Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP lu an va n NGUYỄN VĂN TÂN p ie gh tn to d oa nl w NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TẠI KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH va an lu ll u nf LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN oi m z at nh z m co l gm @ an Lu Thái Nguyên - 2020 n va ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TẠI KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH lu an n va gh tn to Mã ngành: 8520201 p ie LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC d oa nl w lu ll u nf va an NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC oi m z at nh PGS.TS TRẦN XUÂN MINH z m co l gm @ an Lu Thái Nguyên - 2020 n va ac th si Luận văn thạc sỹ Trang MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài lu an n va p ie gh tn to Với phát triển mạnh ngành kinh tế, đặc lĩnh vực cơng nghiệp nhu cầu lượng ngày lớn, lượng phục vụ cho hầu hết lĩnh vực chủ yếu điện Trước lượng điện chủ yếu tạo nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Nhưng hệ thống phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch gặp nhiều vấn đề như: nguồn nhiên liệu hóa thạch dần bị cạn kiệt, sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây nhiều tác hại xấu đến môi trường sống tạo nhiều nguy trái đất toàn hệ sinh vật sống trái đất… Trước tình hình đó, nhiều nguồn lượng sạch, lượng tái tạo khai thác lượng mặt trời, thủy năng, thủy triều, lượng gió… Một dạng lượng tái tạo mà Việt Nam có nhiều việc khai thác cịn hạn chế gió Với dải bờ biển dài có tiềm lớn gió tỉnh Ninh Bình điều kiện để xây dựng trạm phát điện sức gió, góp phần bổ sung phần công suất điện vào mạng điện tỉnh, quốc gia đồng thời giảm thiếu ô nhiễm môi trường giảm công suất hệ thống phát điện sử dụng nhien liệu hóa thạch w d oa nl Với lý trên, việc nghiên cứu để ứng dụng lượng gió bố trí khu vực bờ biển tỉnh giáp biển, có tỉnh Ninh Binh nhằm tăng nguồn lượng cho tương lai cần thiết có nhiều triển vọng Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình” ll u nf va an lu oi m Mục tiêu nghiên cứu đề tài z at nh - Nghiên cứu tiềm phát triển lượng gió địa bàn tỉnh Ninh Binh z gm @ - Lựa chọn loại hệ thống phát điện sức gió triển khai khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình l khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình an Lu - Mơ phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống m co - Thiết kế cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió triển khai n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang Kết dự kiến - Cấu trúc thuật toán điều khiển loại hệ thống phát điện sức gió - Kết mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Tiềm năng lượng gió tỉnh Ninh Bình; - Hệ thống phát điện sức gió Cơng cụ, thiết bị nghiên cứu Máy tính phần mềm mơ Matlab/Simulink lu Bố cục luận văn an n va Ngoài phần Mở đầu, Kết luận hướng phát triển, Tài liệu tham khảo, Chương 1: Tổng quan thực trạng sử dụng nguồn lượng tái tạo tỉnh gh tn to Phụ lục, luận văn bao gồm chương sau: p ie Ninh Bình w Chương 2: Lựa chọn hệ thống phát điện sức gió ứng dụng vào vùng ven oa nl biển tỉnh Ninh Bình d Chương 3: Mơ hình máy điện khơng đồng nguồn kép hệ thống an lu phát điện sức gió oi m Kế hoạch thực ll pháp Passivity - Based u nf va Chương 4: Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió theo phương z at nh Tồn nội dung luận văn thực tháng kể từ ngày có z định Kế hoạch thực cụ thể sau: m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang Thời gian Ghi thực Nội dung nghiên cứu STT Nghiên cứu tổng quan tiềm ngăng lượng tái 1 tháng tạo tỉnh Ninh Bình Tìm hiểu tiềm năng lượng gió tỉnh Ninh tháng Bình Tìm hiểu hệ thống phát điện sức gió lựa tháng chọn loại hệ thống ứng dụng lu an n va tháng 5Thiết kế điều khiển hệ thống phát điện sức gió tháng Hoàn thiện luận văn tháng p ie gh tn to 4Xây dựng mơ hình tốn đối tượng điều khiển d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang CHƯƠNG TỔNG QUAN THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI TỈNH NINH BÌNH 1.1 Sự phát triển phụ tải, định hướng phát triển quy hoạch điện tỉnh Ninh Bình lu an n va gh tn to Ninh Bình biết đến tỉnh phát triển tiềm du lịch lớn, bên cạnh Ninh Bình biết đến sản phẩm cơng nghiệp chủ lực truyền thống (như: xi măng, clanhke, sắt thép, ), ngồi ngành cơng nghiệp truyền thống mũi nhọn, năm gần tỉnh Ninh Bình cịn tập trung xúc tiến, thu hút kêu gọi đầu tư phát triển ngành công nghiệp phụ trợ, ngành công nghệ cao, như: sản xuất linh kiện điện tử, sản xuất lắp ráp ô tô, công nghiệp phụ trợ Cùng với quy hoạch, phát triển nhanh thành phố huyện thị việc quy hoạch điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải tỉnh quan tâm hàng đầu p ie ( Theo báo cáo tổng kết hàng năm Điện lực Ninh Bình) Sản lượng điện thương phẩm w Năm 2.004,081 2.258,8 2.411,539 ll u nf va an oi m 2019 lu 2018 1.890 d 2017 oa nl 2016 Ghi ( Triệu kWh) z at nh Bảng Sản lượng điện thương phẩm tỉnh Ninh Bình từ năm 2016 -2019 z Qua bảng số liệu ta thấy rõ phụ tải tỉnh Ninh Bình tăng trưởng phát triển hàng năm khoảng 6-12%/năm @ m co l gm Về nguồn điện: Hiện địa bàn tỉnh Ninh Bình có 01 nhà máy nhiệt điện (Công ty cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình) Nhà máy xây dựng năm đầu thập kỷ 70, với tổ máy, tổng công suất 100 MW (Với năm 2019 sản lượng điện với công suất tối đa nhà máy sản xuất đạt: 645,304 triệu kWh, chưa tính tổn thất, theo đáp ứng khoảng 1/4 nhu phụ tải tỉnh) Nguồn điện cịn lại cung cấp cho tỉnh Ninh Bình lấy từ nhà máy an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang thủy điện lớn Việt Nam Nhà máy thủy điện Hịa Bình Nhà máy thủy điện Sơn La thơng qua trạm biến áp 500kV Nho Quan trạm biến áp 110/220kV đặt địa bàn tỉnh Về số lượng trạm biến áp ( TBA) dung lượng máy biến áp ( MBA) sau: Hiện địa bàn tỉnh có 01 trạm biến áp 500kV với cơng suất (Với dung lượng MBA 500kV là: 1500 MVA); 01 trạm biến áp 220kV ( tổng dung lượng MBA 220kV 500MVA) 15 trạm biến áp 110kV với 27 máy biến áp 110kV ( Tổng công suất đặt trạm 110kV 812,5MVA) lu an n va p ie gh tn to Về quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Ninh Bình giai đoạn 2016-2025 có xét đến 2035: Các hạng mục đường dây trạm biến áp Quy hoạch phát triển lưới điện thực theo giai đoạn cụ thể Đối với trạm biến áp, giai đoạn 2016-2020, xây dựng 01 mở rộng quy mô 01 trạm biến áp 220/110kV, xây dựng 08 nâng cấp 06 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2021-2025, xây 01 cải tạo, mở rộng 01 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 04 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 06 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2026-2030, cải tạo 01 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 04 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 11 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2031-2035, cải tạo mở rộng 03 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 02 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 15 trạm biến áp 110kV đồng thời xây dựng 1.705 trạm biến áp lưới điện trung thế, cải tạo, nâng công suất 1.534 trạm biến áp lưới điện trung d oa nl w va an lu ll u nf Đối với phát triển lượng tái tạo xây dựng 01 nhà máy nhiệt điện tận dụng nhiệt khí thải nhà máy xi măng với tổng công suất lắp đặt 10 MW, 01 nhà máy sinh khối quy mô MW oi m z at nh (Theo Quyết định số 1235/QĐ-BCT Bộ Công thương việc phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Ninh Bình giai đoạn 2016-2025 có xét đến 2035; Nguồn http://congthuong.ninhbinh.gov.vn) z @ 1.2.1 Năng lượng mặt trời m co l gm 1.2 Thực trạng nguồn lượng tái tạo sử dụng khu vực tỉnh Ninh Bình an Lu n va Tiềm năng lượng mặt trời khai thác vào xạ mặt trời Việt Nam khu vực có xạ mặt trời hàng năm tương đối lớn ổn ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang định, đặc biệt khu vực Cao nguyên miền Trung, duyên hải miền Trung miền Nam, Đồng sơng Cửu Long Tính trung bình tồn quốc lượng xạ mặt trời 4-5kWh/m2 ngày Theo đánh giá, vùng có số nắng từ 1.800 giờ/năm trở lên coi có tiềm để khai thác sử dụng Ngày 06 tháng năm 2020, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg chế hỗ trợ phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam áp dụng, theo số liệu cập nhật đến 06/2019 cho biết, có 82 nhà máy điện mặt trời hịa lưới điện Quốc gia, với tổng cơng suất khoảng 4.464 MW lu an n va p ie gh tn to Theo thống kê chung số nắng nước, khu vực phía Bắc có khoảng 1.800 – 2.100 nắng năm Con số tỉnh phía Nam 2.000 – 2.600 nắng Qua ta thấy Việt Nam, tiêu chí phù hợp với nhiều vùng, tỉnh phía Nam, cịn tỉnh phía Bắc có tỉnh Ninh Bình Cường độ xạ mặt trời đạt mức cao vào mùa Hè, tháng mùa Thu – Đông - Xuân cường độ xạ mặt trời thấp, ngày khơng có nắng lượng điện sản xuất giảm d oa nl w Tỉnh Ninh Bình tỉnh thành phía Bắc đẩy mạnh phát triển lượng điện mặt trời áp mái nhiên có quy mơ nhỏ quy mơ hộ gia đình, chưa khả thi với dự án đầu tư quy mô lớn ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang lu an n va p ie gh tn to d oa nl w u nf va an lu ll Hình 1.1: Biểu đồ cơng suất phân bổ dự án điện mặt trời Việt Nam oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 10 lu an n va p ie gh tn to Hình 1.2: Minh họa chuyển hóa lượng mặt trời thành điện 1.2.2 Thủy điện w d oa nl Ở Việt Nam, thủy điện lâu xem nguồn lượng sạch, chi phí sản xuất thấp Ngồi mục tiêu phát điện, nhà máy thủy điện cịn có nhiệm vụ cắt chống lũ cho hạ du mùa mưa bão, đồng thời cung cấp nước phục vụ sản xuất nhu cầu dân sinh mùa khô va an lu ll u nf Tuy nhiên nhược điểm thủy điện phụ thuộc lớn vào thời tiết, dự án thủy điện thường cần có hồ chứa lớn nên chiếm nhiều diện tích đất đai Thêm nữa, số hệ thống thủy điện bộc lộ ảnh hưởng không tốt đến môi trường co thể có khả gây nên số tượng thiên tai (chưa khẳng định) oi m z at nh z m co l gm @ Chưa kể thực tế, tới nay, hầu hết dự án thủy điện lớn có cơng suất 100 MW dự án có vị trí thuận lợi, chi phí đầu tư thấp triển khai Trong thời gian tới, khai thác dự án thủy điện cơng suất nhỏ với chi phí đầu tư cao an Lu Về địa hình tỉnh Ninh Bình nằm vùng tiếp giáp vùng Đồng sông Hồng với dải đá trầm tích phía Tây nằm điểm mút cạnh đáy tam n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 63 Vậy điều khiển thành phần ird viết dạng: * dird * * * * aird r irq e '*sd b '*sq dusd D( )(ird ird ) dt PBC curd (4.30) 4.2.2 Tổng hợp điều chỉnh dịng irq Để đặt tốn điều chỉnh thành phần irq, ta đặt biến irq biến điều khiển với giá trị mong muốn irq* lấy từ điều chỉnh công suất phản kháng thông qua khâu tính tốn giá trị đặt GTĐ Tương tự thành phần ird tín hiệu điều khiển có dạng: lu PBC * urq urq D()irq (4.31) an va Trong đó: n PBC điện áp điều khiển PBC tạo ra; urq ie gh tn to urq* điện áp rotor thành phần trục q mong muốn máy phát; * irq irq irq p sai lệch dòng điện rotor thành phần trục q giá trị nl w đặt giá trị thực d oa Từ (3.14) ta suy ra: 1 * 1 * 1 * * )irq Lrr ird Lr ( ' Ts '* ) Lr usq Tr Ts Ts Lm sq sd va dt Lr ( an * dirq lu * urq Lr u nf (4.32) ll Thay (4.32) vào (4.31) nhận được: dt Lr ( 1 * * )irq Lrr ird Tr Ts (4.33) 1 1 * * ( '* Ts '* ) Lr usq D( )(irq irq ) Ts Lm z sq sd gm @ Lr rq z at nh Lr di* oi m urqPBC Vậy điều khiển thành phần irq viết dạng: dt * * * * airq r ird e '*sq b '*sd dusq D( )(ird ird ) (4.34) m co * dirq l curqPBC an Lu Với D() hệ số suy giảm chọn cho hàm trữ lượng n va biến điều khiển giữ đặc điểm thụ động: ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 64 D( ) L2m d ; Rr 0; d 4 Từ điều chỉnh dòng tựa thụ động ta thấy đảm bảo tách kênh nhờ bù liên kết ngang thành phần r.ird r.irq bù thông số khác điện áp lưới, từ thông stator tốc độ rotor 4.3 Tổng hợp điều chỉnh vòng ngồi phía máy phát Các điều chỉnh vịng ngồi phía máy phát có điều chỉnh mơ men mG điều chỉnh công suất phản kháng sử dụng điều chỉnh PI, việc tính chọn tham số điều chỉnh dựa theo [3], [6], [11], [13], [14], [15] 4.4 Tổng hợp điều chỉnh phía lưới lu an n va p ie gh tn to Do yêu cầu phía lưới điều khiển ổn định điện áp chiều u DC cung cấp cho mạch chiều trung gian Vì nội dung luận văn chọn phương pháp thiết kế điều chỉnh dịng phương pháp tuyến tính đơn giản phương pháp tuyến tính Dead – Beat thông thường theo [3], [6], [11], [13], [14], [15] Các điều chỉnh vịng ngồi điều chỉnh uDC điều chỉnh cơng suất phản kháng phía lưới QN sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính với điều chỉnh khâu PI [3], [6], [13], [14], [15] oa nl w d 4.5 Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió lu ll u nf va an Từ kết phân tích tính tốn ta có cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió dùng MDBNK biểu diễn hình 4.2 oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 65 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z Hình 4.2 Hệ thống điều khiển phía lưới phía máy phát hệ thống PĐSG sử dụng điều chỉnh passivity - based l gm @ Trong cấu trúc hình 4.2: m co - Phần điều khiển phía máy phát có: Khâu điều chỉnh điện áp chiều trung gian hai biến đổi (Khâu ĐC uĐC); khâu điều chỉnh cơng suất phản kháng phía lưới QN (Khâu ĐCQ), khâu điều chỉnh dịng (Khâu ĐCD); khối tính tốn cơng suất phản kháng (Tính Q); khâu chuyển đổi tọa độ Tín hiệu đầu an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 66 khâu ĐCD sau qua khâu chuyển đổi tọa độ đưa qua khối điều chế vector không gian (ĐCVTKG) để tạo chuỗi xung điều khiển van CL - Phần điều khiển phía máy phát (phần rotor) gồm có: Bộ điều chỉnh mô men mG (Khâu ĐCMM) đặc trưng cho điều khiển công suất tác dụng; khâu điều chỉnh công suất phản kháng (khâu ĐCQ); điều chỉnh dòng sử dụng phương pháp tựa theo thụ động (ĐCDMP); khối tính giá trị đặt (GTĐ), giá trị thực (GTT); khâu chuyển đổi hệ tọa độ Tín hiệu ĐCDMP sau qua khâu chuyển hệ tọa độ từ hệ dq sang hệ dùng để khống chế khâu điều chế vector không gian để khống chế thời gian đóng mở van cơng suất biến đổi phía rotor máy phát (NL) 4.6 Mô hệ thống lu an n va ie gh tn to Để đánh giá cấu trúc thuật toán điều khiển xây dựng kiểm tra khả làm việc hệ thống thiết kế, tác giả tiến hành mô số chế độ hệ thống Chương trình mơ thực dựa vào công cụ Matlab - Simulink Plecs, với cộng cụ mô cho kết gần sát với thực thể qua số đặc điểm sau: p - Với hệ thống mạch điện/ điện tử mô phần mềm Plecs, phần mềm cho kết mô tả mạch điện/ điện tử dạng sơ đồ nguyên lý phần tử thiết bị điện, linh kiện điện tử nối ghép mạch cách trực quan giống nối thực tế d oa nl w lu ll u nf va an - Giá trị thực đo ADC với tần số trích mẫu 4kHz, giá trị thực đưa vào vòng giữ nguyên tần số trích mẫu ADC Tuy nhiên giá trị thực đưa vịng ngồi làm trễ chu kỳ trích mẫu ADC trở thành 1kHz tốc độ tính tốn bị hạn chế vi điều khiển oi m z at nh - Các khâu điều chỉnh có khả hiệu chỉnh ngược sai lệch đầu vào giúp đại lượng điều khiển vào giới hạn nhằm tránh làm cho hệ thống bị dao động đại lượng điều khiển khỏi vùng giới hạn z @ m co l gm - Mơ với nghịch lưu có tần số băm xung 8kHz, đảm bảo đồng với chu kỳ trích mẫu chu kỳ băm xung với van bán dẫn điều khiển theo nguyên lý điều chế véc tơ không gian an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 67 4.6.1 Chương trình mơ Với phần mềm mô sử dụng, chương trình hiển thị dạng đồ họa, có gọi chương trình mơ sơ đồ mô Sơ đồ mô hệ thống máy phát điện sức gió Udc omega_n Tr u_dc 1450 Unetz n_ref mL [n] omega_n indq_ist Tabc u_netz Tm n Ustator indq_ist undq_ist undq_ist theta_n theta_n udc_ist udc_ist IF u_stator T urbine Source IStator Sine Wave K5 i_stator Enc DC Check enc i_netz Inetz Sy nch irdq_ist Bo dieu khien phia luoi Cac tin hieu dieu kien i_rotor Irotor Rec isdq_ist Ti I_phu Inv I_kurzschluss usdq_ist k_5 lu I_chinh Signal Sy nchout Fehler I_haupt Signal Builder theta_s Bo dieu khien MF an theta_r K5 Mo hinh MF omega_s Sy nch ird* Tabc IF va omega_m irq* udc_ist Chuan_hoa theta_n n undq_ist theta_r to omega_n irdq_ist tn isdq_ist ird* usdq_ist gh theta_s omega_s ie irq*1 omega_m p w d oa nl Hình 4.3 Sơ đồ mơ tồn hệ thống an lu Pđm = 1,1 KW Rr = 3.7 Uđmr = 345 V ll m Uđms = 20/380(/) u nf va Bảng 4.1: Thông số máy phát không đồng nguồn kép (MDBNK) Ls = 0.013H fđm = 50 Hz Rs = 4.2 Ls = 0.0089H zp = Cosđm = 0.657 Lm = 0,34H J = 0.064Kgm2 Iđm = 3,5A oi nđm = 950 V/ph z at nh z gm @ Mã hiệu: VM Việt Nam m co l Sơ đồ mô hệ thống Matlab - Simulink - Plecs gồm khối biểu diễn hình từ 4.4 đến 4.10: an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 68 lu an va n Hình 4.4 Sơ đồ mô phần lưới, biến đổi máy phát điện không đồng pha rotor dây quấn p ie gh tn to CDemux V AC Source V1 S16 w nl R3 Fehler S17 V2 S18 I_kurzschluss R1 R2 oa Am7 A R6 I_Haupt R5 R4 A A S11 u nf u A v A w I_N I_S oi U_DC A I_R z at nh S13 t Back to back Converter m Synch r s S12 ll U_N Pulse_Inv pulses2 pulse_Rec Ld Rd pulses1 V S10 va V an lu V R U_DC d Am8 A A A A S14 S15 A Tm m ASM Para z V Tm V U_S l gm @ V m co Hình 4.5 Sơ đồ mơ chi tiết bên hình 4.4: phần lưới, biến đổi máy phát điện không đồng pha rotor dây quấn an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 69 Hình 4.6 Sơ đồ mơ phần lực biến đổi mG1 Enable Synch Moment PI lu IF x ird setpoint calculation y an m omegaS usd is Product mG_ref i*rd ird* Product1 omegaS va mG2 omegaS n mG usd y x mG is_dq is to Filter2 Torque estimation tn usd gh is_dq MG p ie Qs w Qs is_dq |is| usd Phi estimation1 irq setpoint calculation_Q Qs1 Qs PI oa nl Synchronization Qref x IF Product2 usd omegaS y I*rq Qs Product3 usq irq* d usq lu Cosphi_IF1 u nf va an Hình 4.7 Sơ đồ mơ khâu tính tốn giá trị đặt phía rotor Lm ll Gain4 usq* Product1 m oi omegas z at nh Ls/Lm z ird* usd* Product S'isd* Gain1 @ -Lm Gain3 Demux Ls/Lm is_dq m co irq* S'isq* l Gain2 gm an Lu Hình 4.8 Sơ đồ mơ khâu tính tốn giá trị đặt phía lưới n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 70 Sisq*_s Sisq'* irq* Irq usd* Usd* ird* urdPBC Ird,ref d omega_r dlim Urd omega Omega Sisd*_s q Sisd' qlim ird lim Urq ird Controller Correct phase limitation Sisq*_s Irq,ref irq* omega_r Omegar irq urqPBC Ird omega Sisd*_s ird* 10 1/sqrt(3) usq* Usq* iq Controler lu 11 uDC an Hình 4.9 Sơ đồ mơ điều khiển dịng rotor n va tn to IF IF IF udc_soll IF 680 gh soll_ein soll_aus Switch udc_soll Id_soll ind_soll RateofChangeLimiter udc_ist ie udc_ist undq_ist indq_ist p und_soll d unq_soll q omega_n omega_n Demux Und_ist Unq_ist ind_ist Demux inq_ist udc_ist Tabc Tabc inq_soll w IF sin_soll nl 0.01 sin_soll aus theta theta_n oa sin_ist d udc_ist Sinregler lu Pow er Factor Calculation an |Is| Modulation ind_ist Sin va Cos inq_ist DC Einladung Cos u nf udc_ist DC Check K5 ll Hình 4.10 Sơ đồ mơ điều khiển phía lưới oi m z at nh 4.6.2 Kết mô 4.6.2.1 Kiểm tra khả khắc phục sai lệch tĩnh điều khiển PBC z Để kiểm tra hiệu điều khiển dòng rotor thiết kế theo phương pháp tựa theo thụ động ta thực mơ với giả thiết chưa xét đến vịng điều khiển ngồi cho lượng đặt dịng theo trục d q dòng rotor số đoạn (thay đổi nhảy cấp) Kết mơ trường hợp biểu diễn hình 4.11 m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 71 lu an Hình 4.11 Đáp ứng dịng rotor với điều chỉnh PBC n va p ie gh tn to Qua kết mơ hình 4.11 cho ta thấy khả khử sai lệch tĩnh điều chỉnh PBC tốt Ngồi giá trị dịng thực theo thành phần d q bám tốt giá trị đặt, đồng thời từ kết mô rõ tính tách kênh thành phần dòng điện rotor đảm bảo oa nl w 4.6.2.2 Kiểm tra việc thực hòa đồng máy phát lên lưới Dap ung dong rotor qua trinh hoa dong bo d lu 0.5 an va m irdq ll -1 -1.5 oi z at nh -2 -2.5 -3 z 0.05 0.1 0.2 0.25 gm 0.15 t @ -3.5 ird* irq* ird irq u nf -0.5 Hình 4.12 Đáp ứng dịng rotor hịa đồng m co l an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 72 400 Dien ap luoi Dien ap stator 300 200 100 u -100 -200 -300 -400 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 t 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 lu Hình 4.13 Điện áp lưới điện áp stator máy phát an n va 400 Dien ap luoi Dien ap stator 300 tn to 200 gh 100 u p ie w -100 d oa nl -200 0.14 va an -400 0.12 lu -300 0.16 0.18 u nf 0.2 t 0.22 0.24 0.26 0.28 Hình 4.14 Điện áp lưới điện áp stator máy phát sau hòa ll oi m Qua kết mô cho thấy điều chỉnh điều khiển dòng điện thành phần ird irq đảm bảo ird = irq < 0, sau 0,09s (hình 4.13 sau 0,03s tác động điều khiển) ta thấy điện áp pha lưới máy phát trùng sau 0,09s (hình 4.14) Như sau 0,12s thực hồ đồng máy phát lên lưới Trong q trình ta thấy chúng trùng z at nh z ulm 306 3,01A thoả mãn sm Lm 298,5.0,34 m co l điều kiện hoà đồng đặt gm @ dịng điện rotor ln giữ ird = irq đặt an Lu 4.6.2.2 Kiểm tra khả làm việc hệ thống thay đổi giá trị n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 73 m* m -1 m -2 -3 -4 -5 0.5 1.5 t 2.5 Hình 4.15 Đáp ứng mơ men máy phát theo lượng đặt 1500 Q Q* lu 1000 an va n Q 500 tn to ie gh -500 p -1000 0.5 1.5 t 2.5 oa nl w Hình 4.16 Đáp ứng cơng suất phản kháng máy phát theo lượng đặt d an va u nf ll irdq ird* irq* ird irq lu m oi -1 z at nh -2 -3 -4 0.5 2.5 @ 1.5 t z -5 m co l gm Hình 4.17 Đáp ứng thành phần dòng rotor thay đổi lượng đặt công suất tác dụng (thay đổi mG) phản kháng máy phát an Lu Kết mô cho thấy điều khiển điều chỉnh dòng điện thành phần ird irq bám theo giá trị đặt i*rd i*rq (hình 4.17) đảm bảo n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 74 việc phát công suất tác dụng phản kháng lên lưới theo yêu cầu (hình 4.15 4.16) có chất lượng tốt 4.7 Kết luận chương Chương thực xây dựng điều khiển PBC cho phần điều khiển dòng rotor máy phát xây dựng cấu trúc điều khiển đầy đủ hệ thống phát điện sức gió sử dụng MDBNK Phần cuối chương tiến hành mô hệ thống Matlab – Simulink – Plecs, kết mô khẳng định tính đắn cấu trúc thuạt toán điều khiển thiết kế lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Tác giả luận văn tiến hành khảo sát, thu thập liệu đánh giá tiềm khả triển khai hệ thống phát điện sức gió vùng ven biển tỉnh Ninh Bình góp phần tăng nguồn cơng suất cho lưới điện, giảm ảnh hưởng phát triển kinh tế đến môi trường lu Luận văn đề xuất áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity - Based) cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MDBNK chế độ làm việc bình thường với tải đối xứng Đây nội dung quan trọng công việc cần thực để triển khai hệ thống phát điện sức gió mà đề tài đặt an n va p ie gh tn to Nội dung luận văn thực việc thiết kế điều khiển phi tuyến cho phần điều khiển dòng rotor máy phát (bộ điều khiển theo phương pháp tựa theo thụ động), bám sát với chất phi tuyến mơ hình máy phát Các kết mơ chứng minh phân tích, tính tốn luận văn có sở đảm bảo độ xác điều khiển chế độ máy phát điện sức gió Kiến nghị: d oa nl w Như nêu, phương pháp thiết kế điều khiển cịn có khả điều khiển làm việc hệ thống trường hợp lưới xẩy cố, luận văn chưa giải Chính lý tác giả xin đề xuất hướng nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng tải không đối xứng tới chất lượng điều khiển máy phát điện sức gió sử dụng MDBNK khả bám lưới máy phát trường hợp lưới có cố đối xứng không đối xứng sử dụng phương pháp điều khiển phi tuyến Passivity - Based ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Triệu Đức Long, “Phân tích đặc điểm thụ động động khơng đồng bộ-rotor lồng sóc, kiểm tra triển vọng thiết kế điều khiển sở kết phân tích thu (passivity-based controller design”, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội, 2004 [2] Trần Xuân Minh, Đặng Danh Hoằng (2013), “Điều khiển bám lưới hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy phát không đồng nguồn kép phương pháp điều khiển tựa theo thụ động”, Tạp chí khoa học & công nghệ trường đại học kỹ thuật, 8-14, số 97/2013 lu [3] Nguyễn Phùng Quang, “Máy điện dị nguồn kép dùng làm máy phát hệ thống phát điện sức gió: Các thuật tốn điều chỉnh bảo đảm phân ly mô men hệ số công suất”, Tuyển tập VICA 3, 413 - 437, Hà Nội, 1998 [4.] Nguyễn Phùng Quang, “Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha”, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1996 an n va gh tn to [5] Ng.Ph.Quang, Andreas Dittrich, “Truyền động điện thông minh”, NXB Khoa học Kỹ thuât, Hà Nội, 2002 p ie [6] Cao Xuân Tuyển, “Tổng hợp thuật toán phi tuyến sở phương pháp backstepping để điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống máy phát điện sức gió”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2008 d oa nl w ll u nf va an lu [7] E Koutroulis and K Kalaitzakis (2006), “Design of maximum power tracking system for wind-energy-conversion application”, IEEE transactions on Industrial Electronics , 43: 486-494, Apr, 2006 oi m [8] Levent U.gödere, Marwan A Simaan, Charles W Brice, “Passivity – Based Control of Saturated Induction Motors”, IEEE, 1997 [9] Levent U Gökdere†, Marwan A Simaan and Charles W Brice, “A Comparison of Passivity-Based and Input-Output Linearization Controllers forInduction Motors”, Proceedings of IEEE Emerging Technologies and Factory Automation Conference (ETFA’97), pp 60-63, Los Angeles, CA, 1997 z at nh z l gm @ m co [10] Lopez, J; Sanchis, P; Roboam, X; Marroyo, “Dynamic behavior of the doubly fed induction generator during three - phase voltage dips”, IEEE transaction on energy conversion, 2006 an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si Luận văn thạc sỹ Trang 77 [11] Lan, Ph.Ng, “Linear and nonlinear control approach of doubly - fed induction generator in wind power generation”, P.h.D thesis, TU-Dresden, 2006 [12] M R Patel, “Wind and Solar Power Systems”, CRC Press, 1999 [13] Ng.Ph.Quang, A Dittrich, “Vector Control of Three - Phase AC Machines - System Development in the Practice”, Springer Heidelberg Berlin, 2008 [14] Quang, Ng.Ph., Dittrich, A.,Lan, Ph.Ng., “Doubly - Fed Induction Machine as Generator Wind Power Plant: Nonlinear Control Algorithms with Direct Decoupling”, Intern Conf CD Proc Of 11th European Conf On Power Electronics and Application, EPE, Dresen, Germany, 2005 lu an n va [15] Quang, Ng.Ph., Dittrich, A., Thieme, A., “Doubly - Fed Induction Machine as Generato:r Control Algorithms with Decoupling of Torque and Power Factor”, Electrical Engineering/Archiv für Elektrotechnik, 325 - 335, 1997 p ie gh tn to [16] R.Ortega, A.Loria, P.J.Nicklasson, H.Sira-Ramírez, “Passivity-based Control of Euler Lagrange Systems: Mechanical, Electrical and Electromechanical Applications”, Springer-Verlay, London-BerlinHeidelberg, 1998 w d oa nl [17] R Datta and V.T Ranganathan, “A method of tracking the peak power points for a variable speed wind energy conversion system”, IEEE transactions on energy conversion, 18, 163-168, 2003 an lu ll u nf va [18] J X Ostolaza A Tapia, G Tapia and J R Saenz, “Modeling and control of a wind turbine driven double fed induction generator”, IEEE Transactions on energy conversion, 18:194–204, June 2005 oi m z at nh z m co l gm @ an Lu n va ac th Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình si
Ngày đăng: 21/07/2023, 09:18
Xem thêm:
