đồ án tốt nghiệp nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ thích nghi để điều khiển cánh gió tua

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên tnu.edu.vnĐẠIHỌCTHÁINGUYÊN TRƯỜNGĐHKTCÔNGNGHIỆP CỘNGHOÀXÃHỘI CHỦNGHĨAVIỆTNAM Độclập-Tựdo-Hạnhphúc ---***--- THUYẾTMINH LUẬNVĂNTHẠCSỸKỸTHUẬT ĐỀ

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên tnu.edu.vn

ĐẠIHỌCTHÁINGUYÊN

TRƯỜNGĐHKTCÔNGNGHIỆP

CỘNGHOÀXÃHỘI CHỦNGHĨAVIỆTNAM

Độclập-Tựdo-Hạnhphúc -*** -

THUYẾTMINH LUẬNVĂNTHẠCSỸKỸTHUẬT

ĐỀ

TÀI

NGHIÊNCỨUỨNGDỤNGĐIỀUKHIỂN MỜTHÍCHNGHIĐỂĐIỀUKHIỂNCÁNHGIÓTUABIN

TRỤCĐỨNG

Họcviên:NguyễnVănHuỳnh

Lớp:CHK10 Chuyênngành:Tựđộnghoá

NgườiHDKhoahọc:PGS.TSLạiKhắcLãi

Ngàygiaođềtài:01/02/2009Ng àyhoàn thành:31/07/2009

PGS.TSLạiKhắcLãi

HỌCVIÊN

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

http://www.lrc-tnu.edu.vn

NguyễnVănHuỳnh

-*** -LUẬNVĂNTHẠCSỸKỸTHUẬT

NGHIÊNCỨUỨNGDỤNGĐIỀUKHIỂNMỜTH ÍCHNGHIĐỂĐIỀUKHIỂNCÁNHGIÓTUABIN

TRỤCĐỨNG

Ngành:TỰĐỘNGHÓA Mãsố:

Họcviên:NGUYỄNVĂNHUỲNH NgườiHDKhoahọc:PGS.TSLẠIKHẮCLÃI

THÁINGUYÊN2009

-*** -LUẬNVĂNTHẠCSỸKỸTHUẬT

NGÀNH:TỰĐỘNGHOÁ

NGHIÊNCỨUỨNGDỤNGĐIỀUKHIỂNMỜTH ÍCHNGHIĐỂĐIỀUKHIỂNCÁNHGIÓTUABIN

TRỤCĐỨNG

NGUYỄNVĂNHUỲNH

THÁINGUYÊN2009

Tácgiảxincamđoantấtcảnhữngnộidungtrongluậnvănđúngnhưnộidungtrongđềcươngvàyêucầucủathầygiáohướngdẫn.N ếusaitôihoàntoànchịutráchnhiệmtrướcHộiđồngkhoahọcvàtrướcphápluật.

TháiNguyên,ngày31tháng7năm2009

Tácgiảluậnvăn

NguyễnVănHuỳnh

–

KhoaĐiện-TrườngĐạihọcKỹthuậtCôngnghiệpTháiNguyênđãgiúpđỡtácgiảtrongsuốtquátrìnhhọctậpcũngnhưquátrìnhnghiêncứuthựchiệnluậnvăn

Toànthểcácđồngnghiệp,bạnbè,giađìnhvàngườithânđãquantâm,độngviên,giúpđỡtácgiảtrongsuốtquátrìnhhọctậpvàhoànthànhbảnluậnvăn

Tácgiảluậnvăn

NguyễnVănHuỳnh

cụcbộ(PhươngphápGradient) 543.3.3Tổnghợphệthốngđiềukhiểnthíchnghitrêncơsởổnđịnh

4.2.3 TỔNGH Ợ P B Ộ ĐIỀUKHIỂNM Ờ THÍCHNGHIT R Ê N

4.2.4 XÂYD Ự N G CƠCẤUT H Í C H NGHITHEOM Ô HÌNH

Hình1.1M ô hìnhcánhgiótạiTrungMỹ,cuốiTK19Hình1.2M

ôhìnhcốixaygióxuấthiệnsauTK13

Hình1.3Chiếcmáybơmnướcchạybằngsứcgió,phíaTâynướcMỹnhữngnăm1 8 0 0Hình1.4MáyphátđiệnsứcgiódoCharlesF.BrushchếtạoHình1.5M

áyphátGedser,côngsuất200kW

Hình1.6H-rotor

Hình1.7T u ố c bingió vớitốcđộcốđịnh

Hình1.8T u ố c bingióvớitốcđộthayđổicóbộbiếnđổinốitrựctiếpgiữastatorvàlướiHình1.9T u a b i n giótốcđộthayđổisửdụngMFKĐBNK

Hình4.7SơđồmôphỏnghệthốngdùngbộĐKthích nghitheomôhìnhtruyềnthẳngHình4.8SơđồkhốithíchnghikinhđiểndựatrênlýthuyếtLyapunovH ì n h 4.9Kết

Hình4.31Sơđồkhốicủabộđiềukhiểnmờthíchnghi

Hình4.32SựthayđổicủahệsốkhuếchđạiđầuraK theoluậtLyapunov

Hình4.35Kếtquảmôphỏnghệthốngvớibộđiềukhiểnthíchnghikinhđiểnvàmờt h í c h nghi

1 Lýdochọnđềtài

MỞĐẦU

Ngoàinănglượngmặttrời,nănglượnggiólàmộtnănglượngthiênnhiênmàl o à i ngườiđangchútrọngđếnchonhucầunănglượngtrênthếgiớitrongtươnglai.Hiện nay,nănglượnggióđã mangđếnnhiềuhứahẹn.Tuynhiênnếumuốnđẩymạnhnguồnnănglượngnàytrongtươnglai,chúngtacầnphảihoànchỉnhthêmc ô n g nghệcũngnhưlàmthếnàođểđạtđượcnăngsuấtchuyểnđộngnăngcủagióthành điệnnă ng caođểt ừ đócó t

hể hạ giáthànhvàcạn ht ra nh đượcvớinh ữn g nguồnnănglượngkhác

Đểchuyểnđộngnăngcủagióthànhđiệnnăngngườitadùngmáyphátđiệnsửdụngtuabingió.Trênthếgiớihiệnnayđangdùng2hệthốngmáyphátsửdụngtuabingióđólàmáyphátsửdụngtuabingiótrụcngangvàtuabingiótrụcđứng.Hệt h ố n g sửdụngtuabingiótrụcnganglàhệthốngpháttriểnđầutiêntrênthếgiới,hệt h ố n g nàyđãvàđangđượcsửdụngrộngrãiởnhiềunướcnhưĐức,Mỹ,TâyBanNha vềcơbảnthìhệthốngđãhoànthiệncảvềcấutạo,kếtcấucơkhívàhệthốngđ iều khiển.Tuynhiênhệthốngnàycũngcómộtsốnhượcđiểmđólàcấutạo,kếtcấurấtcồngkềnh;cánhquạtlắpcốđịnhvớitrụcquaynênkhôngđiềukhiểnđượcc ô n g suấtphátđiệnchotải,nếumuốnổnđịnhcôngsuấtchotảicầnphảidùngnhiềuhệthốngmáyphátđiệnđặtởnhiềunơikhácnhaunốighépvớinhauđểbùcôngsuất khicườngđộgióthayđổi

Hệthốngsửdụngtuabingiótrụcđứngđanglàhướngnghiêncứumớihiệnn a y dohệthốngnàykhắcphụcđượcmộtsốnhượcđiểmcủahệthốngtrụcngangn h ưlàkếtcấunhỏgọn;điềukhiểncôngsuấtchotảimộtcáchđộclập;điềukhiểngócmởcủacánhgiótheohướnggióvàtheocườngđộgió.Nhưtađãbiếtnhượcđ i ể m lớnnhấtcủatuabingiótrụcđứnglàkhiquaynếucáccánhgióđềumởthìmộtb ên cótácdụnghứnggiólàmtuabinquay,bêncònlạicảngiólàmgiảmtốcđộquaycủ atuabin.Mộtsốnghiêncứugầnđâykhắcphụcnhượcđiểmđóbăngcáchđiềukhiểngócmởcánhgióthôngquaviệcthiếtkếhìnhdángđộnghọccủacánhgióhoặcdùngphươngphápchegiókhôngchotácđộngvàocánh

gióởnửacảngiócủa

đốivớiloạicócôngsuấtlớnmàchưaquantâmđếnđiềukhiểngócmởcủacánhsửdụngcácbộđiềukhiểnbằngđiệnkếthợpvớikếtcấucơkhíđểđiềukhiểncôngsuấtcho

tảikhihướnggiócũngnhưcườngđộgióthayđổi.Đ ể pháthuycácưuđiểmcủahệthốngtuabingiótrụcđứnglàđiềukhiểnđượccôngs u ấ t c h o tải phùhợpvớicườngđộgióta phảicósựkếthợpgiữađiềukhiểnđiệnvàcơ.Đóchínhlàlĩnhvựcnghiêncứucủacơđiệntửvàcũnglàhướngmàđềtàicầnnghiêncứu

Xuấtpháttừtìnhh ì n h thựctếtrênvànhằmgópp h ầ n thiếtthựcvàocôngcuộ cCNH-

HĐHđ ấ t nướcnóic h u n g vàpháttriển ngànhtựđộnghoá n ó i riêng,t r o n g khuônkhổcủakhoáhọcCaohọc,chuyênngànhTựđộnghóatạitrườngĐạih ọ c KỹthuậtCông nghiệpT há iNguyên, đượcsựtạođiềukiệngiúpđỡ c ủ a nhà trường,Khoađàotạo

Mụctiêucủađềtàilànghiêncứubộđiềukhiểnmờthíchnghivàứngdụngchúng đểđiềukhiểncáchgiócủatuabintrụcđứngnhằmmụcđíchnângcaohiệusuấtvàổnđịnhtốcđộquaycủatuabin

CHƯƠNGI TỔNGQUANVỀNĂNGLƯỢNGGIÓVÀMÁYPHÁTĐIỆNSỨCGIÓ

1.1 ĐÔIN É T V Ề L Ị C H S Ử NGHIÊNCỨUV À P H Á T T R I Ể N CỦAMÁYP

HÁTĐIỆNSỨCGIÓ

1.1.1 Lịchsửpháttriểncủamáyphátđiệnchạybằngsứcgió.

Vàocuốinhữngnăm1970,cuộckhủnghoảngvềdầumỏđãbuộcconngườip h ả itìmcácnguồnnănglượngmớithaythế,mộttrongsốđólànănglượnggió.N h ữ n g nămvềsau,rấtnhiềucácchươngtrìnhnghiêncứuvàpháttriểnnănglượnggióđượcthựchiệnvớinguồntàitrợtừcácChínhphủ,bêncạnhcácdựánnghiêncứudocáccánhân,tổchứctựđứngrathựchiện

Lịchsửpháttriểncủathếgiớiloàingườiđãchứngkiếnnhữngứngdụngcủan ă n g lượnggióvàocuộcsốngtừrấtsớm.Giógiúpquaycáccốixaybột,giógiúpcáct h i ế t b ị b ơ

m nướch o ạ t động,vàgióthổivàoc á n h buồmgiúpđưac á c c o n thuyềnđixa.Theonhữngtàiliệucổcòngiữlạiđượcthìbảnthiếtkếđầutiêncủach i ếc cốixayhoạtđộngnhờvàosứcgiólàvàokhoảngthờigiannhữngnăm500-

9 0 0 sauCNtạiBaTư(Iracngàynay).Đặcđiểmnổibậtcủathiếtbịnàyđólàcáccánh đóngióđượcbốtríxungquanhmộttrụcđứng,minhhoạmộtmôhìnhcánhgióđượclắptạiTrungMỹvàocuốithếkỷ19,môhìnhnàycũngcócấutạocánh

đóngióquaytheotrụcđứng

Hình1.1M ô hìnhcánhgiótạiTrungMỹ, cuốiTK19

cáccốixaygióxuấthiệntạichâuÂu(TâyÂu)vớicấutrúccócáccánh

đóngióquaytheophươngngang,chúngphứctạphơnmôhìnhthiếtkếtạiBaTư.Cảitiếncơbảncủa

thiếtkếnàylàđãtậndụngđượclựcn âng khíđộngh ọ c t á c d ụ n g vàoc á n h giódođ ó s ẽ l à

m h i ệ u s u ấ t b i ế n đ ổ i n ă n g lượnggiócủa cố i xay giót h ờ i kỳnà yc a o hơnn h i ề u sovớimôhì nh t h i ế t kếtừ n hữ ng năm500-900tạiBaTư

Hình1.2MôhìnhcốixaygióxuấthiệnsauTK13

Trongsuốtnhững nămtiếptheo,các thiếtkếcủathiếtbịchạybằngsứcgiócàngngàyđượchoànthiệnvàđượcsửdụngrộngrãitrongkhánhiềucáclĩnhvựcứ n g dụng:chếtạocácmáybơmnước,hệthốngtướitiêutrongnôngnghiệp,cáct h i ế t bịxayxát,xẻgỗ,nhuộmvải…

Chođếnđầuthếkỷ19,cùngvớisựxuấthiệncủ amáyhơinước,thiếtbịchạybằngsứcgiódầndầnbịthaythế.Lịchsửconngườiđ ã bướcsangthờikỳmớivớinhữngcôngcụmới:máychạyhơinước

Hình1.3Chiếcmáybơmnướcchạybằngsứcgió,phíaTâynướcMỹnhữngnăm1800

Năm1888,CharlesF.Brushđãchếtạochiếcmáyphátđiệnchạysứcgióđầuti ên,vàđặttạiCleveland,Ohio.Nócóđặcđiểm:

- CôngsuấtmáyphátthấpchủyếunằmởmứcvàichụckW.

1.1.2 Đặcđiểmchungcủamáyphátđiệnchạybằngsứcgió

CácmáyphátđiệnsửdụngsứcgióđãđượcsửdụngnhiềuởcácnướcchâuÂu,Mỹvàcácnướccôngnghiệppháttriểnkhác.NướcĐứcđangdẫnđầuthếgiớivềcôngnghệđiệnsửdụngsứcgió(điệngió)

Tớinayđasốvẫnlàcácmáyphátđiệntuabingiótrụcngang,gồmmộtmáyphátđiệncótrụcquaynằmngang,vớirotor(phầnquay)ở giữa,liênhệvớimộttuabin3cánhđóngió.Máyphátđiệnđượcđặttrênmộtthápcaohìnhcôn.Trạmphát điệnkiểunàymangdángdấpnhữngcốixaygióởchâuÂutừnhữngthếkỷtrước,nhưngrấtt h a n h nhãvàhiệnđại

Cácmáyphátđiệntuabingiótrụcđứnggồmmộtmáyphátđiệncótrụcquaythẳngđứng,rotornằmngoàiđượcnốivớicáccánhđóngióđặtthẳngđứng.Loạin à y có thể hoạt

cấutạođơngiản,cácbộphậnđềucókíchthướckhôngquálớnnênvậnchuyểnvàlắpr á p dễdàng,độbềncao,duytubảodưỡngđơngiản.Loạinàymớixuấthiệntừvàinămgầnđâynhưngđãđượcnhiềunơiquantâmvàsửdụng

Hiệncócácloạimáyphátđiệndùngsứcgióvớicôngsuấtrấtkhácnhau,từ1 kWtớihàngchụcngànkW.Cáctrạmphátđiệnnàycóthểhoạtđộngđộclậphoặccũngcóthểnốivớimạ

Cáctrạmđiệngiócóthểđặtgầnnơitiêuthụđiện,

nhưvậysẽtránhđượcchiphíchoviệcxâydựngđườngdâytảiđiện

Trướcđây,khicôngnghệphongđiệncònítđượcứngdụng,việcxâydựngmộttrạmđiệngiórấttốnkém,chiphíchothiếtbịvàxâylắpđềurấtđắtnênchỉđượcápdụngtrongmộtsốtrườnghợpthậtcầnthiết.Ngàynayđiệngióđãtrởnênr ất phổbiến,thiếtbịđượcsảnxuấthàngloạt,côngnghệlắprápđãhoànthiệnnênchi p h í c h o việchoànt h à n h mộttrạmđ i ệ n gióhiệnn a y c h ỉ bằng¼s o vớinăm198 6

Cáct rạmđ i ệ n gióc ó t h ể đ ặ t ở nhữngđ ị a đ i ể m vàvịt r í khácn h a u , vớinhữnggiảipháprấtlinhhoạtvàphongphú:

- Các trạmđiệngióđặt ởvenbiển cho sản lượngcaohơn cáctrạmnội địavìbờbiểnthườngcógiómạnh.Giảiphápnàytiếtkiệmđấtxâydựng,đồngthờiviệcvậnchuyểncáccấukiệnlớntrênbiểncũngthuậnlợihơntrênbộ

- Nhữngmỏmnúi,nhữngđồihoangkhôngsửdụngđượcchocôngnghiệp,n ô n gnghiệpcũngcóthểđặtđượctrạmphongđiện.Trườnghợpnàykhôngcầnlàmt r ụ đỡcao,tiếtkiệmđángkểchiphíxâydựng

- Trênmáinhàcaotầngcũngcóthểđặttrạmđiệngió,dùngchocácnhucầu trongnhàvàcungcấpđiệnchothànhphốkhikhôngdùnghếtđiện.Trạmđiệnnàycàngcóýnghĩathiếtthựckhithànhphốbấtngờbịmấtđiện

- Ngaytạicáckhuchếxuấtcũngcóthểđặtcáctrạmđiệngió.Nếutậndụngkhônggianphíatrêncácnhàxưởngđểđặtcáctrạmđiệngióthìsẽgiảmtớimứct h ấ p nhấtdiệntíchđấtxâydựngvàchiphílàmđườngdâyđiện

- Đặtmộttrạmđiệngióbêncạnhcáctrạmbơmthủylợiởxalướiđiệnquốcgiasẽtránhđượcviệcxâydựngđườngdâytảiđiệnvớichiphílớngấpnhiềulầnc h i phíxâydựngmộttrạmđiệngió.Việcbảoquảnmộttrạmđiệngiócũngđơngiảnhơnviệcbảovệđườngdâytảiđiệnrấtnhiều

- Mộttrạmđiệngió4kWcóthểđủđiệnchomộttrạmkiểmlâmtrongrừngsâu h o ặ cmộtngọnh ả i đ ă n g x a đ ấ t l i ề n M ộ t t r ạ m 1 0 kWđ ủ c h o mộtđ ồ n b i ê n phòngtrên

Mộttrạm40kWcóthểđủchomộtxãvùngcao,mộtđoànthămdòđịachấthaymộtkháchsạndulịchbiệtlập,nơiđườngdâychưathểvươntớiđược.MộtnôngtrườngcàphêhaycaosutrêncaonguyêncóthểxâydựngtrạmđiệngióhàngtrămhoặchàngngànkW,vừaphụcvụđời s ố n gcôngn h â n , vừacungc ấ p nướctướivàdùngc h o x ư ở n g c h ế b i ế n sảnphẩm

Tuynhiênkhông phảinơinàođặttrạmđiệngiócũng cóhiệuquảnhưnhau.Để có

nhiềugió.Cácvùngđấtnhôrabiểnvàcácthunglũngsôngthườnglànhữngnơicólượnggiólớn.Mộtváchnúic ao cóthểlàvậtcảngiónhưngcũngcóthểlạitạoramộtnguồngiómạnhthườngx u y ên , rấtcólợichoviệckhaithácđiệngió.Khichọnđịađiểmđặttrạmcóthểd

củanhânđânđịaphương,nhưngchỉlàcăncứsơbộ.Lượnggiómỗinơicònthayđổitheotừngđịah ì nh cụthểvàtừngthờigian.Tạinơidựđịnhdựngtrạmđiệngiócầnđặtcácthiếtbịđogióvàghilạitổnglượnggióhàngnăm,từđótínhrasảnlượngđiệncóthểkhaithác,tuơngứngvớitừngthiếtbịđiệngió.Việcnàycàngquantrọnghơnkhix â y dựngcáctrạmcôngsuấtlớnhoặccácvùngđiệngiótậptrung

1.2 NĂNGLƯỢNGGIÓVÀTHIẾTBỊBIẾNĐỔINĂNGLƯỢNGGIÓ–

TUABINGIÓ

1.2.1 Tuabingió

Tuabingiólàthiếtbịbiếnđổiđộngnăngcủagióthànhcơnăng,từcơnăngcóthểbiếnđổithànhđiệnnăngnhờmáyphátđiện-Máyphátđiệndùngsứcgió

Tuabingiócónhiềuloạikhácnhaunhưngchủyếuđượcchialàmhainhómch í n h phụthuộcvàocánhđóngiócủanó:tuabingiótrụcngangvàtuabingiótrụcđứng.Trongluậnvănđềcấpđếnloạituabingiótrụcđứng

í n h t o á n t h i ế t kếnữa.Ngoàir a c á c h ệ thốngđiềukhiểntuabingióloại nàycũngđượcđặt tạimặtđất nêncũngtạo điềukiệnchoviệctruycập,lậptrìnhvàsửachữa.

Nếuxétvềtốcđộquaycủatuabinthìtacóloạituabincótốcđộcốđịnhvàloạituabincótốcđộthayđổi.Loạicótốcđộcốđ ị n h ( F i x e d speedwindturbine),cómáyphátkhôngđồngbộđượcnốitrựctiếpvớilưới.Tuynhiênhệthốngnàycónhượcđiểmchínhlàdotốc độcốđịnhnênkhôngthểthuđượcnănglượngcựcđạit ừgió

Softstarter

Capacitorbank

Powerelectronicc onverter

điệnphứctạp,vìcầncóbộbiếnđổiđiệntửcôngsuấtđểtạorakhảnănghoạtđộngvớitốcđộthayđổi,vàdođóchiphichotuabingiótốcđộthayđ ổ i lớnhơnsovớicáctuabintốcđộcốđịnh.Tuabingióvớitốcđộthayđổicóhailoại:tuabingióvớitốcđộthayđổicóbộbiếnđổinốitrựctiếpgiữastatorvàlướivàtuabingiósửdụngmáyphátđiệnkhôngđ ồ n g bộnguồnkép(MFKĐBNK)

Loạituabingióvớitốcđộthayđổicóbộbiếnđổinốitrựctiếpgiữamạchstatorc ủ a máyphátvàlưới,dodóbộbiếnđổiđượctínhtoánvớicôngsuấtđịnhmứccủat oàn tuabin Máy phátởđâycóthểlàloạikhông đồngbộrotorlồ ngsóchoặclàđồngbộ

Powerelectronic converter

Ngàynayvớixuhướngngàycàngpháttriểnviệcsửdụngnguồnnănglượngs ạchtáitạotừgió,trênthếgiớingườitađãchếtạocácloạituabingióvớicôngsuấtl ớnđếntrên7MW,nếudùngloạituabingiótốcđộthayđổicóbộbiếnđổinốitrựctiếpgiữastatorvàlướithìsẽtốnkém,đắttiềndobộbiếnđổicũngphảicócôngsuấtb ằngcôngs u ấtc ủatoànt u a b i n V ìvậyc á c h ã n g c h ếtạot u a b i n gióc ó xuhướngsửdụngMFKĐBNKlàmmáypháttrongcáchệthốngtuabingiócôngsuấtl ớnđểgiảmcôngsuấtcủabộbiếnđổivàdođógiảmgiáthành,vìbộbiếnđổiđượcn ốivàomạchrotorcủamáyphát,côngsuấtcủanóthườngchỉbằngcỡ1/3tổngcô n g suấttoànhệthống,cácthiếtbịđikèmnhưbộlọcbiếnđổicũngrẻhơnvìcũngđượcthiếtkếvớicôngsuấtbằng1/3côngsuấtcủatoànhệthống

Hình1.9T u a b i n giótốcđộthayđổisửdụngMFKĐBNK

1.2.2 Máyphátđiệntrongtuabingió.

Máyp há t đ i ệ n l à mộtt h à n h p h ầ n q ua n t r ọ n g khôngthểt h i ế u t r o n g tuabingió,vìnócónhiệmvụchuyểnđổicơnăngcủatuabinthànhđiệnnăng.Trongmộthệthốngphátđiện,việcthiếtkếvàchọnmáyphátđiệnphảiphùhợpvớiloạituabinđ ã đượclựachọn.Cáctuabinnàyđượcthiếtkếvớiviệcưutiênchocácphươngp h áp điềukhiểnmongmuốnvàđiềukiệngiótạivùngđãđượcquyhoạch.Cácmáyp h á t điệnởđâykhôngchỉđượcsửdụngđểbiếnđổinănglượngmàcòndùngđểđiềukhiểnđiệnápthôngquatốcđộquaycủatuabin

Tuabinđượcnốitrựctiếpvớirotorcủamáyphátthôngquamộttrụctruyềnđộng,tứclàtrựctiếpđiềukhiểnmáyphát.L o ạ i máyphátnàysẽcótốcđộquay ch ậm hơnsovớicácloạimáyphátthôngthường.Dođónóđượcthiếtkếvớisốlượngđiệncựcnhiềuđểđạtđượccảmứngtừtốtvàhiệuquảcao.Việcđiềukhiểntrựctiếpgiúploạibỏtổnthất,bảodưỡngvàcácchiphíliênquanđếnhộpsố.Mộtsố nghiêncứuchothấyhộpsốlà nguyênnhândẫnđếnhầuhếtcác hưhỏngcủat uabingió.Hơnnữa,điềukhiểntrựctiếplàmgiảmliênkếtxoắntrêncáctrụctruyềnđộ ngbởitầnsốdaođộngriêng.Dođócáctrụcsẽnhởhơnsovớitrườnghợpsửdụnghộpsố,vớiH-

rotorđiềunàycónghĩalàthápđỡsẽđượcgiảmkhốilượng.Khit rụ c truyền độngtrựctiếp

sovớimáyp h át thôngthườngthìviệcsửdụngtuabingiótrụcđứngcóưuđiểmvàlợithếrấtn h i ều domáyphátđượcđặttạimặtđất,khiđókíchthướccũngnhưtrọnglượngcủamáyphátkhôngcònlàvấnđềcầnquantâmnữa

1.2.3 Gióvànănglượngtronggió.

Giólàmộtnguồnnănglượngsạchtrongtựnhiênmàloàingườinênkhait h á

c vàsửdụngnó,dođóyêucầuđặtralàcầnphảicómộtcôngnghệcaođểkhaitháccóhiệuquảnguồnnănglượngđó.Giósẽthayđổicảvềtốcđộcũngnhưhướnggióphụthuộcvàothờigian.Tốc độgióthayđổitheocáckhoảngthờigiankhácnhau.Tốcđộgiót h a y đổit h e omùat r o n g mộtnăm,thayđổit h e o giờtrong mộtngày,hoặccũngcóthểthayđổitheotừngphút,vídụnhưtốcđộgióvàomùahè,thuởnướctathườnglớnhơncácmùakháchaytốcđộgióvàobanngàylớnhơnb a n đêm.Ngoàiratốcđộgiócũngkhácnhauphụthuộcvàođộcaovàđịahình,gióởtrêncaothườngmạnhhơndướithấp

ốcđộgióvànănglƣợnggiótrongkhoảngthờigianngắncủanhữngcơngiógiật.từhìnhvẽtathấysựbiếnt h i ê n củanănglƣợnggiólớnhơnnhiềusovớisựbiếnthiêncủatốcđộgió

svàtốcđộgióđịnhmứclà12m/s.Tuabingióđượckhởiđộngkhitốcđộgióvượtq u a 4m/s.Nóđượcđiềukhiểnởgiátritốiưucủa,chođếnkhitốcđộgióvượtqua10m/

s.Khitố c độgiót rê n 10m/

s.Khitốcđộgiótrên12m/

sthìcôngsuấtđượcgiữcốđịnhvàtuabingiábắtđầuquátrìnhgiảmhấpthunănglượng.Khiđót ố c độquaycầnphảigiảmchútíttùythuộcvàohiệuquảcủa phươngphápđiềukhiển.Đường congcôngsuấtcủatuabinhoạtđộngtheophươngphápnàyđượctrìnhbàyởhình1.13.Việchạnchếtốcđộquaykhôngchỉlàđiềukhiểntuabinmàcònvìlýdovềsựbềnvữngcủakếtcấuhệthống,sựdaođộngcủalácánh,vàđểhạnchếmứcđộtiếngồnkhíđộnghọc

Ưuđi ểm dễthấynhấtcủa đi ện giól à khôngtiêutố nnhiênl iệ u,t ậ n dụngđượcnguồnnănglượngvôtậnlàgió,khônggâyônhiễm,khônglàmthayđổimôitrườngvàsinhthái,khôngcónguycơgâyảnhhưởnglâudàiđếncuộcsốngcủangườidân,dễchọnđịađiểmvàtiếtkiệmđấtxâydựng.

Vớisựpháttriểncủacácthiếtbịbiếnđổinănglượnggióvànhữnglợiíchmànguồnnănglượnggiómanglại,chúngtacầnphảicóchiếnlượcpháttriểnlâud à i đồngthờiphảicócôngnghệtiêntiếnđểchuyểnđổinănglượnggióthànhđiệnnăngvớihiệusuấtcaođểgiảmgiáthành

CHƯƠNGII KHÍĐỘNGLỰCHỌCCỦATUABINGIÓVÀPHƯƠNGPHÁPĐIỀUKHIỂN

CÁNHGIÓCỦATUABINTRỤCĐỨNG

2.1 KHÍĐỘNGLỰCHỌCTUABINGIÓ

2.1.1 Độnglựchọccánhgiótuabin.

Cánhgiólàmộtbộphậnkhôngthểthiếutrongmộttuabingióchodùđólàtuabintrụcđứnghaytrụcngang.Nócónhiệmvụchuyểnnănglượngcủagióthànhđ ộ n g năngcủatuabinthôngquađộnglựchọccủagiótácdụnglêncánhtuabin.Đểhiểu đượcsựhoạtđộngcủacánhvàquantrọnghơnlàcơchếbiếnđổinănglượngcủ atuabingiótacầnphảicónhữngkiếnthứccơbảnvềkhíđộnglựchọccánhgió

Nếutagiảthiếtcáccánhđứngyênvàkhôngkhíchuyểnđộngvớicùngmộttốcđộ,nhưngởhướngngượclại,cáclựctácdụngvàocánhkhôngthayđổigiátrị.K h i đólựctácdụngchỉphụthuộcvàotốcđộtươngđốivàgóctớitácdụng.Vìvậy,đ ểdễdàngchoviệcgiảithích,chúngtahãyxéttrườnghợpcánhcốđịnh,khôngkhíc h u y ể n độngvớitốcđộvôhạnV

Áplựccủakhôngkhílênbềmặtngoàicủacánhkhônglàđềunhau:Ởbềmặttrênthìáplựcgiảmcònởbềmặtdướithìáplựctănglên.Đểbiểudiễnsựthay

đổicủaáplực,trênđườngvuônggócvớib i ê n dạngcủabềmặtcánh,ta lấymột

ÁplựcthấpK pp0

p

pnhậngiátrịâmvớicácđiểmởphíamặttrênvànhậngiátrịdươngởmặtdưới

d d l r

HợplựccủacácthànhphầnlựckhácnhautácdụnglêncánhdướitácdụngcủavậntốcgióVlàF,nóthườngnghiêngsovớihướngcủatốcđộtươngđối,vàđượcchobởibiểuthức:

- Trụcrotor:làtrụcquaycủarotor,

- Mặtphẳngquay:làmặtphẳngvuônggócvớitrụcquaycủarotor,

- Đườngkínhrotor:làđườngkínhcủavùngquétbởitrụcrotor,

- Trụccánh:làtrụcdọccánhmànócóthểtạonênđộnghiêngcủacánhsovớimặtphẳngquay,

- Phầncánhtrongbánkínhr:làphầngiaocủacánhvớimộthìnhtrụcóbánkínhrcótrụclàtrụccủarotor,

- Gócnghiêngcủacánh:làgócđộgiữacácdâycungcủacánhtạirvàbánkínhcủamặtphẳngquay,

Taxétmộtphầncủachiềudàidr,dâycunglvàgócđộởbánkínhrcủamộtcánhrotor

XácđịnhgiátrịdFvàdM.VớidFlàhìnhchiếucủadRtrêntrụcrotorvàdMlà hìnhchiếucủamômentươngđốitácđộnglêntrụcrotortrênmặtphẳngquay

TổnglựcFtácdụngcủagiótrênrotorvàmômenMtrêntrụccủarotorthuđượctínhbằngtổngtấtcảcá c lựcd F thànhp h ầ n vàcácmômendMthànhphần

Loàingườiđãbiếtsửdụngnănglượnggiótừrấtlâu,nhưngởmứcđộhạnc h ế Ngàynaycácnướcvùngônđớivàhànđớiđãquantâmvàđãcónhữngthànhq u ả tốt,đặcbiệttrongviệcsảnxuấtracácmáyphátđiệndùngsứcgiócôngsuấtlớn,đểhòavàohệthốngđiệnquốcgia.

Máyphátđiệngiócôngsuấtlớnđòihỏiphảicóhệthốngđiềutốctốt,đảmbảosốvòngquaycủatrụctuabinnằmtronggiớihạnchophép.Trongluậnvănnàyt á c giảgiớithiệumộtphươngphápđiềutốcđólàphươngphápđiềukhiểngóccánhcủatuabin,quađódiệntíchbềmặthứnggiócủacánhtuabinsẽthayđổiđểổnđịnhtốcđộquaycủatuabin

Vớimáyphát điệngiócôngsuấtnhỏ,việcthayđổigóccánhthườnghaydùngphươngpháplytâmcủakhốilượngquay.Khitốcđộgióthayđổisẽlàmtốcđộ quaycủatuabinthayđổi,lựclytâmcủavậtquaycũngthayđổi.Nếugiólớn,vậntốcgiótăng,lựclytâmtănglên,tácdụnglêncơcấuthayđổigóccánhtuabinlàmgiảmdiệntíchbềmặthứnggió,dẫnđếnhạnchếmứcđộtăngtốcđộquaycủatuabin.Khigiódịuđi,vậntốcgiógiảmxuống,cánhtuabintựxoaydầnvềvịtríban

đầu,đểduytrìtốcđộquaycủatuabintrongphạmvichophép.Vớimáyphátđiệnsứcgiócôngsuấtlớn,thườngdùngkếtcấucơkhínhưhệthốngcamđểđiềuchỉnhgóccánh.Kếtcấumáysửdụnglựclytâmvàkếtcấucơkhíđểxoaycánhtuabinnhưvậytươngđốiđơngiản,nhưngcónhượcđiểmlàđápứngchậm,độchínhxácđ i ề u chỉnhthấp,khoảngbiếnthiêntốcđộquaycủatuabinquálớn.

Nguyênl ý làmviệcc ủ a h ệ t h ố n g đ i ề u khiểnc á n h gióđ ể ổ n đ ị n h t ố c độq u a

y củatuabinnhưsau:Đặtchotrụctuabingiómộtgiớihạntốcđộchophép;khitốcđộgiólớnhơnquyđịnh, trục tuabinsẽ q u a y nhanhhơntố c độchophép, bộphậncảmbiếnnhậnđượctínhiệu,chuyểntínhiệuđóđếnbộđiềukhiển,bộđiềukhiểnsosánhvớitốcđộquayquyđịnh,pháttínhiệuđếnđộngcơđiềukhiểncánhgió,độngc ơ t h a y đ ổ i gócc á n

h t u a b i n đ ể giảmb ề mặth ứ n g gió;khit ố c đ ộ giógiảm,độngcơsẽxoaycánhquaytrởlại.Bằngcáchnày, tốcđộquaycủatrụctuabinđượcđiềuchỉnhkịpthời,khoảngdaođộngcủatốcđộquaytươngđốinhỏ

Việcbiếnđổinănglượnggiótuântheonhữngnguyênlýcơbảnvềkhảnăngsửdụnggióvàkhảnăngtốiưucủacáctuabin

Đặttuabingiótrongdòngchảycủakhôngkhí,khikhôngkhíđếngầntuabinb ị ứlại,ápsuấtdòngchảytănglênvàvậntốcgiảm,đếnkhidòngchảychạmvàomặttuabintraochotuabinnănglượng.Dòngchảyphíasautuabinbịnhiễuxoáy,gâybởichuyểnđộngcủatuabinvàsựtácđộngvớicácdòngkhôngkhíxungquanh

Vềnguyêntắc,dòngchảyphảiđượcduytrì.Dođó,nănglượngtuabinthunhậnđượcbịhạnchế.Trongtrườnghợptoànbộnănglượnggióđượctuabinthun h ậ n , thìvậntốcgióđằngsautuabinsẽbằngkhông.Muốnchodòngchảyđượccânbằnggiữakhốilượngvàvậntốc,nănglượngchảyquatuabinphảibịmấtmát.Đốivớihệtốiưu,sốphầntrămcựcđạicủanănglượnggiócóthểthunhậnđượctínhth eo côngthứcdoCarlBetzđưaranăm1927: