguồn kép DFIG 67

Hình 5.14: Tốc độ máy phát, vận tốc gió và góc pitch c a turbine 68

Hình 5.15: Điện áp, dòng điện, công su t tác d ng, công su t ph n kháng 69

Hình 5.16: Điện áp trung gian Vdc-link 70

Hình 5.17: Dạng sóng dòng điện id- rotor c a máy phát điện DFIG 70

Hình 5.18: Dạng sóng dòng điện iq- rotor c a máy phát điện DFIG 70

Hình 5.19: Dạng moment điện từ c a máy phát điện DFIG, 71

Hình 5.20: Điện áp trên các B120, B25, B575, công su t tác d ng 71

Hình 5.21: Tốc độ máy phát, vận tốc gió và góc pitch c a turbine, 73

Hình 5.22: Điện áp, dòng điện, công su t tác d ng, công su t ph n kháng 73

Hình 5.23: Dạng sóng dòng điện id- rotor c a máy phát điện DFIG, 75

Hình 5.24: Dạng sóng dòng điện iq- rotor c a máy phát điện DFIG 75

Hình 5.25: Dạng moment điện từ c a máy phát điện DFIG, 75

Hình 5.26: Điện áp trên các bus B120, B25, B575, công su t tác d ng 76

Hình 5.27: Điện áp và dòng t i trên B2300, tốc độ 77

Hình 5.28: Điện áp, dòng điện, tốc độ và góc pitch trên B575 khi x y ra sự cố.77 Hình 5.29: Điện áp, dòng điện, tốc độ và góc pitch trên B575 khi x y ra sự cố.79 Hình 5.30: Điện áp t i, dòng điện t i, tốc độ động cơ, công su t l ới tại B25 80

Hình 5.31: Điện áp t i, dòng điện t i, tốc độ động cơ 81

Hình 5.32: Điện áp t i, dòng điện t i, tốc độ động cơ 81

v Điện áp tr c α hệ quy chiếu αβ

v Điện áp tr c β hệ quy chiếu αβ

R c Điện tr stator nối l ới ( Ψ

L c Điện c m rò stator nối với l ới (H)

ref, * Giá trị điều khiển hoặc giá trị đặt

Trong những năm gần đây, năng l ợng gió đư tr thành một trong những nguồn năng l ợng quan trọng và đầy triển vọng đối với việc sử d ng các nguồn năng l ợng tái tạo Trong nhiều sự lựa chọn để s n xu t điện, nhiều n ớc đang h ớng đến sử d ng nguồn năng l ợng tái tạo và hạn chế ph thuộc vào nguồn năng l ợng truyền thống đang dần cạn kiệt và nh h ng môi tr ng Trong các loại hình năng l ợng tái tạo, năng l ợng gió đ ợc chú trọng đặc biệt b i các đặc điểm u việt sau:

- Điện gió có giá thành th p, th p nh t trong các nguồn năng l ợng tái tạo Nếu xem xét c chi phí môi tr ng, xã hội và s c khỏe con ng i vào giá thành thì điện gió

có thể cạnh trạnh với điện đ ợc s n xu t từ nguồn nhiên liệu hoá thạch

- Điện gió tiết kiệm tài nguyên đ t, do phần lớn diện tích đ t trong nhà máy phong điện vẫn có thể đ ợc sử d ng cho các m c đích khác

- Tài nguyên năng l ợng gió t ơng đối phong phú, đặc biệt 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 điện gió ngắn hơn nhiều so với th i gian xây dựng các

dự án điện truyền thống nh điện hạt nhân hay nhiệt điện

Việt Nam, dù đ ợc đánh giá có tiềm năng phát triển tốt, năng l ợng gió vẫn còn là một ngành mới mẻ Mọi th thuộc ngành này đều b ớc kh i đầu Các văn

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

m c r t hạn chế Tuy nhiên, đ ng tr ớc nhu cầu sử d ng điện ngày càng cao, cũng

nh ph i đối mặt với v n đề an ninh năng l ợng và môi tr ng thì việc phát triển và

sử d ng nguồn năng l ợng sạch, trong đó có điện gió là hết s c cần thiết

Từ các u việt trên, tác gi đư lựa chọn đề tài “Điều khiển máy phát không đồng

b ộ nguồn kép trong hệ thống phong điện’’làm đề tài nghiên c u với mong muốn

hiểu biết thêm về các ph ơng pháp vận hành và điều khiển truyền thống đến việc thay thế các bộ điều khiển truyền thống bằng các ph ơng pháp điều khiển thông minh hiện nay nh fuzzy logic

Ch ngă1:

1.1 Hi n tr ng v phát tri năĐi n gió trên th gi i

1.1.1 Gi i thi uăchungătìnhăhìnhănĕngăl ng hi n nay

Mặc dù trong những năm gần đây nền kinh tế thế giới có những biến động r t to

lớn về mọi mặt, từ việc suy thoái tài chính, biến đổi khí hậu dẫn đến thiên tai, lũ l t, động đ t th ng xuyên nh ng nhìn chung b c tranh kinh tế và tài chính toàn cầu trong thập kỷ qua vẫn tăng tr ng Do đó mà nhu cầu sử d ng năng l ợng ngày càng cao, trong khi các nguồn năng l ợng truyền thống ngày càng cạn kiệt, các nguồn năng l ợng tái tạo hiện đang đ ợc các n ớc quan tâm rộng rãi Tỷ su t tăng

tr ng c a toàn thế giới về các dạng năng l ợng điện năm 1990-2000 là: năng

l ợng gió: 32%; năng l ợng mặt tr i: 20,1%; khí thiên nhiên: 1,6%; dầu mỏ: 1,2%; năng l ợng nguyên tử: 0,6%; than đá: 1% Nh vậy tỷ su t tăng tr ng c a năng

l ợng tái tạo cao hơn nhiều so với năng l ợng truyền thống Trong đó điện gió có

tốc độ tăng tr ng cao nh t

Cũng theo báo cáo c a y ban Năng l ợng Gió thế giới, tổng công su t điện gió đ ợc lắp đặt trong năm 2010 là 194,5 GW, tăng 22,5% so với năm 2009 (với tổng công su t lắp đặt là 159 GWΨ Năm n ớc đ ng đầu trong phát triển điện gió

gồm: Trung Quốc với tổng công su t lắp đặt là 42,3GW, Mỹ là 40, 2GW, Đ c là 27,2GW, Tây Ban Nha là 20,7GW và n Độ là 13GW.[1]

1.1.2.Tình hình phát tri nănĕngăl ng tái t o b ng sức gió m t s n c

- Đức: là n ớc dẫn đầu về phát triển điện gió Đến cuối năm 2003, tổng công

su t lắp đặt điện gió c a n ớc Đ c đư đạt đến 14,600MW, chiếm hơn 1/3 công su t lắp đặt điện gió c a toàn thế giới, chiếm hơn một nửa c a toàn Châu Âu L ợng khí

th i hiệu ng nhà kính c a Đ c m y năm gần đây đư gi m 17 triệu t n, là một sự đóng góp rõ rệt c a n ớc Đ c trong việc thực hiện “Nghị định th Kyoto”, tăng thêm lòng tin cho n ớc Đ c về phát triển bền vững Năm 2004, tổng l ợng điện gió

chiếm 5,3% tổng l ợng điện toàn quốc, dự kiến đến năm 2010 sẽ chiếm đến 8%

N ớc Đ c đư có quy hoạch dài hạn mới về phát triển điện gió, m c tiêu là đến năm

2025 sẽ đ a tỷ lệ trên lên ít nh t 25%, đến năm 2050 là 50% Mặt khác, một quyết sách quan trọng nữa là tuyên bố trong vòng 30 năm, 19 nhà máy điện nguyên tử

hiện đang chiếm 30% l ợng cung ng điện sẽ lần l ợt bị đóng cửa

- ĐanăM ch: Là một n ớc nhỏ nh t Bắc Âu với diện tích hơn 4,300km2, dân số kho n 5 triệu dân mà có đến 65,000 ng i tham gia làm nghề điện gió; tổng thu

nhập đư đạt đến 3 tỷ Euro Nghề chế tạo máy phát điện gió c a Đan Mạch đư tr thành một động lực lớn c a nền kinh tế, đó là một ví d thành công về th ơng mại hóa trong lĩnh vực này Từ năm 1976 đến 1995, Đan Mạch đư đầu t 100 triệu USD vào công việc nghiên c u và phát triển năng l ợng gió Chính ph Đan Mạch bù lỗ cho mỗi chiếc máy phát điện gió bằng 30% giá thành c a nó, áp d ng chế độ u đưi

về thuế cho những ng i sử d ng điện gió, đối với các hộ dùng nhiên liệu hóa thạch thì đánh thuế ô nhiễm không khí Kết qu là m c tiêu 10% năng l ợng sạch c a kế

hoạch năng l ợng đ ợc thực hiện sớm tr ớc 3 năm Năm 2003 lại đặt kế hoạch đến năm 2030 điện gió sẽ đáp ng một nửa yêu cầu về điện Năm 2000 và 2003 mỗi năm xây dựng 1 trang trại điện gió gần b biển Bắc, trang trại điện gió trên biển Middle Grunder là trang trại điện gió trên biển lớn nh t thế giới hiện nay, công su t lắp đặt 40MW gồm 20 máy, mỗi máy 2MW Năm 2008, Đan Mạch đư lắp đặt thêm

5 trang trại điện gió, tổng công su t lắp đặt là 750MW Theo tin đư đ a chính ph Đan Mạch đư cùng với các xí nghiệp ký kết hợp đồng xây dựng trên mặt biển Bantich một số nhà máy phát điện gió có tổng công su t 4,000MW

- M ỹ: sau một th i kỳ m đạm về điện gió c a thập kỷ 90 thế kỷ XX, đến nay

n ớc Mỹ đư tr thành một trong những thị tr ng lớn nh t về điện gió Hiện 27 Bang đư có các công trình điện gió lớn Đến cuối năm 2003 tổng công su t lắp đặt điện gió đư đạt 6,370MW Chính ph Liên bang Mỹ đư có chính sách u đưi đối với điện gió: mua thiết bị điện gió đ ợc miễn thuế hoàn toàn, đồng th i sau khi đ a vào

hoạt động còn miễn gi m một phần thuế s n xu t, c phát ra 1kWh đ ợc gi m thuế 1,5cent USD Tại miền Tây n ớc Mỹ đư lắp đặt 450 máy phát điện gió cỡ lớn có

tổng công su t là 300MW, là trang trại điện gió lớn nh t thế giới hiện nay Tại b biển bang California các máy phát điện gió có bán kính cánh quạt là 50m lần l ợt

dựng lên, công su t điện c a một máy là 5,000 KW, Nhân kỷ niệm 3 năm sự kiện 11/9 sẽ kh i công xây dựng tháp Tự Do, trên bưi đ t bị tàn phá c a tòa tháp đôi Trung tâm th ơng mại quốc tế NewYork, trên đỉnh tháp sẽ lắp đặt một máy phát điện gió, nhằm cung c p 20% l ợng điện tiêu th c a tòa nhà đó

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

đư thông qua kế hoạch phát triển năng l ợng tái tạo 2000-2010, có quy hoạch t ơng đối c thể về phát triển năng l ợng gió M c tiêu là đến năm 2010 s n l ợng phát điện c a các loại năng l ợng tái tạo ph i đạt đến 12% tổng l ợng phát điện toàn

quốc Kế hoạch phát triển đó đư đ a ra phân tích kỹ l ỡng về các mặt kỹ thuật, nh

h ng đối với môi tr ng, tính toán giá thành đầu t , những tr ngại, các biện pháp khuyến khích, dự báo về thị tr ng… c a việc phát triển năng l ợng gió, có tính

kh thi r t cao

- Pháp: Ngày 23/4/2004 n ớc Pháp đóng cửa mỏ than cuối cùng, từ đó kết thúc

việc khai thác than Đó là hình nh thu nhỏ và là mốc lịch sử quan trọng c a việc phát triển nguồn năng l ợng c a thế giới Pháp là một n ớc chiếm vị trí hàng đầu trong lĩnh vực năng l ợng hạt nhân, nh ng đến nay đư đ a việc phát điện bằng s c gió lên vị trí chiến l ợc Pháp đư hoạch định một kế hoạch trung kỳ phát triển điện gió Theo kế hoạch đó, năm 2007 sẽ lắp thêm 1000MW - 3000MW thiết bị điện gió, đến năm 2010 sẽ có 3000MW đến 5000MW điện gió đ a vào vận hành Theo tính toán sau khi kế hoạch nói trên đ ợc thực thi mỗi năm sẽ gi m đ ợc 3 triệu đến 6 triệu t n khí th i CO2 Điện gió hiện nay đang có tốc độ tăng tr ng mỗi năm hơn 60%

- Nh t B n: Năm 2002 Nhật B n đư lắp đặt 486MW điện gió, năm 2003 đư có 730MW, năm 2004 đư có 936MW Đến năm 2010 tổng công su t lắp đặt điện gió sẽ đạt 3000MW Chính sách năng l ợng mới c a Nhật B n quy định, các Công ty điện

lực có nghĩa v m rộng việc sử d ng điện gió, một là tự mình ph i phát điện gió,

mặt khác ph i mua điện gió 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 điện gió, đồng th i h ớng đến

xu t khẩu Máy phát điện gió c a các Công ty Nhật B n có nhiều tính năng u việt, tốc độ gió 1m/s đư có thể bắt đầu phát điện, công su t điện phát ra th ng cao hơn

Theo quy hoạch phát triển trung dài hạn về điện gió toàn quốc, đến cuối năm

2005 tổng công su t lắp đặt ph i là 1000MW, năm 2010 là 4000MW, năm 2015 là 10000MW, năm 2020 là 20000MW Nh vậy trong những năm từ 2011 đến năm

2020 bình quân mỗi năm công su t lắp đặt điện gió c a Trung Quốc ph i đạt 1600MW [1]

1.2 K t qu nghiên cứuăngoƠiăn căvƠătrongăn c v máyăphátăđi n gió

1.2.1 Nh ng nghiên c ứuăngoƠiăn c

- Fernando D.Bianchi, Hernán De Battista and Ricardo J Mantz, “Wind Turbine

Control Systems Principles, Modelling and Gain Scheduling Design ” April 2006

- Pedro Rosas, “Dynamic influences of wind power on the power system”

PhD thesis; Technical University of Denmark, March 2003

- Petru, “Modeling of Wind Turbines For Power System Studies” Thesis for the

degree of doctor of philosophy, university of technology Goteborg, Sweden 2003

- Marcia Martins, “Voltage Stability Issues Related to implementation of large

wind farm” Thesis for the degree of licentiate of engineering Chalmers university

of technology Goteborg, Sweden 2006

- Slavomir Seman, “Transient performance analysis of wind-power induction

generators” Doctoral Dissertation,Helsinki University of Technology (Espoo, Finland) on the 10th of November, 2006

- Seman, S, Niiranen, J, Arkkio, A.2006.“ Ride - Through Analysis of Doubly

Fed Induction Wind - Power Generator under Unsymmetrical Network Disturbance

” IEEE Transaction on Power Systems, Accepted for future publication, 7 p

- Seman, S Niiranen, J., Kanerva, S., Arkkio, A., Saitz, J 2005 “Performance

Study of Doubly Fed Wind-Power Generator under Network Disturbances”

- Ngoài ra còn nhiều công trình nghiên c u khác…

1.2.2 K t qu nghiên c ứuătrongăn c

Chính sách định h ớng chiến l ợt phát triển bền vững năng l ợng Việt Nam là phát triển nguồn năng l ợng mới, năng l ợng tái tạo Những công trình liên quan đến nguồn năng l ợng mới đư đ ợc nghiên c u ng d ng trong n ớc bao gồm:

- Nghiên c u đánh giá hiện trạng và định h ớng phát triển năng l ợng tái tạo

Việt Nam

- Nhà máy điện gió đầu tiên c a Việt Nam tại Bình Thuận có công su t 120MW đư kết nối vào l ới điện quốc gia tháng 8/2009

- Nhà máy điện gió Bạc Liêu có công su t 99MW với 66 tr turbine gió dự kiến

sẽ hoàn thành vào năm 2012

- Năng l ợng mặt tr i Việt Nam và ng d ng Báo cáo tại Hội nghị năng l ợng

mặt tr i tại CHLB Đ c năm 2006

- Tổng quan về thành tựu khai thác, sử d ng năng l ợng biển thế giới và định

h ớng phát triển tại Việt Nam Báo cáo khoa hoc tại Hội nghị năng l ợng biển toàn

quốc 10-2007

- Tiềm năng và kh năng khai thác năng l ợng gió tại đ o Quan Lạn tỉnh

Qu ng Ninh Báo cáo khoa học tại Hội nghị năng l ợng biển toàn quốc 10-2007

- Tiềm năng và kh năng cung c p năng l ợng mặt tr i (điện và nhiệt) cho hai

đ o Quan Lạn (Qu ng Ninh) và Cồn Cỏ (Qu ng Trị) Báo cáo khoa học tại Hội nghị năng l ợng biển toàn quốc 10-2007

Mặc dù đư có nhiều công trình nghiên c u về lãnh vực năng l ợng tái tạo nh ng nhìn chung hiện nay n ớc ta chỉ mới bắt đầu kêu gọi, khuyến khích phát triển năng

l ợng tái tạo

1.3 M c tiêu và nhi m v nghiên cứu:

- Tìm hiểu các dạng mô hình c a máy phát điện gió kết nối với l ới điện

- Trình bày các ph ơng trình chuyển đổi năng l ợng trong mô hình điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phong điện

- Xây dựng mô hình toán học các phần tử điều khiển máy phát điện không đồng

- Phạm vi nghiên c u xoay quanh v n đề điều khiển cân bằng công su t P, Q và

tần số để máy phát đạt hiệu su t tối đa đồng th i gi m sự m t ổn định khi hòa vào

- Sử d ng ph ơng pháp mô hình hóa để kiểm tra và so sánh các thông số trong

hệ thống tr ớc và sau khi điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG)

hiện có c a phần mềm Matlab/Simulink

Ch ngă2:

C ăS LÝ THUY T

2.1 C u t o turbine gió

2.1.1 Các lo i turbine gió

Có nhiều loại turbine gió khác nhau: loại tr c ngang hoặc loại tr c đ ng Chúng

đ ợc lắp đặt nhiều vị trí khác nhau, tùy thuộc tốc độ gió thổi vào và cần điều khiển h ớng gió để đạt hiệu su t cao nh t

Aerogenerator X Vertical Axis

Hình 2.1 Các d ạng turbine gió

2.1.2 C u t o h th ngămáyăphátăđi n gió

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

Hình 2.2 C ấu tạo turbine gió trục ngang

- Blades: Cánh quạt Gió thổi qua các cánh quạt là nguyên nhân làm cho các cánh

quạt chuyển động và quay, sẽ chuyển đổi động lực c a gió thành năng l ợng cơ

- Rotor: Bao gồm các cánh quạt và tr c

- Pitch: B ớc răng Cánh đ ợc xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor

quay với tốc độ gió không quá cao hay quá th p để tạo ra điện

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

điện, bằng s c n ớc hoặc bằng động cơ

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

- Gearbox: Hộp số Bánh răng đ ợc nối với 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 điện s n xu t ra điện Bộ bánh răng này r t đắt tiền nó là một phần c a bộ động cơ và turbine gió

- Generator: Máy phát điện

- Controller: Bộ điều khiển sẽ kh i động động cơ tốc độ gió kho ng 3.5 m/s đến

25 m/s B i vì các máy phát này có thể phát nóng

- Anemometer: Đo l ng tốc độ và truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điều khiển

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

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

một kỹ thuật viên có thể đ ng khi làm việc bên trong

- 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 h ớng về h ớng gió chính khi có sự thay đổi h ớng gió

- Yaw motor: Động cơ điều chỉnh h ớng gió

- Tower: Tr đỡ Nacelle Tr tháp đ ợc 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 đ ợc năng l ợng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn.[26]

2.1.3 Các d ng tháp

Tháp dạng tr :

Hình 2.3 C ấu tạo tháp trụ

Tháp dạng mắc cáo:

Hình 2.4 Tháp m ắc cáo

2.1.4 Cánh qu t và tr c cánh qu t

Cánh quạt (BladesΨ: đ ợc thiết kế để nhận lực nâng c a gió bằng cách tạo ra các

áp lực khác nhau trên bề mặt cánh quạt Để đạt hiệu su t cực đại

Hình 2.5 Cánh qu ạt

Tr c cánh quạt có tác d ng để kết nối các cánh quạt lại với nhau và chúng đ ợc

nối với tr c chính Thông th ng một máy phát điện có 3 cánh quạt đ ợc điều

chỉnh góc quay (Pitch) b i 3 động cơ.[26]

Hình 2.6 Tr ục cánh quạt

2.1.5 Đ ngăc ăđi u chỉnh cánh qu tăvƠăđi u khi năh ng turbine

Hệ thống điều khiển góc nghiên c a cánh quạt, đ ợc sử d ng 3 động cơ để thay đổi góc quay (Yaw driver) M c đích để nhận đ ợc năng l ợng gió là lớn nh t có thể

và không nhận năng l ợng khi tốc độ gió v ợt giới hạn cho phép nh giông b o

Hình 2.7 Động cơ điều chỉnh góc nghiên cánh quạt

Động cơ điều khiển h ớng turbine: M c đích để chỉnh turbine h ớng vuông góc với h ớng gió khi có thay đổi hay nhiễu loạn h ớng gió

Hình 2.8 Động cơ điều chỉnh hướng turbine

2.1.6 H th ng hãm

Hình 2.9 H ệ thống hãm turbine

2.1.7 H p s chuy năđ i t căđ và h th ngăđi u khi n cánh qu t

Hệ 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 điện

Hình 2.10 H ộp số chuyển đổi tốc độ

2.1.8 V turbine

Hình 2.11 V ỏ turbine

2.2 Mô hình và nguyên lý v n hành c a turbine gió

2.2.1 Mô hình đi u khi n c a turbine gió ngu n kép DFIG

Hình 2.12 Sơ đồ hệ thống điều khiển máy phát nguồn kép DFIG

2.2.2 Nguyên lý làm vi căc ăb n c a turbine gió

Hình 2.12 trình bày sơ đồ hệ thống điều khiển c a máy phát nguồn kép DFIG bao gồm các kênh sau:

 Kênhăđi u khi n turbine

Kênh điều khiển turbine gió với đáp ng động chậm hơn, điều khiển tốc độ và điều khiển công su t ngõ vào bao gồm c bộ phận điều chỉnh góc pitch và giá trị tham chiếu cho công su t tác d ng máy phát DFIG Vì thế nó cung c p tín hiệu điều khiển βref trực tiếp cho bộ ch p hành góc pitch và tín hiệu điều khiển công su t tác

d ng ref

s

P cho kênh điều khiển máy phát DFIG

Hệ thống điều khiển tổng thể nh Hình 2.12 cần thông tin các tín hiệu đo l ng: Công su t tác d ng mea

s

P và công su t ph n kháng mea

s

Q (tại điểm M đầu cực stator

hoặc trên l ới điệnΨ, điện áp mea

dc

V trên DC-link, dòng điện qua bộ lọc mea

f

i , tốc độ máy phát mea

r

 và dòng điện rotor mea

r

i

 Kênhăđi u khi n máyăphátăđi n ngu n kép DFIG

Kênh điều khiển máy phát điện DFIG bao gồm điều khiển bộ biến đổi công su t phía rotor và điều khiển bộ biến đổi công su t phía l ới

Điều khiển phía rotor: M c tiêu chính c a điều khiển phía rotor là điều khiển độc lập công su t tác d ng và công su t ph n kháng Công su t tác d ng và công

su t ph n kháng có thể điều khiển thông qua dòng điện stator Bộ biến đổi phía rotor hoạt động trong hệ tr c tọa độ tham chiếu d-q

Điều khiển phía l ới : M c tiêu chính c a điều khiển phía l ới là giữ điện áp

mối nối DC một giá trị b t ch p độ lớn và h ớng c a công su t rotor và để đ m

b o bộ chuyển đổi hoạt động với hệ số công su t nh t định (th ng = 1Ψ Điều này

có nghĩa là bộ chuyển đổi phía l ới chỉ trao đổi công su t tác d ng với l ới Và trên

lý thuyết sự trao đổi công su t ph n kháng c a máy phát DFIG với l ới chỉ thông qua stator Điện áp mối nối DC và công su t tác d ng đ ợc điều khiển gián tiếp

bằng cách điều khiển dòng điện bộ chuyển đổi phía l ới.[6]

Kênh điều khiển máy phát có ba tín hiệu vào điều khiển nh sau:

- Giá trị điều khiển công su t tác d ng ref

s

P , thông tin này đ ợc cung c p b i

kênh điều khiển turbine gió

- Giá trị điều khiển công su t ph n kháng ref

Kênh điều khiển turbine tạo ra hai tín hiệu điều khiển

- Giá trị điều khiển công su t tác d ng ref

Khi tốc độ gió th p hơn giá trị định m c, công su t đầu ra ch a đạt đến giới hạn

ra theo giá trị điều khiển đ ợc cung c p b i kênh điều khiển turbine

Trong tr ng hợp tốc độ gió lớn hơn giá trị định m c, kênh điều khiển turbine

sẽ ra lệnh cho kênh ch p hành góc pitch hiệu chỉnh góc pitch β để l ợc bớt công

su t và kênh điều khiển máy phát DFIG hiệu chỉnh giá trị điều khiển bằng giá trị định m c ref

n

P , kênh điều khiển máy phát DFIG do đó ph i hiệu chỉnh tốc độ máy phát về một phạm vi định tr ớc.[6]

2.3 Ph ngăphápăđi u khi n và các mô hình h th ng turbine gió

2.3.1 Ph ngăphápăđi u khi n h th ng turbine gió c định

Mô hình máy phát điện gió dùng máy điện không đồng bộ

Hình 2.13 Mô hình máy phát không đồng bộ

uăđi m:

- C u tạo đơn gi n

- Chi phí th p

Nh căđi m:

- Không điều khiển bù công su t ph n kháng

- Công su t phát ra ph thuộc vào năng l ợng gió nhận đ ợc

- Khi năng l ợng gió là lớn, thay đổi đột ngột nh giông, b o sẽ nh h ng đến hệ thống cơ c a turbine gió L ới điện m t ổn định

2.3.2 Ph ngăphápăđi u khi nătutbineăgióăthayăđ i t căđ

Loại này thiết kế để đạt hiệu qu cực đại về ph ơng diện khí động học Chúng đáp ng đ ợc sự thay đổi c a tốc độ gió

Hình 2.14 Mô hình máy phát không đồng bộ điều khiển điện trở rotor

Dao động công su t ngõ ra sẽ gi m khi có sự thay đổi hệ số tr ợt Hệ số tr ợt trong máy phát th ng duy trì nhỏ, do đó tốc độ thay đổi kho ng 1 đến 2% giữa lúc

có t i và không t i

Hình 2.15 Đường đặc tính moment theo độ trượt s, thay đổi điện trở rotor

Mô hình máy phát điện gió đồng bộ với DC – link converter Hệ thống có thể

vận hành máy phát điện một tần số độc lập với tần số nguồn điện Thay đổi tần số máy phát điện làm thay đổi tốc độ máy phát điện

Mô hình máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép DFIG Khi hệ thống đư hoà đồng bộ với l ới điện, dòng năng l ợng qua máy phát hoạt động hai chế độ

- Khi turbine gió quay với tần số th p hơn tần số c a l ới điện Đây là chế độ làm việc d ới đồng bộ máy điện l y năng l ợng từ l ới qua stator

- Khi turbine gió quay ng với tần số cao hơn tần số c a l ới điện Đây là chế độ làm việc trên đồng bộ máy điện đ a năng l ợng đến l ới qua rotor

H ình 2.16 Mô hình máy phát điện gió có điều khiển tốc độ

uăđi m:

- Tăng hiệu su t chuyển đổi năng l ợng cơ điện

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

- Nâng cao ch t l ợng điện năng

Nh căđi m:

- C u tạo ph c tạp

- Giá thành cao

- Tổn hao một phần công su t qua các bộ điều khiển, đóng ngắt công su t lớn

nh ng hiện nay công nghệ ngày càng phát triển nên các v n đề trên đư đ ợc hạn chế

và c i thiện đ ợc hiệu su t làm việc

2.3.3 Turbine gió máy phát đi n khôngăđ ng b ngu n kép (DFIG):

Hệ thống máy phát turbine gió DFIG có bộ biến đổi tần số đ ợc kết nối với

mạch rotor c a máy điện c m ng Kh năng thay đổi tốc độ c a máy phát tỉ lệ với công su t c a bộ chuyển đổi Chẳng hạn nh bộ chuyển đổi có kích cỡ bằng 30% công su t c a máy phát thì tầm thay đổi tốc độ là ± 30%

Hình 2.17 Sơ đồ turbine gió tốc độ thay đổi dùng máy phát DFIG

Trong hệ thống chỉ một phần công su t đi qua bộ chuyển đổi tần số, nh vậy giá thành c a bộ chuyển đổi và hệ thống sẽ th p hơn so với hệ thống chuyển đổi hoàn toàn khi toàn bộ công su t đi qua bộ chuyển đổi

2.3.4 Ph ngăphápăn iăl i cho h th ngămáyăphátăđi n gió

Trạm điện gió gồm nhiều turbine liên kết với nhau, tuỳ thuộc vào công su t c a

trạm điện gió mà số l ợng và công su t turbine gió sẽ khác nhau Công su t mỗi turbine trung bình 1,5 MW Các hệ thống l ới liên kết nhau qua hệ thống truyền t i

DC hoặc AC

Hình 2.18 Mô hình k ết nối trạm điện gió vào lưới điện

Hiện nay trên thế giới có hai ph ơng pháp nối l ới:

Ph ơng pháp nối l ới trực tiếp: máy phát c m ng đ a vào l ới thông qua máy biến áp tăng áp, nên khó điều chỉnh dòng điện vào l ới, dễ làm m t ổn định hệ thống

Ph ơng pháp nối l ới gián tiếp: Các máy phát điện gió th ng kh i động

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

c a hệ thống

2.4 Đi u khi n m

2.4.1 C uătrúcăđi u khi n logic m

Hoạt động c a một bộ điều khiển m ph thuộc vào kinh nghiệm và ph ơng pháp rút ra kết luận theo t duy c a con ng i sau đó đ ợc cài đặt vào máy tính trên

cơ s logic m

Một bộ điều khiển m bao gồm 3 khối cơ b n: Khối m hoá, thiết bị hợp thành

và khối gi i m Ngoài ra còn có khối giao diện vào và giao diện ra

Hình 2.19 Các kh ối chức năng của bộ điều khiển mờ cơ bản

- Tiền xử lý:

+ Vi phân, tích phân tín hiệu

+ Chuẩn hóa, l ợng tử hóa

luật điều khiển Do các bộ điều khiển m có kh năng xử lý các giá trị vào/ra biểu diễn d ới dạng d u phẩy động với độ chính xác cao nên chúng hoàn toàn đáp ng

đ ợc các yêu cầu c a một bài toán điều khiển "rõ ràng" và "chính xác" [4]

2.4.2 Phân lo i b đi u khi n m

Cũng giống nh điều khiển kinh điển, bộ điều khiển m đ ợc phân loại dựa trên các quan điểm khác nhau:

Theo số l ợng đầu vào và đầu ra ta phân ra bộ Điều khiển m "Một vào - một ra" (SISO); "Nhiều vào - một ra" (MISO); "Nhiều vào - nhiều ra" (MIMO) (hình 2.2a,b,c)

Hình 2.20 Các b ộ điều khiển mờ

Bộ điều khiển m MIMO r t khó cài đặt thiết bị hợp thành Mặt khác, một bộ điều khiển m có m đầu ra dễ dàng cài đặt thành m bộ điều khiển m chỉ có một đầu ra vì vậy bộ điều khiển m MIMO chỉ có Ủ nghĩa về mặt lý thuyết, trong thực tế không dùng

Theo b n ch t c a tín hiệu đ a vào bộ điều khiển ta phân ra bộ điều khiển m tĩnh và bộ điều khiển m động Bộ điều khiển m tĩnh chỉ có kh năng xử lý các tín hiệu hiện th i, bộ điều khiển m động có sự tham gia c a các giá trị đạo hàm hay tích phân c a tín hiệu, chúng đ ợc ng d ng cho các bài toán điều khiển động Để

m rộng miền ng d ng c a chúng vào các bài toán điều khiển động, các khâu động học cần thiết sẽ đ ợc nối thêm vào bộ điều khiển m tĩnh nhằm cung c p cho bộ điều khiển các giá trị đạo hàm hay tích phân c a tín hiệu Cùng với những khâu động học bổ sung này, bộ điều khiển m tĩnh sẽ tr thành bộ điều khiển m động

2.4.3 Cácăb c t ng h p b đi u khi n m

C u trúc tổng quát c a một hệ điều khiển m đ ợc chỉ ra trên hình 2.21

Hình 2.21 C ấu trúc tổng quát một hệ mờ

Với một miền X⊂Rn (n là số đầu vào) các giá trị vật lý c a biến ngôn ngữ đầu vào và một đ ng phi tuyến g(x) tuỳ Ủ nh ng liên t c cùng các đạo hàm c a nó trên

X thì bao gi cũng tồn tại một bộ điều khiển m cơ b n có quan hệ:

Sup |y(x) – g(xΨ|<ε với ε là một số thực d ơng b t kỳ cho tr ớc

x ∈X

Điều đó cho th y kỹ thuật điều khiển m có thể gi i quyết đ ợc một bài toán

tổng hợp điều khiển (tĩnhΨ phi tuyến b t kỳ [3]

Để tổng hợp đ ợc các bộ Điều khiển m và cho nó hoạt động một cách hoàn thiện ta cần thực hiện qua các b ớc sau:

1- Kh o sát đối t ợng, từ đó định nghĩa t t c các biến ngôn ngữ vào, ra và

miền xác định c a chúng Trong b ớc này chúng ta cần chú ý một số đặc điểm cơ

b n c a đối t ợng điều khiển nh : Đối t ợng biến đổi nhanh hay chậm? có trễ hay không? tính phi tuyến nhiều hay ít?, Đây là những thông tin r t quan trọng để quyết định miền xác định c a các biến ngôn ngữ đầu vào, nh t là các biến động học (vận tốc, gia tốc, Ψ Đối với tín hiệu biến thiên nhanh cần chọn miền xác định c a

vận tốc và gia tốc lớn và ng ợc lại

2- M hoá các biến ngôn ngữ vào/ra: Trong b ớc này chúng ta cần xác định số

l ợng tập m và hình dạng các hàm liên thuộc cho mỗi biến ngôn ngữ Số l ợng các tập m cho mỗi biến ngôn ngữ đ ợc chọn tuỳ ý Tuy nhiên nếu chọn ít quá thì

việc điều chỉnh sẽ không mịn, chọn nhiều quá sẽ khó khăn khi cài đặt luật hợp thành, quá trình tính toán lâu, hệ thống dễ m t ổn định Hình dạng các hàm liên thuộc có thể chọn hình tam giác, hình thang, hàm Gaus,

3- Xây dựng các luật điều khiển (mệnh đề hợp thànhΨ: Đây là b ớc quan trọng

nh t và khó khăn nh t trong quá trình thiết kế bộ điều khiển m Việc xây dựng luật điều khiển ph thuộc r t nhiều vào tri th c và kinh nghiệm vận hành hệ thống c a các chuyên gia Hiện nay ta th ng sử d ng một vài nguyên tắc xây dựng luật hợp thành đ để hệ thống làm việc, sau đó mô phỏng và chỉnh định dần các luật hoặc áp

d ng một số thuật toán tối u

4- Chọn thiết bị hợp thành (MAX-MIN hoặc MAX-PROD hoặc SUM-MIN hoặc SUM-PROD) và chọn nguyên tắc gi i m (Trung bình, cận trái, cận ph i, điểm trọng tâm, độ cao)

5- Tối u hệ thống: Sau khi thiết kế xong bộ điều khiển m , ta cần mô hình hoá

và mô phỏng hệ thống để kiểm tra kết qu , đồng th i chỉnh định lại một số tham số

để có chế độ làm việc tối u Các tham số có thể điều chỉnh trong b ớc này là: Thêm, bớt luật điều khiển; Thay đổi trọng số các luật; Thay đổi hình dạng và miền xác định c a các hàm liên thuộc.[3]

Ch ngă3 :

XÂY D NG MÔ HÌNH TOÁN MỄYăPHỄTăKHÔNGăĐ NG B NGU N KÉP (DFIG )

Nội dung ch ơng này trình bày mô hình toán học c a máy phát điện nguồn kép

đ ợc xây dựng trên hệ tr c tọa độ quay với tốc độ đồng bộ (hệ tr c d-q) Thiết lập

các hệ ph ơng trình trên hệ tọa độ đồng bộ d-q nhằm mô phỏng và xây dựng gi i

thuật điều khiển tối u công su t tác d ng và công su t kháng cho máy phát điện nguồn kép (DFIG)

3.1 Mô hình kh i turbine gió

Công su t turbine trên tr c rotor sinh ra từ năng l ợng gió chính là sự khác nhau giữa động năng tích trữ trong gió phía tr ớc cánh quạt có vận tốc v (m/s) và

động năng c a gió phía sau cánh quạt Do đó nó ph thuộc vào hiệu su t c a cánh

quạt hay còn gọi là hiệu su t c a rotor

2 31

( , )2

5 2

C p

  (3.5) Công su t điện phía stator c a máy phát là:

T  T 

(3.6)Xem tổn th t c a máy phát không đáng kể ta có ph ơng trình

3.2 Bi u di năcácăđ iăl ngăphaăsangăđ iăl ng vector trong không gian

Mô hình chuyển đổi hệ thống các đaị l ợng ba pha sang các đại l ợng vector trong không gian đ ợc định nghĩa theo hệ th c:

Hình 3.2 Nguyên lý vector trong không gian

Hệ thống ba pha ( va , v b , v c ) có thể chuyển sang hệ thống vector hai pha (vα, vβ)

v v