1.2 Mô phỏng tuabin gió bằng matlab
1.2.4 Khối máy phát điện (khối 2)
Đầu vào là các moment từ khối 1 và đầu ra là điện áp xoay chiều 3 phase sơ cấp ngoài ra còn có các moment điều chỉnh hệ thống wind-turbine.
MÁY PHÁT PMSG (Máy phát đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu)
Mô hình máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) có hai loại hệ trục tọa độ được sử dụng: hệ trục tọa độ αβ gắn cố định với stator và hệ trục tọa độ dq còn gọi là hệ tọa độ tựa theo hướng từ thông rotor, như Hình 2.10.
Hình 1.59 Hệ trục toạ độ dq
Máy đồng bộ nam châm vĩnh cửu hoạt động như một máy phát điện. Mô hình không gian trạng thái thứ hai được thể hiện với các bộ phận điện và cơ khí của máy này. Mô hình hình sin giả định rằng từ thông được thiết lập bởi nam châm vĩnh cửu là hình sin, điều này ngụ ý thêm rằng emf cũng là hình sin. Các phương trình này được biểu diễn trong khung tham chiếu rôto. Tất cả các đại lượng trong khung tham chiếu rôto được gọi là stato.
50 Hãy xem xét mạch tương đương của PMSG dựa trên WECS. Mô hình của PMSG được thiết lập trong khung tham chiếu đồng bộ d-q như minh họa trong Hình 2.12, tương ứng [6].
Hình 1.60 Khung tham chiếu dq của máy phát
Các phương trình điện áp của PMSG như trong Hình 1.20 được đưa ra bởi (1.13)
1 q
d d d r q
d d d
d R L
i v i p i
dt L L L (1.13)
1 d r
q q q r d
q q q q
L p
d R
i v i p i
dt L L L L
(1.14)
Phương trình mô-men xoắn điện từ được đưa ra bởi (1.14)
1.5
e q d q d q
T pi L L i i (1.15) Trong đó: = độ tự cảm của trục q, =độ tự cảm trục d, điện trở của cuộn dây stato, = q trục dòng điện, id = d trục hiện tại, = q điện áp trục, = d điện áp trục, = vận tốc góc của rôto, = biên độ của từ thông gây ra và p = số cặp cực .
Các phương trình động được đưa ra bởi (1.15)
1
r e r m
d T F T
dt J (1.16)
Trong đó J = quán tính của rôto, F = ma sát của rôto và θ = góc rôto.
Bảng 1.3 Thông số máy phát điện
Tham số Giá trị
Loại 7.5 KW
Tốc độ cơ sở rotor 140 rad/sec
Điện trở pha stator 0.425 ohm
Điện cảm phần ứng 0.0082 H
Liên kết thông lượng 0.433
Số cặp cực 5
Và chọn máy phát PMSG (Permanent Magnet Synchronous Machine) trên Matalb và set các thông số:
51 Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks /
Machines
Hình 1.61 Chọn máy phát PMSG trên Matalb
Chọn mô-men xoắn áp dụng cho trục, tốc độ cánh quạt làm đầu vào Simulink® của khối hoặc để thể hiện trục máy bằng cổng cơ quay Simscape ™.
Chọn Torque Tm (mặc định) để chỉ định đầu vào mô-men xoắn, trong N.m. và thay đổi nhãn của đầu vào khối thành Tm. Tốc độ máy được xác định bởi quán tính J của máy và bởi sự khác biệt giữa mô-men xoắn cơ học ứng dụng Tm và mô-men điện từ bên trong Te. Quy ước ký hiệu cho mô-men xoắn cơ học là khi tốc độ dương, tín
52 hiệu mô-men dương cho biết chế độ động cơ và tín hiệu âm cho biết chế độ máy phát.
Hình 1.62 Thông số máy phát PMSG trên Matalb Các thông số của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Công suất đinh mức: 7,5 KW
Tần số định mức,
Điện trở stator ,
Điện cảm stator trục dọc = 0,0082 H
Điện cảm stator trục ngang = 0,0082 H
Hệ số quán tính J (kg. )= 0,01197
Hệ số ma sát F (N.m.s)= 0,001189
Số cặp cực là 5
KHỐI TỔNG WIND GENERATOR - Mô hình tuabin gió và máy phát điện
53 Hình 1.63 Mô hình tuabin gió và máy phát điện
Bây giờ bắt đầu vẽ những khối mới từ trái sang phải và đưa ra nguyên lý:
Khối Filter 3 gồm là khối Discrete
State-Space
Hình 1.64a Tạo khối Discrete State-Space
54 Hình 1.64b Cài đặt khối Discrete State-Space
Tiếp theo tạo khối Bus Selector dùng để chọn tín hiệu từ ngõ vào của bus Simulink / Commonly Used Blocks.
Hình 1.65a Tạo khối Bus Selector dùng để chọn tín hiệu từ ngõ vào.
.
55
Ở đây chọn 2 tín hiệu là tốc độ của rotor và Momen ra từ máy phát điện Te
Hình 1.65b Cài đặt khối Bus Selector
Tạo khối Current Measurement để đo dòng điện trong mạch bằng cách Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Measurements
Hình 1.66 Tạo khối Current Measurement
56
Tạo khối Voltage Measurement để đo áp trong mạch bằng cách Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Measurements
Hình 1.67a Tạo khối Voltage Measurement
Hình 1.67b Cài đặt khối Voltage Measurement
57 Khối Discrete RMS value được set các thông số sau:
Hình 1.68 Cài đặt khối Discrete RMS value Bao gồm mô hình dùng để chuyển đổi sang giá trị hiệu dụng
Hình 1.69 Mô hình dùng để chuyển đổi sang giá trị hiệu dụng
58 Tiếp theo là khối Three-Phase V-I Measurement dùng để đo dòng điện ba pha và điện áp trong mạch Simscape / Electrical / Specialized Power Systems / Fundamental Blocks / Measurements
Hình 1.70a Tạo khối Three-Phase V-I Measurement
Hình 1.70b Cài đặt khối Three-Phase V-I Measurement
59
Tạo khối Display dùng để Hiển thị giá trị đầu vào
Hình 1.71 Tạo khối Display
Tạo khối Scope, Time Scope dùng để Hiển thị tín hiệu được tạo trong quá trình mô phỏng
Hình 1.72 Tạo khối Scope
60
Tạo các ngõ ra cho mô hình tổng bằng khối Connection Port dùng để là Cổng kết nối mô hình vật lý cho hệ thống con
Hình 1.73a Tạo khối Connection Port
Hình 1.73b Cài đặt khối Connection Port