tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu và mô phỏng MPKĐBNK khi xảy ra lỗi lưới, đặc biệt là với lỗi lưới không đối xứng 2

- Phạm vi nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống phát điện sức gió sử dụng MPKĐBNK trên phần mềm Matlab – Simulink – Plecs khi xảy ra lỗi lưới không đối xứng và

TÓM TẮT LUẬN VĂN

LỜI MỞ ĐẦU

1.Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Việt Nam cũng như thế giới, nhu cầu sử dụng năng lượng ngày một tăng Trong khi đó các nhà máy điện sử dụng các nguồn năng lượng truyền thống như thủy điện, nhiệt điện… là các dạng năng lượng cũng đang dần cạn kiệt, gây mất căn bằng sinh thái và ô nhiễm môi trường Nguồn điện năng khai thác từ các nhà máy điện nguyên tử có chi phi lớn và cũng tiềm ẩn nguy cơ gây mất an toàn Do vậy năng lượng tái tạo hay còn gọi là năng lượng phi truyền thống nói chung, năng lượng gió nói riêng là một trong những lĩnh vực quan trọng và đang dần được quan tâm nghiên cứu ứng dụng rộng rãi

Các hệ thống tuốcbin gió hiện đại thường có xu hướng sử dụng MPKĐBNK

để giảm giá thành do MPKĐBNK có những ưu điểm rất nổi bật là stator của MPKĐBNK được nối trực tiếp với lưới điện, còn rotor nối với lưới qua thiết bị điện

tử công suất điều khiển được Chính vì thiết bị điều khiển cho MPKĐBNK nằm ở rotor nên công suất thiết bị điều khiển chỉ xấp xỉ bằng 1/3 công suất máy phát và dòng năng lượng thu được chảy trực tiếp từ stator sang lưới Đây chính là ưu điểm vượt trội của MPKĐBNK so với các thiết bị máy phát khác có bộ điều khiển nằm giữa stator và lưới Tuy nhiên, cấu trúc ấy lại khiến cho MPKĐBNK khó điều khiển hơn rất nhiều, đặc biệt là trong các tình huống sự cố xảy ra trên lưới Khi có sự cố trên lưới điện, điện áp sẽ bị sụt giảm đột ngột làm cho từ thông trong máy phát dao động rất mạnh Từ thông này sẽ gây ra sức điện động cảm ứng đặt lên rotor và nếu trị số các sức điện động này lớn có thể gây ra dòng rất lớn, phá hỏng bộ biến đổi Bởi vậy, việc hiểu và làm chủ được các chế độ vận hành đặc biệt đó là điều kiện bắt buộc khi hòa lưới quốc gia hệ thống phát điện chạy sức gió

2 Mục đích của đề tài

Nghiên cứu và mô phỏng MPKĐBNK khi xảy ra lỗi lưới, đặc biệt là với lỗi lưới không đối xứng

3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là máy phát không đồng bộ nguồn kép

- Phạm vi nghiên cứu của luận văn là xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống phát điện sức gió sử dụng MPKĐBNK trên phần mềm Matlab – Simulink – Plecs khi xảy ra lỗi lưới không đối xứng và đối xứng

4 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiện

- Nghiên cứu, khảo sát đặc tính của lưới khi xẩy ra các lỗi lưới không đối xứng

- Nghiên cứu, khảo sát các tương tác qua lại giữa hệ thống PĐCSG với lưới khi xẩy ra lỗi lưới không đối xứng và đối xứng

- Từ đó đưa ra các quyết định khi đầu tư vào hệ thống PĐCSG

5 Cấu trúc luận văn

Luận văn được chia làm 4 chương:

Chương 1: Mô hình hóa lỗi lưới đối xứng và không đối xứng

Chương 2: Mô hình máy phát không đồng bộ nguồn kép

Chương 3: Nghiên cứu tìm hiểu cấu trúc điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép

Chương 4: Mô phỏng một số chế độ lỗi lưới

Phần này ta đưa ra mô hình toán học của lỗi lưới:

- Các sự cố lỗi lưới có thể xảy ra là: lỗi lưới đối xứng và không đối xứng

- Trong khuôn khổ đề tài lỗi lưới đối xứng được xem là khi biên độ các pha điện áp lưới bị suy giảm với độ sâu sập lưới như nhau Lỗi lưới không đối xứng ở đây được hiểu là sự mất đối xứng về biên độ giữa các pha điện áp lưới

1.2 Mô hình hóa lỗi lưới không đối xứng

1.2.1 Phép biến đổi hệ tọa độ

Sơ đồ động cơ dị bộ ba pha có ba (hay bội số của ba) cuộn dây stator được bố trí như hình vẽ (1.1)

Trong phần này nhằm đưa ra phép biến đổi hệ tọa độ 3 pha abc sang hệ tọa độ



1.2.2 Phép biến đổi Park của hệ thống ba pha không đối xứng

Phần này đưa ra phép biến đổi hệ tọa Park chuyển từ hệ tọa độ cố định sang hệ tọa độ quay dp (nhằm giảm bớt độ phức tạp của phương trình vi phân mô tả động học của MPKĐBNK)

Đưa ra mô hình lỗi lưới không đối xứng về pha

Kết luận chương 1:

Nghiên cứu mô hình hóa lỗi lưới không đối xứng và đối xứng

2.1.1.Cấu tạo của máy phát không đồng bộ nguồn kép:

MPKĐBNK thực chất là máy điện không đồng bộ rotor dây quấn (kết hợp với các bộ biến đổi CL và NL thành một hệ thống) Phần này nhằm đưa ra cấu tạo của MPKĐBK như hình 2.2:

2.1.2 Nguyên lý hoạt động MPKĐBNK

Mạch rotor được cấp nguồn từ bộ nghịch lưu nguồn áp VSC (voltage source converter) có biên độ và tần số thay đổi thường sử dụng linh kiện điện tử công suất IGBT Khi đã hòa đồng bộ với lưới điện dòng năng lượng qua máy phát có thể được

mô phỏng xảy ra hai trường hợp:

+ Khi mômen quay ứng với tốc độ thấp hơn tốc độ đồng bộ, đó là tốc độ vận hành dưới đồng bộ Trường hợp này máy phát lấy năng lượng từ lưới qua rotor + Khi mômen quay ứng với tốc độ lớn hơn tốc độ đồng bộ, đó là tốc độ vận hành trên đồng bộ Trường hợp này máy phát hoàn năng lượng về lưới cũng qua rotor

2.1.3 Phạm vi hoạt động MPKĐBNK

Mục đích của phần này là chỉ ra MPKĐBNK làm việc ở chế độ động cơ khi nào và khi nào thì làm việc ở chế độ máy phát như hình 2.4

2.2 Mô hình toán của máy phát không đồng bộ nguồn kép

Hệ tọa độ dp tựa theo điện áp lưới được lựa chọn để để phát triển MPKĐBNK cũng như phát triển các thuật toán điều khiển các máy điện không đồng bộ nguồn kép sau này

Trong phần này xuất phát từ phương trình điện áp stator và rotor qua các phép biến đổi đưa ra mô hình MPKĐBNK làm cơ sở cho hệ thống máy phát điện về sau

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN MÁY

PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP 3.1 Tổng quan về các cấu trúc điều khiển MPĐKĐBNK

Phần này nhằm hệ thống các phương pháp điều khiển hệ thống nguồn kép:

- Các phương pháp điều khiển tuyến tính

Sử dụng bộ điều khiển PI

Phương pháp điều khiển deadbeat

- Các phương pháp điều khiển phi tuyến

Phương pháp cuốn chiếu (back stepping)

Phương pháp tuyến tính hóa chính xác ( exact linearrzation)

Phương pháp tựa phẳng

Phương pháp tựa theo thụ động ( pasivity based)

3.2 Cấu trúc điều khiển tuyến tính

3.2.1 Mô hình dòng rotor

- Đưa ra mô hình toán học của dòng điện trên rotor trên hệ truc tọa độ dq

3.2.2 Điều khiển cách ly công suất tác dụng P và công suất kháng Q bằng

bộ điều chỉnh dòng hai chiều

3.2.3 Các biến điều khiển công suất hữu công và công suất phản kháng phía máy phát

3.3.1 Cấu trúc bộ điều khiển

3.3.2 Bộ điều khiển tựa thụ động

3.5 Hòa đồng bộ máy phát lên lưới

3.5.2 Điều kiện trùng pha

3.5.3 Điều kiện trùng biên độ điện áp

3.6 Mô hình và cấu trúc điều khiển phía lưới

3.6.1 Mô hình phía lưới

3.6.2 cấu trúc điều khiển phía lưới

Kết luận chương 3:

- Đưa ra cấu trúc điều khiển phi tuyến và tuyến tính

- Khái quát được những nội dung cơ bản của phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động

CHƯƠNG 4

MÔ PHỎNG MỘT SỐ CHẾ ĐỘ LỖI LƯỚI 4.1 Kết quả mô phỏng

4.1.1 Sơ đồ mô phỏng hệ thống máy phát điện sức gió

4.1.2 Các kết quả mô phỏng khi lỗi lưới

4.1.2.2 Các kết quả mô phỏng của hệ thống trong chế độ làm việc lỗi lưới đối xứng

4.1.2.3 Các kết quả mô phỏng của hệ thống trong chế độ làm việc lỗi lưới không đối xứng

Nhận xét:

Đối với lỗi lưới đối xứng:

Theo (3), khi sập lưới 50% trở lên với bộ điều khiển dòng theo phương pháp điều khiển tuyến tính deadbeat thông thường thì hệ thống mất điều khiển Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này là do bộ điều khiển tuyến tính deadbeat không đáp ứng được chế độ làm việc phi tuyến của máy phát không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn trong hệ thống máy phát điện sức gió

Với kết quả sập lưới 70% từ các hình 4.12 với bộ điều chỉnh Passivity – Based

đã chứng tỏ được chất lượng điều khiển MPKĐBNK trong hệ thống máy PĐSG khi

lỗi lưới ngắn mạch ba pha đối xứng đã được cải thiện so với phương pháp điều khiển tuyến tính

Đối với lỗi lưới không đối xứng:

Các kết quả chỉ ra rằng khi MPKĐBNK đang làm việc bình thường mà xảy ra lỗi lưới thì thành phần dòng điện rotor dao động mạnh và tăng rất nhanh, gấp khoảng 3 lần dòng điện làm việc bình thường của MPKĐBNK trước khi xảy lỗi lưới Dòng điện tăng lớn như vậy có thể phá hỏng các bộ biến đổi nếu không có các

biện pháp bảo vệ nào khi xảy ra sự cố lỗi lưới

4.2 Kết luận và kiến nghị:

Luận văn đã nghiên cứu và giải quyết được những nội dung sau:

1 Tìm hiểu về các sự cố xảy ra trên lưới

2 Tìm hiểu về MPKĐBNK (cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phạm vi hoạt động