Luận văn Điều khiển máy điện gió không đồng bộ nguồn kép

Luận văn Điều khiển máy điện gió không đồng bộ nguồn kép Bộ phận khí động lực được điều ề khiển bởi tốc độ gió, cung cấp moment đầu ... Bộ phận điện là...

H U

NGUY N THANH H I

I U KHI N MÁY I N GIÓ KHÔNG

I U KHI N MÁY I N GIÓ KHÔNG

I- TÊN Ð TÀI:

I U KHI N MÁY PHÁT I N GIÓ KHÔNG NG B NGU N KÉP (DOUBLY-FED INDUCTION GENERATOR WIND TURBINE - DFIG)

II- NHI M V VÀ N I DUNG:

- Xây d ng mô hình c a turbine gió và máy phát đi n không đ ng b ngu n kép

- Mô ph ng đi u khi n SFOC đ c l p P và Q c a máy DFIG 2.3MW khi ngu n đ i x ng

- Mô ph ng đi u khi n SFOC đ c l p P và Q c a máy DFIG 2.3MW khi ngu n m t đ i x ng

- So Sánh các k t qu mô ph ng gi a các mô ph ng

III- NGÀY GIAO NHI M V : 15/09/2011

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHI M V : 15/ 03/2012

V- CÁN B HU NG D N: TS PH M ÌNH TR C

CÁN B HU NG D N KHOA QU N LÝ CHUYÊN NGÀNH

(H tên và ch ký) (H tên và ch ký)

H U

u tiên, Xin trân thành cám n Th y TS PH M ÌNH TR C, Ng i đã t ng

b c giúp đ em hòan thành lu n v n này

Xin Cám n các Th y Cô đã cho em nh ng n n t n ki n th c – tri th c qúi báo Xin Cám n các anh ch đi tr c : Võ Xuân H i, Nguy n c Trí, Ph m Trung

Hi u, Tôn Long i v.v… đã có nh ng công trình h u ích Xin Cám n b n Tôn Long i đã cung c p t li u đ hoàn thành ch ng 7

Xin Cám n tr ng H K Thu t Công Ngh ; Khoa i n- i n T ; Phòng Qu n

Lý Sau i H c, T p th anh chi em l p 10SM ; đã t o c h i cho em th c hi n

Lu n V n này

Cu i cùng, Xin đ c cám n Ba M , Ng i đã nuôi con khôn l n, cho con đ ngh l c và trí khôn

H c viên th c hi n Nguy n Thanh H i

Idqr+ / Idqr++ :dòng rotor thành ph n thu n tr c / sau b l c notch

Idqr- /Idqr--: dòng rotor thành ph n thu n tr c / sau b l c notch

SEQ : Sequence Compents b thành ph n th t thu n ngh ch

DFIG : Máy i n Gió Không ng B Ngu n Kép

DFIG_SFOC : DFIG đi u khi n b ng ph ng pháp đ nh h ng t thông stator DFIG_SFOC+ SEQ : DFIG_SFOC có thêm b SEQ

DFIG_DPC : DFIG đi u khi n b ng ph ng pháp tr c ti p công su t

n m t i đ cao 65m 13 Hình 1.5: Gió m nh vào tháng 12 đ n tháng 2 n m sau là s b sung

h u ích cho các tháng thi u n c c a các th y đi n 15 Hình 1.6: 5 t máy 1.5MW đ u tiên c a nhà máy đi n gió Tuy Phong 16 Hình 1.7: L kh i công d án đi n gió B c Liêu 17 Hình 1.8: L Khánh thành nhà máy s n xu t máy phát đi n gió 19 Hình 2.1: Chi ti t bu ng ch a c a h th ng phát đi n gió 22 Hình 2.2: Th ng k các Ph ng pháp đi u khi n t c đ trong tuabin v a và nh 24 Hình 2.3: H th ng tuabin gió c b n s d ng máy đ ng b 25 Hình 2.4: Máy phát c m ng t kích t 26 Hình 2.5: M ch t ng đ ng c a máy đi n c m ng k t n i v i l i đi n 27 Hình 2.6: S đ h th ng v i máy phát đi n c m ng rotor l ng sóc 27 Hình 2.7:S đ nguyên lý c a máy phát DFIG 28 Hình 2.8: H ng công su t DFIG t ng ng v i t c đ đ ng b wo 29

Hình 2.9: S đ các kh i ch c n ng trong h th ng n ng l ng gió 30 Hình 2.10: C u trúc chung h th ng tuabin gió làm vi c t c đ không đ i 31

Hình 2.11: i m làm vi c c a h th ng tuabin gió 32 Hình 2.12 H th ng tuabin gió làm vi c v i t c đ không đ i 33 Hình 2.13: C u trúc chung c a h th ng tuabin gió làm vi c v i t c đ

thay đ i s d ng máy phát đ ng b 33 Hình 2.14: H th ng tuabin gió làm vi c v i t c đ thay đ i trang b

Hình 3.3: M i liên h gi a tr c t a đ abc và dq 43 Hình 3.4: M i liên h gi a tr c t a đ  và dq 44 Hình 3.5: C u hình k t n i stator và rotor, Y-Y 45 Hình 3.6: S đ t ng đ ng RL c a Stator và Rotor 45 Hình 3.7: M ch đi n t ng đ ng mô hình đ ng DFIG trong h tr c  46 Hình 3.8: S đ t ng đ ng đ ng c không đ ng b trong h tr c quay dq 48 Hình 4.1: Mô hình b converter c u 3 pha phía l i 51 Hình 4.2: S đ kh i đi u khi n RSC 53 Hình 4.8: Mô hình đi u khi n DFIG 55 Hình 4.9: Vector đ nh h ng t thông v i thành ph n th t thu n- ngh ch 55 Hình 4.10: S đ mô hình đi u khi n DFIG_ FOC có SEQ 56 Hình 5.1: S đ t ng th c a h th ng DFIG 58

Hình 5.2: Kh i bi n đ iabc/dq và dq/abc 59 Hình 5.3: Kh i mô ph ng mô hình máy DFIG trong tr c t a đ dq 60 Hình 5.4:Kh i mô ph ng máy phát đi n gió DFIG 60 Hình 5.5: Mô hình mô ph ng h th ng DFIG b ng Matlab Simulink 61 Hình 5.6: Mô hình mô ph ng b đi u khi n Converter 62 Hình 5.7: Mô hình mô ph ng Grid -Side converter 62

H U

Hình 5.8: DC – link 63 Hình 5.9: Mô hình mô ph ng Rotor – Side converter 63 Hình 5.10: Kh i mô ph ng b ngh ch l u 64 Hình 5.11: V n t c gió; V n t c rotor nr, dòng đi n idr và iqr 65 Hình 5.12: Công su t tác d ng, công su t ph n kháng và t thông 66 Hình 5.13: Dòng đi n stator DFIG_SFOC 66 Hình 5.14: Dòng đi n rotor DFIG_SFOC 66 Hình 5.15 : Rotor Converter Control khâu hi u ch nh PI v i b SEQ 67 Hình 5.16: B thành ph n th t thu n ngh ch - Sequence Compents 67 Hình 5.17: Dòng đi n stator- Sequence Compents 68 Hình 5.18: Dòng đi n rotor v i b Sequence Compents 68 Hình 5.19: V n t c gió (SEQ) 69 Hình 5.20: V n t c rotor (SEQ) 69 Hình 5.21:công su t tác d ng (SEQ) 69 Hình 5.22: công su t ph n kháng v i SEQ 69 Hình 6.1: i n áp Vs_abc khi t = 35s, đi n áp pha A gi m 10% 72 Hình 6.2: Dòng i n rotor Ir_abc khi t = 35s, đi n áp pha A gi m 10% 72 Hình 6.3: Công su t tác d ng th c và l nh khi t = 35s, đi n áp pha A gi m 10% 73 Hình 6.4: Công su t ph n kháng th c và l nh khi t = 35s, đi n áp pha A gi m 10%74 Hình 6.5: Monment Te khi t = 35s, đi n áp pha A gi m 10% 75 Hình 6.6: i n áp Vs_abc khi t = 35s, đi n áp pha A gi m 20% 76 Hình 6.7: Dòng đi n rotor Ir_abc khi t = 35s, đi n áp pha A gi m 20% 77 Hình 6.8: Công su t tác d ng th c và l nh khi t = 35s, đi n áp pha A gi m 20% 77

đi n áp pha A gi m 30% 80 Hình 6.14: Công su t ph n kháng th c Qs và l nh Qsref, khi t =35s

đi n áp pha A gi m 30% 80 Hình 6.15: Monment Te khi t =35 giây đi n áp pha A gi m 30% 80 Hình 7.1: i u khi n tr c ti p moment và t thông c a đ ng c không đ ng b 83 Hình 7.2 :V trí c a các sector khi t thông stator quay quanh tr c. 83

Hình 7.3: Các vector đi n áp khi thay đ i t thông và moment trong các sector 84 Hình 7.4: S đ t ng quát s d ng DPC cho h th ng DFIG 85 Hình 7.5: Mô hình mô ph ng máy đi n gió DFIG_DPC 87 Hình 7.7 : Mô hình mô ph ng Rotor Side Converter 88 Hình 7.8: Kh i l a ch n sector 88 Hình 7.9: Mô hình đi u khi n DFIG _FOC 89 Hình 7.10: Dòng i n rotor khi đi u khi n DFIG_ DPC & FOC 90 Hình 7.11: Dòng i n rotor khi đi u khi n DFIG_DPC & FOC

(Th i gian t 7 đ n 10 giây ) 90 Hình 7.12: Dòng i n stator khi đi u khi n DFIG_DPC & FOC 90 Hình 7.13: Dòng i n stator khi đi u khi n DFIG _DPC & FOC;

( Th i gian t 8.9 đ n 9.1 giây ) 91 Hình 7.14: Monment khi đi u khi n DFIG _DPC & FOC 91 Hình 7.15: Công su t tác d ng l nh & th c khi đi u khi n DFIG_DPC & FOC 91

(M t đ i x ng10% pha a) 96 Hình 7.23: Công su t tác d ng l nh & th c khi đi u khi n DFIG_DPC & FOC 96 Hình 7.24: Công su t ph n kháng l nh& th c khi đi u khi n DFIG_DPC& FOC 97

Hình 7.25: i n áp DC; 97 Hình 7.26 i n áp Stator (M t đ i x ng 20% pha A) 98 Hình 7.27: Dòng đi n rotor: đi u khi n DFIG_ DPC & FOC 98 Hình 7.28: Dòng đi n rotor: đi u khi n DFIG_ DPC & FOC 98

(th i gian t 5 đ n 10 giây) Hình 7.29: Công su t Ps: đi u khi n DFIG_ DPC & FOC 99 Hình 7.30: Công su t Qs: đi u khi n DFIG_ DPC & FOC 99 Hình 7.31: i n áp DC: đi u khi n DFIG_ DPC & FOC 100

H U

DANH MUC B NG

B ng 1.1 Nh ng qu c gia d n đ u máy đi n gió 10

B ng 1.2 Ti m n ng v n ng l ng gió c a ông Nam Á ( đ cao 65m) 14

B ng 7.1: B ng l a ch n vector đi n áp trong DTC 84

B ng 7.2: B ng l a ch n vector đi n áp trong DPC 86

Ch ng 2: H Th ng Chuy n i N ng L ng Gió 20

2.1 Gi i thi u 21 2.2 C u T o H Th ng Phát i n Gió 21

H U

2.2.1 Tháp 22 2.2.2 Cánh Qu t Tuabin 23 2.2.3 B Ph n i u H ng 23 2.2.4 B Ph n i u Khi n T c 23 2.3 Các L ai Máy Phát Trong H Th ng N ng L ng Gió 24 2.3.1 Máy Phát i n ng B 24 2.3.2 Máy Phát i n C m ng 25 2.3.3 Máy Phát i n C m ng Rotor L ng Sóc 27 2.3.4 Máy Phát i n C m ng Rotor Dây Qu n 28 2.3.5 Máy Phát i n Không ng B Ngu n Kép (DFIG) 28 2.4 Các C u Hình H Th ng Chuy n i N ng L ng Gió 29 2.4.1 H Th ng Tuabin Gió Làm Vi c V i T c Không i 31 2.4.2 H Th ng Tuabin Gió Làm Vi c V i T c Thay i 33 2.4.3 H Th ng Máy Phát i n Gió – DFIG 35

Ch ng 3: Mô Hình Toán H c i u Khi n Máy i n

Gió Không ng B Ngu n Kép –DFIG 37

3.1 Gi i thi u 38 3.2 Vector Không Gian Và Các Phép Bi n i 39

3.3 Bi u Di n Công Su t Theo Vector Không Gian 40 3.4 M i Liên H Gi a Các H Tr c abc, dq Và  42 3.5 Mô Hình Toán Máy Phát i n Gió DFIG 44

H U

3.5.1 Mô Hình Toán H c DFIG Trong H Tr c T a T nh  46

3.5.2 Mô Hình Toán H c DFIG Trong H Tr c T a ng B dq 47

Ch ng 4: Xây D ng Gi i Thu t i u Khi n Máy i n

Không ng B Ngu n Kép – DFIG 50

4.1 Gi i thi u 51 4.2 Xây D ng B i u Khi n Converter Phía L i

(Grid Side Control - GSC) 51 4.3 Xây D ng B i u Khi n Converter Phía Rotor

(Rotor Side Converter –RSC) Theo Ph ng Pháp Sfoc 53 4.4 Xây D ng B i u Khi n Converter Phía Rotor Theo

Ph ng Pháp Sfoc V i B Seq 55 4.5 Nh n Xét Chung 56

Ch ng 5: Mô Hình & Mô Ph ng H Th ng

i u Khi n Ngu n Kép – DFIG 57

5.1 Gi i thi u 58 5.2 Xây D ng Mô Hình DFIG 59 5.3 Mô Hình H Th ng DFIG _SFOC 61 5.4 Mô Hình i u Khi n DFIG Có B Sequence Compents 67 5.5 Nh n xét chung 69

Ch ng 6: So Sánh DFIG_FOC & DFIG_FOC Có Seq 70

6.1 Khái Quát 71 6.2 So Sánh FOC-PI và FOC-PI có SEQ Khi… 71 6.2.1 Ngu n 3 pha s t áp đ t ng t 10% pha A 71 6.2.2 Ngu n 3 pha s t áp đ t ng t 20% pha A 76

Ch ng 7: So Sánh i u Khi n DFIG_Foc & DFIG_DPC

Trên Mô Hình Máy Lý T ng 82

7.1 Mô Hình i u Khi n DFIG B ng Ph ng Pháp DPC 83

7.1.1 Mô Hình i u Khi n DFIG B ng Ph ng Pháp DPC 83

7.1.2 Mô Ph ng DFIG_DPC trên matlap/simulink 87

7.2 Mô Hình i u Khi n DFIG B ng Ph ng Pháp FOC 89 7.3 So Sánh i u Khi n DFIG_FOC & DPC 89 7.4 So Sánh i u Khi n DFIG_Foc Có Seq & Dpc 92

H U

ABSTRACT

Wind farm control Asynchronous dual source - DFIG, is and has been a

important issues in the wind farm control The research projects in the country

and abroad have done so much However, when the power loss of symmetry is a

difficult problem in the DFIG control Construction algorithms and simulated

DFIG when the power loss symmetry is the focus of this thesis On the basis of

the theory, filtration and disinfection components reverse order as the source

From simulation results, comparison with other control methods have been

studied before to get an overview of DFIG_FOC + Seq method Thesis made content includes 9 chapters, are summarized as follows

Contents Chapter 0, 1, 2 an overview of wind energy conversion systems and

wind energy

Contents Chapter 3, 4 generalized basic DFIG control and from there to model

and control algorithm DFIG

Contents of Chapter 5, 6, 7 Perform simulations matlap / simulink models

DFIG_SFOC control; DFIG_SFOC + SEQ; DFIG_DPC and compare results

Finally, Chapter 8: Conclusion and Recommendations

c ng ngày càng l n.Và vi c th a mãn nhu c u này th c s là m t thách th c đ i v i

h u h t m i qu c gia

V i m c đích đáp ng nhu c u ngày càng t ng v n ng l ng (xét đ n y u t b o v môi tr ng và tính kinh t ), nh ng ngu n n ng l ng s ch đã và đang đ c th gi i quan tâm nhi u h n, và là m t trong nh ng l a ch n cho ngành n ng l ng thay th trong t ng lai Ngu n n ng l ng s ch đang đ c quan tâm nh n ng l ng gió,

n ng l ng m t tr i, n ng l ng đ a nhi t, n ng l ng sóng bi n, n ng l ng th y tri u…T t c nh ng lo i n ng l ng s ch này góp ph n r t l n vào vi c thay đ i

cu c s ng nhân lo i, c i thi n thiên nhiên, môi tr ng

Trong chi n l c phát tri n n ng l ng c a nhi u qu c gia có ti m n ng v Phong

đi n, n ng l ng gió đ c xem nh là ngu n n ng l ng s c p vô h n u đi m c a

n ng l ng gió là d khai thác, công ngh đ n gi n, chi phí đ u t và chi phí v n hành t ng đ i th p Tuy nhiên n u mu n đ y m nh vi c khai thác ngu n n ng l ng này trong t ng lai, công ngh ph i ngày càng hoàn thi n, n ng su t chuy n đ i gió thành đi n ngày càng cao

0.2 Gi i thi u đ tài

S bi n đ i n ng l ng gió đ c th c hi n b i t h p tuabin gió và máy phát Trong

th c t , v n t c gió luôn bi n đ i nên h th ng bi n đ i n ng l ng gió t c đ thay

đ i đ c s d ng r ng rãi Ph m vi thay đ i t c đ r ng cho phép đi u khi n t i u công su t nh n đ c t gió,gi m l c tác đ ng lên k t c u c khí và t ng kh n ng

đi u khi n công su t tác d ng vàcông su t ph n kháng

H U

i v i h th ng bi n đ i n ng l ng gió làm vi c t c đ thay đ i, vi c s d ng máy đi n không đ ng b ngu n kép (Doubly Fed Induction Generator – DFIG) là phù h p nh t trong th i đi m hi n t i u đi m n i b t khi s d ng DFIG là thi t b

đi n t công su t ch bi n đ i m t t l 20 - 30% c a t ng công su t phát, ngh a là

gi m đ c t n hao trong linh ki n đi n t công su t so v i c u hình ph i bi n đ i toàn b công su t phát nh h th ng bi n đ i n ng l ng gió s d ng máy phát đ ng

b đ ng th i gi m đ c chi phí đ u t

H th ng DFIG k t n i tr c ti p v i l i đi n nên đòi h i h th ng ph i có kh n ng

đi u khi n đ c l p gi a công su t tác d ng và công su t ph n kháng đ duy trì h s công su t c ng nh n đ nh đi n áp l i trong gi i h n cho phép (góp ph n nâng cao

ch t l ng đi n n ng và đ tin c y c a h th ng đi n) i u này có ý ngh a quan

tr ng h n khi h th ng bi n đ i n ng l ng gió k t n i v i l i đi n thông qua các

đ ng dây dài Do b n ch t phi tuy n, đi u khi n đ i t ng DFIG ph c t p h n nhi u so v i đi u khi n đ ng c không đ ng b thông th ng Vì v y m c tiêu c a

đ tài này là: “ i u khi n máy đi n gió không đ ng b ngu n kép – DFIG”

H U

 i u khi n đ nh h ng t thông stator (Stator Flux Orient Control – SFOC)

v i khâu đi u ch nh PI-anti_Winup

 i u khi n đ nh h ng t thông stator xem xét thêm thành th t thu n ngh ch (Sequence Compensation)

 So Sánh các mô hình đi u khi n

1.2.2 Các d án đang đ u t vào Vi t Nam

(Gi i thi u các d án phát tri n Phong đi n đang và đã đ u t vào Vi t Nam)

1.3 T NG QUAN V I U KHI N DFIG

v con ng i làm ho t đ ng c i xay h t và b m n c Trong su t s bi n đ i t

nh ng d ng c thô s và n ng n đ n nh ng máy ph c t p và hi u qu , k thu t đã

tr i qua nhi u th i k phát tri n

ã có nh ng tranh lu n v khái ni m ngu n g c c a vi c s d ng gió cho c n ng

M t vài ng i tin r ng khái ni m này b t ngu n t ng i Babylon c đ i V ng tri u Hammurabi c a ng i Babylon có k ho ch s d ng n ng l ng gió cho công trình h th ng t i tiêu đ y tham v ng trong su t th k XVII tr c Công Nguyên [2] M t s khác l i cho r ng n i khai sinh ra c i xay gió là n Trong

th i đ i Arthasastra, m t tác ph m c đi n b ng ti ng Ph n vi t b i Kautiliya su t

th k th IV tr c Công Nguyên, ngu n tham kh o đ c d a trên vi c nâng m t

n c b i h th ng đ c v n hành b i gió [4] Tuy nhiên, không có ghi chép nào

ch ng minh r ng nh ng khái ni m trên bi n đ i thành nh ng thi t b hi n nay

B n thi t k c a ng i Ba T s d ng c i xay gió đ xây h t đ c tìm th y kho ng vào n m 200 tr c Công Nguyên ó là nh ng máy tr c d c có b n h ng gió đ c làm t nh ng bó lau s y hay nh ng t m g Nh ng b n h ng gió này đ c g n vào

c n trung tâm s d ng thanh ch ng ngang Kích th c c a nh ng b n h ng gió

đ c quy t đ nh b i các v t li u s d ng, th ng thì là dài 5m và cao 9m.[19]

Vào th k XIII, c i xay h t đ c s d ng h u h t Âu Châu Ng i Pháp thu nh p

k thu t này vào n m 1105 sau Công Nguyên và Anh vào n m 1191 tr c Công Nguyên Ng c l i v i m u thi t k tr c d c c a ng i Ba T , c i xay c a Châu Âu l i có tr c ngang.[19]

Ng i Hà Lan, v i nhà thi t k tr danh Jan Adriaenszoon, là nh ng ng i đi tiên

nh ng ng d ng thành công c a n ng l ng gió Tuabin gió nhi u cánh (đ c g i theo ng i M ) xu t hi n trong l ch s n ng l ng gió vào kho ng gi a nh ng n m

1800 Roto t ng đ i nh , có đ ng kính kho ng t m t đ n vài mét, đ c s d ng trong thi t k này ng d ng ch y u đ b m n c t vài mét d i m t đ t đ

ph cv cho nông nghi p Nh ng máy b m n c này, v i nh ng cánh qu t b ng kim

lo i và thi t k máy t t h n đã ho t đ ng khá t t Kho ng 6 tri u cái nh v y đã

đ c s

K nguyên c a máy phát đi n dùng s c gió b t đ u vào c n nh ng n m 1900 Tuabin gió hi n đ i đ u tiên đ c thi t k đ c bi t cho máy phát đi n đ c xây

d ng b i ng i an M ch trong n m 1890 Nó cung c p đi n cho vùng nông thôn

L n đ u tiên, h p truy n đ ng gia t c đ c gi i thi u trong m u thi t k H th ng này ho t đ ng trong 20 n m v i công su t đ nh m c là 12 kW.[19]

Nhi u ph ng pháp h th ng c ng đ c ng d ng trong thi t k k thu t c a tuabin trong su t giai đo n này V i k t c u v ng ch c th p và cánh qu t thi t k theo đ ng

l c h c, nh ng h th ng này đã ho t đ ng m t cách n t ng N m 1910, vài tr m

lo i máy ki u này đã cung c p đi n n ng cho nh ng ngôi làng an M ch Vào kho ng n m 1925, máy phát đi n b ng s c gió đã có m t trên th tr ng M Nhà máy n ng l ng gió th c nghi m sau đó đ c xây d ng các n c khác

nh M , an M ch, Pháp, c và Anh M t s phát tri n đáng chú ý trong h th ng

l n này là tuabin 1250 kW thi t k b i Palmer C Putman Tuabin đ c đ a d ng riêng M , vào kho ng n m 1850 và 1930 vào s d ng vào n m 1941 t i

H U

Grandpa’s Knob g n Rutland, Vermont [1] Roto 53m c a nó đ c thi t l p trên

c t cao 34m Máy này có th đ t v n t c n đ nh b ng cách thay đ i góc pitch

c a cánh qu t và ho t đ ng 1100 ti ng đ ng h trong su t 5 n m ti p theo, đ n khi cánh qu t b h ng vào n m 1945 Công trình này đ c nh n xét là đã thành công vì

nó có th ch ng minh tính kh thi v k thu t c a máy phát đi n s c gió công su t

l n

M t vài m u thi t k c a tuabin gió đ c th c nghi m trong giai đo n này Darrieus G.J.M, m t k s ng i Pháp, đã d n s c vào m u thi t k tuabin Darrieus n m

1920, và đ c c p b ng sáng ch M n m 1931 [3] Nghiên c u t p trung v nguyên lý ho t đ ng c a tuabin gió xu t hi n trong nh ng n m 1950 Ví d nh roto

t nh ng ngu n nhiên li u khác ch t n 3 đ n 6 cent/kWh vào n m 1970 [7] Chi phí cho đi n n ng khai thác t nhiên li u hóa th ch gi m xu ng th p h n 3 cent/kWh

n m 1970 Nhiên li u hóa th ch có nhi u n i v i giá khá r trong th i đi m đó

M t vài d án n ng l ng h t nhân c ng đ c b t tay vào th c hi n, và đ c tin

t ng r ng nó s là ngu n n ng l ng cu i cùng cho nhu c u n ng l ng trong

t ng lai Do đó m i quan tâm v n ng l ng gió gi m t t , đ c bi t trong n m

1970

Tuy nhiên kh ng ho ng d u n m 1973 đã bu c các nhà khoa h c, k s và nh ng nhà ho ch đ nh chính sách ph i suy ngh k l i v vi c d a vào nhiên li u hóa

th ch H nh n ra r ng s xáo tr n v chính sách s h n ch và giá c leo thang

H n n a, ng i ta còn nh n th y r ng ngu n d tr nhiên li u hóa th ch s m hay

H U

mu n s b c n ki t N ng l ng h t nhân thì không đ c ch p nh n vì nhi u lý do

v s an toàn Nh ng nhân t trên đã làm s ng l i m i quan tâm v n ng l ng gió Nghiên c u v s phân tích ngu n n ng l ng, s phát tri n c a thi t b và các k thu t gi m hao phí đã đ c t ng c ng M đã giao phó cho C quan hàng không

và không gian Hoa k (NASA) vi c phát tri n tuabin gió c l n K t qu là m t lo t tuabin tr c ngang v i tên g i là MOD-0, MOD-1, MOD-2 và MOD-5 ra đ i [19]

Nh ng d án trên đã ng ng vào gi a th p niên 1980 vì nhi u lý do khác nhau Trong cùng th i đi m trên, nh ng nhà khoa h c phòng thí nghi m Sandia đã t p trung nghiên c u m u thi t k và phát tri n tuabin Darrieus H s n xu t vài m u Darrieus v i kích c khác nhau trong th p niên 1980

Vi c nghiên c u và phát tri n n ng l ng gió đ c tr nên m nh m trong nh ng

n m sau đó M t vài sáng ki n m i nh tuabin xoáy, ki u t ng c ng máy khu ch tán, roto Musgrove… c ng đã đ c đ ngh trong giai đo n đó Nguyên m u

c a các lo i tuabin này đã đ c ch t o và th nghi m Tuy nhiên, m u thi t k v i cánh qu t tr c ngang đã n i b t trên th tr ng tiêu dùng

Ngày nay gió là m t ngu n n ng l ng phát tri n nhanh nh t trên toàn th gi i và

đã gi v ng v trí này trong su t 5 n m tr l i đây N ng su t gió toàn c u đã

t ng trong su t 5 n m v a qua N ng su t gió đ t đ c trong n m 2004 là 39434MW H n 73% c a h th ng trên toàn c u là Châu Âu c là n c d n

đ u Châu Âu, theo sau là Tây Ban Nha và an M ch N m n c d n đ u trong

l nh v c khai thác n ng l ng gió đ c s p x p trong b ng 1.1

V i ni m hi v ng ngày càng t ng vào n ng l ng có th ph c h i và gi m chi phí trong ngành đi n khai thác t gió, s phát tri n ngu n n ng l ng gió v n s ti p t c trong vài n m s p t i Theo Hi p H i N ng L ng Gió Châu Âu (EWEA), v i c s

H U

230000MW đang đ c mong đ i, thì gió có th cung c p 12% cho nhu c u n ng

l ng toàn c u vào n m 2010 i u đó cho th y nó s đem l i kho ng 25 t Euro

N ng su t khai thác có th s đ t đ n 1.2 tri u MW vào n m 2020

B ng 1.1 Nh ng qu c gia d n đ u máy đi n gió [19]

Cùng v i s phát tri n c a công nghi p, ngành k thu t n ng l ng gió c ng đang

thay đ i S thay đ i rõ nh t là vi c chuy n các c s ra kh i Các đ án ngoài kh i

đ y tham v ng đang đ c ti n hành Ví d nh 20 đ án ngoài kh i đang trong k

H U

ho ch đ c l p đ t Anh n m 2006, v i t ng n ng su t là 1400MW c, kho ng 30 đ án ngoài kh i n ng su t 60000MW đang trong ti n trình hoàn thành

M , các ho t đ ng ngoài kh i c ng đang đ c t ng c ng

Xu h ng khác c a n n công nghi p là s n xu t các máy móc thi t b kích c l n

Vì m t tuabin l n s r h n n u tính theo đ n v c b n kW, do đó công nghi p s phát tri n t MW đ n đ n v nhi u MW Vài nhà máy nh RE Power System AG đang suy ngh v nh ng tuabin kích c 5 MW M u RE Power đ c trang b m t roto kh ng l 125m v i m i cánh n ng kho ng 19 t n Ng i ta c ng đang c g ng

Ngày nay, v i s phát tri n khoa h c k thu t, s ra đ i các thi t b đi n t công

su t v i giá thành h p lý Tuabin ngày càng phát tri n c v kích th c và công

su t s d ng, hình 1.3 th hi n quá trình phát tri n tuabin gió giai đo n t n m 1985

đ n 2003 n nay, Tuabin gió th ng m i l n nh t có công su t 4,5MW Enercon

đã đ a ra m u đ u tiên lo i máy đ ng b đa c c đi u khi n tuabin tr c ti p v i công su t 5MW NEC Micon đ a ra s n ph m máy đi n ngu n kép đi u khi n tuabin v i h p s công su t 4,2MW C hai đi u khi n đ c góc quay cánh qu t gió (góc pitch)

H U

Hình 1.3: Kích c và công su t đ nh m c máy phát đi n gió trên th tr ng [19]

1.2 Tài nguyên n ng l ng gió Vi t Nam

1.2.1 Ti m n ng n ng l ng gió Vi t Nam

N m trong khu v c c n nhi t đ i gió mùa v i b bi n dài, Vi t Nam có m t thu n l i

c b n đ phát tri n n ng l ng gió So sánh t c đ gió trung bình trong vùng Bi n ông Vi t Nam và các vùng bi n lân c n cho th y gió t i Bi n ông khá m nh và thay đ i nhi u theo mùa

Trong ch ng trình đánh giá v N ng l ng cho Châu Á, Ngân hàng Th gi i đã có

m t kh o sát chi ti t v n ng l ng gió khu v c ông Nam Á, trong đó có Vi t Nam (B ng 2) Nh v y Ngân hàng Th gi i đã làm h Vi t Nam m t vi c quan tr ng, trong khi Vi t Nam còn ch a có nghiên c u nào đáng k Theo tính toán c a nghiên

H U

c u này, trong b n n c đ c kh o sát thì Vi t Nam có ti m n ng gió l n nh t và

h n h n các qu c gia lân c n là Thái Lan, Lào và Campuchia Trong khi Vi t Nam có

t i 8,6% di n tích lãnh th đ c đánh giá có ti m n ng t “ t t “ đ n “ r t t t “ đ xây

d ng các tr m đi n gió c l n thì di n tích này Campuchia là 0,2%, Lào là 2,9%,

và Thái-lan c ng ch là 0,2%.[27]

B ng 1.2 Ti m n ng v n ng l ng gió c a ông Nam Á ( đ cao 65m) [27]

T ng ti m n ng đi n gió c a Vi t Nam c đ t 513.360 MW t c là b ng h n 200 l n công su t c a th y đi n S n La, và h n 10 l n t ng công su t d báo c a ngành đi n vào n m 2020 [27] T t nhiên, đ chuy n t ti m n ng lý thuy t thành ti m n ng có

th khai thác, đ n ti m n ng k thu t, và cu i cùng, thành ti m n ng kinh t là c m t câu chuy n dài; nh ng đi u đó không ng n c n vi c chúng ta xem xét m t cách th u đáo ti m n ng to l n v n ng l ng gió Vi t Nam

N u xét tiêu chu n đ xây d ng các tr m đi n gió c nh ph c v cho phát tri n kinh

t nh ng khu v c khó kh n thì Vi t Nam có đ n 41% di n tích nông thôn có th phát tri n đi n gió lo i nh N u so sánh con s này v i các n c láng gi ng thì

Vi n n ng l ng góp v n và qu n lý) Công ty đ c thành l p n m 2004, v n đi u l khiêm t n 10 t đ ng, có l i th h n h n các công ty trong n c khác là đ i ng chuyên gia hàng đ u trong l nh v c n ng l ng, các m i quan h trong n c, qu c t sâu r ng Công ty đã đ u t nhà máy phong đi n đ u tiên t nh Bình Thu n v i công

su t 120MW Sau m t th i gian “ngã giá” không thành công, hi n nay nhà máy phong đi n này đã b t đ u bán đi n lên l i v i m c giá 7.9cent/kWh (EVN tr 6.9cent/kWh, Nhà n c h tr 1cent/kWh (M c giá ban đ u đ c công ty đ xu t là 13cent USD/kWh, trong đó EVN tr 9cent, còn chính ph h tr 4cent, nh ng phía EVN không đ ng tình v i m c giá này.) [27]

Hình 1.6: 5 t máy 1.5MW đ u tiên c a nhà máy đi n gió Tuy Phong, Bình Thu n

Nhà máy đi n gió B c Liêu do Công ty TNHH Xây d ng-Th ng m i-Du l ch Công

Lý (Cà Mau) làm ch đ u t , đ c xây d ng t i khu v c ven bi n thu c p Bi n

đi n gió, doanh nghi p s có l i ích kép nh vào Du l ch và a c, do di n tích tri n khai r ng, v trí đ a lý thu n l i và c nh quan đ p)

Hình 1.7: L kh i công d án đi n gió B c Liêu

Công ty CP N ng l ng Th ng Tín (51% c ph n s h u b i Công ty CP a c Sài Gòn Th ng Tín) thì đang đ u t Nhà máy đi n gió Ph c Dân v i công su t 50MW – t i các xã Ph c H u, Ph c Thái, Ph c H u và th tr n Ph c Dân (huy n Ninh Ph c, t nh Ninh Thu n) D án đ c xây d ng trên di n tích 965 ha,

có t ng v n đ u t 1.290 t đ ng

Công ty Phong đi n Thu n Bình, doanh nghi p t ng tham gia d án phong đi n Tuy Phong (Bình Thu n), cho bi t, Công ty đang th c hi n d án phong đi n L i

H i (huy n Ninh H i, t nh Ninh Thu n) có công su t 50-70 MW, v n đ u t t

100-140 tri u USD Lãnh đ o công ty cho bi t “ d án này có l i nhu n, doanh nghi p

ph i bán đ c 7cent USD/kWh”.[27]

H U

Ngoài ra còn có d án liên danh EAB Viet Wind Power Co.,Ltd, (t p đoàn EAB c)

c ng đ u t kho ng 1.500 t vào nhà máy đi n gió Ph c H u T p đoàn EAB còn liên k t v i công ty Trasesco c a Vi t Nam đ đ u t m t s d án khác Sóc Tr ng

M t s công ty n c ngoài đã và đang đ t chân vào th tr ng này Vi t Nam nh : Aerogie.Plus (m t công ty t v n đ u t n ng l ng tái t o Th y S ) đ u t Côn

o m t h th ng hybrid wind-diesel v i v n đ u t 28 tri u USD, Avantis-Energy (m t công ty Trung Qu c) lên k ho ch l p đ t kho ng 80 tua bin lo i 2MW M u

S n, L ng S n và m t s khác Bình nh, m t công ty c a Séc là KV VENTI –

c ng đã s m đ t tr s ào T n-Hà N i và đang xây d ng đ c ng kho ng 12 d

án các khu v c Bình Thu n, Vân n, M c Châu

áng nói là công ty Fuhrländer c a c, c ng v a đ u t 25 tri u USD xây d ng nhà máy s n xu t tuabin gió Vi t Nam, nh m vào th tr ng trong n c và khu v c ông Nam Á

T p đoàn GE Energy (M ) c ng không ch m chân h n v i nhà máy s n xu t tuabin gió đ c c p phép n m 2008 t i H i Phòng, đã xu t x ng kho ng 200 tuabin đ u tiên vào n m 2010 này

Hình 1.8: L Khánh thành nhà máy s n xu t máy phát đi n gió

H U

Hi n nay ngành đi n n c ta đang ph thu c nhi u vào th y đi n, v i h n 34% l ng

đi n đ c s n xu t Vi t Nam là t các ngu n th y đi n (l n và trung bình) ây là nguyên nhân chính d n đ n vi c thi u đi n trong mùa khô khi các h th y đi n gi m

m c n c đáng k , nhi u h còn b xu ng t i g n m c ch t Hy v ng r ng các d án phong đi n nói trên và các d án s p t i, s góp ph n đ m b o an ninh n ng l ng

qu c gia, làm n n t ng cho phát tri n kinh t b n v ng

1.3 T ng Quan Nghiên C u

i u khi n DFIG đa đ c ng d ng r t nhi u trong s n xu t đi n t gió, chi m kho ng 47% công ngh s n xu t đi n t gió [30]

Vi t Nam, Nghiên c u và xây d ng mô hình nghiên c u đi u khi n DFIG đã đ c

th c hi n r t nhi u, và g n đây nh t là lu n v n Th c S Võ Xuân H i (2008); Ph m Trung Hi u (2011); Tôn Long i (2011) v.v… nh đa ph n xây d ng trên mô hình

đi n áp ngu n đ i x ng

Nghiên C u đi u khi n DFIG ngu n không đ i x ng đã đ c các nhà khoa h c nh Jeong –Ik Jang (2006); Lie Xu (2007);Jiabing Hu (2007) Muarli M.Baggu (2007); Lingling Fan (2009); Yi Zhou, Paul Bauer (2009); Sol-Bin Lee (2010) và Van-Tung Phan (2010) Các h c gi trên l y nên t n t kh thành ph n 2 s thông qua b l c Nocth khi ngu n không đ i x ng

2.3.3 Máy phát đi n c m ng rotor l ng sóc

2.3.4 Máy phát đi n c m ng rotor dây qu n

2.3.5 Máy phát đi n không đ ng b ngu n kép (DFIG)

2.4 CÁC C U HÌNH H TH NG CHUY N I N NG L NG GIÓ

2.4.1 H th ng tuabin gió làm vi c v i t c đ không đ i

2.4.2 H th ng tuabin gió làm vi c v i t c đ thay đ i

2.4.3 H th ng máy phát đi n gió – DFIG

H U

2.1 Gi i thi u

Máy phát đi n và b bi n đ i công su t là thành ph n quan tr ng trong h th ng n ng

l ng gió M t s lo i máy phát đi n th ng đ c s d ng trong h th ng tuabin gió

tr c đây là: máy đi n c m ng rotor l ng sóc, rotor dây qu n, máy đi n không đ ng

b v i b kích t Các lo i máy phát đi n này phù h p cho gi i pháp k t n i tr c

ti p v i l i đi n và làm vi c v i t c đ không đ i V i s phát tri n không ng ng

c a k thu t đi u khi n, các lo i máy phát s d ng trong h th ng n ng l ng gió

hi n đ i ngày càng đa d ng h n M c tiêu c a ch ng này là tìm hi u các lo i máy phát đi n s d ng trong h th ng n ng l ng gió và các ki u mô hình h th ng t ng

ng v i các d ng máy phát đi n này

2.2 C u t o c a h th ng phát đi n gió

M t h th ng phát đi n gió g m có nhi u ph n ho t đ ng song song v i nhau C u

t o có th khác bi t tùy theo quy mô l n nh , t i thi u ph i có các b ph n sau:

 i n t công su t

 B ph n đi u khi n v i s h tr c a máy tính

 Bình tr đi n đ đáp ng cho t i trong tr ng h p làm vi c đ c l p

 ng truy n k t n i v i m ng l i khu v c

H U

Vì rotor có moment quán tính l n, đã t o ra nh ng thách th c l n trong v n đ thi t

k liên quan đ n quá trình kh i đ ng, đi u khi n t c đ trong v n hành, c ng nh

d ng tuabin khi c n thi t Ph i dùng đ n dòng đi n xoáy hay phanh hãm đ d ng tuabin khi kh n c p, lúc b o d ng đ nh k Thông th ng m i tuabin có h th ng

đi u khi n riêng và đ c đ t m t kho ng cách an toàn

2.2.1 Tháp đ

Hình 2.1: Chi ti t bu ng ch a c a h th ng phát đi n gió

Tháp đ dùng đ nâng tuabin và bu ng ch a các h th ng truy n đ ng c khí, máy phát đi n, b ph n đi u h ng…Chi u cao c a tháp ph i cao h n đ ng kính c a cánh qu t rotor Tr c đây, chi u cao c a tháp t 20m đ n 50m V n đ chính trong thi t k là đ ng l c h c c u trúc C n tránh m i t n s c ng h ng c a tháp, rotor và

bu ng ch a; s rung đ ng- k t qu c a chu k m i d i s tác đ ng c a dao đ ng t c