Đang tải... (xem toàn văn)
Nghien cuu mo hinh Tuabin gio su dung may phat dien dong bo nam cham vinh cuu noi luoi NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH TUABIN GIÓ SỬ DỤNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU NỐI LƯỚI (RESEARCH MODEL OF GRID CO[.]
NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH TUABIN GIĨ SỬ DỤNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU NỐI LƯỚI (RESEARCH MODEL OF GRID CONNECTED WIND TURBINES USING PERMANENT MAGNETIC SYNCHRONOUS GENERATOR) ThS Đặng Ngọc Huy - Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh Lê Kim Anh - Trường cao đẳng Cơng nghiệp Tuy Hịa Tóm tắt: Bài báo nhằm giới thiệu mơ hình điều khiển tuabin gió nối lưới dùng máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu Vì tốc độ gió ln thay đổi theo thời gian, để tuabin vận hành tối ưu với vận tốc gió định hệ thống rotor phải có chức tự điều chỉnh theo thay đổi vận tốc hướng gió Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu hồn tồn đáp ứng điều này, từ thông tồn sẵn nhờ hệ thống nam châm vĩnh cửu dán bề mặt rotor Máy phát điện hoạt động với tốc độ vòng quay thấp nguồn điện sản xuất cao Đây ưu điểm tuabin gió sử dụng máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu Ngoài để điều khiển nối lưới, ta dùng nghịch lưu, nghịch lưu phía máy phát điện dùng điều chỉnh hịa đồng cho máy phát điện tách máy phát điện khỏi lưới cần thiết, nghịch lưu phía lưới nhằm giữ ổn định điện áp mạch chiều trung gian ABSTRACT The article aims to introduce the model control of grid connected wind turbines using permanent magnetic synchronous generator Because wind speeds changes over time, the rotor system must function and be self-adjusted to the change of wind speed and direction so that the turbine operates efficiently with certain wind velocity Permanent magnetic synchronous generator completely satisfy this, since magnets always exist thanks to the system of permanent magnet glued on the surface of the rotor Generators operate with low spin speeds but very high source of productive electricity, these are the main advantages when wind turbines using permanent magnetic synchronous generator In addition, we use inverters to control connected grid The inverter in the generator used to adjust the synchronous generator as well as separate the generator from the grid when necessary, the inverter in the grid used to keep stable the intermediate DC circuit voltage Đặt vấn đề Theo số liệu Ngân hàng giới, tiềm gió Việt Nam (ở độ cao 65m) khả quan ước đạt 513.360MW, lớn 200 lần công suất nhà máy thủy điện Sơn La 10 lần tổng công suất dự báo ngành điện đến năm 2020 Đây nguồn lượng tiềm đáng kể khai thác bổ sung cho nguồn điện lưới quốc gia, thay nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt cải thiện mơi trường Bảng Bảng cấp gió Beaufor Bảng Tiềm gió Đơng Nam Á (ở độ cao 65m) Kết nghiên cứu khảo sát 2.1 Mơ hình tuabin gió sử dụng máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu nối lưới Hình Sơ đồ cấu trúc tuabin gió sử dụng máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu nối lưới Hình Sơ đồ cấu trúc tuabin gió nối lưới 2.2 Nguồn gió Cơ E khối lượng khơng khí m chuyển động với vận tốc v E = mv (1) Công suất P thu lệ thuộc vào khối lượng khơng khí chuyển động, vận tốc gió, mật độ khơng khí ρ, tiết diện A vịng quay cánh quạt P = ρ Av (2) 2.3 Tuabin gió Theo [4] cơng suất tuabin tính theo biểu thức: Pm = C p ( λ , β ) ρA v (3) Trong đó: Pm: Công suất đầu tuabin (W); Cp(λ,β): Hệ số biến đổi lượng (là tỷ số tốc độ đầu cánh λ góc cánh β); A: Tiết diện vòng quay cánh quạt (m2); ρ: Mật độ khơng khí (kg/m3) Từ cơng thức (3) ta thấy vận tốc gió yếu tố quan trọng cơng suất, vận tốc gió tăng lần cơng suất đầu tăng theo lũy thừa Hệ số biến đổi lượng Cp công thức (3) theo [5],[6], tính sau: λi − 21 − β − ) e λi + 0068 λ Hệ số Cp C p ( λ , β ) = 5176 ( 116 (4) 035 với = (5) − λ i λ + 08 β + β Hình Đường cong biểu diễn mối quan hệ Cp λ Tỷ số tốc độ đầu cánh tuabin gió tốc độ gió là: Rω λ= ω tốc độ quay tuabin, R bán kính v tuabin, v vận tốc gió, với cơng suất đầu Hình Đường cong biểu diễn mối quan hệ Cp λ tuabin Pm = πρ R C p v , Theo [6] mơ men tuabin gió tuabin gió vận hành theo quy tắc điều khiển khác tuỳ thuộc vào tốc độ gió Hình Đường cong biểu diễn mối quan Pm tốc độ gió 2.4 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu Phương trình dịng áp hệ tọa độ dq: Đường tối ưu Cơng suất Pm(kW) ω3 tính sau: Tm = = πρR 5C p (6) Mặt khác ω λ Pm L disd 1 = isd + ω s sq isq + u sd (7) dt Tsd Lsd Lsd di sq dt = −ω s Hình Đường cong biểu diễn mối quan Pm tốc độ gió ψp Lsd 1 i sd − i sq + u sq − ω s (8) Trong đó: Lsd điện cảm Stator đo vị trí Lsq Tsq Lsq Lsq đỉnh cực; Lsq điện cảm Stator đo vị trí ngang cực; ψ p từ thông cực (vĩnh cửu); Tsd, Tsq số thời gian Stator vị trí đỉnh cực Phương trình mơ men: m M = [ ] Pc ψ p i sq + i sd i sq ( Lsd − Lsq ) (9) Để điều khiển máy phát điện (MFĐ) nối lưới, ta dùng nghịch lưu (nghịch lưu phía MFĐ nghịch lưu phía lưới) Nghịch lưu phía MFĐ dùng điều chỉnh hòa đồng cho MFĐ trách MFĐ khỏi lưới cần thiết Nghịch lưu phía lưới nhằm giữ ổn định điện áp mạch chiều trung gian Xây dựng mơ hình mô Matlab- Simulink 3.1 Xây dựng mô hình Matlab- Simulink Hình Mơ hình điều khiển Hình Mơ hình tuabin gió máy phát điện Hình Mơ hình điều khiển tuabin gió sử dụng MFĐ đồng nam châm vĩnh cửu nối lưới 3.2 Kết mô Matlab- Simulink 14000 450 400 12000 350 10000 300 8000 250 6000 200 150 4000 100 2000 50 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình Cơng suất Q(Var) Hình Cơng suất P(W) 400 30 20 200 10 0 -10 -200 -20 -400 -30 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình Điện áp ngõ máy phát dùng tuabin gió 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 10 Dịng điện ngõ máy phát dùng tua bin gió (Tiếp theo trang 17)… Kết luận 400 Khi vận tốc gió v = 4m/s, tuabin gió dùng MFĐ đồng nam châm vĩnh cửu bắt đầu khởi động vận hành tối ưu vận tốc gió đạt giá trị 12m/s, lúc góc cánh β = tốc độ đầu cánh λ = 6.75 Qua kết mô thời điểm t = 0.2s tần số, điện áp, góc pha hồn tồn đáp ứng với điều kiện hòa MFĐ nối lưới 200 -200 -400 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 1.6 1.8 Hình 11 Điện áp máy phát tuabin gió nối với lưới điện TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc, Điện gió, Nhà xuất lao động, 2012 [2] Nguyễn Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2006 [3] Lê Danh Liên, Tiềm năng lượng gió Việt Nam khả ứng dụng, Trung tâm nghiên cứu lượng mới, Trường Đại học bách khoa Hà Nội, 2008 [4] Alejandro Rolán, Álvaro Luna, Gerardo Vázquez, Daniel Aguilar, Modeling of Variable Speed Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator, IEEE Intermation Symposium on Industrial Electronics, 2009 5] Ranjan K Behera, Wenzhong Gao and Olorunfemi Ojo, Simulation Study of Permanent Magnet Synchronous Machine Direct Drive Wind Power Generator using Three Level NPC Converter System, IEEE, 2009 [6] Saikumar, Saravanan, R.v.Sandip, vijaysridhar, Modelling and control of a Wind Turbine using Permanent Magnet Synchronous Generator, International Journal of Engineering Science Technology (IJEST), 2011 [7] C.N.Bhende, S.Mishra, Permanent Magnet Synchronous Generator- Based Standalone Wind Energy Supply System, IEEE Transactions on Sustainable Energy, 2011
