95 Trang 6 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮTAC Xoay chiều DC Một chiều HAWT Tuabine gió trục ngangMPPT Điều khiển tối ưu công suấtNLG Năng lượng gió NLTT Năng lượng tái tạ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LÊ TUẤN ANH NGHIÊN CỨU MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ SỬ DỤNG TURBINE TRỤC ĐỨNG Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN HƯỚNG THIẾT BỊ ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS NGUYỄN THẾ CÔNG Hà Nội – Năm 2012 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131683491000000 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực cơng trình nghiên cứu tơi, chưa cơng bố cơng trình khác Hà Nội, ngày 17 tháng 09 năm 2012 Tác giả luận văn Lê Tuấn Anh MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .7 I MỞ ĐẦU 11 II NỘI DUNG .13 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 13 1.1 SƠ LƯỢC VỀ PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG GIÓ TRÊN THẾ GIỚI 13 1.1.1 Nhu cầu trạng phát triển lượng gió 13 1.1.2 Lịch sử phát triển cơng nghệ điện gió 15 1.1.3 Các cơng nghệ điện gió 16 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KHAI THÁC NĂNG LƯƠNG GIÓ Ở VIỆT NAM 24 1.2.1 Nhu cầu lượng Việt Nam 24 1.2.2.Các nghiên cứu lượng gió Việt Nam 25 1.2.3 Q trình phát triển cơng nghệ khai thác lượng gió Việt Nam 25 1.2.4 Cơ hội thách thức triển khai dự án điện gió 28 CHƯƠNG LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ PHONG NĂNG VÀ ỨNG DỤNG Ở VIỆT NAM 31 2.1 Đặc điểm gió biến đổi lượng 31 2.1.1 Đặc điểm gió 31 2.1.2 Sự biến đổi lượng khí động học thành lượng điện 33 2.2 Khí động lực học turbine gió .36 2.2.1 Động lực học cánh gió turbine 36 2.2.2 Động lực học rotor 39 2.3 ĐẶC ĐIỂM CỤ THỂ VỀ GIÓ Ở VIỆT NAM 41 2.3.1 Tốc độ gió, cấp gió 41 2.3.2 Chế độ gió Việt Nam 42 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA CHO HỆ THỐNG TURBINE GIĨ TRỤC ĐỨNG CÔNG SUẤT NHỎ VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MPPT 45 3.1 Giới thiệu chung 45 3.2 Mơ hình gió 47 3.3 Mơ hình hóa turbine 48 3.3.1 Đặc điểm turbine 48 3.3.2 Chuyển đổi điện 50 3.3.3 Đặc điểm đường cong Cp 51 3.4 Mơ hình máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu 53 3.5 Bộ chỉnh lưu PWM 61 3.6 Phương pháp MPPT 62 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ SỬ DỤNG TURBINE GIĨ TRỤC ĐỨNG CƠNG SUẤT NHỎ 66 4.1 Giới thiệu phần mềm khảo sát, mô 66 4.2 Xây dựng mơ hình mô 66 4.2.1 Khối tốc độ gió 68 4.2.2 Khối turbine gió 70 4.2.2 Khối máy phát PMSG 72 4.2.3 Khối ổn định tốc độ .76 4.2.4 Khối tạo điện áp Vsref 77 4.2.5 Khối MPPT 78 4.2.6 Khối phát xung 79 4.2.7 Khối chỉnh lưu 80 4.2.8 Định nghĩa tham số 80 4.3 Kết mô 80 4.3.1 Mô với tốc độ gió gần với thực tế 80 4.3.2 Mơ với tốc độ gió cụ thể 86 III KẾT LUẬN 94 KẾT LUẬN CHUNG .94 CÁC KIẾN NGHỊ VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 96 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT AC Xoay chiều DC Một chiều HAWT Tuabine gió trục ngang MPPT Điều khiển tối ưu công suất NLG Năng lượng gió NLTT Năng lượng tái tạo VAWT Turbine gió trục đứng PWM Điều chế độ rộng xung PMSG Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tổng công suất lắp đặt điện gió số nước giới 14 Bảng 2.1 Bảng cấp gió Beaufor .42 Bảng 2.2 Bảng tiềm gió Việt Nam 43 Bảng 3.1 Bảng thông số turbine 49 Bảng 3.2 Bảng thông số máy phát 54 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Q trình phát triển cơng nghệ điện gió thương mại Mỹ .15 Hình 1.2 Các cơng nghệ điện gió theo vị trí đặt turbine 16 Hình 1.3 Cấu tạo turbine gió 17 Hình 1.4 Cấu tạo turbine gió trục ngang (hộp số, trục rơ-to phanh) 18 Hình 1.5 Nhà máy điện gió Doesburger, Ede, Hà lan .19 Hình 1.6 Turbine 1, cánh quạt 19 Hình 1.7 Vận chuyển cánh quạt Turbine qua Edenfield Anh .20 Hình 1.8 Turbine Darrieus cao 30 m đảo Magdalen (Pháp) .23 Hình 1.9 Turbine Giromill .23 Hình 2.1 Hàm xác suất phân bố cho Rayleigh với tốc độ gió trung bình khác 32 Hình 2.2 Dữ liệu gió thử nghiệm 33 Hình 2.3 Khí động học chuyển đổi thành lượng điện 34 Hình 2.4 Tốc độ gió V v tốc độ đầu cánh ΩR .35 Hình 2.6 Hệ số cơng suất loại tuabin gió 36 Hình 2.7 Đường cong biểu diễn K p 37 Hình 2.8 Các lực tác dụng lên cánh gió 38 Hình 2.9 Tác dụng gió lên cánh 40 Hình 3.1 Hệ thống điện gió .45 Hình 3.2 Cấu trúc turbine gió sử dụng chỉnh lưu PWM 46 Hình 3.3 Cấu trúc turbine gió sử dụng chỉnh lưu diode – băm xung .46 Hình 3.4 Tốc độ gió – mơ hình phân tích 47 Hình 3.5 Turbine trục đứng (R = 0,5m; H = 2m) .49 Hình 3.6 Kích thước hình học cánh turbine gió Savonius 49 Hình 3.7 Sơ đồ khối turbine gió 50 Hình 3.8 Mơ hình turbine gió trục đứng Savonius 51 Hình 3.9 Hệ số cơng suất theo hệ số tốc độ đầu cánh 52 Hình 3.10 Chuyển đổi lượng turbine gió (a) hoạt động “bình thường” (b) hoạt động “hút- ventilateur” 52 Hình 3.11 Mơ hình tính tốn turbine gió 53 Hình 3.12 Mạch tương đương trục d,q PMSG 56 Hình 3.13 Đồ thị vector 57 Hình 3.14 Sơ đồ điều khiển dòng điện 58 Hình 3.15 Sơ đồ điều khiển tốc độ 59 Hình 3.16 Sơ đồ điều khiển tốc độ 60 Hình 3.17 Sơ đồ điều khiển tốc độ tương đương 60 Hình 3.18 Sơ đồ điều khiển tốc độ hoàn chỉnh 61 Hình 3.19 Bộ chỉnh lưu PWM 62 Hình 3.20 Tối ưu hóa tốc độ tham chiếu theo cơng suất 63 Hình 3.21 Sự hội tụ theo dõi điều khiển tốc độ .64 Hình 3.22 Tối ưu momen theo tốc độ 64 Hình 3.23 Sự hội tụ giám sát điều khiển mô men 65 Hình 4.1 Mơ hệ thống turbine gió trục đứng với gió gần với gió thực .67 Hình 4.2 Khối “Tốc độ gió” .68 Hình 4.3 Bên khối tốc độ gió 69 Hình 4.3 Mơ gió thời gian 10s 69 Hình 4.4 Khối Turbine gió 70 Hình 4.5 Bên khối Turbine gió 70 Hình 4.6 Cơng suất turbine gió ứng với tốc độ gió theo tốc độ Ω .71 Hình 4.7 Momen turbine gió ứng với tốc độ gió theo tốc độ Ω 71 Hình 4.8 Khối máy phát PMSG .72 Hình 4.9 Bên khối PMSG 73 Hình 4.10 Khối Electrical model 73 Hình 4.11 Hàm tính momen Te 74 Hình 4.12 Khối abc2qd .74 Hình 4.13 Khối qd2abc .75 Hình 4.15 Khối ổn định tốc độ 76 Hình 4.16 Bên khối ổn định tốc độ .76 Hình 4.14 Mechanical model 76 Hình 4.17 Khối tạo Vabcref 77 Hình 4.18 Bên khối Vabcref 77 Hình 4.19 Khối Vsref 78 Hình 4.20 Khối MPPT .78 Hình 4.21 Bên khối MPPT .78 Hình 4.22 Khối phát xung 79 Hình 4.23 Bên khối phát xung 79 Hình 4.24 Khối chỉnh lưu 80 Hình 4.25 Tốc độ gió thay đổi thời gian mơ 2s 81 Hình 4.26 Tốc độ Ω đặt .81 Hình 4.27 Tốc độ Ω có phương pháp MPPT 82 Hình 4.28 Hệ số cơng suất Cp tốc độ gió thay đổi 82 Hình 4.29 Cơng suất thu theo phương pháp MPPT 83 Hình 4.30 Momen gió thu 83 Hình 4.31 Dịng điện i abc 84 Hình 4.32 Điện áp Vabref 84 Hình 4.33 Momen điện từ Te máy phát 85 Hình 4.34 Dịng điện i sd 85 Hình 4.35 Dịng điện i sq 86 Hình 4.36 Dịng điện i d & idref 86 Hình 4.37 Hệ số cơng suất Cp tốc độ gió V v = m/s .87 Hình 4.38 Tốc độ Ω thực tế đạt với V v = m/s 87 Hình 4.39 Cơng suất Pgió đạt với Vv = m/s 88 Hình 4.40 Dịng điện i abc với Vv = m/s 88 Hình 4.41 Momen Tm với Vv = m/s 89 Hình 4.42 Momen điện từ Te với tốc độ V v = m/s 89