Chiến lược điều khiển turbine gió để công suất ngõ ra cực đại

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐINH THỊ HÀ CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN TURBINE GIÓ ĐỂ CÔNG SUẤT NGÕ RA CỰC ĐẠI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP Hồ Chí Minh – 2011 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI ĐINH THỊ HÀ CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN TURBINE GIĨ ĐỂ CƠNG SUẤT NGÕ RA CỰC ĐẠI Chuyên ngành: Tự Động Hóa Mã số: 60.52.60 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THANH HẢI TP Hồ Chí Minh - 2011 TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên học viên: Đinh Thị Hà Năm sinh: 30-11-1978 Cơ quan công tác: Trường Cao Đẳng Giao Thông Vận Tải Khố: K17 Chun ngành: Tự Động Hóa Mã số: 605260 Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Thanh Hải Bộ môn: Điều khiển học Tên đề tài luận văn: Chiến Lược vận hành turbine gió để cơng suất ngõ cực đại Mục đích nghiên cứu đề tài: Phân tích phương thức hoạt động, điều khiển loại turbine gió, khảo sát hành vi turbine gió tốc độ cố định máy phát khơng đồng turbine gió tốc thay đổi máy phát cảm ứng nguồn đôi DFIG (Doubly Fed Induction Generator) kết nối lưới điện, so sánh đáp ứng hai loại turbine gió với thay đổi vận tốc gió Phương pháp nghiên cứu kết đạt được:  Giới thiệu lịch sử phát triển lượng gió, tình hình sử dụng điện gió triển vọng tương lai  Phân tích lượng gió, đường cong cơng suất turbine gió, cấu tạo turbine gió, cơng suất thu turbine gió, truyền động hiệu suất máy phát  Xây dựng mơ hình gió, mơ hình rotor turbine gió, mơ hình truyền động, mơ hình máy điện, mơ hình máy phát, mơ hình chuyển đổi cơng suất, điều khiển AC, biến đổi nguồn điện áp vịng khóa pha  Trình bày vấn đề chung kết nối turbine gió với lưới điện, chiến lược điều khiển công suất tối ưu  Thực mơ tổ máy phát điện turbine gió máy điện khơng đồng turbine gió tốc độ thay đổi máy điện DFIG kết nối lưới điện So sánh đáp ứng tổ turbine gió máy phát khơng đồng tổ turbine gió máy phát DFIG với thay đổi vận tốc gió Điểm bình qn mơn học: Điểm bảo vệ luận văn: Ngày tháng năm 2011 Học viên Xác nhận cán hướng dẫn: Xác nhận Bộ môn: Đinh Thị Hà LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, đời sống nhân dân ta coi "đủ no", địi hỏi nhiều nhu cầu Đó khơng nhu cầu mặt tinh thần, vật chất đơn giản mà địi hỏi trình độ cao hơn, tiên tiến , hiên đại Ở thời kỳ mà kinh tế tiến hành CNH, HĐH tiến tới năm 2020 nước công nghiệp phát triển Việt Nam có nhiều sách đầu tư phát triển để khuyến khích ngành cơng nghiệp nước phát triển Đồng thời nhu cầu người dân đổi tiến dần theo hướng đại giới Song song với phát triển địi hỏi nguồn lượng điên vô lớn, mà nguồn lượng tái tao ngày cạn kiệt Vì khơng việt nam mà quốc gia giới nghiên cứu khái thác nguồn lượng từ thiên nhiên Đó nguồn lượng gió ,một nguồn lương vơ tận mà thiên nhiên ban tặng cho người MỤC LỤC Trang Tờ bìa Trích yếu luận văn cao học……………………………….…………………… i Lời nói đầu …………………………….…………………………………… i Mục lục………………………………………………………………………iii Danh mục hình vẽ, đồ thị …………………………….……………… ….vi MỞ ĐẦU CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu………………………………………… ………………….…… 1.1.1 Lịch sử phát triển lượng gió ……………… ………………….… 1.1.2 Tình hình sử dụng điện gió triển vọng tương lai 1.1.3 Tiềm tình hình khai thác điện gió Việt nam…………… ……3 1.1.4 Tình hình khai thác điện gió Việt Nam …………… 1.2 Cơ sở chuyển đổi lượng gió ………… ………………….…… 1.2.1 Sự hình thành lượng gió ……………… ………………….…… 1.2.2 Năng lượng gió …………………… ………………….……… 1.2.3 Đường cơng suất turbine gió ……… ………………….…….… 11 1.2.4 Cơng suất thu turbine…………………… ………….…… 12 1.2.5 Các thành phần máy phát điện gió……………………….…… 14 1.2.5.1 Tháp……………………………………… ……….…… 14 1.2.5.2 Cấu tạo turbine gió………………………….………….…… 14 1.2.5.2.1 Turbine gió trục đứng…………………… ……………… 14 1.2.5.2.2 Turbine gió trục ngang………………… ……………… 15 1.2.6 Hộp số……………………………………………………….…… 16 1.2.7 Máy phát……… ………………………………………… …… 17 1.2.8 Sự truyền động hiệu suất máy phát………………….…… 14 1.3 Tính cần thiết đề tài………….…… ……………….…… ……… ……19 1.4 Phạm vi ngiên cứu đề tài ……………………………… …….…… … 19 1.4.1 Đối tượng nghiên cứu……………………….…… ………….…….…19 iii 1.4.2 Phạm vi nghiên cứu……………………….……………………… …20 1.5 Các cơng trình liên quan ……………………………………………… …….21 CHƯƠNG II: XÂY MƠ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIĨ 2.1 Mơ hình gió ……………………………………… ……………… ………23 2.2 Mơ hình rotor turbine gió …………………………………………… … …23 2.3 Mơ hình truyền động ….………………………… … …… … …………19 2.4 Mơ hình máy điện ……………………………… …….………… …… …24 3.4.1 Mơ hình máy phát điện khơng đồng bộ….…….…….… ……………….24 3.4.2 Mơ hình máy điện không đồng nguồn đôi …… ……………………28 2.5 Mô hình chuyển đổi cơng suất…………………………………… ……….34 2.5.1 Bộ điều khiển AC………………….………………… …………………34 2.5.2 Các biến đổi nguồn điện áp (VSC)…….………………………………39 2.6 Phân tích đặc trưng máy phát điện gió khác so với máy điên thơng thường… …….………………………………………………………………… 44 2.7 Kết luận……….………………… ………………… …… …….… 48 CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ 3.1 kết nối turbine gió với lưới điện .……………….49 3.1.1 Những tác động turbine gió lên lưới điện …… ………… 49 3.1.1.1 Hiện tượng dao động điện áp .41 3.1.1.2 Hiện tượng chập chờn…………………… ……………… …41 3.1.1.3 Hiện tượng sóng hài……………………… …… ……… ……41 3.1.1.4 Hiện tượng cô lập máy phát 41 3.1.2 Các cách thức hoạt động turbine gió ………………… …… 42 3.1.2.1 Turbine gió tốc độ cố định 50 3.1.2.2 Turbine gió tốc độ thay đổi 51 3.1.3 So sánh hệ thống máy phát điện turbine gió 52 3.1.4 Các cách thức kiểm sốt cơng suất ngõ vào ……… … .… …45 3.1.4.1 Điều khiển góc pitch…………………… …………… … …52 3.1.4.2 Điều khiển lược bớt thụ động………………………… ….… 53 3.1.4.3 Điều khiển lược bớt chủ động………………….…………………53 iv 3.1.5 Hệ thống điều khiển góc pitch điều chỉnh hướng turbine… ………54 3.1.6 Tương quan tốc độ công suất ngõ turbine gió 55 3.1.7 Điều khiển cơng suất tác dụng công suất phản kháng máy phát DFIG58 3.1.7.1 Cơ sở lý thuyết việc điều khiển……………………… …… 58 3.1.7.2 Điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng ……….58 3.1.8 Chiến lược vận hành công suất cực đại turbine gió tốc độ thay đổi máy phát DFIG…… …………….…… ……………61 3.1.8.1 Điều khiển tốc đội ……………… …… ……62 3.1.8.2 Điều khiển tối ưu tỉ số ………… …………… ……63 3.1.8.3 Điều khiển bám đỉnh công suất ……… ……………64 3.1.8.4 Điều khiển tối ưu công suật ……………… ……… 65 3.1.9 Kết luận… …………….…… ……………66 CHƯƠNG IV MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN 4.1 Kết nối turbine gió tốc độ cố định máy phát khơng đồng kết nối lưới điện 67 4.1.1 Thay đổi độ trượt……………… …… ………………………… 68 4.1.1 Thay đổi số đôi từ cực……………… …………….…… .… 68 4.2 Kết nối turbine gió tốc độ thay đổi máy phát DFIG với lưới điện…………….68 4.3 Q trình mơ máy phát điện gió thực môi trường matlab/Simulink 71 4.3.1 Mô tổ máy phát điện turbine gió máy phát điện không đồng kết nối lưới điện……… …………………….……………………………………………72 4.3.1.1 Giới thiệu tả mơ hình ……………………………… ……….…….72 4.3.1.2 Mơ turbine gió đáp ứng với thay đổi vận tốc gió… …….81 4.3.1.3 Mơ tổ máy phát điện turbine gió tốc độ thay đổi sử dụng máy điện không đồng nguồn đôi DFIG kết nối lưới điện… ……… ………… 85 4.3.1.4 Mơ turbine gió đáp ứng với thay đổi vận tốc gió….…… …92 4.4 So sánh đáp ứng tổ turbine gió máy phát khơng đồng tổ turbine gió máy phát DFIG với thay đổi vận tốc gió……………….……………….….96 4.5 Phân tích kết luận kết mô phỏng……… ……… ……….….97 4.5.1 Đáp ứng tổ turbine gió máy phát khơng đồng tổ turbine gió máy phát DFIG với thay đổi vận tốc gió …………………… …………… 102 v 4.5.2 Đáp ứng hệ thống điều chỉnh góc pitch……….……………… 102 4.5.3 Đáp ứng với xáo động turbine gió máy phát DFIG…….… …… 103 4.5.4 Đáp ứng với xáo động turbine gió tốc độ số…….……………104 Kết luận hướng phát triển đề tài………………………………………….106 Lời cảm ơn…….…………… ………………… …………………… …….…109 Tài liệu tham khảo…….……………………………… ………………… ….110 vi Luận văn cao học Chương III : Phương pháp điều khiển CS hệ thống máy phát điện gió Từ (3.13) (3.14) ta thấy công suất tác dụng Ps công suất phản kháng Qs đầu cực stator điều khiển độc lập thông qua idse iqse Nếu điện áp lưới xem không đổi, từ (3.13) (3.14) nhận thấy mục tiêu điều khiển độc lập cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng hồn toàn tương đương với mục tiêu điều khiển độc lập hai thành phần dòng điện stator Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stator thường có giá trị nhỏ với máy phát công suất lớn Khi giá trị xác lập, thành phần đạo hàm biểu thức (3.7) triệt tiêu ta vse  Rs ise  j s se  d se  j s se dt (3.15) Nghĩa vector điện áp vector từ thông stator vng góc với Ta có giản đồ Hình 3.10 β q ωs d v e dr v  us e ds θs α  qse   se Hình 3.10 Giản đồ vector điện áp lưới vector từ thông statorở chế độ xác lập bỏ qua điện trở stator  dse  , qse   se (3.16) Từ (3.10)(3.11) (3.15) CBHD: TS Nguyễn Thanh Hải _ HVTH: Đinh Thị Hà 72 Luận văn cao học Chương III : Phương pháp điều khiển CS hệ thống máy phát điện gió  dse  L s idse  L m idre   e e e e  qs  L s iqs  L m iqr   s (3.18) Ta nhận Lm e e ids   L idr  s  i e  ( e  L i e ) m qr  qs L s qs (3.19) Khi cơng suất tác dụng Ps , cơng suất phản kháng Qs momen điện từ Te viết lại 3 Lm e Ps  us idse   u s idr 2 Ls (3.20) L  Qs   u s ( qs  m iqre ) Ls Ls (3.21) e Te   Lm e e p  qs idr Ls (3.22) Ta nhận thấy Do  qse   se có modul số  se  us s Với us ωs điện áp tần số lưới xem không đổi Theo (3.20) (3.21) ta thấy công suất tác dụng Ps cơng suất phản kháng Qs điều khiển độc lập thông qua idre iqre Như điều khiển độc lập công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát DFIG cách điều khiển dòng điện rotor idre iqre dòng điện rotor idse iqse Quá trình điều khiển thực cách tác động lên biến đổi công suất, để điều chỉnh thành phần dòng điện CBHD: TS Nguyễn Thanh Hải _ HVTH: Đinh Thị Hà 73 Luận văn cao học Chương III : Phương pháp điều khiển CS hệ thống máy phát điện gió 3.1.8 Chiến lược vận hành cơng suất cực đại turbine gió tốc độ thay đổi máy phát DFIG Ở khía cạnh kinh tế, thiết kế vận hành hệ thống biến đổi lượng gió cần phải tính đến khả khai thác tối đa lượng từ gió, cơng suất phát tỉ lệ thuận với hiệu suất rotor, hiệu suất đạt cực đại trị số λ cụ thể Do tốc độ quay máy phát cần điều chỉnh liên tục theo thay đổi vận tốc gió nhằm trì λ tối ưu Tại vận tốc gió cho, cơng suất ngõ turbine gió hàm tốc độ máy phát Để cực đại cơng suất thu từ gió, tốc độ máy phát phải điều khiển phương pháp tốc độ thay đổi Chiến lược vận hành công suất cực đại giữ cho công suất ngõ lớn nhất, nhằm tối ưu hóa lượng nhận từ gió phạm vi thay đổi tốc độ làm việc cho phép, chế độ vận hành thường áp dụng cho turbine gió cơng suất lớn Cơng suất ngõ turbine Pwtr (pu) Theo Hình 3.11 quan hệ cơng suất ngõ với vận tốc gió tốc độ turbine gió Đường cong cơng suất tối ưu ωwtr1 ωwtr2 ωwtr3 ωwtr4 ωwtr5 ωwtr6 Tốc độ turbine ωwtr (pu) Hình 3.11 Tốc độ turbine tối ưu tương ứng với vận tốc gió CBHD: TS Nguyễn Thanh Hải _ HVTH: Đinh Thị Hà 74 Luận văn cao học Chương III : Phương pháp điều khiển CS hệ thống máy phát điện gió Theo hình, tốc độ turbine điều chỉnh tương ứng với vận tốc gió khác để công suất ngõ nằm đường cong công suất tối ưu 3.1.8.1 Điều khiển tốc độ: Hệ thống điều khiển tuabin gió tốc độ thay đổi thể hình gồm phận điều khiển sau:  max ,   + r * Ts PI r * +  max   s - d dtmax Hình 3.12 Sơ đồ điều khiển góc pich Tín hiệu sai số r r * đưa vào khâu điều khiển PI cho tín hiệu thay đổi góc phich Mơ hình điều khiển gồm có : Các khâu hàm số thời gian ” constant of the servomechanism” thường 0,25s , khâu lấy giới hạn góc phích quạt gió 3.1.8.2 Điều khiển tối ưu tỷ số tốc độ đầu cực λ Theo cách tốc độ gió đo lường liên tục, sở liệu gió đo được, tốc độ máy phát điều chỉnh để tối ưu λ theo giá trị tốc độ gió đạt cơng suất đầu tối ưu, sơ đồ nguyên lý cho Hình 3.13 CBHD: TS Nguyễn Thanh Hải _ HVTH: Đinh Thị Hà 75 Luận văn cao học Chương III : Phương pháp điều khiển CS hệ thống máy phát điện gió Power converter Hộp số Tính tốn vận tốc ν Máy điện DFIG + - Sai số Hình 3.13 Sơ đồ điều khiển tối ưu λ máy phát DFIG Khi tốc độ gió đầu vào nhỏ giá trị VI , turbine gió khơng làm việc cơng suất đầu khơng Khi tốc độ gió đầu vào lớn giá trị VI công suất phát nhỏ công suất danh định, tốc độ rotor điều chỉnh liên tục theo thay đổi vận tốc gió để giữ cho λ tương ứng với giá trị Cp cực đại Vùng làm việc gọi vùng Cp cực đại Khi tốc độ gió gia tăng, cơng suất ngõ đạt đến giá trị danh định Khi tốc độ gió tiếp tục tăng, tốc độ rotor điều chỉnh để làm việc với λ tương ứng với giá trị Cp nhỏ giá trị cực đại turbine gió làm việc công suất danh định tránh tải cho máy phát Vùng làm việc gọi miền cơng suất khơng đổi Khi tốc độ gió ngõ vào lớn V0 , turbine gió ngắt để bảo vệ máy phát phận khí khác CBHD: TS Nguyễn Thanh Hải _ HVTH: Đinh Thị Hà 76 Luận văn cao học Chương III : Phương pháp điều khiển CS hệ thống máy phát điện gió 3.1.8.3 Điều khiển bám đỉnh công suất Nguyên lý phương pháp tìm cực trị cơng suất Pwtr theo ωwtr , nghĩa dPwtr d wtr  P max 0 (3.23) Pwtr Pwtr max Hướng lên Δωwtr Hướng xuống ΔPwtr ωwtr Hình 3.14 Nguyên lý điều khiển bám đỉnh công suất Thuận lợi phương pháp khơng u cầu xác định tốc độ gió Theo nguyên lý này, tốc độ rotor tăng giảm với gia số nhỏ, công suất đầu đo lường liên tục, sở tính toán tỷ số ΔPwtr/ΔωT Nếu tỉ số dương, nghĩa nhận thêm cơng suất từ gió cách tăng tốc độ rotor Mặt khác tỉ số âm tốc độ rotor giảm xuống Tốc độ rotor trì cho ΔPwtr/ΔωT gần giá trị Theo (3.5) tốc độ turbine tối ưu  wtr  P max     15  0.3 0.00184 (15  0.3 )  ( ) cos1 ( )  3 2  R  0.5  (0.44  0.0167 )  CBHD: TS Nguyễn Thanh Hải _ HVTH: Đinh Thị Hà (3.24) 77 Luận văn cao học Chương III : Phương pháp điều khiển CS hệ thống máy phát điện gió Sơ đồ nguyên lý Hình 3.15 Power converter Hộp số Máy điện DFIG Vận tốc thực tế ω Sai số + - Tính tốn cơng suất Đặc tính P - ω Hình 3.15 Sơ đồ điều khiển bám đỉnh công suất máy phát DFIG Tóm lại, để tối ưu cơng suất nhận từ gió tốc độ rotor phải điều chỉnh tương ứng với vận tốc gió đầu vào Cả hai chiến lược nhằm mục đích đạt tương quan P-Cp tối ưu 3.1.8.4 Điều khiển tối ưu cơng suất: Cơng suất ngõ turbine gió tối ưu tốc độ gió tốc độ bình thường Tối ưu cơng suất thực việc tìm góc phich tượng ứng với hệ số Cp với vận tốc v Góc phich dược điêu chỉnh để hệ số công suất cực đại CPmax tai vận tốc gió biết Việc chuyển đổi chế độ phát công suất , vùng công suất giới hạn độ gió tăng lớn vận tốc gió định mức máy phát vẩn phát lượng công suất tương ứng với giá tri đặt ( thông thường giá tri định mức) vùng công suất tối ưu quy định điều khiển dựa điểm vận hành vận tốc gió CBHD: TS Nguyễn Thanh Hải _ HVTH: Đinh Thị Hà 78 Luận văn cao học Chương III : Phương pháp điều khiển CS hệ thống máy phát điện gió 3.1.9 Kết luận  Trong hầu hết nhà máy điện sức gió người chủ trọng tới mục tiêu điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng để đảm bảo chất lượng điện ổn định đòi hỏi khả điều khiển công suất để nhằm cho giữ cho điện áp lưới giới hạn cho phép  Ngoài để tối ưu lượng nhận từ gió địi hỏi hệ thống phải có khả điều chỉnh độc lập công suất tác dụng công suất phản kháng để đặt mục tiêu tối ưu lượng nhận trì hệ số cơng suất mức cao Như để điều khiển độc lập công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát điện sức gió cách điều khiển dịng điện Trong chiến lược vận hành cơng suất cực cho công suất ngõ lớn nhất, tốc độ máy phát phải điều khiển phương pháp tốc độ thay đổi thực là: - Điều khiển tối ưu tỉ số đầu cực với λ cách tốc độ gió đo lường liên tục , thơng số đo gió tốc độ máy phát điều khiển tối ưu tỉ số λ theo giá trị tốc độ gió -Điều khiển bám đỉnh công suất với phương pháp không cần xác định tốc độ gió mà vận tốc turbine tăng máy liên tục đo công suất ngõ tăng tốc độ turbine , cơng suất ngõ tăng, tốc độ turbine tăng đầu công suất giảm đố tốc độ turbine giảm CBHD: TS Nguyễn Thanh Hải _ HVTH: Đinh Thị Hà 79 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Nhìn giới việc phát triển điện gió xu lớn, thể mức tăng trưởng cao so với nguồn lượng khác Khác với điện hạt nhân vốn cần quy trình kỹ thuật giám sát nghiêm ngặt, việc xây lắp điện gió khơng địi hỏi quy trình khắt khe Với kinh nghiệm phát triển điện gió thành công năm gần Ấn Độ, Trung Quốc, Phi-lip-pin quốc gia khác giới, với lợi mặt địa lý Việt Nam, hồn tồn phát triển lượng điện gió để đóng góp vào phát triển chung kinh tế Tuy nhiên nguồn lượng gió phụ thuộc nhiều vào thiên nhiên, hiểu biết lượng gió cịn chưa đầy đủ ,vì cần có khảo sát phân bố lượng gió cách đầy đủ hiểu biết kỹ thuật kinh nghiệm xây dựng, điều khiển nhà máy điện gió tác động chúng kết nối với lưới điện hành Nội dung luận văn nhằm cung cấp hiểu biết tình hình sử dụng lượng gió, sở việc chuyển đổi lượng gió ảnh hưởng lượng gió kết nối lưới điện Một số kết đạt luận văn  Tổng quan phát triển lượng gió, tình hình sử dụng điện gió triển vọng tương lai, tiềm tình hình khai thác điện gió Việt Nam, khả khai thác lượng gió Việt Nam tình hình khai thác điện gió Việt Nam 122  Phân tích lượng gió, đường cong cơng suất turbine gió, cấu tạo turbine gió, cơng suất thu turbine gió, truyền động hiệu suất máy phát  Xây dựng mơ hình gió, mơ hình rotor turbine gió, mơ hình truyền động, mơ hình máy điện, mơ hình máy phát điện khơng đồng bộ, mơ hình máy điện khơng đồng nguồn đơi, mơ hình chuyển đổi công suất, điều khiển AC, biến đổi nguồn điện áp vịng khóa pha  Trình bày vấn đề chung kết nối turbine gió với lưới điện, tác động turbine gió lên lưới điện, cách thức hoạt động turbine gió, kiểm sốt cơng suất ngõ vào, hệ thống điều khiển góc pitch điều chỉnh hướng turbine, tương quan tốc độ cơng suất ngõ turbine gió, kết nối turbine gió tốc độ cố định máy phát khơng đồng turbine gió tốc độ thay đổi máy phát DFIG kết với lưới điện, điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng máy phát DFIG, hệ thống điều khiển chiến lược vận hành cơng suất cực đại turbine gió tốc độ thay đổi máy phát DFIG  Thực mô tổ máy phát điện turbine gió máy điện khơng đồng turbine gió tốc độ thay đổi máy điện DFIG kết nối lưới điện, đáp ứng turbine với thay đổi vận tốc gió, hành vi turbine gió xảy cố So sánh đáp ứng tổ turbine gió máy phát khơng đồng tổ turbine gió máy phát DFIG với thay đổi vận tốc gió Các kết luận mơ turbine gió kết nối với lưới điện Qua kết mô nhận thấy hoạt động turbine gió tốc độ cố định máy điện phát không đồng yêu cầu cung cấp cung cơng suất phản kháng, khơng có công suất phản kháng máy phát sinh công suất tác dụng Đây nhược điểm so với turbine gió máy phát DFIG có khả cung cấp công suất phản kháng lẫn công suất thực đến lưới Hệ thống tốc độ cố định có vấn đề chung chất lượng cơng suất Nó gây nên ảnh hưởng điện áp tĩnh, thay đổi điện áp động độ điện áp liên quan đến kết nối turbine gió từ hóa máy phát kết nối tụ điện 123 nhánh Tốc độ turbine khơng thể điều chỉnh theo tốc độ gió để tối ưu hiệu khí động học Tối ưu hóa tốc độ khơng thể thực với máy phát điện cảm ứng rotor lồng sóc Từ kết mơ turbine gió tốc độ cố định nhận thấy giá trị công suất phản kháng tương ứng với giá trị công suất tác dụng giá trị đặc biệt điện áp đầu cực Điều cho thấy turbine gió tốc độ số thông thường không cho phép điều khiển điện áp Công suất phản kháng tiêu thụ xác định công suất tác dụng phát sinh, điện áp đầu cực tham số máy phát Nếu nguồn công suất phản kháng thêm vào turbine gió cánh đồng gió, cơng suất phản kháng tiêu thụ sau cố không bị ảnh hưởng, phần công suất phản kháng tiêu thụ cung cấp nguồn thêm vào kết cải thiện thêm phục hồi điện áp Trong hầu hết trường hợp tụ điện nối song song với máy phát để cung cấp công suất phản kháng Ảnh hưởng turbine gió tốc độ số turbine gió tốc độ thay đổi ổn định độ hệ thống điện khác Sự khác biệt turbine gió tốc độ số turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát DFIG khơng có mối quan hệ công suất tác dụng, công suất phản kháng, điện áp đầu cực tốc độ rotor máy phát DFIG Thay vào có khoảng hoạt động bên mà vận hành điểm mong muốn chuyển đổi công suất tách riêng hành vi điện, máy phát với điện áp tần số lưới Máy phát turbine gió tốc độ thay đổi kết nối lưới chuyển đổi công suất nên thay đổi tốc độ rotor turbine gió khơng bị ảnh hưởng phục hồi điện áp sau cố, máy phát nhanh chóng trở lại điểm hoạt động bình thường Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát DFIG hoạt động dải tốc độ rộng so với turbine gió tốc độ khơng đổi với máy phát khơng đồng, turbine gió máy phát DFIG tận dụng tốt nguồn lượng gió so với turbine gió máy phát khơng đồng 124 Do thay đổi tốc độ để cực đại hóa công suất thu nên công suất ngõ turbine gió máy phát DFIG lớn so với turbine gió tốc độ cố định hầu hết vận tốc gió Cơng suất phản kháng tiêu thụ turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát DFIG nhỏ, gần không công suất định mức Trong turbine gió tốc độ khơng đổi với máy phát không đồng tương ứng với gia tăng công suất tác dụng ngõ ra, công suất phản kháng tiêu thụ máy phát gia tăng tương ứng Khi cố xuất mạng điện, điện áp đầu cực máy phát giảm xuống Công suất điện sinh cân điện áp đầu cực Như điện áp đầu cực thấp, điện cung cấp vào lưới, nhiên công suất tiếp tục cung cấp gió, dẫn đến cân công suất cung cấp công suất điện từ phát sinh làm tốc độ máy phát tăng cao Hướng phát triển tương lai Khảo sát lượng gió kết nối lưới điện vấn đề lớn mẻ, nước ta tương lai cần có nghiên cứu thêm vấn đề sau  Khảo sát ảnh hưởng hệ thống nhiều máy phát điện gió cơng suất lớn (cánh đồng gió) kết nối với lưới điện Và ảnh hưởng lưới đến hoạt động turbine gió  Các kỹ thuật điều khiển chuyển đổi cơng suất cho turbine gió xem xét tác động chúng đến lưới điện turbine gió  Các kỹ thuật điều khiển turbine gió đại mạng neuron, logic mờ…  Ổn định tần số lượng gió thành phần tổng thể hệ thống lượng  Turbine gió với chuyển đổi tồn phần điều khiển xác cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng 125 126 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn chí Hiếu , ‘ Khảo sát mơ hình máy phát điện gió lưới điện phân phối” Tác giả nghiên cứu máy phát điện gió đồng điều khiển trực tiếp cơng suất phần mềm Pscad [2] Bùi Văn Trí,’ Mơ khảo sát máy phát điện turbine gió kết nối với lưới điện môi trường MATLAB’, Tác giã khảo sát mơ turbine gió mơi trường matlab /simulink, 2005 [3] Phan Tùng Sơn,’ Khảo sát ổn định DG lên hệ thống kết nối’, tác giả đa nghiên cứu chế độ hoạt động DG kết nối 2007 [4] Nguyễn Phụng Quang, Matlab simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB khoa học kỹ thuật,2005 [5] Andreas Petersson, nghiên cứu khoa học lượng môi trường đại học khoa học thủy điển ,2005 tác giả nghiên cứu điều khiển moment vận tốc máy phát gió , đưa ứng dụng tài nguyên gió thủy điển” Analysis Modeling and control of doubly –Fed Induction Generators for wind turbine” [6] Johannes Gerlof slootweg Đây nghiên cứu trường đai học Deflt ,Ha lan,2003 Tác giả đưa mơ hình động turbine gió máy phát điện gió nghiên cứu ổn định phát cơng suất turbine gió lên lưới.” Modelling and Impact on power system dynamic” [7] Đàm Quang Minh, Vũ Thành Tự Anh, “Năng lượng gió Việt Nam, tiềm triển vọng” Tạp chí Tia sáng – tiasang.com.vn [8] GS TS Lê Đình Quang ,“ Những dạng tài ngun khí hậu khả khai thác sử dụng lượng tái tạo Ở Việt Nam” Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT [9] Tạ Văn Đa, “Đánh giá khả khai thác lượng gió lãnh thổ Việt Nam” Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT [10] [11] [12] [13] [14] Tạ Văn Đa, “Tài nguyên lượng gió lãnh thổ Việt Nam” Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT Phan Mỹ Tiên “ Phân bố tiềm năng lượng gió lãnh thổ Việt Nam” Luận án Tiến sĩ Địa lí - địa chất; Viện khí tượng thuỷ văn; Hà Nội 1994 G L Johnsson, “Wind Energy Systems” Englewood Cliffs, N.J., USA October 10, 2006 Joris Peeters,“Simulation of dynamic drive train loads in a wind turbine” PhD_dissertation_jpeeters Katholieke Universiteit Leuven, Juni 2006 Fernando D Bianchi, Hernán De Battista and Ricardo J Mantz, “Wind Turbine Control Systems Principles,Modelling and Gain Scheduling Design” April 2006 106 [15] Pedro Rosas, “Dynamic influences of wind power on the power system” PhD thesis; Technical University of Denmark, March 2003 [16] Johannes gerlof slootweg,“Wind power modelling and impact on power system dynamics” Ph.D Thesis Technische Universiteit Delft,December 2003 [17] Iov, F., Hansen, A.D., Sorensen, P., Blaabjerg, F 2004 “Wind Turbine Blockset in Matlab/Simulink General Overview and Description of the Models”.Report, Aalborg University 2004, ISBN 87-89179-46-3 [18] A Petersson, “Analysis, modeling and control of doubly-fed induction generators for wind turbines” Licentiate thesis, Chalmers University of Technology, Department of Electric Power Engineering, Göteborg,Sweden 2003 [19] Seman, S., Niiranen, J., Kanerva, S., Arkkio, A., Saitz, J 2005 “Performance Study of Doubly Fed Wind-Power Generator under Network Disturbances” IEEE Transaction on Energy Conversion, Accepted for future publication, p [20] Clemens Jauch, “Stability and Control of Wind Farms in Power Systems” Ph.D thesis, Aalborg University,Denmark October 2006 [21] Drago Ban, Damir Zarko,“Generator Technology For Wind Turbines, Trends In Application And Production In Croatia” Faculty of Electrical Engineering and Computing, Zagreb, Croatia [22] L.L Freris, “Wind Energy Conversion Systems” Prentice Hall, London, UK, 1990 [23] Erich Hau, “Wind-Turbines Fundamentals, Techonlogies, Application, Economics”.Spring Verlag, Germany, 2000 [24] Siegfried Heier, “Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems” John Willey and Sons, England, 1998 [25]Thomas Petru, “Modelling of Wind Turbines for Power System Studies”.Licentiate technical report Nr 391L, Department of Electric Power Engineering, Chalmers University of Technology, Sweden, 2001 [26] Ana I Estanqueiro, R Aguiar, J A Gil Saraiva, Rui M G Castro and J M Ferreira de Jesus, “Development and Application of a model for power output fluctuations in a wind farm” In proceedings of the European Wind Energy Conference, Lübeck-Travemund, Germany, March, 1993 [28] Prabha Kundur Ed, “Power System Stability and Control” EPRI Power Engineering Series, McGraw Hill, 1993 [29] Paul M Anderson, A A Fouad,“Power System Control and Stability” IEEE Power System Engineering Series, New York, 1993 107