(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió(Luận văn thạc sĩ) Xây dựng giải thuật tìm điểm công suất cực đại của hệ thống tuabin gió
LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2017 (Ký tên ghi rõ họ tên) Huy Ngô Tiến Huy ii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp luận văn đánh dấu hoàn thành cuối em học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Đây kết tổng kết trình năm theo học cao học em Trong trình thực luận văn tốt nghiệp, em tiếp thu thêm số kiến thức kinh nghiệm điện gió Q trình làm luận văn thực có ích cho em nhiều mặt Nhưng kinh nghiệm thực tế thân cịn chưa nhiều nên khó tránh khỏi nhiều thiếu sót, cần phải có hướng dẫn, giúp đỡ thầy cô giáo Qua em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy PGS.TS.Huỳnh Châu Duy tận tình bảo, hướng dẫn giúp đỡ em hoàn thành luận văn tốt nghiệp Em xin cảm ơn thầy PGS.TS Trương Việt Anh, thầy ThS Trần Quang Thọ anh ThS Vũ Đức Toàn tạo điều kiện tốt sở vật chất , trang thiết bị phịng thínghiệm C201 khu C trường ĐH.SPKT TP.HCM hết lòng chia sẻ kiến thức chuyên môn kinh nghiệm nghiên cứu suốt thời gian thực luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn nhà trường, gia đình người bạn đồng hành suốt khóa học trình thực luận văn tốt nghiệp, người ln cố gắng tạo điều kiện để em có kết tốt học tập Em xin chân thành cảm ơn! Học viên thực Huy Ngô Tiến Huy iii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY TÓ M TẮT Ngày nay, lượng hóa thạch hay gọi lượng không tái sinh ngày cạn kiệt Như thấy, giá nhiên liệu đặc biệt dầu mỏ tăng ngày, điều gây ảnh hưởng lớn tới phát triển kinh tế - xã hội mơi trường sống Tìm kiếm nguồn lượng mới, lượng thay nhu cầu cấp thiết Nguồn lượng thay phải sạch, thân thiện với mơi trường, chi phí thấp, khơng cạn kiệt hay nói cách khác tái sinh dễ sử dụng Như biết, lượng gió nguồn lượng nhắc tới nhiều vài thập niên gần Nguồn lượng gần vơ tận, đáp ứng hầu hết tiêu chí nói Nhiều cơng trình nghiên cứu thực hiện, lượng gió lượng tương lai cho phát triển loài người Ứng dụng cơng nghệ lượng gió bước tiến lồi người Chúng ta ứng dụng cơng nghệ cho gia đình chúng ta, trường học, bệnh viện., ứng dụng cho hệ thống lượng gió nối lưới Và ứng dụng đạt kết cải tiến nâng cao hiệu suất giảm chi phí tùy theo sử dụng luợng tính sáng tạo việc sử dụng luợng Như việc xây dựng giải thuật để ứng dụng tìm điểm cơng suất cực đại điện gió việc cần thiết để tối ưu tận dụng tối đa sức mạnh lượng gió iv LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY ABSTRACT Today, fossil energy or can be called non-renewable energy is increasingly exhausted As we have seen, fuel prices especially oil each day, that very large influence to the social-economic development and the environment Looking for new energy sources, alternative energy is essential Alternative energy source that is clean, environmentally friendly, low-cost, not exhausted or otherwise is renewable and easy to use As we all know, wind energy is the energy source was quoted a lot in the last few decades This energy source is almost endless, meets most of the criteria Much research has been done, wind energy is the energy of the present and the future for the development of the human species The application of wind energy technology is a new step of the human species Can we have this technology application for each family we, in schools, hospitals, or applications for grid connected wind energy system And when did the application and achieve the results we can improve performance and reduce costs according to use semipermanent and creativity in the use of semi-permanent features of each of us So the construction of an algorithm to find the application point maximum capacity of wind power is the need to make the most optimal strength of wind energy v LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY MỤC LỤC TRANG TỰA QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀ I LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓ M TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁ CH CÁ C CHỮ VIẾT TẮT viii DANH SÁ CH CÁ C HÌNH ix DANH SÁ CH CÁ C BẢNG xiii LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀ I 1.1 Tính cấ p thiế t của luận văn 1.2 Nhiê ̣m vu ̣ và mu ̣c tiêu của luận văn 11 1.3 Giới ̣n và pha ̣m vi nghiên cứu của luận văn 11 1.4 Phương pháp nghiên cứu 12 1.5 Kế t quả dư ̣ kiế n 12 1.6 Nội dung luận văn 13 CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN .14 2.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 14 CHƯƠNG 3:CÁC LÝ THUYẾT LIÊ N QUAN 16 3.1 Sự hình thành gió, cấu tạo hoạt động tuabin gió 16 3.2 Năng lượng gió 16 3.3 Sự phân bố vận tốc gió 17 3.4 Sự chuyển đổi lượng gió hiệu suất rotor 18 3.5 Đường cong cơng suất tuabin gió 22 3.6 Tuabin gió 23 3.6.1 Cấu tạo tuabin gió 23 3.6.2 Trụ tháp 26 vi LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY 3.6.3 Máy phát điện 28 3.6.4 Bộ chỉnh lưu nghịch lưu 29 3.6.5 Điều chỉnh tốc độ tuabin gió 32 3.6.6 Các loại hệ thống máy phát điện tuabin gió 34 3.7 Hịa đồng máy phát điện tuabin gió vào lưới điện 36 3.7.1 Bộ khởi động mềm sử dụng thyristor 36 3.7.2 Bộ khởi động sử dụng tụ điện 37 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU VỀ MÁ Y PHÁ T 38 4.1 Máy phát điện 38 4.2 Tuabin gió tốc độ cố định với máy phát điện khơng đồng 39 4.3 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng rotor lồng sóc 40 4.3.1 Giới thiệu 40 4.3.2 Mơ tả tốn học máy phát điện khơng đồng 46 4.4 Mơ hình tốn học máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu 51 CHƯƠNG 5: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MPPT CHO PMSG .54 5.1 Phương pháp điều khiển MPPT cho PMSG dựa WECS 54 5.2 So sánh phương pháp P&O phương pháp leo đồi 59 CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀ I 61 6.1 Giải thuật leo đồi tìm điểm cơng suất cực đại 61 6.2 Mô hình thí nghiệm 63 6.3 Mơ hình thiết kế 66 6.4 Kết thực tế dò MPPT 70 6.5 Kết thu 77 6.6 Kết thu chế độ dị tìm chế độ tự động 78 CHƯƠNG 7: KẾT LUẬN 80 7.1 Nhận xét từ kết thực nghiệm 80 7.2 Kết luận 82 TÀ I LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 85 vii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY DANH MỤC CÁ C CHỮ VIẾT TẮT ANN: artificial neural network (mạng nơron) IGBT: Insulated gate Bipolar Transistor (nghịch lưu chuyển mạch cưỡng bức) MPP: maximun power point (tại điểm công suất cực đại) MPPT: maximum power point tracking (thuật toán MPPT) PMSG: permanent magnet synchronous generator (máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu) PSF: power signal feedback (khối tín hiệu hồi tiếp) PWM: Pulse Width Modulation (xung PWM) TSR:Tip Speed Ratio (tỷ lệ tốc độ) WEC: Wind Energy Conversion (năng lượng gió chuyển đổi) WECS: Wind Energy Conversion Systems (hệ thống chuyển đổi lượng gió) viii LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY DANH SÁ CH CÁ C HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Công suất lắp đặt giới 2001 – 2010 Hình 1.2: Khu vực Ninh Thuận – Bình Thuận, Tây Nguyên Hình 1.3: Tiềm gió biển Việt Nam Hình 2.1: Thống kê cơng suất lắp đặt nhà máy gió 1997 – 2014 15 Hình 2.2: Tiềm gió việt Nam độ cao 80m so với bề mặt đất 15 Hình 3.1: Đường cong hiệu suất rotor theo lý thuyết 19 Hình 3.2: Cơng suất đầu phụ thuộc vào vận tốc gió tốc độ tuabin 20 Hình 3.3: Đường cong hiệu suất rotor Cp(, ) 21 Hình 3.4: Góc pitch cánh quạt tuabin 21 Hình 3.5: Đường cong cơng suất tuabin gió 22 Hình 3.6: Các thành phần tuabin gió 24 Hình 3.7: WEC trục dọc 25 Hình 3.8: WEC trục ngang 25 Hình 3.9: Các dạng tuabin gió trục ngang 26 Hình 3.10: Các loại trụ tháp 27 Hình 3.11: Bộ chỉnh lưu điốt 30 Hình 3.12: Bộ chỉnh lưu cưỡng 30 Hình 3.13: Bộ nghịch lưu chuyển mạch tự nhiên 31 Hình 3.14: Bộ nghịch lưu chuyển mạch cưỡng 32 Hình 3.15: Hệ thống máy phát điện tuabin gió sử dụng chế độ điều chỉnh giảm tốc 33 Hình 3.16: Hệ thống máy phát điện tuabin gió sử dụng chế độ điều chỉnh theo độ nghiêng cánh tuabin 33 Hình 3.17: Hệ thống máy phát tuabin gió tốc độ cố định 34 Hình 3.18: Hệ thống sử dụng máy phát điện không đồng rotor dây quấn 35 ix LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY Hình 3.19: Hệ thống sử dụng chạy điều chỉnh điện trở rotor 36 Hình 3.20: Hệ thống điều chỉnh tốc độ với biên độ điều chỉnh rộng 36 Hình 4.1: Mặt cắt máy điện 38 Hình 4.2: Hệ thống tuabin gió tốc độ cố định với máy phát điện không đồng rotor lồng sóc kết nối với lưới điện 40 Hình 4.3: Kết cấu máy phát điện không đồng 41 Hình 4.4: Cấu tạo máy phát điện không đồng rotor lồng sốc 41 Hình 4.5: Vỏ máy 42 Hình 4.6: Cấu tạo lõi thép stator 43 Hình 4.7: Cấu tạo dây quấn stator 44 Hình 4.8: Sơ đồ khai triển dây quấn stator 44 Hình 4.9: Lõi thép rotor 45 Hình 4.10: Cấu tạo máy phát điện khơng đồng kiểu rotor dây quấn 45 Hình 4.11: Thanh dẫn rotor lồng sóc 46 Hình 4.12: Đặc tuyến moment quay máy phát điện không đồng 48 Hình 4.13: Sơ đồ mạch tương đương trục d q máy phát điện không đồng 49 Hình 4.14: Sơ đồ tương đương máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu bên 52 Hình 5.1: Cơng suất học tuabin hàm tốc độ rotor cho tốc độ gió khác 55 Hình 5.2: ANN dựa module điều khiển MPPT tốc độ tuabin Rotor 56 Hình 5.3: Công suất tham chiếu máy phát điện để điều khiển PSF 57 Hình 5.4: Cấu trúc nâng cao leo đồi tìm kiếm 58 Hình 5.5: Lưu đồ giải thuật P&O cho việc tìm kiếm MPPT thơng qua điện áp tham chiếu 59 Hình 6.1: Đường Đặc tính P – V 61 x LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY Hình 6.2: Lưu đồ giải thuật leo đồi cho việc tìm kiếm MPPT thông qua việc điều khiển điện áp 62 Hình 6.3: Lồng gió 63 Hình 6.4: Bộ đo tốc độ gió 64 Hình 6.5: Tuabin gió 64 Hình 6.6: Cấu tạo tuabin gió 65 Hình 6.7: Sơ đồ mạch thiết kế 66 Hình 6.8: Mạch khuếch đại xung 67 Hình 6.9: Mạch cơng suất tăng áp 68 Hình 6.10: Mạch thực nghiệm 68 Hình 6.11: Bộ biến tần kit thiết kế thí nghiệm 69 Hình 6.12: Tốc độ gió vận tốc 13,05 m/s 70 Hình 6.13: LCD hiển thị công suất đo P = 8,14W ứng với điện áp U = 7,78V duty 230 với vận tốc gió 13,05 m/s 71 Hình 6.14: LCD hiển thị công suất đo P = 8,42W ứng với điện áp U = 8,57V duty 210 với vận tốc gió 13,05 m/s 71 Hình 6.15: LCD hiển thị cơng suất đo P = 9,55W ứng với điện áp U = 9,81V duty 190 với vận tốc gió 13,05 m/s 71 Hình 6.16: Tốc độ gió vận tốc 12,22 m/s 72 Hình 6.17: LCD hiển thị cơng suất đo P = 6,47W ứng với điện áp U = 7,01V duty 230 với vận tốc gió12,22 m/s 72 Hình 6.18: LCD hiển thị công suất đo P = 6,90W ứng với điện áp U = 7,93V duty 210 với vận tốc gió 12,22 m/s 73 Hình 6.19: Tốc độ gió vận tốc 10,833 m/s 73 Hình 6.20: LCD hiển thị công suất đo P = 4,67W ứng với điện áp U = 6,33V duty 230 với vận tốc gió 10,833 m/s 74 xi LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY Trong hệ thống điện lượng gió trình bày, số hệ thống tuabin gió làm việc độc lập sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu Trong đó, hầu hết hệ thống tuabin gió đại kết nối với lưới điện sử dụng máy phát điện đồng máy phát điện không đồng Máy phát điện đồng phức tạp chi phí cao máy phát không đồng chúng cung cấp điện áp tần số đạt chất lượng tốt Máy phát nam châm vĩnh cửu Loại máy phát sản sinh điện áp tần số xoay chiều dao động Vì vậy, cần phải chuyển đổi thành tín hiệu DC phải dùng biến đổi công suất để ổn định điện áp tần số Với hỗ trợ thiết bị biến đổi công suất, máy phát điện nam châm vĩnh cửu có hiệu suất cao máy phát điện không đồng máy phát đồng Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu tự kích từ thường điều khiển trực tiếp với số cực đủ để rotor máy phát điện quay với tốc độ tốc độ tuabin gió, trừ hệ thống sử dụng hộp số truyền động chuyển đổi tốc độ Các loại máy phát thường kết nối với lưới điện thông qua biến đổi công suất Hầu hết tuabin trước làm việc với tốc độ cố định Đối với tuabin đại, đặc biệt tuabin lớn, vận hành với tốc độ thay đổi khoảng giá trị cố định có số ưu điểm sau : + Hiệu suất khí động học rotor tốc độ gió thấp đến trung bình hồn thiện cách thay đổi tốc độ quay rotor để giữ cho tuabin vận hành với tỷ số tốc độ đầu cánh tối ưu cực đại hệ số công suất Với tốc độ gió cao, cánh quạt điều khiển để giới hạn công suất cực đại phát + Hệ thống phụ tải động giảm bớt quán tính rotor giảm tốc độ điều kiện gió giật 81 HVTH: NGƠ TIẾN HUY LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY + Tuabin làm việc với chế độ khác nhau: chế độ làm việc hiệu suất tối ưu để cực đại công suất nhận tốc độ gió thấp chế độ làm việc nhằm để làm giảm hư hỏng hệ thống 7.2 Kết luận Các vấn đề liên quan đến hệ thống điện lượng gió trình bày chuyển đổi hệ thống lượng gió nhận ý rộng số hệ thống lượng tái tạo khác Khai thác lượng tối đa từ lượng gió có sẵn lĩnh vực nghiên cứu quan trọng tốc độ gió MPPT cảm biến khu vực tích cực nghiên cứu Trong luận văn này, đánh giá ngắn gọn phương pháp điều khiển MPPT đề xuất văn học khác để kiểm soát WECS với máy phát điện PMSG trình bày Có nỗ lực tiếp tục thực chuyển đổi điều khiển chương trình hiệu hiệu chi phí hy vọng phát triển giải pháp khả thi mặt kinh tế để tăng vấn đề mơi trường Phát điện gió phát triển với tốc độ đáng báo động thập kỷ qua tiếp tục làm sức mạnh công nghệ điện tử tiếp tục tiến lên 82 HVTH: NGÔ TIẾN HUY LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY TÀ I LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Nguyễn Văn Liễn, Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi (2006), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học & Kỹ thuật [2] Võ Minh chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh (2004), Điện tử công suất, NXB Khoa học & Kỹ thuật [3] Nguyễn Phùng Quang (2006), Truyền động điện thông minh, NXB Khoa học & Kỹ thuật [4] Nguyễn Phùng Quang (2007, MATLAB & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học & Kỹ thuật [5] Nguyễn Doãn Phước (2005), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học & Kỹ thuật [6] Nguyễn Doãn Phước (2003), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, NXB Khoa học & Kỹ thuật [7] Hồng Minh Sơn (2009), Điều khiển q trình, NXB Bách khoa Hà Nội [8] Dương Minh Quang, Nguyễn Anh Duy, Thiết kế thi công cho Ắc-Quy xe ô tô điện từ pin lượng mặt trời [9] Lưu Tuấn Kiệt, Nghiên cứu phân tích mơ hình máy phát điện gió TIẾNG NƯỚC NGỒ I [8] Gabriel Olguin (2005), Voltage Dip (Sag) Estimation in Power Systems based onStochastic Assessment and Optimal Monitoring Thesis for the degree of doctor of philosophy, Electric Power Engineering Chalmers University of Technology 83 HVTH: NGÔ TIẾN HUY LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY [9] JovicaV.Milanović (2006), Voltage Sags, School of Electrical & Electronic Engineering [10] Alexis Polycarpou (2011), Power Quality and Voltage Sag Indices in Electrical PowerSystems, University Campus STeP Ri Slavka Krautzeka 83/A 51000 Rijeka, Croatia [11] Yan Zhang, B.Sc., M.Sc (2008), Techno-economic Assessment of Voltage Sag Performance and Mitigation Thesis submitted to The University of Manchester for the degree of PhD [25] Project co-funded by the European Community under the Sixth Framework Programme – Priority 6.1.ii (2006), Report on Control Strategie, European Power Electronics and Drives Association [12] Hirofumi Akagi, Edson Hirokazu Wantanabe, Mauricio Aredes (2007), InstantaneousPower Theory and Applications to Power Conditioning.Wiley-interscience A John Wiley & Sons, INC, Publication [13] Jogendra Singh Thongam and Mohand Ouhrouche (2011) MPPT Control Methods in Wind Energy Conversion Systems, Fundamental and Advanced Topics in Wind Power, Dr Rupp Carriveau (Ed.), InTech, DOI: 10.5772/21657 Available https://www.intechopen.com/books/fundamental-and-advanced-topics-in-windpower/mppt-control-methods-in-wind-energy-conversion-systems 84 HVTH: NGÔ TIẾN HUY from: LUẬN VĂN THẠC SĨ GVHD: PGS.TS HUỲNH CHÂ U DUY Phụ Lục Code chạy chế độ không tự động, lập trình arduino #include LiquidCrystal lcd(4, 5, 6, 7, 8, 9); int duty=200; // cai dat gia tri rong xung ban dau signed int denta = 5; int i=0; int j=0; int T=0; int min_duty=100; int max_duty=350; float current=0; float voltage_in=0; float voltage_out=0; float power=0; float power_max = 0; float range_power = 0.1; void setup() { TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; DDRB |= (1