Thiết kế bộ nghịch lưu cho máy phát điện đồng bộ năng lượng gió công suất nhỏ hòa lưới điện quốc gia

Page vi MỤC LỤC LÝ LỊCH KHOA HC i LI CAM ĐOAN ii LI CM N iii TÓM TT iv MỤC LỤC vi MỤC LỤC CÁC HI  NH ix Chng 1: GI  I THIÊ ̣ U t v 1 1.2 Mc tiêu và nhim v 3 1.3 Phm vi nghiên cu 3 u 4 m mi ca lu 4 1.6 Giá tr thc tin ca lu 4 1.7 Ni dung ca lu 5 Chng 2: TỌ ̉ NG QUAN 2.1 Tng quan v ng gió 6 2.1.1 Lch s phát trin gió 6 ng gió th gii 9 ng gió Vit Nam và ting gió 11 ng gió Vit Nam 11 2.1.3.2 Tit tring gió công sut nh ti Vit Nam 17 2.2 Tng quan v h thng chuyng gió 18 2.2.1 Các thành phn ca mt h thng chuyng gió 18 2.2.2 Các loi h thng chuyng gió 19 2.2.2.1 H thng tubin gió c nh 20 2.2.2.2 H thng tubin gió t i bii toàn b công sut 21 2.2.2.3 H thng tubin gió t i bii mt phn công sut 22 Page vii 2.3 Tng quan v các kiu turbine gió 23 2.3.1 Turbine gió trng và trc ngang 23 2.3.2 So sánh turbine trng và trc ngang 24 2.4 Tng quan v kt nn gió vn phân phi 26 2.4.1 Tính cn thit ca vic kt nn phân phi . 26 ng b hai máy phát. 27 ng b hai ngun áp. 28 u kin hòa. 30 ng b mt ngun dòng vào mt ngun áp. 33 ng nghiên cu ca lu 35 Chng 3: KHO SÁT VÀ TệNH TOÁN ng gió và công sut tubin 36 ng gió 36 3.1.2 Hiu sut tubin gió 39 ng cong hiu sut tubin gió 42 3.2 (PMSG) 45 3.3 Mch chn 48 3.4 Mch nght nn phân phi 50 3.4.1 Phân loi b ngh 50 u khin các khóa công sut trong b ngh   51 3.4.3             ng 54 Chng 4: MỌ HI  NH HO  A & MỌ PHO ̉ NG  kt nn phân phi. 59 4.1.1   . 59 4.1.2 Khi ch 62 4.1.3 Khi ngh 63 4.1.4 Khn phân phi 63 4.1.5 Khu khin 64 4.1.5.1 Nguyên lí hong ca khi MPPT 65 Page viii 4.1.5.2 Khi PI_V 68 4.1.5.3 Khi PLL 69 4.1.5.4 Khi DC/AC 69 4.1.5.5 Khu khiu khin bang-bang ) 70 4.2 Kt qu mô phng. 70 4.2.1 Kt qu mô phng khi vn ti 71 4.2.1.1 Khi vn tt 5 m/s 71 4.3 Nh 91 Chng 5: KÊ  T LUÂ ̣ N VA  H  NG PHA  T TRIÊ ̉ N 5.1 Các v c thc hin trong lu 93  ngh ng phát trin ca lu 93 TÀI LIU THAM KHO 95 Page ix MỤC LỤC CÁC HI  NH u tiên ca Charles F.Brush, Cleveland, Ohio 1888 6 Hình 2. 2 Turbine gió c 7 Hình 2. 3 Turbine gió trng kiu Savonius 8 Hình 2. 4 Turbine gió trng Darrieus kii Cap Chat, Quebec 9 Hình 2. 5 Bi công su gii 10 Hình 2. 6 Công sut ln gió cu th gii 11 Hình 2. 7 Gió tru  cao 65 m và 30m 12   cao 65 m vào mùa Xuân và mùa H 13 Hình 2. 9 Gi   14 Hình 2. 10 Thành phn chính ca mt h thng chuyng gió kt ni n 18 Hình 2. 11 H thng tubin gió t c nh 20 Hình 2. 12 H thng tubin gió t i bii toàn b công sut phát 22 Hình 2. 13 H thi t vi b bii công sut phía roto . 22 Hình 2. 14 Cu to turbine trng và trc ngang 23 Hình 2. 15 Công tác song song 30  biu th vecto khi hòa 30 Hình 2. 17 S n áp không thu kin khác tho mãn 31  h thng ba pha vector quay 33 Hình 2.  kt ni ngun dòng vào ngung b 34 Hình 2. 20 Biu din vector quay cn áp 34 ng ca khi không khí 36 Hình 3. 2 Biu din lung khí thi qua mng 38 Hình 3. 3 Góc pitch ca cánh qut gió 39 Hình 3. 4 Gii hn ca hiu sut rotor 41 Page x ng cong hiu su 42 Hình 3. 6 Công suu ra ph thuc vào vn tc gió và t tubin 43 ng cong công sung ca tubin gió. 44 Hình 3. 8              dq . 47 Hình 3. 9 Mch chán kì 49 Hình 3. 10 Mch chu mu khin. 49 Hình 3. 11 Mch chu khin 49 Hình 3. 12 Mch chu mu khin 50 Hình 3. 13 Mch chu khin 50 Hình 3. 14 Gi xung kích b nght pha b 53 Hình 3. 15 Gi dòng và áp ngõ ra ngh 54 Hình 3. 16          54 Hình 3. 17    55 Hình 3. 18  55 Hình 3. 19 gii thuu khin bang bang ci tin trên mt cp chân ca b nghch  56  khi mch mô phng 59 Hình 4. 2   kt ca khn 60  kt ni trong mô phng khi tubin gió 61 Hình 4.  kt ni mô phng ca khu 61 Hình 4. 5 Mô hình mô phng ca kh 61 Hình 4. 6 Mô hình mô phng ca khn trong PMSG 62 Hình 4. 7 Thông s k thut ca PMSG 62  kt ni mch chnh  63  kt ni ca khi ngh 63  kt ni ca khn phân phi 64  nguyên lý hong ca mn mô phng 64  kt ni ca khu khin trong mch mô phng 65 Page xi Hình 4. 13 Nguyên tc hong cn 66 Hình 4. 14 Nguyên tc hong ca gii thut P&O 66  gii thut P&O 68  nguyên lí ca khi PLL 69 Hình 4. 17 Dng sónc ti vn tc gió 5 m/s 71 Hình 4. 18 Di ti vn tc gió 5 m/s 72 Hình 4. 19 Phân       5 m/s 72 Hình 4. 20 Công sun phân phi ti vn tc gió 5 m/s 73 Hình 4. 21 Dc ti vn tc gió 7 m/s 74 Hình 4. 22 Di ti vn tc gió 7 m/s 74 Hình 4. 23               7 m/s 75 Hình 4. 24 Công sun phân phi ti vn tc gió 7 m/s 76 Hình 4. 25 Dc ti vn tc gió 9 m/s 77 Hình 4. 26 Di ti vn tc gió 9 m/s 77 Hình 4. 27               9 m/s 78 Hình 4. 28 Công sun phân phi ti vn tc gió 9 m/s 78 Hình 4. 29 Dc ti vn tc gió 12 m/s 79 Hình 4. 30 Di ti vn tc gió 12 m/s 80 Hình 4. 31               12 m/s 80 Hình 4. 32 Công sun phân phi ti vn tc gió 12 m/s 81 Hình 4. 33 Dc khi vn t  (5-8-10) m/s 82 Hình 4. 34 Di ti vn tc gió (5-8-10) m/s 83 Hình 4. 35 Công sun phân phi ti vn tc gió (5-8-10) m/s 83 Hình 4. 36 Dc khi vn t  (10-12-9) m/s 85 Hình 4. 37 Di ti vn tc gió (10-12-9) m/s 85 Hình 4. 38 Công sun phân phi ti vn tc gió (10-12-9) m/s 86 Hình 4. 39 Dc khi vn tc gió ( 7-5-6) m/s 87 Hình 4. 40 Di ti vn tc gió ( 7-5-6) m/s 87 Hình 4. 41 Công sun phân phi ti vn tc gió ( 7-5-6) m/s 88 Page xii Hình 4. 42 Dc khi vn t  ( 11-9-7) m/s 89 Hình 4. 43 Di ti vn tc gió ( 11-9-7) m/s 90 Hình 4. 44 Công sun phân phi ti vn tc gió ( 11-9-7) m/s 90 Hình 4. 45 Bng kt qu mô phng ti mt s vn tc gió tiêu biu 91    GVHD: TS. Lê Chí Kiên HVTH:  Page 1 t v Ngung mà chúng ta s dng ngày nay ch yng hóa thu m, các sn phm t du mn ng này là hu hn, nó ch có th m bo cho nhu cu v ng ca chúng ta trong mt thi gian nhi ta càng lo ngi v mt cuc khng hong có th xy ra làm ti na loài i, bi vì th gii v thuc vào ngun nhiên liu hóa thch. Du, t chim khong 75% nhu cng th gii, mi ngày trên th gii s dn 80 triu thùng du toàn cu v du ha s t xa kh p. T  khai thác du và tiêu th t xa t khám phá tr ng du mi. Công ty BP d  rng vi t s dn nay, thì ch a s cn kit ngun du ho. Mt khác, s dng ngung hóa th li nhiu hu qu v ô nhing, gây ra hiu ng nhà kính, góp ph   gii quyt các v này, mt mt chúng ta phi khai thác và s dng các ngun nng hóa thch này mt cách hp lý, mt khác chúng ta phi tìm ra các ngu thay th. Th gim các ngung tái sinh có th cung cng mt cách bn v ng y có th k ng sinh khng mt trc là ngu v ng c th gii chú trng phát tri khai thác. Các chính ph n các công ngh này mt cách ht sy tham vng cho sn to ra t các ngui dân ngày càng ý thc v s tàn phá và ô nhing t các ngun nhiên liu hoá thng ht nhân. Trong khi các ngun ng tái sinh có th khai thác t do và không bao gi cn king gió là mt ngung sch có th thay th các ngung truyn thng. Các ng dng ca nó ti các c phát trin giúp làm gim hiu ng nhà kính và gi c các ngu    GVHD: TS. Lê Chí Kiên HVTH:  Page 2 truyn thn kit. Các qung gió là ngung phù hp vng phát trin mi ca nhân lou trong các chính sách v ng. Khi s dng ng gió có nhng thun l - Gim hay thay th vic xây dn truyn th ng hóa thch. - Không gây ô nhing khi turbine vn hành sn xu - Là ngung không bao gi cn kit. - D t khi cn thit. - Vic lt và xây di nhanh. - Mng gió hiu so vi ngung truyn th      ng bi giá nguyên liu và s gián n cung cp. -  c phát tric h tr v thu  - To ra nhing khác, khi cùng sn xut ra m ng. S i làm vic cho các trung tâm ng gió trên khp th gii khong 100000 công nhân. Mt Megawatt n gió cn t 2.5  3.0 nhân công làm vic. - Các turbine gió mang li nhiu li ích kinh t cho nông dân và các ch t t ngun gió, mà không làm ng n vic canh tác ngay trên m - Công ngh ng gió có th i cho nhiu ng dng có công sut t nh n ln. Thi gian t khi kh  n l t và vn hành ngn và có nhng thun ln kiu truyn thng không c. Hing gió  Vit Nam vi li th b bin tri dài 3260 km và go ln nh rt có tia Ngân hàng th gii thì ti ng gió ca Vit Nam so vc trong khu vc là i khi th gii thì vn thp. Ving gió  Vit Nam còn rt hn ch, mt ph tr thích    GVHD: TS. Lê Chí Kiên HVTH:  Page 3 h  gió  Vit Nam là không cao ch tp trung  m khó phát trin trên din r n gió c ln hong hiu qu, thì các máy này pht  nhng gió trên bình din rng. Do vy, vng gió  Vit Nam s thun li khi dùng các loi   n gió công sut nh s phù hp vi ti   a Vit Nam. Nhng lon gió công sut nh phù hp vi các vùng  nông thôn, các vùng ho và nhng vùng có t i nhiu. 1.2 Mc tiêu và nhim v - Tìm hiu và nghiên cu v ng gió. - Tìm hiu v n gió công sut nh. - Phân tích các ng ca vic hòa hai ngun. - Xây di thu tính toán b chuyng. - Dùng phn mm Matlab 7.0 mô phn - phân phi. 1.3 Phm vi nghiên cu - Nghiên cu khái quát v ng gió. - Nghiên cu v n gió công sut nh. - Nghiên cu v mi quan h ca các thông s n gió công sut nh. - Nghiên cu v mi quan h truyng trn gió công sut nh. - Nghiên cu b nght nh mn. - Nghiên c chuyi ngun DC-AC. - Nghiên cu tính toán các thông s khi hòa ngun phân phi. - ng khi hòa ngun. [...]... GVHD: TS Lê Chí Kiên độ cao 65 m và 30m Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện đồng bộ năng l ợng gió công suất nhỏ hòa l ới điện quốc gia Hình 2 8 Gió trung bình hàng năm HVTH: Hoàng Văn Bình GVHD: TS Lê Chí Kiên độ cao 65 m vào mùa Xuân và mùa H Page 13 Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện đồng bộ năng l ợng gió công suất nhỏ hòa l ới điện quốc gia Hình 2 9 Gió trung bình hàng năm GVHD: TS Lê Chí... Page 4 Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện đồng bộ năng l ợng gió công suất nhỏ hòa l ới điện quốc gia tự nhiên nên th GVHD: TS Lê Chí Kiên ng là các vùng cuối l ới điện nên điện áp không đ m b o Việc dùng các máy phát điện gió là một gi i pháp hữu hiệu để nâng áp cho các vùng này - Nâng cao đ ợc hiệu suất cho máy phát điện gió công suất nhỏ, - Làm tài liệu tham kh o và làm nền t ng để phát triển... phát đồng bộ (SG) Với cấu hình này, có thể điều khiển tối u công suất nhận đ ợc từ gió, nh ng do ph i biến đổi toàn bộ công suất phát ra nên tổn hao lớn HVTH: Hoàng Văn Bình Page 21 Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện đồng bộ năng l ợng gió công suất nhỏ hòa l ới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên Hình 2 12 Hệ thống tubin gió tốc độ tay đổi biến đổi toàn bộ công suất phát 2.2.2.3 Hệ thống tubin gió. .. máy phát đồng bộ ho t máy phát c m ng một số hệ thống làm việc độc lập sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu Trong luận văn này chúng ta dùng máy phát điện nam châm vĩnh cửu để mô phỏng do máy phát điện gió có công suất nhỏ - Bộ biến đổi công suất: đ ợc sử dụng để hòa đồng bộ, điều khiển và b o vệ máy phát kết nối l ới điện bộ biến đổi công suất chính là linh hồn c a hệ thống chuyển đổi năng l ợng kết... biến đổi toàn bộ công suất phát Hình 2 13 Hệ thống tubin gió thay đổi tốc độ với bộ biến đổi công suất phía roto HVTH: Hoàng Văn Bình Page 22 Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện đồng bộ năng l ợng gió công suất nhỏ hòa l ới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên 2.3 Tổng quan về các kiểu turbine gió 2.3.1 Turbine gió trục đ ng và trục ngang Có nhiều kiểu thiết kế khác nhau cho turbine gió, và đ ợc... cùng công suất - Có thể nhân rộng mô hình và sử dụng các nguồn nhiên liệu t i địa ph ơng - Dễ b o trì, sửa chữa, th i gian sử dụng lâu hơn lo i dùng tấm pin mặt tr i - Các máy phát điện gió công suất nhỏ có thể ho t động so với các máy phát cỡ lớn HVTH: Hoàng Văn Bình Page 17 vận tốc gió thấp hơn Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện đồng bộ năng l ợng gió công suất nhỏ hòa l ới điện quốc gia GVHD:... chỉnh mô hình kết nối máy phát điện gió có công suất nhỏ hòa đồng bộ l ới điện quốc gia - Tìm ra các thông số nh h ng đến việc hòa đồng bộ giữa hai nguồn năng l ợng gió và l ới điện quốc gia - Đ a ra gi i thuật và ch ơng trình mới để tính toán bộ chuyển đổi nguồn năng l ợng gió hòa vào l ới điện quốc gia - Góp phần ổn định l ới điện phân phối - Góp phần tiết kiệm năng l ợng c a các hộ tiêu thụ điện cũng... lo n trong việc kết nối và nâng cao hệ số công suất 2.4.2 Hòa đồng bộ hai máy phát Về cơ b n, các nguồn điện hiện nay đ ợc phân chia thành hai lo i cơ b n là nguồn dòng và nguồn áp HVTH: Hoàng Văn Bình Page 27 Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện đồng bộ năng l ợng gió công suất nhỏ hòa l ới điện quốc gia GVHD: TS Lê Chí Kiên - Nguồn áp là nguồn điện có kh năng cung cấp một hiệu điện thế ổn định... đổi năng l ợng gió sau đây đ ợc đề cập: - Turbine gió tốc độ cố định với máy phát không đồng bộ - Turbine gió tốc độ thay đổi với máy điện nam châm vĩnh cửu hoặc máy phát đồng bộ - Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát không đồng bộ cấp nguồn từ hai phía 2.2.2.1 Hệ thống tubin gió cố định Hình 2 11 Hệ thống tubin gió tốc độ cố định HVTH: Hoàng Văn Bình Page 20 Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện. .. kh năng phát điện xoay chiều, đây chính là tiền thân c a turbine gió Đan M ch hiện đ i Cuộc kh ng ho ng dầu ho vào năm 1973, đư làm cho con ng i quan tâm tr l i đến tính th ơng m i c a năng l ợng gió và làm tiền đề cho sự phát triển công nghệ cao hơn t i Đan M ch và Califonia HVTH: Hoàng Văn Bình Page 7 Thiết kế bộ nghịch l u cho máy phát điện đồng bộ năng l ợng gió công suất nhỏ hòa l ới điện quốc gia . ng gió 6 2.1.1 Lch s phát trin gió 6 ng gió th gii 9 ng gió Vit Nam và ting gió 11 ng gió Vit. vic cho các trung tâm ng gió trên khp th gii khong 100000 công nhân. Mt Megawatt n gió cn t 2.5  3.0 nhân công làm vic. - Các turbine gió mang li nhiu li ích kinh t cho. chuyng gió 19 2.2.2.1 H thng tubin gió c nh 20 2.2.2.2 H thng tubin gió t i bii toàn b công sut 21 2.2.2.3 H thng tubin gió t i bii mt phn công