Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ CHÂU MINH ĐẠO KHẢO SÁT HỆ THỐNG MÁY PHÁT NĂNG LƯỢNG GIÓ LÀM VIỆC TRONG LƯỚI ĐIỆN VỚI KỸ THUẬT TÌM KIẾM ĐIỂM CỰC ĐẠI CƠNG SUẤT PHÁT (MPPT) S K C 0 9 NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CHÂU MINH ĐAO ̣ KHẢO SÁT HỆ THỐNG MÁY PHÁT NĂNG LƯỢNG GIÓ LÀM VIỆC TRONG LƯỚI ĐIỆN VỚI KỸ THUẬT TÌM KIẾM ĐIỂM CỰC ĐẠI CƠNG SUẤT PHÁT (MPPT) NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ: 605250 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán HDKH: PGS.TS NGUYỄN HỮ U PHÚ C (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: (Ghi rõ họ, tên,, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: (Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ trước HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT, Ngày 20 tháng 10 năm 2012 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: CHÂU MINH ĐẠO Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 13/02/1982 Nơi sinh: Bế n Tre Quê quán: Tân Lơ ̣i Tha ̣nh, Giồ ng Trôm, Bế n Tre Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: 59, D4, Kp 6, Trƣờng Thọ, Thủ Đức, TP HCM Điện thoại quan: Điện thoại: 0982293571 Fax: E-mail: dao.chauminh@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Nơi học (trƣờng, thành phố): Ngành học: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến 11/ 2005 Nơi học: Trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Điê ̣n khí hóa & cung cấ p điê ̣n Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: thi tố t nghiê ̣p Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Ngƣời hƣớng dẫn: III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Học viên lớp bồi dƣỡng sau Trƣờng đại học Bách khoa TP Hồ 2006 - 2008 đa ̣i học ngành thiết bị , mạng Chí Minh nhà máy điện 2008 - 2011 Cty TNHH Scancom Viê ̣t Nam Vâ ̣n hành và quản lý bảo trì 2010 - hiê ̣n Trƣờng đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Học viên cao học ngành thiết Tp Hồ Chí Minh bị, mạng nhà máy điê ̣n i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu của tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng năm 2012 Châu Minh Đa ̣o ii LỜI CẢM TẠ Đề tài đƣợc thực theo chƣơng trình đào tạo thạc sĩ Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh Xin cảm ơn quí thầy tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để em nghiên cứu thực luận văn Xin chân thành cảm ơn hƣớng dẫn trực tiếp của thầy PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc tận tình giúp đỡ, đóng góp ý kiến quý báu hƣớng dẫn em hoàn thiện đề tài Em xin gửi lời cám ơn tới quý thầy cô khoa điện – điện tử Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp Hồ Chí Minh khích lệ, đơn đốc giám sát tiến độ suốt trình thực luận văn Rất cảm ơn trƣớc cộng tác nhiệt tình của anh chị bạn học viên lớp cao học ngành Thiết bị, mạng nhà máy điện khóa 2010B, cám ơn đóng góp ý kiến bổ ích qua thảo luận của tập thể lớp Xin gửi lời tri ân đến gia đình ngƣời thân ln ủng hộ động viên tơi suốt q trình học, đặc biệt thời gian thực đề tài Kính chúc sức khỏe q thầy bạn Học viên Châu Minh Đa ̣o iii TÓM TẮT Trong luâ ̣n văn vùng làm việc khác của máy phát không đồng cấ p nguồ n hai phía (DFIG) của turbine gió (WT), quan điểm tốc độ rôto, công suất phát, tỉ số tố c đô ̣ đầu cánh (tip speed ratio TSR) λ góc nghiêng β của cánh quạt WT, đƣợc khảo sát giới thiê ̣u Sau đó, thuật toán điều khiển đƣợc đề xuất nhằm lấy đƣợc cơng suất cực đại có từ lƣợng gió, dựa khác biệt tớ c ̣ quay t ối ƣu tốc độ quay thực tế của trục turbine Thuật toán đƣợc thực chƣơng trình mơ sử dụng phần mềm PSCAD Các kết của phƣơng pháp đề xuất sau đƣợc so sánh với số liệu thực tế của máy Nordex N80/2500 KW cho thấy tính đắn ƣu điểm của phƣơng pháp đề xuất ABSTRACT In this thesis In this paper, different operational regions of doubly fed induction generator (DFIG)- based wind turbine (WT), from the viewpoints of rotor speed, generated power, tip speed ratio λ and angle of blades β of the WT's rotor, are studied and classified Then a new control algorithm for maximum wind power point tracking (MPPT) and extraction, based on the difference between optimum and current rotational speed of the shaft of WT, will be proposed The algorithm is implemented in control schemes and carried out in terms of various operational conditions of wind speed in PSCAD software environment The results obtained are then compared with the actual data of Nordex N80/2500 KW for validation of the proposed method This comparison is done based on the speed of operation and quality of generated power and the results show the advantages of the proposed method iv MỤC LỤC TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Mục lục v Danh sách chữ viết tắt ix Danh sách hình xi Danh sách bảng xii Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIÊU ̣ TỔNG QUAN 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U 1.6 KẾ HOẠCH THƢ̣C HIÊ ̣N 1.7 GIÁ TRỊ THỰC TIỂN CỦA ĐỀ TÀI 1.8 PHÁC THẢO NỘI DUNG LUẬN VĂN Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ 2.1 NĂNG LƢỢNG GIÓ 2.1.1 Hiê ̣u chin̉ h theo nhiê ̣t đô ̣ cho mâ ̣t đô ̣ không khí 2.1.2 Hiê ̣u chỉnh theo độ cao so với mực nƣớc biể n cho mâ ̣t đô ̣ không khí 2.2 ẢNH HƢỞNG CỦA ĐỘ CAO THÁP 10 2.3 HIÊU ̣ SUẤT VÀ CÔNG SUẤT CỦA CÁNH QUA ̣T 12 2.3.1 Hiê ̣u suấ t lớn nhấ t của cánh qua ̣t 12 2.3.2 Đƣờng cong cơng suất turbine gió lý tƣởng 17 2.4 KIỂM SOÁ T TỐC ĐỘ CHO CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI 19 2.4.1 Sƣ̣ ảnh hƣởng của tốc độ cánh quạt thay đổi 19 2.4.2 Các giải pháp kiể m soát tố c đô ̣ 21 v 2.4.2.1 Thay đổ i số cƣ̣c máy phát 21 2.4.2.2 Hô ̣p số nhiề u cấ p 21 2.4.2.3 Máy phát cảm ứng hệ số trƣợt thay đổi 21 2.4.2.4 Các hệ thống kế t nố i lƣới gián tiế p 21 2.5 CÔNG SUẤT TRUNG BÌNH TRONG GIÓ 21 2.5.1 Biể u đồ tầ n số gió không liên tu ̣c 22 2.5.2 Hàm số mật độ xác suất vâ ̣n tớ c gió 23 2.5.3 Thố ng kê Weibull và Rayleigh 24 2.5.4 Công suấ t trung bình gió với thống kê Rayleigh 26 2.6 CÁC CẤU HÌNH HỆ THỐNG BIẾN ĐỔI NĂNG LƢỢNG GIÓ 27 2.6.1 Hê ̣ thố ng biế n đổ i lƣơ ̣ng gió tố c đô ̣ cố đinh 27 2.6.2 Hê ̣ thố ng biế n đổ i lƣợng gió tốc độ thay đổi 28 2.6.2.1 Hê ̣ thố ng biế n đổ i toàn bô ̣ công suấ t (FRC-fully rated converter) 28 2.6.2.2 Hê ̣ thố ng biế n đổ i lƣơ ̣ng gió tố c đô ̣ thay đổ i sƣ̉ du ̣ng DFIG 28 Chƣơng 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC DFIG 3.1 GIỚI THIỆU 30 3.2 ƢU ĐIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG DFIG 30 3.3 VECTOR KHÔNG GIAN 31 3.3.1 Vector không gian 31 3.3.2 Biể u diễn công suấ t theo vector không gian 32 3.4 CÁC PHÉP CHUYỂN ĐỔI HỆ QUI CHIẾU 33 3.4.1 Phép chuyển trục từ hệ qui chiếu abc sang ̣ qui chiế u αβ 34 3.4.2 Phép chuyển trục từ hệ qui chiếu cố định αβ sang ̣ qui chiế u quay dq 35 3.4.3 Phép chuyển đổi Park 36 3.5 MÔ HÌNH TOÁN HỌC DFIG 38 3.5.1 Mô hiǹ h toán ho ̣c DFIG ̣ tru ̣c to ̣a đô ̣ tiñ h αβ 38 3.5.2 Mô hiǹ h toán ho ̣c DFIG ̣ tru ̣c to ̣a đô ̣ dq 42 Chƣơng 4: KỸ THUẬT TÌM KIẾM ĐIỂM CỰC ĐẠI CÔNG SUẤT PHÁT (MPPT) 4.1 GIỚI THIỆU 45 4.2 CÔNG SUẤT KHÍ ĐỘNG HỌC 46 4.3 CÁC VÙNG LÀM VIỆC 48 vi 4.3.1 Vùng I 48 4.3.2 Vùng II 49 4.3.3 Vùng III 50 4.3.4 Vùng IV 50 4.4 ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN MPPT 51 4.4.1 Vùng I 52 4.4.2 Vùng II 52 4.4.3 Vùng III 52 4.4.4 Vùng IV 53 Chƣơng 5: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG TRONG PSCAD VÀ KẾT QUẢ 5.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TURBINE GIÓ KẾT NỐI LƢỚI ĐIỆN 54 5.2 XÂY DƢ̣NG MÔ HÌNH TURBINE GIÓ 54 5.2.1 Khố i WIND PARK 54 5.2.1.1 Mô tả chƣ́c 54 5.2.1.2 Các tín hiệu ngõ vào 55 5.2.1.3 Các tín hiệu 55 5.2.2 KHỐI MÁ Y PHÁ T 57 5.2.2.1 Mô tả 57 5.2.2.2 Các thông số ngõ vào 58 5.2.2.3 Các thông số ngõ 58 5.2.3 KHỐI VSC 59 5.2.3.1 Rotor side converter (bô ̣ chuyể n đổ i phiá rotor) 59 5.2.3.2 Gride side converter (bô ̣ chuyể n đổ i phiá lƣới) 62 5.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 65 5.3.1 Giới thiê ̣u tổ ng quan WT Nordex N80/2500Kw 65 5.3.2 Vâ ̣n tớ c gió tăng thêm 2m/s 66 5.3.3 Vâ ̣n tố c gió giảm 2m/s 67 5.3.4 Kế t quả tổ ng hơ ̣p cho vâ ̣n tố c gió tƣ̀ cut in đế n cut out và so sánh với Nordex N80/2500Kw 67 5.3.5 Nhâ ̣n xét kế t quả mô phỏng 72 Chƣơng 6: KẾT LUẬN 6.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYẾT TRONG LUẬN VĂN 73 vii 6.2 ĐỀ XUẤT NHỮNG HƢỚNG NGHIÊN CƢ́U TIẾP THEO 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 viii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT CÁC TỪ VIẾT TẮT DFIG Doubly Fed Induction Generator DFIM Doubly Fed Induction Machine FOC Field Oriented Control FRC Fully Rated Converter GSC Grid Side Converter IG Induction Generator MPPT Maximum Power Point Tracking PI Proportional Integral p.u Per Unit PWM Pulse Width Modulation RMS Root Mean Square RSC Rotor Side Converter SG Synchronuos Generator TSR Tip Speed Ratio VSC Voltage Source Converter WECS Wind Energy Convertion System Chỉ số s, e Hệ trục tọa độ tĩnh αβ hệ trục đồng dq T Chuyển vị của ma trận, véctơ Chỉ số dƣới max, maximum, minimum ref, Giá trị điều khiển giá trị đặt KÝ HIỆU vas, vbs, vcs, var, vbr , vcr điện áp pha stator rotor ix ias, ibs, ics, iar , ibr , icr dòng điện stator rotor ψas, ψbs, ψcs, ψar, ψbr, ψcr từ thông stator rotor vαs, vβs, vαr, vβr điện áp stator rotor theo trục α,β iαs, iβs, iαr, iβr dòng stator rotor theo trục α,β ψαs, ψβs, ψαr, ψβr từ thông stator rotor theo trục α,β vds, vqs, vdr, vqr điện áp stator rotor theo trục d,q ids, iqs, idr, iqr dòng stator rotor theo trục d,q ψds,ψqs,ψdr ,ψqr từ thông stator rotor theo trục d,q Udc điện áp dc-link Rs, Rr điện trở dây quấn stator rotor Lls, Llr điện cảm tản stator rotor Ls, Lr điện cảm stator rotor Lm điện cảm từ hóa 𝜔g rated tốc độ đồng của máy phát 𝜔g tốc độ làm việc của máy phát ωr tốc độ cánh quạt kT tỷ số vòng dây stator rotor Te,Tm mômen điện từ mômen p số cặp cực từ J,H mơmen qn tính hệ số quán tính rotor v, vd vận tốc gió trƣớc, sau cánh quạt vb vâ ̣n tớ c qua mă ̣t phẳ ng cánh qua ̣t R, A bán kính diện tích quét cánh quạt tuabin ρ, Cρ mật độ khơng khí hiệu suất rotor λ, β Tip speed ratio góc pitch x DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG Bảng 2.1: Mâ ̣t đô ̣ không khí theo nhiê ̣t đô ̣ Bảng 2.2: Mâ ̣t đô ̣ không khí theo áp suấ t (đô ̣ cao so với mƣ̣c nƣớc biể n ) Bảng 2.3: Hê ̣ số ma sát theo điạ hin ̀ h Bảng 2.4: Đặc tính gồ ghề dùng cho biểu thức (2.16) Bảng 5.1: Thông số WT Nordex N80(2,5MW) Bảng 5.2: Kết mô Bảng 5.3: So sánh kết mô với số liệu Nordex N80/2500KW xi TRANG 10 11 66 69 69 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH ◦ TRANG Hình 2.1: Cơng suất gió m mặt cắt ngang 15 C atm Hình 2.2: Mối quan hệ áp suất khơng khí độ cao so với mặt biển Hình 2.3: (a) tỷ số vận tốc gió theo ̣ cao (b) tỷ số công suất so với độ cao 11 Hình 2.4: Đặt tính gió qua cánh quạt 13 Hình 2.5: Đặc tính hiệu suất cánh quạt 15 Hình 2.6: Đặc tính hiệu suất cánh quạt theo TSR 16 Hình 2.7: Góc nghiên của cánh qua ̣t 17 Hình 2.8: Hiệu suất Cp (λ, β) 17 Hình 2.9: Cơng suất WT phụ thuộc vận tốc gió tốc độ tuabin 18 Hình 2.10: Đƣờng cong công suất lý tƣởng của tuabin gió 19 Hình 2.11: Đặc tính hiệu suất Cp theo tớ c ̣ quay của cánh qua ̣t 20 Hình 2.12: Đặc tính cơng suất thu đƣợc theo tốc độ quay cánh quạt 20 Hình 2.13: Biể u đờ vâ ̣n tớ c gió tính theo giờ năm 23 Hình 2.14: Hàm số mật độ xác suất vận tốc gió (pdf) 24 Hình 2.15: Hàm mật độ xác suất Weibull 25 Hình 2.16: Hàm mật độ xác suất với tham số tỷ lệ c thay đổi 26 Hình 2.17: Hệ thống biến đổi lƣợng gió tốc độ cố định 27 Hình 2.18: Hệ thống biến đổi lƣợng gió tốc độ thay đổi, biến đổi tồn cơng suất phát 28 Hình 2.19: Hệ thống biến đổi lƣợng gió đƣợc trang bị với DFIG 29 Hình 3.1: Nguyên lý của véctơ khơng gian 31 Hình 3.2: Các đại lƣợng của hệ trục abc biểu diễn hệ trục αβ 35 Hình 3.3: Mối liên hệ hệ trục αβ hệ trục dq 36 Hình 3.4: Mối liên hệ hệ trục abc hệ trục dq 37 Hình 3.5: Cấu hình kết nối stator rotor, Y – Y 38 Hình 3.6: Sơ đồ tƣơng đƣơng RL của stator rotor 39 Hình 3.7: Mơ hình lý tƣởng của máy điện khơng đồng ba pha 40 Hình 3.8: Mạch điện tƣơng đƣơng mơ hình động DFIG hệ trục αβ 41 Hình 3.9: Trục của dây quấn stator rotor hệ trục dq 43 Hình 3.10: Mạch điện tƣơng đƣơng mơ hình động DFIG hệ trục độ tham chiếu dq quay với tốc độ đồng 43 Hình 4.1: Cấu hình điển hình của WT DFIG 46 Hình 4.2: Hệ số cơng suất Cp(λ, β) 47 Hình 4.3: Các vùng điều khiển DFIG 49 Hình 4.4: Đặc tính cơng suất WT 51 Hình 5.1: Hệ thống turbine gió máy phát DFIG 54 Hình 5.2: Mơ hình wind park 55 Hình 5.3: Xác định momen Tm 56 Hình 5.4: Khối xác định tốc độ tham chiếu 56 Hình 5.5: Khối điều khiển góc nghiêng β 57 Hình 5.6: Mô hình máy điê ̣n cảm ƣ́ng rotor dây quấ n 57 Hình 5.7: Các biến ngõ của máy phát 58 Hình 5.8: Xác định vị trí của vector từ thơng 60 xii Hình 5.9: Xác định dịng điều khiển bên rotor Hình 5.10: Bơ ̣ ta ̣o xung kích Hysteresis Buffer Hình 5.11: Sơ đờ khóa IGBT Hình 5.12: Bộ điều khiển tách Hình 5.13: Xác định thành phần dq của dòng điện Hình 5.14: Xác định điện áp pha tham chiếu Hình 5.15: Bơ ̣ phát xung PWM sin Hình 5.16: Đáp ƣ́ng tố c đô ̣ vâ ̣n tố c gió tăng Hình 5.17: Đáp ƣ́ng tố c đô ̣ vâ ̣n tớ c gió giảm Hình 5.18: Tốc độ gió (m/s) Hình 5.19: Đáp ứng tốc độ của rotor máy phát Hình 5.20: Hệ số Cp Hình 5.21: Góc nghiêng của cánh quạt β Hình 5.22: So So sánh kết mơ với số liệu Nordex N80/2500KW Hình 5.23: Kết vùng làm việc của DFIG xiii 61 61 62 63 64 64 65 66 67 68 68 68 68 70 71 Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B Chƣơng TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIÊU ̣ TỔNG QUAN Gió nguồn lƣợng miễn phí, vơ tận Nó đáp ứng tốt cho loài ngƣời nhiều nƣớc việc cung cấp lực đẩy tàu thủy truyền động turbine gió để xay ngũ cốc bơm nƣớc Sự quan tâm đến lƣợng gió tụt hậu, sản phẩm dầu mỏ rẻ phong phú sau chiến tranh giới lần thứ II Chi phí vốn cao không chắn hƣớng gió đƣa lƣợng gió vào tình bất lợi kinh tế Sau đó vào năm 1973, nƣớc Arab đặt lệnh cấm vận dầu mỏ Những ngày dầu mỏ rẻ phong phú đến kết thúc Con ngƣời bắt đầu nhận thức nguồn cung cấp dầu giới khơng kéo dài mãi nguồn cung cấp cịn lại cần đƣợc bảo tồn cho công nghiệp hóa học dầu mỏ Ví dụ việc sử dụng dầu làm nhiên liệu lò phải đƣợc loại bỏ Các nguồn lƣợng khác ngồi dầu khí tự nhiên phải đƣợc phát triển Hai nguồn lƣợng dầu mỏ mà đƣợc giả định để cung cấp cho nhu cầu lƣợng thời gian dài United States than đá lƣợng hạt nhân Nhiều ngƣời nghỉ có đủ than cho vài kỷ với mức tiêu thụ nhƣ (2006) tƣơng tự nhƣ cho lƣợng hạt nhân sau lò phản ứng tái sinh đƣợc khai thác hoàn toàn Đây nguồn thông tin đƣợc chứng minh, ý nghĩa đó công nghệ đƣợc phát triển cao lƣợng lớn than đá hạt nhân cấp nguồn cho nhà máy phát điện hoạt động cung cấp khối lƣợng đáng kể đến khách hàng Thật không may, hai than đá hạt nhân phát sinh vấn đề thuộc môi trƣờng đáng sợ Than địi hỏi hoạt động khai thác qui mơ lớn, đất để lại khó khơng thể khơi phục lại hữu ích nhiều trƣờng hợp Sự đốt cháy than có thể làm đảo lộn cân nhiệt hành tinh Việc sinh khí carbon dioxide sulfur dioxide có thể ảnh hƣởng đến khí khả hành CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B tinh làm lƣơng thực cho ngƣời Than đá nguyên liệu hóa học dầu mỏ nhiều ngƣời cho đốt nó nhƣ nguyên liệu lò thật dại dột Năng lƣợng hạt nhân có vài lợi than đá đó không có carbon dioxide hoă ̣c sulfur dioxide đƣợc sinh ra, hoạt động khai mỏ có qui mô nhỏ nó không có tác dụng chủ yếu khác ngồi việc cung cấp nhiệt Khó khăn vấn đề xử lý chất thải, đó lo ngại nhiều ngƣời, có lẽ không có giải pháp thật thỏa mãn Vì vấn đề này, lƣợng gió dạng khác nhƣ lƣợng mặt trời đƣợc khuyến khích mạnh mẽ Năng lƣợng gió có thể trở thành nguồn lƣợng mặt dù chi phí cao so với lƣợng than đá hạt nhân vấn đề phi kinh tế trị lƣợng than đá hạt nhân Điều không nói chi phí cho lƣợng gió luôn cao lƣợng than đá hạt nhân Vì tiến đáng kể thực việc làm lƣợng gió tốn Nhƣng chí khơng có lợi về chi phí rõ ràng, lƣợng gió có thể trở thành dạng lƣợng quan trọng thật tranh lƣợng giới Sự biến đổi lƣợng gió đƣợc thực tổ hợp tuabin gió máy phát, làm việc tốc độ cố định tốc độ thay đổi Có nhiều lý cho việc sử dụng hệ thống biến đổi lƣợng gió có tốc độ thay đổi, quan trọng phạm vi thay đổi tốc độ theo pha ̣m vi thay đổ i của vâ ̣n tố c gió rộng cho phép điều khiển tối ƣu công suất nhận đƣợc từ gió, giảm ứng lực tác động lên kết cấu khí có thay đổi tốc độ gió đột ngột khả điều khiển công suất tác dụng cơng suất phản kháng Đối với cấu hình hệ thống biến đổi lƣợng gió trang bị máy phát điện cảm ứng cấp nguồn hai phía DFIG (Doubly Fed Induction Generator), stator đƣợc kết nối trực tiếp với lƣới điện cịn rotor nối thơng qua biến đổi công suất, máy phát đƣợc điều khiển thiết bị điện tử cơng suất đặt bên phía rotor Ƣu điểm bậc sử dụng DFIG thiết bị điện tử công suất biến đổi tỷ lệ 20 - CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B 30% tổng công suất phát, nghĩa giảm đƣợc tổn hao linh kiện điện tử công suất so với cấu hình phải biến đổi tồn cơng suất phát nhƣ hệ thống biến đổi lƣợng gió sử dụng máy phát đồng (SG) Với ƣu điểm trên, máy phát không đồng DFIG xem giải pháp cho hệ thống biến đổi lƣợng gió tốc độ thay đổi 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Đề xuất kỹ thuật mới, đơn giản cho viê ̣c tìm kiếm điểm điểm cực đại cơng suất phát (MPPT) sƣ̉ du ̣ng ̣ thố ng máy phát lƣơ ̣ng gió DFIG làm viê ̣c lƣới điê ̣n - Kế t quả đa ̣t đƣơ ̣c phải đƣơ ̣c so sánh với sản phẩm thƣ̣c tế để chƣ́ng minh tính đắn kỹ thuật đề xuất 1.3 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, đề xuất thuật toán điều khiển xây dựng mô hiǹ h mô phỏng ̣ thố ng máy phát điện cảm ứng cấp nguồn hai phía DIFG đƣợc ứng dụng hệ thống chuyển đổi lƣợng gió (WECS) 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU Do giới hạn thời gian điều kiện nghiên cứu nên đề tài giới hạn vấn đề nhƣ sau: - Đề xuấ t thuâ ̣t toán MPPT - Mô hình hóa mơ ̣ thớ ng máy phát DFIG kế t nố i lƣới với nút vô hạn - Đánh giá tính ổn định tính bền vững hệ thống điều khiển có hay đổi tham số mơ hình So sánh kết đạt đƣợc với số liệu thực tế hảng Nordex chƣ́ng minh sƣ̣ đúng đắ n của thuâ ̣t toán đề xuấ t CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B 1.5 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Thu thập tài liệu liên quan đến vấn đề nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết, kiểm tra mô phỏng, so sánh với số liê ̣u thƣ̣c tế 1.6 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN - Thu thập, chọn lọc nghiên cứu tài liệu liên quan - Tìm hiểu tổng quan lƣợng gió - Tìm hiểu cấu hình hệ thống chuyển đổi lƣợng gió áp dụng giới so sánh ƣu nhƣợc điểm cấu hình - Xây dụng mối quan hệ thông số máy phát điện cảm ứng DFIG - Đƣa giải thuật tìm kiếm điểm điểm cực đại công suất phát cho DFIG - Mô PSCad so sánh với số liê ̣u thƣ̣c tế của hảng Nordex Nhâ ̣n xét kế t quả 1.7 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - Có thể ứng dụng vào thực tế ngành điện sử dụng lƣợng gió - Làm tài liệu tham khảo làm tảng để phát triển nghiên cứu đề án xâm nhập lƣợng gió vào hệ thống điện Việt Nam 1.8 PHÁC THẢO NỘI DUNG LUẬN VĂN Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết lƣợng gió Chƣơng 3: Mơ hình tốn học DFIG hệ trục tọa độ αβ dq Chƣơng 4: Đề xuấ t thuâ ̣t toán tìm kiế m điể m cƣ̣c đa ̣i công suấ t phấ t Chƣơng 5: Trình bày sơ đồ kết mô phỏng, nhận xét kết Chƣơng 6: Kế t luâ ̣n đề xuất hƣớng nghiên cứu CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc HVTH: Châu Minh Đa ̣o Luâ ̣n văn cao học Khóa 2010-2012B Chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƢỢNG GIÓ 2.1 NĂNG LƢỢNG GIÓ Xét khối khơng khí với khối lƣợng m di chuyển với vận tốc v Năng lƣợng động KE đƣợc cho biểu thức quen thuộc sau: KE = mv (2.1) Công suất lƣợng theo thời gian, cơng suất qua diện tích A tƣơng ứng khối lƣợng khơng khí di chuyển với vận tốc v là: Cơng suất qua diện tích A = Năng lƣợng Th ời gian = 𝑚 Th gian 𝑣2 (2.2) Lƣu lƣợng theo khối lƣợng 𝑚, qua diện tích A tích mật độ khơng khí ρ, vận tốc v, diện tích phần mặt cắt ngang A: 𝑚 = 𝜌𝐴𝑣 (2.3) Kết hợp (2.3) với (2.2) ta đƣợc mối quan hệ quan trọng: 𝑃𝑤 = 𝜌𝐴𝑣 (2.4) Trong hệ đơn vị S.I Pw công suất gió (watts); ρ mật độ không khí (kg/m3) (tại 15◦C atm, ρ = 1,225 kg/m3); A diện tích mặt cắt ngang mà gió qua (m2); v vận tốc gió bình thƣờng đến diê ̣n tić h mă ̣t cắ t A (m/s) Hình 2.1 cho thấ y cơng suất gió m2 mặt cắt ngang 15◦C atm Hiển nhiên cần quan tâm lƣợng khoảng vận tốc gió Với mối quan hệ phi tuyến cơng suất vận tốc gió, cần lƣu ý sử dụng CBHD: PGS TS Nguyễn Hƣ̃u Phúc HVTH: Châu Minh Đa ̣o