Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng quan cấu trúc đầy đủ của một hệ thống Wind Turbine nối lưới, sử dụng nhiều loại máy phát cũng như các bộ biến đổi điện tử công suất khác nhau. • Xây dựng cấu trúc điều khiển cho máy phát điện PMSG: điều khiển dòng điện, điều khiển tốc độ. • Xây dựng cấu trúc, thuật toán điều khiển bộ biến đổi ACAC Multilevel, lựa chọn bộ biến tần ma trận 3x3 (Matrix Converter 3x3) sử dụng cho bài tập lớn.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN ********** ĐỀ TÀI: Wind turbine(AC-AC converter) – PMSG – nguồn cung cấp cơng suất cho tải địa phương có nối lưới, tốc độ gió định mức Hà Nội, – 2021 Nội dung CHƯƠNG Tổng quan hệ thống phát điện sức gió 1.1 Trình bày cấu trúc hoạt động, nguyên lý phát điện sức gió .6 1.1.1 Cấu tạo động turbine điện gió 1.1.2 Nguyên lý hoạt động phát điện sức gió 1.1.3 Cấu trúc hệ thống phát điện sức gió .8 1.2 Phân tầng điều khiển toán điều khiển 1.2.1 Tầng điều khiển giám sát 10 1.2.2 Tầng điều khiển turbin gió 10 1.2.3 Tầng điều khiển biến đổi điều khiển công suất .11 CHƯƠNG Mơ hình tốn học mơ hình mơ hệ thống 13 2.1 Mơ hình tốn học turbine gió 13 2.2 PMSG Generator 14 CHƯƠNG Thiết kế điều khiển Wind turbine(AC-AC converter) – PMSG – nguồn cung cấp công suất cho tải địa phương có nối lưới, tốc độ gió định mức 16 3.1 Thuật tốn điều khiển góc cánh quạt (pitch angle control) 16 3.2 Bộ biến đổi AC-AC multi level 18 3.2.1 Biến tần trực tiếp 18 3.2.2 Phương pháp biến điệu vector không gian 19 3.2.3 Mơ hình tốn học biến tần ma trận 20 3.2.4 Phương pháp điều chế vector không gian trực tiếp 21 CHƯƠNG MÔ PHỎNG TRÊN PHẦN MỀM MATLAB 34 4.1 Xây dựng mô hệ thống Matlab 34 4.1.1 Mơ hình turbine gió 34 4.1.2 Khâu điều khiển góc pitch 34 4.1.3 2-Mass Drive Train 35 4.1.4 Khâu điều chế SVM 35 4.1.5 Matrix Converter 3x3 36 4.1.6 Mô hệ thống Wind Turbine .37 4.2 Kết mô đánh giá 37 4.2.1 Pitch angle controller 38 4.2.2 Góc pitch 39 4.2.3 Tốc độ roto 39 4.2.4 Điện áp phía lưới 40 4.2.5 Dòng điện lưới .41 4.2.6 Điện áp tải 41 CHƯƠNG Kết luận 42 5.1 Các kết đạt 42 5.2 Một số đề xuất phát triển đề tài 42 Danh mục hình ảnh Hình Cấu tạo tuabin gió Hình Các thành phần hệ thống phát điện sức gió Hình Sơ đồ cấu trúc điều khiển Hình Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió 10 Hình Tầng điều khiển biến đổi điện tử cơng suất 11 Hình Mơ hình hóa wind turbine matlab simulink 14 Hình Mô máy phát simulink 15 Hình Bộ điều khiển PI cho pitch angle control 16 Hình Sơ đồ MC trực tiếp 18 Hình 10 Lưu đồ thuật toán điều chế vector không gian 19 Hình 11 Sơ đồ cấu trúc MC 20 Hình 12 Trạng thái van trường hợp (abb) 22 Hình 13 Các tổ hợp van matrix converter 23 Hình 14 (a) Vectơ không gian điện áp ra; (b) Vectơ khơng gian dịng điện vào 25 Hình 15 Quá trình chuyển mạch pha 33 Hình 16 Mơ hình hóa Wind Turbine Matlab – Simulink 34 Hình 17 Mạch vịng điều khiển góc 35 Hình 18 Khâu chuyển đổi momen 35 Hình 19 Khâu điều chế xung điều khiển SVM 35 Hình 20 Mô hình Matrix Converter 3x3 36 Hình 21 Một nhánh van IGBT 36 Hình 22 Mô đầy đủ hệ thống Wind Turbine 37 Hình 23 Wind Speed 38 Hình 24 Góc pitch 39 Hình 25 Tốc độ rotor 39 Hình 26 Điện áp phía lưới( pha ) 40 Hình 27 Dòng điện lưới 41 Hình 28 Điện áp tải 41 CHƯƠNG Tổng quan hệ thống phát điện sức gió 1.1 Trình bày cấu trúc hoạt động, nguyên lý phát điện sức gió 1.1.1 Cấu tạo động turbine điện gió Động Tuabin điện gió xem máy phát điện sử dụng sức gió Chi tiết quan trọng chiếc motor điện Thiết bị dùng cánh quạt với nam châm có độ để đón lấy gió Tuabin bao gồm: Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió Chúng có trách nhiệm truyền liệu tốc độ gió tới phận điểu khiển Blades: Đây cánh quạt, gió thổi tạo lực vào cánh quạt Làm quay trục động tuabin sau dẫn tới chuyển động liên hồn hệ thống tuabin điện gió Brake: Bộ hãm (hay gọi phanh), chúng dùng để dừng hoạt động motor trường hợp khẩn cấp Rotor: Bộ phận bao gồm cánh quạt trục Controller: Bộ điều khiển Gear box: Bộ phận hộp số Trong phần này, phần bánh hệ thống nối với trục tốc độ cao trục tốc độ thấp Bánh thiếu chúng đắt tiền Generator: Bộ phận máy phát để phát nguồn điện High – speed shaft: Là trục chuyển động tốc độ cao máy phát Low – speed shaft: Ngược với High – speed shaft trục chuyển động tốc độ thấp Nacelle: Đây phần vỏ động Bao gồm lớp vỏ bọc vỏ Rotor Được dùng để làm lớp bảo vệ, che chở cho thành phần chi tiết cấu tạo bên động Pitch: Đây phận giữ cho rotor tạo điện chúng quay gió Hình Cấu tạo tuabin gió 1.1.2 Nguyên lý hoạt động phát điện sức gió Các turbine gió sẽ hoạt động, chuyển lượng gió thành lượng học phát điện Turbine gió đặt trụ cao để đón lượng gió giúp tốc độ quay nhanh hơn và ít bị luồng gió bất thường Turbin gió thiết bị tạo điện cách quay máy phát lượng biến đổi thông qua cánh hộp đổi tốc Để giữ cho máy phát quay với tốc độ ổn định bất chấp thay đổi cảu tốc độ gió góc mở cánh phải điều khiển theo tốc độ gió Đây chế tạo lượng tái tạo Nguồn điện từ lượng gió nhằm phục vụ cho người để sử dụng cho thiết bị đời sống sinh hoạt 1.1.3 Cấu trúc hệ thống phát điện sức gió Các thành phần hệ thống phát điện sức gió gồm cánh turbin, thiết bị biến đổi cơng suất, máy phát hệ thống điều khiển công suất (PCS) Hình Các thành phần hệ thống phát điện sức gió Trong đó: - Blade (cánh quạt): quay với gió, làm nhiệm vụ biến lượng gió thành động - Gearbox (hộp đổi tốc): Biến đổi tốc độ quay thấp turbine thành tốc độ quay lớn nhiều máy phát - Generator (máy phát): Biến đổi lượng thành lượng điện - Các biến đổi điện tử công suất: Biến đổi điện sinh máy phát thành dạng điện có chất lượng theo yêu cầu người tiêu dùng Hình Sơ đồ cấu trúc điều khiển 1.2 Phân tầng điều khiển toán điều khiển Các mục tiêu điều khiển hệ thống phát điện sức gió: Giữ cho hệ thống an toàn Tối ưu lượng phát Điều khiển công suất tác dụng, công suất phản kháng, tần số lưới Giới hạn tốc độ quay momen rotor Giới hạn rung lắc, nhiễu, hiệu ứng “bóng râm” Giới hạn số lực, momen turbine Cấu trúc điều khiển tầng: Hình Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió Hệ thống phát điện sức gió thực điều khiển tầng: Tầng điều khiển giám sát, tầng điều khiển turbine gió tầng điều khiển biến đổi điều khiển công suất 1.2.1 Tầng điều khiển giám sát Tầng điều khiển giám sát mang tính chất điều độ Tại người vân hành đưa yêu cầu công suất cho phù hợp truyền công suất lưới 1.2.2 Tầng điều khiển turbin gió Tầng điều khiển turbin gió có chức điều khiển góc cánh, điều khiển tốc độ quay Tùy vào tốc độ gió ta có phương pháp điều khiển khác nhau: Khi tốc độ gió > tốc độ định mức: Điều khiển góc cánh quạt (Pitch angle control) Cơng suất đầu điều khiển cách thay đổi góc nghiêng cánh quạt Góc nghiêng điều khiển thơng qua áp lực dầu Tuy nhiên, hệ thống bị phá hủy gió to 10