ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Trương Nhật Tiên lu an NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN 4Q CHO HỆ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO n va p ie gh tn to d oa nl w LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu THÁI NGUYÊN 2014 n va ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Trương Nhật Tiên lu NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN 4Q CHO HỆ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO an va n Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa to ie gh tn Mã số: 60520216 p LUẬN VĂN THẠC SĨ d oa nl w KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA u nf va an lu NGƯỜI HƯỚNG DẪN ll PHÒNG ĐÀO TẠO oi m z at nh z TS Ngô Đức Minh m co l gm @ TRƯỞNG KHOA ĐIỆN an Lu n va THÁI NGUYÊN – 2014 ac th si i LỜI CAM ĐOAN Tôi Trương Nhật Tiên, học viên lớp cao học Tự động hoá niên khoá 2011-2013, sau hai năm học tập nghiên cứu, giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt Thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp tôi, Thầy giáo TS Ngô Đức Minh Tơi hồn thành chương trình học tập đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng biến tần 4Q cho hệ nguồn lượng tái tạo” Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn Thầy giáo TS Ngô Đức Minh sử dụng tài liệu lu an ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng n va tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin chịu hồn toàn gh tn to trách nhiệm p ie Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2014 d oa nl w Học viên ll u nf va an lu Trương Nhật Tiên oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si ii LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, từ cuối kỷ 20 đặc biệt 10 năm trở lại tình hình lượng thay đổi - có số lượng lớn nguồn cung cấp lượng dạng truyền thống thúc đẩy phát triển mạch mẽ riêng nước ta, mà phạm vi tồn cầu Đó dạng nguồn phát điện theo cơng nghệ Ví dụ như: phong điện, điện mặt trời, V.V Chúng khai thác loại hình mạng điện khác nhau: mạng điện cục bộ, mạng phân tán có kết nối với lưới quốc gia, lu an mạng điện thơng minh Trước đây, loại hình mạng điện chưa n va quan tâm khai thác phát triển, lý đặc tính dạng nguồn tn to có tính chất mềm (siêu mềm), khơng ổn định Tính kinh tế hệ thống gh thấp, chất lượng điện cung cấp chưa đảm bảo Ngày nay, đứng trước p ie phát triển mặt xã hội, hoạt động sản xuất ngày phong w phú, đời sống văn hóa tinh thần người ngày nâng cao dẫn đến đòi oa nl hỏi lưới điện vận hành phải đảm bảo tiêu chất lượng điện d quy định (mang lại lợi ích cho phía người tiêu dùng), giảm nhỏ tối thiểu lu va an tổn thất lượng mạng nâng cao hiệu khai thác hệ thống u nf (mạng lại lợi ích cho phía sản xuất phân phối điện năng) Đặc biệt, ll bối cảnh giới khuyến khích phát triển nguồn lượng sạch, m oi hệ nguồn phân tán, công suất nhỏ… cần thiết kết hợp với z at nh biến đổi kỹ thuật điều khiển đại nhằm phát huy hết công hệ z nguồn @ gm Xuất phát từ phân tích tác giả mong muốn đóng góp l phần nghiên cứu nhằm đảm bảo chất lượng hệ nguồn đồng thời m co nâng hiệu khai thác điều kiện làm việc thực tế có nhiều thay đổi an Lu Mục tiêu nghiên cứu luận văn phân tích, lựa chọn loại biến đổi điển tử cơng suất điển hình kiểu biến tần Q để áp dụng cho hệ nguồn n va ac th si iii điện sử dụng lượng tái tạo máy phát điện sức gió pin Mặt trời Xây dựng mơ hình hệ nguồn điện sưc gió pin Mặt trời Nội dung nghiên cứu bố cục thành chương: Chương 1: Tổng quan biến tần 4Q Chương 2: Nghiên sử dụng lượng tái tạo: - Năng lượng gió - Năng lượng Mặt trời Chương 3: Mơ hình hóa mơ hệ thống Trong q trình nghiên cứu để thực luận văn, gặp lu nhiều khó khăn vấn đề chun mơn Nhờ giúp đỡ, hướng dẫn tận tình an n va thầy giáo TS Ngô Đức Minh giúp tơi hồn hồn thành luận văn với tránh khỏi hạn chế, thiếu sót, tác giả kính mong nhận góp ý gh tn to kết mong muốn đạt Tuy nhiên luận văn p ie nhận xét thầy cô giáo bạn để hoàn thiện w Tôi xin bày tỏ biết ơn chân thành tới thầy hướng dẫn TS Ngô Đức oa nl Minh tập thể thầy cô giáo Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp d – Đại học Thái Nguyên tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho tơi hồn an lu thành luận văn u nf va Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2014 ll Học viên oi m z at nh Trương Nhật Tiên z m co l gm @ an Lu n va ac th si MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƯ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Biến tần góc phần tư 1.2.1 Chỉnh lưu PWM 1.2.1.1 Cấu trúc mạch lực chỉnh lưu PWM: 1.2.1.2 Nguyên lý hoạt động chỉnh lưu PWM: 1.2.2 Các trạng thái chuyển mạch biến đổi PWM 11 lu an 1.3 Giới thiệu phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM 12 1.4 Mơ tả tốn học điều khiển chỉnh lưu PWM 14 1.4.1 Mơ tả dịng điện điện áp nguồn 14 n va 1.4.3 Mơ tả tốn học chỉnh lưu PWM hệ tọa độ tự nhiên abc 16 ie gh tn to 1.4.2 Mô tả điện áp vào chỉnh lưu PWM 15 p 1.4.4 Mơ tốn học chỉnh lưu PWM hệ toạ độ tĩnh α-β 17 nl w 1.4.5 Mơ tả tốn học chỉnh lưu PWM hệ tọa độ quay d-q 18 d oa 1.4.6 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp DPC 21 an lu 1.4.7 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp VOC 24 u nf va 1.3 Kết luận chương 27 Chương 28 ll NGUỒN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 28 m oi 2.1 Tổng quan lượng tái tạo 28 2.2 Máy phát điện sức gió 29 2.2.1 Lịch sử phát triển lượng gió 29 z at nh z 2.2.2 Các loại turbine gió 32 @ gm 2.2.3 Tính tốn cơng suất gió 35 m co l 2.2.4 Máy phát điện turbine gió 39 2.2.4.1 Các máy phát đồng 39 an Lu 2.2.4.2 Máy phát không đồng cảm ứng 40 n va ac th si 2.2.5 Công suất trung bình gió 47 2.2.5.1 Biểu đồ gió gián đoạn 48 2.2.6 Các dự đoán đơn giản lượng gió 52 2.2.6.1 Năng lượng hàng sử dụng hiệu suất turbine gió trung bình 53 2.2.6.2 Các cánh đồng gió 54 2.2.7 Một số cấu trúc điển hình hệ thống Wind Turbine 58 2.3 Pin lượng Mặt trời 61 2.3.1 Năng lương Mặt trời 61 lu an 2.3.2 Mơ hình nguồn điện pin Mặt trời 63 va n 2.3.2.1 Bộ biến đổi DC/DC 64 2.3.4 Hoạt động pin Mặt trời 75 ie gh tn to 2.3.3 Vấn đề tích trữ lượng 72 p 2.3.5 Tìm điểm làm việc cực đại theo thuật toán P&O 80 d oa nl w 2.4 Kết luận chương 86 Chương 87 MÔ HÌNH HĨA MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 87 3.1 Xây dựng cấu trúc hệ thống 87 3.2 Mơ hình hóa mơ hệ thống máy phát điện dị nguồn kép [6Q] 89 3.2.1 Giới thiệu chung 89 ll u nf va an lu oi m 3.2.2 Mơ hình hóa mơ hệ DFIG 91 z at nh 3.3 Kết luận chương 98 KẾT LUẬN CHUNG 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 z m co l gm @ an Lu n va ac th si HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1 Hệ thống điều khiển lượng theo hai hướng Hình Hệ thống điều khiển lượng theo hai hướng Hình Chế độ hoạt động biến tần góc phần tư Hình Cấu trúc mạch chỉnh lưu PWM Hình Bộ biến đổi xoay chiều/một chiều/xoay chiều Hình Đồ thị véc tơ trạng thái làm việc chỉnh lưu tích cực PWM Hình Trạng thái chuyển mạch chỉnh lưu PWM 11 lu Hình Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM 13 an Hình Mối quan hệ vector chỉnh lưu PWM 14 va n Hình 10 Sơ đồ khối chỉnh lưu PWM hệ tọa độ tự nhiên 17 gh tn to Hình 11 Mơ hình chỉnh lưu PWM hệ tọa độ tĩnh α-β 18 p ie Hình 12 Mơ hình chỉnh lưu PWM hệ tọa độ quay d-q 19 Hình 1.13 Đồ thị véctơ mơ tả dịng cơng suất biến đổi AC/DC hai oa nl w chiều phụ thuộc vào hướng iL 20 Hình 14 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển DPC 21 d an lu Hình 15 Biểu diễn sector cho phương pháp điều khiển DPC 22 u nf va Hình 16 Sơ đồ khối ước lượng từ thông ảo với lọc đầu vào 23 Hình 17 Sơ đồ khối ước lượng công suất tức thời dựa từ thông ảo 24 ll oi m Hình 18 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển VOC 24 z at nh Hình 19 Sơ đồ véc tơ VOC Biến đổi dòng, áp lưới điện áp đầu vào chỉnh lưu từ hệ trục toạ độ - sang hệ trục toạ độ d-q 25 z 31 gm @ Hình Biểu đồ phát triển điện gió lắp đặt tăng 25% năm Hình 2 Tổng dung lượng lắp đặt quốc gia năm 2002 31 l m co Hình Tổng dung lượng gió lắp đặt Mỹ năm 1999 2002 32 Hình Một số Turbine gió điển hình 33 an Lu Hình Cơng suất gió m2 diện tích mặt cắt 150 atm 37 n va ac th si Hình Xấp xỉ diện tích rotor Darrieus 38 Hình Máy phát đồng pha 40 Hình Cách đặt tên cho stator máy phát điện cảm 41 Hình Mơ hình máy phát điện cảm ứng 42 Hình 10 Rotor lồng sóc bao gồm dẫn dày nối đầu với bao quanh điện trường quay 43 Hình 11 Mơ tả ngun lý máy phát 44 Hình 12 Đường cong mooomen-độ trượt cho motor cảm kháng 45 lu Hình 13 Máy phát cảm kháng từ kích từ Các tục ngồi cộng hưởng với an điện cảm stator tạo nên dao động tần số riêng 47 va n Hình 14 Một ví dụ liệu trường lịch sử liệu gió theo 50 gh tn to Hình 15 Tác động khoảng cách tháp kích thước turbine gió 55 p ie Hình 16 Khoảng cách tối ưu tháp 56 Hình 17 Cấu trúc hệ thống turbine gió 58 oa nl w Hình 18 Hệ thống dùng máy phát cảm ứng (IG) khơng có điện tử cơng suất 59 d an lu Hình 19 Hệ thống DFIG với modul điện tử công suất 60 u nf va Hình 20 Cấu hình đồng điện tử công suất 61 Hình 21 Sự phát triển lượng điện Mặt trời 62 ll oi m Hình 22 Mơ hình khai thác lượng từ nguồn PV 63 z at nh Hình 23 Sơ đồ nguyên lý giảm áp Buck 65 Hình 24 Dạng sóng điện áp dịng điện mạch Buck 66 z gm @ Hình 25 Sơ đồ nguyên lý mạch Boost 68 Hình 26 Dạng sóng dòng điện mạch Boost 69 l m co Hình 27 Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost 69 Hình 28 Bộ biến đổi DC/AC pha 71 an Lu Hình 29 Mơ hình nửa biến tần 4Q dùng cho nguồn PV 72 n va ac th si Hình 30 Tổ hợp nguồn pin Mặt trời 75 Hình 31 Hình vẽ sơ đồ mạch điện thay PV cell 76 Hình 32 Đặc tính V-I PV cell 76 Hình 33 Ghép nối tiếp PV cell 77 Hình 34 Ghép song song PV cell 77 Hình 35 Một Array pin Mặt trời 77 Hình 36 Mơ hình mạch điện nguồn PV Array 78 Hình 37 Đặc tính V-I P-V với điểm MPP 78 lu Hình 38 Đặc tính V-I thay đổi theo mức chiếu xạ 79 an Hình 39 Đặc tính thực tế PV Array 79 va n Hình 40 Đường đặc tính I-V thay đổi cường độ xạ nhiệt độ 80 gh tn to Hình 41 Đặc tính P-V cường độ xạ nhiệt độ thay đổi 80 p ie Hình 42 Phương pháp tìm điểm làm việc cực đại P&O 83 Hình 43 Lưu đồ thuật toán Phương pháp P&O 84 87 oa nl w Hình Sơ đồ máy phát điện xoay chiều pha Hình Mơ hình DFIG với Biến tần Q 87 d an lu Hình 3 Cấu trúc hệ thống nguồn điện pin Mặt trời máy điện sức gió u nf va chiều 88 Hình Cấu trúc hệ thống nguồn pin Mặt trời 88 ll oi m Hình Phạm vi hoạt động DFIG dòng chảy lượng chế độ z at nh MP 90 Hình Cấu trúc mơ hệ DFIG-4Q 92 z gm @ Hình Tốc độ rotor 93 Hình Công suất phát từ DFIG 94 l m co Hình Điện áp Stator (điện áp lưới) 95 Hình 10 Dòng điện Stator phát vào lưới 95 an Lu n va ac th si 86 Tuy nhiên, hiệu suất biến đổi DC/DC thực tế dùng MPPT không đạt 100% Hiệu suất tăng lên từ phương pháp MPPT lớn hệ thống pin Mặt trời cần phải tính đến tổn hao cơng suất biến đổi DC/DC gây Cũng phải cân nhắc hiệu suất giá thành Việc phân tích tính kinh tế hệ thống pin Mặt trời với hệ thống cung cấp điện khác việc tìm cách thức khác để nâng cao hiệu suất cho hệ thống pin Mặt trời (chẳng hạn dùng máy theo dõi Mặt trời) việc làm cần thiết lu an Nội dung chương giới thiệu tổng quan lương tái tạo nói n va 2.4 Kết luận chương gh tn to chung dạng quan tâm đến nội dung luận văn lượng p ie gió lượng Mặt trời Các nghiên cứu để xây dựng cấu trúc cho w hệ nguồn máy phát điện sức gió pin Mặt trời kết hợp với biến đổi oa nl điện tử công suất mà cụ thể biến đổi kiểu biến tần Q nghiên cứu d chương ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 87 Chương MƠ HÌNH HĨA MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1 Xây dựng cấu trúc hệ thống Dựa sở phân tích chương 2, bước xây dựng mơ hình mơ hệ thống Từ kết phân tích về biến tần 4Q hai dạng nguồn lượng tái tạo pin Mặt trời máy điện sức gió cơng suất nhỏ ta có lựa chọn khác Trường hợp tổng quát máy phát điện sức lu an gió sử dụng máy phát điện xoay chiều pha sơ đồ thiết lập n va hình 3.1 Grid L L + - Cdc p ie gh a b c Battery tn to a b c w Wind Generator B2 oa nl B1 d Hình Sơ đồ máy phát điện xoay chiều pha Trường hợp máy phát dị nguồn kép (DFIG) có cơng suất an lu u nf va lớn biến tần 4Q phối hợp với máy phát theo cấu trúc hình 3.2 ll Stator Rotor oi m Grid DFIG z Cdc B1 B2 m co l gm @ + - Battery z at nh L Hình Mơ hình DFIG với Biến tần Q an Lu n va ac th si 88 Trường hợp sử dụng máy phát điện chiều cơng suất nhỏ ta áp dụng cấu trúc đơn giản Khi đầu máy phát nguồn điện pin Mặt trời bỏ qua biến đổi B1 mà kết nối với khối chiều trung gian, sơ đồ sử dụng biến đổi B2 biến tần 4Q sơ đồ hình 3.3a,b Battery Grid DC/DC lu DC/AC an va DC/DC n tn to a) p ie + - Cdc DC/DC oa nl w PV Aray Grid L DC/DC Battery gh a b c Wind Generator B2 d u nf va an lu b) Hình 3 Cấu trúc hệ thống nguồn điện pin Mặt trời máy điện sức gió chiều ll Trường hợp riêng với PV Array ta thiết lập cấu đơn giản hình 3.4 z at nh Cdc Grid L z + - @ Battery oi m DC/DC a b c B2 m co l gm PV Aray Hình Cấu trúc hệ thống nguồn pin Mặt trời an Lu n va ac th si 89 Khi cấu hình biến tần 4Q xét đến biến đổi B2 Tất nhiên B2 đảm bảo có đủ hai chức là: - Nghịch lưu DC/AC cấp điện cho tải xoay chiều pha hịa lưới; - Chỉnh lưu cần thiết nạp điện cho ắc quy lưới dư công suất đêm tối Như vậy, trường hợp lựa chọn phương thức điều khiển cho phù hợp Trong mơ hình Battery xem kho lưu trữ lu điện cần thiết an Qua nội dung phân tích trên, hoạt động biến tần 4Q với hai va n dạng nguồn điện sử dụng lượng tái tạo lựa chọn sau: to ie gh tn - Đối với máy phát điện sức gió chọn mơ hình 3.2; - Đối với nguồn điện pin Mặt trời chọn mơ hình 3.4 p Tuy nhiên, nội dung luận văn giới hạn lại mô đại diện oa nl w mơ hình biến tần Q áp dụng cho máy phát điện sức gió d 3.2 Mơ hình hóa mô hệ thống máy phát điện dị nguồn kép 3.2.1 Giới thiệu chung ll u nf va an lu [3],[4],[8] oi m Máy điện dị ba pha rotor ruột quấn (DFIG) dạng máy điện quen z at nh biết có khả đưa nguồn ni ba pha tới máy từ hai phía stator rotor nên thường gọi máy điện dị nguồn kép z Ngày DFIG quan tâm nhờ phạm vi ứng dụng mới: máy @ gm phát (MP) hệ thống phát điện chạy sức gió với dải công suất từ vài m co l chục kW đến vài MW Lý đơn giản: để điều khiển/điều chỉnh dòng lượng qua MP, ta phải sử dụng biến tần có cơng suất cỡ 1/3 an Lu công suất MP tác động trực tiếp qua hệ thống vành góp vào rotor Điều n va ac th si 90 cho phép giảm giá thành hệ thống cách đáng kể Ngoài ra, DFIG có khả hoạt động với hệ số trượt phạm vi rộng, cho phép tận dụng tốt hn ngun nng lng giú n s -1 Trên đồng Chế độ máy phát Trên đồng Chế độ ®éng c¬ 0>s>- 0>s>- IV II ns lu III an I va 1>s>0 1>s>0 n Chế độ máy phát D-ới đồng Chế độ động D-ới đồng to m gh tn a) L-íi ®iƯn p ie L-íi ®iƯn w d oa nl Rotor III Rotor Stator Stator IV lu Năng l-ợng gió Năng l-ợng giã c) an b) u nf va Hình Phạm vi hoạt động DFIG dòng chảy lượng chế độ ll MP m Các phạm vi hoạt động b) Dòng lượng MP phạm vi đồng c) Dòng lượng MP phạm vi đồng oi a) z at nh z gm @ Nhờ khả ni từ phía rotor, DFIG cho phép thực đơn giản bốn chế độ vận hành hình 3.5 a) Hồn tồn độc lập với tốc độ quay l m co học (trên đồng bộ), việc máy hoạt động chế độ động hay máy phát phụ thuộc vào dấu cho trước mơmen mM Theo hình 3.5 a), máy an Lu điện hoạt động chế độ máy phát, mômen mang dấu âm Ta biết, n va ac th si 91 kích cỡ mM đặc trưng cho kích cỡ cơng suất phát (ở chế độ máy phát) công suất lấy vào (ở chế độ động cơ) DFIG việc điều khiển/điều chỉnh cơng suất (ví dụ: thơng qua mơmen) không phép ảnh hưởng đến hệ số công suất (HSCS) cos đặt cho thiết bị Bằng biến tần khơng có khả lấy mà cịn có khả hồn lượng trả lại lưới, DFIG vận hành hai chế độ: đồng Ở hai chế độ đó, máy cung cấp lượng lên lưới phía stator Phía rotor, máy: lu - lấy lượng từ lưới chế độ đồng (hình 3.5b) an va - hoàn lượng trở lại lưới chế độ đồng (hình 3.5c) n Về nguyên tắc: biến đổi B1 thực tế khơng có nhiệm vụ gh tn to chỉnh lưu theo nghĩa thông thường: lấy lượng từ lưới, mà cịn có nhiệm p ie vụ hoàn (từ mạch chiều) trở lại lưới (ba pha) Vì vậy, cấu trúc mạch điện tử cơng suất, B1 hồn tồn giống cụm B2, việc đặt tên oa nl w có ý nghĩa tượng trưng Cụm B1 có nhiệm vụ điều chỉnh ổn định điện d áp mạch chiều trung gian UDC, điều chỉnh cos qua giữ vai an lu trị bù cơng suất vơ công, nhiệm vụ thường giải tụ bù u nf va đắt tiền thiếu xác ll 3.2.2 Mơ hình hóa mơ hệ DFIG oi m Từ [6Q] kết hợp Matlab – Simulik ta có mơ hình mơ hệ DFIG z at nh biến tần 4Q (viết tắt DFIG-4Q) hình 3.6 a,b z m co l gm @ an Lu n va ac th si 92 Step1 10 Wind Farm (DFIG Average Model) Wind (m/s) Wind speed (m/s)1 C 120 kV A B C 2500 MVA X0/X1=3 aA A a aA bB B b bB cC C c cC B120 120 kV/25 kV (120 kV) 47 MVA A B C 30 km line B25 (25 kV) A A a aA B b bB C c m B cC B575 (575 V) 25 kV/ 575 V 6*2 MVA A B C N 3.3ohms A B C Load 500 kW C A B C B A B C A B C A N Grounding Transformer X0=4.7 Ohms [Vdc] [wr] [P_pu] [Q_pu] Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator Filter (Average Model) 0.9 Mvar Q=50 p To Workspace4 Vabc_B575 Vabc_B575 (pu) Iabc_B575 Iabc_B575 (pu) [P_pu] The model parameters, initial conditions and sample times (Ts_Power=50e-6 s and Ts_Control=100e-6 s) are automatically initialized (see Model Properties) Q (Mv ar) MW [Vdc] Vdc (V) lu [wr] Vabc_B25 an Discrete, Ts = 5e-005 s Show Detailed and Average Simulation Results P (MW) -K- [Q_pu] ? wr (pu) More info Vabc_B25 (pu) Iabc_B25 Iabc_B25 (pu) va pow ergui Scope n gh tn to a) Vabc [Vabc_B1] A ie A Iabc aB b C c C Tm c oa C A a B b C c Asynchronous Machine pu Units [Iabc_grid_conv] d Iabc A C g + - C a B - Universal Bridge Iabc A C1 B va c + A b C choke g B B C A a an lu B b C c Universal Bridge ll Vabc_B1 Iq_grid_conv _ref wr Pulses_rotor_conv Iabc_grid_conv [Iabc_stator] Iabc_stator [Iabc_rotor] Iabc_rotor [Beta] Pitch angle (deg) Wind speed (m/s) [Theta_Freq] [Beta] [Vabc_B1] Vabc_B1 [Iabc_B1] Iabc_B1 wr [Theta_Freq] Theta_Freq [Q_B1] [Vdc] Vdc Data acquisition m co b) m l gm Control System m Q_B1 [wr] Vdc [Tm] Tm (pu) Wind Turbine @ Pitch_angle C Wind (m/s) Q_B1 angle_rotor [Vdc] Theta_Freq B Generator speed (pu) z [Q_B1] [angle_rotor] [wr] z at nh [wr] [Iabc_grid_conv] Pulses_grid_conv oi Qref (pu) Q_ref m Statcom [Iabc_rotor] A B_rotor_conv B_grid_conv u nf [Vabc_B1] [angle_rotor] B_stator A Iq_ref (pu) [wr] m B nl B1 [Tm] b w [Iabc_stator] A a B [Iabc_B1] p Iabc an Lu Hình Cấu trúc mô hệ DFIG-4Q n va ac th si 93 Cấu trúc hệ thống DFIG lưới điện mơ tả sơ đồ hình 3.6a gồm hợp máy phát điện nguồn kép turbine sức gió kết nối với lưới đồng thời cấp điện cho tải pha 500 KW Máy phát với biến tần 4Q gồm hai biến đổi Grid-Converter (B1) Rotor-converter (B2) điều khiển từ riêng biệt từ hai điều khiển Uctrl-Grid Uctrl-Rotor Giả thiết hệ thống hoạt động điều kiện tốc độ gió thay đổi theo kịch *: lu Time (s) 10 Wind Speed (Wm) 4 10 10 an va n Tốc độ gió thay đổi làm cho tốc độ rotor thay đổi nên B2 phải gh tn to điều khiển để chỉnh tần số dòng rotor cho phù hợp đảm bảo điện áp mạch p ie stator máy phát ổn định tần số định mức Kết mô thu thể 1.2 d an lu 0.8 ll u nf va Rotor Speed (wm) oa nl w đồ thị từ hình 3.7 – hình 3.13 12 14 16 18 20 oi m 10 Time (s) z at nh Hình Tốc độ rotor z Trên hình 3.7: Khi tốc độ gió thay đổi theo kịch * làm tốc độ rotor @ l gm DFIG giảm từ tốc độ đồng (0s - 2.44s) xuống đồng (2.44s – 11.2s) lại tăng lên đồng (11.2s – 20s) Tương ứng, công suất m co DFIG phát thay đổi theo hình 3.8a,b an Lu n va ac th si 94 lu an a) n va P (MW) ie gh tn to p 2 10 Time (s) oa nl w 12 14 16 18 20 d b) lu va an Hình Cơng suất phát từ DFIG u nf a) Công suất DFIG thay đổi theo tốc độ gió (tốc độ rotor) ll b) Công suất DFIG thay đổi theo kịch * oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 95 Trên hình 3.9 3.10 cho thấy suốt trình mà tốc độ rotor thay đổi điện áp dòng điện DFIG phát mạch stator đảm bảo sin tuyệt đối Điều có hệ điều khiển biến đổi B2 biến tần 4Q thực U grid (V) lu -1 an 2.44 2.46 2.48 2.5 n va 2.52 2.54 Time (s) 2.56 2.58 2.6 2.62 2.6 2.62 ie gh tn to Hình Điện áp Stator (điện áp lưới) d oa nl w I stator p 0.5 2.48 2.5 2.52 2.54 Time (s) va an 2.46 lu -0.5 2.44 2.56 2.58 ll u nf Hình 10 Dòng điện Stator phát vào lưới oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 96 Trên hình 3.11a,b cho thấy khoảng thời gian khảo sát, tốc độ rotor thay nên tần số dòng điện mạch rotor phải thay đổi (nguyên lý DFIG) để đảm bảo ổn định tần số cho dòng áp mach stator) Khi rotor quay tốc độ đồng dịng rotor xuy biến thành dịng chiều, điều có thấy thời điểm tốc độ rotor thay đổi qua tốc độ đồng 0.5 lu va I B2 an n -0.5 tn to ie gh 10 Time (s) 12 14 16 18 20 p a) nl w an lu I B2 d oa 0.5 1.5 u nf va -0.5 ll 2.5 Time (s) 3.5 oi m b) z at nh Hình 11 Điều khiển tần số dịng điện rotor thay đổi tốc độ rotor thay z đổi @ gm a) Dòng điện rotor đổi chiều hai lần theo lịch * m co l b) Dòng điện rotor suy biến thành chiều thời điểm tốc độ đồng an Lu n va ac th si 97 Trên hình 3.12, quan sát kỹ thấy tốc độ rotor từ đồng (DFIG phát cơng suất vào lưới từ hai phía sator rotor) giảm xuống đồng dịng điện phía biến đổi B1 đổi chiều, tương ứng DFIG chuyển chế độ, mạch rotor phát công suất vào lưới sang chế độ nhận lượng từ lưới riêng làm nhiệm vụ cho kích từ Điều thấy rõ hình 3.13 so sánh thấy góc pha dịng điện thay đổi 180 độ góc pha điện áp giữ nguyên x 10 -3 lu n va I B1 an 2.46 2.48 2.5 2.52 2.54 Time (s) p ie gh tn to -2 2.44 2.56 2.58 2.6 2.62 0.005 va an lu ll u nf -0.005 oi m IB1 & Ustator/100 d 0.01 oa nl w Hình 12 Dòng điện pha lưới biến đổi B1 2.35 2.4 2.45 z at nh -0.01 2.5 2.55 Time (s) 2.6 2.65 2.7 z m co l gm @ Hình 13 Tách riêng pha dòng điện lưới biến đổi B1 an Lu n va ac th si 98 3.3 Kết luận chương Từ nghiên cứu lý thuyết chương chương 2, nội dung chương xây dựng mơ hình đặc trưng cho nội dung nghiên cứu đề tài lựa chọn mô đại diện cho hệ thống máy phát điện sức gió có tham gia tích cực biến tần 4Q Nghiên cứu tham khảo tài liệu thiết yếu tin cậy cho việc xây dựng cấu trúc mô Kết mô thu cách chọn lọc nhằm làm sáng tỏ khả đặc biệt hệ biến tần 4Q Các biến đổi B1 B2 thực tốt chức lu giúp cho DFIG phát công suất điều kiện lượng đầu vào (tốc an va độ gió thay đổi) n - Giữ vững tần số hịa lưới hai phía stator rotor to gh tn - Khi tốc độ rotor đồng bộ, DFIG phát cơng suất hai phía p ie stator rotor - Khi tốc độ rotor đồng bộ, biến tần 4Q có nhiệm vụ kích từ d oa nl w đồng thời tăng khả phát công suất cho mạch stator DFIC ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th si 99 KẾT LUẬN CHUNG Luận văn tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực mới, góp tiếng nói đồng tình cho xu phát triển nguồn lượng tồn Cầu nói chung Việt Nam nói riêng Trong đó, hai dạng lượng có tiềm lớn lượng gió lượng Mặt trời có nhiều ưu phát triển tương lai Tuy nhiên, vấn đề phát triển khai lu thác lượng tái tạo dựa tảng biến đổi điện an n va tử cơng suất tn to Nội dung trình bày luận văn theo bố cục lô gic theo chương ie gh từ tổng quan đến cụ thể cho mơ hình thực tế dạng nguồn điện sử dụng p lượng gió lượng Mặt trời Từ sở lý thuyết đến tính tốn oa nl w mô kết Matlab-Simulink khẳng định độ tin cậy d luận văn Luận văn xem tài liệu tham khảo cho sinh viên lu va an ngành điện học nghiên cứu lĩnh vực lượng tái tạo hay dạng u nf mạng điện phân tán, mạng cục bộ… ll Được giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn TS Ngơ Đức Minh m oi với giúp đỡ bạn b đồng nghiệp thân tác giả cố gắng hồn z at nh thành luận văn Nhưng trình độ hạn chế, thời gian nghiên cứu chưa z nhiều nhiệm vụ luận văn liên quan đến lĩnh vực rộng, nên luận văn @ đóng góp thầy, cô, bạn b đồng nghiệp m co l gm khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì tác giả mong nhận an Lu n va ac th si 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Ngô Đức Minh, Ứng dụng chỉnh lưu BESS mạng điện cục nguồn thủy điện công suất nhỏ, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ, năm 2009-2010 [2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 lu an [3] Nguyễn Phùng Quang Truyền động điện thông minh NXB Khoa học Kỹ thuật, năm 2004 n va p ie gh tn to [4] Nguyễn Phùng Quang “Máy điện dị nguồn kép dùng làm máy phát hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật tốn điều chỉnh bảo đảm phân ly mômen hệ số công suất” Báo cáo khoa học (VICA3) năm 1998 nl w d oa Tài liệu tiếng Anh lu u nf va an [5] By Alejandro Montenegro Leon, Advanced Power Electruaoinic For Wind-Power Generation Buffering, Copyright 2005, pp 27-40 ll [6] Gilbert M Masters, Renewable and Efficient Electric Power Systems, m oi Copyright 2004 by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey All rights reserved z at nh z [7] M Sc Mariusz Malinowski, Three - Phase PWM Rectifiers, Copyright Warsaw, Poland - 2001 m co l gm @ [8] Matlab R2008b an Lu n va ac th si
