Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị bộ nguồn kép trong chế độ máy phát sử dụng động cơ lai có tốc độ dải rộng

LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng vấn đề quan trọng xã hội ta Ở quốc gia nào, lượng nói chung lượng điện nói riêng luôn coi ngành công nghiệp mang tính chất xương sống cho phát triển kinh tế Việc sản xuất sử dụng điện cách hiệu coi trọng cách đặc biệt Ý nghĩa quan trọng mục tiêu cao ngành công nghiệp then chốt nhằm nâng cao đời sống người dân Máy phát điện không đồng cấp nguồn từ hai phía nghiên cứu để tạo nên sản phẩm sử dụng ngành điện sử dụng lượng gió ưu điểm bật hệ thống máy điện loại kết hợp với biến đổi công suất đại cho phép làm việc dải tốc độ rộng động sơ cấp Máy điện dị roto dây quấn kết hợp với biến đổi công suất cấp nguồn từ hai phía người ta gọi DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) Việt Nam đất nước có khả phát triển hệ thống phát điện sử dụng lượng gió Vì vậy, để bắt kịp với công nghệ phục vụ cho lĩnh vực nhận đề tài nghiên cứu loại máy phát điện mà từ lâu bị lãng quên máy phát dị roto dây quấn làm việc chế độ máy phát Đề tài mang tên: “Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị nguồn kép chế độ máy phát sử dụng động lai có tốc độ dải rộng” Đề tài gồm có ba chương : Chương 1: Máy điện không đồng chế độ máy phát Chương 2: Hệ thống máy phát điện không đồng nguồn kép Chương 3: Mô hình máy phát không đồng Roto dây quấn- xây dựng dựa sở điều khiển Sau thời gian làm việc hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Nguyễn Tiến Ban, hoàn thành đề tài nghiên cứu Tuy nhiên, hiểu biết kiến thức hạn chế nên chắn nhiều sai sót Tôi mong thông cảm bảo thầy cô để hoàn thiện Hải Phòng, ngày 12 tháng năm 2010 Sinh viên thực Hoàng Xuân An CHƯƠNG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ TRONG CHẾ ĐỘ MÁY PHÁT 1.1 MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ Máy phát điện không đồng loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay roto khác với tốc độ quay từ trường (n n1) Nhưng từ trường stator từ trường rotor quay đồng (không chuyển động tương nhau) Từ ngày phát minh, máy điện không đồng sử dụng chế độ động cơ, thân làm việc chế độ động có nhiều ưu điểm: - Dễ dùng cho đối tượng - Gọn nhẹ kết cấu - Dễ vận hành khai thác - Hiệu suất chung cao - An toàn tin cậy Ở chế độ máy phát máy điện không đồng lại thể nhiều nhược điểm, đặc biệt đòi hỏi phải có thiết bị phụ tạo nên chức máy phát So với máy điện đồng chức máy điện dị hoàn toàn không ưu điểm để ứng dụng thực tế Để đánh giá lại chức máy phát máy điện dị phân tích chế độ máy phát cho hai loại: Rotor lồng sóc Rotor dây quấn 1.1.1 Máy phát điện không đồng rotor dây quấn 1.1.1.1 Cấu tạo máy phát điện không đồng rotor dây quấn Máy điện không đồng rotor dây quấn gồm phận sau: stato, rotor a Stato thành phần tĩnh gồm phận lõi thép dây quấn Ngoài có vỏ máy, nắp máy - Lõi thép: Lõi thép làm thép kĩ thuật điện dày 0,35 ÷ 0,5 mm, bề mặt có phủ sơn cách điện để chống tổn hao dòng điện xoáy Hình 1.1 trình bày lõi thép Stato máy điện dị Khi đường kính máy nhỏ, thép dập theo hình tròn hình 1-1a Khi đường kính lõi thép lớn (trên 990 mm) thép dập thành hình rẻ quạt (hình 1-1b) Các thép ghép lại với ép chặt tạo thành hình trụ rỗng, bên hình thành rãnh để đặt dây quấn hình 1-1c Nếu lõi thép dài thép ghép thành thếp dày ÷ cm, thếp đặt cách cm để tạo đường thông gió hướng tâm Hình 1.1 Lõi thép stato máy điện không đồng a) Hình vành khăn ; b) Hình rẻ quạt ; c) Mạch từ stato - Dây quấn: Là phần dẫn điện, làm dây đồng có bọc cách điện Dây quấn stato máy điện không đồng pha gồm ba dây quấn pha có trục đặt lệch không gian 1200 điện, pha gồm nhiều bối dây, bối dây gồm nhiều vòng dây (hình 1-2a) Mỗi vòng dây có hai cạnh tác dụng Các bối dây đặt vào rãnh lõi thép stato (hình 1-2b) nối với theo quy luật định Dây quấn máy điện dị thực theo nhiều kiểu quấn dây Tùy theo mục đích, yêu cầu sử dụng, yêu cầu công nghệ, người ta thiết kế đáp ứng theo tiêu chí kỹ thuật a b Hình 1.2 Dây quấn stato - Vỏ máy: Vỏ máy làm nhôm gang dùng để cố định lõi thép dây quấn cố định máy bệ, không dùng để làm mạch dẫn từ Đối với máy có công suất tương đối lớn (1000kw) thường dùng thép hàn lại thành vỏ Tuỳ theo cách làm nguội máy mà dạng vỏ khác Hai đầu vỏ có nắp máy ổ đỡ trục Vỏ máy nắp máy dùng để bảo vệ máy b Roto phần quay gồm lõi thép, dây quấn, vành trượt trục máy Lõi thép: Lõi thép rôto làm thép kĩ thuật điện, dập hình 1-3a Các thép sau sơn cách điện ghép lại thành khối hình trụ mặt hình thành rãnh để đặt dây quấn rôto, có lỗ để ghép trục công suất lớn người ta khoan lỗ để thông gió làm mát Trên thực tế, tổn hao sắt lõi thép rôto với máy công suất nhỏ không lớn nhiều trường hợp người ta sử dụng thép rèn Với máy công suất lớn lõi thép phải loại thép kĩ thuật điện có công nghệ chế tạo giống lõi thép Stato Khi sử dụng thép người ta để lợi dụng phần thép kĩ thuật điện sau dập lõi sắt stato, người ta dùng để ép lõi thép rô to Hình 1.3 trình bày cấu trúc lõi Rotor Hình 1.3 Lá thép rôto máy điện không đồng Dây quấn Roto thực công nghệ quấn dây Stato Cuộn dây Roto ba pha với cách quấn thiết kế giống stato kích thước dây quấn số vòng pha dây quấn phải tính toán phù hợp với dòng điện điện áp tính toán cho Rotor Dây quấn đặt rãnh lõi thép rôto Dây quấn pha rôto thường đấu hình (Y), ba đầu lại nối với ba vành trượt làm đồng cố định đầu trục, tì lên ba vành trượt ba chổi than (hình 14b) Hệ thống chổi than vành trượt Rotor máy điện dị để ghép nối phần điện với mạch điện bên nên công nghệ hệ thống đòi hỏi chế tạo xác, chắn làm việc tin cậy Các vành góp phải làm từ đồng chế tạo áp suất cao với độ bền khí tốt để chịu nhiệt, chống mài mòn, không bị biến dạng trình làm việc Hệ thống chổi than với giá đỡ, lò xo, cán chổi than phải thiết kế theo tiêu chuẩn giống máy điện chiều Một yêu cầu điện điện trở tiếp xúc than chổi than phải nhỏ.Thông qua chổi than ghép thêm điện trở phụ hay đưa sức điện động phụ vào mạch rôto chế độ động để ghép nối với Inverter, Converter chế độ máy phát (nếu cần) Hình 1.4 trình bày hình ảnh roto dây quấn máy điện dị (hình 1.4a) cách ghép nối cuộn dây Rotor với điện trở bên chế độ động (hình 1.4b) Hình 1.4 Rôto dây quấn (a) sơ đồ mạch điện (b) rôto dây quấn • Nhận xét:  Máy điện dị Rotor dây quấn có cấu trúc phức tạp, việc chế tạo khó khăn với quan điểm tin cậy mạch điện loại máy điện có nhiều khâu nên chắn có độ tin cậy thấp so với loại roto dây quấn  Trong ghép nối mạch điện với mạch vấn đề công nghệ đòi hỏi phải có yêu cầu khắt khe chắn, nên người thực phải có trình độ tay nghề lý luận thực tế 1.1.1.2 Nguyên lý hoạt động máy phát không đồng rotor dây quấn Máy phát điện không đồng roto dây quấn có cuộn dây: dây quấn stato (phần tĩnh) nối với lưới điện tần số không đổi f 1, dây quấn roto (phần động) nối tắt lại khép kín điện trở, nối với thiết bị phụ khác Khi nghiên cứu máy điện dị chế độ máy phát người ta phải đưa điện xoay chiều pha vào cuộn dây Stato – Dòng điện pha tạo thành từ trường quay quay với tốc độ: n1 = Trong đó: f: Tần số ; (1.1) p: Số đôi cực Lúc ta sử dụng động sơ cấp lai Rotor máy điện, quay chiều với tốc độ n lớn tốc độ n1 độ trượt S= Chế độ máy phát Hình 1.5 Dòng điện Rotor chế độ động (a) chế độ máy phát (b) Dòng điện chạy Rotor trường hợp máy phát ngược chiều với dòng điện chế độ động Hình 1.5 trình bày chiều dòng điện Rotor hai chế độ Như thông qua từ trường máy điện, động sơ cấp biến thành điện cấp lượng trả lên lưới Tuy nhiên, qua phân tích thấy máy điện sử dụng phần công suất lưới để tạo nên từ trường quay – Đó công suất phản kháng Q Và làm việc chế độ máy điện phải tiêu hao lượng công suất phản kháng lưới Như hệ số cos ϕ lưới bị giảm Nếu máy điện muốn làm việc độc lập cần phải có thiết bị để tạo nên lượng công suất phản kháng – Và thực tế phải sử dụng tụ điện để làm việc Đây nhược điểm lớn mà máy điện dị làm việc chế độ máy phát gặp phải Chính lý trình bày nên so với máy điện đồng máy phát điện dị bị lãng quên khứ hoàn toàn có lí 1.1.2 Máy phát điện không đồng rotor lồng sóc 1.1.2.1 Cấu tạo máy phát điện không đồng rotor lồng sóc Bao gồm hai kết cấu mạch từ dây quấn a) Mạch từ máy phát hai khối thép đồng trục cách khe hở không khí đảm bảo cho hai khối thép chuyển động quay tương đối so với khối Khối đứng yên gọi phần tĩnh hay stato khối quay gọi phần quay hay rôto Do từ thông khối thép xoay chiều nên thép ghép thép kỹ thuật điện (tôn silíc) dày 0,35 ÷0,5 mm để giảm tổn hao dòng xoáy Các dây quấn máy phát đặt hai phía khe hở rãnh stato rôto Các phận kết cấu khác bao gồm: Vỏ máy, nắp máy, trục, ổ bi quạt gió làm mát … - Vỏ stato: Có nhiệm vụ truyền nhiệt, làm mát lắp đặt chi tiết phụ vỏ phải đảm bảo độ cứng độ bền sau lắp li thép gia công vỏ Vỏ có hai loại, loại gang đúc loại thép hàn lại Loại gang đúc chia làm hai loại: Loại có gân loại gân trong: + Loại có gân có đặc điểm gia công tốc độ cắt gọt chậm Phương pháp cố định lỏi sắt máy điện cỡ nhỏ vừa thường đai lõi thép lại ép vào vỏ xếp trực tiếp thép vào chốt hai đầu lại Ở máy điện lớn xếp tôn silíc vào vỏ dùng bulông ép lại - Lõi sắt stato: Khi đường kính lõi sắt nhỏ mét sử dụng thép lõi với nguyên để làm lõi sắt, lõi sắt sau ép vào vỏ có chốt cố định với vỏ để khỏi bị quay tác dụng mômen điện từ Nếu đường kính lớn mét dùng hình rẻ quạt ghép lại, để ghép chặt lõi sắt thường dùng hai thép dày ép hai đầu Để tránh lực hướng tâm lực hút thép thường làm cánh đuôi nhạn hình rẻ quạt để ghép vào gân vỏ máy b) Rôto: Nếu đường kính rôto nhỏ 350 mm lõi sắt rôto thường ép trực tiếp lên trục ống lồng trục, đường kính rôto không lớn, phần thép cắt không dùng vào việc có giá trị kinh tế lớn mà kết cấu rôto lại đơn giản hóa Việc dùng ống lồng ψ s' (k + 1) Us(k) Us(k) Φ 12 Hs1 Hs1 Φ 12 Ur(k) i r* (k ) Rl ψ s' (k ) z −1 * H −1 r1 Hr1 z-1l ir(k ) y(k) ir(k ) z-1: nhịp trễ NL Phía vi điều chỉnh ir(k+1) Φ 11 Phía Rotor Hình 3.3 Cấu trúc khâu điều chỉnh dòng Rotor Khâu điều chỉnh theo (3.21) hình (334) có đặc tính động học cao, xác đồng thời bảo đảm cách ly tốt hai thành phần dòng i rq ird Ngoài ra, ta thiết kế khâu ĐC dòng với đáp ứng hữu hạn 3.4 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN PHÍA MÁY PHÁT 3.4.1 Đặt vấn đề Đối với hệ thống ĐK cho MP điện, cấu trúc Đk tuyến tính trình bày mục 3.3 đáp ứng đòi hỏi cao chất lượng Tuy nhiên, cấu trúc hình 3.5 thiết kế sở mô hình dòng tuyến tính (3.15) thu nhờ phép ” tuyến tính hóa phạm vi chu kỳ trích mẫu” thực với điều kiện ω r =const phạm vi chu kỳ trích mẫu Trong thực tế vận hành, ta hay gặp cố sập điện áp lưới (sập theo tỷ lệ %), hay cân pha nghiêm trọng Đó trường hợp mà điều kiện ω r = const không thỏa mãn, dẫn đến suy giảm chất lượng phương pháp ĐK tuyến tính Vì lý ấy, cấu trúc ĐK phi tuyến, phù hợp với chất phi tuyến MP giúp tránh nhược điểm 3.4.2 Khái quát phương pháp tuyến tính hóa xác Xét lớp đối tượng phi tuyến có dạng: • x = f ( x ) + H ( x )u; y = g ( x) Với: (3.22)  g1 ( x)   x1   u1               ;     x = ; u = ; g () =                   g ( x )  xn   um    H ( x) = ( h1 ( x), h2 ( x), hm ( x) ) Nếu lớp đối tượng (3.22) thỏa mãn số điều kiện (ví dụ: tồn vector bậc tương đối, tính suy biến ma trận L), ta sử dụng phép chuyển hệ tọa độ:  g1 ( x)             r1 −1   z1   L f g1 ( x)          z =   = m( x ) =               z g ( x ) m  n            Lrm −1 g ( x )  m  f  (3.23) Để chuyển (3.29 ) từ hệ tọa độ trạng thái x sang hệ tọa độ trạng thái z mới: • (3.24) z = Az + Bw; y = Cz Đối tượng vào tuyến tính: w Khâu ĐK chuyển hệ tọa độ a( x) + L−1 ( x)w Đối tượng phi tuyến x U • x = f ( x) + H ( x)u y = g (x) y x Hình 3.4 Chuyển hệ tọa độ trạng thái (TTHCX) cho đối tượng phi tuyến Trên hệ tọa độ trạng thái z, phương trình (3.24) có đặc điểm hệ vào-ra tuyến tính với công thức ma trận A, B, C đưa cho trường hợp cụ thể sau Vector biến vào nguyên thủy u ĐK theo luật sau: u = a( x) + L− ( x) w với Lh Lrf−1 g ( x ) Lh Lrf−1 g ( x )    L( x) =    r −1 r −1  Lh L f g m ( x ) Lh L f g m ( x)  Lrf g ( x )        a ( x ) = −L−1 ( x )     r   L f g m ( x)    (3.25) 3.4.3 Đặc điểm phi tuyến mô hình máy phát KĐB-RDQ Sau thay tham số máy kí hiệu: a = (σTr ) + (1 − σ ) (σTs ), b = (1 − σ ) (σ ), c = (1) (σLr ), d = (1 − σ ) (σLm ), e = (1 − σ ) (σTs ) (chú ý: Các kí hiệu a, b, c, d, e có ý nghĩa mục ), máy điện KĐBRDQ mô tả hệ tọa độ dq sau: • ' ' ird = −aird +ωr irq + eψsd −bωψsq + cu rd − du sd  • ' ' irq = −airq −ωr ird + eψsq +bωψsd + cu rq + du sq   •' ' ' ψsd = ird Ts −ψsd Ts +ωsψsq +u sd Lm  • ψ ' = i T −ψ ' T −ω ψ ' + u rq s sq s s sd sq Lm  sq • vr = ωr   (3.26) Sau định nghĩa tham số mới, ta chuyển viết (2.26) dạng công thức (2.22):  x1  i rd    x =  x  = i rq x     v r ' ' eψ sd − bωψ sq + cu rd − du sd  u1       ' ' + bωψsd + cu rq + du sq ; u = u  = eψ sq   u     ωr         y1   g ( x )   x1  − ax1         y =  y  =  g ( x)  =  x ; f ( x )  − ax   y   g ( x)   x     3    3 −  (3.27) x  1  0      h1 = 0; h2 = 1 ; h2 ( x) =  − x1      0  0  1  Trong mô hình (3.27 ), hai đại lượng nhiễu u S ψ s đưa vào biến ĐK u1 u2 Vector biến vào u bổ sung thêm biến ω r điều với chất máy điện Mô hình (3.27) rõ đặc điểm ”cấu trúc phi tuyến” đối tượng, đặc điểm chế ngự tốt giải pháp điều khiển phi tuyến 3.4.4 Điều khiển cách ly công suất tác dụng P công suất kháng Q cấu trúc thiết kế theo phương pháp tuyến tính hóa xác (TTHCX ) Điều kiện tuyến tính hóa xác phần mô hình dòng Rotor – hai phương trình hệ pt.(3.8) Theo pt.(3.25), ta dễ dàng tìm hàm điều khiển truyền động trạng thái cho mô hình dòng Rotor máy điện không đồng nguồn kép: u1  ax1  1 − x  ω1  u  = ax  + 0  ω  x 2        u  0  0  ω          3   u a( x) L−1 ( x ) (3.28) w Kết cuối mô hình thay hệ tọa độ trạng thái có dạng tổng quát pt.(3.24) với hai đặc điểm vào tuyến tính thiết kế tuyến tính đề cập đến Có thể chi hai tính chất quan trọng áp dụng TTHCX cho đối tượng máy phát loại KĐB-RDQ, là: • Tính chất 1: Có thể áp dụng phương pháp thiết kế ĐK tuyến tính quen biết cho đối tượng (3.24) Với tính chất này, thiết kế khâu ĐC dòng Rotor ta không phụ thuộc vào điều kiện ω r chu kỳ trích mẫu • Tính chất 2: Mô hình (3.24) có đặc điểm tách kênh vào – Với đặc điểm này, việc ĐK cách ly hai trình tạo công suất tác dụng P phản kháng Q trở lên vô đơn giản Như mục 3.4 giới thiệu, chìa khóa hệ thống ĐK máy phát KĐBRDQ mạch vòng ĐC dòng Rotor hệ tọa độ dq, sử dụng thành phần dòng Rotor ird irq làm biến ĐK cách ly công suất tác dụng P (ĐK mômen mG ) công suất phản kháng Q (ĐK hệ số công suất cos ϕ ) Dễ dàng nhận thấy, ta thay khâu ĐC chiều R I cấu trúc với khâu ĐK chuyển hệ tọa độ trạng thái khâu ĐC R Ird, RIrq riêng rẽ cho thành phần dòng tách kênh 3.5 CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN PHÍA LƯỚI 3.5.1 Mô hình toán mạch điện phía lưới Lưới điện 3~ Biến LD NLPL 3~ gd= iN CF RF UN iN UDC a) LσT LN LD iN CF ≈ eN NLPL 3~ gd= RF UN UDC iN b) LD iT NLPL 3~ gd= iN CF ≈ eN RF UN iN UDC c) Hình 3.5 Sơ đồ mạch điện phía lưới: a) Sơ đồ tổng quát ; b) Sơ đồ thay c) Mô hình dòng phía lưới Đầu NLPL thường ghép với lưới thông qua cảm kháng L D (có điện trở cuộn dây R D), qua khâu lọc RC biến áp (hình 2.11a) Điện cảm lưới cho trước LN, biến áp thay tương đương điện cảm tiêu tán LσT điện áp lưới thay nguồn áp eN, từ ta có sơ đồ mạch điện phía lưới hình 3.5b Vì tổng điện áp rơi biến điện cảm lưới nhỏ so với điện áp rơi khâu lọc, ta bỏ qua chúng thu sơ đồ tối giản phục vụ thiết kế hình 3.5c Ở trạng thái xác lập, ta thu phương trình lọc RC từ hình 2.8c sau: eN = i F + RF i F jωs C F (3.29) Trên hệ tọa độ THĐAL với e N = e Nd + je Nq , eNq =0 ta vết:  e Nd = R F i Fd − ω C i Fq  s F  0 = R i + i F Fq  ωs C F Fd  (3.30) Trong iF = iFd + jiFq Nhờ phương trình 3.30 ta tính xác giá trị thành phần dòng iFd, iFq chế độ xác lập, thành phần dòng kể với điện áp lưới không đổi, mạch vòng ĐC dòng phía lưới chúng giữ vai trò đại lượng nhiễu cố định Tương tự khâu dòng ĐC dòng Rotor, đại lượng nhiễu phía lưới bị triệt tiêu ảnh hưởng nhờ khâu bù nhiễu nhờ thành phần tích phân tiềm ẩn thuật toán điều chỉnh dòng Từ hình 3.6c ta xây dựng pt.dòng áp phía lưới sau: di N  +e N u N = R D i N + L D dt   i N = iT +i F (3.31) Sau chuyển pt.(3.31) sang hệ tọa độ dq đồng thời dòng i N phương trình thứ i N thuộc phương trình thứ ta thu phương trình điện áp diT + e Nv + jω s LD iT dt = RD i F + e N + jω s LD i F = e Nvd + je Nvq u N = RD iT + LD e Nv LD (3.32) di F =0 dt Phương trình (3.32) viết lại dạng mô hình trạng thái sau: 1  diTd = − i + ω i + (u Nd − e Nvd ) Td s Tq  dt T L  D D   diTq = − i − ω i + (u − e ) Td s Td Nq Nvq  dt TD LD (3.33) Từ (3.33) ta thu mô hình dòng gián đoạn phía lưới sau: iT (k + 1) = Φ N iT (k ) + H N u N (k ) − H N e Nv (k ) T  1−  Với TD ΦN =  − ω T s   T ω sT  L ; H N =  D T  1−   TD     T  LD  (3.34) Mô hình (3.34) xuất phát điểm để thiết kế khâu ĐC dòng phía lưới Giả thiết ta trực tiếp đo dòng i N đầu NLPL, ta phải sử dụng pt.(3.30) để tính dòng sau nhờ pt.(3.31) tính giá trị thực dòng lưới (dòng biến ) iR 2.2.4.2 Cấu trúc điều khiển Như ra: Then chốt cấu trúc ĐK phía lưới khâu ĐC dòng hai chiều, cho phép áp đặt nhanh xác thành phần dòng phía lưới iNd i Nq (hình 3.7) Trình tự thiết kế khâu ĐC dòng phía lưới giống hệt phía Rotor MP Giả thiết biến yN (k) đầu khâu điều chỉnh vector R IN, ta viết pt điều chỉnh sau, có bù nhiễu trễ thời gian tính: u N (k + 1) = H N−1 [ y N ( k ) + H N e Nv (k + 1)] (3.35) Thay (2.35) vào (2.34) ta thu mô hình dòng bù nhiễu sau đây: iT (k + 1) = Φ N iT (k ) + y N (k − 1) (3.36) Tại ta có hai nhận xét: - Mô hình dòng phía lưới có cấu trúc hoàn toàn tương tự mô hình dòng Rotor (3.18) - eNv giữ vai trò đại lượng nhiễu cố định ảnh hưởng bị loại trừ nhờ thành phần tích phân tiềm ẩn khâu ĐC dòng mà không cần khâu bù phụ Để thu đáp ứng tức thời đồng thời cách ly tốt hai thành phần vector dòng, ta sử dụng khâu ĐC pt.(3.21) R IN I − z −1Φ N = − z −2 (3.37) Bỏ qua khâu bù phụ thêm, ta thu nhờ pt (3.37) tính cụ thể khâu ĐCD sau:   u Nd (k + 1) =     u Nq (k + 1) =     T   xTd (k ) −  −  xTd (k − 1) − ω s TxTq (k − 1) + y Nd (k − 2)  TD      T  LD   xTq (k ) −  −  xTq (k − 1) + ω s TxTq (k − 1) + y Nq (k − 2) T   TD   LD T Trong đó: * * xT = xTd + jxTq ; xTd = iTd − iTd ; xTq = iTq − iTq y N = y Nd + jy Nq (3.38) Tới mạch chiều trung gian U ∗ DC ∗ i Nd ∗ iNq UDc ϕ Dc ∗ ϕ iNα Khâu đc Hệ số công suất Khâu đc dòng uNd uNq RI UDc PWM e jϑ N tu tv Khâu đc U tw uN iNd iNq e − jϑ N ϑN Lưới điện w u v i Nα i Nβ Góc pha iNu NLPL iNv uNu uNv Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển phía lưới với khâu ĐC vector dòng Tuy lý thuyết biến động đại lượng nhiễu e Nv thành phần I tiềm ẩn (3.37) san ta bỏ qua không cần khâu bù phụ (3.38), thiết bị hoạt động điều kiện: yN nhận giá trị ban đầu chuẩn xác y N (k = 0) = − H N eNv (k = 0) (3.39) Với (k=0) tính theo phương trình (3.31) (3.33) Khâu ĐC theo (3.37)-(3.39) có độ tin cậy cao nhạy tham số, ưu điểm lớn Tuy nhiên, tồn khả L D không đủ lớn, dẫn đén méo dạng hình sin dòng iT khâu điều chỉnh có tính động cao (đáp ứng tức thời) Đây điều mà nhà quản lý lưới điện khó chấp nhận Chỉ có hai khả khắc phục, ta thiết kế LD chuẩn xác hơn, ta chọn giải pháp điều chỉnh có tốc độ chậm Ví dụ: với tốc độ đáp ứng hữu hạn , thỏa mãn yêu cầu trên, ta bảo đảm tốt dạng hình sin ϕ cho dòng phía lưới iT đặc biệt MP phát huy hết công suất • Nhận xét: - Lưới điện hình lưới điện quốc gia (khi hệ thống phát điện có hòa lưới ) lưới phụ tải cục (khi hệ thống phát điện không hòa lưới) - Cấu trúc điều khiển phía lưới không góp phần điều khiển cách ly cách chắn hai thành phần công suất tác dụng P công suất phản kháng Q chế độ vận hành.Bằng cách cài đặt phương pháp điều khiển thích hợp, ta loại trừ thành phần hài phát lên lưới (vai trò lọc tích cực) hay bù hệ số công suất cos ϕ mà không cần đến tụ bù KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài tốt nghiệp với hướng dẫn tận tình thầy cô môn Điện công nghiệp, đặc biệt bảo giúp đỡ tận tình thầy giáo TS.Nguyễn Tiến Ban cố gắng thân, em hoàn thành đề tài tốt nghiệp “Máy điện dị bộ, nghiên cứu máy điện dị nguồn kép chế độ máy phát sử dụng động lai có tốc độ dải rộng” Đồ án hoàn thành số công việc: - Nghiên cứu máy điện dị làm việc chế độ máy phát - Nghiên cứu hệ thống máy phát điện dị nguồn kép - Xây dựng mô hình toán hệ thống DFIG Do điều kiện khách quan chủ quan đề tài có số khuyết điểm hướng nghiên cứu đề tài thực mô phỏng, mô hình điều khiển máy điện dị nguồn kép MATLAB & Simulink để lấy kết phục vụ cho việc ứng dụng thực tế sau Nghiên cứu máy phát dị nguồn kép lĩnh vực có nhiều khó khăn đồ án dừng lại nội dung tổng kết phía Tác giả mong nhận đóng góp thầy cô bạn Xin chân thành cảm ơn Hải Phòng, ngày 12 tháng năm 2010 Sinh viên thực Hoàng Xuân An TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TSKH Thân Ngọc Hoàn, (2005), Máy điện, Nhà xuất xây dựng [2] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh,(2005), Điện tử công suất, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật [3] PGS TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban, Điều khiển tự động hệ thống truyền động điện, (2007), Nhà xuất khoa học - kỹ thuật [4] Nguyễn Phùng Quang, (Hà Nội 4/1998), Máy điện dị nguồn kép dùng làm máy phát hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh bảo dảm phân ly mômen hệ số công suất , Tuyển tập hội nghị toàn quốc lần thứ tự động hóa, tr 413-437 [5] Nguyễn Phùng Quang; A Dittrich, ( 2006), Truyền động điện thông minh, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật [6] Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang,( Hà Nội 6/2005), Các thuật toán phi tuyến sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống phát điện chạy sức gió, Hội nghị toàn quốc lần thứ tự động hóa, tr 545-550 [7] Nguyễn Quang Tuấn, Phạm Lê Chi, Nguyễn Phùng Quang, (2005), Cấu trúc tách kênh trực tiếp điều khiển hệ thống máy phát điện không đồng nguồn kép, Chuyên san “ Kỹ thuật điều khiển tự động”, số 6(2), tr 28-35,tạp chí Tự động hóa ngày MỤC LỤC [...]... xét : • Điện áp dây của tải có dạng xung chữ nhật • Điện áp pha của tải có dạng bậc thang • Dòng điện của tải có dạng xoay chiều CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Máy phát là bộ phận chuyển đổi năng lượng cơ năng thành điện năng, máy phát điện là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống Các loại máy phát có thể sử dụng như: Máy phát điện một chiều, máy phát điện xoay... điện xoay chiều đồng bộ, máy phát điện xoay chiều không đồng bộ Gần đây người ta đã phát triển và sử dụng máy phát cảm ứng cấp nguồn từ hai phía ( DFIG) Lý do sử dụng của máy phát cảm ứng nguồn kép DFIG: Với mô hình cuả máy phát không đồng bộ roto dây quấn, bây giờ ta gắn vào trục máy phát một động cơ lai và quay nó cùng chiều từ trường nhưng với tốc độ lớn hơn, lúc này độ trượt có giá trị âm, dòng... quay của máy phát đổi chiều, chống lại chiều quay của roto và trở thành momen cản Máy điện dị bộ làm việc như máy phát điện, biến cơ năng của máy lai Do máy lai co tốc độ không ổn định có thể làm việc ở tốc độ định mức, nhiều khi làm việc trên giá trị đồng bộ Nếu máy điện đồng bộ thường thì không thể đáp ứng được cho yêu cầu : u=const f=const Chỉ có máy điện dị bộ nguồn kép dưới sự điều khiển của bộ biến... này - Khi tốc độ n < nđm, đó là tốc độ vận hành dưới đồng bộ Trong trường hợp này máy phát lấy năng lượng từ lưới qua roto - Khi tốc độ n > n đm, đó là tốc độ vận hành trên đồng bộ. Trường hợp này máy phát hoàn năng lượng về lưới cũng qua roto - Khi tốc độ n = nđm, lúc đó máy điện dị bộ đạt được hai lần tốc độ đồng bộ, tức là hệ thống đã đạt hai lần công suất * Máy điện loại này không cần các cơ cấu chuyển... 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... tốc độ làm việc của máy phát DFIG 2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT DFIG: Khi ta tác dụng một lực vào turbine quay, thông qua hộp số và trục truyền động làm roto quay Khi đã đạt đến tốc độ trên đồng bộ (n 2 > n1 ), thì máy phát DFIG sẽ tạo ra dòng điện dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Tốc độ từ trường: n1 = Cuộn dây stator của máy phát DFIG phát điện trực tiếp vào lưới điện tương tự như các máy phát. .. hơn tốc độ đồng bộ nghĩa là vượt tốc độ đồng bộ (n > n1), khi đó chiều của từ trường quay quét qua dây dẫn sẽ có chiều ngược lại, sức điện động và dòng điện trong dây dẫn roto cũng đổi chiều nên chiều của mome cũng ngược chiều quay của n 1 nghĩa là ngược lại với chiều của roto nên đó là mome hãm Máy điện đã biến cơ năng tác dụng lên trục dòng điện nghĩa là máy điện làm việc ở chế độ máy phát điện Trong. .. điện Trong quá trình hoạt động ở tốc độ cố định, máy phát không đồng bộ roto lồng sóc được nối trực tiếp với lưới điện; điện áp và tần số máy phát được quyết định bởi lưới điện Hệ thống ở tốc độ cố định thường làm việc ở hai cấp tốc độ cố định Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng hai máy phát có công suất định mức và có số cặp từ khác nhau, hoặc cùng một máy phát nhưng có hai cuộn dây với định... dây quấn như vậy được gọi là máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIM (doubly-fed induction machine) Hiện nay người ta đã chế tạo và sử dụng máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG với nhiều cải tiến và mang lại hiệu quả tốt hơn Máy phát không đồng bộ Roto dây quấn (KĐB-RDQ), còn được gọi là không đồng bộ nguồn kép (doubly-fed induction Generator:DFIG) Máy phát KĐB-RDQ có Stato ghép trực tiếp vào... kháng Bộ converter phía máy phát RSC còn điều khiển mômen, tốc độ máy phát và điều khiển hệ số công suất đầu cực stator Trong khi đó, nhiêm vụ chính của bộ converter phía lưới GSC là giữ cho điện áp phát DC link không đổi Máy phát DFIG còn ưu điểm là có thể làm việc với tốc độ rotor thay đổi trong khoảng ± so với tốc độ đồng bộ Hình 2.3 thể hiện đặc tính mômen tốc độ của máy Hình 2.3 Đặc tính mômen, tốc