Luận văn thạc sĩ Thiết bị, mạng và nhà máy điện: Điều khiển máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép sử dụng Back-to-Back Converters

Dénghiên cứu hệ thông máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép DFIG sử dụngback-to-back converter, luận văn nay mô phỏng hệ thong DFIG dùng MATLABSimulink bằng các phương pháp điều khiế

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

BUI HUU NGHIA

DE TAI: DIEU KHIEN MAY PHAT DIEN GIO KHONG DONGBO NGUON KEP SU DUNG BACK-TO-BACK CONVERTERS

Chuyên ngành: Thiết bi, Mang va Nha máy điệnMã số: 605250

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHI MINH, thang 6 năm 2013

Cán bộ chấm nhận XÉT Ì: G- G6 5691218 E3 1391 91 1 1 128 1 E118 crei

Luận văn thạc sĩ bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp HCM ngày thang Nam

Thanh phan Hội dong đánh giá luận văn thạc si gồm:

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành

sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HOI DONG TRUONG KHOA ĐIỆN —- ĐIỆN TỬ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: BÙI HỮU NGHĨA MSHV: 11180115

Ngày, tháng, năm sinh: 27/04/1986 Nơi sinh: Vũng Tàu

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: 60.52.50I TÊN DE TÀI:

DIEU KHIỂN MAY PHÁT ĐIỆN GIO KHONG DONG BONGUON KEP SU DUNG BACK-TO-BACK CONVERTERS

H NHIEM VU VA NOI DUNG:

- Tim hiểu về nang lượng gió.- Lý thuyết điều khiển DFIG (double fed induction generator).- Mô phỏng hệ thống DFIG và so sánh kết quả giữa các phương pháp điều khiển.

HI NGÀY GIAO NHIỆM VU :IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 21/06/2013V CÁN BO HUONG DAN : TS PHAM ĐÌNH TRUC

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến quý Thay Cô trường Dai Học BáchKhoa Tp Hồ Chí Minh, những người đã dìu dắt tôi tận tình, đã truyền đạt cho tôinhững kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian tôi học tập tại trường.

Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tat cả các Thay, Cô Khoa Điên-Điện Tửđặc biệt là thầy Phạm Đình Trực đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiệnthuận lợi dé tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này

Tôi xin cảm ơn gia đình tôi, những người thân đã cho tôi những điều kiện tốtnhất để học tập trong suốt thời gian dài

Ngoài ra tôi xin gửi lời cảm ơn đến tất cả những người bạn của tôi, những ngườiđã cùng gắn bó, cùng học tập và giúp đỡ tôi trong những năm qua cũng như trong suốtquá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp

Tp Hồ Chí Minh, tháng 6 năm 2013

TÓM TAT LUẬN VAN

Luận văn nảy trình bày sơ lược về hệ thông năng lượng gió, lý thuyết điều khiếnRSI (rotor side inverter) dùng vecto không gian.Tiếp theo là mô phỏng máy phát điệngió không đồng bộ nguồn kép sử dung back-to-back converters bằng ba phương pháp:PWM, 3-level hysteresis kết hợp vectơ không gian, 3-level hysteresis kết hợp vectokhông gian và PI Từ kết quả mô phỏng, luận văn so sánh giữa ba phương pháp vànhận thấy phương pháp điều khiến RSI băng 3-level hysteresis kết hợp vectơ khônggian va PI cho ra đáp ứng của công suất tác dung stator là tốt nhất Tất cả các môphỏng được thực hiện băng Matlab/Simulink

THESIS SUMMARY

This thesis presents wind energy conversion system (WECS), RSI (rotor sideinverter) controller with space vector-based hysteresis current controller Thesimulations of a doubly-fed induction generator driven by a wind turbine in largepower systems using 3 different methods has been made: PWM, 3-level hysteresis +space vector-based hysteresis current controller, 3-level hysteresis + space vector-based hysteresis current controller + PI From simulation results, comparion of 3methods are discussed and the results show that 3-level hysteresis + space vector-basedhysteresis current controller + PI method has the best stator active power in 3 methods.All the simulations are investigated with MATLAB/SIMULINK.

Tôi xin cam đoan Luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các kêt quả nêutrong Luận văn chưa được công bô trong bât kỳ công trình nào khác Các sô liệu, ví dụ

và trích dẫn trong Luận văn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực

Tôi xin chân thành cam on!

NGƯỜI CAM ĐOAN

Bùi Hữu Nghĩa

MỤC LỤC

Chương 1: Mở đầu -¿- E E221 1 1915151513 111 111 1111111111101 11 1111110111011 111gr l1.1 Giới thiệu tOng quan - c6 S229 SE E932 E233 1231311212111 11 21111111111 x0 |1.2 Phạm vi nghiên cứu của để tài - + ¿5656 E2 SE SE£E9E2EE E23 1E 121 1111 ecxrkd |1.2.1 Đối tượng nghiên CỨU ¿2 522629 SESE£EEEEEEEEEEE 3112121111211 |

1.2.2 Phạm vi nghiÊn CỨU - - - << G5 E900 990.0 00 nọ l

1.3 DEC ONG LUẬN VĂN SG c1 1S 11121 T ng H11 ng ng r ri 2Chương 2: Tìm hiểu về năng lượng 8ÌÓ - + 52525233 SE EErkrkrrrrerrkd 32.1 Lịch sử sử dụng năng lượng gió để phát điện ca 3

2.2 Phân loại turbine B1Ó - << + 19900010 nọ và5

2.2.1 Turbine gió kiểu trục thăng đứng -¿ ¿2-52 + 5++£+£e+t+Eeeezeerererree 52.2.2 Turbine gió kiểu trục ngang - +2 +52 SE+ES++tvEeErkekererrerrrerree 62.3 Các kiêu máy phát điện gió phố biến - 2-2 25252252 S2‡E+Ezecrsrersrree 72.3.1 Hộp SỐ CC 1 1 1 1 1512151111111 21111110101 111 010101211111 11 112 rk 82.3.2 Phương pháp điều khiến - - + 252 SEE+E2EEE2E£E£ESEEEEEEErErErrrrerered 9

DA COTV€YẨ€T G0 nọ nọ II2.4.1 Cap inverter - chỉnh lưu back-to-back 5c S21 ees 122.4.2 Converter ma trận - c1 000101013000 1111111015 1111110 1111 1v 3x4 13

2.5 Sự khác biệt giữa các kiểu nối turbine gió với lưới -:-s-c+cscs=scs¿ 142.6 Khởi động và ngắt máy phát điện gió khỏi lưới . -55 25555: 192.7 Mô hình động lực của hệ thong turbine gió va phân tích tín hiệu nhỏ 192.7.1 Mô hình động lực của hệ thong turbine gió - 25555255552 19

2.7.1.1 Mô hình động lực 816 (Ăn HH ng re 20

2.7.1.2 Moment đầu ra của turbine giÓ : - + 252+c+c++s+eseezevrersreee 20

2.7.1.3 Hiệu ứng bóng thap - Ă c0 ng ng 222.7.1L.A MG bith CO 1 23

2.7.1.8 Mô hình lưới . - ¿2E S2 SESESE£E#EEEEEEEEEEEEEEEEEEEEErkrrrrrrkred 28

2.7.1.9 Mô hình tốc độ giÓ + ¿E- E222 SE SE 1 E5 5 1111111111111 1111k 28

Chương 3: Điều khiến dòng RSI dùng vecto không gian cho DFIG 32

3.1 Mô hình hóa DEIG ¿- - - 2E SE +E£E£EEEE£EEEEEEEEEEEEEEEEEEE1211515 11151111 1 Xe, 323.2 Điều khiến RSI bang PWM -2 52.23 1 21212121121 0111 2101111111111 1x tk 353.3 Điều khiến RSI dùng vectơ không gian cho DFIG -25-555+£+c+c<£s>s2 373.4 Điều khiến RSI dùng 3-level hysteresis + PI cho DFIG -5-5+: 41Chương 4: Mô phỏng điều khiển máy phát điện gió không đồng bộ nguồn képbăng Matlab/Simullink - - + + 2 SE SE 23 1 393515 515111131311 11 111111111111 re 424.1Mô phỏng DFIG - ©6525 EESE E9 5 1EE5E5E1E1515 5111151111111 11111111112 424.2Kết qua mô phỏng hệ thong DFIG điều khiển RSI bang PWM - 44

4.3 Kết quả mô phỏng hệ thống DFIG điều khiến RSI dùng hysteresis 3 tang 51

4.4 Kết quả mô phỏng hệ thống DFIG điều khiến RSI bằng hysteresis 3 tầng+PI 57

4.5 So sánh kết quả 3 phương pháp điều khiến RSI và nhận xét - 63Chương 5: Kết luận và định hướng của đề tài - 5-5-5 c2 cccececreesred 67

Chương 6: Tài liệu tham khảo - c5 1022k ngư69

Chương 1 Mo đầu

CH ƠNG1: MO ĐẦU1.1 Giới thiệu:

Nguồn nhiên liệu hóa thạch sẽ cạn kiệt trong tương lai gần Vì vậy mà cácnguon năng lượng thay thé cho nhiên liệu hóa thạch đã được nghiên cứu va phattriển liên tục như năng lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo Trong đó, năng lượnggió được sử dụng phố biến, các dự án về năng lượng gió đã được xây dựng ở hầuhết các quốc gia SCIG (squirrel cage induction generator) và DFIG (doubly-fedinduction generator) là hai kiểu máy phát thường dùng cho các dự án SCIG làmviệc với tốc độ gió có định, còn DFIG có thé làm việc với tốc độ gió thay đôi Dénghiên cứu hệ thông máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép (DFIG) sử dụngback-to-back converter, luận văn nay mô phỏng hệ thong DFIG dùng MATLABSimulink bằng các phương pháp điều khiến khác nhau

1.2 Pham vi nghiên cứu của đề tài:1.2.1 Đối tượng nghiên cứu:

Mô hình hóa và xây dựng các giải thuật điều khiển máy phát điện cảm ứngcấp nguồn từ hai phía DFIG (Double Fed Induction Generator) được trang bịtrong hệ thống chuyển đổi năng lượng gió WECS (Wind Energy Conversion

System).

1.2.2 Pham vi nghiên cứu:

Luận văn tập trung vào các van dé chính sau đây:

+ Xây dựng mô hình hoan chỉnh bộ chuyển đổi công suất back to back đượccau tạo từ 6 khoá công suất IGBT/ Diode (bao gồm bộ Grid side converter và

Rotor side converter), từ đó điều khiển được máy DFIG phát độc lập côngsuất tác dụng trên stator, công suất phản kháng trên stator.

+ Sử dụng các phương pháp điều khiến khác nhau điều khiển đóng ngắt 6khoá công suất IGBT/Diode của bộ Rotor Side Converter

+ Bang mô phỏng, so sánh giữa các phương pháp điều khiển với nhau Nhậnxét và kết luận

1.3 Đề cương luận văn:Nội dung của luận văn bao gồm các chương sau:

Chương 1: Mở dau.Chương 2: Tìm hiểu về năng lượng gióChương 3: Điều khiển RSI (rotor side inverter) dùng vectơ không gian cho

DFIG.

Chương 4: Mô phỏng điều khiển máy phát điện gió không đồng bộ nguồn képbăng Matlab/Simulink

Chương 5: Kết luận và định hướng của dé tài

Chương 6: Tài liệu tham khảo

Luận văn này dùng phần mềm Matlab/Simulink để mô phỏng mô hình điềukhiển DFIG bằng phương pháp SVO và FOC

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

CH ONG 2: TÌM HIỂU VE NANGL NG GIÓ

2.1 Lịch sử sử dung năng lượng gió dé phát điện:Lịch sử sử dụng năng lượng gió để phát điện đã có từ đầu thế kỷ 19, nhưngvào thời đó giá nhiên liệu thấp làm cho năng lượng gió không được thu hút [1].Nghiên cứu về hệ thống chuyển đổi năng lượng gió sau đó được người ta quan tâmhơn vao năm 1973 bởi sự khủng hoảng dau hỏa Vào thời điểm đó, do các vẫn đề vềkỹ thuật va chi phí cao cho sản xuất, việc làm các turbine lớn bi gây trở ngại [1.2].Vì vậy, các nghiên cứu về turbine gió chuyển sang nghiên cứu làm turbine giá rẻ làcác loại turbine nhỏ gồm máy phát điện không đồng bộ, hộp số và phương phápđiều khiển đơn giản Với loại hệ thống này, trục turbine quay với tốc độ cô định.Máy phát không đồng bộ là sự lựa chọn thích hợp hơn cho hệ thống nay Tổn haothấp và kích thước nhỏ làm cho loại này có giá cả hợp lý [3] Hệ thống chuyển đổinăng lượng gió bao gồm cánh quạt, máy phát điện, converter, hệ thống điều khiển

như trong hình 2.1.

Gearbox : Macnine Converter”

GIAAGS | (DOE dÍAW(GWSI bececcssncssascensnonstananecareoavavarecomaxe enn teas)

Secondary

Primary Conversion Conversion Electrical Grid

Hình 2.1 Sơ đồ khối của hệ thống phát điện gió lên lưới [4]Đến khi có kết quả thành công của hệ thống chuyên đổi năng lượng gió mới,máy phát điện gió được phát triển với quy mô lớn hơn Trong suốt 2 thập kỷ cuốithế kỷ 19, sản xuất turbine gió phát triển cả về kích thước và công suất phát Điềunày có nghĩa là đường kính rotor, công suất phát và trọng lượng tháp đỡ tăng Trongnhững năm dau 1980, turbine gió với với đường kính khoảng 10 đến 15m, và công

suất phát từ 10 đến 65kW đã được lắp đặt Đến giữa những năm 1980, bắt đầu xuấthiện những turbine có đường kính khoảng 15 đến 25m và công suất phát lên tới200kW Ngày nay, năng lượng gió được lắp đặt với công suất từ 200kW đến 2MWvới bán kính rotor khoảng từ 47 đến 80m Căn cứ theo hiệp hội năng lượng gió Mỹ(AmericanWind Energy Association), loại turbine gió lớn được sản xuất gấp 120lần về công suất so với thiết kế turbine thời kỳ dau, với chi phí bảo trì và vận hànhcao hơn không nhiều, nhờ vậy mà cắt giảm được chi phi bảo trì và vận hành trênmỗi kWh Turbine lớn không quay nhanh và ít gây 6n hơn so với turbine nhỏ [5].

Đến năm 1993, một vài nhà sản xuất đã thay thế máy phát điện không đồng bộtruyền thống trong thiết kế turbine gió của họ băng máy phát điện đồng bộ, trongkhi các nhà sản xuất khác nữa sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn kép (doubly-

fed asynchronous generators).

Cùng với những tiễn bộ trên về hệ thông turbine gid, các converter và phươngpháp điều khiến mới cũng được phát triển và thử nghiệm Sự phát triển này baogồm sử dụng các thiết bị điện tử công suất hiện đại vào trong thiết kế hệ thống máyphát làm xuất hiện loại tốc độ có thể thay đổi được Bởi vì sự phát triển nhanhchóng của điện tử công suất, làm khả năng điều khiến công suất cao hơn và giáthành thấp hơn, ứng dụng của điện tử công suất trong turbine gió được mong đợitiễn xa hơn nữa [6] Ngoài ra, một vài phương pháp điều khiển được phát triển choturbine lớn với góc cánh quạt thay đôi được để điều khiến tốc độ của trục turbine

Nhiều nỗ lực nghiên cứu so sánh các cấu trúc khác nhau của hệ thong nănglượng gió về các mặt như cơ, điện và kinh tế Trong cùng điều kiện chuyển đổi nănglượng, tat cả các nghiên cứu đi dén cùng một kết quả là turbine tốc độ thay đổi sẽsản xuất nhiều năng lượng hơn so với turbine có tốc độ không đổi (tăng năng lượngđầu ra tới 20% so với hệ thống turbine cũ) [7,8] Việc điều khiển góc nghiêng làmtăng khả năng hấp thụ năng lượng gió và độ 6n định đối với những cơn gió mạnh

Đối với kiểu turbine gió có tốc độ thay đối, các sơ đồ khác đã được đề xuất.Nhu một vài sơ đỗ dựa vào tốc độ gió dé tối ưu vận hành turbine gió [9] Các kiểuđiều khiến khác tìm ra công suất cực đại cho vận hành bằng phương pháp tính toán

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

phức tạp [10-12] Đề đạt được công suất cực đại, các phương pháp điều khiển khácnhư field-oriented control và V/f bằng hang số được sử dụng [13-16]

2.2 Phân loại turbine gió:

Turbine gió thường được phân làm hai loại, dựa vào định hướng của trụcquay với hướng gió như trong hình 2.2:

+Turbine kiểu trục thăng đứng.+Turbine kiểu trục ngang

Drive Train BladeGearbox

3 Generator Nacellec®———— Guy Wire xX \

+Dễ dàng bảo trì.+Nhận gió từ bất cứ hướng nào.+ Thiết kế cánh quạt đơn giản và chỉ phí sản xuất thấp.Nhược điểm của kiểu này là:

+Không tự khởi động được, cần máy phát chạy kiểu motor lúc khởi động.+Hiệu suất thấp

+Khó điều khiến tốc độ cánh quạt cao

+Dao động cao khi moment gió mạnh.

2.2.2 Turbine kiểu trục ngang (Horizontal-axis wind turbines, HAWT):

Day là kiểu thiết kế phố biến nhất Turbine gió trục ngang được gan trên tháp

như trong hình 2.2(b)

Ưu điểm:+Hiệu suất cao.+Có khả năng thay đổi góc cánh quạt.+Ty số cost-to-power thấp

Nhược điểm:+Máy phat va hộp số phải duoc gan trên tháp.+Yêu cầu thiết kế phức tạp hơn

Turbine kiểu trục ngang có thể được phân loại thành turbine upwind và turbine

downwind như trong hình 2.3.

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

Wind Yau Wind

> mechanism >

> / >

> >—> >

(a) (b)

Hinh 2.3 (a) Turbine kiéu upwind (b)Turbine kiéu downwind [1]

Turbine kiêu upwind cân thiệt bi co xoay dé giữ cho rotor luôn đôi mặt với

hướng gió Ngược lại turbine kiểu downwind được xây dựng không có thiết bị xoay.2.3 Các kiều máy phát điện gió phố biến:

Có nhiều kiểu máy phát được sử dụng cho turbine gió Các turbine gió loạinhỏ được trang bị máy phát DC lên tới vài kW Hệ thống turbine gió hiện đại sửdung máy phát ba pha Các kiểu thông thường của may phát AC được sử dụng trongmáy phát turbine gió gồm:

+Máy phat không đồng bộ rotor lồng sóc (SCIG).+Máy phát không đồng bộ rotor dây quan (WRIG).+Máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG).+Máy phát đồng bộ (với kích từ bên ngoài).+Máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG)

Máy phát không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong thương mại Vận hànhkhông đồng bộ của máy phát không đồng bộ được xem là ưu điểm đối với hệ thongturbine gió, bởi vì nó linh hoạt đối với tốc độ gió thay đồi.

Có hai kiểu chính của máy phát không đồng bộ: rotor lồng sóc (SC- squirrelcage) va rotor dây quan (WR- wound rotor) Một loại khác của máy phát khôngđồng bộ là DFIG (double fed induction generator), DFIG có thé dựa trên máy phátkhông đồng bộ rotor lồng sóc hay rotor dây quấn

Máy phát không đồng bộ rotor lỗng sóc được sử dụng phố biến bởi giá thànhthấp, cau trúc đơn giản

Rotor dây quan thích hợp cho mục đích điều khiến tốc độ Bang cách thay đồiđiện trở rotor, đầu ra của máy phát có thé được điều khién va vì vậy điều khiến tốcđộ của máy phát là có thể Mặc dù máy phát không đồng bộ rotor dây quấn cónhững ưu điểm như trên nhưng nó mắc hơn so với rotor lồng sóc

DFIG (double fed induction generator) là một loại máy không đồng bộ cảrotor và stator đều được kết nối với lưới Rotor được kết nối với lưới thông qua bộconverter Công suất của converter thường băng khoảng 1/3 công suất của máy phát

[18].

Một kiểu khác của máy phát được dé xuất cho turine gió trong một vai bai báonghiên cứu là máy phát điện đồng bộ Kiểu máy phát này có khả năng kết nối trựctiếp với turbine gió không can hộp số Điều này có lợi cho tuổi thọ và bảo trì Máyphát đồng bộ có thể sử dụng kiểu kích từ hay rotor nam châm vĩnh cửu (PM-

permanent magnet).

May phát điện đồng bộ kiểu kích từ hay nam châm vĩnh cửu khác với máyphát không đồng bộ ở chỗ từ thông từ hóa được cung cấp bởi nam châm vĩnh cửuhay nguồn de cho rotor Máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu cho phép vận hànhvới hệ số công suất cao và hiệu suất cao

Trong các loại thì máy phát không đồng bộ là kiểu phổ biến nhất trong hệthống turbine gió hiện đại [6]

2.3.1 Hộp số:

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

Kết nối cơ giữa máy phát điện va turbine rotor có thé trực tiếp hay thông quahộp số Hộp số giúp chuyền đôi tốc độ turbine cho phù hợp với máy phát Sử dụnghộp số hay không là phụ thuộc vào loại máy phát điện Tuy nhiên việc sử dụng hộpsố làm giảm hiệu suất và trong một vài trường hợp làm giảm độ tin cậy của hệthống [4]

2.3.2 Phương pháp điều khiến:Các phương pháp điều khiến được chia làm hai loại chính:+Các phương pháp điều khiến với tốc độ hang sé

+Các phương pháp điều khiến với tốc độ thay đối được.Đối với turbine có tốc độ hang số thì không có điều khiến tốc độ trục turbine.Điều khiến khi tốc độ bang hằng số là phương pháp điều khiển dễ dang và chi phíthấp, nhưng tốc độ thay đổi thì có những ưu điểm sau:

+Bám theo công suất cực đại giúp khai thác năng lượng gió lớn nhất có thé

được.

+Ứng suất cơ học thấp.+Sự thay đổi ít của công suất.+Giảm tiếng ôn tại tốc độ gió thấp

Sau đây, các ưu diém sẽ được giải thích ngăn gọn.Băng cách điều khiên toc độ trục, năng lượng sẽ nhận được nhiêu hơn [4] Ketquả so sánh công suat sản xuât được của turbine có toc độ thay đôi và turbine có tôc

độ cô định ứng với các tốc độ gid khác nhau được cho trong hình 2.4

0 1 1 1 L i NE 1

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Wind speed [mis]

Hình 2.4 So sánh công suất sản xuất bởi turbine gió tốc độ thay đổi va turbine

tốc độ hăng số tại các tốc độ gió khác nhau [4]Từ hình 2.4, ta thay hệ thống có tốc độ thay đổi có công suất dau ra lớn hơn hệthống có tốc độ cỗ định Vi dụ, đối với hệ thống tốc độ có định với tốc độ gió là7m/s, năng lượng sản xuất được là 54.6 MWh, trong khi hệ thống với tốc độ thayđối có thé sản xuất tới 75.8 MWh Trong khi turbine chạy, có một số thay đôi dothành phan điện hay cơ gây ra Sự thay đối có liên quan đến phần cơ bao gồm sựthay đôi của dòng điện do tốc độ gió thay đổi Sự thay đổi liên quan đến phan điệnnhư sóng hài điện áp gây ra bởi converter Các sóng hải có thể giải quyết băng cáchsử dụng bộ lọc thích hợp Tuy nhiên, bởi vì hăng số thời gian lớn của sự dao độngcủa thành phần cơ, chúng không thể bị hủy bởi thành phần điện [4] Một giải phápcó thé giảm phân lớn sự dao động nay đối với phan co bằng cách sử dụng turbin giócó tốc độ thay đối Tham khảo [7] và [19] so sánh nhiễu công suất của turbine gió

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

điển hình với phương pháp tốc độ hang số và phương pháp tốc độ thay đổi cho

Hình 2.5 So sánh công suất sinh bởi turbine gió tốc độ thay đổi va turbine tốc

độ hăng số tại các tốc độ gió khác nhau [1] [6] [20].Mặc dù vận hành với tốc độ thay đôi được dùng cho các turbine gió hiện đại,phương pháp này có vải nhược điểm, như tôn hao thêm của các thành phần thêmvào và phương pháp điều khiến phức tạp [10]

2.4 Converter:

Converter có vai trò quan trọng trong hệ thống chuyên đổi năng lượng giódùng phương pháp điều khiển có tốc độ thay đối Hệ thống với tốc độ hăng số haunhư không có converter, ngoại trừ bù công suất phản kháng Mục tiêu điều khiến

converter gom:

+Dat được công suất truyền cực đại từ gió, khi tốc độ 2i0 thay đôi bang cach

điều khién toc độ rotor.

+Làm cho máy phát điện phát ra tần số và điện áp AC không đổi lên lưới.Cùng với sự phát triển của điện tử công suất, các thiết bị bán dẫn có dòng điệnvà điện áp định mức cao hơn, it tôn hao hon, độ tin cậy cao hơn và giá thành rẻ hơnvới mỗi kVA Vì vay, converter trở nên hap dan hơn đối với các hệ thống phát điệnturbine gió Trong một vài ứng dung, toan bộ năng lượng của máy phat được truyềnqua converter, trong khi những loại khác chỉ một phần công suất nay turyén qua

converter [4].

Cau hình của hau hết các converter ngay nay trong hệ thống turbine gió là cặpnghịch lưu-chỉnh lưu Converter ma trận là converter chuyển đổi trực tiếp điện ACsang AC có tiềm năng thay thế cặp inverter chỉnh lưu

2.4.1 Cặp nghịch lưu - chỉnh lưu back-to-back:

Cặp nghịch lưu- chỉnh lưu được cho trong hình 2.6 Một converter vận hành

kiểu chỉnh lưu, trong khi converter kia vận hành kiểu nghịch lưu Hai converter nayđược kết nối với nhau qua một tụ điện Điện áp của tụ điện sẽ được duy trì với điệnáp cao hơn biên độ điện áp dây của lưới Xem xét hệ thống turbine gió gồm back-to-back PWM VSC (voltage source converter) gồm chỉnh lưu và nghịch lưu kết nốivới máy phat và lưới điện Công suất truyền được điều khiến bởi converter phía lưới(GSC — grid side converter) để giữ cho điện áp de không đổi, trong khi converterphía máy phát có nhiệm vụ kích từ cho máy phát và điều khiển máy phát dé côngsuất Ø1Ó cực dai truyền về tụ de [21]

Trong các converter 3 pha AC/AC, cấu trúc cặp nghịch lưu- chỉnh lưu được sửdụng phố biến nhất Tụ dc dùng để lưu trữ điện năng trao đổi giữa bộ chỉnh lưu vàbộ nghịch lưu Tuy nhiên, trong vài bái báo, tụ dc được xem như và một khuyếtđiểm Tụ de nặng và lớn gây tăng thêm tốn hao và giảm tuổi thọ của toàn hệ thống

[21].

Chương 2Tìm hiệu vê năng lượng gió

Ị dc Es R dc R de bs

YO LAA\5 1 5R 1 3 i ,

F nae L Vat) Vad) Li

Hình 2.6 Sơ đồ cặp converter chỉnh lưu- nghịch lưu back-to-back [4]

2.4.2 Converter ma trận (MC — matrix converter):

Converter ma trận là converter chuyển đổi trực tiếp AC thành AC va bao gồm1 day 9 khóa bán dẫn hai chiều Cau trúc được cho trong hình 2.7

Y tưởng co ban cua converter ma trận là tan sô dau ra, điện áp đâu ra mong

muốn có thé đạt được băng cách điều khiển các khóa đóng ngắt một cách hợp lý Sự

phát triên cua converter ma trận với điêu khiên tân sô cao được giới thiệu dau tiên

torng bài viết của Venturini va Alesina vào năm 1980 [22,23] Các khóa hai chiềuđược sắp xếp thành một dãy 3x3 và được đặt tên là converter ma trận Họ cũng giảithích phương pháp điều chế tần số thấp và hàm truyền trực tiếp thông qua phân tíchtoán học chính xác Trong phương pháp nay được biết như là phương pháp trựctiếp, điện áp đầu ra được chuyền trực tiếp từ AC chứ không gián tiếp qua DC nữa.Kế từ đó, các nghiên cứu về converter ma trận tập trung vào việc điều khiến khóahai chiều cũng như kỹ thuật điều chế.

Trong trường hợp so sánh converter ma trận với cặp chỉnh lưu — nghịch lưu

dùng PWM, converter ma trận có dạng sóng sin đầu vào va đầu ra it méo dạng hơn,dòng công suất hai chiều và có thể điều khiến hệ số công suất đầu vào [24] Ưuđiểm chính của converter ma trận là thiết kế gọn làm nó thích hợp với các ứng dụngcần kích thước và trọng lượng nhỏ, nhất là các ứng dụng trong không gian vũ trụ

Mặt hạn chế của converter ma trận gồm biên độ của điện áp đầu ra củaconverter ma trận chỉ có thé đạt tới 0.866 điện áp vào, thiết kế bộ lọc của converterma trận phức tạp va bởi vì không có tụ de nối giữa đầu ra và đầu vào [25]

2.5 Sự khác biệt giữa các kiểu nối turbine gió với lưới :Kết nối của các turbine gió với lưới phụ thuộc vào kiểu của máy phát điện vàconverter Cau hình của turbine gió có thé chia làm ba loại: kết nối trực tiếp với lướikhông dùng converter, kết nỗi thông qua converter, kết nối qua full-scale PE (powerelectronic) converter, kết nối qua partially-rated PE converter Tiếp theo, cau hìnhcủa động cơ và converter thường được sử dụng trong hệ thống turbine gió sẽ được

thảo luận.

Đầu tiên là máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc (SCIG — squirrel cageinduction generator) được mô tả trong hình 2.8 Đối với máy phát điện không đồngbộ sử dụng hộp số là cần thiết dé chuyển đổi tốc độ giữa máy phát và turbine Tụđiện (để bù công suất phản kháng) và khởi động mềm đều cần thiết Tốc độ và côngsuất được giới hạn bởi điều khiến góc pitch Sự thay đối của độ trượt nằm trong

khoảng 1-2%, nhưng có vai turbine gió dùng SCIG (squirrel cage induction

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

generator) trong công nghiệp tăng điện trở rotor và vì vậy tang độ trượt (2-3%) Sơ

đỗ này cho phép tăng tốc độ một ít trong những cơn gió mạnh dé giảm ứng suất cơ.Tuy nhiên, cau hình này dựa vào tốc độ có định và không phù hop với turbine gió

có tâm công suât cao và đôi với vùng có tôc độ gió thay đôi rộng [6,26].

SCIG ¬

GridBox 444 k “77

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

Hình 2.9 (b) là cấu hình của của máy phát không đồng bộ nguồn kép vàconverter kết nối rotor với lưới Với câu hình này, nó có thể mở rộng tầm tốc độhơn mà không ảnh hưởng đến hiệu suất Nguyên nhân điều khiến tốc độ mà khôngảnh hưởng đến hiệu suất là do phần công suất trượt có thể truyền lên lưới băngconverter thay vì lãng phí ở điện trở rotor [4] Công suất định mức của converter làSProm, trong đó ‘s’ là độ trượt lớn nhất có thé và Prom là công suất định mức củamáy Độ trượt rotor có thé dương hay có thé âm bởi vì công suất rotor có thé dươnghay âm (converter có thể truyền theo hai chiều) Ví dụ nếu tầm công suất củaconverter là 10% công suất máy phát, tốc độ điều khiến trong tam 90% đến 110%của tốc độ đồng bộ Điều nay có nghĩa là tại 110% tốc độ, s = -0.1 và công suấttruyền từ rotor lên lưới Trái lại tại tốc độ 90%, độ trượt là 0.1, và 10% công suấttruyền từ lưới vào rotor thông qua converter Với những đặc điểm này, tầm điềukhiển lớn hơn mà tôn hao nhỏ hon, cấu hình trong hình 2.9(b) được dùng nhiều hơncầu hình trong hình 2.9(a)

Trong cấu hình trong hình 2.9(a) và 2.9(b), với máy phát không đồng bộ rotordây quan, rotor dùng cô góp và chéi than Cé góp và chối than gây van dé về cơ họcva ton hao điện năng Dé giải quyết van dé này, một sự lựa chọn là sử dụng máyphát không đồng bộ nguôồn kép không chối quét (BDFIG — Brushless Double Fedinduction generator) cho trong hình 2.9(c) Trong sơ đồ này, cuộn stator (cuộnchính) được kết nối trực tiếp với lưới, trong khi cuộn phụ nối với lưới điện thôngqua converter Băng cách sử dụng phương pháp điều khiến thích hợp cho cuộn phụ,có thé điều khiển máy phát không đồng bộ tại bat kỳ tốc độ nào Ngoài ra, trong cauhình này một phần công suất được truyền qua converter

Trong loại tiếp theo, máy điện được kết nối với lưới điện thông qua fully-ratedconverter Nó có nghĩa là toàn bộ công suất giữa turbine gió và lưới phải thông quaconverter Điều này gây thêm tốn hao trong truyền công suất Tuy nhiên, cau hìnhnày sẽ cải thiện được chất lượng kỹ thuật Trong cấu hình này có thể sử dụng máyđiện đồng bộ hay không đồng bộ, như trong hình 2.10 Hệ thống trong hình 2.10(a)sử dụng hộp số với SCIG (squirrel cage induction generator) Hệ thong trong hình2.10(b) và 2.10(c) sử dụng máy phát điện đồng bộ ma không có hộp số

GridG

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

trong turbine gió Máy phát kiểu trực tiếp như vậy có đường kính lớn bởi vì momentcao Trong điều khiển không hộp số, máy phát không đồng bộ không thé sử dungbởi vì ton hao kích từ lớn do khe hở không khí lớn Tuy nhiên, máy điện đồng bộ cóthể sử dụng turbine kiểu trực tiếp (không có hộp số), với cả loại kích từ bằng điệnhay nam châm vĩnh cửu (hình 2.10(c)) Hệ thống điều khiến trực tiếp (không có hộpsố) với kích từ băng nam châm vĩnh cửu mắc hơn vì giá nam châm cao, nhưng cóton hao thấp hơn Ngày nay, giá nam châm vĩnh cửu đang giảm nhiều Nhược điểmkhác của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu là không điều khién kích từ được

Tất cả cau hình trong hình 2.10 có chung đặc điểm điều khiển là convertergiữa máy phat và lưới có thé điều khiến nhanh công suất tác dụng và công suất phankháng Ngoài ra, giữa máy phát và lưới có tụ de Nhung sử dụng converter truyền

tải tat cả công suat là nhược diém cua câu hình này.

2.6 Khởi động và ngắt máy phát điện gió khỏi lưới:Khi tốc độ gió đạt xấp xỉ 7 dặm mỗi giờ, cánh quạt turbine bắt đầu quay, tại 9đến 10 dặm/giờ, nó bắt đầu phát điện Dé tránh hư hong, hau hết turbine tự độngngắt khi tốc độ gió đạt tới 55 đến 65 dặm/giờ [4] Khi turbine kết nỗi hay ngắt khỏilưới, dao động điện áp và dòng quá độ có thể xuất hiện Dòng cao được giới hạnbăng cách sử dụng mạch khởi động mềm

2.7 Mô hình động lực tổng thể của hệ thống turbine gió và phân tích tín hiệu

nhỏ:

Trong phan tiếp theo, luận văn sẽ trình bày về mô hình của các thành phantrong hệ thống máy phát điện gió như hệ thống turbine gió, máy điện không đồngbộ, lưới điện, tốc độ gió và những ảnh hưởng nhỏ khác đến hệ thống

2.7.1 Mô hình động lực của hệ thống turbine gió:

Trong mục này, mô hình động lực phi tuyến của hệ thống converter dùng chonăng lượng gió kết nối lưới được phát triển trong hệ tọa độ dqo Các mô hình độnglực của sự chuyển đổi động lực gió, huấn luyện điều khiến, máy phát điện, và

converter được giới thiệu.

Các thành phần khác của mô hình hệ thống turbine gió và tác động qua lạigiữa chúng được minh họa trong hình 2.11 Từ hình cho thấy các khối mô hìnhđộng lực gió, converter, và lưới điện Hệ thống cũng có thể chứa vài phan co choviệc điều khiển góc cánh quạt Trong những phan tiếp theo, thảo luận chi tiết củatừng khối sẽ được trình bày

Aerodynamic Model

(r~=======TT'Ì‘Blade ` 8 L + Power ¬ ©l

| angle [TT *\ Coefficient i! SỊ

Control ; c“—=———~ Ley

Pes il Tip Fe ( Power `Ìp id

Mon | me Aerodynamic BH Mechanical Generator 7 nile Viility

Model ret “%e = Model Model goes Grid

moment sẽ được giới thiệu.

2.7.1.2 Moment đầu ra của turbine gió:Khi gió thối, nó quay cánh quạt turbine làm rotor sản xuất ra điện Công suất

dau ra của turbine gió liên quan đên hai thông so: toc độ gió và kích thước rotor.

Công suất này tỷ lệ bậc ba với tốc độ gió, khi tất cả các thông số được cho là hăng

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

số Vì vậy, công suất đầu ra của turbine gió sẽ tăng rất nhiều khi tăng tốc độ gió.Thêm nữa, rotor lớn hơn cho phép turbine chăn gió nhiều hơn làm tăng công suấtđầu ra Do rotor quét thành một bề mặt có hàm là bậc hai của chiều dài cánh quạt.Khi tăng chiều dai của cánh quạt một ít thì sẽ tăng vùng quét của cánh quạt khánhiều và lay được nhiều năng lượng hơn Nhưng vì lý do kinh tế và kỹ thuật, kích

thước của cánh quạt trong turbine gió được giới han.

Công suất cơ và moment cơ của trục turbine gió được cho trong phương

Py là công suất cơ từ turbine,

Ty là moment cơ từ turbine,

A, là vùng quét của rotor = aR* với R là bán kính cánh quạt turbine [m],Vw là tốc độ gió [m/s],

C, là hệ số chất lượng (hay hệ số công suất),p là mật độ khối của không khí [kg/m'].^ là ty số tốc độ (TSR — tip speed ratio),

B là góc nghiêng cánh quạt rotor [rad],

@r là tốc độ góc của turbine [rad/s].Ty số tốc độ của góc cánh quạt được đỉnh nghĩa như sau:

Xe blade tip speed = wr xX R

— windspeed oy, (2.3)Hệ số C, là mối quan hệ giữa 2 và góc cánh quạt rotor, B Hình 2.12 biểu thịđường cong cua C, theo À C thay đối với các giá trị khác nhau của góc nghiêng,nhưng hiệu suất tốt nhất nhận được tại B = 0 [30]

Hình 2.12 Duong cong C, theo À [4].

Đường cong hiệu suất được mô tả bang các phương trình khác nhau trong[10,30,31] Ở đây, đường cong Cp được phân tích xấp xỉ thành [31]:

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

Ảnh hưởng bóng tháp xuất hiện một cách tuần hoàn mỗi khi cánh quạt gió điqua vùng của cột tháp gió [32] Điều này làm giảm moment cơ học truyền đến trụcmáy phát, dẫn đến giảm điện áp đầu ra.Thường thì hiệu ứng bóng tháp có tần sốnhỏ, ví dụ 3 lần một vòng cho turbine 3 cánh Để tính toán cho hiệu ứng bóng tháp,xung moment có chu ky frp được thêm vào moment đầu ra của mô hình động lựcgió Tần số của moment có chu kỳ là [26]:

Frp = N xf, (2.5)Trong đó N là số cánh quạt va f, là tần số rotor (Hz)

Biên độ của moment phu thuộc vào kiểu của turbine gió Như đã dé cập ở trên,

đựa vào hướng gió nhận được của turbine gió, có 2 loại: upwind và downwind.

Hiệu ứng bóng tháp lớn hơn đối với turbine downwind Trong trường hợp này, theoquy luật ngón tay cái, biên độ xung moment băng 0.1 p.u, dựa vào moment củaturbine gió [4] Biên độ của xung moment đối với rotor upwind là nhỏ hơn so vớicủa rotor downwind [33] Moment bóng tháp sẽ được xem như nhiễu dau ra của sơđồ khối trong hình 2.13 Trong phần mô phỏng của luận văn, ta sẽ bỏ qua phan

tiết của thông số máy là không thé [34], mô hình co học được phát triển dựa vao giátrị hằng số thời gian và dữ liệu có thể Mô hình của huấn luyện điều khiến turbinegió là ba khối hợp thành một khối lớn cho turbine gió, một khối cho hộp số và mộtkhối cho máy phát Moment quán tính của trục và hộp số có thé bỏ qua bởi vi chúng

nhỏ so với moment quán tính của turbine gió và máy phát Vì vậy, mô hình cơ học

cần có mô hình hai khối của động lực rotor, bao gồm một khối lớn và một khối nhỏ,

tương ứng với moment quán tinh turbine gió Jy và moment quán tính máy phát Jo

như trong hình 2.14 Trục tốc độ thấp được mô hình như một moment quán tính, lòxo với hệ số K,, và bộ giảm xóc với hệ số B Một hộp số lý tưởng với ty số hộp số 1> Noear gitta truc tốc độ cao và tốc độ thấp Ngoài ra, thông số của mô hình cơ còn

được định nghĩa trong bang 2.1.

= [ C | |

3! a) | @ |

| | | || | | |Ũ | | |

ˆ Low-speed | Gear ¡High-speed| Generator

' shaft 1 box , Shaft ,

Hinh 2.14 Mo hinh dong luc cua turbine gio [4].

Bang 2.1 Các tham số cơTham s6 Giải thích Tham s6 Giải thích

Jr M6ment quan tinh turbine Or Tốc độ turbine gió [rad/s]

Tìm hiệu vê năng lượng gióChương 2

B Hệ số giảm xóc [N.m/rad] 0, Góc trục máy phát [rad|Tr Moment turbine [N.m]| 1 :Ngear Ty SỐ hộp SỐ

Tẹ Moment điện từ máy phát [N.m]|

Huan luyén diéu khién chuyén đôi momet động luc gió Ty trên trục tốc độthấp thành moment trên trục tốc độ cao To Động lực của huấn luyện điều khiển

được mô tả bởi 3 phương trình sau:

d|dt Jr (2.6)d

—(d0) = da,dt (2.7)d |

dt JT | "gear (2.8)Trong đó 00 = Ôr — Og/Ngcar, OW = @r — We/Ngear, T7 là moment cơ học cuaturbine từ phương trình (2.2) va T, là moment điện từ may phát.

Mô hình động học đơn giản, tất cả các phần quay của turbine gió chỉ trong mộtkhối Thực ra stiffness và chống rung của trục có thé bỏ qua trong trường hợp chúng

không quan trọng trong các ứng dụng riêng.

2.7.1.5 Mô hình máy điện không đồng bộ:Hình 2.15 là máy điện không đồng bộ 3 pha lý tưởng gồm rotor va stator.Mạch tương đương của máy điện không đồng bộ cho trong hình 2.16

Statoras axisRotor Aar axis

được quy ước như sau: Tinotor > 0 và T generator < 0 Gia tri của moment trong máy phát

không đồng bộ xem như là tải kết nối đầu ra của stator va băng T, = -Tẹ.Trong hình 2.17, vì máy điện không đồng bộ có điện cảm nên nó sẽ hấp thụcông suất phản kháng Công suất phản kháng này tạo ra từ trường quay trong khehở không khí giữa rotor và cuộn dây stator Công suất phản kháng này được cungcấp bởi lưới nếu hệ thống phát điện gió kiểu kết nối lưới, hay được cung cấp bởi tụ

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

điện két nôi với stator nêu kiêu không ket nôi lưới Hơn nữa, có thê thêm converter

hoạt động như thiết bị bù công suất phản kháng kết nối với stator

rotor và tụ kích từ [36].

2.7.1.6 Phương pháp điều khiến V/f bằng hằng số:Đề tránh bão hòa của máy điện không đồng bộ khi thay đối tần số stator, điệnáp stator được hiệu chỉnh sao cho V/f bang hang số Phương pháp nay được biết đến

như là điều khiển tốc độ máy điện [37] Converter được gắn tại đầu máy phát khôngđồng bộ dé điều chỉnh cho V/f 1a hang số.

2.7.1.7 Mô hình hộp số:Nhiệm vụ của hộp số là chuyển đổi công suất cơ từ trục rotor quay chậm thànhtrục quay nhanh, điều khiển máy phát Hộp số hầu hết được sử dụng trong turbinegió với máy phát không đồng bộ Nhu cầu cho sự chuyền đổi này phat sinh từ vandé máy phát không đồng bộ không thé chạy với tốc độ thấp mà hiệu suất tốt được

Dé mô hình hóa hộp số, chi cần xem xét đến moment máy phát có thé dongiản việc chuyển thành tốc độ thấp băng phép nhân Ví dụ, đối với hộp số tronghình 2.14 có thể viết:

2.7.1.9 Mô hình tốc độ gió:Mặc dù mô hình gió không phải là một phần của mô hình turbine gió, công

suât dau ra được tính toán trên turbine gió cân đền toc độ tức thời của gid.

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

Gió rất khó dé mô hình bởi vì nó thay đổi rất nhiều cả về vị trí và thời gian.Điều kiện bề mặt như nhà, cây cối, và vùng có nước cũng ảnh hưởng đến gió làm nódao động bat thường và hỗn loạn

Một tạp chí ngắn đã mô hình các kiểu tốc độ gió khác nhau Ví dụ, mô hìnhgió dựa vào sự chồng chất các thành phan được dé xuất trong [38] Trong phươngpháp này, tốc độ gió được mô hình bởi bốn thành phan: tốc độ gió trung bình,thành phần gió dốc, thành phần gió mạnh và thành phân gió nhiễu Tuy nhiên, tínhtoán tất cả bốn thành phần này là nhiệm vụ phức tạp Giá trị tức thời của tốc độ gióv„(t) có thé được mô ta băng tốc độ gió trung bình cộng với những phan dao độngcủa tốc độ gió như sau:

U„(f) = Vwy + A;¡cos(ø›;f + Ứ;).

i=! (2.23)

Trong đó Vy là giá trị trung bình cua tốc độ 210, được tính toán như là giá tritrung bình của 10 phút, A; là biên độ dao động tốc độ gió tại nhựng tần số khácnhau w; (i = [1,N]), N là số mẫu w; là góc ngẫu nhiên năm trong khoảng [-z,z]

Biên độ A; dựa vào ham mật độ phố S(@) được lấy theo kinh nghiệm sao chohợp với sự hỗn loạn của gió Hàm S(@) có thé tính dựa vào mô hình phố của VanDer Hoven Sự độc lập của mô hình từ tốc độ gió trung bình là mặt hạn chế của môhình Vì vậy nó không thé mô hình các thành phan tan số thấp, và nó không hợpvới mô tả tốc độ gió của 1 vùng trong thời gian ngăn, giây, phút hay giờ Sự phânbố của Von-Karman được cho trong hình 2.24, thường được sử dụng để tính mật độphố hỗn loạn:

0.4750? về

S(w) = Ee ;

(2.24)

Hình 2.19 cho ham mật độ phổ của phương trình (2.24) Các tham số được

chọn trong mô phỏng như sau: VN = 10 [m/s], L = 180 [m], ø=2,N = 55.

Wind Speed12 T TƑ TT T T ——T =.=.

20h, nếu h < 30 m600, nếu h > 30 m (2.25)Trong đó h là độ cao nơi mà tín hiệu tốc độ gió được đo [m], thường bang VỚI

độ cao của trục turbine.

Biên độ của họa tan thứ i, A;¡ dựa vào ham mật độ pho cua phuong trinh

(2.24), được định nghĩa như sau:

2 J1

A;(@j) = a 51S(i) + S(@j+1) (@i+1 — @;) (2.26)

Dao động gió tức thời dựa vào mật độ phổ Von-Karman trong thời gian mô

phỏng cho trong hình 2.20.

Chương 2 Tìm hiểu vé năng lượng gió

8.5L | 3)

8 L 1 4 L L i 10 5 10 15 20 25 30 35 40

t{Sec]

Hình 2.18 Tốc độ gió tức thời theo thời gian [4]

Trong luận văn này, tôc độ gió được mô hình là ngâu nhiên.

CH ƠNG 3: DIEU KHIỂN DONG RSI (ROTOR

SIDE INVERTER) DUNG VECTO KHONG GIAN

CHO DFIG3.1 Mô hình hóa DFIG:

Phương pháp vector không gian điều khiển công suất tác dụng và công suấtphản kháng trong hệ thống DFIG băng cách điều chỉnh các thành phần dòng rotortrong hệ tọa độ trục vuông góc Hạn chế chính của định hướng từ thông stator làđiều khiến phụ thuộc vào độ chính xác của việc đo vi tri vector từ thông stator Vivay, ở đây ta sử dụng khung tham chiếu điện áp stator dé mô hình hóa và điều khiếnhệ thong DFIG

Trong các phương pháp điều khiến dòng, điều chỉnh PI dùng cho vận hànhtuyến tính của DFIG Tuy nhiên, giá trị hiệu chỉnh PI này không đảm bảo tầm vậnhành rộng của hệ thống DFIG [39] Vì vậy, điều khiến dòng và các thông số điềukhiển của nó phải được hiệu chỉnh can thận để duy tri tính 6n định của hệ thốngtrong tầm vận hành hay đạt được đáp ứng động can thiết cả trạng thái xác lập vàđiều kiện quá độ

Trong phương pháp vector không gian, dòng ra của RSI bám theo tín hiệu

dòng lệnh thông qua điều chỉnh điện áp ra của RSI (rotor side inverter) Điều naylàm cho RSI ba pha làm việc như nguồn dòng có điều khiển Mạch tương đươngcủa DFIG với kiểu điều khiến RCC (Ramp comparasion current controller) đượccho trong hình 3.1a, với kiểu điều khiển SVBHCC (Space vector-based hysteresis

current controller) được cho trong hình 3.1b DFIG được mô hình trong SVRF(stator voltage reference frame) và SVBHCC (space vector-based hysteresis current

controller) được dùng dé điều chỉnh vector dong RSI Trong trang thái xác lập, tầnsố đóng cắt của RSI được giam và cực tiểu đao động dong tải [39]