Mô hình hóa máy phát điện gió DFIG và định hướng lấy công suất tối ưu

TR NG B GIÁO D C VÀ ÀO T O IH C I H C BÁCH KHOA TP HCM KHOA I N – I N T LU N V N T T NGHI P MƠ HÌNH HĨA MÁY PHÁT I N GIĨ DFIG VÀ NH H NG L Y CƠNG SU T T I U Gi ng viên h ng d n H c viên th c hi n : T.S H Ph m Huy Ánh : L ng H ng Thái MSSV : 12214322 TPHCM 06-2014 CƠNG TRÌNH ĐƯ Ợ C HOÀN THÀNH TẠ I TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM Cán hư ng dẫ n khoa họ c : (Ghi rõ họ , tên, họ c hàm, họ c vị chữ ký) Cán chấ m nhậ n xét : (Ghi rõ họ , tên, họ c hàm, họ c vị chữ ký) Cán chấ m nhậ n xét : (Ghi rõ họ , tên, họ c hàm, họ c vị chữ ký) Luậ n văn thạ c sĩ đư ợ c bả o vệ tạ i Trư ng Đạ i họ c Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 23 tháng 07 năm 2014 Thành phầ n Hộ i đồ ng đánh giá luậ n văn thạ c sĩ gồ m: (Ghi rõ họ , tên, họ c hàm, họ c vị củ a Hộ i đồ ng chấ m bả o vệ luậ n văn thạ c sĩ) Xác nhậ n củ a Chủ tị ch Hộ i đồ ng đánh giá LV Trư ng Khoa n lý chuyên ngành sau luậ n văn đư ợ c sử a chữ a (nế u có) CHỦ TỊ CH HỘ I ĐỒ NG TRƯ Ở NG KHOA ĐẠ I HỌ C QUỐ C GIA TP.HCM CỘ NG HÒA XÃ HỘ I CHỦ NGHĨA VIỆ T NAM TRƯ Ờ NG ĐẠ I HỌ C BÁCH KHOA Độ c lậ p – Tự – Hạ nh phúc - NHIỆ M VỤ LUẬ N VĂN THẠ C SĨ Họ tên họ c viên: LƯ Ơ NG HỒ NG THÁI MSHV: 12214322 Ngày tháng năm sinh: 04/11/1983 Nơ i sinh: Bình Đị nh Chuyên ngành: Thiế t bị mạ ng nhà máy điệ n Khóa: K2012 TÊN ĐỀ TÀI: I MƠ HÌNH HÓA MÁY PHÁT ĐIỆ N GIÓ DFIG VÀ ĐỊ NH HƯ Ớ NG LẤ Y CÔNG SUẤ T TỐ I Ư U II NHIỆ M VỤ VÀ NỘ I DUNG III NGÀY GIAO NHIỆ M VỤ - Tìm hiể u lư ợ ng gió máy phát điệ n gió nói chung - Lý thuyế t máy phát gió DFIG điề u khiể n máy phát gió DFIG - Đị nh hư ng lấ y công suấ t tố i u cho DFIG IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆ M VỤ : 21/06/2014 V CÁN BỘ HƯ Ớ NG DẪ N: TS HỒ PHẠ M HUY ÁNH TP HCM, ngày CÁN BỘ HƯ Ớ NG DẪ N CHỦ NHIỆ M BỘ (Họ tên chữ ký) tháng 06 năm 2014 MÔN ĐÀO TẠ O (Họ tên chữ ký) T.S HỒ PHẠ M HUY ÁNH TRƯ Ở NG KHOA ĐIỆ N-ĐIỆ N TỬ (Họ tên chữ ký) LỜ I CÁM Ơ N Đầ u tiên, em xin gở i lờ i m n chân thành đế n Thầ y TS HỒ PHẠ M HUY ÁNH, thầ y từ ng bư c giúp đỡ em hoàn thành luậ n văn Xin m n thầ y cô khác khoa Điệ n - Điệ n tử trư ng ĐH Bách Khoa HCM cho em nhữ ng nề n tả ng kiế n thứ c – tri thứ c qúy báu ngành điệ n nói chung nhữ ng kiế n thứ c liên quan đế n luậ n văn Xin m n anh chị khóa trư c có nhữ ng cơng trình hữ u ích giúp tơi tham khả o cho luậ n văn Xin m n đế n gia đình, bạ n bè, đồ ng nghiệ p nhiề u ngư i giúp đỡ bằ ng nhiề u cách khác hoàn thành tố t luậ n văn Xin m n trư ng Đạ i họ c Bách Khoa HCM; Khoa Điệ n- Điệ n Tử ; Phòng Quả n Lý Sau Đạ i Họ c, Tậ p thể anh chi em lớ p Thiế t bị , mạ ng nhà máy điệ n khóa K2012; tạ o điề u kiệ n tố t nhấ t để thự c hiệ n luậ n văn Xin chân thành m n Họ c viên thự c hiệ n Lư ng Hồ ng Thái TĨM TẮ T Năng lư ợ ng gió nguồ n lư ợ ng tái tạ o phát triể n nhanh a hẹ n nguồ n lư ợ ng sạ ch tư ng lai gầ n Trong máy phát điệ n khác để chuyể n đổ i lư ợ ng gió,Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) đư ợ c quan tâm nhiề u tố c độ biế n thiên củ a nó, hiệ u lư ợ ng cao hơ n, i thiệ n đư ợ c chấ t lư ợ ng điệ n tử công suấ t Hệ thố ng DFIG có chuyể n đổ i lư ng đố i lư ng (back-toback) mộ t roto, mộ t kế t nố i vớ i lư i Hai chuyể n đổ i hoạ t độ ng mộ t giao diệ n theo dõi tố i u hóa lấ y cơng suấ t giữ a máy phát lư i hoặ c tả i Để đạ t đư ợ c đầ u mong muố n bằ ng điề u khiể n đị nh hư ng trư ng hoặ c điề u khiể n vector đư ợ c áp dụ ng cho rotor stator Luậ n văn tìm hiể u lư ợ ng gió loạ i máy phát điệ n gió nói chung, lý thuyế t máy phát gió DFIG điề u khiể n máy phát gió DFIG Để đạ t đư ợ c hiệ u cao hệ thố ng lư ợ ng gió, việ c theo dõi điể m công suấ t cự u đạ i (MPPT) củ a việ c vậ n hành tố c độ khác thu hút đư ợ c nhiề u ý Hầ u hế t phư ng án MPPT dự a m biế n đo lư ng hoặ c c lư ợ ng phứ c tạ p tính tốn trự c tiế p Kế t các phư ng án tố n cầ n nhiề u thiế t bị m biế n khác Luậ n văn đề xuấ t mộ t phư ng pháp tự điề u nh mớ i tham khả o đư ng cong công suấ t MPPT Đư ng cong công suấ t tham khả o n giả n cậ p nhậ t từ ng bư c đư ng cong hệ số đư ợ c cấ p nhậ t Phư ng pháp độ c lậ p vớ i mơ hình tuabin gió Ngồi ra, luậ n văn cịn trình bày cách điề u nh góc cắ t để lấ y công suấ t tố i u ABSTRACT Wind power is the fast growing renewable energy and is promising to be the number one source of clean energy in the near future Among various generators used to convert wind energy, the Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) has attracted more attention due to its variable speed, higher energy capture efficiency and improved power quality The DFIG system has back-to-back converters, one on the rotor side and one on the grid side The two converters act as an optimal operation tracking interface between the generator and the grid or other loads To achieve the desirable output power, field oriented control (FOC) or vector control is applied to both the rotor- and the stator-side converters This dissertation learn about wind energy and wind power generators in general, the theory of DFIG wind generators and DFIG wind generator control To achieve high efficiency in wind power systems, the maximum power point tracking (MPPT) of the variable-speed operation has attracted a lot of attention Most MPPT methods either rely on wind speed measurement or on complicated estimations and online calculations As a result, these methods are either expensive due to the eed of wind speed sensors or suffer from inaccuracy due to variations of wind turbine system models This dissertation proposes a novel self-tuning reference power MPPT curve This reference power curve is simply updated by incrementally updating the curve coefficients The method is independent of the wind turbine model In addition, this dissertation also present the pitch angle adjustment for optimum active power A single-pole transfer function that describes the effect of variations of wind speed on the rotor speed is obtained by applying small signal analysis on the turbine-rotor mechanical system LỜ I CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên u củ a riêng tơi Các số liệ u, kế t nêu luậ n văn trung thự c chư a từ ng đuợ c công bố bấ t kỳ công trình khác, theo tơi đư ợ c biế t Tôi xin cam đoan rằ ng mọ i giúp đỡ cho việ c thự c hiệ n luậ n văn đuợ c m n thơng tin trích dẫ n luậ n văn đuợ c rõ nguồ n gố c Họ c viên thự c hiệ n Lư ng Hồ ng Thái GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p MỤ C LỤ C DANH SÁCH HÌNH Ả NH CHƯ Ơ NG 0: MỞ ĐẦ U Đặ t vấ n đề Giớ i thiệ u đề tài Mụ c tiêu nghiên u Phạ m vi nghiên u CHƯ Ơ NG 1: TỔ NG QUAN VỀ NĂNG LƯ Ợ NG GIÓ 1.1 Giớ i thiệ u tiề m điệ n gió tạ i Việ t Nam 1.2 Tìm hiể u turbin gió 10 1.3 Nhữ ng thuậ n lợ i khó khăn củ a việ c sử dụ ng lư ợ ng gió: 11 1.4 Cấ u tạ o củ a turbin gió 11 1.5 Mộ t số ng turbine gió 13 1.6 Mộ t số nhữ ng yêu cầ u kế t nố i lư i điệ n cho máy phát điệ n gió 16 1.7 Tổ ng quan máy phát gió DFIG 18 CHƯ Ơ NG 2: MƠ HÌNH TỐN CỦ A MÁY PHÁT ĐIỆ N GIÓ DFIG 22 2.1 Hệ quy chiế u quay 22 2.2 Biể u diễ n vector điệ n áp Us qua hệ quy chiế u 23 2.3 Biể u diễ n vector không gian us từ hệ tọ a độ α β sang hệ tọ a độ dq(hệ tọ a độ từ thông rotor) 25 2.4 Lý thuyế t điề u khiể n đị nh hư ng trư ng FOC 27 2.5 Phư ng trình tốn củ a mạ ch điệ n sau chuyể n đổ i máy phát gió DFIG:……………… 30 2.6 Điề u khiể n độ c lậ p công suấ t tác dụ ng công suấ t phả n kháng 33 CHƯ Ơ NG 3: CÁC BỘ NGHỊ CH LƯ U TRONG DFIG 37 3.1 Khái niệ m 37 3.2 Phân loạ i: 37 3.3 Bộ nghị ch lư u áp ba bậ c NPC (Neutral Point Clamped Multilevel Inverter) 37 3.4 Điề u khiể n nghị ch lư u vớ i nguồ n DC cân bằ ng - phư ng pháp vector không gian cho nghị ch lư u ba bậ c 40 SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p CHƯ Ơ NG 4: XÂY DỰ NG BÀI TOÁN MPPT 45 4.1 Điề u khiể n góc cắ t 45 4.2 MPPT dự a tố c độ gió 48 4.3 MPPT dự a vào kiể m tra biế n công suấ t (power variation) 48 4.4 MPPT dự a vào đặ c tính đư ng cong cơng suấ t P-s 49 4.5 Kế t luậ n: 51 CHƯ Ơ NG 5: THƠNG SỐ TRONG MƠ HÌNH HĨA MÁY PHÁT ĐIỆ N GIĨ DFIG ………………………………………………………………………… 53 5.1 Mơ phỏ ng máy phát điệ n gió DFIG 1.5 MW: 53 5.2 Phân tích chuyể n đổ i lư ợ ng gió mơ hình: 56 5.3 Phân tích khố i bên DFIG 57 5.4 Phân tích khố i bên khố i máy điệ n không đồ ng : 59 5.5 Phân tích khố i bên khố i điề u khiể n: 62 5.6 Khố i Grid side converter-GSC (Wind_dfig_grid): 64 5.7 Khố i Rotor side converter - RSC (Wind_dfig_rotor): 65 5.8 Khố i Converter Power 69 5.9 Khố i DC Bus 70 5.10 Khố i Data aquistion 71 CHƯ Ơ NG 6: KẾ T LUẬ N 74 6.1 Mộ t số kế t mô phỏ ng: 74 6.2 Nhậ n xét đị nh hư ng lấ y công suấ t tố i u 78 6.3 Mộ t số kế t luậ n 81 TÀI LIỆ U THAM KHẢ O 83 SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p DANH SÁCH HÌNH Ả NH Hình 1.1: Biể u đồ phân bố gió Việ t Nam độ cao 80m (tài liệ u Điệ n gió) Hình 1.2: Cấ u trúc củ a mộ t turbin gió Hình 1.3: Máy phát ng rotor lồ ng sóc hoạ t độ ng tố c độ cố đị nh đư ợ c nố i đế n hệ thố ng lư i điệ n Hình 1.4: Tuabin gió tố c độ thay đổ i mộ t phầ n có điệ n trở mạ ch rotor thay đổ i Hình 1.5: Turbine gió tố c độ biế n đổ i sử dụ ng bộ biế n đổ i tầ n số tỉ lệ cho nguồ n kích từ Hình 1.6: Tuabin gió tố c độ thay đổ i sử dụ ng nghị ch lư u hồn tồn Hình 1.7: Sơ đồ tổ ng thể máy phát điệ n gió DFIG Hình 1.8: Chuyể n đổ i lư ợ ng gió thành lư ợ ng điệ n máy phát turbine gió DFIG Hình 1.9: Hệ thố ng nghị ch lư u công suấ t củ a máy phát gió DFIG Hình 2.1: Biể u diễ n vector fs hai hệ trụ c tọ a độ α β dq Hình 2.2: Biể u diễ n vector us điệ n áp pha a-b-c Hình 2.3: Biể u diễ n vector us Hình 2.4: Biể u diễ n vector us hệ trụ c tọ a độ dq Hình 2.5: Cấ u trúc bả n củ a phư ng pháp FOC Hình 2.6 : Mơ hình hóa quy đổ i đạ i lư ợ ng máy điệ n DFIG Hình 2.7 : Vector từ thông stator điệ n áp stator hệ quy chiế u dq Hình 3.1: Bộ nghị ch lư u bậ c Hình 3.2: Ngị ch lư u ba bậ c cấ u trúc diode kẹ p NPC Hình 3.3 - Giả n đồ vector điệ n áp nghị ch lư u áp bậ c Hình 4.1 : Quan hệ giữ a công suấ t công suấ t máy phát, điể m cự c đạ i Cp Hình 4.2: Các vùng vậ n hành cho điề u nh góc cắ t củ a turbin gió Hình 4.3: Đánh giá tố c độ gió đo lư ng giá trị vậ n tố c gió Hình 4.4: MPPT dự a phát cơng suấ t ngõ đị nh mứ c Hình 4.5: Đư ng cong công suấ t cự c đạ i củ a turbin gió (màu đỏ ) đư ng cong đặ c tính củ a cơng suấ t turbin gió vậ n tố c gió khác Hình 4.6: MPPT dự a đư ng cong đặ c tính cơng suấ t P-s SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p Pr = Vdqr.Idqr Pg = Vdqg.Idqg 5.9 Khố i DC Bus Hình 5.17: Mơ hình củ a khố i DC Bus Dòng điệ n mộ t chiề u cho bở i công thứ c sau: Idc = Pdm(Pg - Pr)/VDC điệ n áp mộ t chiề u VDC đư ợ c hồ i tiế p theo đị nh luậ t Kirhoff sau: VDC I DC (t) dt C SVTH: Lư ng Hồ ng Thái I DC (t) dt C Trang 70 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p 5.10 Khố i Data aquistion Hình 5.19: Mơ hình củ a khố i Data aquistion Khố i Data aquistion thu thậ p liệ u từ tín hiệ u trự c tiế p hoặ c từ khố i FROM mơ hình máy phát điệ n gió DFIG gồ m 29 tín hiệ u gộ p chung lạ i (trong hệ n vị tư ng đố i) khố i SUBSYSTEM vớ i tên gọ i cho khố i GOTO m Ngoài 02 tín hiệ u tách riêng 29 tín hiệ u công suấ t tác dụ ng công suấ t phả n kháng củ a máy phát gió DFIG (trong hệ n vị tư ng đố i) SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 71 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p Bả ng 29 tín hiệ u ngõ củ a máy phát điệ n gió DFIG: Tín hiệ u 1-3 Nhóm tín hiệ u Iabc (cmplx) (pu) 4-6 Vabc (cmplx) (pu) 7-9 Vdq_stator (pu) Tên tín hiệ u Ia (pu) Ib (pu) Ic (pu) Va (pu) Vb (pu) Vc (pu) Vd_stator (pu) Vq_stator (pu) 9-11 Iabc_stator (cmplx) (pu) Idq_stator (pu) Ia_stator (pu) Ib_stator (pu) Ic_stator (pu) Id_stator (pu) Iq_stator (pu) 14-15 Vdq_rotor (pu) Vd_rotor (pu) Vd_rotor (pu) 16−17 Idq_rotor (pu) Id_rotor (pu) Iq_rotor (pu) Vdq_grid_conv (pu) Iabc_grid_conv (cmplx) (pu) r(pu) Tm (pu) Te (pu) Vd_grid_conv (pu) Vq_grid_conv (pu) Ia_grid_conv (pu) Ib_grid_conv (pu) Ic_grid_conv (pu) 12-13 18 19 20 21-22 23−25 26 27 P (pu) Q (pu) 28 29 VDC Pitch_angle (deg) SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Mơ tả Dịng điệ n đầ u cự c máy phát điệ n gió DFIG Ia, Ib, Ic (Hệ n vị tư ng đố i) Điệ n áp đầ u cự c máy phát điệ n gió DFIG: Va, Vb, Vc (Hệ n vị tư ng đố i) Điệ n áp Stator máy phát điệ n gió DFIG: Vds & Vqs (Hệ n vị tư ng đố i) Dòng điệ n Stator máy phát điệ n gió DFIG: Ia, Ib, Ic (Hệ n vị tư ng đố i) Dòng điệ n Stator máy phát điệ n gió DFIG: Ids & Iqs (Hệ n vị tư ng đố i) Điệ n áp Rotor máy phát điệ n gió DFIG: Vdr & Vqr (Hệ n vị tư ng đố i) Dòng điệ n Rotor máy phát điệ n gió DFIG: Idr & Iqr (Hệ n vị tư ng đố i) Vậ n tố c góc củ a rotor Moment Moment điệ n từ Điệ n áp phía lư i hệ quy chiế u dq vào RSC Dòng điệ n Ia, Ib, Ic từ phía lư i vào RSC Công suấ t tác dụ ng củ a DFIG Công suấ t phả n kháng củ a DFIG Điệ n áp mộ t chiề u VDC Góc cắ t (góc pitch) Trang 72 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p CHƯ Ơ NG 6: KẾ T LUẬ N 6.1 Mộ t số kế t mô phỏ ng 6.2 Nhậ n xét đị nh hư ng lấ y công suấ t tố i u 6.3 Mộ t số kế t luậ n SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 73 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p CHƯ Ơ NG 6: KẾ T LUẬ N 6.1 Mộ t số kế t mơ phỏ ng: Qua nghiên u mơ hình ta nhậ n thấ y từ ng dả i tố c độ gió khác cho đị nh mứ c công suấ t khác Ở tố c độ gió lớ n góc cắ t đư ợ c điề u nh để lư ợ c bỏ t lư ợ ng gió đầ u vào nhằ m tố i u hóa việ c phát công suấ t tác dụ ng Công suấ t phả n kháng đư ợ c giữ đị nh mứ c Qref =0 Mvar Điệ n áp B575 1pu=575 V Điệ n áp tụ DC giữ a hai Converter nhờ điề u khiể n giữ ổ n đị nh VDC=1200 V Ta khả o sát công suấ t tác dụ ng thay đổ i qua việ c tố c độ gió thay đổ i: Vậ n tố c gió thấ p nhấ t 0-5 (m/s): Tố c độ turbin giả m dầ n chạ y dư i tố c độ đồ ng 30% Điệ n áp đạ t giá trị đị nh mứ c 1pu = 575 V Máy phát lúc không phát công suấ t tác dụ ng, mà hoạ t đồ ng máy bù đồ ng phát vào lư i công suấ t 0.25 Mvar Điệ n áp tụ điệ n VDC =1200 V giữ mứ c độ ổ n đị nh cho máy phát hoạ t độ ng bình thư ng Điệ n áp B575 đạ t giá trị đị nh mứ c 1pu = 575 V: SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 74 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p Ở vậ n tố c gió thấ p 6-9 (m/s): Tố c độ turbin tăng dầ n vẫ n chư a đạ t đư ợ c tố c đồ ng , thấ p hơ n 10% Tuy nhiên công suấ t tác dụ ng bắ t đầ u phát vào lư i từ - 0.5 MW Điệ n áp đạ t giá trị đị nh mứ c 1pu = 575 V Ở vậ n tố c gió trung bình 9-12 (m/s): SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 75 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p Tố c độ turbin tăng dầ n đạ t đế n tố c độ đồ ng Tuy nhiên công suấ t phát vào lư i từ 0.4 - MW chư a đạ t công suấ t đị nh mứ c Điệ n áp đạ t giá trị đị nh mứ c 1pu = 575 V đư ợ c nố i vào hệ thố ng đư ợ c xem vô lớ n Vậ n tố c gió trung bình 12-14 (m/s): SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 76 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p Tố c độ turbin tăng dầ n đạ t tố c độ đồ ng 20% Tuy nhiên công suấ t phát vào lư i từ 0.4 – 1.5 MW đạ t mứ c công suấ t đị nh mứ c Điệ n áp đạ t giá trị đị nh mứ c 1pu = 575 V Vậ n tố c gió cao 14-20 (m/s): SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 77 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p Tố c độ turbin tăng dầ n đạ t tố c độ đồ ng 25% Tuy nhiên công suấ t phát vào lư i từ 1.5 MW đạ t mứ c công suấ t đị nh mứ c Tuy nhiên để loạ i bỏ t lư ợ ng gió dư thừ a, góc cắ t đư ợ c điề u nh tăng dầ n lên β = 20o để đả m bả o máy phát điệ n gió DFIG hoạ t độ ng ổ n đị nh bình thư ng Điệ n áp đạ t giá trị đị nh mứ c 1pu = 575 V 6.2 Nhậ n xét đị nh hư ng lấ y công suấ t tố i u Qua đồ thị ta nhậ n thấ y việ c đề u nh góc cắ t mộ t phư ng án để nhậ n cơng suấ t tố i u Ngồi sử dụ ng đư ng đặ c tính bám cơng suấ t đỉ nh MPPT giữ a công suấ t tố c độ máy phát gió mộ t phư ng án Cầ n phân biệ t rằ ng điề u nh góc cắ t dành cho trư ng hợ p vậ n tố c gió cao hơ n đị nh mứ c Cịn trư ng hợ p vậ n tố c gió dư i đị nh mứ c cầ n điề u nh công suấ t theo đư ng đặ c tính P-s SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 78 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Ở Luậ n văn tố t nghiệ p tố c độ gió nhỏ hơ n đị nh mứ c v = 14 (m/s), góc cắ t β = 0o để đả m bả o cho công suấ t vào turbin lớ n nhấ t Tố c độ gió đị nh mứ c β > 0o để đả m bả o công suấ t đị nh mứ c củ a ngõ máy phát gió Cơng suấ t đư ợ c điề u khiể n theo mộ t đư ng đặ c tính cơng suấ t-tố c độ (P-s) cho trư c, đặ c tính dị cơng suấ t (MPPT) Đư ng đặ c tính đư ợ c minh họ a hình dư i gọ i đặ c tính turbin đặ c tính tracking cho bở i đư ng cong ABCD chồ ng lên đư ng đặ c tính củ a turbin gió tố c độ khác Hình 6.1 : Đư ng đặ c tính bám cơng suấ t đỉ nh lý thuyế t củ a mơ hình máy phát gió cho bở i vậ n tố c gió khác Tố c độ thự c củ a turbin ω r đư ợ c đo lư ng tư ng ứ ng vớ i công suấ t củ a đư ng đặ c tính đư ợ c dùng công suấ t tham chiế u cho vịng lặ p điề u khiể n cơng suấ t Đư ng đặ c tính tracking đư ợ c xác đị nh bở i điể m A, B, C, D Từ tố c độ điể m đế n điể m A công suấ t tham chiế u Giữ a điể m A, B đư ng đặ c tính mộ t đư ng thẳ ng, tố c độ tạ i B phả i lớ n hơ n tố c độ tạ i điể m A Từ điể m A đế n B, máy phát gió bắ t đầ u phát cơng suấ t vào lư i bám theo đư ng thẳ ng AB SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 79 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p Từ điể m B đế n điể m C quỹ tích cho công suấ t tố i đa củ a turbin (điể m công suấ t cự c đạ i củ a đư ng cong tố c độ turbin) Từ điể m B đế n C, máy phát gió bắ t đầ u phát công suấ t vào lư i bám theo đư ng cong BC để đạ t công suấ t cự c đạ i Đư ng đặ c tính tracking từ C đế n D mộ t đư ng thẳ ng Công suấ t tạ i điể m D 1pu, tố c độ tạ i điể m D phả i lớ n hơ n tố c độ tạ i điể m C Ngoài công suấ t tạ i điể m D xem hằ ng số bằ ng pu Hình 6.2 công suấ t tác dụ ng đo đư ợ c DFIG hoạ t độ ng vậ n tố c gió khác củ a mơ hình tư ng ứ ng vớ i đư ng đặ c tính lý thuyế t Hình 6.2 : Đư ng đặ c tính bám cơng suấ t đỉ nh củ a mơ hình cho bở i vậ n tố c gió khác Qua mơ hình DFIG ta đư a mộ t số nhậ n đị nh: Vậ n tố c gió thấ p từ 0-5 (m/s) tố c độ turbin nhỏ hơ n 70%, chư a đủ lư ợ ng để phát lên lư i Vậ n tố c gió tăng dầ n từ 5-9 (m/s) tố c độ turbin đạ t đế n 90%, bắ t đầ u phát công suấ t tác dụ ng phát lên lư i Nế u đạ t đế n 12 (m/s) tố c độ turbin lớ n nhấ t 120%, nhiên công suấ t tác dụ ng đạ t 75% phát lên lư i Chỉ vwind = 14 (m/s) công suấ t tác dụ ng mớ i đạ t 100% đị nh mứ c Nế u vwind > 14 (m/s) DFIG điề u nh góc cắ t cách turbin để lư ợ c bỏ t công suấ t phả n kháng Nế u vwind >20 (m/s), DFIG loạ i khỏ i hệ thố ng SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 80 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh 6.3 Luậ n văn tố t nghiệ p Mộ t số kế t luậ n Qua chư ng trư c, ta nhậ n thấ y rằ ng lư ợ ng gió mộ t nguồ n lư ợ ng xanh, sạ ch, nhiề u tiề m chư a khai thác hế t Có thể nói lư ợ ng gió nguồ n lư ợ ng củ a tư ng lai, nguồ n lư ợ ng than đá, dầ u khí dầ n cạ n kiệ t, lư ợ ng nguyên tử hàm a nhữ ng nguy phóng xạ Hiệ n nay, lư ợ ng gió chiế m tỉ trọ ng khơng lớ n tổ ng nguồ n lư ợ ng đư ợ c sử dụ ng giớ i tạ i Việ t Nam Do ngành điệ n nói riêng, phủ xã hộ i nói chung cầ n có nhữ ng nghiên u cụ thể , nhữ ng đầ u tư thích hợ p để phát triể n ngành lư ợ ng tái tạ o Các máy phát điệ n gió nói chung trả i qua nhiề u giai đoạ n phát triể n từ kỷ trư c Hiệ n nay, nên tậ p trung phát triể n hai loạ i PMSG DFIG nhữ ng u điể m củ a cơng suấ t lớ n, điề u khiể n dễ dàng, ngày đư ợ c tố i u hóa thiế t kế chế độ vậ n hành Vấ n đề tố i u hóa cơng suấ t máy phát điệ n gió vấ n đề khó khắ n cầ n phả i đư ợ c nghiên u chuyên sâu kỹ lư ỡ ng Về mặ t lý thuyế t có nhiề u cách để tố i u hóa việ c phát cơng suấ t tác dụ ng vào lư i Từ việ c giả m tổ n hao qua khớ p nố i truyề n độ ng, tiế t kiệ m điệ n hệ thố ng điệ n tự dùng, nâng cao hiệ u suấ t motor truyề n lự c đế n việ c điề u khiể n mơ hình tố i u Hình 6.3 : Các vùng hoạ t độ ng củ a máy phát gió DFIG SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 81 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p Như hình có tấ t bố n vùng phát cơng suấ t Trong máy phát gió DFIG hoạ t độ ng tố i u tạ i hai vùng: tố i u hóa vậ n tố c gió đị nh mứ c bằ ng cách điề u nh góc cắ t tạ i turbin gió Tố i u hóa phát cơng suấ t tác dụ ng vậ n tố c gió nhỏ hơ n đị nh mứ c tạ i máy phát ( lúc turbin gió hoạ t độ ng theo nguyên tắ c bám công suấ t đỉ nh củ a đư ng cong MPPT cho trư c) SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 82 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p TÀI LIỆ U THAM KHẢ O [1] Chee-Mun Ong, Dynamic simulation of Electric Machinery using MATLAB/SIMULINK, School of Electrical & Computer Engineering Purdue University West Lafayette Indiana [2] Yu Zou Modeling, control and maximum power point tracking (mppt) of Doubly-Fed Induction Generator (DFIG) wind power system The Graduate Faculty of The University of Akron, 08/2012 [3] Xin Jing Modeling and Control of a Doubly-Fed Induction Generator for Wind Turbine-Generator Systems, Marquette University, 12/2012 [4] Bijaya Pokharel Modeling, control and analysis of a doubly fed induction generator based wind turbine system with voltage regulation [5] Frede Blaabjer and Zhe Chen, 2006 Power electronics for mordern wind turbines, 12/2011 [6] Hồ Phạ m Huy Ánh, Giả i tích máy điệ n nâng cao, ĐH Bách Khoa HCM [7] Phạ m Đình Trự c Giả i tích máy điệ n nâng cao, ĐH Bách Khoa HCM [8] Nguyễ n Văn Nhờ , Điệ n tử công suấ t nâng cao, ĐH Bách Khoa HCM [9] Dư ng Hoài Nghĩa, Cơng nghệ tính tốn mề m, ĐH Bách Khoa HCM [10] Nguyễ n Quang Nam, Điề u khiể n máy điệ n nâng cao, ĐH Bách Khoa HCM [11] Nguyễ n Quang Nam, Năng lư ợ ng tái tạ o, ĐH Bách Khoa HCM [12] Bùi Đình Tiế u, Trầ n Văn Thị nh, Nguyễ n Duy Khiêm, mô phỏ ng ả nh hư ng củ a nhà máy phát điệ n chạ y bằ ng sứ c gió Bình Đị nh đế n lư i điệ n quố c gia sử dụ ng phầ n mề m Matlab – Simulink Tạ p chí khoa họ c & công nghệ trư ng đạ i họ c kỹ thuậ t, Số 71 – 2009 [13] Nguyễ n Thư ợ ng Bằ ng, Phạ m Đứ c Cư ng, 30/09/2011 Xây dự ng thuậ t tốn chư ng trình tính tốn lư ợ ng gió việ t nam đánh giá hiệ u [14] Nguyễ n Thanh Hả i Điề u khiể n máy phát điệ n gió khơng đồ ng nguồ n kép (Doubly-Fed Induction Generator Wind Turbine - DFIG) , 03/2012 [15] Bùi Hữ u Nghĩa, Điề u khiể n máy phát điệ n gió khơng đồ ng nguồ n kép sử dụ ng Back-to-Back Converter, 2013 SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 83 GVHD: TS Hồ Phạ m Huy Ánh Luậ n văn tố t nghiệ p [16] Nguyễ n Bả o Anh, Điề u khiể n trự c tiế p công suấ t thự c công suấ t phả n kháng củ a máy phát lư ng gió (DFIG) dùng mạ ng neuron nhân tạ o, 2011 [17] Nguyễ n Quang Tiế n, Nghiên u nghị ch lư u áp điệ n tử công suât [18] Đặ ng Danh Hoằ ng, Nguyễ n Phùng Quang, 2011 Thiế t kế điề u khiể n máy phát điệ n không đồ ng nguồ n kép kế t hợ p phư ng pháp tự a theo thụ độ ng Euler-Lagrange (EL) luậ t Hamiltonian Trư ng ĐH Kỹ thuậ t Công nghiệ p Thái Nguyên &Trư ng ĐHBK Hà Nộ i [19] Bùi Văn Vĩ, 2012 Nghiên u hệ thố ng điề u khiể n máy phát điệ n gió m ứ ng kích từ kép [20] Trị nh Trọ ng Chư ng, 12/2010, The impact of a wind power plant with doubly fed induction generator on the power systems Science & Technology Development, Vol 14, No.K1- 2011 SVTH: Lư ng Hồ ng Thái Trang 84 ... cho máy phát gió DFIG Phạ m vi nghiên u - Tìm hiể u lư ợ ng gió máy phát điệ n gió nói chung , loạ i máy phát gió SCIG - PMSG - DFIG - Lý thuyế t máy phát gió DFIG điề u khiể n máy phát gió DFIG. .. c gió Hình 5.1: Sơ đồ mơ phỏ ng máy phát điệ n gió DFIG 1,5 MW hệ thố ng điệ n Hình 5.2: Cấ u hình bên củ a khố i turbin gió DFIG Hình 5.3: Cấ u hình khố i chuyể n lư ợ ng gió thành moment Hình. .. hiể u lư ợ ng gió loạ i máy phát điệ n gió nói chung, lý thuyế t máy phát gió DFIG điề u khiể n máy phát gió DFIG Để đạ t đư ợ c hiệ u cao hệ thố ng lư ợ ng gió, việ c theo dõi điể m công suấ t