Mô phỏng và khảo sát máy phát điện turbine gió kết nối với lưới điện trong môi trường matlab

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI VĂN TRÍ MƠ PHỎNG VÀ KHẢO SÁT MÁY PHÁT ĐIỆN TURBINE GIĨ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN TRONG MƠI TRƯỜNG MATLAB NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ***** LUẬN VĂN THẠC SĨ BÙI VĂN TRÍ MÔ PHỎNG & KHẢO SÁT MÁY PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN TRONG MÔI TRƯỜNG MATLAB Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành: 60 52 50 Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ***** LUẬN VĂN THẠC SĨ MÔ PHỎNG & KHẢO SÁT MÁY PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ KẾT NỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN TRONG MÔI TRƯỜNG MATLAB Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG & NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành: 60 52 50 Họ Tên học viên: Bùi Văn Trí Người hướng dẫn: Ts Trần Thu Hà Tp Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS TRẦN THU HÀ Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2005 LỜI CẢM ƠN -o0o - Tôi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến TS Trần Thu Hà TSKH Hồ Đắc Lộc tận tình hướng dẫn để hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn: Q thầy, cô phòng Quản Lý Khoa Học – Sau Đại Học trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, Q thầy, cô môn Hệ Thống Điện trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin tỏ lòng biết ơn đến gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên tạo điều kiện cho nhiều trình học tập thực luận văn việc tìm kiếm thông tin tài liệu khác có liên quan Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 08 năm 2005 Học viên Bùi Văn Trí LÝ LỊCH TRÍCH NGANG -o0o - Họ tên: Bùi Văn Trí Năm sinh: Ngày 10 tháng 11 năm 1976 Nơi sinh: Phú Yên Đòa liên lạc: 87B - Khu phố 2-Phước Long A- Quận -Tp Hồ Chí Minh Điện thoại: 0918150785 - E_mail: buivantri2000@yahoo.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ năm 1995 đến năm 2000 học ngành điện- điện tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Từ năm 2003 đến học Cao học trường Đại Học Sư phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, chuyên ngành Thiết bò mạng & Nhà máy điện QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Từ năm 2000 đến tháng năm 2005, làm công tác giảng dạy trường Đại học Dân lập Lạc Hồng Từ tháng năm 2005 đến nay, làm công tác giảng dạy trường Đại Học Công Nghiệp Tp Hồ Chí Minh 93 PHẦN A: MỤC LỤC Phần A: Mục Lục Trang Phần B: Nội Dung Chương I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung lượng 1.2 Tình hình lượng gió nhu cầu phát triển 1.2.1 Bản đồ phân bố lượng gió 1.2.2 Nhu cầu phát triển lượng gió 1.3 Tổng quan tình hình nước 1.3.1 Tình hình điện dùng lượng gió số quốc gia 1.3.2 Tình hình lượng gió máy phát điện turbine gió Việt Nam 1.4 Một số công cụ mô máy phát điện turbine gió 06 1.5 Lý chọn đề tài 1.6 Giới hạn đề tài 1.7 Các sản phẩm đề tài 1.8 Phương pháp nghiên cứu 01 01 01 02 03 03 05 09 09 10 10 Chương II: MÁY PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ 2.1 Sơ lược loại nhà máy phát điện 2.1.1 Nhà máy nhiệt điện 2.1.1.1 Nhà máy nhiệt điện turbine 2.1.1.2 Nhà máy nhiệt điện turbine rút 2.1.1.3 Nhà máy nhiệt điện turbine khí 2.1.1.4 Nhà máy từ thủy động 2.1.1.5 Nhà máy điện nguyên tử 2.1.1.6 Nhà máy điện sử dụng lượng mặt trời 2.1.1.7 Nhà máy điện đòa nhiệt 2.1.2 Nhà máy thủy điện 13 2.2 Turbine gió nhà máy phát điện turbine gió 2.2.1 Turbine gió 2.2.1.1 Điều khiển turbine gió tốc độ cố đònh 2.2.1.2 Điều khiển turbine gió tốc độ thay đổi 18 2.2.2 Nhà máy phát điện turbine gió 2.2.2.1 Sơ đồ kết nối máy phát điện turbine gió 2.2.2.2 Sơ đồ kết nối nhà máy phát điện turbine gió 11 11 11 11 11 12 12 12 13 13 13 17 21 22 23 2.3 2.4 2.5 Các phương pháp kết nối nhà máy phát điện turbine gió Đánh giá chi phí tổn thất nhà máy điện Chi phí xây dựng vận hành nhà máy điện 24 28 30 Chương III: MÔ PHỎNG MÔ HÌNH 3.1 Mô hình toán học 3.1.1 Mô hình thành phần khí 3.1.1.1 Mô hình gió 3.1.1.2 Mô hình Rotor turbine gió 3.1.1.3 Mô hình truyền động 3.1.2 Mô hình máy điện 3.1.2.1 Mô hình máy điện cảm ứng pha 3.1.2.2 Máy điện không đồng nguồn kép 3.1.3 Mô hình máy điện đồng (Synchronous machine) 3.1.3.1 Phương trình động lực máy điện đồng 3.1.3.2 Hệ phương trình máy điện đồng nam châm vónh cửu 3.1.4 Mô hình biến đổi công suất (Power converter) 3.1.4.1 Tải pha kết nối hình – Y 3.1.4.2 Tải pha kết nối hình tam giác – Δ 3.1.4.3 Tải pha kết nối nhánh – tam giác 3.2 Mô hình biến đổi DC-DC công suất lớn 3.2.1 Giới thiệu chung 3.2.2 Môi trường làm việc biến đổi 3.2.3 Mô hình số biến đổi 3.2.3.1 Bộ tăng 3.2.3.2 Bộ biến đổi Cúk 3.2.3.3 Bộ biến đổi Zeta 3.2.3.4 Bộ biến đổi đẩy kéo 3.2.3.5 Bộ biến đổi bán cầu 3.2.3.6 Bộ biến đổi cầu 3.2.3.7 Bộ biến đổi bán cầu có sử dụng nhân đôi điện áp 31 31 31 31 32 32 32 33 34 34 37 39 41 42 44 45 45 46 46 47 49 50 51 53 54 56 3.2.4 So sánh tiện ích biến đổi 57 Chương IV: MÔ PHỎNG MÁY PHÁT TURBINE GIÓ 4.1 Kết mô 4.1.1 Khởi động trực tiếp cho turbine có tốc độ không đổi 4.1.2 Turbine gió có tốc độ/ góc kích thay đổi động cảm ứng hai chiều: 4.1.3 Mô Phỏng máy phát điện kết nối Turbine gió 4.1.4 Mô Phỏng kết hợp máy phát điện Turbine gió 58 58 60 61 65 4.1.5 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 Mô máy phát điện turbine gió với lưới điện Phân tích kết mô Phân tích khởi động trực tiếp cho turbine có tốc độ không đổi Phân tích turbine gió có tốc độ/ góc kích thay đổi Phân tích ổn đònh tần số máy phát điện kết nối Turbine gió Phân tích kết hợp máy phát điện Turbine gió Phân tích đáp ứng tốc độ Một số đề xuất 66 68 68 69 70 72 73 73 Phần C: Kết Luận Và Hướng Phát Triển Tương Lai 76 Kết luận Một số kết đạt đề tài 76 Hướng phát triển tương lai 78 Tài liệu tham khảo 80 Phần D: Phụ lục- Giới Thiệu Toolbox Wind Turbine Blockset 82 Lý lòch trích ngang 93 Tổng quan đề tài PHẦN B: NỘI DUNG CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung lượng Sự phát triển công nghiệp toàn cầu kéo theo nhu cầu ngày lớn lượng phục vụ cho mà lượng sử dụng chủ yếu lượng điện Trong đó, tiềm để khai thác sản sinh điện theo phương pháp truyền thống thủy điện, nhiệt điện dần cạn kiệt Riêng Việt Nam phần nguồn lượng điện lớn khai thác từ thủy điện, nhiên theo báo cáo từ hội thảo khoa học gần cho thấy, tiềm không vòng vài mươi năm Bên cạnh đó, năm gần toán môi trường toàn cầu đưa vào tất ngành công nghiệp, phải tìm cách để hạn đến mức thấp yếu tố có ảnh hưởng xấu tới môi trường Trong đó, nhà máy điện kiểu nhiệt điện truyền thống xưa tránh việc thải môi trường lượng lớn chất ảnh hưởng đến môi trường oxít cácbon, oxít nitơ, ôxít lưu huỳnh, trình vận hành Mặt khác tình hình tương lai có nhiều biến động cạnh tranh nước nguồn lượng, đặt biệt nguồn nhiên liệu khí đốt Trong nguồn lượng ngày cạn kiệt thống trò số quốc gia đẩy giá lên cao, làm cho chi phí sản xuất điện vận hành nhà máy điện kiểu truyền thống gia tăng Trong chi phí sản xuất xây dựng nhà máy điện turbine gió ngày giảm, việc khai thác sử dụng nguồn lượng gió cần thiết phù hợp với xu hướng phát triển tương lai 1.2 Tình hình lượng gió nhu cầu phát triển 1.2.1 Bản đồ phân bố lượng gió Để có đồ hình 1.1 nhà khoa học kết hợp liệu tốc độ gió từ 8.000 điểm hành tinh – gồm 7.500 trạm mặt đất 500 trạm kinh khí cầu Họ đo tốc độ gió độ cao 80 mét so với mặt đất, tương ứng với độ cao cánh quạt turbine gió đại Tổng quan đề tài Hình 1.1 Bản đồ phân bố lượng gió giới Họ phát thấy 13% tổng số 8000 điểm có tốc độ gió vượt cấp quanh năm Cấp tương ứng với 6.9m/s, xem đủ mạnh để có khả thi mặt kinh tế Cristina Archer, thuộc đại học Stanford cộng nghiên cứu nhận đònh “ bạn chọn ngẫu nhiên 10 điểm trái đất, có đến điểm xây dựng nhà máy điện gió “ Nếu khai thác, khu vực với tốc độ gió lớn cấp cung cấp 72 Tw điện Theo Archer, khoảng 2.5 triệu turbine gió – khai thác khoảng 20% tiềm sở đồ đủ để phát điện cho nhu cầu toàn giới Bản đồ xem bước tiến hướng tới mục tiêu sử dụng lượng gió Nó công bố đòa điểm mà nhà máy điện có hiệu nhất, hầu hết nằm gần bờ biển [3] 1.2.2 Nhu cầu phát triển lượng gió Trước thực trạng vậy, mặt ngành điện đưa chế, sách nhằm khuyến khích hộ tiêu thụ sử dụng lượng điện hiệu quả, đầu tư nâng cấp, qui hoạch lại hệ thống truyền tải, phân phối nhằm mục đích tiết kiệm điện năng, mặt khác đầu tư phần kinh phí cho việc nghiên cứu dạng lượng vừa để đáp ứng nhu cầu sử dụng điện ngày tăng phát triển xã hội, tránh nguy xảy khủng hoảng lượng, vừa hạn chế gây ô nhiễm môi trường sinh thái trình vận hành góp phần vào phát triển bền vững xã hội Với tiêu chí vậy, lượng gió phần dạng lượng nghiên cứu ứng dụng nước ta Với thuộc tính ưu việt, so với dạng lượng khác tìm kiếm trữ lượng, kỹ thuật sản xuất, độ bền, chi phí vận hành đặc biệt vấn đề môi trường, lượng gió hướ ng phát Tổng quan đề tài triển mạnh ngành điện tương lai mà phát triển công nghệ chất bán dẫn đủ để đáp ứng yêu cầu điện áp công suất cao 1.3 Tổng quan tình hình nước 1.3.1 Tình hình điện dùng lượng gió số quốc gia Năng lượng gió dùng làm máy phát điện có từ năm 1976 với công suất tương đối nhỏ Tuy nhiên, cách khoảng năm việc xây dựng nhà máy khoảng 20MW vấn đề lớn Với phát triển khoa học công nghệ việc xây dựng nhà máy turbine gió thường có công suất 300MW, đặc biệt Tây Ban Nha lên đến 1200MW Cuối năm 2003, dẫn đầu nước Châu âu ( khoảng 50 nước) khai thác nguồn lượng gió với tổng công suất 40.000MW Biểu đồ thống kê lượng điện dùng lượng gió đến năm 2003 hình 1.2 Trong năm gần đây, số lượng turbine gió tăng lê n lớn Tại Đan Mạch lượng điện gió chiếm từ 13-15% tổng công suất điện sản Tại Đức lượng điện gió chiếm khoảng 4,0% tổng lượng điện [9] Hình 1.2 Biểu đồ phát triển lượng gió đến năm 2003 Tại Châu Âu, Hiệp hội lượng gió Châu Âu EWEA (European Wind Energy Association) đặt mục tiêu lắp đặt 60000MW đến năm 2010 Mục tiêu khẳng đònh năm 2000 mục tiêu trước từ năm 1991 đến năm 1997 công suất lắp đặt từ 25000MW tăng lên 40000MW vượt dự kiến Tổng công suất lắp đặt năm 2001 17000MW sản xuất Tổng quan đề tài khoảng 40 TWh, Công suất điện dùng lượng gió 10 quốc gia đứng đầu giới thống kê đến cuối năm 2004 minh họa hình 1.3 Hình 1.3: Công suất điện dùng sức gió 10 nước hàng đầu đến cuối năm 2004 Trong năm 2004, công suất lắp đặt nhà máy 10 quốc gia đứng đầu có công suất 6.893MW chiếm 17% công suất lắp đặt toàn giới, thành phần phần trăm công suất 10 nước minh họa hình 1.4 Theo số liệu công suất điện tập trung ba nước hàng đầu: Đức, n Độ, Tây Ban Nha Spain 25.3% Hình 1.4: Biểu đồ công suất lắp đặt, tỉ lệ phần trăm 10 quốc gia hàng đầu Tổng quan đề tài Mục tiêu lượng gió theo dự báo EWEA vào cuối thập niên có 75.000MW xây dựng, khoảng 10.000MW cho nhà máy biển Theo dự kiến năm 2010 có 69.900MW chiếm 5.1% lượng điện nói cung , năm 2020 có 180.000MW lắp đặt chiếm 12.1%, Biểu đồ dự báo đến năm 2010 hình 1.5 [19] Hình 1.5 Biểu đồ thống kê, dự báo công suất đến năm 2010 1.3.2 Tình hình lượng gió máy phát điện turbine gió Việt Nam Theo kết khảo sát số tổ chức nước đài khí tượng thủy văn nước tốc độ gió trung bình Việt Nam độ cao 30m vùng đất liền đến 5m/s đảo cô lập 9m/s Theo đònh phê duyệt Thủ tướng Chính phủ qui hoạch phát triển nguồn lượng điện đến năm 2010 Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam (EVN) đề cập đònh hướng phát triển nguồn lượng Thực tế, Việt Nam nằm khu vực nhiệt đới gió mùa với 3260km bờ biển hàng trăm đảo lớn nhỏ điều kiện thuận lợi cho việc khai thác nguồn lượng gió để phát điện phục vụ cho công trình dân dụng khác Tuy nhiên, từ thập niên 80 trở lại có nhiều nhà khoa học với nghiên cứu khai thác nguồn lượng gió cá c trường hợp công suất nhỏ( vài trăm đến 1000W) phục vụ cho vùng sâu, vùng xa, hải đảo nơi mà lưới điện quốc gia chưa đến Trước đây, Việt Nam khai thác lượng gió vào công việc như: máy bơm nước, máy phát công suất nhỏ, cụ thể sau:  Năm 1976 20 turbine gió lắp vùng muối Nam Hà với mục đích sản xuất muối Vận hành sau năm ngưng bò ăn mòn trầm trọng muối Tổng quan đề tài  Sau Vạn Lý, Nam Hà, Hội An lắp với đường kính cánh 6m  Sau viện lượng (IE) phát triển loại 16 cánh lắp Tam Kỳ, Hội An sau phát triển lên 12 cánh Turbine gió phục vụ cho việc phát điện lắp sau để phục vụ cho vùng hải đảo, vùng sâu Hội An (công suất 1,2KW, điện áp 12V) đèo Hải Vân (công suất 700W)phục vụ cho trạm tiếp sóng vô tuyến Một số chương trình, đề tài nghiên cứu dự án lượng gió triển khai Việt Nam như:  Chương trình nghiên cứu lượng gió giai đoạn 1980 đến 1985 tổng kết số liệu gió độ cao 10m xây dựng đồ phân bố tốc độ gió toàn lãnh thổ  Năm 1995-1996 dự án khảo sát, lập qui hoạch sử dụng nguồn lượng gió, mặt trời cho vùng miền núi, hải đảo hai huyện Hà Quảng (Cao Bằng) Sông Cầu (Phú Yên) tỉnh Quảng Ngãi, Bình Đònh Với máy phát gió công suất lớn vò trí phải lắp đặt cách mặt đất khoảng 100m Tuy nhiên, độ cao chưa đầy đủ thông tin gió cách xác 1.4 Một số công cụ mô máy phát điện turbine gió Trong năm gần đây, việc mô hệ thống turbine gió quan tâm với nhiều công cụ khác Hệ thống điện dùng turbine gió khơi với công suất hàng trăm MW quan tâm đến tương tác hệ thống turbine gió hệ thống điện Khả mô động turbine gió tương tác lưới điện với bốn công cụ như: Matlab, Saber, DigSILENT HAWC [14] Mặt khác, kích cỡ turbine gió ngày lớn kết nối trực tiếp với hệ thống cao áp Hiện nay, turbine gió kết nối đến hệ thống phân phối 10/20KV 50/60 KV Vì mục đích ảnh hưởng turbine gió đến chất lượng điện hệ thống Hơn tiêu chuẩn quốc tế chất lượng turbine gió đánh giá theo tiêu chuẩn có tên IEC 61400-21/2001 Sự phát triển mô hình sở liệu công cụ mô khác để hỗ trợ, phân tích tương tác kết cấu khí turbine lưới điện hai chế độ vận hành bình thường độ Mục đích sở mô tóm tắt sau: Tổng quan đề tài Mở rộng khả công cụ thiết kế turbine gió để mô động tương tác với lưới điện turbine gió trường hợp liên tục, gián đoạn cố Để phát triển mô hình tónh động cho thành phần turbine gió: mô hình cơ( gió, hộp số, turbine, góc pitch), mô hình máy phát ( rotor lồng sóc, máy phát cảm ứng hai chiều, máy phát đồng bộ, máy phát đồng nam châm vónh cữu), mô hình biến đổi công suất( khởi động mềm, biến đổi hai chiều), mô hình máy biến áp, mô hình cáp đường dây Matlab/Simulink trình bày ứng dụng tuabine gió Để phân tích, mô trạng thái động tónh turbine Những thành phần tuabine gió mô hình hóa phần thư viện Toolbox Wind Turbine Blockset như: Mechanical Component, Electrical Machinery, Power Converters, Common Blocks, Transformation, Measurements, Control minh họa hình 1.6 Toolbox có đặc điểm tổng kết sau:  Những mô hình phát triển dùng để kiểm tra, đánh giá, phân tích hoạt động turbine gió  Hiện nay, số turbine gió sản xuất để đánh giá toolbox như: Vestas, KK-electronic A/S Những mô hình sử dụng công ty, trường đại học, luận văn Thạc sỹ, Tiến só Các trường đại học có nhu cầu như: Spain, China, Brazil  Những phiên cần thiết phải cập nhật, Mathworks thực hai phiên Matlab 6.5 Matlab 6.5 servive pack1  Vào tháng 12 năm 2003 công ty Mathworks thông báo version chạy Matlab 7.0 đưa thò trường vào tháng năm 2004  Toolbox wind turbine blockset toolbox chưa có thư viện Simulink Matlab Việt Nam với phiên 6.5, 7.0, 7.5 Toolbox có phiên khác : version beta, version 2.1 vv… Trong thực đề tài, người viết cố gắng tìm Toolbox Wind Turbine Blockset Version beta Vì Version thiếu số khối nên chưa mô đầy đủ hệ thống turbine gió kết nối với lưới điện Hình 1.6 Mô hình Wind Turbine Blockset Tổng quan đề tài HAWC( Horizontal Axis Wind turbine Code) công cụ dùng để tính toán phụ tải động dựa cấu trúc turbine gió, chủ yếu phần khí động học HAWC chương trình thiết kế tính toán mềm dẻo với mục đích dự báo đáp ứng tải trục ngang cánh quạt miền thời gian Mô hình cho phép điều khiển góc pitch moment máy phát DIgSILENT công cụ mô dùng đánh giá chất lượng điện phân tích tương tác turbine gió với lưới điện Saber công cụ mô dùng để thiết kế mạch điện điện tử công suất bao gồm điện, nhiệt, từ trường, thành phần khí Tuy nhiên, công cụ không áp dụng phổ biến Hình 1.7 Phạm vi mô công cụ Tổng quan đề tài Bốn công cụ mô trên, công cụ có mạnh riêng cho trường hợp như: HAWC mô phần khí động học, DigSilent mô hệ thống công suất cánh đồng turbine, Saber mô chuyển đổi công suất hệ thống điều khiển Matlab công cụ mạnh có khả bao quát hơn, điều minh họa hình 1.7 [14],[15],[22] 1.5 Lý chọn đề tài Nguồn lượng điện nước ta phụ thuộc nhiều vào thủy năng, năm gần nguồn lượng không ổn đònh thời tiết thay đổi thất thường bò ảnh hưởng hiệu ứng elnino Vì thế, vào mùa khô thường bò thiếu điện nên ngành điện phải khai thác nguồn lượng khác cần thiết Với tốc độ phát triển kinh tế đòi hỏi ngành điện cần phải đáp ứng kòp thời, sử dụng nguồn lượng lượng gió hợp lý Năng lượng gió nguồn lượng vô tận, lượng khí đốt cạn kiệt dần, giá thành tăng lên Hơn nữa, giới có nhiều quốc gia khai thác nguồn lượng hiệu ngày phát triển như: Đức, Đan mạch, Tây Ban Nha, có nhiều nước xem xét để xây dựng như: Canada, Braxin, Trung Quốc, Philippin, Thổ Nhó Kỳ, Monaco, Tóm lại, với thực trạng nay, việc nghiên cứu vấn đề lý thuyết triển khai ứng dụng công nghệ lượng gió Việt Nam việc làm cần thiết nên chọn đề tài: Mô khảo sát máy phát điện turbine gió kết nối với lưới điện môi trường Matlab, với mong muốn góp phần vào phát triển chung khoa học kỹ thuật, giải phần toán thiếu hụt lượng điện, khủng hoảng lượng, vấn đề môi trường Việt Nam toàn giới 1.6 Giới hạn đề tài  Đề tài trình bày tổng quan hệ thống máy phát điện turbine gió với hai phương pháp điều khiển bản: điều khiển turbine gió với tốc độ quay thay đổi điều khiển turbine gió với tốc độ không đổi  Để mô hệ thống turbine gió ta có nhiều công cụ như: PSCAD/EMTDC, Saber, DIgSILENT, HAWC, Matlab Đề tài sử dụng công cụ Matlab/Simulink với toolbox wind turbine blockset version beta, vấn đề nên toolbox phần simulink/ Matlab chạy phiên 7.0 trở lên  Phân tích, đánh giá số kết thu dạng sóng mô Matlab Tổng quan đề tài 1.7 Các sản phẩm đề tài  Thống kê tình tình lượng gió quốc gia, chi phí xây dựng nhà máy điện turbine gió, chi phíđđiện KWh, dự báo tương lai nhận đònh khả xây dựng nhà máy điện gió nước ta  Mô hình toán học thành phần: mô hình gió, mô hình rotor turbine gió, mô hình truyền động, mô hình máy điện, mô hình chuyển đổi công suất  Sơ đồ kết nối hệ thống turbine gió với máy phát, kiểu kết nối hệ thống turbine gió thành nhà máy điện  Mô hình tương đương chuyển đổi DC công suất lớn  Phân tích số kết mô turbine gió kết nối với máy phát dòng điện, điện áp, tần số thay đổi tốc độ gió  Giới thiệu trình bày ứng dụng Toolbox Wind Turbine Blockset để mô hệ thống turbine gió 1.8 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý luận  Tổng quan lòch sử vấn đề nghiên cứu, quan điểm khoa học nước  Tổng hợp quan điểm Đảng, Nhà nước tình hình lượng điện xu hướng phát triển tương lai Phương pháp nghiên cứu thực tiễn  Tìm kiếm tài liệu tham khảo cập nhật thông tin qua mạng Internet Trao đổi với giáo viên hướng dẫn nhiệm vụ giao, vấn đề có liên quan  Liên hệ tham khảo ý kiến chuyên gia lónh vực máy phát điện turbine gió Toolbox Wind Turbine Blockset  Xây dựng mô hình mô môi trường Matlab/simulink, phân tích đánh giá kết đưa số đề xuất tương lai 10 Máy phát điện turbine gió CHƯƠNG II: MÁY PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ 2.1 Sơ lược loại máy phát điện Nhà máy điện phận hệ thống điện có nhiệm vụ biến đổi dạng lượng khác thành điện Phụ thuộc vào dạng lượng sơ cấp phân nhà máy điện thành loại: - Nhiệt điện: biến nhiệt thành điện - Thủy điện: biến thủy thành điện - Nhà máy điện gió: biến lựong gió (cơ năng) thành điện 2.1.1 Nhà máy nhiệt điện Trong nhà máy nhiệt điện, nhiệt nhận từ nhiều nguồn khác Phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu chia thành nhà máy điện sau đây: 2.1.1.1 Nhà máy nhiệt điện tuabin ngưng hơi: Trong nhà máy nhiệt điện nhiệt biến thành điện Nhiên liệu sử dụng dạng: than đá, than bùn, khí đốt, nhiên liệu đốt lò phát sinh nhiệt đun nước thành nước Hơi nước có áp lực lớn làm quay tuabin kéo theo roto máy phát điện phát điện 2.1.1.2 Nhà máy nhiệt điện tuabin có rút Nhà máy nhiệt điện kiểu tuabin ngưng có hiệu suất thấp (30-40)% phần nhiệt thải qua khói, qua bình ngưng tụ Hơi nước sinh công phần đầu tuabin chính, phần sau hiệu suất thấp Để nâng cao hiệu suất nhiệt rút phần nước từ phần sau tuabin để cung cấp nước cho hộ sử dụng nước nhà máy giấ y, dệt nhuộm v v cung cấp nhiệt để sưởi Những nhà máy gọi nhà máy nhiệt điện có rút 2.1.1.3 Nhà máy nhiệt điện tuabin khí: Nhiên liệu sử dụng khí đốt dầu mỏ đốt lò, không khí giản nở qua nén để có áp lực lớn truyền vào tuabin khí làm quay Roto máy phát điện không qua môi chất trung gian nước nước Tuabin khí có hai loại:  Tuabin khí có chu trình hở: khí giãn nén thổi vào tuabin sinh công xả tất trời  Tuabin khí có chu trình kín: khí giản nén sau sinh công nén lại quay trở lại buồng đốt tạo thành chu trình kín 11 Máy phát điện turbine gió 2.1.1.4 Nhà máy từ thủy động: Dựa nguyên lý dòng điện chuyển động điện tử, từ nhiệt tạo vùng có nhiệt độ cao có khả sinh nhiệt điện tử môi trường có từ trường đủ mạnh, tác dụng từ trường điện tử chuyển động tạo nên dòng điện, máy phát điện hoạt động theo nguyên lý gọi máy phát từ thủy động 2.1.1.5 Nhà máy điện nguyên tử: Nhà máy điện nguyên tử nhà máy nhiệt điện nghóa biến nhiệt thành điện nhiệt thu đốt nhiên liệu mà phản ứng hạt nhân tạo Quá trình thực lò phản ứng hạt nhân Nguyên liệu dùng lò phản ứng chủ yếu Uranium 235 (U235) hay Plutanium 239 tạo từ Uranium 238 (U238) Khi phân hủy hạt nhân Uranium tạo nơtron nhanh có lượng lớn với tốc độ cao (15000-20000 km/s) Với tốc độ phản ứng dây chuyền không tiến triển để tạo nơtron lò phản ứng nơtron nhanh phải hãm lại thành nơtron chậm (tốc độ khoảng km/s) Chất hãm thường dùng nước, nước nặëêng hay than chì (graphit) Bộ phận hãm tốc độ nơtron gọi thiết bò điều tốc Điều lo ngại nước an toàn rò ró sau thời gian vận hành nhiều năm số cố xảy nhà máy điện nguyên tử nước gây hậu nghiêm trọng khu vực lớn Do năm gần tốc độ xây dựng nhà máy điện nguyên tử giới bò chậm lại, chí có nhiều nước tuyên bố đóng cửa không vận hành nhà máy xây dựng tập trung nghiên cứu theo hướng khác để đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng người 2.1.1.6 Nhà máy điện sử dụng lượng mặt trời: Năng lượng mặt trời sử dụng hai hình thức: - Pin mặt trời (hay gọi pin quang điện) Năng lượng mặt trời biến đổi thành điện không qua khâu trung gian nhiệt Pin mặt trời cấu tạo gồm hai lớp bán dẩn p n tiếp xúc qua lớp chuyển tiếp p-n Dưới tác dụng ánh sáng mặt trời vào lớp chuyển tiếp p-n với khuyếch tán hạt dẫån tạo nên điện trường có hiệu điện hay sức điện dộng quang điện Sức điện động quang điện phụ thuộc vào cường độ chiếu sáng cung cấp điện cho phụ tải cực Với kích thước cực 1dm x 1dm tế bào quang điện cho công suất 1W cường độ xạ mặt trời 1KW / m2 Pin mặt trời sử dụng rộng rãûi thiết bò có công suất nhỏ thông tin, máy tính điện từ v v Pin mặt trời sử dụng qua tích trử lượng acqui giá thành cao, dùng nơi nguồn điện, ví dụ hải đảo v v 12 [...]... phần: mô hình gió, mô hình rotor turbine gió, mô hình bộ truyền động, mô hình máy điện, mô hình chuyển đổi công suất  Sơ đồ kết nối hệ thống turbine gió với máy phát, các kiểu kết nối hệ thống turbine gió thành nhà máy điện  Mô hình tương đương các bộ chuyển đổi DC công suất lớn  Phân tích một số kết quả mô phỏng turbine gió kết nối với máy phát về dòng điện, điện áp, tần số khi thay đổi tốc độ gió. .. thuyết và triển khai ứng dụng công nghệ năng lượng gió tại Việt Nam là việc làm cần thiết nên tôi chọn đề tài: Mô phỏng và khảo sát máy phát điện turbine gió kết nối với lưới điện trong môi trường Matlab, với mong muốn góp phần vào sự phát triển chung của khoa học kỹ thuật, giải quyết một phần về bài toán thiếu hụt năng lượng điện, khủng hoảng năng lượng, và vấn đề về môi trường tại Việt Nam và trên... về gió một cách chính xác 1.4 Một số công cụ mô phỏng máy phát điện turbine gió Trong những năm gần đây, việc mô phỏng hệ thống turbine gió được quan tâm với nhiều công cụ khác nhau Hệ thống điện dùng turbine gió ngoài khơi với công suất hàng trăm MW được quan tâm đến sự tương tác giữa hệ thống cơ của turbine gió và hệ thống điện Khả năng mô phỏng động của turbine gió và sự tương tác của lưới điện với. .. khảo và cập nhật thông tin qua mạng Internet Trao đổi với giáo viên hướng dẫn về nhiệm vụ được giao, và các vấn đề có liên quan  Liên hệ tham khảo ý kiến các chuyên gia lónh vực về máy phát điện turbine gió và Toolbox Wind Turbine Blockset  Xây dựng các mô hình mô phỏng trong môi trường Matlab/ simulink, phân tích đánh giá kết quả và đưa ra một số đề xuất trong tương lai 10 Máy phát điện turbine gió. .. trong các trường hợp liên tục, gián đoạn và sự cố Để phát triển những mô hình tónh và động cho các thành phần trong turbine gió: như mô hình cơ( gió, hộp số, turbine, góc pitch), mô hình máy phát ( rotor lồng sóc, máy phát cảm ứng hai chiều, máy phát đồng bộ, máy phát đồng bộ nam châm vónh cữu), mô hình biến đổi công suất( bộ khởi động mềm, bộ biến đổi hai chiều), mô hình máy biến áp, mô hình cáp và. .. Sự phát triển mô hình cơ sở dữ liệu trong những công cụ mô phỏng khác nhau để hỗ trợ, phân tích sự tương tác giữa kết cấu cơ khí của turbine và lưới điện trong hai chế độ vận hành bình thường và quá độ Mục đích chính của cơ sở mô phỏng có thể được tóm tắt như sau: 6 Tổng quan về đề tài Mở rộng khả năng của những công cụ thiết kế turbine gió để mô phỏng động và sự tương tác với lưới điện của turbine gió. .. CHƯƠNG II: MÁY PHÁT ĐIỆN TURBINE GIÓ 2.1 Sơ lược các loại máy phát điện Nhà máy điện là một bộ phận của hệ thống điện có nhiệm vụ biến đổi các dạng năng lượng khác thành điện năng Phụ thuộc vào dạng năng lượng sơ cấp phân nhà máy điện thành các loại: - Nhiệt điện: biến nhiệt năng thành điện năng - Thủy điện: biến thủy năng thành điện năng - Nhà máy điện gió: biến năng lựong gió (cơ năng) thành điện năng... thống máy phát điện turbine gió với hai phương pháp điều khiển cơ bản: điều khiển turbine gió với tốc độ quay thay đổi và điều khiển turbine gió với tốc độ không đổi  Để mô phỏng hệ thống turbine gió ta có nhiều công cụ như: PSCAD/EMTDC, Saber, DIgSILENT, HAWC, Matlab Đề tài này sử dụng công cụ Matlab/ Simulink với toolbox wind turbine blockset version beta, do vấn đề còn mới nên toolbox này không có trong. .. toán mềm dẻo với mục đích dự báo đáp ứng tải trên trục ngang của 2 hoặc 3 cánh quạt trong miền thời gian Mô hình cho phép điều khiển góc pitch và moment máy phát DIgSILENT là một công cụ mô phỏng dùng đánh giá chất lượng điện năng và phân tích sự tương tác của turbine gió với lưới điện Saber là một công cụ mô phỏng dùng để thiết kế mạch điện và điện tử công suất bao gồm điện, nhiệt, từ trường, các thành... simulink/ Matlab và chạy trên phiên bản 7.0 trở lên  Phân tích, đánh giá một số kết quả thu được về dạng sóng mô phỏng trong Matlab 9 Tổng quan về đề tài 1.7 Các sản phẩm đề tài  Thống kê tình tình năng lượng gió các quốc gia, chi phí xây dựng nhà máy điện turbine gió, chi phí điện năng trên một KWh, dự báo trong tương lai và nhận đònh về khả năng xây dựng nhà máy điện gió ở nước ta  Mô hình toán