Tải bản đầy đủ

Luận văn:Nghiên cứu hệ thống điều khiển máy phát điện gió cảm ứng kích từ kép docx

- 1 -

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG



BÙI VĂN VĨ



NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN
MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ CẢM ỨNG KÍCH TỪ KÉP


Chuyên ngành: Tự ñộng hóa
Mã số: 60.52.60



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT







Đà Nẵng, Năm 2012

- 2 -
Công trình ñược hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG



Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ĐỨC THÀNH



Phản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG ANH



Phản biện 2: TS. TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC



Luận văn ñược bảo vệ tại Hội ñồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 9 tháng
6 năm 2012





Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng.

- 3 -
MỞ ĐẦU

1) Lý do chọn ñề tài:
- Năng lượng là một trong những nhu cầu thiết yếu của con người
và là một yếu tố ñầu vào không thể thiếu ñược của hoạt ñộng kinh tế.
- Ngày nay, trữ lượng than, dầu, khí ñang ngày càng cạn kiệt.
- Hiện nay ở Việt Nam có nhiều thuận lợi phát triển ñiện
gió.Cùng với sự phát triển của công nghệ sản xuất, lắp ñặt rẻ hơn cũng
như việc ñiều khiển các máy phát ñiện gió ñược dể dàng.
- Qua ñây chúng ta nhận thấy rằng tình hình khai thác năng lượng
gió chưa xứng tầm với tiềm năng hiện có, và việc khai thác tốt tiềm
năng này ñể phục vụ cho nhu cầu năng lượng là việc làm cấp thiết.
- Với các lý do trên, tác giả ñã lựa chọn tài “Nghiên cứu hệ
thống ñiều khiển máy phát ñiện gió cảm ứng kích từ kép’’ làm ñề tài
nghiên cứu với mong muốn thỏa mãn các yêu cầu ñã ñề ra.
2) Mục tiêu của ñề tài:
- Nghiên cứu thuật toán ñiều khiển và mô phỏng máy phát ñiện
gió cảm ứng trên Matlab.
3) Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Phân tích hoạt ñộng, ñiều khiển máy phát ñiện gió cảm ứng kích
từ kép DFIG (Doubly Fed Induction Generator).
- Mô hình hóa của các thành phần trong hệ thống năng lượng gió.
- Sử dụng Matlab mô phỏng máy phát ñiện gió cảm ứng kích từ
kép DFIG với sự thay ñổi vận tốc gió.
4) Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu lý thuyết và tìm hiểu cấu tạo và cấu trúc truyền
ñộng của turbine gió .
- Sử dụng phần mềm Matlab ñể tính toán và mô phỏng.
- Đánh giá kết quả và ñề xuất hướng phát triển của ñề tài.
- 4 -
5) Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài:
Hiện nay trên thế giới trong ñó có Việt nam việc phát triển và
triển khai dự án năng lượng gió ñể ñáp ứng sử dụng ñiện hiện nay cũng
như trong tương lai là nhu cầu cấp thiết.
Việc nghiên cứu thuật ñiều “khiển máy phát ñiện gió cảm ứng
kích từ kép” góp phần khẳn ñịnh vấn ñề phát triển và khả năng triển
khai ứng dụng lý thuyết ñiều khiển cho máy phát ñiện gió.
6) Cấu trúc luận văn:
Ngoài phần mở ñầu, phần kết thúc và phụ lục. Luận văn gồm có 4
chương. Cụ thể như sau:
Chương 1: Tổng quan về năng lượng gió thế giới và Việt Nam
Chương 2: Nguyên lý máy phát ñiện gió.
Chương 3: Mô hình thuật toán máy phát ñiện gió cảm ứng kích
từ kép.
Chương 4: Thuật toán ñiều khiển và mô phỏng hệ thống máy
phát ñiện gió cảm ứng kích từ kép.

- 5 -
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
1.1 Thực trạng năng lượng và môi trường
Năng lượng là một trong các ñiều kiện thiết yếu trong ñời sống
con người và là một yếu tố ñầu vào không thể thiếu ñược của mọi hoạt
ñộng kinh tế.
Ngày nay, trữ lượng than, dầu, khí ñang ngày càng cạn kiệt. Mặt
khác, khi dùng chúng ñể phát ñiện sẽ phát thải khí nhà kính vào khí
quyển, trái ñất ngày càng nóng lên, gây biến ñổi khí hậu toàn cầu. Các
tai họa như hạn hán, bão lụt xảy ra trên toàn thể giới ngày càng trầm
trọng.
1.2 Tình hình sử dụng ñiện gió hiện nay và những triển vọng
trong tương lai
Trong gần 10 năm trở lại ñây nó mới khẳng ñịnh ñược vị trí trên
thị trường năng lượng thế giới khi sản lượng ñiện gió tăng trưởng một
cách ngoạn mục với tốc ñộ 28%/năm, cao nhất trong tất cả các nguồn
năng lượng hiện có.
Tiến bộ về công nghệ có tính ñột phá ñã giúp giảm giá thành ñiện
gió xuống nhiều lần, ñồng thời tăng công suất, hiệu quả và ñộ tin cậy
của các trạm ñiện gió.
1.3 Tiềm năng và tình hình khai thác ñiện gió tại Việt Nam
1.3.1. Khả năng khai thác năng lượng gió tại Việt Nam
- Theo bản ñồ phân bố các cấp tốc ñộ gió của tổ chức Khí tượng
thế giới và bản ñồ phân bố các cấp tốc ñộ gió của khu vực Đông Nam
Á, do tổ chức True Wind Solutions LLC (Mỹ) lập theo yêu cầu của
Ngân hàng Thế giới, xuất bản năm 2001, cho thấy: Khu vục ven biển tự
Bình Định ñến Bình Thuận, Tây Nguyên, dãy Trường Sơn phía bắc
trung bộ, nhiều nơi có tốc ñộ gió ñạt từ 7.0; 8.0 và 9.0 m/giây, có thể
phát ñiện với công suất lớn (nối lưới ñiện quốc gia), hầu hết ven biển
- 6 -
còn lại trên lãnh thổ, một số nơi, vùng núi trong ñất liền tốc ñộ gió ñạt
từ 5.0 ñến 6.0 m/giây, có thể khai thác gió kết hợp ñiêden ñể tạo nguồn
ñiện ñộc lập cung cấp cho hải ñảo, vùng sâu, vùng xa.
1.3.2 Khả năng khai thác năng lượng gió ở Việt Nam tại các ñộ cao
khác nhau
1.3.2.1 Tại ñộ cao 10m trên mặt ñất
1.3.2.2 Tại ñộ cao 20m trên mặt ñất
1.3.2.3 Tại ñộ cao 40m trên mặt ñất
1.3.2.4 Tại ñộ cao 60m trên mặt ñất
1.3.3. Bản ñồ phân bố năng lượng gió ở Việt Nam
Bản ñồ phân bố năng lượng gió ở Việt Nam trên ñất liền và trên
biển.












Hình 1.3 Tiềm năng gió trong ñất liền ở ñộ cao 65m.
Nguồn : Ngân hàng thế giới
1.4 Tình hình khai thác ñiện gió tại Việt Nam
Cũng ngay từ ñầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước, một số nhà ñầu tư
và chuyên gia về năng lượng gió của Đức, Tây Ban Nha, Bỉ, Italia,
Mỹ ñã tiếp xúc và tìm hiểu về nguồn năng lượng gió ở Việt Nam,
cũng ñã ñề xuất hợp tác hoặc tài trợ, xây dựng các trạm phát ñiện sức
gió tại Viêt Nam như: Nhà máy ñiện gió tại huyện ñảo Bạch Long Vĩ,
- 7 -
TP. Hải Phòng. Công suất 800kW, Phú Quý với công suất thiết kế (giai
ñoạn 1) là 3MW, công trình Nhà máy phong ñiện Phương Mai 3 chính
thức ñược khởi công xây dựng tại ñịa bàn hai xã Cát Chánh và Cát
Tiến, bán ñảo Phương Mai (huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định), Dự án ñiện
gió tại huyện Tuy Phong-Bình Thuận…
1.5 Các dự án phát triển ñiện gió ñang thực hiện
Hai dự án ñiện gió tại Quy Nhơn: Công suất dự kiến là 51MW và
84MW do công ty Gravbovski của Đức thực hiện.
Dự án ñiện gió tại huyện Tuy Phong-Bình Thuận công ty cổ phần Năng
lượng tái tạo Việt Nam (REVN) với tổng công suất dự án là 120 MW.
Nhà máy ñiện gió với công suất 50MW, tại xã Phước Minh, huyện Ninh
Phước.

- 8 -
CHƯƠNG 2
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG GIÓ
2.1 Năng lượng gió
Xét một khối không khí có khối lượng m chuyển ñộng với vận
tốc v. Động năng của nó E ñược cho bởi.


2.2 Đường cong công suất của turbine gió












Hình 2.1. Đồ thị mối tương quan giữa công suất và vận tốc gió

v

m

A

] [J
2
1
2
ν
mE =

WINDSPEED
(m/s)

- 9 -
2.3 Cấu tạo của turbine gió.
2.3.1 Các bộ phận chính trong turbine gió (Trục ngang)
2.3.2 Các dạng turbine gió
2.3.2.1 Turbine gió trục ñứng.
2.3.2.2 Turbine gió trục ngang.
2.4 Máy phát trong hệ thống turbine gió
2.4.1 Máy phát ñồng bộ.
2.4.2 Máy phát không ñồng bộ:
2.5 Hệ thống ñiều khiển turbine gió
2.5.1 Hệ thống ñiều khiển góc pitch và ñiều chỉnh hướng turbine
Với các turbine gió góc pitch thay ñổi, các cánh quạt có khả năng
xoay quanh ñầu trục ñỡ, ñiều chỉnh diện tích bề mặt hứng gió của cánh
turbine ñể ổn ñịnh tốc ñộ.
2.5.2 Công suất thu ñược của turbine gió
p
32
p
3
C
2
1
C
2
1
νρπνρ
RP
m
=Α=
[W]
Đường cong hiệu suất turbine










Hình 2.17. Đường cong hiệu suất turbine
C
p


0

1
/3

1

0.6

ν
ν
d
- 10 -
Vậy công suất lớn nhất mà turbine gió có thể thu ñược :
P
m max
=
3
2
1
27
16

ρ

2.5.3 Tương quan giữa tốc ñộ và công suất ngõ ra của turbine gió








Hình 2.18. Quan hệ công suất ngõ ra với vận tốc gió và tốc ñộ
Từ ñồ thị nhận thấy rằng ứng với mỗi vận tốc gió, tồn tại một tốc
ñộ của turbine cho công suất ngõ ra cực ñại.
2.5.4 Bộ phận chuyển ñổi công suất.
Hiện nay trong các turbine gió thường sử dụng bộ chuyển ñổi
nguồn ñiện áp back-to-back.





Đường cong công suất
t
ối
ưu

Tốc ñộ turbine ω
wtr
(pu)

Công su
ất ngõ ra
DC
Hình 2.21. Cấu trúc của bộ chuyển ñổi nguồn ñiện áp back-to-back

- 11 -
2.5.5 Mạch liên kết DC
2.6 Sự truyền ñộng và hiệu suất của máy phát
2.7 Các cách thức hoạt ñộng của turbine gió
2.7.1 Turbine gió tốc ñộ cố ñịnh

Hình 2.25. Sơ ñồ turbine gió tốc ñộ cố ñịnh dùng máy phát cảm
ứng.
Thông thường turbine gió tốc ñộ cố ñịnh gồm máy phát cảm ứng
rotor lồng sóc kết nối lưới, với một bộ khởi ñộng mềm và một bộ tụ ñể
bù công suất phản kháng.
2.7.2 Turbine gió tốc ñộ thay ñổi
Hiện tại có hai dạng thường ñược sử dụng là :
Turbine gió máy ñiện cảm ứng kích từ kép (Doubly fed induction
generator ) (DFIG).
Turbine gió máy ñiện ñồng bộ với bộ chuyển ñổi toàn phần (Full
size converter).
2.7.3 Turbine gió máy ñiện cảm ứng kích từ kép (DFIG)


Hình 2.26. Sơ ñồ turbine gió tốc ñộ thay ñổi dùng máy phát DFIG
- 12 -
Trong hệ thống chỉ một phần công suất ñi qua bộ chuyển ñổi
công suất, như vậy giá thành của bộ chuyển ñổi và hệ thống sẽ thấp hơn
so với hệ thống chuyển ñổi hoàn toàn khi toàn bộ công suất ñi qua bộ
chuyển ñổi.
2.7.3 Máy ñiện ñồng bộ với bộ chuyển ñổi toàn phần (Full size
converter)

Hình 2.27. Sơ ñồ turbine gió tốc ñộ thay ñổi dùng bộ chuyển ñổi
toàn phần máy phát ñồng bộ

Trong hệ thống bộ chuyển ñổi biến ñổi toàn bộ công suất của
máy phát, do vậy có thể ñiều khiển ñược chính xác công suất phản
kháng và công suất tác dụng vào lưới.
- 13 -
CHƯƠNG 3
MÔ HÌNH THUẬT TOÁN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ CẢM ỨNG
KÍCH TỪ KÉP
3.1 Mô hình gió
Vận tốc gió có thể ñược tính toán sau:
V
wind
(t) = v
wa
+ v
wr
(t) + v
wg
(t) + v
wt
(t)
Mô hình gió ñược tạo trên simulink như hình







3.2 Mô hình rotor turbine gió
Moment ñộng học có thể xác ñịnh theo hệ số C
P
theo công thức.
Pwtr
CRT
νπρ
2
5.0=

Mô hình rotor turbine gió như hình

Hình 3.2. Sơ ñồ mô phỏng rotor turbine gió
3.3 Mô hình truyền ñộng
Phương trình truyền ñộng ñược mô tả
Hình 3.1. Sơ ñồ mô phỏng mô hình gió

- 14 -
dt
d
JTT
m
echwtrm
ω
=−
'
(3.3)
Momen quán tính tương ñương
2
gear
wtr
ech
k
J
JJ +=
(3.4)
Momen turbine gió tương ñương

2
'
gear
wtr
wtr
k
T
T =
(3.5)
sơ ñồ mô hình rotor turbine gió như hình

Hình 3.3. Sơ ñồ mô phỏng mô hình truyền ñộng

3.4 Mô hình máy ñiện
3.4.1. Mô hình máy phát ñiện không ñồng bộ (Máy ñiện cảm ứng )
3.4.2. Mô hình máy phát ñiện cảm ứng rotor dây quấn trong hệ trục
ABC/abc
3.4.3. Mô hình máy ñiện cảm ứng rotor dây quấn trong hệ tọa ñộ
tham chiếu d-q vuông góc.
Phương trình ñiện áp stator.
- 15 -
e
qs
e
ds
e
dss
e
ds
dt
d
iRv
ψω
ψ
−+=
(3.12)
e
ds
e
qs
e
qss
e
qs
dt
d
iRv
ωψ
ψ
++=

Phương trình ñiện áp rotor.
e
drrs
e
ds
e
drr
e
dr
dt
d
iRv
ψωω
ψ
)( −−+=
(3.13)
e
qrrs
e
qs
e
qrr
e
qr
dt
d
iRv
ψωω
ψ
)( −++=
(3.13)
Momen ñiện từ.

)(
2
3
)(
2
3
)(
2
3
e
ds
e
qr
e
qs
e
dr
e
ds
e
qs
e
qs
e
ds
e
qr
e
dr
e
dr
e
qre
iipiipiipT
ψψψψψψ
−=−=−=
(3.14) (3.14)
3.5 Mô hình máy ñiện cảm ứng kích từ kép (DFIG)
3.5.1 Sơ ñồ tương ñương DFIG ở chế ñộ xác lập




Hình 3.8. Sơ ñồ tương ñương DFIG ở chế ñộ xác lập
Các phương trình ñiện áp

)(
Rmrsmsslsssss
IIILjILjIRV ++++=
ωω
(3.15)

)(
Rmrsmsrlrsr
rr
IIILjILjI
s
R
s
V
++++=
ωω
(3.16)

)(0
RmrsmsRmm
IIILjIR
+
+
+
=
ω
(3.17)


R
m

R
s

V
s

s
V
r

1
L
m

I
Rm


s
L
lr
I
r

R
r
/s

I
s

s
L
ls

- 16 -
Độ trượt

s
rs
s
ω
ω
ω

=
(3.18)
Từ thông khe hở không khí, từ thông stator và từ thông rotor xác
ñịnh bởi.

)(
Rmrsmm
IIIL
+
+
=
ψ
(3.19)

mslsRmrsmslss
ILIIILIL
ψψ
+=+++= )( (3.20)

mrlrRmrsmrlrr
ILIIILIL
ψψ
+=+++= )( (3.21)

Công suất stator và rotor khi bỏ qua các tổn thất xác ñịnh bởi.

[
]
[
]
[
]
**
22
Im3Im333Re
rmsrmsRmmssss
IIIRIRSP
ψωψω
≈++==
&
(3.31)

[
]
[
]
[
]
**
2
Im3Im33Re
rmsrmsrrrr
IsIsIRSP
ψωψω
−≈−==
&
(3.32)

Công suất cơ sinh ra bởi DFIG xác ñịnh bởi

[
]
[
]
[
]
***
Im3Im3Im3
rmslrmsrmsm
IIsIP
ψωψωψω
=−=
(3.33)

Như vậy :
ms
P
s
P

=
1
1

mr
P
s
s
P

=
1
(3.34)
Từ ñây ta rút ra nhận xét, sự phân bố công suất tác dụng giữa các
cuộn dây stator và rotor của máy phát DFIG phụ thuộc vào hệ số trượt.
Tùy thuộc vào ñiều kiện vận hành của hệ thống, công suất qua
mạch rotor có thể ñi theo hai chiều :
Từ lưới qua bộ chuyển ñổi công suất ñến rotor khi ở dưới tốc ñộ
ñồng bộ, P
r
< 0.
- 17 -
Từ rotor qua bộ chuyển ñổi công suất ñến lưới khi ở trên tốc ñộ
ñồng bộ, P
r
> 0.
Trong cả hai trường hợp trên P
s
ñều phát công suất về lưới, P
s
>0.
3.5.2 Mô hình ñộng của DFIG
Mạch ñiện tương ñương















Hình 3.10. Mạch ñiện tương ñương mô hình ñộng DFIG
trong hệ trục tọa ñộ tham chiếu d-q
Phương trình ñiện áp stator

dt
d
iRv
e
ds
e
qss
e
dss
e
ds
ψ
ψω
+−= (3.38)
dt
d
iRv
e
qs
e
dss
e
qss
e
qs
ψ
ψω
++=
(3.39)

Phương trình ñiện áp rotor

dt
d
iRv
e
dr
e
qrrs
e
drr
e
dr
ψ
ψωω
+−−= )(
(3.40)


L
e
ds
v
R
s
ω
s
e
qs
ψ

e
dr
v
+

e
ds
i

+

-

+

-

-

+

L
lr

s –
ω
r
)
e
qs
ψ
R
r

-
e
dr
i


L
e
qs
v

R
s
ω
s
e
ds
ψ

+

e
qs
i

+

-

+

-

-

+

L
lr

s –
ω
r
)
e
ds
ψ
R
r

-
e
qr
i
e
qr
v

Trục d
Trục q
- 18 -
dt
d
iRv
e
qr
e
drrs
e
qrr
e
qr
ψ
ψωω
+−+= )(
(3.41)
Từ thông móc vòng



























+
+
+
+
=














e
qr
e
dr
e
qs
e
ds
mlrm
mlrm
mmls
mmls
e
qr
e
dr
e
qs
e
ds
i
i
i
i
L L0L 0
0L L0L
L0L L0
0L0L L
ψ
ψ
ψ
ψ
(3.42)

Momen ñiện từ T
e
cho bởi

)(
2
3
)(
2
3
)(
2
3
e
ds
e
qr
e
qs
e
dr
e
ds
e
qs
e
qs
e
ds
e
qr
e
dr
e
dr
e
qre
iipiipiipT
ψψψψψψ
−=−=−=
(3.43)

- 19 -
CHƯƠNG 4
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG
HỆ THỐNG DFIG

4.1 Những vấn ñề chung khi kết nối các turbine gió với lưới ñiện.
4.1.1 Điều khiển công suất tác dụng
4.1.2. Khoảng tần số hoạt ñộng
4.1.3 Điều chỉnh ñiện áp và bù công suất phản kháng
4.2 Thuật toán ñiều khiển của Turbine gió máy ñiện cảm ứng kích
từ kép (DFIG).
4.2.1. Cơ sở lý thuyết của việc ñiều khiển.
Định hướng hệ trục tọa ñộ quay d-q.






Hình 4.2. Mối quan hệ giữ các ñại lượng trong hệ trục tọa ñộ αβ và
d-q

4.2.2. Điều khiển ñộc lập công suất tác dụng và công suất phản
kháng phía stator
Công suất tác dụng P
s
, công suất phản kháng Q
s
và momen
ñiện từ T
e
.


e
drs
s
m
e
dsss
iuiuP
L
L
2
3
2
3
−==
(4.14)

)
L
L
L
(
2
3
e
qr
s
m
s
e
qs
ss
iuQ −−=
ψ
(4.15)

e
dr
e
qs
s
m
e
ipT
ψ
L
L
2
3
−=
(4.16)
q

β

e
qr
v
e
r
v
e
dr
v
d

θ
s
e
ds
uv =
ω
s

- 20 -
Với u
s
và ω
s
lần lượt là ñiện áp và tần số lưới ñược xem như
không ñổi. Theo (4.14) và (4.15) ta thấy công suất tác dụng P
s
và công
suất phản kháng Q
s
có thể ñiều khiển ñộc lập thông qua
e
dr
i và
e
qr
i .
4.3 Hệ thống ñiều khiển và kết quả mô phỏng turbine gió tốc ñộ
thay ñổi máy phát DFIG kết nối với lưới ñiện.
Từ các phương trình toán ta xây dựng sơ ñồ khối của máy phát
ñiện chạy sức gió sử dụng máy ñiện dị bộ rotor dây quấn DFIG.















Hình 4.4. Sơ ñồ khối hệ thống ñiều khiển turbine gió

Việc ñiều khiển turbine gió thường là ñiều khiển tốc ñộ turbine
gió và ñiều khiển bộ chuyển ñổi công suất ñối với các turbine gió kết
nối lưới thông qua bộ AC-DC-AC.
H
ộp số







P
P
t


Power
converte


Kênh ñiều khiển DFIG
Điều khiển
phía
rotor

Điều khiển
phía lư
ới




Kênh ñiều khiển Turbine
Điều khiển công suất
Điều khiển tốc ñộ
Vận hành
hệ

thống



mea
r
ων
N

M

mea
dc
U
ref
s
P
ref
n
P
mea
n
P
ref
s
Q
ref
dc
U
mea
s
Q
mea
s
P
mea
f
i
ref
pitch
β
mea
r
i
- 21 -
4.3.1. Kênh ñiều khiển turbine
Cung cấp tín hiệu ñiều khiển β
ref
trực tiếp cho bộ chấp hành góc
pitch và tín hiệu ñiều khiển công suất tác dụng
ref
s
P cho kênh ñiều
khiển DFIG.
4.3.2. Kênh ñiều khiển DFIG
Kênh ñiều khiển DFIG bao gồm ñiều khiển bộ biến ñổi công suất
phía rotor và ñiều khiển bộ biến ñổi công suất phía lưới.
4.3.2.1. Điều khiển bộ biến ñổi công suất phía rotor
Công suất ñầu ra thực tế của turbine ñược ño tại phía lưới ñiện và
ñược tham chiếu với ñường ñặc tính công suất –tốc ñộ của turbine
DFIG. Sử dụng một bộ tích phân tỷ lệ (PI) ñể ñiều chỉnh sai lệch công
suất tiến về không. Đầu ra của bộ ñiều chỉnh này là dòng ñiện
ref
qr
I ñược
ñưa vào bộ chuyển ñổi rotor.
4.3.2.2 Điều khiển bộ biến ñổi công suất phía lưới
Sử dụng bộ ñiều khiển công suất phía lưới nhằm mục ñích ñiều
chỉnh ñiện áp trên mối nối DC của tụ ñiện. Ngoài ra , mô hình cho phép
bộ chuyển ñổi công suất phía lưới phát ra hoặc hấp thu công suất phản
kháng.
4.3.3 Hệ thống ñiều khiển góc pitch
Khi tốc ñộ gió thấp hơn giá trị ñịnh mức, công suất ñầu ra chưa
ñạt ñến giới hạn hệ thống ñiều khiển góc picth ở vị trí tối ưu, Trong
trường hợp tốc ñộ gió lớn hơn giá trị ñịnh mức, kênh ñiều khiển hiệu
chỉnh góc pitch β ñể lược bớt công suất.
4.4 Mô phỏng tổ máy phát ñiện turbine gió tốc ñộ thay ñổi sử dụng
máy ñiện cảm ứng nguồn ñôi ( DFIG) kết nối lưới ñiện.
- 22 -
4.4.1. Mô tả mô hình tổ máy phát ñiện turbine gió ( DFIG) kết nối
lưới ñiện.
Tổ máy phát ñiện gió 9MW gồm 6 turbine gió công suất mỗi
turbine 1.5MW ñược ñấu ñến hệ thống phân phối 22KV và kết nối ñến
lưới 110KV thông qua ñường dây 20km.
4.4.2. Sơ ñồ hệ thống tổ máy phát ñiện turbine gió ( DFIG) kết nối
lưới ñiện
4.4.3 Sơ ñ ồ mô phỏng turbine gió và máy phát ñiện DFIG.

Hình 4.10. Sơ ñồ turbine gió máy phát ñiện DFIG
4.4.3.1. Mô hình máy ñiện DFIG
- Sơ ñồ cấu trúc máy phát ñiện DFIG
- Các thông số của turbine gió và máy phát ñiện DFIG
4.4.3.2. Khối ñiều khiển DFIG
4.4.3.3. Khối biến ñổi dòng ñiện và công suất phía lưới
4.5. Kết quả mô phỏng turbine gió ñáp ứng với sự thay ñổi vận tốc
gió
- 23 -
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Toc do gio
Thoi gian[s]
Toc do [m/s]
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0
1
2
3
4
5
6
7
Goc Pitch
Thoi gian[s]
Goc Pitch [Do]
4.5.1.Tốc ñộ gió và góc pitch của turbine








Hình 4.15.Tốc ñộ gió và góc pitch của turbine gió máy phátDFIG

4.5.2.Tốc ñộ máy phát
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
Toc do tren truc Roto
Thoi gian[s]
Toc do [pu]

Hình 4.16 Dạng sóng tốc ñộ trên Rotor máy phát ñiện DFIG

- 24 -
4.5.3. Công suất tác dụng và công suất phản kháng
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Cong suat tac dung dau cuc may phat
Thoi gian[s]
Cong suat tac dung [MW]

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
Cong suat phan khang dau cuc may phat
Thoi gian[s]
Cong suat phan khang [Mvar]

Hình 4.17. Dạng sóng tác dụng và công suất phản kháng máy phát
ñiện DFIG

- 25 -
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
0.999
0.9995
1
1.0005
1.001
1.0015
1.002
1.0025
Dien ap tren thanh gop B575
Thoi gian[s]
Dien ap [pu]
4.5.4.Dòng ñiện và ñiện áp trên thanh góp B575













Hình 4.18. Dạng sóng ñiện áp trên thanh góp B575

Nhận xét

Khi tốc ñộ gió nhỏ hơn giới hạn 14m/s, góc pitch cánh quạt là 0
ñộ. Khi tốc ñộ gió vượt quá giới hạn nhất ñịnh, góc pitch cánh quạt tăng
lên ñể giảm bớt năng lượng thu vào, Tốc ñộ gió càng lớn thì góc pich
càng tăng khi tốc ñộ gió giảm thì góc pitch cũng giảm xuống. Khi vận
tốc gió tăng, công suất tác dụng dòng ñiện và ñiện áp ngõ ra của các
turbine gió cũng gia tăng tương ứng.


- 26 -

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, ñược sự
giúp ñỡ nhiệt tình của TS. Nguyễn Đức Thành và các thầy giáo trong
khoa ñến này luận văn ñã hoàn thành ñúng thời gian và giải quyết ñược
các nội dung và kết quả ban ñầu gồm:
 Một số kết quả ñạt ñược của luận văn
Giới thiệu lịch sử phát triển năng lượng gió, tình hình sử dụng
ñiện gió hiện nay và những triển vọng trong tương lai, tiềm năng và tình
hình khai thác ñiện gió tại Việt Nam.
Phân tích năng lượng trong gió
Xây dựng mô hình gió, mô hình rotor turbine gió, mô hình truyền
ñộng, mô hình máy ñiện, mô hình máy phát ñiện không ñồng bộ, mô
hình bộ chuyển ñổi công suất.
Trình bày những vấn ñề chung khi kết nối các turbine gió với
lưới ñiện, các cách thức hoạt ñộng của turbine gió, kiểm soát công suất
ngõ vào, hệ thống ñiều khiển góc pitch và ñiều chỉnh hướng turbine.
 Hướng phát triển trong tương lai
- Các kỹ thuật ñiều khiển turbine gió hiện ñại như mạng neuron,
logic mờ…
- Ổn ñịnh tần số khi năng lượng gió là một thành phần trong tổng
thể hệ thống năng lượng
- Khảo sát các ảnh hưởng của hệ thống nhiều máy phát ñiện gió
công suất lớn.

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×

×