(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện

(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện(Luận văn thạc sĩ) Kỹ thuật năng lượng gió Khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; Turbine gió; Hệ máy phát gió làm việc với lưới điện

MỤC LỤC Trang tựa Trang PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích khách thể đối tượng nghiên cưu Giải nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG TỔNG QUAN CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các vấn đề liên quan đến lƣợng gió 2.1.1 Năng lượng gió 2.1.2 Sự phân bố vận tốc gió 2.1.3 Sự chuyển đổi lượng gió hiệu suất rotor 11 2.1.4 Đường cong cơng suất tuabin gió 14 2.1.5 Tầm quan trọng việc thay đổi tốc độ máy phát 16 2.2 Turbine gió 16 2.2.1 Giới thiê ̣u Turbin gió 16 2.2.2 Khí động học Turbin gió trục ngang 19 2.2.3 Số Betz giới hạn 21 2.2.4 Lý thuyết phân tố cánh 22 2.2.5 Thuyết động lượng phân tố cánh (BEM) 23 2.3 Hệ thống máy phát gió làm việc với lƣới điện biến đổi hồn tồn tốc turbin gió với máy đồng (FRC-GS) 25 2.3.1 Máy phát đồng tuabin gió FRC-SG 26 2.3.2 Điều khiển trực tiếp máy phát Tuabin gió 26 2.3.3 Máy phát động kích điện đối nam châm vĩnh cữu 27 2.3.4 Máy phát đồng nam châm vĩnh cữu 27 2.4 Vận hành cơng suất turbin gió 29 2.4.1 Vận hành công suất cực đại 29 CHƢƠNG MƠ HÌNH TỐN HỌC 33 3.1 Vectơ khơng gian phép biến đổi 33 3.1.1 Véctơ không gian 33 3.1.2 Biểu diển công suất theo véctơ không gian 35 3.1.3 Phép biến biến đổi đại lượng ba pha abc αβ 36 3.1.4 Phép biến biến đổi đại lượng αβ dq 37 3.2 Mơ hình tốn học hệ thống máy phát gió làm việc với lƣới điện biến đổi hồn tồn tốc độ turbine gió với máy phát đồng (FRC-GS) 39 3.2.1 Điều khiển Tuabin gió hoạt động đánh giá đặc tính động 39 3.2.2 Máy phát cảm ứng Tuabin gió 51 3.3 Đại lƣợng 58 Chƣơng MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỔ HỢP TURBIN GIĨ SỬ DỤNG MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỮU VỚI BỘ CHUYỂN ĐỔI HỒN TỒN CƠNG SUẤT ĐỊNH MỨC (FRC-SG) 60 4.1 Giới thiệu phần mềm PSCAD 60 4.2 Nguồn gió 62 4.3 Thành phần turbine gió 64 4.3.1 Khái quát thành phần turbine gió PSCAD 64 4.3.2 Đường cong Cp với mơ hình chuẩn PSCAD 65 4.3.3 Các thơng số tính tốn 66 4.4 Thành phần điều chỉnh turbine gió 68 4.4.1 Khái quát thành phần điều chỉnh turbine gió PSCAD 68 4.4.2 Các thơng số điều chỉnh gió 69 4.5 Máy phát điện đồng 70 4.5.1 Khái quát thành phần máy phát điện đồng PSCAD 70 4.5.2 Các thông số máy phát điện đồng 72 4.6 Nguồn chuyển đổi tần số 73 4.6.1 Bô ̣ chỉnh lưu 73 4.6.2 Bảo vệ điện áp 75 4.6.3 Bus DC 76 4.6.4 Bộ nghịch lưu khóa Thyristor 78 4.6.5 Kết nối lưới 84 CHƢƠNG MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 86 5.1 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TRÊN PSCAD 86 5.1.1 Phía phần phát 86 5.1.2 Phần chuyển đổi 88 5.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRÊN PSCAD 90 5.2.1 Kết mô turbine 90 5.2.2 Kết mô 10 turbine 100 CHƢƠNG KẾT LUẬN 112 6.1 Các vấn đề giải luận văn 112 6.2 Đề xuất nghiên cứu 112 THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CÁC TỪ VIẾT TẮT FRC-SG FSIG PG-RE QG-RE PG-IN QG-IN PG-TOTAL QG-TOTAL FTP FOC GSC IG IE LA LPV RSC PLL PI p.u PWM RMS SG SMC SC VSC WECS Chỉ số s, e ref, ∗ mea T ^ Chỉ số dƣới n,b max, KÝ HIỆU vas, vbs, vcs, var, vbr , vcr ias, ibs, ics, iar , ibr , icr Fully Rated Converter- Synchronous Generator Fixed-speed Induction Generator Real Power Generator-Rectifier Reactive Power Generator-Rectifier Real Power Generator-Invecter Reactive Power Generator-Invecter Real Power Generator Total Reactive Power Generator Total Flux, Torque, Power Field Oriented Control Grid Side Converter Induction Generator Increment Encoder Line Voltage Angle Linear Parameter Varying Rotor Side Converter Phase Locked Loop Proportional Integral Per Unit Pulse Width Modulation Root Mean Square Synchronuos Generator Sliding Mode Control Stator Current Voltage Source Converter Wind Energy Convertion System hệ trục tọa độ tĩnh αβ hệ trục đồng dq giá trị điều khiển giá trị đặt giá trị đo lường chuyển vị ma trận, véctơ giá trị ước lượng giá trị danh định, trị maximum, minimum điện áp pha stator rotor dòng điện stator rotor ψas, ψbs, ψcs, ψar, ψbr, ψcr vαs, vβs, vαr, vβr iαs, iβs, iαr, iβr ψαs, ψβs, ψαr, ψβr vds, vqs, vdr, vqr ids, iqs, idr, iqr ψds,ψqs,ψdr ,ψqr us,Udc Rs,Rr Lls,Llr Ls,Lr Lm ωs,ωr ωrm ωsl ,s kT θs,θr Te,Tm Ps,Qs τs, τr σ, f p J,H từ thông stator rotor điện áp stator rotor theo trục α,β dòng stator rotor theo trục α,β từ thông stator rotor theo trục α,β điện áp stator rotor theo trục d,q dịng stator rotor theo trục d,q từ thơng stator rotor theo trục d,q điện áp lưới điện áp dc-link điện trở dây quấn stator rotor điện cảm tản stator rotor điện cảm stator rotor điện cảm từ hóa tốc độ đồng rotor [elec.rad/s ] vận tốc góc học rotor [mach.rad/s ] vận tốc trượt độ trượt tỷ số vòng dây stator rotor góc vị trí stator rotor [elec.rad ] mômen điện từ mômen công suất tác dụng, phản kháng phía stator thời stator rotor hệ số tản tổng hệ số ma sát [N.m.s/rad ] số cặp cực từ mơmen qn tính hệ số quán tính rotor v,vd, v Rb,Ar p, Cρ λ, β vận tốc gió trước, sau cánh quạt trung bình bán kính diện tích qt cánh quạt tuabin mật độ khơng khí hiệu suất rotor Tip - speed - ratio góc pitch Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc Chƣơng1 TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1.1 Tình hình cung - cầu điện Việt Nam Tốc độ tăng trƣởng trung bình sản lƣợng điện Việt Nam 20 năm trở lại đạt mức cao, khoảng 12-13%/năm - tức gần gấp đôi tốc độ tăng trƣởng GDP kinh tế Chiến lƣợc công nghiệp hóa trì tốc độ tăng trƣởng cao để thực „dân giàu, nƣớc mạnh“ tránh nguy tụt hậu tiếp tục đặt lên vai ngành điện nhiều trọng trách thách thức to lớn thập niên tới Để hoàn thành đƣợc trọng trách này, ngành điện phải có khả dự báo nhu cầu điện kinh tế, sở hoạch định phát triển lực cung ứng Việc ƣớc lƣợng nhu cầu điện khơng đơn giản, nhu cầu điện nhu cầu dẫn xuất Chẳng hạn nhƣ nhu cầu điện sinh hoạt tăng cao mùa hè hộ gia đình có nhu cầu điều hịa khơng khí, đá nƣớc mát Tƣơng tự nhƣ vậy, công ty sản xuất cần điện điện đƣợc kết hợp với yếu tố đầu vào khác (nhƣ lao động, nguyên vật liệu v.v.) để sản xuất sản phẩm cuối Nói cách khác, khơng thể ƣớc lƣợng nhu cầu điện cách trực tiếp mà phải thực cách gián tiếp thông qua việc ƣớc lƣợng nhu cầu sản phẩm cuối Nhu cầu này, đến lƣợt nó, lại phụ thuộc vào nhiều biến số kinh tế xã hội khác Theo dự báo Tổng Công ty Điện lực Việt Nam, tốc độ tăng trƣởng GDP trung bình tiếp tục đƣợc trì mức 7,1%/năm nhu cầu điện sản xuất Việt Nam vào năm 2020 khoảng 200.000 GWh, vào năm 2030 327.000 GWh Trong đó, huy động tối đa nguồn điện truyền thống sản lƣợng điện nội địa đạt mức tƣơng ứng 165.000 GWh (năm 2020) 208.000 GWh (năm 2030) Điều có nghĩa kinh tế bị HVTH: Lê Văn Khánh 1-1 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc thiếu hụt điện cách nghiêm trọng, tỷ lệ thiếu hụt lên tới 20-30% năm Nếu dự báo Tổng Công ty Điện lực trở thành thực phải nhập điện với giá đắt gấp 2-3 lần so với giá sản xuất nƣớc, hoạt động sản xuất kinh tế rơi vào đình trệ, cịn đời sống ngƣời dân bị ảnh hƣởng nghiêm trọng Không phải đợi đến năm 2010 hay 2020, thời điểm đƣợc “nếm mùi” thiếu điện Trong năm gần đây, ngƣời dân hai trung tâm trị kinh tế đất nƣớc chịu cảnh cắt điện ln phiên gây nhiều khó khăn cho sinh hoạt ảnh hƣởng tiêu cực đến đời sống kinh tế 1.1.2 Những lợi ích mơi trường xã hội điện gió Năng lƣợng gió đƣợc đánh giá thân thiện với mơi trƣờng gây ảnh hƣởng xấu mặt xã hội Để xây dựng nhà máy thủy điện lớn cần phải nghiên cứu kỹ lƣỡng rủi ro xảy với đập nƣớc Ngoài ra, việc di dân nhƣ việc vùng đất canh tác truyền thống đặt gánh nặng lên vai ngƣời dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, tốn khó nhà hoạch định sách Hơn nữa, khu vực để quy hoạch đập nƣớc Việt Nam khơng cịn nhiều Song hành với nhà máy điện hạt nhân nguy gây ảnh hƣởng lâu dài đến sống ngƣời dân xung quanh nhà máy Các học rò rỉ hạt nhân cộng thêm chi phí đầu tƣ cho cơng nghệ, kỹ thuật lớn khiến ngày có nhiều ngần ngại sử dụng loại lƣợng Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch ln thủ phạm gây nhiễm nặng nề, ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng sức khỏe ngƣời dân Hơn nguồn nhiên liệu ổn định giá có xu ngày tăng cao Khi tính đầy đủ chi phí ngồi – chi phí phát sinh bên cạnh chi phí sản xuất truyền thống, lợi ích việc sử dụng lƣợng gió trở nên rõ rệt So với nguồn lƣợng gây nhiễm (ví dụ nhƣ nhà máy nhiệt điện Ninh Bình) hay phải di dời quy mô lớn (các nhà máy thủy điện lớn), HVTH: Lê Văn Khánh 1-2 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc sử dụng lƣợng gió, ngƣời dân khơng phải chịu thiệt hại thất thu hoa màu hay tái định cƣ họ khơng phải chịu thêm chi phí y tế chăm sóc sức khỏe nhiễm Ngồi với đặc trƣng phân tán nằm sát khu dân cƣ, lƣợng gió giúp tiết kiệm chi phí truyền tải Hơn nữa, việc phát triển lƣợng gió cần lực lƣợng lao động kỹ sƣ kỹ thuật vận hành giám sát lớn loại hình khác, giúp tạo thêm nhiều việc làm với kỹ cao Tại nƣớc Châu Âu, nhà máy điện gió khơng cần đầu tƣ vào đất đai để xây dựng trạm turbin mà thuê đất nông dân Giá thuê đất (khoảng 20% giá thành vận hành thƣờng xuyên) giúp mang lại nguồn thu nhập ổn định cho nông dân, diện tích canh tác bị ảnh hƣởng khơng nhiều Cuối cùng, lƣợng gió giúp đa dạng hóa nguồn lƣợng, điều kiện quan trọng để tránh phụ thuộc vào hay số nguồn lƣợng chủ yếu điều giúp phân tán rủi ro tăng cƣờng an ninh lƣợng 1.1.3 Tiềm điện gió Việt Nam Nằm khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có thuận lợi để phát triển lƣợng gió So sánh tốc độ gió trung bình vùng Biển Đơng Việt Nam vùng biển lân cận cho thấy gió Biển Đơng mạnh thay đổi nhiều theo mùa Trong chƣơng trình đánh giá Năng lƣợng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới có khảo sát chi tiết lƣợng gió khu vực Đơng Nam Á, có Việt Nam Nhƣ Ngân hàng Thế giới làm hộ Việt Nam việc quan trọng, Việt Nam cịn chƣa có nghiên cứu đáng kể Theo tính tốn nghiên cứu này, bốn nƣớc đƣợc khảo sát Việt Nam có tiềm gió lớn hẳn quốc gia lân cận Thái Lan, Lào Campuchia Trong Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ đƣợc đánh giá có tiềm từ tốt đến tốt để xây dựng trạm điện gió cỡ lớn diện tích Campuchia 0,2%, Lào 2,9%, Thái-lan 0,2% Tổng tiềm điện gió Việt HVTH: Lê Văn Khánh 1-3 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc Nam ƣớc đạt 513.360 MW tức 200 lần công suất thủy điện Sơn La, 10 lần tổng công suất dự báo ngành điện vào năm 2020 Tất nhiên, để chuyển từ tiềm lý thuyết thành tiềm khai thác, đến tiềm kỹ thuật, cuối cùng, thành tiềm kinh tế câu chuyện dài; nhƣng điều khơng ngăn cản việc xem xét cách thấu đáo tiềm to lớn lƣợng gió Việt Nam Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng trạm điện gió cỡ nhỏ phục vụ cho phát triển kinh tế khu vực khó khăn Việt Nam có đến 41% diện tích nơng thơn phát triển điện gió loại nhỏ Nếu so sánh số với nƣớc láng giềng Campuchia có 6%, Lào có 13% Thái Lan 9% diện tích nơng thơn phát triển lƣợng gió Đây thật ƣu đãi dành cho Việt Nam mà thờ chƣa nghĩ đến cách tận dụng Cho đến Việt Nam số trở ngại lớn làm chậm bƣớc việc xây dựng, phát triển sản xuất điện gió  Chƣa có sách (luật) quy định (dƣới luật) trợ giá cho việc mua điện từ nguồn lƣợng gió; chƣa đủ sức hấp dẫn nhà đầu tƣ  Vẫn thiếu dịch vụ khả tài để nhà đầu tƣ vay vốn từ ngân hàng từ tổ chức tài cho việc xây dựng phát triển điện gió  Chƣơng trình qui hoạch sách quyền địa phƣơng trung ƣơng nên thật minh bạch, rõ ràng, tránh tình trạng chỏi nhau, để xảy tình trạng “trống đánh xuôi - kèn thổi ngƣợc”  Thiếu kiến thức lực kỹ thuật để thực cơng trình điện gió hồn chỉnh, nhƣ kỹ thuật dịch vụ bảo quản, bảo trì, điều hành quản lý… sau lắp đặt Tại trƣờng đại học, trung cấp dạy nghề chƣa có môn giảng dạy kỹ thuật công nghệ điện gió  Q trình, xây dựng trạm đo gió (wind measuring station) để thu thập, thống kê phân tích đầy đủ số liệu gió bƣớc thực HVTH: Lê Văn Khánh 1-4 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc Việt Nam chƣa có lộ trình, định hƣớng (roadmap) qua chƣơng trình (masterplan) phân bố nguồn lƣợng (hóa thạch, lƣợng tái tạo, hạt nhân ) sử dụng tƣơng lai biện pháp, bƣớc cụ thể để thực chƣơng trình 1.1.4 Đề xuất khu vực xây dựng điện gió cho Việt Nam Ở Việt Nam, khu vực phát triển lƣợng gió khơng trải tồn lãnh thổ Với ảnh hƣởng gió mùa chế độ gió khác Nếu phía bắc đèo Hải Vân mùa gió mạnh chủ yếu trùng với mùa gió đơng bắc, khu vực giàu tiềm Quảng Ninh, Quảng Bình, Quảng Trị Ở phần phía nam đèo Hải Vân, mùa gió mạnh trùng với mùa gió tây nam, vùng tiềm thuộc cao nguyên Tây Nguyên, tỉnh ven biển đồng sông Cửu Long, đặc biệt khu vực ven biển hai tỉnh Bình Thuận, Ninh Thuận Theo nghiên cứu NHTG, lãnh thổ Việt Nam, hai vùng giàu tiềm để phát triển lƣợng gió Sơn Hải (Ninh Thuận) vùng đồi cát độ cao 60-100m phía tây Hàm Tiến đến Mũi Né (Bình Thuận) Gió vùng khơng có vận tốc trung bình lớn, cịn có thuận lợi số lƣợng bão khu vực gió có xu ổn định điều kiện thuận lợi để phát triển lƣợng gió Trong tháng có gió mùa, tỷ lệ gió nam đông nam lên đến 98% với vận tốc trung bình 6-7 m/s tức vận tốc xây dựng trạm điện gió cơng suất - 3,5 MW Thực tế ngƣời dân khu vực Ninh Thuận tự chế tạo số máy phát điện gió cỡ nhỏ nhằm mục đích thắp sáng Ở hai khu vực dân cƣ thƣa thớt, thời tiết khơ nóng, khắc nghiệt, vùng dân tộc đặc biệt khó khăn Việt Nam Mặc dù có nhiều thuận lợi nhƣ nêu trên, nhƣng nói đến lƣợng gió, cần phải lƣu ý số đặc điểm riêng để phát triển cách có hiệu Nhƣợc điểm lớn lƣợng gió phụ thuộc vào điều kiện thời tiết chế độ gió Vì thiết kế, cần nghiên cứu nghiêm túc chế độ gió, địa hình nhƣ loại gió khơng có dịng rối vốn ảnh hƣởng khơng HVTH: Lê Văn Khánh 1-5 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc tốt đến máy phát Cũng lý phụ thuộc trên, lƣợng gió ngày hữu dụng nhƣng loại lƣợng chủ lực Tuy nhiên, khả kết hợp điện gió thủy điện tích lại mở hội cho phát triển lƣợng khu vực nhƣ Tây Nguyên vốn có lợi hai loại hình Một điểm cần lƣu ý trạm điện gió gây nhiễm tiếng ồn vận hành nhƣ phá vỡ cảnh quan tự nhiên ảnh hƣởng đến tín hiệu sóng vơ tuyến Do đó, xây dựng khu điện gió cần tính tốn khoảng cách hợp lý đến khu dân cƣ, khu du lịch để không gây tác động tiêu cực 1.1.5 Kết luận Nhằm đáp ứng mục tiêu tăng trƣởng đầy tham vọng, trung hạn Việt Nam cần tiếp tục khai thác nguồn lƣợng truyền thống Về dài hạn, Việt Nam cần xây dựng chiến lƣợc lộ trình phát triển nguồn lƣợng Trong chiến lƣợc này, chi phí kinh tế (bao gồm chi chí chi chí ngồi mơi trƣờng, xã hội) cần phải đƣợc phân tích cách kỹ lƣỡng, có tính đến phát triển mặt cơng nghệ, nhƣ trữ lƣợng biến động giá nguồn lƣợng thay Trong nguồn lƣợng này, lƣợng gió lên nhƣ lựa chọn xứng đáng, cần đƣợc đánh giá cách đầy đủ Việt Nam có nhiều thuận lợi để phát triển lƣợng gió Việc khơng đầu tƣ nghiên cứu phát triển điện gió lãng phí lớn nguy thiếu điện thƣờng trực, ảnh hƣởng đến tốc độ tăng trƣởng kinh tế lực cạnh tranh quốc gia Trong đó, chiến lƣợc quốc gia điện dƣờng nhƣ quan tâm tới thủy điện lớn điện hạt nhân - nguồn lƣợng có mức đầu tƣ ban đầu lớn ẩn chứa nhiều rủi ro mặt môi trƣờng xã hội 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tổ hợp turbin gió sử dụng máy phát đồng nam châm vĩnh cữu với chuyển đổi hồn tồn cơng suất định mức Mô phần mềm Pscad HVTH: Lê Văn Khánh 1-6 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc Theo biểu đồ hình 5.23 ta thấy thời điểm cut-in (v=4m/s) công suất P(MW) cơng suất tăng theo vận tốc gió, cơng suất đạt giá trị lớn thời điểm vận tốc gió 18m/s sau cơng suất ổn định giá trị xấp xỉ 29.405(MW) v=25m/s, hay vị trí tốc độ gió cut-out Theo biểu đồ hình 5.24 ta thấy thời điểm cut-in (v=4m/s) công suất phản kháng Q(Mvar) cơng suất tăng theo vận tốc gió, cơng suất đạt giá trị lớn thời điểm vận tốc gió 18m/s sau ổn định giá trị xấp xỉ 22.08(Mvar) v=25m/s, hay vị trí tốc độ gió cut-out HVTH: Lê Văn Khánh 5-111 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc Chƣơng6 KẾT LUẬN 6.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYẾT TRONG LUẬN VĂN Luận văn giải vấn đề nêu dƣới đây: Tìm hiểu tình hình phát triển chung giới lĩnh vực biến đổi lƣợng gió, thuận lợi tiềm Việt Nam lĩnh vực Tìm hiểu ứng dụng nguyên lý hoạt động FRC cấu hình hệ thống biến đổi lƣợng gió tốc độ khơng thay đổi Xây dựng đƣợc mơ hình mơ tổ hợp Turbin gió sử dụng máy phát điện đồng dùng nam châm vĩnh cửu với chuyển đổi công suất định mức phần mềm PSCAD Xác định đƣợc đƣờng công suất P,Q phụ thuộc vào tốc độ gió (4m/s-25m/s) theo mơ giả định điều khiển tổ hợp Turbin gió sử dụng máy phát điện đồng dùng nam châm vĩnh cửu với chuyển đổi công suất định mức phần mềm Pscad Nghiên cứu đánh giá số cố thống qua có ảnh hƣởng đến chất lƣợng điều khiển, tính ổn định bền vững luật điều khiển theo thiết kế 6.2 ĐỀ XUẤT NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Hiện đề tài mô tổ hợp 10 turbine để xác định P,Q theo tốc độ gió, đề xuất nhân rộng thêm (trên 10 turbine) dùng phong điện Bạc Liêu Ninh Thuận Luâ ̣n văn chƣa tâ ̣p trung vào phầ n điề u khiể n máy phát nên các khố i điề u khiể n chỉ sƣ̉ theo hƣớng đối tƣơng (Pscad) hệ số điều khiển đƣợc xác định theo kinh nghiệm Để nâng cao chấ t lƣơ ̣ng điề u khiể n , đề xuất thay thế các khố i điề u khiể n chỉ sƣ̉ theo hƣớng đối tƣơng bằ ng nhƣ̃ng bô ̣ điề u khiể n khác hoă ̣c bô ̣ điề u khiể n PI với các thông số đƣơ ̣c tinh chin ̉ h trƣ̣c tiế p HVTH: Lê Văn Khánh 6-112 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] PGS.TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc , “Kỹ thuật điê ̣n 2”, Nhà xuất Đa ̣i ho ̣c Quố c gia TP Hồ Chí Minh [2] PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ “Giáo trình điện tử cơng suất 1” NXB ĐHQG Tp.HCM-2007 TIẾNG NƢỚC NGOÀI [3] WIND ENERGY GENERATION MODELLING AND CONTROL Olimpo Anaya-Lara, University of Strathclyde, Glasgow, UK Nick Jenkins, Cardiff University, UK Janaka Ekanayake, Cardiff University, UK Phill Cartwright, Rolls-Royce plc, UK Mike Hughes, Consultant and Imperial College London, UK [4] Gilbert M Masters, “Renewable and Efficient Electric Power Systems” John Wiley & Sons, Inc- 2005 [5] B.Rabelo, W.Hofmann “Optimised Power Flow on Doubly-Fed Induction Generators for Wind Power Plants” Proceedings of PEMC'2000, pp.275-282, Kosice [6] J.T.G Pierik (ECN) J Morren (TUD), E.J Wiggelinkhuizen (ECN), S.W.H de Haan (TUD), T.G van Engelen (ECN) , J Bozelie (Neg-Micon), “Electrical and Control Aspects of Offshore Wind Farms II (Erao II)”, Volume 1: Dynamic models of wind farms [7] Shabani, A Deihimi, “A New Method of Maximum Power Point Tracking for DFIG Based Wind Turbine”, Power system conference 2010 [8] T Ackermann, “Wind Power in Power Systems”, New York, UK: John Wiley &Sons, 2005 [9] Hee-Sang Ko, Gi-Gab Yoon, and Won-Pyo Hong, Active Use of DFIG“Based Variable-Speed Wind-Turbine for Voltage Regulation at a Remote Location”, IEEE Trans, Power systems, VOL 22, NO 4,pp 1916-1925, NOVEMBER 2007 HVTH: Lê Văn Khánh 6-113 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc [10] Olimpo Anaya-Lara, Nick Jenkins, Janaka Ekanayake, Phill Cartwright, Mike Hughes, “Wind energy generation Modelling and Control”, John Wiley & Sons Ltd, 2009 [11] Siegfried Heier, “Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems”, John Wiley & Sons Ltd, 1998, ISBN 0-471-97143-X [12] Magdi Ragheb and Adam M Ragheb, “Wind Turbines Theory - The Betz Equation and Optimal Rotor Tip Speed Ratio” [13] B Beltran, M.E.H Benbouzid and T Ahmed-Ali, “High-Order Sliding Mode Control of a DFIG-Based Wind Turbine for Power Maximization and Grid Fault Tolerance”, Electric Machines and Drive Conference, 2009 [14] Brice Beltran, Tarek Ahmed-Ali, and Mohamed El Hachemi Benbouzid, “Sliding Mode Power Control of Variable-Speed Wind Energy Conversion Systems”, IEEE transactions on energy conversion, vol 23, No 2, June 2008 [15] Changhong Shao, Xiangjun Chen and Zhonghua Liang, “Application Research of Maximum Wind-energy Tracing Controller Based Adaptive Control Strategy in” WECS, IPEMC 2006 [16] Dr Ani Gole, “Ve*ctor Controlled Doubly Fed Induction Generator for Wind Applications”, Dept of Electrical and Computer Eng., University of Manitoba HVTH: Lê Văn Khánh 6-114 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc PHỤ LỤC 1: CÁC BIỂU ĐỒ Hình 2.1 Hàm mật độ xác suất phân bố Rayleigh thể vận tốc gió trung bình 5.4m/s (nét liền), 6.8m/s (nét đứt) 8.2m/s (nét chấm) 2-11 Hình 2.2 Đƣờng cong hiệu suất rotor lý thuyết 2-12 Hình 2.3 Cơng suất đầu phụ thuộc vận tốc gió tốc độ turbin 2-13 Hình 2.4 Góc pitch cánh quạt gió 2-13 Hình 2.5 Đƣờng cong hiệu suất rotor Cp (λ,β) 2-14 Hình 2.6 Đƣờng cong cơng suất lý tƣởng tuabin gió 2-15 Hình 2.7 Turbine gió trục ngang 2-16 Hình 2.8 Sơ đồ cấu tạo turbin gió tru ̣c ngang 2-17 Hình 2.9 Turbine gió trục đứng 2-18 Hình 2.10 Sự thay đổi áp suất vận tốc gió qua turbine 2-19 Hình 2.11 Cấu hình tiêu biểu tuabin gió chuyển đổi kết nối đầy đủ 2-25 Hình 2.12 Bộ truyền động điều khiển tuabin gió thơng thƣờng(a) với máy phát điều khiển trực tiếp (b) ( Grauers, 1996) 2-27 Hình 2.13 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu với chỉnh lƣu diode 2-28 Hình 2.14 Đặc tính tốc độ – cơng suất cực đại 2-28 Hình 2.15 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu với biến đổi nguồn điện áp đối xứng 2-29 Hình 2.16 Sơ đồ nguyên lý điều khiển tối ƣu λ 2-30 Hình 2.17 Đƣờng cong cơng suất tuabin 2-31 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý điều khiển bám công suất đỉnh 2-32 Hình 3.1 Nguyên lý vectơ không gian 3-33 Hình 3.2 Mối liên hệ đại lƣợng abc αβ 3-36 Hình 3.3 Mối liên hệ đại lƣợng hệ trục tọa độ αβ dq 3-38 Hình 3.4 Điều khiển góc tải tua-bin gió máy phát điện đồng 3-40 Hình 3.5 Đặc tính Tua-bin gió dùng cho lấy cơng suất tối đa 3-41 Hình 3.6 Điều khiển góc tải chuyển đổi phía máy phát điện 3-42 Hình 3.7 Mơ-men xoắn điện từ, tốc độ roto (điện) biến thiên góc tải khơng giảm bậc, mơ hình giảm bậc máy phát điện trạng thái ổn định cho thay đổi bƣớc mô-men xoắn đầu vào với phƣơng pháp điều khiển góc tải 3-43 Hình 3.8 Đáp ứng dọc trục d dịng stator với giảm khơng giảm mơ hình máy phát điện đồng 3-43 Hình 3.9 Điều khiển vịng cách điều khiển vectơ (a) Điều khiển vịng từ hóa (trục d), (b) Điều khiển mơment xoắn vịng lặp (trục q) 3-45 Hình 3.10 Điều khiển vector chuyển đổi phía máy phát điện 3-45 Hình 3.11 Tốc độ Roto (điện), nguồn hoạt động phản ứng phần ứng stator thu đƣợc với phƣơng pháp điều khiển vectơ để thay đổi bƣớc moment xoắn đầu vào với mơ hình máy phát điện khơng giảm 3-46 HVTH: Lê Văn Khánh 6-115 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 3.12 Moment xoắn điện tốc độ rotor (mơ hình phản ứng điện giảm khơng giảm máy phát điện đồng thay đổi bƣớc moment xoắn đầu vào với phƣơng pháp điều khiển vectơ) 3-47 Hình 3.13 Dòng điện liên kết DC 3-48 Hình 3.14 Tài liệu tham khảo tính tốn điện hoạt động, Pnetref (thích hợp cho mục đích mơ phỏng) 3-49 Hình 3.15 Điều khiển hoạt động công suất phản kháng góc tải điều khiển độ lớn 3-50 Hình 3.16 Điều khiển chuyển đổi mạng hệ qui chiếu dq 3-51 Hình 3.17 Cấu hình tiêu biểu tuabin gió chuyển đổi kết nối đầy đủ 3-52 Hình 3.18 Đặc điểm trạng thái ổn định turbin gió FRC-IG (a) Đặc điểm mơ-ment xoắn, (b) Cơng suất phản kháng thực, (c) Công suất phản kháng trƣợt 3-53 Hình 3.19 Sơ đồ vector biểu thị điều kiện hoạt động máy phát điện cảm ứng hệ quy chiếu gắn cố định với dòng rotor 3-54 Hình 3.20 Sơ đồ khối rotor điều khiển hƣớng từ trƣờng điều khiển biến đối phía máy phát 3-56 Hình 3.21 Điều khiển máy phát điện đơn giản 3-57 Hình 3.22 FRC-IG kết cho tăng 100% giảm mô-men xoắn ngỏ vào 3-58 Hình 4.1 Thơng số nguồn gió 4-63 Hình 4.2 Góc β 4-65 Hình 4.3 Cp(γ) PSCAD 4-66 Hình 4.4 Thơng số Turbine gió 4-67 Hình 4.5 Đặc tính P(V) 4-69 Hình 4.6 Thơng số gió điều chỉnh 4-70 Hình 4.7 Thơng số máy phát điện đồng 4-72 Hình 4.8 Thơng số chỉnh lƣu Diode 4-74 Hình 4.9 Thơng số so sánh ngõ vào đơn cấp 4-75 Hình 4.10 Bộ chỉnh lƣu bảo vệ điện áp 4-76 Hình 4.11 Thơng số máy cắt pha 4-77 Hình 4.12 Trình tự dãy hoạt động đóng/ngắt 4-77 Hình 4.13 DC Bus 4-78 Hình 4.14 Thơng số nghịch lƣu xung 4-79 Hình 4.15 Thơng số so sánh ngõ vào đơn cấp 4-80 Hình 4.16 Kết nối nghịch lƣu với so sánh ngõ vào đơn cấp 4-81 Hình 4.17 Thơng số điện áp phụ thuộc dịng giới hạn 4-82 Hình 4.18 Thơng số điều khiển dịng chung 4-83 Hình 4.19 Mơ hình hồn chỉnh 4-83 Hình 4.20 Kết nối máy phát điện phân phối mạng lƣới phân phối 4-84 Hình 4.21 Thơng số máy biến áp kêt nối lƣới điện 4-85 HVTH: Lê Văn Khánh 6-116 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 4.22 Mơ hình hoàn chỉnh psc 4-85 Hình 5.1 Mơ hình kết nối Turbin gió Máy phát đồng 5-87 Hình 5.2 Mơ hình cơng suất nối lƣới 5-88 Hình 5.3 Mơ hình điều khiển tuabin gió sử dụng máy phát đồng nam châm vĩnh cửu nối lƣới 589 Hình 5.4 Biểu đồ điện áp VBusDC tụ dòng Idc1 5-90 Hình 5.5 Biểu đồ cơng suất PG (MW) 5-91 Hình 5.6 Biểu đồ cơng suất PG-IN (MW) 5-91 Hình 5.7 Biểu đồ cơng suất PG-RE & PG-IN (MW) 5-92 Hình 5.8 Biểu đồ cơng suất P(MW) biểu thị theo vận tốc 5-94 Hình 5.9 Biểu đồ cơng suất phản kháng Q(Mvar) biểu thị theo vận tốc 5-94 Hình 5.10 Biểu đồ cơng suất P(MW) biểu thị theo vận tốc 5-96 Hình 5.11 Biểu đồ cơng suất phản kháng Q(Mvar) biểu thị theo vận tốc 5-96 Hình 5.12 Biểu đồ Pitch Angle (PA) [deg] biểu thị theo vận tốc 5-98 Hình 5.13 Biểu đồ cơng suất P(MW) biểu thị theo vận tốc 4-25m/s 5-99 Hình 5.14 Biểu đồ cơng suất Phản kháng (Mvar) biểu thị theo vận tốc 4-25m/s 5-99 Hình 5.15 Biểu đồ điện áp VBusDC tụ dòng Idc1 5-100 Hình 5.16 Biểu đồ cơng suất máy phát P (MW) 5-101 Hình 5.17 Biểu đồ cơng suất phản kháng máy phát Q (Mvar) 5-101 Hình 5.18 Biểu đồ cơng suất P(MW) biểu thị theo vận tốc 5-104 Hình 5.19 Biểu đồ cơng suất phản kháng Q(Mvar) biểu thị theo vận tốc 5-104 Hình 5.20 Biểu đồ cơng suất P(MW) biểu thị theo vận tốc 5-107 Hình 5.21 Biểu đồ cơng suất hhản kháng Q(Mvar) biểu thị theo vận tốc 5-107 Hình 5.22 Biểu đồ Pitch Angle (PA) [deg] biểu thị theo vận tốc 5-109 Hình 5.23 Biểu đồ cơng suất P(MW) biểu thị theo vận tốc 4m/s-25m/s 5-110 Hình 5.24 Biểu đồ cơng suất phản kháng Q(Mvar) biểu thị theo vận tốc 4m/s-25m/s 5-110 HVTH: Lê Văn Khánh 6-117 Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc PHỤ LỤC 2: CÁC CÔNG THỨC Ar v W  PW  k 1 ( 2.1) 2-9 v k k  v    f v     e  c  với < v