BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Đề tài Tìm hiểu tổng quan và thiết kế điện cho turbine gió cỡ nhỏ dùng cho mục đích sinh hoạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ *** BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP Đề tài Tìm hiểu tổng quan thiết kế điện cho turbine gió cỡ nhỏ dùng cho mục đích sinh hoạt Đơn vị thực tập: Cơng ty THHH Thiết kế xây dựng thương mại dịch vụ An Thịnh Phát Giáo viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Quốc Chí Sinh viên thực hiện: Phạm Đồn Minh Duy MSSV: 1710044 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 2020 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY LỜI CẢM ƠN Tác giả xin cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh giới thiệu tạo điều kiện để tác giả thực tập tốt nghiệp tuần doanh nghiệp Tác giả xin chân thành cảm ơn Bộ môn Cơ Điện Tử thuộc khoa Cơ Khí mà đặc biệt PGS TS Nguyễn Quốc Chí chấp thuận nguyện vọng tác tạo hội cho tác giả có tập vơ bổ ích Về phía doanh nghiệp, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Công ty THHH Thiết kế xây dựng thương mại dịch vụ An Thịnh Phát, đặc biệt anh Đỗ Anh Tấm, PGĐ công ty, cho tác giả hội thực tập quý công ty hỗ trợ bảo tận tình cho tác giả công việc hàng ngày suốt tập Tác giả vô hào hứng với môi trường làm việc công ty dự án mà công ty thực Tác giả hy vọng tương lai gần trở lại làm việc dự án công ty Thông qua tập, tác giả học hỏi nhiều kiến thức kinh nghiệm thực tiễn mà qua giúp ích nhiều cho tác giả chặng đường tương lai phía trước Tác giả có nỗ lực định suốt tập để đạt mục tiêu mà công ty thân tác giả đề kiến thức kỹ cần thiết công việc, thể xuyên suốt báo cáo Tuy vậy, tác giả tin báo cáo có sai sót nhiều mặt qua đó, tác giả mong muốn nhận góp ý người để hồn thiện cơng việc Trân trọng Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 09 năm 2020 Sinh viên thực Phạm Đoàn Minh Duy BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY MỤC LỤC I TỔNG QUAN: Tổng quan gió điện gió Việt Nam: Phạm vi đề tài: Bài toán thiết kế: II THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN CHO TURBINE GIÓ: .11 Máy phát cho turbine cỡ nhỏ: 11 Bộ chỉnh lưu, biến tần điều khiển bản: 15 Lựa chọn dây dẫn: 21 Hệ thống bảo vệ mạch: 22 KẾT LUẬN 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO 26 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐỒN MINH DUY DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Địa điểm đặt trạm thủy văn mà EVN lấy số liệu cho nghiên cứu Hình Bản đồ gió Việt Nam Hình Sơ đồ hịa lưới điện turbine điện gió sử dụng máy phát điện PMG 13 Hình Đường cong liên hệ tốc độ momen xoắn máy điện cảm ứng .14 Hình Sơ đồ máy phát điện cảm ứng (IG) với hệ tụ điện để kích từ 15 Hình Sơ đồ chỉnh lưu diode pha 16 Hình Giá trị điển hình dịng áp đầu máy phát điện thông thường dùng cho turbine gió cỡ nhỏ 17 Hình Sơ đồ chuyển đổi tăng cường IGBT đơn giản 17 Hình Sơ đồ biến tần cầu pha đơn giản 18 Hình 10 Dạng sóng vng qua hiệu chỉnh điện áp tải cho biến tần pha khơng có lọc 19 Hình 11 Bộ lọc LC thông thấp sử dụng để làm giảm tần số chuyển đổi thành phần điện áp đầu biến tần cầu dẫn đến điện áp qua tải có dạng sóng gần hình sin .20 Hình 12 Độ rộng xung điều chế PWM (đường liền nét) đường sóng sin tương ứng (đường đứt nét) 21 Hình 13 Hệ thống turbine gió cỡ nhỏ với ngắt mạch công tắc bảo vệ đơn giản 23 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY DANH SÁCH BẢNG Bảng Tiềm gió Việt Nam độ cao 65 m so với mặt đất Bảng Vận tốc gió trung bình nghiên cứu Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN so với nghiên cứu Ngân hàng Thế giới WB Bảng Hiện trạng khai thác lượng gió Việt Nam Bảng Bảng giá bán lẻ điện Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN 10 Bảng Công suất thiết bị điện hộ gia đình 10 Bảng Một số thơng số máy phát điện 13 Bảng Các vấn đề xảy cách xử lý hệ thống bảo vệ 24 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY I TỔNG QUAN: Tổng quan gió điện gió Việt Nam: Bên cạnh nguồn lượng từ mặt trời lượng gió kỳ vọng giúp Việt Nam bắt kịp tốc độ tăng trưởng nhanh chóng nhu cầu điện ngắn hạn dài hạn Với lợi tự nhiên địa hình, việc xây dựng trạm điện sức gió giải pháp giúp nâng cao sản lượng điện Việt Nam năm tới Nguồn điện gió sử dụng luồng khơng khí (hay luồng gió) đập vào cánh turbine làm quay máy phát điện Nguồn điện gió nguồn điện xoay chiều thủy điện, nhiệt điện Thơng thường, lượng gió luồng gió với vận tốc m/s sử dụng cho mục đích thủy lợi, cịn m/s sử dụng để tạo điện Nghiên cứu tổ chức Ngân hàng Thế giới (World Bank) rằng, Việt Nam nước có tiềm gió lớn nước khu vực, với 39% tổng diện tích Việt Nam ước tính có tốc độ gió trung bình hàng năm lớn 6m/s, độ cao 65m, tương đương với tổng công suất 512 GW Đặc biệt, 8% diện tích Việt Nam xếp hạng có tiềm gió tốt (tốc độ gió độ cao 65m - m/giây), tạo 110 GW Bảng Tiềm gió Việt Nam độ cao 65 m so với mặt đất Nguồn: TrueWind Solutions, 2000 Bản đồ tài ngun gió Đơng Nam Á Bên cạnh nghiên cứu Ngân hàng Thế giới, Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN thực đánh giá tài nguyên gió cho sản xuất điện So với nghiên cứu Ngân hàng giới, nghiên cứu EVN đánh giá cao lấy số liệu trực tiếp từ trạm thủy văn Việt Nam, nghiên cứu World Bank dựa chương trình mơ Nghiên cứu tập đồn điện lực EVN xem nghiên cứu thức tài nguyên lượng gió Việt Nam Theo đó, liệu gió đo đạc cho BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY số điểm lựa chọn, sau ngoại suy lên thành liệu gió mang tính đại diện khu vực cách lược bỏ tác động độ nhám bề mặt, che khuất vật thể tịa nhà ảnh hưởng địa hình Dữ liệu gió mang tính khu vực sau sử dụng để tính tốn liệu gió điểm khác cách áp dụng quy trình tương tự theo chiều ngược lại Trên sở liệu đó, đề án cịn xem xét đến yếu tố ảnh hưởng (khoảng cách đấu nối với hệ thống điện, địa hình, khả vận chuyển thiết bị, chấp nhận cộng đồng vấn đề liên quan đến sử dụng đất môi trường…) Bảng Vận tốc gió trung bình nghiên cứu Tập đồn Điện lực Việt Nam EVN so với nghiên cứu Ngân hàng Thế giới WB BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐỒN MINH DUY Hình Địa điểm đặt trạm thủy văn mà EVN lấy số liệu cho nghiên cứu Ở Việt Nam nguồn lượng gió khai thác (vận tốc gió đạt khoảng m/s) tập trung nhiều vùng ven biển, đặc biệt vùng duyên hải miền Trung Ngồi cịn số vùng Tây Ngun cho tiềm lớn khai thác lượng gió có vận tốc gió gần tương đương với vận tốc gió vùng ven biển Theo đồ gió Việt Nam hình bên vùng có màu xanh dương nhạt đặc biệt màu xanh có tiềm lớn để phát triển điện gió Vùng xanh có vận tốc gió đạt tới m/s, tập trung chủ yếu tỉnh Bình Thuận Ninh Thuận Đây vùng có vai trị trọng điểm dự án phát triển điện gió Việt Nam BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐỒN MINH DUY Hình Bản đồ gió Việt Nam BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY Về trạng khai thác lượng gió Việt Nam, lượng gió đưa vào khai thác khoảng 20 năm nay, chủ yếu quy mơ gia đình tập trung chủ yếu khu vực ven biển miền Trung Một số dự án lớn triển khai số địa phương Bình Thuận, Ninh Thuận, Bạc Liêu,… Bảng Hiện trạng khai thác lượng gió Việt Nam Phạm vi đề tài: Đề tài hướng đến thiết kế chế tạo turbine gió cỡ nhỏ dùng cho hộ gia đình Từ bảng ta thấy turbine gió loại chủ yếu lắp đặt khu vực ven biển miền Trung Tuy nhiên, từ đồ gió Việt Nam hình 2, ta thấy cịn có số khu vực khác mà việc khai thác nguồn lượng gió để chuyển đổi thành điện hoàn toàn khả thi, tiêu biểu khu vực Tây Nguyên Đà Lạt, nơi có tốc độ gió đạt 6,88 m/s (theo bảng 2), tương đương với tốc độ gió khu vực ven biển Vì vậy, phạm vi thực đề tài hướng đến khu vực Đà Lạt để thiết kế đưa vào sử dụng turbine gió với quy mơ cung cấp điện phục vụ cho sinh hoạt hộ gia đình Bài tốn thiết kế: Lắp đặt turbine gió cho hộ gia đình có mức tiêu thụ điện trung bình tháng ứng với chi phí hóa đơn tiền điện 5.000.000 VND Tốc độ gió đo vị trí lắp đặt turbine gió m/s Dựa vào bảng giá bán lẻ điện quy định Tập đoàn Điện lực Việt Nam EVN, ta tính lượng điện tiêu thụ hộ gia đình tháng BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐỒN MINH DUY Tuy vậy, việc truyền cơng suất cực đại đồng nghĩa với hiệu suất bị giảm đáng kể Đối với turbine gió, phải hoạt động dải rộng tải tần số, việc điều chỉnh tải phù hợp vô cần thiết Đối với cấu trúc liên kết chỉnh lưu/bộ điều khiển, biến tần, đạt phù hợp tải thông qua điều chế độ rộng xung (PWM) PMG sinh nguồn ba pha với điện áp tần số thay đổi thường chỉnh lưu thành nguồn DC Nếu turbine sạc pin chúng thay biến tần giản đồ cấu trúc liên kết Thơng số Đơn vị Chú thích Cơng suất định mức đầu vào trục W Dùng để thiết kế cánh Tốc độ định mức rotor rpm Dùng để thiết kế cánh Momen xoắn đầu vào định mức Nm Dùng để thiết kế cánh Momen xoắn động Nm Dùng để thiết kế cánh Quán tính máy phát điện kg.m2 Khối lượng máy phát điện kg Điện áp pha định mức stator V Dùng để thiết kế chỉnh lưu Dòng định mức stator A Dùng để thiết kế chỉnh lưu Không đáng kể so với quán tính cánh Dùng để thiết kế tháp turbine Dùng để xác định tốc độ làm Số cực việc Dùng để mơ hình hóa hoạt Điện trở stator Ohm Điện kháng đồng trục d mH Điện kháng đồng trục q mH Điện áp bus DC tốc độ định mức V Điện áp chỉnh lưu cực đại Dòng bus DC tốc độ định mức A Dòng chỉnh lưu cực đại 12 động PMG Dùng để mơ hình hóa hoạt động PMG Dùng để mơ hình hóa hoạt động PMG BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐỒN MINH DUY Mật độ từ thơng nam châm vĩnh cửu V/(rad/s) Dùng để mơ hình hóa hoạt động PMG Bảng Một số thơng số máy phát điện Chỉnh lưu Biến tần Lưới điện Hình Sơ đồ hịa lưới điện turbine điện gió sử dụng máy phát điện PMG Một số turbine gió cỡ nhỏ sử dụng máy phát điện không đồng máy phát điện cảm ứng (IG), thường động cảm ứng tiêu chuẩn hoạt động ngược lại với nguyên lý hoạt động động thông thường để trở thành máy phát Ưu điểm máy phát chi phí thấp, khơng có momen xoắn có độ chắn cao Đồ thị đặc tính tốc độ momen xoắn máy điện cảm ứng cho thấy tốc độ đồng nS tốc độ mà khơng có momen xoắn lượng sinh Tốc độ đồng tốc độ mà tần số quay rotor với tần số điện đầu động Thiết bị điện động hoạt động tốc độ đồng ngược lại máy phát điện hoạt động tốc độ đồng Tổn thất nhiệt I R rotor định việc sụt giảm vài phần trăm tốc độ đồng Sự sụt giảm tăng kích thước động giảm điện trở rotor tăng dây dẫn giảm kích thước cần tốn nhiều điện áp để tạo dòng điện cần thiết rotor Điều nguyên nhân giải thích động cảm ứng có hiệu suất thấp PMG Ở stator tồn tổn thất I R , tổn thất từ sắt stator gây tổn thất ma sát Ngồi cịn có tổn thất luồng gió chuyển động stator tạo chuyển động rotor quạt làm mát cho stator 13 Momen xoắn BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY Máy phát Động Tốc độ trục Hình Đường cong liên hệ tốc độ momen xoắn máy điện cảm ứng Tốc độ đồng quy định số cực theo công thức: nS  120 f NP Trong đó, f tần số đầu biến tần (hoặc tần số mạng lưới điện) motor tần số rotor turbine gió N P số cực động máy phát Thông thường, hiệu suất máy điện giảm số cực tăng lên, cần nhiều không gian cho dây đồng dẫn đến tiết diện mặt cắt stator khớp nối từ bị giảm xuống, làm tăng điện cảm rị rỉ Nói cách khác, tỉ lệ không gian chiếm chỗ đồng sắt tăng lên làm sắt bị hiệu Do máy phát IG có sẵn thị trường có cực PMG nên chúng có tốc độ quay lớn hơn, thơng thường cần phải có hộp số turbine gió cỡ nhỏ sử dụng máy phát điện IG để đảm bảo hoạt động Thực ra, turbine gió cơng suất khoảng từ kW đến kW thiết kế turbine gió truyền động trực tiếp với máy phát điện cảm ứng tần số quay cánh tăng lên giảm kích thước turbine Tuy vậy, có lẽ khối lượng máy phát điện lớn nên phương án giảm kích thước khơng khả thi Các máy phát điện loại IG phức tạp dòng PMG mức độ vừa phải Thay 14 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY nam châm rotor chúng có cuộn dây cuộn dây ngắn mạch nên giống dịng PMG, máy phát IG khơng cần chổi than cổ góp Một biến thể máy phát điện cấp nguồn kép DFIG, với chân điện rotor stator, sử dụng turbine gió cỡ lớn Trong thực tế, điểm khác biệt IG PMG IG cần phải kích từ trước chúng tự kích tạo điện Do đó, sơ đồ mạng điện IG khác chút so với sơ đồ mạng điện PMG hình Điện dung mạch phải lựa chọn hợp lý để đảm bảo kích từ xảy có cộng hưởng tốc độ cánh điện cảm máy phát điện Bộ kích từ Chỉnh lưu Hình Sơ đồ máy phát điện cảm ứng (IG) với hệ tụ điện để kích từ Bộ chỉnh lưu, biến tần điều khiển bản: Một chuyển đổi công suất đơn giản chỉnh lưu diode diode bật tắt tự nhiên mà không cần thiết bị điện tử để điều khiển Bộ chỉnh lưu diode pha hình 6, A, B, C tương ứng với pha máy phát điện Các diode đánh số từ đến tương ứng với thứ tự bật diode Thông thường, diode bật lúc, diode nửa chỉnh lưu cung cấp dòng điện đầu ra, diode nửa chỉnh lưu cung cấp đường dẫn trở lại cho dòng bus DC (nghĩa diode bật diode 3, đến 4, tiếp tục) Bỏ qua điện áp rơi diode (thường từ 0,7 V đến 0,9 V diode hoạt động) đặt điện trở đầu Vdc giá trị đầu điện áp chỉnh lưu là: Vdc   2VLL  1.35VLL Trong VLL điện áp dây máy phát (như hình điện áp đo hai đầu A B hình 6) Giá trị Vdc khơng phải số việc chỉnh lưu 15 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐỒN MINH DUY giúp giá trị khơng âm Phương trình dùng để thiết kế chuyển đổi lượng có tải điện trở cảm ứng Đối với thiết kế chỉnh lưu mức thấp, bus DC khơng có lọc cảm ứng thay vào lọc tụ điện đơn giản Trong trường hợp này, điện áp chỉnh lưu có giá trị: Vdc  2VLL  1.41VLL Các chân máy phát điện Hình Sơ đồ chỉnh lưu diode pha Mặc dù có lọc đầu ra, máy phát điện có dải điện áp rộng thay đổi tốc độ gió Điều có hệ quả, tốc độ thấp, điện áp máy phát điện thấp đến mức điện áp rơi diode trở nên đáng kể so với điện áp máy phát Chỉnh lưu lúc có hiệu suất thấp so với làm việc tốc độ định mức Để khắc phục vấn đề này, thay diode thiết bị đóng ngắt kiểu transistor, nhiên cần điều khiển điện tử để điều khiển transistor đóng ngắt Hệ thứ hai tốc độ gió thấp, điện áp DC bus khơng đủ để biến tần tạo điện áp AC cần thiết Một giải pháp cho vấn đề sử dụng chỉnh lưu tăng cường 16 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐỒN MINH DUY Dịng Dịng (A), Áp (V) Áp Tốc độ máy phát điện (rpm) Hình Giá trị điển hình dịng áp đầu máy phát điện thông thường dùng cho turbine gió cỡ nhỏ Đối với máy phát điện cỡ nhỏ, cần có chuyển đổi tăng áp dùng pin sạc Theo hình 7, giá trị điện áp đầu máy phát điện không đạt đến ngưỡng 48 V để đảm bảo yêu cầu hầu hết hệ thống pin sạc Hiện nay, tính điện tử cơng suất đại khả sử dụng PWM để làm đặc tính máy phát tải trở nên phù hợp với Khả PWM thể thông qua chuyển đổi bao gồm bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) có khả chuyển đổi nhanh hao phí lượng Hình Sơ đồ chuyển đổi tăng cường IGBT đơn giản Trong hình 8, điện áp đầu vào đến từ chỉnh lưu, điện áp đầu điện áp bus DC hình S bóng bán dẫn IGBT có để điều khiển chuyển mạch để tạo PWM 17 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY Vout Vin liên hệ theo phương trình: Vout  Vin 1 a Trong a chu kỳ hoạt động, khoảng thời gian mà cơng tắc S đóng Vout có giá trị lớn Vin thông qua chuyển đổi tăng cường Tuy nhiên, Vout lớn so với Vin hệ số a phải tăng lên nhiều lần diode D chuyển lượng lớn lượng sang tụ C thời gian ngắn Điều làm giảm hiệu chuyển đổi tăng cường Do đó, hệ số tăng cường có giá trị tối đa Mặt khác, Vout 1 a có giá trị q gần với Vin phải giảm hệ số a lại, lúc diode D chuyển lượng lớn lượng sang cuộn cảm L thời gian ngắn làm giảm hiệu chuyển đổi tăng cường Một chuyển đổi buck – boost với khả điều chỉnh tăng giảm điện áp DC bus sử dụng thay cho chuyển đổi tăng cường để khắc phục tình trạng Hình Sơ đồ biến tần cầu pha đơn giản Do điện đầu phải điện AC nên cần phải có biến tần để chuyển đổi điện áp DC thành điện áp dạng sóng với tần số cố định Hình cho thấy loại biến tần “cầu” pha đơn giản, Vbat điện áp DC từ hệ thống pin Vout từ chuyển đổi tăng cường Gọi “cầu” đầu biến tần nối với chân biến tần (thiết bị chân thiết bị tạo thành chân lại) Do 18 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY khơng sử dụng lọc nên dạng sóng điện áp tải Vload khơng phải sóng hình sin, hình 10 Tuy vậy, ứng dụng u cầu cơng suất thấp sử dụng mơ hình có giá thành rẻ Thực ra, hầu hết thiết bị điện (như động cơ) hoạt động tốt điện áp có dạng sóng vng qua hiệu chỉnh, Điện áp / Vbat trừ số trường hợp Góc pha /  Hình 10 Dạng sóng vng qua hiệu chỉnh điện áp tải cho biến tần pha khơng có lọc Để đạt dạng sóng điện áp tải xấp xỉ hình sin lọc thêm vào sử dụng thuật toán kiểm tra PWM phức tạp để điều khiển thời gian hoạt động thiết bị chuyển mạch IGBT hình Khơng có quy định tiêu chuẩn cách đánh số thiết bị chuyển mạch hình Cách đánh số hình cho biết thời gian chuyển đổi thiết bị để tạo dạng sóng vng điện áp tải Trong hình 10, xung dương thu trình hoạt động cặp thiết bị 2, điện áp thu cặp thiết bị 3, điện áp âm thu cặp thiết bị Quá trình lặp lại để tạo xung vuông Đối với sóng vng hiệu chỉnh hình 10 điện áp tải là: Vload  Vbat 19 2 p  BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY Trong đó,  p chọn để đạt giá trị nhỏ nhất, ví dụ tốc độ méo tổng cộng sóng hài, THD, sóng vng hiệu chỉnh  p có giá trị 67 THD phép đo độ lệch dạng sóng điện áp thực tế so với dạng sóng sin túy Biến tần cầu tồn phần không sử dụng lọc phổ biến hệ thống biến tần công suất thấp Tuy nhiên, việc sử dụng PWM vào thiết bị chuyển mạch thêm vào lọc làm cho dạng sóng đầu biến tần có dạng gần hình sin Có hai phương pháp chung để tiếp cận Đối với biến tần nối vào lưới điện, cuộn cảm nhỏ đưa vào cực dương đầu biến tần điện áp lưới điện (tức mắc cuộn cảm nối tiếp với lưới điện Bộ điều khiển thường thiết kế cho điện áp đầu lọc cuộn cảm với giá trị dịng điện xác định cung cấp cho lưới điện (giá trị dòng điện xác định lượng khả dụng từ turbine gió điều khiển hệ thống trường hợp có biến tần chạy pin) THD dạng sóng có giá trị thường 5% hơn, tùy thuộc vào tiêu chuẩn phù hợp để kết nối với lưới điện Hình 11 Bộ lọc LC thông thấp sử dụng để làm giảm tần số chuyển đổi thành phần điện áp đầu biến tần cầu dẫn đến điện áp qua tải có dạng sóng gần hình sin Để đảm bảo hoạt động biến tần, lọc LC hình 11 thêm vào 20 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY đầu biến tần tải Mục tiêu để tạo điện áp có dạng gần giống với hình sin tải, với THD có giá trị vào khoảng 5% theo tiêu chuẩn nước Đức Hoa Kỳ Bất kể biến tần có sử dụng PWM kết nối với lưới điện hay khơng dạng sóng điện áp phía đầu biến tần cầu (trước lọc) sóng vng cắt nhỏ hình 12 Chiều rộng xung cho thấy dạng sóng lọc có dạng xấp xỉ với sóng sin Trong thực tế, biến tần PWM pha có tần số chuyển mạch gấp từ 10 đến 150 lần tần số nguồn, với giá trị tối ưu chọn sau có cân nhắc hao phí thấp Điện / Vbat chuyển đổi linh kiện LC tốn Góc pha /  Hình 12 Độ rộng xung điều chế PWM (đường liền nét) đường sóng sin tương ứng (đường đứt nét) Một giải pháp thay cho việc thiết kế chế tạo biến tần mua biến tần công ty, đặc biệt công ty cung cấp biến tần cho turbine gió cỡ nhỏ Lựa chọn dây dẫn: Kích thước dây dẫn hệ thống xác định lượng nhiệt hao phí qua dây phải đảm bảo mức điện áp rơi dây 5% để trì hệ thống hoạt động cách hiệu Những vấn đề điện áp rơi dễ xảy turbine làm việc điện áp thấp, turbine gió cỡ nhỏ điện áp thấp xảy sạc pin Hầu hết loại cáp điện có mức điện áp định mức định, thông thường 21 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY hấu hết loại cáp điện đáp ứng nhu cầu điện áp hầu hết turbine gió Tuy nhiên, cường độ dịng điện định mức phụ thuộc vào u cầu sử dụng cần phải tính tốn để chọn dây dẫn phù hợp Ngoài điện trở dây cáp cịn có độ tự cảm, ngun nhân làm giảm tốc độ dịng điện gây tượng áp Có thể làm giảm điện cảm dây dẫn cách đặt dây cáp gần nhau, qua làm giảm vùng diện tích có khả tự cảm dây dẫn Hệ thống bảo vệ mạch: Các điều khiển đại với vi xử lý có khả bảo vệ hệ thống cách sâu rộng giám sát để kéo dài tuổi thọ hệ thống Khi thi cơng thử nghiệm turbine gió, việc bảo vệ hệ thống cách tồn diện thường khơng áp dụng làm ảnh hưởng đến khả hoạt động turbine gây khó khăn cho trình thử nghiệm Để bảo vệ hệ thống khỏi lỗi nghiêm trọng đoản mạch, hệ thống cần phải có khả như: Ngắt kết nối máy phát điện với phần lại hệ thống Ngắt kết nối tất tải có hệ thống Ngắt kết nối turbine gió với pin, qua ngắt kết nối pin với tải Ngắt kết nối biến tần với turbine gió pin, qua ngắt kết nối biến tần với tải Trong tất trường hợp trên, điểm ngắt kết nối yêu cầu bảo vệ q dịng Thơng thường, điều thực ngắt mạch thích hợp, sử dụng để bảo vệ làm công tắc cách ly mạch cần thiết Bộ ngắt mạch có mức điện áp định mức khác điện AC DC, thơng thường điện áp định mức dịng AC cao 22 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY Tải Máy phát điện pha Bộ chỉnh lưu Pin Biến tần Công tắc ngắn mạch Hình 13 Hệ thống turbine gió cỡ nhỏ với ngắt mạch công tắc bảo vệ đơn giản Các biện pháp bảo vệ thường nhằm mục đích ngăn chặn tượng dòng Dòng điện cao làm nóng chảy dây dẫn, gây cháy phá hủy linh kiện điện tử Ngoài ra, dịng điện sạc cho pin q lớn làm cho pin bị nổ Bảng tổng kết lại số vấn đề xảy cách mà hệ thống bảo vệ xử lý vấn đề để bảo đảm an toàn cho linh kiện, cho mạch cho lưới điện hộ tiêu dùng Turbine gió Quá tốc độ (giảm tốc dừng lại) Máy phát điện Quá dòng (giảm dòng ngắt kết nối) Gió cực lớn (dừng Quá áp (giảm áp lại) ngắt kết nối) Pin (nếu có) Biến tần tải Sạc mức Ngắn mạch (ngắt (ngừng sạc) kết nối) Quá áp (ngừng sạc) Quá áp (ngắt kết nối) 23 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY Rung động cực lớn Quá nóng (giảm Điện áp thấp Điện áp thấp (ngắt (giảm tốc độ dòng ngắt kết (tải ngắt kết nối) kết nối) dừng lại) nối) Tiếng ồn mức Có khói xuất Quá nóng (giảm Quá nóng (ngắt kết (giảm tốc độ (ngắt kết nối) dòng qua tải nối) giảm sạc) turbine) Có khói xuất (ngắt kết nối) Có khói xuất (ngắt kết nối tắt nguồn) Bảng Các vấn đề xảy cách xử lý hệ thống bảo vệ 24 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY KẾT LUẬN Sau trải qua tập hè này, tác giả nắm vững bước nguyên lý để thiết kế hệ thống điện cho turbine gió cỡ nhỏ Tác giả bước đầu làm quen bắt tay vào công việc thiết kế cho dự án thực tiễn Bên cạnh đó, tập cung cấp cho tác giả nhìn thống qua tình hình tiềm năng lượng gió Việt Nam, đồng thời cho thấy triển vọng lớn để phát triển ngành cơng nghiệp cịn tương đối Thơng qua báo cáo này, tác giả có hội tìm hiểu ơn lại kiến thức hệ thống điện, linh kiện điện tử công dụng chúng cách xử lý, giải vấn đề liên quan đến thiết kế điện mạch điện Về mặt hạn chế, tác giả nhận thấy tập thân số điểm chưa tốt Đầu tiên, tác giả không đưa kết thiết kế cụ thể thiếu thông số đầu vào liên quan đến mảng khác Tác giả đưa phương án thiết kế khả thi phân tích ưu nhược điểm phương án sử dụng Mặt khác, tác giả nhận thấy trình làm việc cịn trì trệ, làm ảnh hưởng đến kết cuối Đây học quý báu để từ tác giả rút kinh nghiệm cải thiện thân tương lai 25 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] J F Manwell, J G McGowan, A L Rogers (2009), “Wind Energy Explained – Theory, Design and Application”, A John Wiley and Sons, Ltd, Publication [2] David Wood (2011), “Small Wind Turbines – Analysis, Design and Application”, Springer London Dordrecht Heidelberg New York [3] Information on wind energy in Viet Nam, Báo cáo dự án lượng gió GIZ/MoIT 26 ... thực Phạm Đoàn Minh Duy BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP PHẠM ĐOÀN MINH DUY MỤC LỤC I TỔNG QUAN: Tổng quan gió điện gió Việt Nam: Phạm vi đề tài: Bài toán thiết kế: ... vấn đề điện áp rơi dễ xảy turbine làm việc điện áp thấp, turbine gió cỡ nhỏ điện áp thấp xảy sạc pin Hầu hết loại cáp điện có mức điện áp định mức định, thông thường 21 BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP... độ gió khu vực ven biển Vì vậy, phạm vi thực đề tài hướng đến khu vực Đà Lạt để thiết kế đưa vào sử dụng turbine gió với quy mơ cung cấp điện phục vụ cho sinh hoạt hộ gia đình Bài tốn thiết kế: