Báo cáo nghiên cứu hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

Bên cạnh đó, các nghiên cứu, phân tích và mô phỏng kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho bộ biến đổi năng lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng bộ nam c

Trang 1

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN

THÀNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

RESEARCH ENERGY CONVERSION SYSTEM FROM WAVE

ENERGY TO ELICTRICAL ENERGY

Bùi Đăng Linh, Nguyễn Hoàng Quốc Việt, Huỳnh Châu Duy*

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM

*

Trường ĐH Bách khoa TP HCM -

TÓM TẮT

Bài báo này giới thiệu các nghiên cứu của các bộ biến đổi năng lượng sóng biển như bộ biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing (AWS) và bộ biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon (WD) Bên cạnh đó, các nghiên cứu, phân tích và mô phỏng kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho bộ biến đổi năng lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu cũng được giới thiệu trong bài báo Các kết quả mô phỏng bằng phần mềm Simulink/Matlab cho thấy tính hiệu quả của các bộ điều khiển mà đã được áp dụng cho máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển

ABSTRACT

This paper presents a study of wave energy converters such as Aschimedes Wave Swing (AWS) and Wave Dragon (WD) Additionally, the issue of active and reactive power control of wave energy converters using synchronous permanent magnet generator (PMSG) are also researched, analyzed and simulated in the paper The simulation results by Simulink/Matlab show the effectiveness of the controllers that has been applied to wave energy conversion systems using PMSG

Từ khóa: wave energy converters; Aschimedes Wave Swing; Wave Dragon; synchronous

permanent magnet generator; active and reactive power control

1 GIỚI THIỆU

Với vị trí địa lý, khí hậu thuận lợi thì đất nước

Việt Nam được xem là một trong những nước

có nguồn tài nguyên năng lượng tái tạo khá dồi

dào và đa dạng gồm: Năng lượng gió, năng

lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, nhiên

liệu sinh học và địa nhiệt Các nguồn năng

lượng này được phân bố trải rộng trên nhiều

vùng sinh thái Trước nhu cầu sử dụng năng

lượng đang gia tăng nhanh ở Việt Nam việc

sớm khai thác các nguồn năng lượng đó là rất

cần thiết không những góp phần giảm gánh

nặng về cung cầu năng lượng khi các nguồn

năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt mà

còn có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi

trường và phát triển bền vững Trong khi đó, nước ta nguồn năng lượng từ biển rất dồi dào Nước ta là nước có bờ biển rất dài, dài đến hơn

3200 km Quanh năm sóng biển vỗ bờ Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới, sóng biển rất mạnh trong nhiều ngày liên tiếp Trong những ngày

có gió mùa đông bắc, sóng biển ở các tỉnh ven biển miền Trung cũng lớn Trong những ngày

có gió tây nam, sóng biển trên vịnh Thái Lan ở các tỉnh Kiên Giang, Cà Mau cũng lớn Nước ta cũng có nhiều hải đảo Quanh đảo là biển, vì vậy năng lượng của sóng biển ở ven bờ biển nước ta là rất lớn Do đó việc chuyển hóa năng lượng của sóng thành năng lượng điện vừa khai thác được tiềm năng, vừa góp phần giải quyết được nhu cầu về năng lượng điện hiện nay và

Trang 2

tương lai So với các nguồn năng lượng tái tạo

khác, thì năng lượng sóng biển có mức đầu tư ít

hơn, tính an toàn cao hơn, tạo được sự đồng

tình trong xã hội lớn hơn, không cần một bộ

máy điều hành lớn và phức tạp, mức độ ảnh

hưởng đến cảnh quan môi trường không cao

Hoặc nói một cách đơn giản: trong số các

nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sóng biển

chưa được tận dụng nhiều, mặc dù người ta đều

biết hiệu suất chuyển hóa thành điện của nguồn

năng lượng này là cao nhất Năng lượng điện từ

sóng biển đã được thử nghiệm nhiều năm qua

nhưng vẫn chưa đạt được thành công Đến nay,

khi khoa học công nghệ phát triển và thế giới

đang phải đối mặt với những hậu quả nghiêm

trọng do vấn đề biến đổi khí hậu gây ra thì các

nhà khoa học tin tưởng rằng có thể chuyển hóa

năng lượng của sóng thành năng lượng điện

nhờ các bộ chuyển đổi năng lượng Với các

phân tích và đánh giá mà đã được trình bày, bài

báo này trình bày các nghiên cứu bao gồm:

- Nghiên cứu và phân tích cho một vài bộ biến

đổi năng lượng sóng biển như:

+ Bộ biến đổi năng lượng sóng biển chìm

Aschimedes Wave Swing (AWS)

+ Bộ biến đổi năng lượng sóng biển Wave

Dragon (WD)

- Nghiên cứu và phân tích kỹ thuật điều khiển

công suất tác dụng và công suất phản kháng

cho bộ biến đổi năng lượng sóng biển sử dụng

máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

- Mô phỏng điều khiển công suất tác dụng và

công suất phản kháng cho bộ biến đổi năng

lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng

bộ nam châm vĩnh cửu bằng phần mềm

Simulink/Matlab

2 BỘ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG

SWING

Sóng biển và độ dao động của từng cơn sóng

biển là không ổn định Sóng biển lúc cao, lúc

thấp, lúc mạnh, lúc yếu Chu kỳ và khoảng

cách giữa 2 làn sóng biển cũng khó xác định

Mực nước biển lên cao, xuống thấp theo thủy

triều Khi có bão hoặc áp thấp nhiệt đới, sóng

biển thường liên tục mạnh trong nhiều ngày

Nhưng việc tạo ra điện năng từ các bộ biến đổi

năng lượng sóng biển là đòi hỏi phải ổn định,

liên tục và lâu dài Chính vì vậy, việc phân tích

bộ biến đổi năng lượng sóng biển cần phải

được thực hiện với các thông số kỹ thuật để từ

đó có thể lựa chọn các giải pháp phục vụ cho việc điều khiển các bộ biến đổi năng lượng sóng biển hoạt động tốt đáp ứng được các điều kiện sóng biển tạo ra Chương này sẽ thực hiện phân tích một trong các bộ biến đổi năng lượng sóng biển Đó là bộ biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing (AWS)

Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS

là một hệ thống bao gồm: Một khối hình trụ

rỗng được lấp đầy khí, gắn cố định dưới đáy biển và một phao di chuyển theo chiều dọc Khi sóng ở trên AWS, khối lượng AWS giảm do áp lực nước cao và khi vùng lõm sóng ở trên AWS, khối lượng AWS gia tăng vì áp lực khí bên trong AWS là hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng duy nhất được nhấn chìm hoàn toàn Đây là điểm quan trọng, vì điều này làm cho hệ thống ít bị tấn công trong những cơn bão Hệ thống AWS sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính để biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện

Hình 1 Nguyên lý hoạt động của hệ

thống AWS

* Mô hình toán học cho sự chuyển động của

hệ thống AWS

- Trong điều kiện sóng dao động bình thường

v dt

dx

dt

dv m

F song  tot g w  s (2) Trong đó:

x: là khoảng cách di chuyển của phao và bộ

phận chuyển đổi

v: là tốc độ di chuyển của phao và bộ phận

chuyển đổi

Trang 3

m tot: là tổng khối lượng của phao

β g: là hệ số sụt giảm của AWS

 w: là hệ số thủy lực của AWS

k s: là hệ số đàn hồi của AWS

F song: là tổng lực tác động lên nắp có được từ

sóng biển

- Trong điều kiện sóng dao động bất thường

) sin(

)

1     

Thế (3) và (2), khi ấy:

) sin(

)















t F t

F

x k dt

dv

(4)

* Máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến

tính trong hệ thống AWS

- Cấu tạo

Máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính

có cấu tạo bao gồm: phần chuyển đổi với các

nam châm được lắp vào các cực chuyển đổi Bộ

phận chuyển đổi di chuyển tuyến tính

Máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính

với stator là phần tĩnh chứa các cuộn dây dẫn,

cuộn dây phần ứng Giữa bộ phận chuyển đổi

và stator là khoảng trống không khí Điện thế

được cảm ứng trong các cuộn dây vì từ trường

thay đổi do bộ chuyển đổi chuyển động

- Nguyên lý hoạt động của máy phát nam

châm vĩnh cửu tuyến tính

Khi nam châm vĩnh cửu trên bộ chuyển đổi di

chuyển tương đối với stator thì một lực điện

động EMF được cảm ứng trong cuộn dây phần

ứng Lực điện động EMF sẽ được tạo ra, nếu

cuộn dây phần ứng được nối với tải thì sẽ điều

khiển dòng điện trong cuộn dây phần ứng

Dòng điện này lần lượt tạo ra từ thông tương

tác với từ thông của nam châm vĩnh cửu và tạo

ra một lực trong phần chuyển đổi Cơ năng

được điều chỉnh bởi bộ phận chuyển đổi, có thể

được chuyển đổi thành điện năng

Vì chuyển động của phao là tuyến tính, nên

máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

tuyến tính được chọn lựa để chuyển đổi năng

lượng sóng biển thành năng lượng điện

Sự chọn lựa này là vì máy phát đồng bộ nam

châm vĩnh cửu tuyến tính là máy phát có chi

phí và tổn thất là thấp nhất Bên cạnh đó, tỷ

trọng và hiệu suất cao được xem là phù hợp với AWS

Hình 2 Cấu tạo máy phát tuyến tính

3 BỘ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN WAVE DRAGON

Wave Dragon là một bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện nổi và được neo Nó thuộc loại đập tràn mà có thể được sử dụng đơn lẻ hoặc được kết hợp để hình thành một nhà máy điện với công suất tương đương với các nhà máy điện truyền thống dựa trên các nguồn nhiên liệu hóa thạch Hệ thống đầu tiên được kết nối với lưới điện hiện đang được triển khai ở Nissum Bredning, Đan Mạch Một quá trình thử nghiệm dài đã được thực hiện để xác định hiệu suất của hệ thống dưới các điều kiện biển khác nhau Khái niệm WD kết hợp các công nghệ của các thiết bị khai thác năng lượng sóng biển xa bờ hiện có, đang phát triển và công nghệ tuabin thủy điện theo một cách mới

WD là một công nghệ chuyển đổi năng lượng sóng biển duy nhất đang được phát triển theo quy mô tự do Do kích thước tương đối lớn vì vậy việc bảo trì và ngay cả các công tác sửa chữa lớn cũng có thể được thực hiện trên biển dẫn đến chi phí vận hành và bảo trì thấp hơn so với các bộ biến đổi khác

Hình 3 Hệ thống biến đổi năng lượng sóng

biển WD

Trang 4

Về cơ bản, WD bao gồm hai bộ phận mà có thể

được xem như là hai cánh tay được sử dụng để

tập trung sóng biển hướng đến một đoạn

đường Sau đoạn đường là một hồ chứa lớn, nơi

mà nước được tập hợp và lưu trữ tạm thời

Nước này sẽ rời khỏi hồ chứa thông qua các

tuabin thủy điện

Tóm lại, các thành phần chính của một hệ

thống WD sẽ bao gồm:

- Đoạn đường với bê-tông cốt thép và/hoặc

thép xây dựng;

- Hai cánh tay tập hợp sóng bằng thép và/hoặc

bê-tông cốt thép;

- Hệ thống neo;

- Tuabin cánh quạt với máy phát điện nam

châm vĩnh cửu

Hình 4 Các bộ phận cơ bản của hệ thống biến

đổi năng lượng sóng biển WD

Các kích thước vật lý của một WD sẽ được tối

ưu hóa tương ứng với các dạng sóng tại vị trí

khai thác khác nhau bao gồm chiều rộng của

đoạn đường tập hợp sóng, chiều dài của các

cánh tay, trọng lượng, số lượng và kích thước

của các tuabin

Về cơ bản, có thể nhận thấy rằng bộ phận chính

của WD là một hồ chứa nổi lớn Để giảm xoay,

lắc và để đảm bảo sản xuất kinh tế của việc sản

xuất điện từ sóng biển, WD cần phải lớn và

nặng Hệ thống WD được thử nghiệm tại

Bredning Nissum là một tấm thép xây dựng

truyền thống, giống như một xà lan với thép

tấm dày khoảng 8 mm Tổng trọng lượng thép

của xà lan, cộng với đoạn đường nối là 150 tấn

Để đạt được tổng trọng lượng mong muốn là

237 tấn, 87 tấn nước dằn xà lan được thêm vào

Trong điều kiện sóng biển 36 kW/m, hệ thống

xà lan này sẽ có kích thước là 140  95 m mà được hình thành bởi thép và bê-tông cốt thép Phần trên của WD là hồ chứa nước Tại Bredning Nissum, thể tích hồ chứa thử nghiệm nguyên mẫu là 55 m3, trong khi đó, với điều kiện sóng 36 kW/m thể tích hồ chứa sẽ tương ứng vào khoảng 8000 m3

Một trong những đặc điểm chính của WD là nó

sẽ liên tục được điều chỉnh để thay đổi và thích nghi với chiều cao của sóng bằng cách thay đổi chiều cao phao nổi Điều này đạt được bằng cách thay đổi áp suất không khí trong các buồng không khí Một hệ thống phao nổi và xà lan được cố định để đảm bảo hệ thống WD ổn định và đặc biệt là để giảm các dao động lớn do sóng biển gây ra

Để tối đa hóa hiệu quả nước tràn, một sự kết hợp giữa hai cánh tay và hệ thống đường dẫn được nghiên cứu và thiết kế Trong đó, có thể nhận thấy rằng, hai cánh tay tập hợp sóng sẽ ảnh hưởng lớn đến các chi phí xây dựng của một bộ chuyển đổi năng lượng sóng biển thuộc dạng đập tràn Mỗi cánh tay thử nghiệm của hệ thống WD tại Bredning Nissum có chiều dài 27

m, chiều cao 3,5 m và nặng 25 tấn Trong trường hợp WD được xây dựng cho điều kiện sóng 36 kW/m thì mỗi cánh tay sẽ có chiều dài

là 145 m và chiều cao là 19 m Các cánh tay này sẽ được giữ cố bởi hệ thống neo và dây

CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU TRONG HỆ THỐNG BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN WAVE DRAGON

Khi đưa hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon (WD) với máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu vào vận hành độc lập hoặc khi kết nối với hệ thống điện quốc gia thì những yêu cầu khắt khe đối với lưới điện là cần thiết, nó là một phần quy định của vận hành

hệ thống điện Những quy định này đưa ra những yêu cầu cho hệ thống biến đổi làm việc dưới điều kiện vận hành bình thường cũng như

sự cố Trong trường hợp này, việc điều chỉnh

để phát công suất tác dụng và phản kháng theo yêu cầu là một trong những bài toán quan trọng

mà sẽ được đề cập trong chương này

- Điều khiển công suất tác dụng

Điều khiển công suất tác dụng liên quan đến tần số của hệ thống điện Đối với hệ thống điện

Hướng sóng

Máy phát điện

Hồ chứa

Tuabin Kaplan

(Đáy biển) Phao nổi

Hệ thống xà lan tập hợp sóng

Hệ thống neo

Trang 5

Việt Nam tần số vận hành của hệ thống là

(50±0,2)Hz Khi hệ thống chuyển đổi năng

lượng sóng biển vận hành độc lập, nhu cầu điều

chỉnh công suất tác dụng cung cấp cho phụ tải

là quan trọng Trong một trường hợp khác, khi

hệ thống được kết nối với hệ thống điện quốc

gia thì yêu cầu điều chỉnh công suất tác dụng

của hệ thống chuyển đổi năng lượng sóng biển

để điều chỉnh được tần số cũng không kém

phần quan trọng Ngoài ra, tốc độ thay đổi của

tần số cũng là một yêu cầu đối với các nhà máy

điện nói chung khi kết nối đến hệ thống điện

- Điều khiển công suất phản kháng

Điều khiển công suất phản kháng liên quan đến

vấn đề điều khiển điện áp Do đó, nó có vai trò

quan trọng trong điều kiện vận hành bình

thường cũng như sự cố

- Các kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng

và công suất phản kháng

Thông thường, các bộ biến đổi điện tử công

suất sử dụng các kỹ thuật điều khiển vector để

điều khiển Bằng việc sử dụng các kỹ thuật này,

cho phép điều khiển công suất tác dụng và công

suất phản kháng đi qua bộ bộ biến đổi theo

những chiều hướng khác nhau Lý thuyết của

kỹ thuật điều khiển này là chọn một hệ trục tọa

độ tham chiếu và hệ trục này quay với một tốc

độ góc xác định Do đó, khi một đối tượng cần

điều khiển trong hệ tọa độ tĩnh biến đổi theo

thời gian (thành phần AC), khi chuyển sang hệ

tọa độ tham chiếu mới, nó trở thành một đại

lượng không phụ thuộc vào thời gian (thành

phần DC) Điều này làm cho việc điều khiển

các đối tượng mới này trở nên dễ dàng hơn

Thông thường, các hệ trục tọa độ tham chiếu

dựa vào từ thông hoặc điện áp của lưới hoặc

stator; hoặc từ trường của rotor máy phát Việc

lựa chọn các hệ trục tọa độ tham chiếu và góc

quay hợp lý sẽ giúp chúng ta dễ dàng quan sát

và điều khiển các đối tượng trong hệ trục tọa độ

tham chiếu

- Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu

phía lưới

Cấu trúc điều khiển nghịch lưu PWM về cơ bản

có cùng chung một mục đích nhưng lại được

dựa trên các nguyên tắc khác nhau Chúng

được phân loại dựa trên hai nguyên tắc:

- Điều khiển dựa trên điện áp,

- Điều khiển dựa trên từ thông ảo

Trong đó, điều khiển nghịch lưu PWM theo

định hướng vector điện áp lưới gồm hai

phương pháp là:

+ Điều khiển định hướng vector điện áp (Voltage Oriented Control, VOC),

+ Điều khiển công suất trực tiếp (Direct Power Control, DPC)

Cả hai phương đều chọn hệ trục tọa độ tham chiếu là SVRF (Stator Voltage Oriented Reference Frame)

Trong khi đó, phương pháp điều khiển dựa trên

từ thông ảo là phương pháp cần phải ước lượng

từ thông ảo của lưới điện Điều khiển theo vector từ thông ảo bao hai phương pháp là: + Điều khiển định hướng vector từ thông điện áp (Voltage Flux Oriented Control, VFOC),

+ Điều khiển công suất trực tiếp theo định hướng vector từ thông điện áp (Voltage Flux Direct Power Control, DPC)

Trong phạm vi của bài báo này, phương pháp VOC sẽ được lựa chọn cho việc điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện WD

- Điều khiển nghịch lưu theo định hướng vector điện áp

Đặc điểm của phương pháp điều khiển này là dựa vào dòng điện để xử lý tín hiệu trên hai hệ trục tọa độ mà bao gồm hệ trục tọa độ cố định

α-β và hệ trục tọa độ quay d-q Các giá trị dòng

điện đo được trong hệ trục tọa độ tĩnh ba pha

được biến đổi sang hệ trục tọa độ cố định α-β, sau đó được biến đổi sang hệ tọa độ d-q Cấu

trúc điều khiển PWM theo VOC là như sau:

Hình 5 Sơ đồ điều khiển nghịch lưu PWM theo

VOC

Khi chọn trục d trùng với trục điện áp của lưới

và hệ trục d-q quay cùng với tần số của lưới là

ω Do đó: U d UL và Uq 0, điều này cũng

có nghĩa là trên sơ đồ điều khiển thành phần,

U bị triệt tiêu

Trang 6

- Mô phỏng điều khiển công suất tác dụng và

công suất phản kháng của máy phát điện

đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ thống

biến đổi năng lượng sóng biển thành năng

lượng điện WD

Bằng phương pháp điều khiển định hướng

vector điện áp lưới, công suất tác dụng, P và

công suất phản kháng, Q của hệ thống WD sẽ

được thực hiện điều khiển thông qua sơ đồ sau:

Hình 6 Sơ đồ điều khiển P và Q của hệ thống

biến đổi WD Theo phương pháp điều khiển định hướng

vector điện áp của lưới thì ULq = 0 Khi ấy,

công suất tác dụng và công suất phản kháng

của lưới tương ứng sẽ là:

Pgrid UdId

2

3

Suy ra:

d

grid

d

U

P

I

3

2

và

Q grid U d I q

2

3



Suy ra:

d

grid

q

U

Q

I

3

2



Việc điều khiển công suất tác dụng và công

suất phản kháng thông qua việc điều khiển hai

thành phần của dòng điện I d và I q tương ứng

5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

5.1 Trường hợp 1

* Thông số đặt:

- Các giá trị đặt của công suất tác dụng và công

suất phản kháng lần lượt là: P ref = 250 kW và

Q ref = 150 kVAR

- Tốc độ rotor,  r = 3,2 (rad/s)

* Kết quả mô phỏng:

Hình 7 Công suất tác dụng của PMSG phát lên

lưới của trường hợp 1

Hình 8 Công suất phản kháng của PMSG phát

lên lưới của trường hợp 1

* Nhận xét:

Công suất tác dụng, P và công suất phản kháng,

Q của máy phát luôn bám theo được các giá trị

yêu cầu, P ref = 250 kW và Q ref = 150 kVAR Đáp ứng công suất tác dụng của máy phát ổn

định nhanh sau khoảng thời gian quá độ, t qđ = 0.0165s và tương tự, đáp ứng công suất phản kháng của máy phát cũng ổn định nhanh sau

khoảng thời gian quá độ, t qđ = 0.0172s Ngoài

ra, trong khoảng thời gian t = [0, 0.011s], công suất tác dụng, P < 0, máy phát làm việc ở chế

độ động cơ

Q ref = 150 kVAR

Trang 7

Hình 9 Công suất tác dụng của PMSG phát lên

lưới của trường hợp 2

Hình 10 Công suất phản kháng của PMSG

phát lên lưới của trường hợp 2

* Nhận xét:

yêu cầu, P ref = 550 kW và Q ref = 150 kVAR

Đáp ứng công suất tác dụng của máy phát ổn

định nhanh sau khoảng thời gian quá độ, t qđ =

0.0173s và tương tự, đáp ứng công suất phản

kháng của máy phát cũng ổn định nhanh sau

ra, trong khoảng thời gian t = [0, 0.011s], công

suất tác dụng, P < 0, máy phát làm việc ở chế

độ động cơ

Q ref = 550 kVAR

Hình 11 Công suất tác dụng của PMSG phát

Hình 12 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới của trường hợp 3

* Nhận xét:

yêu cầu, P ref = 750 kW và Q ref = 550 kVAR Đáp ứng công suất tác dụng của máy phát ổn

định nhanh sau khoảng thời gian quá độ, t qđ = 0.029s và tương tự, đáp ứng công suất phản kháng của máy phát cũng ổn định nhanh sau

ra, trong khoảng thời gian t = [0, 0.0085s],

công suất tác dụng, P < 0, máy phát làm việc ở

chế độ động cơ

- Giá trị đặt của công suất tác dụng, P được

thay đổi theo thời gian với các giá trị lần lượt như sau:

P(kW) 0 -250 -250 -350 -350 -750 -750 -400 -400

Trang 8

Hình 14 Công suất phản kháng của PMSG

phát lên lưới của trường hợp 4

Hình 15 Dòng điện của PMSG phát lên lưới

của trường hợp 4

* Nhận xét:

Công suất tác dụng, P luôn bám theo được các

giá trị yêu cầu và công suất phản kháng, Q

không thay đổi, Q = 150 kVAR Điều này cũng

có nghĩa là việc điều khiển công suất P và Q

độc lập với nhau

- Giá trị đặt của công suất tác dụng, P ref = - 550

kW, Q ref = 150 kVAR

- Tốc độ rotor,  r thay đổi như sau:

 r(rad/s) 0 2,8 2,8 3,5 3,5 4,2 4,2 3,2 3,2

Hình 16 Tốc độ rotor của PMSG trong trường

hợp 5

Hình 18 Công suất phản kháng của PMSG phát lên lưới của trường hợp 5

* Nhận xét:

yêu cầu, P ref = -550 kW và Q ref = 150 kVAR bất chấp các thay đổi của tốc độ rotor,  r Đáp ứng công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát ổn định nhanh sau khoảng thời gian quá độ

6 KẾT LUẬN

Các kết quả đạt được trong bài báo bao gồm nghiên cứu và phân tích các bộ biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing (AWS) và bộ biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon Các kết quả mô phỏng điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho bộ biến đổi năng lượng sóng biển sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phần mềm Simulink/Matlab luôn thỏa mãn được các yêu cầu về giá trị điều khiển cũng như tốc độ đáp ứng

TÀI LIỆU KHAM THẢO

[1] http://tiet kiem nang luong.com.vn

[2] http://www.evn.com.vn

[3] http://moi truong.xay dung.gov.vn

[4] http://www.google.com.vn/bờ-biển-việt-nam

Trang 9

[5] H Polinder and M Scuotto “Wave energy

converters and their impact on Power

Systems”, IEEE Conference, 2004

[6] L.Rodrigues, “Wave power conversion

systems for electrical energy production”,

Department of Electrical Engineering Faculty

of Science and Technology, Nova University of

Lisbon, 2006

[7] J P Kofoed, P Frigaad, E Friis-Madsen

and H.C.Sorensen “Prototype testing of the

wave energy converter wave dragon”, IEEE

Conference, 2003

[8] F.Wu, X P Zhang, P Ju, and etc “Sterling

modeling and control of AWS-based wave

energy conversion system integrated into power

grid”, IEEE Conference, 2009

[9] J.Cruz, Ocean wave energy, Springer

Pulisher, 2008

[10] Phạm Văn Bình, Máy điện tổng quát, Nhà

xuất bản khoa học kỹ thuật, 2003

[11] J Faiz and M E Salari, “Design and simulation of a 250 kW linear permanent magnet generator for wave energy to electric conversion in Caspian Sea”, IEEE Conference,

2007

[12] J Tedd, J P Kofoed, W Knapp, E Friis-Madsen, H.C.Sorensen, “Wave Dragon, prototype wave power production”, 16th World Renewable Energy Congress, Florence, Italy,

2006

[13] Z Zhou, W Knapp, J MacEnri, and etc,

“Permanent magnet generator control and electrical system configuration for wave dragon

MW wave energy take-off system”, IEEE Conference, 2008

[14] M.Jasinski, “Vector control of AC/DC/AC converter – generator subset in wave-to-wire power train for wave dragon MW”, IEEE Conference, 2007

[15] Introduction to Simulink/Matlab, 2011

Định dạng
Số trang	9
Dung lượng	1,14 MB