Mô hình hóa và điều khiển hệ thống máy phát điện gió luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN ĐỒNG NAI – NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** MƠ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC ĐỒNG NAI – NĂM 2019 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin trân trọng cảm ơn PGS.TS , người Thầy tôi, quan tâm tận tình hướng dẫn tơi suốt thời gian nghiên cứu thực luận văn Xin cảm ơn Thầy cung cấp cho em nguồn tài liệu tham khảo quý báu tạo điều kiện tốt môi trường học tập nghiên cứu trao đổi kinh nghiệm với anh em học viên Phịng thí nghiệm Hệ thống lượng Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh từ bắt đầu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Đồng Nai Anh, Chị, Em đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian tham gia Khóa học Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám Hiệu nhà trường, quý Thầy Cô Khoa Sau đại học, Khoa Cơ điện Trường Đại học Lạc Hồng ln nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho suốt thời gian học tập trường Sau cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Trong q trình làm luận văn cịn số hạn chế nên mong nhận ý kiến đóng góp quý Thầy Cô Anh, Chi, Em đồng nghiệp, bạn bè để nội dung đề tài ngày hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn! Đồng nai, tháng 11 năm 2019 Học viên thực ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất kết số liệu mô đề tài thân tơi thực Nội dung luận văn thân tơi biên soạn, tham khảo tài liệu có nguồn trích dẫn Tơi xin chịu trách nhiệm trước nhà trường pháp luật nội dung, số liệu kết luận văn ngụy tạo đạo văn Đồng nai, tháng 11 năm 2019 Học viên thực iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Luận văn dựa vào mơ hình tốn tua – bin gió, máy phát PMSG để xây dựng mơ hình mơ Matlab Simulink, đồng thời kết hợp với biến đổi cơng suất gồm có tăng áp DC – DC nghịch lưu Đối với tăng áp DC – DC, nhiệm vụ điều khiển thực dị tìm cơng suất cực đại MPPT Đầu MPPT điều khiển khóa bán dẫn để đạt công suất cực đại đẩy qua bên phía nghịch lưu Nhiệm vụ nghịch lưu giữ mức điện áp DC – link ổn định việc đẩy hết công suất tác dụng lên lưới, đồng thời nghịch lưu có khả điều khiển công suất phản kháng Q Để thực mục đích trên, phương pháp điều khiển sử dụng điều khiển định hướng điện áp lưới VOC kết hợp với phương pháp điều khiển sóng mang Tính hữu hiệu phương pháp đánh giá qua kết mô iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii TÓM TẮT LUẬN VĂN iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH viii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU 1.2 MỘT SỐ HỆ THỐNG BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ 1.3 TUA – BIN GIÓ 1.3.1 Sự phát triển tua – bin gió 1.3.2 Phân loại tua – bin gió 13 1.3.3 Cấu tạo tua – bin gió 16 1.3.4 Đặc tính cơng suất tua – bin gió 19 1.3.5 Các phương pháp điều khiển tua – bin gió 20 1.3.6 Vận hành cơng suất tua – bin gió 24 1.4 MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 26 1.5 BỘ CHUYỂN ĐỔI CÔNG SUẤT 28 1.6 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 30 1.7 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 30 1.8 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 1.9 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 30 1.10 NỘI DUNG CỦA LUẬN VĂN 30 CHƯƠNG 2: MƠ HÌNH TỐN VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN 31 2.1 MƠ HÌNH TỐN CỦA TUA – BIN GIĨ 31 2.2 MƠ HÌNH TỐN CỦA MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ 34 2.3 BỘ CHUYỂN ĐỔI CÔNG SUẤT 37 2.3.1 Bộ chỉnh lưu 37 2.3.2 Bộ biến đổi tăng áp dc – dc 38 2.3.3 Bộ nghịch lưu 40 v CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ 3.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG 48 48 3.1.1 Tua – bin máy phát 48 3.1.2 Bộ chỉnh lưu cầu ba pha mạch biến đổi tăng áp DC – DC 48 3.1.3 Bộ nghịch lưu NPC nối lưới 50 3.2 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 64 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT AC Alternative Current Dòng điện xoay chiều DC Direct Current Dòng điện chiều EVN Electricity of VietNam Ngành điện lực Việt Nam GSC Grid Side Converter Bộ nghịch lưu nối lưới HAWT Horizontal Axis Wind Turbine Tua – bin gió trục quay nằm ngang PWM Induction Generator Maximum Power Point Tracking Permanent Magnet Synchronous Generator Pulse Width Modulation Máy phát điện cảm ứng Thuật tốn dị tìm điểm công suất làm việc tối ưu Máy phát đồng nam châm vĩnh cửu Điều chế độ rộng xung SG Synchronous Generator Máy phát điện đồng VAWT Vertical Axis Wind Turbine Tua – bin gió trục quay thẳng đứng VOC Voltage Oriented Control Wind Energy Conversion System Wound Rotor Induction Generator Wound Rotor Synchronous Generator Wind Turbine Điều khiển định hướng điện áp IG MPPT PMSG WECS WRIG WRSG WT Hệ thống biến đổi lượng gió Máy phát không đồng rô – to dây quấn Máy phát đồng rô – to dây quấn Tua – bin gió vii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Trạng thái áp nghịch lưu dùng sóng mang 42 Bảng 2.2 Trạng thái áp nghịch lưu dùng véc tơ không gian 44 viii DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống biến đổi lượng gió Hình 1.2 Cấu hình hệ thống biến đổi lượng gió Hình 1.3 Hệ thống biến đổi lượng gió tốc độ cố định Hình 1.4 Hệ thống biến đổi lượng gió tốc độ thay đổi Hình 1.5 Cấu tạo bên tua – bin gió Hình 1.6 Một trạm phong điện thực tế Hình 1.7 Kích thước tua – bin gió Hình 1.8 Sơ đồ nối lưới nơng trại gió Hình 1.9 Một số hình ảnh nhà máy điện gió Việt Nam 11 Hình 1.10 Một số hình ảnh cánh đồng gió nước 13 Hình 1.11 Tua – bin gió trục quay thẳng đứng 14 Hình 1.12 Tua – bin gió trục quay nằm ngang 15 Hình 1.13 Cấu trúc dạng cánh quạt tua – bin gió 16 Hình 1.14 Cấu tạo tua – bin gió 17 Hình 1.15 Đường cong cơng suất lý tưởng tua – bin gió 19 Hình 1.16 Nguyên lý phương pháp điều khiển Passive Stall 21 Hình 1.17 Nguyên lý phương pháp điều khiển Active Stall 22 Hình 1.18 Nguyên lý phương pháp điều khiển góc Pitch 23 Hình 1.19 Đặc tính cơng suất phương pháp điều khiển tua – bin gió Hình 1.20 Phân loại số máy phát điện thường dùng tua – bin gió lớn 24 26 Hình 1.21 Máy phát PMSG cực lồi 27 Hình 1.22 Máy phát PMSG cực ẩn 28 Hình 1.23 Hệ thống điện gió tốc độ khơng đổi sử dụng SCIG 29 Hình 1.24 Hệ thống điện gió tốc độ thay đổi sử dụng SCIG 29 Hình 1.25 Hệ thống điện gió tốc độ thay đổi sử dụng SG 29 Hình 2.1 Đường đặc tính Cp(λ,β) 33 ... MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống biến đổi lượng gió Hình 1.2 Cấu hình hệ thống biến đổi lượng gió Hình 1.3 Hệ thống biến đổi lượng gió tốc độ cố định Hình 1.4 Hệ thống biến đổi lượng gió. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG... Hình 1.21 Máy phát PMSG cực lồi 27 Hình 1.22 Máy phát PMSG cực ẩn 28 Hình 1.23 Hệ thống điện gió tốc độ khơng đổi sử dụng SCIG 29 Hình 1.24 Hệ thống điện gió tốc độ thay đổi sử dụng SCIG 29 Hình