Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 43 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Thông tin cơ bản
Định dạng
Số trang
43
Dung lượng
1,19 MB
Nội dung
LÝ LỊCH KHOA HỌC BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐẶNG VĂN HỒNG NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN – 605250 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN BÁCH PHÚC Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2011 I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Đặng Văn Hồng Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 24/5/1978 Nơi sinh: Tiền Giang Q qn: Thị xã Gò Cơng – Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị cơng tác trước học tập, nghiên cứu: Giảng Viên Trường Cao Đẳng Cộng Đồng Vĩnh Long Chỗ riêng địa liên lạc: 27/21A Hồng Hoa Thám - Phường – TP Vĩnh Long Điện thoại quan: Fax: II Q TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chun nghiệp: Hệ đào tạo: Cao Đẳng Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Kỹ Thuật Điện Điện thoại nhà riêng: 0962962196 E-mail: Hong10vl@yahoo.com Thời gian đào tạo từ 9/1996 đến 3/ 2000 Trường Cao Đẳng SPKT Vĩnh Long Đại học: Hệ đào tạo: Chuyển tiếp Thời gian đào tạo từ 3/2002 đến 3/ 2004 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Điện khí hóa – Cung cấp điện Tên đồ án, luận án mơn thi tốt nghiệp: Cung cấp điện Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Người hướng dẫn: Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 02/2009 đến 02/ 2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Ngành học: Thiết Bị Mạng & Nhà Máy Điện Tên luận văn: Nghiên Cứu Và ứng Dụng Biến Tần Trong Máy Phát Điện Gió Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM Người hướng dẫn: TS Nguyễn Bách Phúc Chức vụ: Viện trưởng Viện Điện – Điện Tử - Tin Học TPHCM Trình độ ngoại ngữ (biết ngoại ngữ gì, mức độ: Đạt TOEFL PBT 453 điểm III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 3/2001 đến 10/2010 Từ 10/2010 đến Nơi cơng tác Cơng việc đảm nhiệm Trường THKT – LTTP Vĩnh Long Giáo viên Trường Cao Đẳng Cộng Đồng Vĩnh Long Giảng viên LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2011 ( Ký tên ghi rõ họ tên) Ngày tháng năm 200… Người khai ký tên ĐẶNG VĂN HỒNG TĨM TẮT LUẬN VĂN Bộ biến tần thiết bị có khả biến đổi điện áp tần số nguồn điện Thơng qua biến tần điện áp tần số nguồn biến đổi theo u cầu người Lời cảm ơn sử dụng Để hồn thành luận văn tốt nghiệp này, tơi xin chân thành cảm ơn Q Thơng thường biến tần sử dụng để điều khiển tốc độ động lồng thầy trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh tận tình sóc Nhờ tần số đầu biến tần thay đổi tùy ý nên tốc độ động lồng truyền đạt, trang bị kiến thức khoa học kỹ thuật q giá cho tơi q sóc biến đổi tùy ý theo u cầu cơng việc, mà khơng cần dùng hộp số trình học cao học trường biến đổi khác Tốc độ quay máy phát điện gió ln ln thay đổi theo tốc độ gió Vì vậy, Đặc biệt, tơi xin chân thành cảm ơn đến Thầy TS NGUYỄN BÁCH PHÚC khơng có biến tốc tần số máy phát điện gió khơng giữ tần số Viện trường Viện Điện – Điện Tử - Tin Học Thành Phố Hồ Chí Minh Mặc dù cố định Trước người ta phải dùng biến tốc kồng kềnh thiết bị cơng việc thầy nhiều, q trình nghiên cứu tơi gặp khó điều tốc điện tử phức tạp để giữ cố định tần số máy phát điện gió khăn, thầy sẵn sàng xếp thời gian để hai thầy trò gặp giải quyếtvấn Bộ biến tần đóng vai trò tự động biến tốc cho máy phát điện gió, theo đề Thầy tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm giúp đỡ để tơi hồn ngun tắc: tần số đầu vào biến tần ( tần số máy phát điện gió ln ln biến thành tập luận văn đổi theo tốc độ gió) biến tần tự động điều khiển thành tần số đầu biến tần Tơi xin gởi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, quan, đồng nghiệp bạn bè giúp đỡ cho tơi nhiều, tạo cho tơi niềm tin nỗ lực cố gắng để hồn thành luận văn ln phù hợp với tần số lưới điện (50Hz) Luận văn nghiên cứu chế độ làm việc biến tần với máy phát điện gió Do hạn chế mặt thời gian nên luận văn tập trung vào việc nghiên cứu ổn định điện áp tần số đầu máy phát điện nam châm vĩnh cửu có cơng suất nhỏ Xin chân thành cảm ơn ! Tp Hồ Chí Minh, Tháng /2011 Học viên thực ĐẶNG VĂN HỒNG Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió ABSTRACT GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc MỤC LỤC Inverter is a device capable of variable voltage and frequency power Through the inverter voltage and frequency of the source was modified at the request of the user Conventional inverter is used to control the speed of the cage motor Due to the frequency of the inverter output can be arbitrarily changed the speed of the cage engine arbitrary changes according to the requirements of the job, without a box number or other converters Rotational speed of the wind generators are always changing as the wind speed So, if you not have the frequency of the variable speed wind generators will not stay in fixed frequency Previously we had to use the variable speed kong very cumbersome equipment or complex electronic speed regulator to keep a fixed frequency of wind generators Inverter can play a role for automatic variable-speed wind generators, according to the principle of variable frequency inverter input (the frequency of wind generators was constantly changing as the wind speed) will be variable automatic frequency control the output frequency of the inverter is always in line with the grid frequency (50Hz) This thesis research working mode of the inverter with wind generators Due to time restrictions should be in essay focuses on the study of voltage stability and frequency of the generator output permanent magnet of small capacity Trang PHẦN MỞ ĐẦU Chương 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ I Tổng quan Đặt vấn đề Mục tiêu nhiệm vụ đề tài Phương pháp nghiên cứu 4 Ứng dụng đề tài Điểm luận văn II Mơ hình turbin gió Mật độ phân bố gió Năng lượng gió Sự chuyển đổi lượng gió III Giới thiệu máy phát điện gió sử dụng biến tần Chương 2: TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÁT ĐIỆN NAM CHÂM VĨNH CỬU I Cấu tạo 11 II Mơ hình đơn giản máy điện đồng ba pha 12 III Các phương trình 12 IV Mơ hình tốn học máy điện kích thích nam châm vĩnh cửu 17 V Mơ hình trạng thái máy điện hệ tọa độ từ thong rotor (d-q) 19 VI Xây dựng biến đổi (BBĐ) 21 6.1.Các phương trình chuyển đổi hệ tọa 21 6.2 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ abc → ngược lại 21 6.2.1 Phương trình chuyển hệ tọa độ abc → 21 6.2.2 Phương trình chuyển hệ tọa độ → abc 22 HVTH: Đặng Văn Hồng i Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc 6.3 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ → dq ngược lại 23 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc 3.1 Mơ hình máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu làm việc với biến tần 48 6.3.1 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ → dq 23 3.2 Ngun lý làm việc máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu làm việc 6.3.2 Phương trình chuyển đổi hệ tọa độ dq → 23 với biến tần 49 3.3 Điện áp ngõ máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu 49 VII Bộ BTU 7.1 Ngun lý hiệu chỉnh P, PI, PD, PID 24 IV Hoạt động biến tần với máy phát điện gió 50 7.1.1 Khái niệm 24 4.1 Bộ chỉnh lưu 50 7.1.2 Khâu hiệu chỉnh tích phân tỉ lệ PI 25 4.1.1 Bộ tụ bù 50 7.2 Áp dụng phương pháp PID vào điều khiển máy phát đồng 25 4.1.2 Dòng điện điều khiển điện áp ngõ máy phát 51 4.1.3 Dòng điều khiển chỉnh lưu 51 Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN I Sơ lược biến tần 27 Định nghĩa 27 Phân loại biến tần 27 2.1 Biến tần trực tiếp 27 2.2 Biến tần gián tiếp 27 Cấu trúc biến tần 29 II Phương Pháp điều khiển 30 2.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) 30 2.1.1 Điều chế theo phương pháp SPWM 30 2.1.2 Điều chế theo phương pháp vector khơng gian 35 2.1.2.1 Thành lập vector khơng gian 35 2.1.2.2 Tính tốn thời gian đóng cắt 39 2.1.2.3 Kỹ thuật thực vector khơng gian 41 2.1.2.4 Giản đồ đóng cắt khóa để tạo vector Vs sector 42 2.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp 43 Chương 4: MƠ HÌNH TỐN HỌC MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ LÀM VIỆC VỚI BIẾN TẦN I Cấu trúc chung máy phát điện gió làm việc với biến tần 45 II Momen ngõ turbin gió 46 III Máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu 48 HVTH: Đặng Văn Hồng ii 4.2 Bộ nghịch lưu 54 4.2.1 Biên độ áp hài cực đại 54 4.2.2 Điện áp pha cực đại chế độ q điều chế 54 4.2.3 Điện áp ngõ nghịch lưu 54 4.2.4 Tần số ngõ nghịch lưu 55 Chương 5: MƠ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ NAM CHÂM VĨNH CỬU LÀM VIỆC VỚI BIẾN TẦN TRONG MATLAB I Xác định momen turbin 57 II Xác định điện áp tần số ngõ máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu 58 III Tính tốn thơng số biến tần 62 3.1 Xác định điện áp DC tụ lọc 62 3.2 Biên độ điện áp hài cực đại 62 3.3 Điện áp pha tải cực đại chế độ q điều chế 62 3.4 Điện áp ngõ nghịch lưu 63 IV Kết mơ máy phát điện gió làm việc với biến tần Matlab 65 4.1 Mơ hình tổng qt 65 4.2 Các khối cơng suất máy phát điện gió làm việc với biến tần 66 4.2.1 Khối turbin gió 66 4.2.2 Khối máy phát 66 4.2.3 Khối chỉnh lưu 67 HVTH: Đặng Văn Hồng iii Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió 4.2.4 Khối nghịch lưu 67 PHẦN MỞ ĐẦU GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc 4.3 Các khối điều khiển 68 4.3.1 Khối điều khiển chỉnh lưu 68 4.3.2 Khối điều khiển nghịch lưu 68 4.4 Kết mơ 69 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG CỦA ĐẾ TÀI I Kết luận 72 II Hướng phát triển đề tài 72 Tài liệu tham khảo 73 Cùng với phát triển ngành cơng nghiệp, lượng yếu tố quan trọng tác động đến phát triển chung xã hội Con người biết đến dầu mỏ ngàn năm, dầu mỏ sử dụng nhiều kỷ XIX Từ đến gần 200 năm người dùng phần lớn lượng hóa thạch dầu mỏ than tích tụ chục triệu năm có Để giảm bớt tình trạng phụ thuộc vào lượng hóa thạch, người tiến hành khai thác thêm nguồn lượng như: lượng hạt nhân nguồn lượng tái tạo Hiện nước phát triển Châu Âu, Châu Mỹ quan tâm nghiên cứu nguồn lượng tái tạo gió, mặt trời v.v… nguồn lượng gần khơng gây nhiễm đến mơi trường có trữ lượng vơ hạn Đây vấn đề để giải nguồn lượng cạn kiệt tương lai Tuy nhiên nguồn lượng tái tạo thường khơng tập trung, phụ thuộc nhiều vào kỹ thuật Do giá thành sản xuất 1KW cao Theo xu hướng phát triển giới, ngành kỹ thuật cao phát triển ứng dụng ngày nhiều giá thành để sản xuất 1KW giảm đến lúc giá thành để sản xuất lượng tái tạo giảm ngang với lượng hóa thạch có xu hướng thấp trong tương lai Ngày tính với tính kỹ thuật cao kết hợp với cơng nghệ kỹ thuật đại, người chế tạo biến tần Bộ biến tần thực biến đổi tần số, điện áp đầu vào để ổn định tần số, điện áp đầu với u cầu người sử dụng Với tính này, từ trước tới biến tần thường sử dụng nhiều điều khiển động cơ, tốc độ động thay đổi tuyến tính đáp ứng dây chuyền sản xuất Ngồi tính luận văn biến tần sử dụng Máy phát điện gió.Vì máy phát điện gió phụ thuộc vào vận tốc gió, mà tốc độ gió ln ln thay đổi làm cho tần số điện áp biến động thường xun theo tốc HVTH: Đặng Văn Hồng iv HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 1 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc độ gió Do hạn chế mặt thời gian nên luận văn tập trung vào việc Chương nghiên cứu ổn định điện áp tần số đầu máy phát điện gió có cơng suất nhỏ GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG BIẾN TẦN gắn trực tiếp biến tần vào máy phát điện gió TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ I Tổng quan Đặt vấn đề Cơng suất phát điện gió nguồn lượng hấp dẫn nhất, khơng gây nhiễm Nhiều quốc gia có mức độ gió cao, quốc gia sử dụng rộng rãi hệ thống máy phát điện turbin gió Ngày có nhiều turbin gió sản xuất giới với nhiều loại máy phát khác sử dụng biến đổi điện tử cơng suất Hầu hết máy phát điện turbin gió có đặc điểm chung ổn định tốc độ máy phát, Các loại máy phát điện bao gồm máy phát điện cảm ứng roto lồng sóc, máy phát điện cảm ứng cung cấp nguồn đơi (DFIG) kỹ thuật điều khiển trực tiếp dùng máy phát đồng sử dụng nam châm vĩnh cữu (PMSG) Điều quan trọng loại bỏ hộp số sử dụng máy phát đồng nam châm vĩnh cữu đa cực Lợi ích việc loại bỏ hộp số tiết kiệm mặt kinh tế khơng cần dầu bơi trơn hộp số, bảo dưỡng lắp đặt dễ dàng Thêm vào cấu trúc điều khiển trực tiếp vận hành với lượng cơng suất phản kháng chất lượng điện hòa vào lưới điện nâng cao nhà máy phát điện khác Ngày với kỹ thuật ứng dụng biến tần cơng nghiệp turbin gió giảm chi phí lắp đặt vận hành an tồn Ngun tắc chung việc sử dụng biến tần tăng giá trị cơng suất phát turbin gió Vì thế, việc thiết kế nâng cao cơng suất phát lớn turbin gió thường dẫn đến nâng cao giá trị điện áp DC Các giá trị cung cấp điện áp tụ điện thiết bị cơng suất, Ngồi cấu trúc điều khiển trực tiếp chuyển đổi cơng suất hồn tồn Ngay cơng suất phát cao chất bán dẫn sử dụng nạp điện vào bình acquy, Các linh kiện điện tử có đặc tính khả dẫn điện cao tổn thất cơng suất nhỏ Vì với kỹ thuật tích hợp biến tần đa bậc cho turbin gió làm giảm sóng hài ngõ ra, bảo tồn biên độ HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 2 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 3 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc ngỏ dv/dt cải thiện tất đặc tính điện từ trường Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc II Mơ hình turbin gió Trong đề tài ứng dụng biến tần hai bậc để ổn định tần số điện áp ngõ máy phát điện gió Mật độ phân bố gió Gió di chuyển khối khơng khí khí quyển, chủ yếu bắt nguồn khác nhiệt độ vùng trái đất Mục tiêu nhiệm vụ đề tài Mục tiêu đề tài nghiên cứu nghịch lưu áp pha hai bậc ứng dụng vào máy phát phát điện gió sử dụng máy phát điện chiều Hàm mật độ xác suất thong thường để mơ tả tốc độ gió hàm phân bố Weibull, biểu diễn cơng thức: Các nhiệm vụ chính: P (Vm ) - Khảo sát đặc tính cơng suất turbin gió - Khảo sát máy phát điện nam châm vĩnh cửu - Khảo sát dạng nghịch lưu áp pha hai bậc - Mơ máy phát điện gió sử dụng nghịch lưu áp pha hai bậc k Vm C C k 1 e (Vm / C ) k (1.1) Trong k C hệ số hình dạng hệ số tỷ lệ tương ứng Hệ số điều chỉnh để phù hợp với liệu gió vị trí thích hợp Hàm xác suất phân bố Weibull cho thấy tốc độ gió trung bình khí xảy Matlab mức gió thường xun Xác suất phân bố lớn xảy tương ứng với - Đánh giá kết mơ vận tốc gió 5,5m/s tốc độ gió trung bình 7m/s - Kết luận Tốc độ gió trung bình hàm theo chiều cao Mơ hình tốn Phương pháp nghiên cứu - Khảo sát, phân tích tổng hợp - Mơ máy tính - đưa luật Prandtl logagrithmic, mơ tả phương trình: Vm ( z ) ln( z / z ) Vm ( z ref ) ln( z ref / z ) (1.2) Trong z chiều cao mặt đất zref chiều cao tham khảo ( thường Đánh giá kết dưa mơ 10m) z0 chiều cao bề mặt địa hình, giá trị tiêu biểu thơng số Ứng dụng đề tài - Máy phát điện gió dược ứng dụng cung cấp điện cho gia, hệ thống theo địa hình liêt kê bảng 2.1 Mơt cơng thức thực nghiệm khác mơ tả ảnh hưởng tốc độ gió đến địa hình tn thủ theo hàm mũ sau: điện khu vực, lớn hòa vào lưới điện quốc gia - Ứng dụng quan trọng máy phát điện gió điện cung cấp điện cho vùng hải đảo, vùng xa mà lưới điện quốc khơng thể cung cấp Điểm luận văn z Vm ( z ) Vm ( z ref ) z ref (1.3) Trong đó, thơng số phụ thuộc vào bề mặt địa hình giá trị tương ứng Sử dụng nghịch lưu áp để ổn định tần số điện ngõ máy phát điện loại đại hình khác thể cột cuối bảng 2.1 gió, thay sử dụng hộp số thay đổi góc pitch để ổn định Sử dụng phương pháp nâng cao cơng suất phát that dễ dàng HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 4 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 5 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Bảng 2.1 Giá trị điển hình chiều cao z0 thành phần theo loại địa hình Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc tuabin khác động tích trữ gió phía trước cánh quạt có vận tốc động gió đằng sau cánh quạt có vận tốc d Z0(mm) 0,2 đến 0,3 0,1 Vùng cỏ thấp đến 10 0,13 Vùng cỏ cao 40 đến 100 0,19 Vùng ngoại 1000 đến 2000 0,32 Loại bề mặt Bãi cát PR A. c p [ w] (1.7) Trong - A: Diện tích cánh quạt gió (m2) - Cp gọi hiệu suất cánh quạt tuabin (hay gọi ngắn gọn hiệu suất rotor), tính: Sự tin cậy cơng thức Weibull phụ thuộc vào ước lượng xác thong C P ( , ) C1 ( số k C Để tính tốn xác k C, liệu gió phải thu thập tương đối đầy đủ Trong nhiều trường hợp thơng tin khơng có sẵn Dưới tình K C 2V / với V vận tốc gió trung bình, vào (2.1) ta hàm mật độ xác suất gọi Rayleigh Và (1.4) C5 C6 (1.8) R v 0.08 (1.9) 0.035 1 (1.10) : Vận tốc rotor (v/p) Thể mật độ xác suất tốc độ gió phân bố Rayleigh, tương ứng tốc độ R: Bán kính cánh quạt (m) V: Vận tốc gió (m/s) : Góc quay cánh (độ) Năng lượng gió Động gió đơn vị thể tích Ek = (1/2)..v , (kg/m ) mật độ khơng khí Cơng suất gió xun qua khu vực diện tích A với tốc độ gió Hệ số cơng suất cực đại C p max 16 59,3% 27 Giá trị lý thuyết Cmax tuabin khơng thể lấy nhiều 59,3% trung bình V là: A.v lượng từ gió, biết đến giới hạn Betz (Albert Betz ’s Law) (1.5) Đường cơng suất hiệu rotor cho hình 2.5 Năng lượng gió tính khoảng thời gian Tp thường năm: Tp W Mà Các giá trị hệ số C1 đến C6 là: C1 = 0.5176, C2 = 116, C3 = 0.4, C4 = i gió trung bình bình 5,4m/s 8,2m/s Pv i C C )e 5, C5 = 21, C6 = 0.0068 vậy, trường hợp đơn giản hóa mơ hình Weibull đưa ra, xấp xỉ V 2 2V P (Vm ) m2 exp m 4 V V C2 A v dt o Một thuận lợi cơng thức (2.9) giới hạn cơng suất nhận từ gió Tuy nhiên, cơng thức chưa nêu mối quan hệ hiệu suất (1.6) rotor với cấu trúc hình học loại tuabin gió cụ thể, mối quan hệ hiệu suất rotor với tốc độ quay máy phát Sự chuyển đổi lượng gió Năng lượng thực tế (hay cơng suất cơ) lấy từ gió Pr cánh quạt HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 6 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 7 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Ưu điểm phương pháp dễ điều khiển cần sử dụng động điều khiển cánh quạt tốc độ gió thay đổi Nhược điểm phương pháp cấu khiều khiển làm việc liện tục, dẫn đến tổn hao lượng lớn, thiết bị mau hỏng, … Thứ hai, tốc độ gió thay đổi tốc độ turbin thay đổi, nhờ phận hộp số mà tốc độ Máy phát tăng giảm cho gần với tốc độ đồng Nếu chế tạo hộp số mà đáp ứng hầu hết thay đổi tốc độ gió phức tạp, khó có khả thực được, ngược lại hộp số đơn giản tốc độ turbin thay đổi dạng bậc thang, Vì phải kết hợp Hộp số với phương pháp thứ Ngày với tính kỹ thuật cao với cơng nghệ kỹ thuật đại, Hình 1.1 Đường cong hiệu suất rotor người chế tạo biến tần Bộ biến tần thực biến đổi tần số, điện áp đầu Ta rút nhận xét, rotor quay q chậm gió dễ dàng xun vào để tần số, điện áp đầu với u cầu người sử dụng Với tính qua mà khơng tác động nhiều lên cánh quạt Ngược lại, rotor quay q nhanh này, từ trước tới biến tần thường sử dụng nhiều điều khiển cánh quạt giống tường chắn vận tốc gió phía sau cánh quạt động cơ, tốc độ động thay đổi tuyến tính đáp ứng dây chuyền sản gần khơng, hệ hiệu suất gần khơng Như vậy, với vận tốc xuất Ngồi tính biến tần sử dụng Máy phát điện gió gió cho trước hiệu suất rotor phụ thuộc vào tốc độ máy phát Máy phát điện gắn trực tiếp với động gió cho tần số điện áp biến động Momen turbin gió tính theo cơng thức sau: Tm Pr A .c p (N/m) thường xun theo tốc độ gió, Bộ biến tần cung cấp đầu nguồn điện có tần số ổn định đồng điện áp ổn định trị số định mức (1.11) III Giới thiệu máy phát điện gió làm việc với biến tần Nhược điểm máy phát điện sử dụng lượng gió tốc độ gió thay đổi tốc độ turbin thay đổi, tần số đầu máy phát thay đổi Có nhiều cách để ổn định tốc độ quay turbin như: Thứ thay đổi bề mặt hứng gió cánh quạt, phương pháp đặt cho trục turbin gió với giới hạn tốc độ cho phép, tốc độ gió lớn tốc độ gió qui định, trục turbin gió quay nhanh hơn, cảm biến nhận tín hiệu, chuyển đến phận điều khiển, phận điều khiển so sánh với tốc độ quay qui định Cơ cấu chấp hành xoay cánh quạt để thay đổi bề mặt hứng gió Bằng cách này, tốc độ turbin thay đổi kịp thời, để ổn định tần số máy phát Hình 1.2 Sơ đồ kết nối máy phát điện gió với lưới điện HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 8 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 9 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Hầu hết máy phát điện turbin gió có đặc điểm chung ổn định tốc độ Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió hiệu suất rotor), tính: máy phát, Các loại máy phát điện bao gồm máy phát điện cảm ứng roto lồng sóc, C P ( , ) C1 ( máy phát điện cảm ứng cung cấp nguồn đơi (DFIG) kỹ thuật điều khiển trực tiếp dùng máy phát đồng sử dụng nam châm vĩnh cữu (PMSG) Điều quan trọng loại bỏ hộp số sử dụng máy phát đồng nam châm vĩnh cữu đa cực Lợi ích việc loại bỏ hộp số tiết kiệm mặt kinh tế khơng cần dầu điện hòa vào lưới điện nâng cao nhà máy phát điện khác Ngày với kỹ thuật ứng dụng biến tần cơng nghiệp turbin gió giảm chi phí lắp đặt vận hành an tồn Ngun tắc chung việc sử dụng biến tần tăng giá trị cơng suất phát turbin gió Vì thế, việc thiết kế nâng cao cơng suất phát lớn turbin gió thường dẫn đến nâng cao giá trị điện áp DC Các giá trị cung cấp điện áp tụ điện thiết bị C2 i C C )e C5 C6 (4.2) Mà Các giá trị hệ số C1 đến C6 là: C1 = 0.5176, C2 = 116, C3 = 0.4, C4 = 5, C5 = 21, C6 = 0.0068 Và bơi trơn hộp số, bảo dưỡng lắp đặt dễ dàng Thêm vào cấu trúc điều khiển trực tiếp vận hành với lượng cơng suất phản kháng chất lượng GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc i R v 0.08 (4.3) 0.035 1 (4.4) : Vận tốc rotor (v/p) R: Bán kính cánh quạt (m) V: Vận tốc gió (m/s) : Góc quay cánh (độ) Hệ số cơng suất cực đại C p max cơng suất, Ngồi cấu trúc điều khiển trực tiếp chuyển đổi cơng suất hồn tồn 16 59,3% 27 Ngay cơng suất phát cao chất bán dẫn sử dụng nạp điện vào bình acquy, Các linh kiện điện tử có đặc tính khả dẫn điện cao tổn thất cơng suất nhỏ Vì với kỹ thuật tích hợp biến tần đa bậc cho turbin gió làm giảm sóng hài ngõ ra, bảo tồn biên độ ngỏ dv/dt cải thiện tất đặc tính điện từ trường II Momen ngõ turbin gió Năng lượng thực tế (hay cơng suất cơ) lấy từ gió Pr cánh quạt tuabin khác động tích trữ gió phía trước cánh quạt có vận tốc động gió đằng sau cánh quạt có vận tốc PR A. c p [ w] (4.1) Trong - A: Diện tích cánh quạt gió (m2) - Cp gọi hiệu suất cánh quạt tuabin (hay gọi ngắn gọn HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 46 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 47 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc 3.2 Ngun lý làm việc máy phát điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu làm việc với biến tần Sơ đồ mạch hình vẽ đưa khâu quan sát dòng điện deadbeat trùng với điểm góc tọa độ cho máy phát điện Bằng cách sử dụng bù tụ mơ hình chuyển đổi PWM Thiết kế vòng lặp khóa pha sử dụng ba cảm biến cho việc xác định điện áp chiều DC chiều dòng điện ngõ vào Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió cho chỉnh lưu để điều chế độ rộng xung Với cách điều khiển giảm GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc vùng chuyển đổi PWM ước lượng điện áp ngõ máy phát điện ổn định điện áp tốc độ máy phát thay đổi tải Hơn mơ hình hệ III Máy phát điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu thống khơng cần cảm biến vị trí Một phần mơ hình sử dụng để 3.1 Mơ hình máy phát máy phát điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu làm việc với biến tần Máy phát điện nam châm ivc vĩnh cửu vv Turbin gió PM vu PMSG iuc Lc phân tích cho máy phát dùng trục toa độ rotor từ thơng với trục q góc điện áp stator vs máy phát điện Hướng vector điện áp stator vqs ln ln trùng Bộ Nghịch lưu C iwc vw với trục xoay q Một thuận lợi đơn giản việc điều khiển phân tích hệ thống máy phát Để xác định điện áp trục q cách đo trực tiếp điện áp stator vds Khi điện áp điểm điện áp dây vvw dung làm tham chiếu cho thiết kế vòng lặp khóa pha để xác định góc pha điện áp stator Tải ba pha AC 3 dq ic Để phát điện áp u, tần số 50Hz, với máy phát có p đơi cực tốc độ e Vdc Bộ tụ bù ngang i*qc Zero cross detection * idc 3.3 Điện áp ngõ máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu Bộ điều khiển Phase locked loop DC regulator + V*dc Hình 4.2 Mơ hình máy phát máy phát điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu làm việc với biến tần HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 48 góc máy phát mf n 60 f rad / s 9.55 px9.55 Vì máy phát điện nam châm vĩnh cửu nối turbin gió nên để thay đổi tốc độ máy phát để điện áp phù hợp hộp số có tỉ số truyền Tỉ số truyền =Tốc độ máy phát/ tốc độ turbin K mf tb (4.5) Momen máy phát lúc M mf HVTH: Đặng Văn Hồng Tm K (4.6) Trang 49 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Tần số máy phát f px Dòng điện phản kháng stator máy phát điện khơng tải phụ (4.7) thuộc vào tốc độ cho cơng thức ids = Cvqs Điện áp ngỏ máy phát Usd = Usd = K. 4J (4.8) rad/s 4.1.2 Dòng điện điều khiển điện áp ngõ máy phát Dòng điện phản kháng stator máy phát ids xác định tổng Mơ hình máy phát điện gió sử dụng vector stator tham chiếu thể (r -) + is = iqs + jids d + il = iql + jidl jCvqs Bộ tụ bù - d jids vs = vqs + jvds Bộ chuyển đổi PWM Lm dòng điện tụ, dòng điện phản kháng tải ba pha idl, Dòng điện phản kháng bơ chuyển đổi idc xác định cơng thức rr ids Cvqs idl idc iqs = -iqf (4.13) Trong dòng điện thực tế iqs máy phát điện tổng dòng điện thực rr tải ba pha iql với dòng điện thực biến đổi idc viết cơng thức: iqs iql iqc jidc (4.14) 4.1.3 Dòng điều khiển dòng chỉnh lưu Tải ba pha Bộ chuyển đổi nguồn điện áp ba pha sử dụng linh kiện điển tử cơng suất Hình 4.3 Sơ đồ thay chỉnh lưu IGBT Điện áp cân AC trước tụ lọc chuyển đổi sang tọa độ dung để Ở trạng thái xác lập vds = 0, qs = qr = 0, idr = 0, iqs = - iqr ds = Lmim = Lmids Hơn hướng điện áp stator vqs độc lập với dòng điện ids, ta có cơng thức làm tham chiếu, = ta có d v s Rc Lc ic v c dt (4.15) Vị trí vector từ thơng viết v qs d Lm ids Lm iqs e Trong ( = r – iqs/(rids) tốc độ từ trường r (r = Lm/rr) số thời gian r dr rotor HVTH: Đặng Văn Hồng (4.12) H giá trị Cmin = 50F 4.1 Bộ chỉnh lưu ic =iqc + jidc Lm độ n = 1800 vòng/phút, ước lượng giá trị hỗ cảm Lm = 53.365/(120) (4.10) IV Hoạt động biến tần với máy phát điện gió hình vẽ C Từ cơng thức giá trị điện dung nhỏ tụ Cmin xác định tốc (4.9) Usd = Usd = K. (V) (4.11) Bắng cách thay từ cơng thức vào ta Chọn K hệ số máy phát , từ thơng máy phát, máy phát có p cực nên M mf GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc 4.1.1 Bộ tụ bù 2 tt Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió Trang 50 HVTH: Đặng Văn Hồng r dt (4.16) Trang 51 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Mơ hình tính tốn góc từ thơng Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Điện áp trục q v qs ( s ) ids* Lm 1 rs (4.17) Trong Rc Lc điện trở điện cảm tụ lọc AC chuyển đổi PWM, vs vector điện áp ngõ máy phát, ic vector dòng điện chỉnh lưu PWM, vc vector điện áp ngõ chuyển đổi PWM Trong suốt thời gian lấy mẫu Ts, vs vc coi khơng biến đổi ta có cơng thức ic (k 1) p e ic (k ) Hình 4.4 Mơ hình tính tốn góc từ thơng qe v s (k ) vc (k ) Rc (4.18) Để đưa cách điểu khiển deadbeat dễ dàng Ta cần có thuật tốn khiển đồng tọa độ dq Điều quan ước lượng biến điều khiển khoảng giá trị lấy mẫu ban đầu vector khơng gian dòng điện ic(k+1) chỉnh lưu PWM để điều khiển chình xác hơn, khỏi thời gian tính tốn DSP Giá trị dự đốn ban đầu ic(k+1) sử dụng hệ tọa độ từ thơng dq sau: ic (k 1) p e ic (k ) qe v s (k ) vc (k ) e j Rc (4.19) Trong p e e RcTs / Lc , q e p e , Ts (4.20) Điện áp ngõ chỉnh lưu PWM tính thời điểm (k+1) sau: vc* (k 1) v s (k ) R c j * e ic p e ic (k 1) qe (4.21) Điện áp stator vs máy phát điện (vs = vqs+jvds vds = 0), ược lượng cách sử dụng khâu tích phân Bởi vs tường đương với nhiễu hệ thống điều khiển dòng điện chỉnh lưu PWM Do vector khơng gian điện áp vs máy phát dược xác định cơng thức sau: vs ( z) K i Hình 4.5 Sơ đồ điều khiển ổn định điện áp AC DC máy phát điện gió HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 52 z {ic ( z ) ic ( z )} z 1 (4.22) Trong hệ số hồi tiếp tích phân Ki đặt 1.25 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 53 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió V0 min(vt1 , vt , vt ) 4.2 Bộ nghịch lưu 4.2.1 Biên độ điện áp hài cực đại U t1(1) m V d Chọn điện áp common mode V0 =150v (4.23) Ở chế độ q điều chế biên độ hài điện áp tăng khơng tuyến tính theo biến ma số điều chế Với ma nghịch lưu ba pha hai bậc: V(1) m Vd (4.24) Các thành phần sóng hài bậc cao giảm đến cực tiểu, giá trị điện áp tải cực đại chế độ q điều chế tính cho m a gần Suy ra: U (1) m ma vi0 v ti V0 (4.30) V10 220 cos(100t ) V0 (V) V20 220 cos(100t 120) V0 (V) V30 220 cos(100t 240) V0 (V) Biểu thức điện áp điều khiển: vdki vi0 Vd (4.30) v dk 220 cos(100t ) V0 Vd (V) v dk 220 cos(100t 120) V0 Vd (V) v dk 220 cos(100t 240) V0 Vd (V) (4.25) Vd Kỹ thuật điều rộng xung (PWM), sử dụng sóng mang tam giác tần số 5khz, biên độ sóng mang phạm vi (0,1) Khảo sát q trình q độ để xác lập dòng điện pha trường hợp sau: 4.2.4 Tần số ngõ nghịch lưu 4.2.3 Điện áp ngõ nghịch lưu Hệ số điều chế tỷ số mf tỷ số tần số sóng mang tần số tín hiệu điều Bằng kỹ thuật sin có biên độ hài áp pha 220V, tần số 50Hz khiển: Biểu thức điện áp tải pha vt1 220 cos t (100t ) vt 220 cos t (100t 120 ) (V) mf (4.26) vt 220 cos t (100t 240 ) Chọn t = ta có vt1 220 vt 220 cos t (120 ) 110 (V) (4.27) mf - hệ số điều chế tỷ số ftri - tần số sóng mang, tần số PWM fc - số tín hiệu điều khiển (4.31) trị khơng ngun dạng sóng đầu có thành phần điều hòa phụ Xác định điện áp common mode V0: (subharmonic) Nếu mf khơng phải số lẻ, dạng sóng đầu tồn V0 V0 V0 max , với : HVTH: Đặng Văn Hồng f tri fc Giá trị mf chọn có giá trị dương lẻ Nếu mf giá vt 220 cos t (240 ) 110 V0 max Vd max(vt1 , vt , vt ) (V) (4.29) Biểu thức áp nghịch lưu: 4.2.2 Điện áp pha tải cực đại chế độ q điều chế ma (V) GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc thành phần chiều hài bậc chẵn Giá trị mf nên bội số đối (4.28) nghịch lưu áp ba pha điện áp dây đầu triệt tiêu hài bậc chẵn hài Trang 54 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 55 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió bội số ba GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Chương Như vậy, điện áp chiều đầu vào khơng đổi, để điều chỉnh biên độ tần số điện áp đầu ta việc điều chỉnh biên độ tần số tín hiệu sin chuẩn MƠ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ NAM CHÂM VĨNH CỬU LÀM VIỆC VỚI BIẾN TẦN vc Đặc trưng phương pháp thành phần sóng điều hòa điện áp Muốn giảm sóng điều hòa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang hay tần số PWM Tuy nhiên tăng tần số PWM tổn hao chuyển mạch lại tăng lên I Xác định momen turbin Cho biết cánh quạt có bán kính R= 3m, hệ số = 8, vận tốc gió v = 5m/s Vận tốc gốc cánh quạt rotor .v R 8.5 40 13.3 3 (rad/s) Hiệu suất cánh quạt turbin C C Cp C1 C C e i C i (1) Trong C1 = 0.5176, C2 = 116, C3 = 0.4, C4 = 5, C5 = 21, C6 = 0.0068 i 0.08 0.035 1 Với = 8, Góc pitch = Suy i 0.035 0.125 0.035 0.09 Thế vào (1) 21 116 C p 0.05176 0.4 x0 e 0.09 0.0068 x8 0.09 C p 0.4798 Cơng suất turbin gió Pr A.v C p Trong A = .R2 = 3.14 x =28,6: Diện tích cánh quạt gió HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 56 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 57 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc = 1.125 mật độ khơng khí Pr Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Tần số máy phát x1.25 x 28.6 x5 x0.4798 1060.28W f px Momen turbin gió tính 2 78.5 x 50 Hz x3.14 Điện áp ngỏ máy phát Pr 1060.28 Tm 80.4 N / m 40 Usd = Usd = K. Chọn K = 6,5, = 0.192, máy phát có cực nên II Xác định điện áp tần số ngõ máy phát điện nam châm vĩnh tt cửu M mf 4J 13.4 300 rad/s x0.011 Usd = Usd = K. = 6,5 x 0.192 x 300 = 380V - Giả sử máy phát điện nam châm vĩnh cửu có giá tri sau: Phương trình máy điện chuyển sang thành phần vectơ trục Rs = 0.05 () tọa độ : Ld = 0.000635 (H) Lq = 0.000635 (H) = 0.192 Wb J = 0.011(kg.m2) Số đơi cực p = Để phát điện áp 380V, tần số 50Hz, với máy phát có đơi cực tốc độ góc máy phát mf Hay : 60 f 60.50 n 78.5rad / s 9.55 px9.55 x9.55 Vì máy phát điện nam châm vĩnh cửu nối turbin gió nên để thay đổi tốc độ máy phát để điện áp phù hợp hộp số có tỉ số truyền Tỉ số truyền =Tốc độ máy phát/ tốc độ turbin K mf 78.5 5.9 tb 13.3 Momen máy phát lúc M mf HVTH: Đặng Văn Hồng Tsd Trong : Tsq Tm 80.4 13.6 N / m K Trang 58 Lsq Rs HVTH: Đặng Văn Hồng Lsd Rs : số thời gian trục d : số thời gian trục q Trang 59 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió Thay thành phần is s ta : Bảng kết Các số Thay (3.3.2)và (3.3.3) vào (3.3.6) Kết a2 a3 1 1574.8 Ld 0.000635 Ld 0.000635 1 Lq 0.000635 R 0.05 s 78.74 Tsq Lq 0.000635 a4 Để đơn giản mô hình ta đặt: Tsd ; as a4 Lsd Lsq ; a5 ; ; a7 p a10 Lsq Lsd Lsq J Lsq Lq Ld 0.000635 1 0.000635 ; a3 Lsd a5 Tsq ; a6 Lsq a6 a8 Pc 1 1574.8 Lq 0.000635 ; a9 J a7 a11 Pc J ; a12 Pc 0.192 320.36 Lq 0.000635 a8 3 P 24 2 a9 0.192 11.45 J 0.011 Lsd p Từ hệ phương trình trở thành: a10 HVTH: Đặng Văn Hồng R 0.05 s 78.74 Tsd Ld 0.000635 a1 Vậy (3.2.7) có dạng : a1 GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Trang 60 Ld Lq J 0.000635 0.000635 0 0.011 a11 P 363.63 J 0.011 a12 3 P 46 2 a13 0.192 a14 = Ld – Lq = 0.000635 -0.000653 = HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 61 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió Từ hệ phương trình trở thành: U (1) m ma di sd 78.74i sd i sq 1574.8U sd dt di sq i sd 78.74i sq 1574.8U sq 320.36 dt M e x0.192i sq Kỹ thuật điều rộng xung (PWM), sử dụng sóng mang tam giác tần số 5khz, điện pha trường hợp sau: 3.4 Điện áp ngõ nghịch lưu Với Biên độ hài áp pha 220V, tần số 50Hz Như tốc độ gió thay đổi momen turbin gió thay đổi dẫn đến momen điện từ máy phát thay đổi kéo theo tốc độ quay máy phát thay đổi tần số điện áp máy phát thay đổi Ngõ vào chỉnh lưu cầu pha IGBT lý tưởng Nguồn ac 3f máy phát điện nam châm vĩnh cửu Tụ lọc dc chọn lớn làm điện áp DC phẳng Bộ nghịch lưu pha sử dụng linh kiện IGBT lý tưởng Điện áp ngõ Ud = 380V, tần số 50Hz 3.1 Xác định điện áp DC tụ lọc: Biểu thức điện áp tải pha vt1 220 cos t (100t ) vt 220 cos t (100t 120 ) Chọn t = ta có vt1 220 vt 220 cos t (120 ) 110 Xác định điện áp common mode V0: V0min V0 V0max , với : 3.380 413V 3.14 V0 max Vd max(vt1 , vt , vt ) 413 220 193 V0 min(vt1 , vt , vt ) 110 Vd 413 352V 3 (V) Biểu thức áp nghịch lưu: Ở chế độ q điều chế biên độ hài điện áp tăng khơng tuyến tính theo biến ma số điều chế Với ma nghịch lưu ba pha hai bậc: V(1) m 532 0.135 3.14 413 Vd Các thành phần sóng hài bậc cao giảm đến cực tiểu, giá trị điện áp vi0 v ti V0 V10 220 cos(100t ) V0 (V) V20 220 cos(100t 120) V0 (V) V30 220 cos(100t 240) V0 (V) Biểu thức điện áp điều khiển: v dki tải cực đại chế độ q điều chế tính cho m a gần Suy ra: HVTH: Đặng Văn Hồng (V) Chọn điện áp common mode V0 =150v 3.3 Điện áp pha tải cực đại chế độ q điều chế ma (V) vt 220 cos t (240 ) 110 3.2 Biên độ điện áp hài cực đại U t1(1) m (V) vt 220 cos t (100t 240 ) III Tính tốn thơng số biến tần 3U LL Vd biên độ sóng mang phạm vi (0,1) Khảo sát q trình q độ để xác lập dòng d 24 x11.45i sq 363.63M t dt Vd GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Trang 62 vi0 Vd HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 63 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió v dk1 220 cos(100t ) V0 Vd (V) v dk 220 cos(100t 120) V0 Vd (V) v dk 220 cos(100t 240) V0 Vd (V) GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc IV Mơ hình hóa kết mơ máy phát điện gió làm việc với biến tần Matlab/Simulink 4.1 Mơ hình tổng qt Discrete , s = 5e-005 powergui Vdkj Dang song ap dieu khien Usc Vg 380 Wind (m/s) Momen -K - Md [Vsi] Usb Display [Vdc ] [Vdc ] Vb ti so truyen Hieu suat Gocpitch Usa Goc pitch Vdc Va Winturbin [Iabc ] Mo hinh may phat Vc Dang song khơng tai Uc Uc1 + Ub Ub1 + [Vdk] i - + i - + - v tu dien - C +Vdc Dang song Nguon 3pha Song mang1 Vd chinhluu A B C Ua1 dien áp ngo + B i - ib Ua g A ia [Vsi] Vd -Vdc 500 ic Mo hinh bơ nghich luu Song mang va ap dieu khien Vdkj [Vsi] Vabc Vabc* Vabc [Iabc ] Iabc Iabc* Iabc Vdc Vdc * Vdc PQ Ust 1/z In Vdk [Vdk] Bo dk mot chieu [Vdc ] Measurements & Signals Chinh dong va ap Bo loc Hình 5.1 Mơ hình máy phát điện gió làm việc với biến tần Matlab/Simulink HVTH: Đặng Văn Hồng HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 64 Trang 65 KVA Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió 4.2 Các khối cơng suất máy phát điện gió làm việc với biến tần GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc 4.2.3 Khối chỉnh lưu 4.2.1 Khối turbin gió Display Switch [Vdk] >= 0.5 Ti so AND pu GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc wt Sin_Cos PLL sin_cos IdIq IdIq wt Vabc (t) Vd Vabc VdVq Iabc -K - Vd Iabc VdVq m_Phi ->Vabc(t) Vdc A->pu Ust IdIq _Ref Measuremnt Unit Current Regulators Vdc Vdc Id _Ref Vdc _Ref Vdc_Ref DC Voltage Regulator Hình 5.6 Khối điều khiển chỉnh lưu 4.3.2 Khối điều khiển nghịch lưu Hình 5.9 Đồ thị momen ngõ turbin gió - Chọn tỉ số truyền hộp số ½, hiệu suất máy phát 85% Ta có Vta f(u) t dạng sóng điện áp Scope f(u) f Vtj Vtb f(u) Vbase Vtc Hình 5.7 Khối tạo tín hiệu sóng hình sin S1 S2 S3 Goto Goto Goto Uc S1 >= S2 S3 vdkj >= S4 S1-S6 S5 >= S6 Hình 5.8 Khối tạo tín hiệu điều khiển HVTH: Đặng Văn Hồng Hình 5.10 Đồ thị điện áp ngõ máy phát Trang 68 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 69 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc - Điện áp qua chỉnh lưu Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc - Dạng sóng điện áp ngõ khơng tải Hình 5.11 Đồ thị điện áp chiều - Các thơng số nghịch lưu Hình 5.13 Đồ thị điện áp ngõ nghịch lưu Tần số sóng điều khiển 50 Hz Chỉ số biên độ điều chế 0,81 Kết luận: Sóng mang tam giác dạng PD - Khi tốc độ gió đạt 5m/s điện áp ngõ chưa qua biến tần có biên Tần số sóng mang 5KHz độ 325V, f = 51,85Hz - Dạng sóng mang điều khiển pha a - Khi qua biến tần điện áp 380V, f = 50Hz Hình 5.12 Đồ thị điện áp điều khiển sóng mang HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 70 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 71 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió Chương GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc TÀI LIỆU THAM KHẢO KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Wind Energy Systems Electronic Edition By Gary L Johnson I Kết luận Luận văn thực số nội dung sau: Advanced Control of a PWM Converter with aVariable-Speed Induction - Xây dựng mơ hình turbin gió, máy điện nam châm vĩnh cửu Generator Tarek Ahmed†, Katsumi Nishida**, Mutsuo Nakaoka* and Toshihiko Tanaka nghịch lưu áp ba pha hai bậc - Tìm hiểu ngun lý q trình chuyển đổi lượng gió sang lượng điện - Giải việc ổn định điện áp tần số đầu cho máy phát điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu Có nghĩa điện áp chiều đầu vào khơng đổi, để điều chỉnh biên độ tần số điện áp đầu ta việc điều chỉnh biên độ tần số tín hiệu sin chuẩn vc Qua khảo sát lý thuyết mơ minh họa, kết có ta thấy - Để ổn định điện áp đầu máy phát điện gió, ta cần thay đổi hệ số máy biến áp - Vấn đề ổn định tần số cần phải qua chỉnh lưu, nghịch lưu theo tần số chuẩn tín hiệu chuẩn vc - Tuy nhiên kết mơ mang tính chất định tính chưa xác định giới hạn thay đổi thơng số dựa sở tốn học Design and control of a multilevel inverter For electric vehicles Arthur W Matteson Modeling and control of a synchronous Generator with electronic load Ivan Jadric Modeling of wind turbines for power system studies Tomas Petru Computer Simulation of Wind Power Systems Power Electronics and Transient Stability Analysis R Melício, V M F Mendes, J P S Catalão Modeling and Simulation of Synchronizing System for Grid-Connected PV/Wind Hybrid Generation M.i.m Ridzuan, m Imran hamid and makbul anwari A PWM scheme for a 3-level inverter cascading two 2-level inverters V T Somasekhark, Gopakumar*,m R Bauu, k K Mohapatra II Hướng phát triển đề tài - Đề tài nghiên cứu việc ổn định điện áp, tần số đầu máy phát chưa nối với tải phụ thuộc vào cơng suất phát, hướng phát triển đề tài nghiên cứu vào q trình nối lưới - Đặc trưng phương pháp nghịch lưu áp thành phần sóng hài điện áp Vì phát triển nghiên cứu nghịch lưu áp bậc cao để giảm sóng hài hòa vào lưới điện tốt and l Umanand Advanced Control of a PWM Converter with a Variable-Speed Induction Generator Tarek Ahmed†, Katsumi Nishida**, Mutsuo Nakaoka* and Toshihiko Tanaka 10 Optimization of a Wind Turbine using Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG) Jan Vergauwe, André Martinez, Alberto Ribas 11 Development of a Wind Turbine Simulator for Wind Generator Testing HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 72 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 73 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng biến tần máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Bunlung Neammanee, Somporn Sirisumrannukul and Somchai Chatratana 12 Simulation of wind power with front-end converter into interconnected grid system Sharad W Mohod1; Mohan V Aware2 13 Giáo trình điện tử cơng suất Nguyễn Văn Nhờ Nhà xuất đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh , 2005 14 Lecture 25, Pulse - width modulation (PWM) technique Prof Ali Keyhani Department of Electrical and Computer Engineering, The Ohio State university 15 Power Electronics and Drivers (Version 2) 2002 Dr Zainal Salam 16 Power Electronics Handbooks Muhammad H.Rashid 17 Model Power Electronics and AC Drivers Bimal K.Bose Pentice Hall, Inc, 2002 Các trang web: http://www.homepower.com http://www.dientuvietnam.net http://www.picvietnam.com http://www.cypress.com http://www.psocdeveloper.com http://www.microchip.com HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 74 [...]...Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Khi gió thổi vào cánh quạt turbin gió biến động năng thành cơ năng, Cơ năng sẽ Chương 2 biến đổi thành điện năng do turbin được nối vào máy phát điện Điện áp ngõ ra của TỔNG QUAN VỀ PHÁT MÁY ĐIỆN máy phát biến thành điện áp... độ Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió hiệu suất rotor), được tính: máy phát, Các loại máy phát điện bao gồm máy phát điện cảm ứng roto lồng sóc, C P ( , ) C1 ( máy phát điện cảm ứng cung cấp nguồn đơi (DFIG) và kỹ thuật điều khiển trực tiếp dùng trong máy phát đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cữu (PMSG) Điều quan trọng nữa là loại bỏ hộp số và sử dụng máy phát đồng bộ... Trang 25 Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Chương 3 Bộ điều khiển PID để điều chỉnh tốc độ được trình bày trên hình 7.3 : CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN I Sơ lược về biến tần 1 Định nghĩa Bộ biến tần là thay đổi tần số nguồn cung cấp dùng mạch điện tử Bộ nghịch... thức 7 vào 6 ta được Chọn K hệ số máy phát , từ thơng máy phát, vì máy phát có p cực nên M mf GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc 4.1.1 Bộ tụ bù 2 tt Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió Trang 50 HVTH: Đặng Văn Hồng r dt (4.16) Trang 51 Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Mơ hình tính tốn góc từ thơng Đề tài: Nghiên. .. Hồng Trang 57 Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc = 1.125 mật độ khơng khí Pr Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Tần số ra của máy phát 1 x1.25 x 28.6 x5 3 x0.4798 1060.28W 2 f px Momen turbin gió được tính là 2 78.5 x 4 50 Hz 2 x3.14 Điện áp ngỏ ra của máy phát Pr 1060.28 Tm ... đổi tần số cần thơng qua một khâu trung gian một chiều vì vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp Chức năng của các khối như sau: HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 26 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 27 Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió a) Chỉnh lưu: Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện. .. PWM và ước lượng được điện áp ngõ ra của máy phát điện bằng bộ ổn định điện áp khi tốc độ máy phát hoặc thay đổi tải Hơn nữa mơ hình của hệ III Máy phát điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu thống này khơng cần cảm biến vị trí cơ Một phần nữa là mơ hình này sử dụng để 3.1 Mơ hình máy phát máy phát điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu làm việc với biến tần Máy phát điện nam châm ivc vĩnh cửu vv Turbin gió. .. Văn Hồng Trang 19 Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió Tsd Trong đó : Tsq Lsd Rs Lsq GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió (2.5.13) : hằng số thời gian trục d (2.5.14) : hằng số thời gian trục q Rs GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc VI XÂY DỰNG BỘ BIẾN ĐỔI (BBĐ) Thay các thành phần của is và s vào (3.2.8) ta được : 6 1 Các... chạy trong cuộn dây ngang trục (2.1) iq: dòng chạy trong cuộn dây ngang trục Phương trình điện áp trong hệ toạ độ pha: (2.2) Trang 12 HVTH: Đặng Văn Hồng Trang 13 Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió d a dt d ub rsib b dt d uc rsic c dt d ud rsid d dt ua rsia GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió. .. Trong đó : Tsq Tm 80.4 13.6 N / m K 5 9 Trang 58 Lsq Rs HVTH: Đặng Văn Hồng Lsd Rs : hằng số thời gian trục d : hằng số thời gian trục q Trang 59 Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió GVHD: TS Nguyễn Bách Phúc Đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió Thay các thành phần của is và s ta được : Bảng kết quả Các chỉ số Thay (3.3.2 )và (3.3.3) vào