(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia

(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia

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 … tháng … năm 2013 Hồng Văn Bình Page ii LỜI CẢM ƠN Tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS Lê Chí Kiên, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy TS Trƣơng Việt Anh trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM tận tình nhận xét đóng góp nhằm hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô khoa Điện- Điện Tử trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, cán phịng Đào Tạo giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình học tập q trình hồn thành luận văn Tôi xin cảm ơn bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tơi hồn thành luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn cha mẹ ngƣời thân bên động viên tơi nhiều để tơi hồn thành khóa học Hồng Văn Bình Page iii TĨM TẮT Ngày nay, việc phát triển lĩnh vực lượng gió lượng mặt trời đạt nhiều thành tựu đáng kể, lĩnh vực lượng vơ tận Trong tình hình nhu cầu lượng ngày cao việc đa dạng hóa nguồn lượng từ nguồn lượng vô tận giải pháp hiệu ln khuyến khích phát triển Các nguồn lượng giảm bớt phần gánh nặng từ áp lực cung cấp điện lưới điện, chủ yếu dựa vào nhiệt điện thủy điện Tuy nhiên, có số hạn chế công suất nhỏ phân tán Để sử dụng có hiệu cần phải kết nối nguồn lượng thơng qua lưới điện phân phối có nghịch lưu có khả kết nối với lưới điện xoay chiều Trong lĩnh vực lượng gió, máy phát điện gió cơng suất nhỏ thiết kế để hoạt động độc lập Vì vậy, việc thiết kế chuyển đổi lượng gió hịa đồng lưới điện phân phối yêu cầu cấp thiết Luận văn tập trung xây dựng giải thuật điều khiển nghịch lưu kết nối lưới AC có khả tự động ổn định điều khiển dịng cơng suất tác dụng bơm vào lưới điện phân phối đạt giá trị cao thu từ tubin máy phát điện gió giữ cơng suất phản kháng Q bơm vào lưới mức gần không nhằm để đạt hệ số công suất gần cho thiết bị chuyển đổi công suất Page iv ABSTRACT Nowaday, wind and solar energy have been developing successfully, both field are green and renewable resource More and more higher energy demand in our life need diversity of resource with enjoying of green and renewable is the effective aproach, which are always encouraged Those resource will redue demand of energy from hydroelectric plant and thermoelectricity plant on power system However, solar energy have low rate power and dispersion To increase efficiency of solar energy need to connect them with power network via invertor, which can link to power system Nowaday, in wind energy field, wind generators were operated independently Hence, designing of new wind generator which can connect to national power network is very necessary This thesis present a new approach for invertor link to power system They can control active and reactive power were inject to power grid Active power was remained at maximum power was supplied by wind turbin generator Reactive power was remained approximately zero It lead to power factor of device approximately Page v MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi MỤC LỤC CÁC HÌ NH ix Chƣơng 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Điểm luận văn 1.6 Giá trị thực tiễn luận văn .4 1.7 Nội dung luận văn Chƣơng 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan lượng gió .6 2.1.1 Lịch sử phát triển máy phát điện gió .6 2.1.2 Năng lượng gió giới 2.1.3 Năng lượng gió Việt Nam tiềm phát triển lượng gió .11 2.1.3.1 Năng lượng gió Việt Nam .11 2.1.3.2 Tiềm phát triển lượng gió cơng suất nhỏ Việt Nam 17 2.2 Tổng quan hệ thống chuyển đổi lượng gió 18 2.2.1 Các thành phần hệ thống chuyển đổi lượng gió .18 2.2.2 Các loại hệ thống chuyển đổi lượng gió 19 2.2.2.1 Hệ thống tubin gió cố định 20 2.2.2.2 Hệ thống tubin gió tốc độ thay đổi biến đổi tồn cơng suất 21 2.2.2.3 Hệ thống tubin gió tốc độ thay đổi biến đổi phần công suất 22 Page vi 2.3 Tổng quan kiểu turbine gió 23 2.3.1 Turbine gió trục đứng trục ngang .23 2.3.2 So sánh turbine trục đứng trục ngang .24 2.4 Tổng quan kết nối máy phát điện gió với lưới điện phân phối 26 2.4.1 Tính cần thiết việc kết nối máy phát điện gió vào lưới điện phân phối 26 2.4.2 Hòa đồng hai máy phát .27 2.4.2.1 Hòa đồng hai nguồn áp 28 2.4.2.2 Phân tích điều kiện hịa 30 2.4.2.3 Hòa đồng nguồn dòng vào nguồn áp 33 2.5 Hướng nghiên cứu luận văn 35 Chƣơng 3: KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN 3.1 Năng lượng gió công suất tubin .36 3.1.1 Năng lượng gió 36 3.1.2 Hiệu suất tubin gió 39 3.1.3 Đường cong hiệu suất tubin gió 42 3.2 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (PMSG) 45 3.3 Mạch chỉnh lưu 48 3.4 Mạch nghịch lưu kết nối lưới điện phân phối .50 3.4.1 Phân loại nghịch lưu .50 3.4.2 Phương pháp điều khiển khóa cơng suất nghịch lưu nguồ n áp 51 3.4.3 Phương pháp điề u khiể n khóa công suấ t bô ̣ nghich ̣ lưu nguồ n dò ng 54 Chƣơng 4: MÔ HÌ NH HÓA & MÔ PHỎNG 4.1 Sơ đồ kết nối máy phát điện gió vào lưới điện phân phối .59 4.1.1 Khố i tubin gió máy phát 59 4.1.2 Khối chỉnh lưu: .62 4.1.3 Khối nghịch lưu: 63 4.1.4 Khối lưới điện phân phối 63 4.1.5 Khối điều khiển .64 4.1.5.1 Nguyên lí hoạt động khối MPPT 65 Page vii 4.1.5.2 Khối PI_V .68 4.1.5.3 Khối PLL .69 4.1.5.4 Khối DC/AC 69 4.1.5.5 Khối điều khiển Hysteresis ( điều khiển bang-bang ) .70 4.2 Kết mô 70 4.2.1 Kết mô vận tốc gió khơng thay đổi .71 4.2.1.1 Khi vận tốc gió đạt m/s 71 4.3 Nhận xét đánh giá 91 Chƣơng 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁ T TRIỂN 5.1 Các vấn đề thực luận văn: 93 5.2 Đề nghị hướng phát triển luận văn .93 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 Page viii MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình Turbine gió Charles F.Brush, Cleveland, Ohio 1888 .6 Hình 2 Turbine gió Poul la Cour, Askov, Đan Mạch năm 1897 Hình Turbine gió trục đứng kiểu Savonius Hình Turbine gió trục đứng Darrieus kiểu “Eole C” Cap Chat, Quebec Hình Biểu đồ cơng suất điện gió qua năm giới 10 Hình Cơng suất lắp đặt điện gió 13 nước đứng đầu giới .11 Hình Gió trung bình hàng năm độ cao 65 m 30m 12 Hình Gió trung bình hàng năm độ cao 65 m vào mùa Xn mùa Hạ .13 Hình Gió trung bình hàng năm độ cao 65 m vào mùa Thu mùa Đơng .14 Hình 10 Thành phần hệ thống chuyển đổi lượng gió kết nối lưới điện 18 Hình 11 Hệ thống tubin gió tốc độ cố định 20 Hình 12 Hệ thống tubin gió tốc độ tay đổi biến đổi tồn cơng suất phát .22 Hình 13 Hệ thống tubin gió thay đổi tốc độ với biến đổi cơng suất phía roto 22 Hình 14 Cấu tạo turbine trục đứng trục ngang 23 Hình 15 Cơng tác song song 30 Hình 16 Sơ đồ biểu thị vecto hòa 30 Hình 17 Sơ đồ vecto điện áp không thỏa mãn mà điều kiện khác thảo mãn 31 Hình 18 Sơ đồ hệ thống ba pha vector quay 33 Hình 19 Sơ đồ kết nối nguồn dòng vào nguồn áp hịa đồng 34 Hình 20 Biểu diễn vector quay dòng điện điện áp 34 Hình Năng lượng khối khơng khí 36 Hình Biểu diễn luồng khí thổi qua turbine gió lý tưởng .38 Hình 3 Góc pitch cánh quạt gió .39 Hình Giới hạn hiệu suất rotor 41 Page ix Hình Đường cong hiệu suất roto Cp(λ,β) 42 Hình Cơng suất đầu phụ thuộc vào vận tốc gió tốc độ tubin 43 Hình Đường cong cơng suất lí tưởng tubin gió 44 Hình Mơ hình ma ̣ch điê ̣n tương ̣ to ̣a đô ̣ dq PMSG 47 Hình Mạch chỉnh lưu bán kì .49 Hình 10 Mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển 49 Hình 11 Mạch chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 49 Hình 12 Mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 50 Hình 13 Mạch chỉnh lưu ba pha có điều khiển .50 Hình 14 Giản đồ xung kích nghịch lưu pha phương pháp SPWM 53 Hình 15 Giản đồ dịng áp ngõ nghịch lưu dùng phương pháp SPWM 54 Hình 16 Sơ đờ kế t nớ i đơn giản của bô ̣ nghich ̣ lưu ba pha 54 Hình 17 Dạng sóng dịng điện phương pháp bang bang mơ ̣t pha 55 Hình 18 Giải thuật điều khiển bang bang cặp chân nghịch lưu 55 Hình 19 giải thuật điều khiển bang bang cải tiến cặp chân nghịch lưu 56 Hình Sơ đồ khối mạch mô 59 Hình Sơ đồ kết khối tubin máy phát điện .60 Hình Sơ đồ kết nối mơ khối tubin gió 61 Hình 4 Sơ đồ kết nối mô khối máy phát điện nam châm vĩnh cửu .61 Hình Mơ hình mơ khối khí PMSG .61 Hình Mơ hình mơ khối điện PMSG 62 Hình Thông số kỹ thuật PMSG 62 Hình Sơ đồ kết nối mạch chỉnh lưu 63 Hình Sơ đồ kết nối khối nghịch lưu 63 Hình 10 Sơ đồ kết nối khối lưới điện phân phối 64 Hình 11 Sơ đồ nguyên lý hoạt động mạch điện mô 64 Hình 12 Sơ đồ kết nối khối điều khiển mạch mô .65 Page x Hình 13 Nguyên tắc hoạt động máy phát điện .66 Hình 14 Nguyên tắc hoạt động giải thuật P&O 66 Hình 15 Lưu đồ giải thuật P&O 68 Hình 16 Sơ đồ ngun lí khối PLL .69 Hình 17 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió m/s 71 Hình 18 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió m/s .72 Hình 19 Phân tích FFT dịng điện hịa lưới ta ̣i vâ ̣n tố c gió m/s 72 Hình 20 Cơng suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió m/s 73 Hình 21 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió m/s 74 Hình 22 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió m/s .74 Hình 23 Phân tích FFT của dòng điê ̣n hịa lưới ta ̣i vâ ̣n tớ c gió m/s 75 Hình 24 Cơng suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió m/s 76 Hình 25 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió m/s 77 Hình 26 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió m/s .77 Hình 27 Phân tić h FFT của dòng điê ̣n hòa lưới ta ̣i vâ ̣n tố c gió m/s 78 Hình 28 Cơng suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió m/s 78 Hình 29 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió 12 m/s 79 Hình 30 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió 12 m/s .80 Hình 31 Phân tích FFT của dòng điê ̣n hòa lưới ta ̣i vâ ̣n tố c gió 12 m/s 80 Hình 32 Cơng suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió 12 m/s .81 Hình 33 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió là (5-8-10) m/s 82 Hình 34 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió (5-8-10) m/s .83 Hình 35 Công suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió (5-8-10) m/s 83 Hình 36 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió là (10-12-9) m/s 85 Hình 37 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió (10-12-9) m/s .85 Hình 38 Cơng suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió (10-12-9) m/s 86 Hình 39 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió ( 7-5-6) m/s 87 Hình 40 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió ( 7-5-6) m/s 87 Hình 41 Cơng suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió ( 7-5-6) m/s .88 Page xi Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên Qua kế t quả thu đươ ̣c hình 4.35, công suất phản kháng và công suấ t tác dụng bơm vào lưới điện phân phối , ̣ số công suấ t của dòng điê ̣n bơm vào lưới điê ̣n phân phố i đươ ̣c đưa bảng dưới Với kế t quả cos φ xấ p xi ̃ bằ ng trên, ta có thể kế t luâ ̣n rằ ng ma ̣ch hoa ̣t ̣ng, đến kết luận mơ hình mơ hệ thống máy phát điện lươ ̣ng gió hòa đồ ng bô ̣ lưới điê ̣n phân phố i chỉ bơm công suấ t tác du ̣ng và không bơm công suấ t phản khán g lên lưới điê ̣n phân phố i Điề u này chứng tỏ ma ̣ch đã đa ̣t yêu cầ u không bơm công suấ t phản kháng vào lưới điê ̣n phân phố i 4.2.2.2 Khi vận tốc gió ( 10-12-9) m/s Khi mơ với vận tốc gió (10-12-9) m/s suốt q trình mơ phỏng, kết mơ thu đưa hình bên Hình 4.36 thể hiê ̣n da ̣ng sóng điê ̣n áp mô ̣t chiề u trước bô ̣ nghich ̣ lưu Khi bắt đầu mô hoă ̣c có sự thay đổ i vâ ̣n tố c gió , ̣ thố ng sẽ rơi vào giai đoa ̣n đô ̣ để đế n điể m làm viê ̣c mới Thời gian quá đô ̣ của ̣ thớ ng vào khoảng 1s, sau q trình độ hệ thống điện áp chiều trước nghịch lưu ổn định trở lại giữ ổn định có thay đổi ều kiện gió ngõ vào Điều chứng tỏ sau trình ổn định, máy phát điện vào trạng thái hoạt động ổn định có vận tốc góc giữ ổn định khơng có thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi HVTH: Hồng Văn Bình Page 84 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 36 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió là (10-12-9) m/s Sau q trình q độ, dịng điện ổn định trở lại Sự ổn định chứng minh cụ thể hình 4.37 Kết mơ dịng điện bơm vào lưới điện từ nghịch lưu cho ta thấy dòng điện hoàn toàn ổn định thời gian còn la ̣i của quá trình mô phỏng nế u không có sự thay đổ i tiế p theo của điề u kiê ̣n gió bên ngoài Thời gian để ̣ thố ng quay la ̣i tra ̣ng thái ổ n đinh ̣ mới sau có sự thay đổ i vâ ̣n tố c gió từ môi trường bên ngoài là chưa đế n 1s Điề u này cho thấ y sự đáp ứng rấ t nhanh của ̣ thố ng máy phát điê ̣n gió hòa đồ ng bô ̣ lưới điê ̣n vì viê ̣c điề u chỉnh ̣ thố ng khí mấ t nhiề u thời gian quá đô ̣ nó chứ a thành phầ n lực qn tính lớn Hình 37 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió (10-12-9) m/s Khi khảo sát cơng suất tác dụng công suất phản kháng bơm vào lưới điện phân phối trường hợp vận tốc gió đạt (10-12-9) m/s ta thu kết HVTH: Hoàng Văn Bình Page 85 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên hình 4.38 bên Hình 4.38 cho ta thấy công suất tác dụng công suất phản kháng sau thời gian dao động trình độ ( khoảng 0.8s ) ổn định trở lại ln trì khơng đổi suốt q trình ổn định q trình mơ Điều cho thấy ổn định giải thuật đề Hình 38 Cơng suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió (10-12-9) m/s Qua kế t quả thu đươ ̣c hình 4.38, cơng suất phản kháng và công suấ t tác dụng bơm vào lưới điện phân phối , ̣ số công suấ t của dòng điê ̣n bơm vào lưới điê ̣n phân phố i đươ ̣c đưa bảng dưới Với kế t quả cos φ xấ p xi ̃ bằ ng , ta có thể kế t luâ ̣n rằ ng ma ̣ ch hoa ̣t ̣ng, đến kết luận mơ hình mơ hệ thống máy phát điện lươ ̣ng gió hòa đồ ng bô ̣ lưới điê ̣n phân phố i chỉ bơm công suấ t tác du ̣ng và không bơm công suấ t phản kháng lên lưới điê ̣n phân phố i Điều chứng tỏ mạch đã đa ̣t yêu cầ u không bơm công suấ t phản kháng vào lưới điê ̣n phân phớ i 4.2.2.3 Khi vận tốc gió ( 7-5-6) m/s Khi mô với vận tốc gió ( 7-5-6) m/s suốt q trình mơ phỏng, kết mô thu đưa hình bên Hình 4.39 thể hiê ̣n da ̣ng sóng điê ̣n áp mô ̣t chiề u trước bô ̣ nghich ̣ lưu Khi bắt đầu mô hoă ̣c có sự thay đổ i vâ ̣n tố c gió , ̣ thố ng sẽ rơi vào giai đoa ̣n quá đô ̣ để đế n điể m làm viê ̣c mới Thời gian quá đô ̣ của ̣ thố ng vào khoảng 1s, sau HVTH: Hồng Văn Bình Page 86 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên q trình q độ hệ thống điện áp chiều trước nghịch lưu ổn định trở lại giữ ổn định có thay đổi điều kiện gió ngõ vào Điều chứng tỏ sau trình ổn định, máy phát điện vào trạng thái hoạt động ổn định có vận tốc góc giữ ổn định khơng có thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi Hình 39 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió là ( 7-5-6) m/s Sau q trình q độ, dịng điện ổn định trở lại Sự ổn định chứng minh cụ thể hình 4.40 Kết mơ dòng điện bơm vào lưới điện từ nghịch lưu cho ta thấy dịng điện hồn tồn ổn định thời gian còn la ̣i của quá triǹ h mô phỏng nế u không có sự thay đổ i tiế p theo của điề u kiê ̣n gió bên ngoài Thời gian để ̣ thố ng quay la ̣i tra ̣ng thái ổ n đinh ̣ mới sau có sự thay đổ i vâ ̣n tớ c gió từ mơi trường bên n gồi chưa đến 1s Điề u này cho thấ y sự đáp ứng rấ t nhanh của ̣ thố ng máy phát điê ̣n gió hòa đồ ng bô ̣ lưới điê ̣n vì viê ̣c điề u chỉnh ̣ thố ng khí mấ t nhiề u thời gian quá đô ̣ nó chứa thành phầ n lực qn tính lớn Hình 40 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió ( 7-5-6) m/s HVTH: Hồng Văn Bình Page 87 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên Khi khảo sát cơng suất tác dụng công suất phản kháng bơm vào lưới điện phân phối trường hợp vận tốc gió đạt ( 7-5-6) m/s ta thu kết hình 4.41 bên Hình 4.41 cho ta thấy công suất tác dụng công suất phản kháng sau thời gian dao động trình độ ( khoảng 1s ) ổn định trở lại ln trì khơng đổi suốt q trình ổn định q trình mơ Điều cho thấy ổn định giải thuật đề Hình 41 Công suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió ( 7-5-6) m/s Qua kế t quả thu đươ ̣c hình 4.41, cơng suất phản kháng và công suấ t tác dụng bơm vào lưới điện phân phối , ̣ số công suấ t của dòng điê ̣n bơm vào lưới điê ̣n phân phố i đươ ̣c đưa bảng dưới Với kế t quả cos φ xấ p xi ̃ bằ ng , ta có thể kế t luâ ̣n rằ ng ma ̣ch hoa ̣t đô ̣ng, đến kết luậ n rằ ng mô hin ̀ h mô phỏng của ̣ thố ng máy phát điê ̣n lươ ̣ng gió hòa đồ ng bô ̣ lưới điê ̣n phân phố i chỉ bơm công suấ t tác du ̣ng và không bơm công suấ t phản kháng lên lưới điê ̣n phân phố i Điề u này chứng tỏ ma ̣ch đã đa ̣t yêu cầ u không bơm công suấ t phản kháng vào lưới điê ̣n phân phố i 4.2.2.4 Khi vận tốc gió ( 11-9-7) m/s Khi mơ với vận tốc gió ( 11-9-7) m/s suốt q trình mơ phỏng, kết mô thu đưa hình bên HVTH: Hồng Văn Bình Page 88 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 4.42 thể hiê ̣n da ̣ng sóng điê ̣n áp mô ̣t chiề u trước bô ̣ nghich ̣ lưu Khi bắt đầu mô hoă ̣c có sự thay đổ i vâ ̣n tố c gió , ̣ thố ng sẽ rơi vào giai đoa ̣n quá đô ̣ để đế n điể m làm viê ̣c mới Thời gian quá đô ̣ của ̣ thớ ng vào khoảng 1s, sau q trình q độ hệ thống điện áp chiều trước nghịch lưu ổn định trở lại giữ ổn định có thay đổi điều kiện gió ngõ vào Điều chứng tỏ sau trình ổn định, máy phát điện vào trạng thái hoạt động ổn định có vận tốc góc giữ ổn định khơng có thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi Hình 42 Dạng sóng điện áp Vdc thu vận tốc gió là ( 11-9-7) m/s Sau q trình q độ, dịng điện ổn định trở lại Sự ổn định chứng minh cụ thể hình 4.43 Kết mơ dòng điện bơm vào lưới điện từ nghịch lưu cho ta thấy dịng điện hồn tồn ổn định thời gian còn la ̣i của quá trình mơ khơng có thay đổi điều kiê ̣n gió bên ngoài Thời gian để ̣ thố ng quay la ̣i tra ̣ng thái ổ n đinh ̣ mới sau có sự thay đổ i vâ ̣n tố c gió từ môi trường bên ngoài là chưa đế n 1s Điề u này cho thấ y sự đáp ứng rấ t nhanh của ̣ thố ng máy phát điê ̣n gió hòa đồ ng bô ̣ lưới điê ̣n vì viê ̣c điề u chin̉ h ̣ thố ng khí mấ t nhiề u thời gian quá đô ̣ nó chứa thành phầ n lực quán tính lớn HVTH: Hồng Văn Bình Page 89 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 43 Dạng sóng dịng điện hịa lưới vận tốc gió ( 11-9-7) m/s Khi khảo sát công suất tác dụng công suất phản kháng bơm vào lưới điện phân phối trường hợp vận tốc gió đạt ( 11-9-7) m/s ta thu kết hình 4.44 bên Hình 4.44 cho ta thấy cơng suất tác dụng công suất phản kháng sau thời gian dao động trình độ ( khoảng 1s ) ổn định trở lại ln trì khơng đổi suốt q trình ổn định q trình mơ Điều cho thấy ổn định giải thuật đề Hình 44 Cơng suất đưa vào lưới điện phân phối vận tốc gió ( 11-9-7) m/s Qua kế t quả thu đươ ̣c hình 4.44, cơng suất phản kháng và cơng ś t tác dụng bơm vào lưới điện phân phối , ̣ s ố cơng suất dịng điện bơm vào lưới điê ̣n phân phố i đươ ̣c đưa bảng dưới HVTH: Hồng Văn Bình Page 90 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên Với kế t quả cos φ xấ p xi ̃ bằ ng , ta có thể kế t luâ ̣n rằ ng ma ̣ch hoa ̣t ̣ng, đến kết luận mơ hình mơ hệ thố ng máy phát điê ̣n lươ ̣ng gió hòa đồ ng bô ̣ lưới điê ̣n phân phố i chỉ bơm công suấ t tác du ̣ng và không bơm công suấ t phản kháng lên lưới điê ̣n phân phố i Điề u này chứng tỏ ma ̣ch đã đa ̣t yêu cầ u không bơm công suấ t phản khán g vào lưới điê ̣n phân phố i 4.3 Nhận xét đánh giá Bảng tổng kết thông số thu sau q trình mơ đưa hình 4.45 bên Hình 45 Bảng kết mơ số vận tốc gió tiêu biểu Qua trình mơ mơ hình máy phát điện lượng gió hịa đồng lưới điện phân phối, dựa vào bảng số liệu thu qua mơ hình 4.45 HVTH: Hồng Văn Bình Page 91 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên đồ thị dạng sóng cơng suất tác dụng bơm vào lưới điện phân phối, điện áp chiều trước nghịch lưu dòng điện xoay chiều bơm vào lưới điện từ nghịch lưu Một số nhận xét rút sau: - Hệ thống máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối hoạt động điểm có cơng suất cực đại có thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi - Khi điểm công suất cực đại lớn công suất định mức máy phát điện, điều khiển có khả kéo điểm làm việc điểm có cơng suất với công suất định mức máy phát điện Máy phát điện có khả tự ổn định tốt - Thời gian độ hệ thống xuất thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi khơng q 1s, thời gian hợp lí hệ thống khí với lực quán tính lớn - Bộ nghịch lưu có hệ số cơng suất bơm vào lưới điện xấp xỉ 1, đạt 0.9999, điều coi hệ thống mơ bơm công suất tác dụng không bơm công suất phản kháng lên lưới điện phân phối Qua nhận xét cho phép rút kết luận mơ hình mơ hệ thống máy phát điện lượng gió hịa đồng lưới điện phân phối hoạt động tốt, thỏa mãn yêu cầu đề ban đầu HVTH: Hồng Văn Bình Page 92 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên 5.1 Các vấn đề thực luận văn: - Tìm hiểu lĩnh vực phát điện sức gió, thuận lợi khó khăn việc phát triển lượng gió, tiềm lượng gió Việt Nam - Tìm hiểu hệ thống chuyển đổi lượng gió: hiệu suất tubin gió, vận hành hệ thống lượng gió tốc độ cố định thay đổi - Tìm hiểu loại máy phát - Tìm hiểu loại máy phát điện sử dụng hệ thống chuyển đổi lượng gió - Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển matlab/simulink, kết cho thấy điều khiển công suất tác dụng bơm từ nghịch lưu để cung cấp cho phụ tải lưới điện theo vận tốc gió bên ngồi - Tìm giải thuật điều khiển để ổn định công suất tác dụng P công suất phản kháng Q bơm từ nghịch lưu giữ ổn định - Luôn giữ hệ số công suất mức từ 0.999 trở lên bơm dịng cơng suất từ nghịch lưu cung cấp cho phụ tải lưới điện phân phối Giúp nâng cao khả mang tải hệ thống điện truyền cơng suất tác dụng lên tải - Khi có thay đổi điện áp lưới điện phân phối cơng suất sau thời gian độ ngắn ổn định lại Luận văn điều khiển hiệu công suất tác dụng công suất phản kháng bơm từ nghịch lưu theo thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi - Cơng suất thu từ hệ thống máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối đạt giá trị cao vận tốc gió tương ứng Điều giúp cho máy phát điện hoạt động chế độ phát cơng suất lớn đạt 5.2 Đề nghị hướng phát triển luận văn - Thực hệ thống hệ thực, dựa vào kết thực nghiệm để chứng minh cho kết mơ đồng thời ứng dụng kết thực nghiệm để sản xuất máy phát điện hòa đồng lưới điện quốc gia HVTH: Hồng Văn Bình Page 93 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên - Nghiên cứu để dùng chỉnh lưu có điều khiển thay cho chỉnh lưu khơng điều khiển sử dụng Mục đích nâng cao hiệu suất chuyển đổi AC-DC chất lượng nguồn điện DC đầu chỉnh lưu - Nghiên cứu giải thuật triệt nhiễu cho nghịch lưu để giảm thiểu sóng hài ngõ Nâng cao hiệu suất chất lượng điện dòng điện bơm vào lưới điện - Nghiên cứu ứng dụng giải thuật tối ưu hóa để tìm hệ số Ki,Kp tốt cho điều khiển nhằm giảm thiểu độ méo dạng sóng hài cho dịng điện có thay đổi cơng suất bơm lưới từ nghịch lưu - Nghiên cứu mạch nghịch lưu ba pha kết nối lưới điện để kết nối lưới điện ba pha cung cấp cho phụ tải ba pha lưới điện phân phối HVTH: Hồng Văn Bình Page 94 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ahmad M., Mazen A., M and Tharwat (2006): Vertical axis wind turbine modeling and performance with axial flux permanent magnet synchronous generator for battery charging applications Retrieved September 14, 2012 [2] Bharanikumar R., Yazhini A.C., Kumar N., (2012): Modelling and Simulation of Wind Turbine Driven Permanent Magnet Generator with New MPPT Algorithm Asian Power electronics journal, Vol [3] Ece (2004): Modeling of Induction Motor using qd0 Transformations [4] Heier S (1998): Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems John Wiley & Sons Ltd, ISBN 0-471-97143-X [5] Matlab (2009): Overview of the MATLAB Environment Matlab Getting Started Guide, The MathWorks, Inc [6] Ming Y., Gengyin L., Ming Z., and Chengyong Z (2007): Modeling of the Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator for Integration [7] Pranamita B., and Aiswarya H (2009): Power System Stability Studies using Matlab A Project Report, Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela [8] Rolan A., Alvaro L., Gerardo V., and Daniel A (2009): Modelling of a Variable Speed Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator [9] SaifurR., and ManisaP (2010): Modeling and Simulation of a Distributed Generation-Integrated Intelligent Microgrid, SERDP Project SI-1650 [10] Simulink (2009): Modelling Process Simulink Getting Started Guide The MathWorks, Inc [11] Sina L and Mahyar S (2011): Modeling and Application of Permanent Magnet Synchronous Generator Based Variable Speed Wind Generation HVTH: Hồng Văn Bình Page 95 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên System Department of Electrical Engineering,Ahar Branch, Islamic Azad University, Ahar, Iran [12] B.O.Omijeh, C S Nmom, E Nlewem (2013): Modeling of a Vertical Axis Wind Turbine with Permanent Magnet Synchronous Generator for Nigeria Electrical/Electronic Engineering, university of Port Harcourt, Rivers State, Nigeria [13] L Hassaine, E Olias, J Quintero, M Haddadi "Digital power factor control and reactive power regulation for grid-connected photovoltaic inverter" power electronics systems group, universidad cartas III de madrid, avda, de la universidad 30, 28911 leganes, Madrid, Spain [14] Babak FARHANGI, student member IEEE, Shahrokh FARHANGI member IEEE "Application of Z-source converter in photovoltaic grid-connected transformer-less inverter" School of ECE, Tehran, Iran [15] Ayman A Hamad, Mohammad A Alsaad "A software application for energy flow simulation of a grid connected photovoltaic system" University of Jordan, Amman, 11942, Jordan [16] Hee-Jung Kim, Hyeoun-Dong Lee, "A New PWM Strategy for Common Mode Voltage Reduction in Neutral - Point - Clamped Inverter - Fed AC Motor Drives", IEEE [17] Tran Cong Binh, Mai Tuan Dat, Ngo Manh Dung, Phan Quang An, Pham Dinh Truc and Nguyen Huu Phuc "Active and Reactive power controller for singlephase Grid-connected photovoltaic syntems" Department of ElectricalElectronics Engineering- HoChiMinh City University of Technology.Vietnam National University in HoChiMinh, Vietnam [18] Nguyen Van Nho, Hong - Hee Lee, "Analysis of carrier PWM Method for Common Mode Elimination in Multilevel Inverter", IEEE [19] Nguyễn Văn Nhờ, “ Điện tử công suất ”, Nhà xuất đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2005 HVTH: Hồng Văn Bình Page 96 ... công suất định mức máy phát điện HVTH: Hồng Văn Bình Page 35 Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên 3.1 Năng lượng gió cơng... nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên - Máy phát điện: hầu hết hệ thống kết nối với lưới điện sử dụng máy phát đồng hoạt máy phát cảm... nguồn lượng gió vào lưới điện phân phối - Đưa mơ hình mơ hịa nguồn lượng gió vào lưới điện HVTH: Hồng Văn Bình Page Thiết kế nghịch lưu cho máy phát điện đồng lượng gió cơng suất nhỏ hịa lưới điện