giáo trình máy phát điện gió

CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓÙ¾ Turbine gió là một hệ thống có tác dụng chuyển đổi động năng của gió thành năng lượng cơ hay năng lượng điện ¾ Cấu tạo của turbine bao gồm : Một rotor các

Trang 1

MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ VÀ CÁC VẤN ĐỀ LÀM VIỆC VỚI LƯỚI ĐIỆN

Trang 2

Nội dung Nội dung

¾ Phần 1: Cấu tao và nguyên lý hoat động của máy phát điện

¾ Phan 1: Cau tạo va nguyen ly hoạt động cua may phat điện gió

¾ Phần 2: Vận hành máy phát điện gió trong hệ thống điện độc ä y p ä g g ä g ä ä lập

¾ Phần 3: Vận hành máy phát điện gió trong hệ thống lớn

¾Phần 4: Sơ đồ kết nối máy phát điện gió với lưới điện

¾ Phần 5: Bảo vệ máy phát

¾ Phan 5: Bao vệ may phat

¾ Phần 6: Giới máy phát điện gió điển hình

Trang 3

Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động

của máy phát điện gió cua may phat điện gio

Trang 4

CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓÙ

¾ Turbine gió là một hệ thống có tác dụng chuyển đổi động

năng của gió thành năng lượng cơ hay năng lượng điện

¾ Cấu tạo của turbine bao gồm :

Một rotor các cánh quat: có tác dung chuyển năng

-Một rotor, cac canh quạt: co tac dụng chuyen nang

lượng gió thành năng lượng cơ năng

- Vỏ máy: bảo vệ hộp số và máy phát

-Tháp đỡ: nâng rotor và các thiết bị điện: bộ điều khiển, cáp điện, thiết bị hỗ trợ mặt đất và thiết bị kết nối

¾ Các tháp đỡ hầu hết có hình ống và được làm bằng sắt Các cánh quạt được chế tạo bằng sợi thủy tinh và được làm cứng thêm với polyester hay wood-epoxy

Trang 5

CẤU TẠO CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ (tt)

Trang 6

Điều chỉnh cánh

Trục tốc độ thấp

Hộp số Rô to

Đo hướng gió Vỏ tua bin

Trục tốc độ cao Tháp gió

Cánh quat

Động cơ truyền đ ộng hướng Thap gio Canh quạt

Trang 7

¾ Cánh quạt: Hầu hết tua bin có 2 hoặc 3 cánh, chúng

nhận lực nâng của gió bằng cách tạo ra các áp lực khácnhau lên bề mặt vì vậy khi có gió thổi qua các cánh nàylàm cho các cánh chuyển động quay

Trang 8

Loại 3 cánh quạt cĩ hiệu suất cao hơn 2 loại cịn lại Vật liệu cánh quạt: thường bằng sợi thủy tinh được gia cố thêm polyester hoặc epoxy sợi thường bằng sợi thủy tinh được gia cố thêm polyester hoặc epoxy, sợi carbon rất tốt cho cánh quạt nhưng giá cịn đắt.

Trang 9

loại mắt cáo (những thanh

thép ghép lại với nhau).

Trang 10

Tháp gió càng cao thì

tuabin càng nhận

được nhiều năng

lương hơn và sinh ượ g ơ va

ra nhiều điện năng

hơn

Trang 11

¾Hệ thống hãm (Brake): Khi tốc độ giĩ cao làm cơng suất giĩ rất lớn làm ảnh

hưởng đến độ bền cơ hoặc hư hỏng turbine giĩ hoặc trong trường hợp khNn

ấ ể ế ấ ề

cấp,để hạn chế vấn đề này turbine cĩ bộ phận hãm.

Hệ thống hãm có thể điều khiển bằng cơ, bằng điện hay bằng thủy

lực để dừng rôto.

Trang 12

¾Trục cánh quạt (Hub): dùng để kết nối các cánh quạt lại với nhau và nối với

trục chính

trục chính.

Trang 13

Trang 14

¾Động cơ điều chỉnh hướng

turbine (Yaw motor): động ( ) ộ g

cơ sẽ điều chỉnh turbine đúng

theo hướng giĩ khi giĩ thay

đổi, bằng cách điều chỉnh

rô to đối diện với hướng gió

khi hướng gió thay đổi.

¾ Động cơ điều chỉnh hướng:

dùng để điều chỉnh hướng

tua bin.

¾ Bộ phận hướng gió: là

tua bin hướng theo hướng

gió và hoạt động đối diện

ới hướ i ù

với hướng gió.

Trang 15

¾Hệ thống hộp số (Gearbox): cĩ nguyên tắc giống như hộp số xe hơi, cĩ mục

đích làm tăng vận tốc quay của giĩ từ 30 đến 60 vịng/phút lên 1200 đến 1500 v/p

Trang 16

¾ Trục tốc độ cao: Trục này có tác dụng truyền động máy phát

điện

điện.

¾ Trục tốc độ thấp: Rô to quay trục tốc độ thấp vào khoảng

30-60 vòng/phút.

động ngưng mọi hoạt động của turbine khi vận tốc giĩ đạt đến 65 dặm/ giờ vì với vận tốc này sẽ làm nĩng và cĩ thể làm hư máy phát điện.

Trang 17

BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ ĐO TRÊN CỘT ĐO GIÓ

BO TRÍ CAC THIET BỊ ĐO TREN CỘT ĐO GIO

¾ Thiết bị đo hướng gió:

Thiết bị đo hướng gió và thông g g g

tin đến bộ điều khiển hướng để

định hướng tua bin đúng với

hướng của gió

Thiết bị đo hướng gió

kim thu sét

¾ Thi á bị đ ä á i ù D ø

¾ Thiết bị đo vận tốc gió: Dù

ng để đo tốc độ gió và truyền

dữ liệu tốc độ gió đo được và

o bộ điều khiển

Thiết bị đo tốc độ gió

o bộ đieu khien.

Trang 18

¾ Bộ điều khiển: khởi động máy ở tốc độ 3.5m/s đến 7m/s và

¾ Bộ đieu khien: khơi động may ơ toc độ 3.5m/s đen 7m/s va

ngừng máy ở tốc độ 29m/s Tua bin không thể hoạt động ở tốc độ gió trên 29m/s bởi vì máy phát điện có thể bị quá nhiệt

¾ Bộ phận điều chỉnh cánh quạt: Bộ này dùng để chỉnh góc

đón gió của các cánh quạt bằng cách xoay quanh trục của nó, việc điều chỉnh này để giữ rô to quay cố định ở vận tốc gió cao

việc đieu chỉnh nay đe giư ro to quay co định ơ vận toc gio cao hoặc thấp mà vẫn có thể phát điện

¾ Rô to: Rô to đặt ở các bộ phận như các cánh và truc quay

¾ Ro to: Ro to đặt ơ cac bộ phận như cac canh va trục quay

Trang 19

¾ Cột đo gió: Có hai loai cột đo gió thường đươc sử dung, đó

¾ Cột đo gio: Co hai loại cột đo gio thương được sư dụng, đo là cột có dạng hình ống và cột có dạng tam giác được lắp ghép lại bằng các thanh sắt

Trang 20

¾ Các máy điện thường được sử y g

dụng trong Turbin gió:

Chỗi than Vành trượt

9 Máy điện một chiều

9 Máy điện đồng bộ

Cuộn dây từ trường

Đường từ thôn g

Thông thường sử dụng máy

phát không đồng bộ và ồng

phat khong đong bộ va ồng

bộ tạo ra điện xoay chiều có

đồng bộ

Trang 21

Trang 22

Hình dáng của một vài turbine gió thông thường

Trang 23

PHÂN LOẠI

Loại Turbine ạ Loại khơng điều chỉnh cánh ạ g Loại điều chỉnh cánh được ạ ợ

Cấu tạo Đơn giản, khơng cĩ cơ cấu điều c

hỉnh cánh

Phức tạp, cĩ cơ cấu điều chỉnh c ánh và các bộ phận liên quan

Tính năng Cơng suất giảm khi quá ngưỡng

vận tốc giĩ do hiện tượng đảo c

ủa cánh

Giữ cơng suất khơng đổi khi quá

ngưỡng vận tốc giĩ

Điều khiển cơng suất Hình dáng của cánh điều chỉnh c

ơng suất sau ngưỡng

Điều khiển cơ bằng cách thay đ

ổi gĩc của cánh

Đáp ứng với điều kiện giĩ bão Phản ứng trực tiếp từ mọi thay đ

ổi của chế độ giĩ

Phản ứng với thời gian trễ nhất đị

nh sau khi cĩ giĩ mạnh tác độ

ổi của chế độ giĩ nh sau khi cĩ giĩ mạnh tác độ

ng lên bề mặt cánh

Bảo trí máy mĩc Dễ dàng, số bộ phận của cơ cấu ít Phức tạp, cần thiết bảo trí máy đi

ều tốc và các bộ phận điều áp dầu

Trang 24

NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CỦA TURBINE GIÓ

Trang 25

NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CỦA TURBINE GIÓ (tt)

Mô hình của một turbine gió bao gồm các khối: bộ phận điện, bộ phận cơ,

bộ phận khí động lực và hệ thống

bộ phận khí động lực và hệ thống điều khiển

Hệ thống điều khiển cung cấp góc điều khiển cho cánh quạt để ổn định q ạ ị tốc độ quay của rotor và ngăn ngừa sự

cố Ngoài ra nó còn cung cấp góc khởi động mềm cho bộ phận điện.

ề

Bộ phận khí động lực được điều khiển bởi tốc độ gió, cung cấp moment đầu vào cho bộ phận cơ khí.

Trang 26

Bộ phận cơ khí có cấu tạo chủ yếu là hộp số chuyển đổi tốc độ thấp từ cánh quạt thành tốc độ cao, cung cấp cho rotor máy phát điện.

Bộ phận điện là máy phát điện có nhiệm vụ chuyển đổi cơ năng từ bộ phận cơ khí thành điện năng.

Tóm lại, nguyên tắc chung của Turbine gió là tại rotor của turbine, động năng của gió được chuyển thành cơ năng Chính cơ năng này sẽ được chuyển thành điện năng qua máy phát điện g q y p ệ

Trang 27

LƯU ĐỒ KHỐI ĐiỀU KHIỂN HỆ THỐNG TURBINE GIÓ Động năng của gió -> cơ năng làm quay rotor máy phát điện -> điện năng

Tốc độ quay rotor

Tốc độ gió HỆ THỐNG ĐiỀU KHIỂN

Ổn định tốc độ rotor máy phát thông qua hãm động

Trang 28

PHƯƠNG TRÌNG ĐỘNG CỦA TURBINE GIÓ

- Năng lượng gió là động năng của không khí chuyển động với vận tốc v,

khối lượng m nên có động năng ợ g ộ g g 1 2

- Công suất của một luồng không khí qua một diện tính vùng cánh quạt

của turbine quét qua được tính:

2 2

, (

.

2

ω

β λ π

ρ là mật độ không khí (Thông thường ρ = 1,225 kg/m 3 ).

R là bán kính vùng mà cánh quạt gió turbine gió quét qua (m)

Trang 29

ω

Trong đó : ωR là vận tốc góc của cánh rotor

)2

Điều đáng chú ý là công suất rotor máy phát tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc gió

và vì thế vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụng năng lượng gió.

Trang 30

Trang 31

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ(tt)

Trang 32

Trang 33

v

v 3

4

Gearbox Ratio 1:n

Trang 34

VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

Trang 35

HỆ THỐNG GIÓ ĐỘC LẬP

R: Bộ chỉnh lưu I: Bộ nghịch lưu Ắc Quy

Trang 36

HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL

Máy phát điện gió

C Lưu/N Lưu

Bộ điều khiển và đấu nối vào lưới điện

CÁC BỘ PHẬN CỦA

Tần số thay đổi

C.Lưu/N.Lưu

Hệ thống 60Hz hoặc 50Hz

PCCU

-Máy nạp ắc quy và bộ

điều khiển xả điện.

Các máy cắt bảo vệ và

Máy phát điện Diesel

Tải AC

Đóng cắt

& Bảo vệ

-Cac may cat bao vệ va

công tắc chuyển nguồn

-Đồng hồ đo trào lưu côn

Trang 37

HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL (tt)

Trang 38

ĐẶC ĐIỂM :

¾ Hệ thống gió ghép với diesel đáp ứng nhu cầu phụ tải tại

mọi thời điểm một cách liên tục bởi vì hệ thống sẽ sử dụng

nhiều hơn một nguồn công suất để cung cấp cho lưới điện

nhieu hơn một nguon cong suat đe cung cap cho lươi điện

¾ Diesel sẽ cung cấp công suất trong trường hợp thiếu nguồn do công suất phát điện gió giảm (thời tiết xấu hoặckhông có gió)

¾ Trong hệ thống ghép, ắc quy được sử dụng để cung cấp

bổ sung công suất cho máy phát điện diesel.g g y p ä

¾ Ắc quy có thể đáp ứng được sự thay đổi tải ngắn hạn, máy phát diesel đảm nhận sư thay đổi dài han

Trang 39

¾ Sự vận hành hệ thống ghép diesel/gió có thể được chia

á

thành các chế độ như sau:

1 Chế độ a: Sự tiêu thụ công suất hoàn toàn được cung cấp

bởi máy phát diesel do không có gió Trong trường hơp này

bơi may phat diesel do khong co gio Trong trương hợp nay điện áp được điều chỉnh bởi bộ AVR của máy phát đồng bộ diesel và tần số được điều chỉnh bởi bộ điều tốc động cơ diesel

2 Chế độ b: Sự tiêu thụ công suất một phần được cung cấp

bởi điện gió và một phần được cung cấp bởi máy phát diesel Trong trường hợp này điện áp cũng được điều chỉnh bởi bộ AVR của máy phát đồng bộ diesel và tần số được điều chỉnh y p g ä ï

Trang 40

3 Chế độ c: Sư tiêu thu công suất hoàn toàn đươc cung cấp bởi

3 Che độ c: Sự tieu thụ cong suat hoan toan được cung cap bơi

tua bin gió Trong trường hợp này điện áp được điều chỉnh bởi bộ AVR của máy phát đồng bộ diesel hoạt động như là máy bù đồng bộ và tần số đươc điều chỉnh bởi bộ tải giả có thể thay đổi

đong bộ va tan so được đieu chỉnh bơi bộ tai gia co the thay đoi động

4 Chế độ d: Khi tải tiêu thụ công suất vượt quá công suất phát ä ï g ï q g pcủa các tua bin gió, lúc này động cơ diesel sẽ được khởi độngbổ sung công suất cho điện gió Trong trường hợp này điện ápvà tần số đươc điều khiển giống như trường hơp b

va tan so được đieu khien giong như trương hợp b

Trang 41

ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL (tt)

¾ Trong thời gian gió đủ công suất để cung cấp cho tải tiêu thu

thì máy phát diesel được cách ly bằng một bộ ly hợp và ngừng máy phát để tiết kiệm nhiên liệu

¾ Khi tải tăng hoặc điện gió giảm xuống, máy phát diesel sẽ

tự động khởi động để bổ sung công suất cho điện gió

¾ Tan so lươi được duy trì bơi một đieu khien nhanh việc can bằng công suất giữa công suất điện gió thay đổi, tải giả và khách hàng tiêu thụ điện

¾ Điện áp lưới được duy trì bởi bộ điều chỉnh điện áp tự động (AVR) của máy phát điện đồng bộ cũng như cung cấp công suất

Trang 42

VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

Trang 43

SƠ ĐỒ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRONG HỆ THỐNG LỚN

Tần số chuẩn

ĐK Nghịch lưu

ĐK xoay

Điện áp chuẩn

ĐK Công s uất Tỷ số tốc độ chuẩn

Trang 44

NHỮNG YÊU CẦU KHI KẾT NỐI VÀO HTĐ

Điều kiện trước khi máy cắt đồng bộ cho phép đóng mạch vào lưới điện như sau:

¾ Tần số phải gần nhất có thể với tần số lưới điện

tốt nhất là sai lệch khoảng 1/5 Hz

¾ Biên độ điện áp đầu cưc phải tương ứng với điện

áp đầu cực lưới điện, tốt nhất là sai lệch khoảng một vài phần trăm

¾ Thứ tự pha của điện áp 3 pha ở 2 đầu cực phải giống nhau

à

¾ Góc pha giữa điện áp 2 đầu cực không lệch quá 5 độ

Trang 45

NHỮNG YÊU CẦU KHI KẾT NỐI VÀO HTĐ (tt)

¾ Điện áp được điều khiển bằng tỷ số vòng dây máy biến áp hoặc thay đổi góc kích bộ chỉnh lưu/nghịch lưu trong hệ thống điều khiển

¾ Để đạt được yêu cầu tần số chính xác, gần bằng với tần số lưới điện thì biện pháp hiệu quả duy nhất là sử dụng tần số ä ä p p ä q y ï glưới điện như là tần số chuẩn cho tần số đóng cắt bộ nghịch lưu

¾ Trong hệ thống gió, các máy phát điện đồng bộ của hệ thống điện cung cấp dòng điện từ hóa cho máy phát điện không đồng

Trang 46

SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN

Trang 47

SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN

Trang 48

SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN (tt)

¾ Sơ đồ đấu nối trực tiếp vào lưới điện :

điện sẽ đưa trực tiếp qua máy biến áp qua hệ thống bảo vệ và đưa lên lưới Hệ thống giĩ độc lập thường cung cấp cho một tải cục bộ nào đĩ khí lưới điện chưa

vươn tới được Tần số được điều khiển bằng cách điều khiển tốc độ turbine

Trang 49

¾ Kết nối vào lưới điện thông qua

mạch điện trung gian dòng điện

so

¾ Sơ đồ đấu nối vào lưới điện

thông qua mạch điện trung gian

dong điện một chieu (khong co

Trang 50

hết được chỉnh lưu thành nguồn điện một chiều (DC) sau đĩ được nghịch lưu trở lại ợ g ệ ộ ( ) ợ g ị ạ thành điện AC cĩ tần số cố định (f=50Hz hoặc f=60Hz) Trước khi nghịch lưu, sĩng

Trang 51

~

Hộp số

KĐ B

¾ Đấu nối vào lưới điện thông

qua bộ biến đổi AC trực tiếp

f

số

KĐ B

¾ Sơ đồ kết nối vào lưới điện

với bộ điều khiển độ trượt động

Trang 52

~- - ~

¾ Sơ đồ kết nối vào lưới điện với

Hộp số

KĐ B

n

¾ Sơ đo ket noi vao lươi điện

trong đó MPĐ đồng bộ được nuôi

từ 2 nguồn

¾ Sơ đồ đấu nối vào lưới điện

Trang 53

BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ

Trang 54

BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ Ä

1/ Bảo vệ stator (Stator protection)

2/ Bảo vệ Rotor (Rotor protection)

3/ Bảo vệ chạm đất (Ground fault protection)

4/ Các hệ thống bảo vệ khác (Other generator protection

systems)

Trang 55

BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ Ä (tt) ( )

Bảo vệ stator :

1/ Bảo vệ so lệch dọc (Longitudinal differential protection)

2/ Bảo vệ so lệch ngang (Transverse differential protection) 3/ Bảo vệ quá nhiệt (Overheating protection ) ệ q ệ ( g p )

4/ Bảo vệ chạm đất (Ground fault protection)

Trang 56

BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt)

Bảo vệ rotor :

1/ Bảo vệ tổn hao kích từ (Loss of excitation protection)

2/ Bảo vệ cuộn dây nối đất (Grounded field winding protection) ệ ộ y ( g p )

3/ Bảo vệ quá nhiệt rotor (Overheating of the rotor from unbalanced

stator currents)

Trang 57

Các hệ thống bảo vệ khác :

2/ Bảo vệ quá tốc độ (Over speed protection)

3/ Bảo vệ động cơ MF (Generator motoring protection)

Trang 58

BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt) Bảo vệ so lệch dọc

Typical differential (87) connection for the protection of wye generator yp ( ) p y g

Trang 59

BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt) Bảo vệ so lệch ngang

C B A

Trang 60

Trang 61

GIỚI THIỆU MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ

ĐIỂN HÌNH

Trang 62

LOẠI TURBINE ĐIỂN HÌNH Ạ

Trang 66

Phân bố công suất theo tốc độ gió

Đường đặc tính làm việc của Turbine

theo tốc độ gió

Định dạng
Số trang	68
Dung lượng	2,48 MB