(Luận văn thạc sĩ hcmute) khảo sát các vấn đề liên quan đến năng lượng gió; turbine gió; hệ máy phát gió làm việc với lưới điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN KHÁNH KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG GIÓ: KHẢO SÁT CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG TRONG GIÓ; TURBINE GIÓ; HỆ MÁY PHÁT GIÓ LÀM VIỆC VỚI LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 1 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN KHÁNH KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG GIÓ: KHẢO SÁT CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG TRONG GIÓ; TURBINE GIÓ; HỆ MÁY PHÁT GIÓ LÀM VIỆC VỚI LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN - 095525 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ VĂN KHÁNH KỸ THUẬT NĂNG LƯỢNG GIÓ: KHẢO SÁT CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG TRONG GIÓ; TURBINE GIÓ; HỆ MÁY PHÁT GIÓ LÀM VIỆC VỚI LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN - 095525 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU PHÚC Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013 Luan van CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : ………….………………………………………….……………………………… …………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1……………………………………………………… .………………………… …………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên,, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2:………………………………………………………… ………………………… ……………………………………………………………………………………… (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Ngày tháng năm Luan van 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 cơng 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 dịng stator rotor theo trục α,β từ thơng stator rotor theo trục α,β điện áp stator rotor theo trục d,q dòng stator rotor theo trục d,q từ thông 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 vịng dây stator rotor góc vị trí stator rotor [elec.rad ] mơmen điện từ mơmen cơng 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 qn 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 Luan van 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 cơng 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, 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 Luan van 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, 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 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 Ngồi 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 ô 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 Luan van 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) công 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) cơng suất phản kháng Q(Mvar) công 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 Luan van 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 – công 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 công 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 công 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 vòng cách điều khiển vectơ (a) Điều khiển vòng 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 không giảm 3-46 HVTH: Lê Văn Khánh 6-115 Luan van 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 không giảm máy phát điện đồng thay đổi bƣớc moment xoắn đầu vào với phƣơng pháp điều khiển vectơ) 3-47 Hình 3.13 Dịng 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 cơng 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 mô-ment xoắn, (b) Công 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 Thông 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 dòng giới hạn 4-82 Hình 4.18 Thơng số điều khiển dòng chung 4-83 Hình 4.19 Mơ hình hoàn 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 Luan van Luận Văn Thạc Sĩ CBHD: PGS TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 4.22 Mơ hình hồn chỉnh psc 4-85 Hình 5.1 Mơ hình kết nối Turbin gió Máy phát đồng 5-87 Hình 5.2 Mơ hình công 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 công suất P(MW) biểu thị theo vận tốc 5-94 Hình 5.9 Biểu đồ công suất phản kháng Q(Mvar) biểu thị theo vận tốc 5-94 Hình 5.10 Biểu đồ công suất P(MW) biểu thị theo vận tốc 5-96 Hình 5.11 Biểu đồ công 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 công 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 công suất phản kháng Q(Mvar) biểu thị theo vận tốc 4m/s-25m/s 5-110 HVTH: Lê Văn Khánh 6-117 Luan van 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