(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)

(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)(Luận văn thạc sĩ) Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu của Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2012 Châu Minh Đa ̣o ii LỜI CẢM TẠ Đề tài đƣợc thực theo chƣơng trình đào tạo thạc sĩ Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Xin cảm ơn q thầy tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để em nghiên cứu thực luận văn Xin chân thành cảm ơn hƣớng dẫn trực tiếp của thầy PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc tận tình giúp đỡ, đóng góp ý kiến quý báu hƣớng dẫn em hoàn thiện đề tài Em xin gửi lời cám ơn tới quý thầy cô khoa điện – điện tử Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh khích lệ, đơn đốc giám sát tiến độ suốt trình thực luận văn Rất cảm ơn trƣớc cộng tác nhiệt tình của anh chị bạn học viên lớp cao học ngành Thiết bị, mạng nhà máy điện khóa 2010B, cám ơn đóng góp ý kiến bổ ích qua thảo luận của tập thể lớp Xin gửi lời tri ân đến gia đình ngƣời thân ln ủng hộ động viên tơi suốt q trình học, đặc biệt thời gian thực đề tài Kính chúc sức khỏe q thầy bạn Học viên Châu Minh Đa ̣o iii TÓM TẮT Trong luâ ̣n văn vùng làm việc khác của máy phát không đồng cấ p nguồ n hai phía (DFIG) của turbine gió (WT), quan điểm tốc độ rôto, công suất phát, tỉ số tố c đô ̣ đầu cánh (tip speed ratio TSR) λ góc nghiêng β của cánh quạt WT, đƣợc khảo sát giới thiê ̣u Sau đó, thuật toán điều khiển đƣợc đề xuất nhằm lấy đƣợc cơng suất cực đại có từ lƣợng gió, dựa khác biệt tố c đô ̣ quay t ối ƣu tốc độ quay thực tế của trục turbine Thuật toán đƣợc thực chƣơng trình mơ sử dụng phần mềm PSCAD Các kết của phƣơng pháp đề xuất sau đƣợc so sánh với số liệu thực tế của máy Nordex N80/2500 KW cho thấy tính đắn ƣu điểm của phƣơng pháp đề xuất ABSTRACT In this thesis In this paper, different operational regions of doubly fed induction generator (DFIG)- based wind turbine (WT), from the viewpoints of rotor speed, generated power, tip speed ratio λ and angle of blades β of the WT's rotor, are studied and classified Then a new control algorithm for maximum wind power point tracking (MPPT) and extraction, based on the difference between optimum and current rotational speed of the shaft of WT, will be proposed The algorithm is implemented in control schemes and carried out in terms of various operational conditions of wind speed in PSCAD software environment The results obtained are then compared with the actual data of Nordex N80/2500 KW for validation of the proposed method This comparison is done based on the speed of operation and quality of generated power and the results show the advantages of the proposed method iv MỤC LỤC TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình xi Danh sách bảng xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIÊU ̣ TỔNG QUAN 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U 1.6 KẾ HOẠCH THƢ̣C HIÊ ̣N 1.7 GIÁ TRỊ THỰC TIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1.8 PHÁC THẢO NỘI DUNG LUẬN VĂN Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ 2.1 NĂNG LƢỢNG GIÓ 2.1.1 Hiê ̣u chin̉ h theo nhiê ̣t đô ̣ cho mâ ̣t đô ̣ không khí 2.1.2 Hiê ̣u chỉnh theo độ cao so với mực nƣớc biể n cho mâ ̣t đô ̣ không khí 2.2 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ CAO THÁP 10 2.3 HIÊU ̣ SUẤT VÀ CÔNG SUẤT CỦA CÁNH QUA ̣T 12 2.3.1 Hiê ̣u suấ t lớn nhấ t của cánh qua ̣t 12 2.3.2 Đƣờng cong cơng suất turbine gió lý tƣởng 17 2.4 KIỂM SOÁ T TỐC ĐỘ CHO CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI 19 2.4.1 Sƣ̣ ảnh hƣởng của tốc độ cánh quạt thay đổi 19 2.4.2 Các giải pháp kiể m soát tố c đô ̣ 21 v 2.4.2.1 Thay đổ i số cƣ̣c máy phát 21 2.4.2.2 Hô ̣p số nhiề u cấ p 21 2.4.2.3 Máy phát cảm ứng hệ số trƣợt thay đổi 21 2.4.2.4 Các hệ thống kế t nố i lƣới gián tiế p 21 2.5 CÔNG SUẤT TRUNG BÌNH TRONG GIÓ 21 2.5.1 Biể u đồ tầ n số gió không liên tu ̣c 22 2.5.2 Hàm số mật độ xác suất vâ ̣n tớ c gió 23 2.5.3 Thố ng kê Weibull và Rayleigh 24 2.5.4 Cơng ś t trung bình gió với thống kê Rayleigh 26 2.6 CÁC CẤU HÌNH HỆ THỐNG BIẾN ĐỔI NĂNG LƢỢNG GIÓ 27 2.6.1 Hê ̣ thố ng biế n đổ i lƣơ ̣ng gió tố c đô ̣ cố đinh 27 2.6.2 Hê ̣ thố ng biế n đổ i lƣợng gió tốc độ thay đổi 28 2.6.2.1 Hê ̣ thố ng biế n đổ i toàn bô ̣ công suấ t (FRC-fully rated converter) 28 2.6.2.2 Hê ̣ thố ng biế n đổ i lƣơ ̣ng gió tố c đô ̣ thay đổ i sƣ̉ du ̣ng DFIG 28 Chƣơng 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC DFIG 3.1 GIỚI THIỆU 30 3.2 ƢU ĐIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG DFIG 30 3.3 VECTOR KHÔNG GIAN 31 3.3.1 Vector không gian 31 3.3.2 Biể u diễn công suấ t theo vector không gian 32 3.4 CÁC PHÉP CHUYỂN ĐỔI HỆ QUI CHIẾU 33 3.4.1 Phép chuyển trục từ hệ qui chiếu abc sang ̣ qui chiế u αβ 34 3.4.2 Phép chuyển trục từ hệ qui chiếu cố định αβ sang ̣ qui chiế u quay dq 35 3.4.3 Phép chuyển đổi Park 36 3.5 MÔ HÌNH TOÁN HỌC DFIG 38 3.5.1 Mô hiǹ h toán ho ̣c DFIG ̣ tru ̣c to ̣a đô ̣ tiñ h αβ 38 3.5.2 Mô hiǹ h toán ho ̣c DFIG ̣ tru ̣c to ̣a đô ̣ dq 42 Chƣơng 4: KỸ THUẬT TÌM KIẾM ĐIỂM CỰC ĐẠI CÔNG SUẤT PHÁT (MPPT) 4.1 GIỚI THIỆU 45 4.2 CÔNG SUẤT KHÍ ĐỘNG HỌC 46 4.3 CÁC VÙNG LÀM VIỆC 48 vi 4.3.1 Vùng I 48 4.3.2 Vùng II 49 4.3.3 Vùng III 50 4.3.4 Vùng IV 50 4.4 ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN MPPT 51 4.4.1 Vùng I 52 4.4.2 Vùng II 52 4.4.3 Vùng III 52 4.4.4 Vùng IV 53 Chƣơng 5: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG TRONG PSCAD VÀ KẾT QUẢ 5.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TURBINE GIÓ KẾT NỐI LƢỚI ĐIỆN 54 5.2 XÂY DƢ̣NG MÔ HÌNH TURBINE GIÓ 54 5.2.1 Khố i WIND PARK 54 5.2.1.1 Mô tả chƣ́c 54 5.2.1.2 Các tín hiệu ngõ vào 55 5.2.1.3 Các tín hiệu 55 5.2.2 KHỐI MÁ Y PHÁ T 57 5.2.2.1 Mô tả 57 5.2.2.2 Các thông số ngõ vào 58 5.2.2.3 Các thông số ngõ 58 5.2.3 KHỐI VSC 59 5.2.3.1 Rotor side converter (bô ̣ chuyể n đổ i phiá rotor) 59 5.2.3.2 Gride side converter (bô ̣ chuyể n đổ i phiá lƣới) 62 5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 65 5.3.1 Giới thiê ̣u tổ ng quan WT Nordex N80/2500Kw 65 5.3.2 Vâ ̣n tớ c gió tăng thêm 2m/s 66 5.3.3 Vâ ̣n tố c gió giảm 2m/s 67 5.3.4 Kế t quả tổ ng hơ ̣p cho vâ ̣n tố c gió tƣ̀ cut in đế n cut out và so sánh với Nordex N80/2500Kw 67 5.3.5 Nhâ ̣n xét kế t quả mô phỏng 72 Chƣơng 6: KẾT LUẬN 6.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYẾT TRONG LUẬN VĂN 73 vii 6.2 ĐỀ XUẤT NHỮNG HƢỚNG NGHIÊN CƢ́U TIẾP THEO 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 viii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CÁC TỪ VIẾT TẮT DFIG Doubly Fed Induction Generator DFIM Doubly Fed Induction Machine FOC Field Oriented Control FRC Fully Rated Converter GSC Grid Side Converter IG Induction Generator MPPT Maximum Power Point Tracking PI Proportional Integral p.u Per Unit PWM Pulse Width Modulation RMS Root Mean Square RSC Rotor Side Converter SG Synchronuos Generator TSR Tip Speed Ratio VSC Voltage Source Converter WECS Wind Energy Convertion System Chỉ số s, e Hệ trục tọa độ tĩnh αβ hệ trục đồng dq T Chuyển vị của ma trận, véctơ Chỉ số dƣới max, maximum, minimum ref, Giá trị điều khiển giá trị đặt KÝ HIỆU vas, vbs, vcs, var, vbr , vcr điện áp pha stator rotor ix ias, ibs, ics, iar , ibr , icr dòng điện stator rotor ψas, ψbs, ψcs, ψar, ψbr, ψcr từ thông stator rotor vαs, vβs, vαr, vβr điện áp stator rotor theo trục α,β iαs, iβs, iαr, iβr dòng stator rotor theo trục α,β ψαs, ψβs, ψαr, ψβr từ thông stator rotor theo trục α,β vds, vqs, vdr, vqr điện áp stator rotor theo trục d,q ids, iqs, idr, iqr dòng stator rotor theo trục d,q ψds,ψqs,ψdr ,ψqr từ thông stator rotor theo trục d,q Udc điện áp dc-link Rs, Rr điện trở dây quấn stator rotor Lls, Llr điện cảm tản stator rotor Ls, Lr điện cảm stator rotor Lm điện cảm từ hóa 𝜔g rated tốc độ đồng của máy phát 𝜔g tốc độ làm việc của máy phát ωr tốc độ cánh quạt kT tỷ số vòng dây stator rotor Te,Tm mômen điện từ mômen p số cặp cực từ J,H mơmen qn tính hệ số qn tính rotor v, vd vận tốc gió trƣớc, sau cánh quạt vb vâ ̣n tố c qua mă ̣t phẳ ng cánh qua ̣t R, A bán kính diện tích quét cánh quạt tuabin ρ, Cρ mật độ khơng khí hiệu suất rotor λ, β Tip speed ratio góc pitch x DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG Bảng 2.1: Mâ ̣t đô ̣ không khí theo nhiê ̣t đô ̣ Bảng 2.2: Mâ ̣t đô ̣ không khí theo áp suấ t (đô ̣ cao so với mƣ̣c nƣớc biể n ) Bảng 2.3: Hê ̣ số ma sát theo điạ hin ̀ h Bảng 2.4: Đặc tính gồ ghề dùng cho biểu thức (2.16) Bảng 5.1: Thông số WT Nordex N80(2,5MW) Bảng 5.2: Kết mô Bảng 5.3: So sánh kết mô với số liệu Nordex N80/2500KW xi TRANG 10 11 66 69 69 Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B Hình 5.15 trình bày điều khiển PWM sin thông thƣờng, đó điện áp pha đƣợc so sánh với dạng sóng tam giác tần số cao để xác định mẫu xung kích Hình 5.15: Bơ ̣ phát xung PWM sin 5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.3.1 Giới thiê ̣u tổ ng quan WT Nordex N80/2500Kw Nordex nhà sản xuất WT hàng đầu toàn giới với 2500 nhân viên Trụ sử Parent Company Nordex SE Langenhorner Chaussee 600, 22419 Hamburg Germany Mô ̣t số sản phẩ m WT nhƣ N77(1,5MW), N80(2,5MW), N90(2,5MW), N100(2,5MW), N117(2,4MW) Trong luâ ̣n văn này sƣ̉ du ̣ng số liê ̣u WT Nordex N80(2,5MW) đƣơ ̣c trin ̀ h bày Bảng 5.1 Bảng 5.3 CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 65 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B Bảng 5.1: Thông số WT Nordex N80(2,5MW) Cánh quạt: Số lá cánh Tố c đô ̣ cánh qua ̣t 10,8 đến 18,9 vịng/phút Đƣờng kính cánh quạt 80 m Diê ̣n tić h cánh qua ̣t 5,026 qm Điề u chỉnh công suấ t Pitch Vâ ̣n tố c gió Cut-in m/s Vâ ̣n tố c gió Cut-out 25 m/s Vâ ̣n tố c gió đinh ̣ mƣ́c 15 m/s Hô ̣p số : Loại Planetary Tỷ số hộp số : 68.7 Máy phát: Công suấ t 2,500 kW Điê ̣n áp 660 V Loại Asynchronous double-fed, liquid-cooled Tớ c ̣ 740-1300 vịng /phút 5.3.2 Vâ ̣n tố c gió tăng thêm 2m/s Giả thiết ban đầu vận tốc gió 10m/s, tố c đô ̣ rotor máy phát ổ n đinh ̣ ta ̣i 1,045±0,001pu (1044±1 vịng/phút) với tớ c ̣ tham chiế u 1,0405pu Sau đó tăng vâ ̣n tố c gió lên 12m/s, tố c đô ̣ rotor máy phát ổ n đinh ̣ ta ̣i 1,249±0,001pu (1249±1 vịng/phút) với tớ c đô ̣ tham chiế u 1,248pu và sau 15s nhƣ Hình 5.16 Hình 5.16: Đáp ƣ́ng tớ c ̣ vâ ̣n tố c gió tăng CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 66 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B 5.3.3 Vâ ̣n tố c gió giảm 2m/s Tƣ̀ giá tri ̣ổ n đinh ̣ nhƣ Hình 5.16, sau đó giảm vâ ̣n tố c gió xuố ng 10m/s tố c đô ̣ rotor máy phát ổ n đinh ̣ ta ̣i 1,040±0,001pu (1040±1 vịng/phút) với tớ c ̣ tham chiế u 1,0405pu và sau 13s nhƣ Hình 5.17 Hình 5.17: Đáp ƣ́ng tố c đô ̣ vâ ̣n tố c gió giảm 5.3.4 Kế t quả tổ ng hơ ̣p cho vâ ̣n tố c gió tƣ̀ cut in đế n cut out so sánh với Nordex N80/2500Kw Tƣ̀ kế t quả mơ phỏng nhƣ Hình 5.16 5.17 cho thấ y tố c đô ̣ máy phát đáp ứng tốt có thay đổi vận tốc gió Các trƣờng hợp ứng với độ thay đổi vận tốc gió cao khó xảy thực tế số kết nghiên cứu đƣợc công bố nhƣ [6] mô với độ thay đổi vận tốc gió 1m/s Để so sánh với số liê ̣u của WT Nordex N 80/2500Kw, tốc độ gió đƣợc thay đổi từ tốc độ cutin 4m/s đến tốc độ cutout 25m/s, lần thay đổi tăng thêm 1m/s nhƣ Hình 5.18 Tốc độ rotor máy phát ổn định thời khoảng 10s với sai số khoảng 0,003pu nhƣ Hình 5.19 Đƣờng cong Cp đa ̣t giá tri ̣lớn nhấ t khoảng vâ ̣n tố c gió tƣ̀ 7m/s đế n 12m/s nhƣ Hình 5.20 góc nghiêng β đƣợc kích hoa ̣t ta ̣i vâ ̣n tố c 13m/s minh họa Hình 5.21 Kết mơ đƣợc thống kê bảng kết mô đƣợc so sánh với số liệu thực tế máy N80/2500KW trình bày bảng Hình 5.22 CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 67 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B Hình 5.18: Tốc độ gió (m/s) Hình 5.19: Đáp ứng tốc độ rotor máy phát (Wref_pu tốc độ tham chiếu, Wpu tốc độ thực rotor) Hình 5.20: Hệ số Cp Hình 5.21: Góc nghiêng cánh quạt β CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 68 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B Bảng 5.2: Kết mơ Tớc đợ gió (m/s) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 25,1 Tốc độ rotor (v/p) 740 740 740 740 832 936 1040 1144 1248 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 Hệ số Cp 0,132 0,317 0,407 0,437 0,438 0,438 0,438 0,438 0,438 0,390 0,314 0,255 0,205 0,175 0,147 0,125 0,107 0,092 0,080 0,070 0,062 0,056 Góc nghiêng β (deg) 0 0 0 0 1,84 7,6 12,5 16,2 19,2 21,7 23,8 25,7 27,3 28,7 30 31,2 32 45 PG (KW) 20 113 250 438 645 918 1263 1688 2200 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 Bảng 5.3: So sánh kết mô với số liệu Nordex N80/2500KW Tốc độ gió (m/s) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 25,1 Kết quả mô Hiêụ suấ t WT PG (KW) 0,102 20 0,292 113 0,376 250 0,414 438 0,409 645 0,409 918 0,410 1263 0,412 1688 0,414 2200 0,370 2500 0,296 2500 0,241 2500 0,198 2500 0,165 2500 0,139 2500 0,118 2500 0,102 2500 0,088 2500 0,076 2500 0,067 2500 0,059 2500 0,052 2500 0 Nordex N80 Hiêụ suấ t WT PG (KW) 0,076 15 0,314 121 0,377 251 0,410 433 0,423 667 0,434 974 0,428 1319 0,409 1675 0,377 2004 0,337 2281 0,292 2463 0,241 2500 0,198 2500 0,165 2500 0,139 2500 0,118 2500 0,102 2500 0,088 2500 0,076 2500 0,067 2500 0,059 2500 0,052 2500 0 Trong bảng 2, hiê ̣u suấ t WT đƣơ ̣c tin ́ h nhƣ sau: CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 69 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Hiê ̣u suấ t WT = Khóa 2010-2012B PG P Gio =1 PG ρ.Av Hình 5.22: So So sánh kết mơ với số liệu Nordex N80/2500KW Hình 5.22 cho thấ y đƣờng cong công suấ t phát và hiê ̣u suấ t theo vâ ̣n tố c gió kết mô tƣơng đƣơng với máy Nordex N 80 Ở k ết mô , máy đạt định mức vận tốc gió thấp máy Nordex N 80 điều ƣu điể m quan tro ̣ng Máy sinh lƣợng công suất hàng năm lớn khu vƣ̣c có mâ ̣t đô ̣ xác suấ t gió có vâ ̣n tố c tƣ̀ 11m/s đế n 15m/s cao CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 70 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B Hình 5.23: Kết vùng làm việc DFIG Hình 5.23 mô tả la ̣i các vùng làm viê ̣c theo kế t quả mô phỏng cho thấy không có vùng III tốc độ gió 13m/s, tốc độ rotor máy phát đạt giá trị cho phép lớn đồng thời công suất phát PG đạt định mức CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 71 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B 5.3.5 Nhâ ̣n xét kế t quả mô phỏng Phạm vi hoạt động WT sử dụng máy phát DGIF rộng, tốc độ gió từ 4m/s đến 25m/s Công suất sinh thuật toán đề xuất phẳng lƣợng cơng suất sinh tƣơng Nordex N80/2500KW, nhiên máy đạt định mức tốc độ gió 13m/s so với Nordex N80/2500KW 15m/s và lƣơ ̣ng công suấ t sinh hàng năm lớn khu vực thƣờng xuyên xuất gió có vận tốc thấp tƣ̀ 11m/s đế n 15m/s CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 72 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B Chƣơng KẾT LUẬN 6.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYẾT TRONG LUẬN VĂN Luận văn giải vấn đề sau: Tìm hiểu ứng dụng nguyên lý hoạt động DFIG cấu hình hệ thống biến đổi lƣợng gió tốc độ thay đổi Mơ hình hóa DFIG đề xuất đƣợc thuật toán mới, đơn giản cho viê ̣c tìm kiế m điể m cƣ̣c đa ̣i cơng suấ t phát MPPT Chƣ́ng minh đƣơ ̣c tính đắn ƣu điểm phƣơng pháp đề xuất qua so sánh kết phƣơng pháp đề xuất với số liệu thực tế máy Nordex N80/2500 KW 6.2 ĐỀ XUẤT NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 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 su ̣ng bô ̣ điề u khiể n PI và các ̣ số của bô ̣ điề u khiể n này đƣơ ̣c xác đinh ̣ theo kinh nghiê ̣m Để nâng cao chấ t lƣơ ̣ng điề u khiể n , đề xuất thay điề u khiể n PI bằ ng nhƣ̃ng bô ̣ điề u khiể n khác hoă ̣c bô ̣ điề u khiể n PI với các thông số đƣơ ̣c tinh chỉnh trƣ̣c tiế p bằ ng bô ̣ điề u khiể n mờ Luâ ̣n văn chỉ đề câ ̣p vấ n đề WT kế t nố i lƣới điê ̣n ta ̣i mô ̣t nút nguồ n vô ̣n mà chƣa kết nối với mô hình lƣới điê ̣n thƣ̣c tế Để thấ y rõ ảnh hƣởng của WT kế t nố i lƣới , đề xuất xây dựng mô hình lƣới điện thực tế xét mức độ ảnh hƣở ng WT vận hành với nguồn gió thay đổi liên tục CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 73 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] PGS.TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc , “Kỹ thuật điện 2”, Nhà xuất Đa ̣i ho ̣c Quố c gia TP Hờ Chí Minh [2] Dƣơng Hồi Nghĩa “Điều Khiển Hệ Thống Đa Biến” NXB ĐHQG Tp.HCM-2007 TIẾNG NƢỚC NGOÀI [3] Gilbert M Masters, “Renewable and Efficient Electric Power Systems” John Wiley & Sons, Inc- 2005 [4] B.Rabelo, W.Hofmann “Optimised Power Flow on Doubly-Fed Induction Generators for Wind Power Plants” Proceedings of PEMC'2000, pp.275-282, Kosice [5] 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 [6] Shabani, A Deihimi, “A New Method of Maximum Power Point Tracking for DFIG Based Wind Turbine”, Power system conference 2010 [7] T Ackermann, “Wind Power in Power Systems”, New York, UK: John Wiley &Sons, 2005 [8] 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 [9] Olimpo Anaya-Lara, Nick Jenkins, Janaka Ekanayake, Phill Cartwright, Mike Hughes, “Wind energy generation Modelling and Control”, John Wiley & Sons Ltd, 2009 [10] Siegfried Heier, “Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems”, John Wiley & Sons Ltd, 1998, ISBN 0-471-97143-X [11] Magdi Ragheb and Adam M Ragheb, “Wind Turbines Theory - The Betz Equation and Optimal Rotor Tip Speed Ratio” [12] 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 CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 74 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B [13] 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 [14] Changhong Shao, Xiangjun Chen and Zhonghua Liang, “Application Research of Maximum Wind-energy Tracing Controller Based Adaptive Control Strategy in” WECS, IPEMC 2006 [15] Dr Ani Gole, “Vector Controlled Doubly Fed Induction Generator for Wind Applications”, Dept of Electrical and Computer Eng., University of Manitoba CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 75 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B CHƯƠNG - 1 1.1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN - 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 1.6 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN - 1.7 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - 1.8 PHÁC THẢO NỘI DUNG LUẬN VĂN - CHƯƠNG - 2.1 NĂNG LƯỢNG GIÓ 2.1.1 HIệU CHỉNH THEO NHIệT Độ CHO MậT Độ KHƠNG KHÍ 2.1.2 HIệU CHỉNH THEO Độ CAO SO VớI MựC NƯớC BIểN CHO MậT Độ KHƠNG KHÍ - 2.2 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CAO THÁP 10 2.3 HIỆU SUẤT VÀ CÔNG SUẤT CỦA CÁNH QUẠT. - 12 2.3.1 HIỆU SUÂT́ LỚ N NHÂT́ CỦ A CÁ NH QUẠT 12 2.3.2 ĐƯỜNG CONG CÔNG SUẤT TURBINE GIÓ LÝ TƯỞNG. - 17 2.4 KIỂM SOÁT TỐC ĐỘ CHO CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI 19 2.4.1 Sự ảNH HƯởNG CủA TốC Độ CÁNH QUạT THAY ĐổI 19 2.4.2 CÁC GIẢI PHÁP KIỂM SOÁT TỐC ĐỘ - 21 2.4.2.1 Thay đổi số cự c của máy phát 21 2.4.2.2 Hộp số nhiều cấp 21 2.4.2.3 Máy phát cảm ứng hệ số trượt thay đổi 21 2.4.2.4 Các hệ thống kết nối lưới gián tiếp - 21 2.5 CƠNG SUẤT TRUNG BÌNH TRONG GIĨ - 21 2.5.1 BIểU Đồ TầN Số GIĨ KHƠNG LIÊN TụC 22 2.5.2 HÀM Số MậT Độ XÁC SUấT VẬ N TỚC GIĨ - 23 2.5.3 THốNG KÊ WEIBULL VÀ RAYLEIGH 24 2.5.4 CÔNG SUấT TRUNG BÌNH TRONG GIĨ VớI THốNG KÊ RAYLEIGH - 26 CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 76 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B 2.6 CÁC CẤU HÌNH HỆ THỐNG BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ - 27 2.6.1 Hệ THốNG BIếN ĐổI NĂNG LƯợNG GIÓ TốC Độ Cố ĐịNH 27 2.6.2 Hệ THốNG BIếN ĐổI NĂNG LƯợNG GIÓ TốC Độ THAY ĐỔI - 28 2.6.2.1 Hệ thống biến đổi tồn cơng suất (FRC- fully rated converter) 28 2.6.2.2 Hệ thống biến đổi lượng gió tốc độ thay đổi sử dụng DFIG 28 CHƯƠNG - 30 30 3.1 GIỚI THIỆU 30 ̉ CỦA VIỆC SỬ DỤNG DFIG 30 3.2 ƯU ĐIÊM 3.3 VÉCTƠ KHÔNG GIAN. 31 3.3.1 VECTOR KHÔNG GIAN - 31 3.3.2 BIểU DIễN CÔNG SUấT THEO VÉCTƠ KHÔNG GIAN - 32 ̉ ĐỔI HỆ QUI CHIÊU ́ 33 3.4 CÁC PHÉP CHUYÊN ́ ΑΒ 34 3.4.1 PHÉP CHUYỂN TRỤC TỪ HỆ QUI CHIẾU ABC SANG HỆ QUI CHIÊU 3.4.2 PHÉP CHUYểN TRụC Từ Hệ QUY CHIếU Cố ĐịNH ΑΒ SANG Hệ QUY CHIếU QUAY DQ. 35 3.4.3 PHEP CHUYểN DổI PARK ( PARK TRANSFORMATION) - 36 3.5 MÔ HÌNH TOÁN HỌC DFIG. - 38 3.5.1 MƠ HÌNH TỐN HọC DFIG TRONG Hệ TRụC TọA Độ TĨNH ΑΒ - 38 3.5.2 MÔ HÌNH TỐN HọC DFIG TRONG Hệ TRụC TọA Độ ĐồNG Bộ DQ 42 CHƯƠNG - 45 45 4.1 GIỚI THIỆU. - 45 4.2 CƠNG SUẤT KHÍ ĐỘNG HỌC. - 46 4.3 CÁC VÙNG LÀM VIỆC 48 4.3.1 VÙNG I 48 4.3.2 VÙNG II 49 4.3.3 VÙNG III - 50 4.3.4 VÙNG IV - 50 4.4 ĐỀ XUẤT THUẬ T TOÁN MPPT - 51 4.4.1 VÙNG I - 52 4.4.2 VÙNG II 52 CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 77 HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B 4.4.3 VÙNG III - 52 4.4.4 VÙNG IV - 53 CHƯƠNG - 54 54 5.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TURBINE GIÓ KÊT́ NỐI LƯỚI ĐIỆN - 54 5.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TURBINE GIÓ - 54 5.2.1 KHỐI WIND PARK - 54 5.2.1.1 Mô tả chức 54 5.2.1.2 Các tín hiệu ngõ vào 55 5.2.1.3 Các tín hiệu 55 5.2.2 KHỐI MÁY PHÁT - 57 5.2.2.1 Mô tả - 57 5.2.2.2 Các thông số ngõ vào. - 58 5.2.2.3 Các thông số ngõ - 58 5.2.3 KHỐI VSC 59 5.2.3.1 Rotor side converter (bợ chủn đởi phía rotor) 59 5.2.3.2 Gride side converter (bợ chủn đởi phía lướ i) 62 5.3 KÊT́ QUẢ MÔ PHỎNG - 65 5.3.1 GIỚ I THIỆU TỔNG QUAN WT NORDEX N80/2500KW - 65 5.3.2 VẬN TỚC GIĨ TĂNG THÊM 2M/S - 66 5.3.3 VẬN TỚC GIĨ GIẢM ĐI 2M/S - 67 5.3.4 KẾT QUẢ TỔNG HỢP CHO VẬ N TỐC GIÓ TỪ CUT IN ĐẾN CUT OUT VÀ SO SÁ NH VỚ I NORDEX N80/2500KW 67 5.3.5 NHẬ N XÉT KÊT́ QUẢ MÔ PHỎ NG 72 CHƯƠNG - 73 73 6.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYÊT́ TRONG LUẬ N VĂN - 73 ́ THEO - 73 6.2 ĐỀ XUẤT NHỮNG NGHIÊN CỨ U TIÊP CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc 78 HVTH: Châu Minh Đa ̣o ... tổng công suất phát, nghĩa giảm đƣợc tổn hao linh kiện điện tử cơng suất so với cấu hình phải biến đổi tồn cơng suất phát nhƣ hệ thống biến đổi lƣợng gió sử dụng máy phát đồng (SG) Với ƣu điểm. .. trên, máy phát không đồng DFIG xem giải pháp cho hệ thống biến đổi lƣợng gió tốc độ thay đổi 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Đề xuất kỹ thuật mới, đơn giản cho viê ̣c tìm kiếm điểm điểm cực đại công suất. .. 2.6.2.1 Hệ thống biến đổi tồn cơng suất (FRC- fully rated converter) Cấu hình hệ thống Hình 2.18 đƣợc trang bị biến đổi công suất đặt stator máy phát lƣới điện, máy phát có thể IG SG Với cấu