Sách lược điều khiển nhằm nâng cao tính bền vững trụ lưới của hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN NGUYỄN THỊ MAI HƢƠNG SÁCH LƢỢC ĐIỀU KHIỂN NHẰM NÂNG CAO TÍNH BỀN VỮNG TRỤ LƢỚI CỦA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH Nguyễn Phùng Quang PGS TS Nguyễn Nhƣ Hiển Thái nguyên năm 2012 ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Nguyễn Thị Mai Hương Nơi công tác: Phòng Quản lý Đào tạo Sau đại học, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên Tên đề tài: Sách lược điều khiển nhằm nâng cao tính bền vững trụ lưới hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy phát không đồng nguồn kép Chuyên ngành: Tự động hóa Mã số: 62526001 Tôi xin cam đoan, luận án riêng Ngoài tài liệu tham khảo trích dẫn, kết trình bày luận án phát triển, chưa công bố tài liệu Thái Nguyên, ngày 25 tháng 09 năm 2012 Người viết Nguyễn Thị Mai Hương iii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn GS TSKH Nguyễn Phùng Quang – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình hướng dẫn khích lệ tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn PGS TS Nguyễn Như Hiển – Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp tận tình hướng dẫn tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin cảm ơn thầy giáo, cô giáo, anh chị Khoa Điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Trung tâm Công nghệ cao- trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thời gian sở vật chất để tác giả thực thành công luận án iv MỤC LỤC Trang phụ bìa i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Danh mục thuật ngữ, ký hiệu từ viết tắt vii Danh mục hình vẽ, đồ thị x Danh mục bảng xiii MỞ ĐẦU NỘI DUNG Chƣơng1 Tổng quan 1.1 Khái quát lượng gió 1.2 Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng nguồn kép phương pháp điều khiển 1.2.1 Công suất tuốc bin gió 1.2.2 Điều khiển tuốc bin gió 1.2.3 Điều khiển hệ thống máy phát nguồn kép 11 1.3 Yêu cầu điều khiển trụ lưới 12 1.3.1 Các cố yếu tố gây ảnh hưởng tới chất lượng vận hành lưới 12 1.3.2 Yêu cầu trụ lưới 13 1.3.3 Các phương pháp điều khiển trụ lưới 14 Chƣơng Mô hình cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió sử dụng MPKĐBNK 17 2.1 Phép biến đổi hệ tọa độ 17 2.2 Mô hình máy điện không đồng nguồn kép 18 v 2.3 Mô hình phía lưới 21 2.4 Điều khiển phía máy phát 23 2.4.1 Cấu trúc điều khiển 23 2.4.2 Thiết kế hệ thống điều khiển phía máy phát 26 2.4.3 Hòa đồng với lưới 29 2.5 Điều khiển phía lưới 30 2.5.1 Cấu trúc điều khiển 30 2.5.2 Thiết kế hệ thống điều khiển 32 Chƣơng Thiết kế hệ thống điều khiển trụ lƣới 38 3.1 Một số khái niệm trạng thái làm việc không bình thường lưới điện …………………………………………………………………………38 3.2 Động học MPKĐBNK lỗi lưới 39 3.2.1 Động học MPKĐBNK lỗi lưới hoàn toàn 39 3.2.2 Động học MPKĐBNK lỗi lưới phần 41 3.3 Sách lược điều khiển trụ lưới 42 3.3.1 Đề xuất sách lược điều khiển trụ lưới 42 3.3.2 Điều khiển biến đổi phía rotor xảy lỗi lưới 42 3.4 Tích hợp chức lọc tích cực vào hệ thống điều khiển phía lưới 43 3.4.1 Tính toán vector điện áp dòng điện thành phần bậc zero 43 3.4.2 Phân tích công suất tức thời theo thành phần Clarke 44 3.4.3 Lọc tích cực sở bù công suất tức thời 45 3.4.4 Thiết kế bổ sung chức lọc tích cực cho hệ thống điều khiển phía lưới `47 3.5 Trụ lưới không đối xứng sử dụng điều khiển với thành phần đối xứng 49 3.5.1 Biến đổi Park hệ thống ba pha không đối xứng 49 3.5.2 Xác định thành phần đối xứng theo phương pháp công suất tức thời 53 3.5.3 Xác định thành phần đối xứng sử dụng lọc đa biến 59 vi 3.5.4 Thiết kế điều khiển với thành phần đối xứng 63 3.6 Cấu trúc điều khiển toàn hệ thống 66 Chƣơng Kết mô .70 4.1 Các sơ đồ mô 70 4.2 Kết mô với lọc tích cực 76 4.2.1 Tải phi tuyến chế độ làm việc bình thường 76 4.2.2 Tải phi tuyến lọc tích cực 78 4.3 Các kết mô lỗi lưới 81 4.3.1 Các kết mô lỗi lưới bảo vệ 81 4.3.2 Các kết mô lỗi lưới có bảo vệ BNQĐA 83 4.3.3 Kết mô có điều khiển tổng hợp đối xứng 85 4.4 So sánh khả cân dòng lưới lỗi lưới không đối xứng 87 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………………………89 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 vii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT STT Ý nghĩa Ký hiệu Ptb Công suất turbin gió tb Rcg Bán kính cánh gió vgm Tốc độ gió phía trước cánh gió Ctb Hệ số phụ thuộc vào cấu trúc hình học Mật độ không khí Đơn vị KW Kg/m3 m (m/s) turbin gió r6 p Góc xoay cánh gió tb Tốc độ góc turbin tb Hệ số phụ thuộc vào tốc độ góc turbin rad/s tốc độ gió s Vận tốc góc mạch stator rad/s 10 r Vận tốc góc mạch rotor rad/s 11 m Vận tốc góc rotor rad/s 12 n Vận tốc góc mạch lưới rad/s 13 in Véc tơ dòng điện lưới 14 ic Véc tơ dòng điện biến đổi phía lưới 15 is Véc tơ dòng điện stator máy phát 16 ir Véc tơ dòng điện rotor máy phát 17 if Véc tơ dòng điện chạy qua nhánh song song lọc 18 ird Thành phần d dòng điện rotor 19 irq Thành phần q dòng điện rotor viii 20 isd Thành phần d dòng điện sator 21 isq Thành phần q dòng điện sator 22 ind Thành phần d dòng điện lưới 23 inq Thành phần q dòng điện lưới 24 icd Thành phần d dòng điện biến đổi phía lưới 25 Thành phần q dòng điện biến đổi phía icq lưới 26 Thành phần d dòng điện qua nhánh song i fd song lọc 27 Thành phần q dòng điện qua nhánh song i fq song lọc 28 un Véc tơ điện áp lưới 29 uc Véc tơ điện áp biến đổi phía lưới 30 u ss Véc tơ điện áp stator hệ trục tọa độ sator 31 u rr Véc tơ điện áp rotor hệ trục tọa độ rotor 32 us Véc tơ điện áp stator hệ trục tọa độ dq 33 ur Véc tơ điện áp rotor hệ trục tọa độ dq 34 ur0 Điện áp rotor hở mạch 35 u s t , us t Thành phần thứ tự thuận điện áp lưới hệ trục tọa độ 36 us n , us n Thành phần thứ tự ngược điện áp lưới hệ trục tọa độ 37 u sdt , u sqt Thành phần thứ tự thuận điện áp lưới hệ trục tọa độ dq 38 u sdn , u sqn Thành phần thứ tự ngược điện áp lưới hệ trục tọa độ dq ix 39 u rd , u rq Các thành phần điện áp rotor hệ tọa độ dq 40 u sd , u sq Các thành phần điện áp stator hệ tọa độ dq 41 und , unq Các thành phần điện áp lưới hệ tọa độ dq 42 u cd , ucq Các thành phần điện áp biến đổi phía lưới hệ tọa độ dq Kgm 43 J Mô men quán tính 44 Lm Điện cảm hỗ cảm stator rotor H Điện cảm stator H Điện cảm rotor H 45 Ls = Lm Ls 46 Lr = Lm Lr 47 L s Điện cảm tản phía stator H 48 L r Điện cảm tản phía rotor H 49 Rs Điện trở stato 50 Rr Điện trở rotor 51 PKĐBNK Máy phát không đồng nguồn kép 52 BBĐPMP Bộ biến đổi phía máy phát 53 BBĐPL Bộ biến đổi phía lưới 54 PBC Passivity - Based Control 55 EL Euler - Lagrange 56 THĐX Tổng hợp đối xứng 57 BNQĐA Bộ ngắt điện áp 58 TTGTĐ Tính toán giá trị đặt 59 PLL Phase-locked Loop 60 LL Lỗi lưới x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Kí hiệu Nội dung hình vẽ, đồ thị 1.1 Các loại máy phát điện sử dụng hệ thống phát điện Trang sức gió 1.2 Các chế độ vận hành MPKĐBNK dòng chảy lượng tương ứng (a) chế độ vận hành, (b) dòng chảy lượng chế độ đồng bộ, (c) dòng chảy lượng chế độ đồng 1.3 Hệ thống máy phát sức gió 1.4 Các vùng làm việc tuốc bin gió (nét đậm: đặc tính 10 công suất tối ưu hệ thống) 1.5 Các phương pháp điều khiển MPKĐBNK 12 1.6 Các sách lược trụ lưới 16 2.1 2.2 Biến đổi hệ trục tọa độ Mạch điện phía lưới (a) mô hình phía lưới (b) 18 22 2.3 Sơ đồ khối điều khiển phía máy phát 24 2.4 Cấu trúc điều khiển kinh điển phía máy phát 25 2.5 Sơ đồ khối điều khiển phía lưới 31 2.6 Cấu trúc điều khiển phía lưới 32 2.7 Bù điện áp lưới 35 2.8 Bộ biến đổi phía lưới với điều khiển deadbeat 36 3.1 Cấu trúc điều khiển phía máy phát 42 3.2 Các vector dòng áp hệ trục tọa độ αβ 44 3.3 Bộ lọc tích cực song song 45 3.4 Bộ lọc tích cực ba pha ba dây bù dòng 46 3.5 Công suất tác dụng tải 47 3.6 Nguyên lý lọc tích cực bù thành phần công suất không đổi 48 trúc điều khiển biến đổi phía lưới 3.7 Nguyên lý chức lọc tích cực tích hợp bổ sung vào 48 91 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyễn Thị Mai Hương, Đinh Văn Nghiệp, Trần Thị Thanh Hải (2010), “Nghiên cứu khả trụ lưới không đối xứng hệ thống phát điện chạy sức gió”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái nguyên, Nxb Đại học Thái Nguyên, 65(3) Trang 126 – 133 Nguyễn Thị Mai Hương, Đặng Danh Hoằng, Nguyễn Phùng Quang (2010), “ Nâng cao khả khắc phục lỗi lưới không đối xứng hệ thống phát điện chạy sức gió”, CD Tuyển tập Hội nghị toàn quốc lần thứ Cơ điện tử -VCM-2010 Trang 315 – 320 Nguyễn Thị Mai Hương, Nguyễn Tiến Hưng (2011), “Sử dụng LFT thiết kế phân tích ổn định bền vững hệ thống điều khiển máy phát điện sức gió” Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Thái Nguyên, Nxb Đại học Thái Nguyên 86(10) Trang 21 – 25 Nguyễn Thị Mai Hương, Nguyễn Phùng Quang, “ Sách lược trụ lưới theo phương pháp tổng hợp thành phần đối xứng hệ thống máy phát sức gió”, CD Tuyển tập Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hóa – VCCA-2011 Trang 440 – 447 Ngô Đức Minh, Lê Tiên Phong, Nguyễn Thị Mai Hương (2011), “Phân tích sóng hài phát sinh trạm bù công suất phản kháng kiểu SCV lưới truyền tải đề xuất giải pháp khắc phục”, Tạp chí Khoa học Công nghệ trường Đại học kỹ thuật, Nxb Bách khoa Hà Nội, (85) Trang 13 – 18 Nguyễn Thị Mai Hương, Nguyễn Phùng Quang (2011), “ Nghiên cứu khả trụ lưới hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy phát không đồng nguồn kép điều kiện điện áp lưới không đối xứng”, Tạp chí Tin học Điều khiểnViện Khoa học Công nghệ Việt nam, 27(4) Trang 374-384 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: [1] Nguyễn Hoàng Hải (2009), Nghiên cứu đặc tính phẳng máy phát không đồng nguồn kép (rotor dây quấn) đề xuất cấu trúc điều khiển sở nguyên lý hệ phẳng Đồ án tốt nghiệp K49, Đại học bách khoa Hà Nội [2] Đặng Danh Hoằng (2008), Nghiên cứu cải thiện chất lượng hệ thống điều khiển máy phát ện không đồng nguồn kép phương pháp điều khiển phi tuyến, Báo cáo t kết đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ, Trung tâm học liệu - Đại học Thái Nguyên, Mã số B2008 TN02_06 [3] Nguyễn Phùng Quang (1996), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều pha, Nxb Khoa h ọc kỹ thuật Hà Nội [4] Nguyễn Phùng Quang, Dittrich A (2002), Truyền động điện thông minh, Nxb Khoa học kỹ thuật Hà Nội [5] Cao Xuân Tuy ển (2008),Tổng hợp thuật toán phi tuyến sở phương pháp backstepping đ ể điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thốngmáy phát ện sức gió, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học bách khoa Hà Nội Tiếng Anh: [6] Abad G., Bobrowska-Rafal M., Rafal K., and Jasinski M (2009), “Control of PWM rectifier under grid voltage dips”, Bulletin of the Polish Academy of Science, 57(4) 93 [7] Abellan A., Benavent J M., Garcera G., and Cerver D (2002), “Fixed frequency current controller applied to shunt active filters with upf control in four-wire power systems”, IEEE 2002 28th Annual Conference of the Industrial Electronics Society, 1, pp 780– 785 [8] Akagi H., Watanabe E H., and Aredes M (2007), Instantaneous Power Theory and Applications to Power Conditioning, Wiley-IEEE Press [9] Alepuz S., Busquets S., Bordonau J., Pontt J., Silva C., and Rodriguez J (2007), “Fast on-line symmetrical components separation method for synchronization and control purposes in three phase distributed power generation systems”, European Conference on Power Electronics and Applications [10] Alepuz S., Busquets S., Bordonau J., Pontt J., Silva C., and Rodriguez J (2007), “Balanced grid currents in three-level voltage-source inverters connected to the utility under distorted condition using symmetrical components and linear quadratic regulator”, European Conference on Power Electronics and Applications [11] Alepuz S., Busquets-Monge S., Bordonau J., Martinez-Velasco J A., Silva C A., Pontt J., and Rodriguez J (2009), “Control strategies based on symmetrical components for grid-connected converters under voltage dips”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 56(6),pp 2162 – 2173 [12] American Wind Energy Association (2008), AWEA Rankings Report Year Ending 2007, Washington DC [13] Andreas Petersson (2005), Analysis, Modeling and Control of Doubly-Fed Induction Generators for Wind Turbines, PhD thesis, Chalmers University of Technology 94 [14] Application Report (1997), Clarke and Park Transforms on the TMS320C2xx, Texas Instruments [15] Arbi J., Belkhodja I S., and Gomez S A (2007), “Control of a dfig-based wind system in presence of large grid faults analysis of voltage ride through capability”, 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation [16] Balas L Y., Fingersh M J., Johnson L.J , Pao K E (2006), “Control of variable-speed wind turbines standard and adaptive techniques for maximizing energy capture”, IEEE Control Systems Magazine, 26, pp 70 - 81 [17] Barbara H Kenny, and Robert D Lorenz (2002), “Stator- and rotor-flux-based dead-beat direct torque control of induction machines”, IEEE Transactions on Industry Applications, 39, pp 1093 - 1101 [18] Batlle C., Cerezo A D., and Ortega R (2007), “A stator voltage oriented pi controller for the doubly-fed induction machine”, American Control Conference, pp 5438 - 5443 [19] Bianchi F.F., De Battista H., and Mantz R.J (2006), Wind Turbine Control Systems Principles, Modelling and Gain Scheduling Design Springer [20] Blaabjerg F., and Chen Z (2006), “Power Electronics for Modern Wind “ Turbines, Morgan & Claypool Publishers [21] Bongiorno M., Svensson J., and Sannino A (2004), “Dynamic performance of current controllers for grid-connected voltage source converters under unbalanced voltage conditions”, IEEE Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics 95 [22] Bongiorno M (2007), On Control of Grid-connected Voltage Source Converters Mitigation of Voltage Dips and Subsynchronous Resonances, PhD thesis, Chalmers University of Technology [23] Boukhezzar B., Siguerdidjane H (2009), “Nonlinear control with wind estimation of a dfig variable speed wind turbine for power capture optimization”, Energy Conversion and Management, 50, pp 885 - 892 [24] Buja G., andela M C., and Menis R (1999), “A novel direct control scheme for svm inverter-fed induction motor drives”, Proceedings of the IEEE International Symposium on Industrial Electronics, 3, pp 1267–1272 [25] Cadirci I., and Ermis M (1992), “Double-output induction generator operating at subsynchronous and supersynchronous speeds steady-state performance optimisation and wind-energy recovery”, IEE Proceedings-B, 139, pp 429 – 442 [26] Capehart B L (2007), Encyclopedia of Energy Engineering and Technology CRC [27] Casadei D., Serra G., and Tani A (1997), “Analytical investigation of torque and flux ripple in dtc schemesfor induction motors”, International Conference on Industrial Electronics, 2, pp 552 - 556 [28] Datta R., and Ranganathan V T (2002), “Variable-speed wind power generation using doubly fed wound rotor induction machine-a comparison with alternative schemes”, IEEE Transaction on Energy Conversion, 17, pp 414 - 421 96 [29] Datta R., and Ranganathan V T (2003), “A method of tracking the peak power points for a variable speed wind energy conversion system”, IEEE Transactions on nergy Conversion, 18, pp 163 - 168 [30] De La Rosa F.C (2006), Harmonics and Power Systems, CRC [31] Ekanayake J B., Holdsworth L., Wu X G., and Jenkins N (2003), “Dynamic modeling of doubly fed induction generator wind turbines”, IEEE Transactions on Power Systems, 18, pp 803– 809 [32] Ekanayake J., and Jenkins N (2004), “Comparison of the response of doubly fed and fixed-speed induction generator wind turbines to changes in network frequency”, IEEE Transactions on Energy Conversion, 19, pp 800 - 802 [33] Emami-Naeini A., and Franklin G (1982), “Deadbeat control and tracking of discretetime systems”, IEEE Transactions on Automatic Control, 27, pp 176– 181 [34] Erlich I., Wrede H., and Feltes C (2007), “Dynamic behavior of dfig-based wind turbines during grid faults”, Power Conversion Conference (PCC) Nagoya Japan, pp 1195–1200 [35] European Wind Energy Association (2008), EWEA 2007 annual report, Belgium [36] Fahmy M M., and O’Reilly J (1983), “Dead-beat control of linear discrete-time systems”, International Journal of Control, 37, pp 685 - 705 97 [37] Fei Wang, Benhabib M C., Duarte J L., and Hendrix M (2009), “Sequence-decoupled resonant controller for three-phase grid-connected inverters”, Applied Power Electronics Conference and Exposition, pp.121 - 127 [38] Fei Wang, Duarte J L., and Hendrix M (2008), “Control of grid-interfacing inverters with integrated voltage unbalance correction”, IEEE Power Electronics Specialists Conference, pp 310 – 316 [39] Global Wind Energy Council (2008), Global wind 2007 report, Belgium [40] Habetler T G., Profumo F., Pastorelli M., and Tolbert L M (1992), “Direct torque control of induction machines using space vector modulation”, IEEE Transactions on Industry Applications, 28, pp 1045 – 1053 [41] Heier S (1998), “Grid integration of wind energy conversion systems”, John Wiley and Sons, Ltd [42] Helle L., and Nielsen S M (2001), “Comparison of converter efficiency in large variable speed wind turbines”, Sixteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1, pp 628 - 634 [43] Hofmann W., and Thieme A (1998), “Control of a double-fed induction generator for wind-power plants”, Power Quality Proceedings PCIM’98, Nurnberg, pp 275 - 282 [44] Hopfensperger B., Atkinson D J., and Lakin R A (2000), “Stator flux oriented control of a double-fed induction machine with and without position encoder”, IEE Proc.-Electr Power Appl, 147, pp 241 - 250 98 [45] Nguyen Tien Hung, Scherer C W., and Scherpen J M A (2007), “Robust performance of self-scheduled LPV control of doubly-fed induction generator in wind enegy conversion systems”, 12th European Conference on Power Electronics and Applications, Denmark, CDROM [46] Iov F., Blaabjerg F., and Hansen A D (2003), “Analysis of a variable-speed wind energy conversion scheme with doubly-fed induction generator”, International Journal of Electronics, 90, pp 779 - 794 [47] Khan S., and Ahmed G (2007), Industrial Power Systems CRC [48] Koutroulis E., and Kalaitzakis K (2006), “Design of a maximum power tracking system for wind-energy-conversion applications”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 53, pp 486 - 494 [49] Phung Ngoc Lan (2006), Linear and nonlinear control approach to doubly-fed induction generators in wind power generation, PhD thesis, TU Dresden [50] Lehn P.W (2003), “Direct harmonic analysis of the voltage source converter”, IEEE Transactions on Power Delivery, 18, pp 1034 - 1042 [51] Liao Y., Ran L., Putrus G A., and Smith K S (2003), “Evaluation of the effects of rotor harmonics in a doubly-fed induction generator with harmonic induced speed ripple”, IEEE Transaction on Energy Conversion, 18, pp 508 - 515 [52] Lindholm M., and Rasmussen T W (2003), “Harmonic analysis of doubly fed induction generators” The Fifth International Conference on Power Electronics and Drive Systems, 2(0), pp 837 - 841 99 [53] Lopez J., Sanchis P., Roboam X., and Marroyo L (2007), “Dynamic behavior of the doubly fed induction generator during three-phase voltage dips”, IEEE Transactions on Energy Conversion, 22, pp 709 - 717 [54] Lund T , Sorensen P , and Eek J ( 2007), “Reactive power capability of a wind turbine with doubly fed induction generator”, John Wiley and Sons, Ltd [55] Maes J., and Melkebeek J (1998), “Discrete time direct torque control of induction motors using back-emf measurement”, The IEEE Industry Applications Conference, 1, pp 407 - 414 [56] Magueed F A., and Svensson J (2005), “Control of vsc connected to the grid through lcl-filter to achieve balanced currents”, Industry Applications Conference, 1(0), pp 572 - 578 [57] Mauricio J M., Leon A.E., Exposito A G., and Solsona J.A (2008), “An adaptive nonlinear controller for dfim-based wind energy conversion systems”, IEEE transactions on Energy conversion, 23, pp 1025 - 1035 [58] Michalke G., and Daniela H A (2007), “Voltage grid support of dfig wind turbines during grid faults”, European Wind Energy Conference and Exhibition, EWEC 2007 [59] Molenaar D P (2003), Cost-effective Design and Operation of Variable Speed Wind Turbines, PhD thesis, Delft University Press [60] Montenegro Leon A (2005), Advanced power electronic for wind-power generationbuffering, PhD thesis, University of Florida 100 [61] Morren J., and de Haan S W H (2005), “Ridethrough of wind turbines with doublyfed induction generator during a voltage dip”, IEEE Transactions on energy conversion, 20, pp 435 - 441 [62] Muljadi C P., Butterfield E (2001), “Pitch-controlled variable-speed wind turbine generation”, IEEE Transactions on Industry Applications, 37, pp 240 - 246 [63] Novotny D W., and Lipo T A (1996), Vector Control and Dynamics of AC Drives, Oxford University Press, USA [64] Ng C.H., Ran L., and Bumby J (2008), “Unbalanced-grid-fault ride-through control for a wind turbine inverter”, IEEE Transactions on Industry Applications, 44(3), p 845 - 856 [65] Ostolaza J X., Tapia A., Tapia G., and Saenz J R (2003), “Modeling and control of a wind turbine driven doubly fed induction generator” IEEE Transactions on Energy Conversion, 18, pp 194 - 204 [66] Patel M R (1999), Wind and Solar Power Systems CRC Pess [67] Pena R., Clare J C., and Asher G M (1996), “Doubly fed induction generator using back-to-back pwm converters and its application to variable speed windenergy generation”, IEE Proceedings on Electric Power Applications, 143, pp 231 - 241 [68] Peng Z and Yikang H (2007), “Control strategy of an active crowbar for dfig based wind turbine under grid voltage dips”, International Conference on Electrical Machines and Systems, pp 259–264 101 [69] Peresada S., Tilli A., and Tonielli A (2004), “Power control of a doubly fed induction machine via output feedback”, Control Engineering Practice, 12, pp 41-57 [70] Petersson A., Harnefors L., and Thiringer T (2004), “Comparison between stator-flux and grid-flux-oriented rotor current control of doubly-fed induction generators”, IEEE 35th Annual Power Electronics Specialists Conference, PESC 04, 1, pp 482 - 486 [71] Pierik J T G., Zhou Y., and Bauer P (2007), Windfarm as Power Plant – Dynamic Modelling Studies, Delft University Press [72] N P Quang, Dittrich A., and Thieme A (1997), “Doubly-fed induction machine as generator: control algorithms with decoupling of torque and power factor”, Electrical Engineering (Archiv fur Elektrotechnik), 80, pp 325 - 335 [73] Nguyen Phung Quang, Dittrich A., and Phung Ngoc Lan (2005), “Doubly-fed induction machine as generator in wind power plant: nonlinear control algorithms with direct decoupling”, European Conference on Power Electronics and Applications [74] Nguyen Phung Quang, and Dittrich J.A (2008), Vector Control of Three-Phase AC Machines System Development in the Practice, Springer Berlin Heidelberg [75] Ramos C J., Martins A P., Araujo A S., and Carvalho A S (2002), “Current control in the grid connection of the double-output induction generator linked to a variable speed wind turbine” 28th Annual Conference of the Industrial Electronics Society, 2, pp 979 - 984 102 [76] Rodriguez P., Teodorescu R., Timbus A V., Liserre M., and Blaabjerg F (2007), “Flexible active power control of distributed power generation systems during grid faults”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 54, pp 2583 -2592 [77] Rodriquez M., Abad G., Sarasola I., and Gilabert A (2005), “Crowbar control algorithms for doubly fed induction generator during voltage dips”, European Conference on Power Electronics and Applications [78] Rolf Ottersten (2003), On Control of Back-to-Back Converters and Sensorless Induction Machine Drives, PhD thesis, Chalmers University of Technology [79] Scherer C W., Nguyen Tien Hung, and Scherpen J M A (2007), “Self-scheduled LPV controller synthesis for doubly-fed induction generators”, Windpower 2007 conference and Exhibition, USA, CDROM [80] Shen B., Mwinyiwiwa B., Zhang Y., Ooi B.T (2009), “Sensorless maximum power point tracking of wind by dfig using rotor position phase lock loop” (pll), IEEE Transactions on Power Electronics, 24, pp 942 - 951 [81] Stankovic A.V., and Lipo T.A (2000), “A novel control method for input output harmonic elimination of the pwm boost type rectifier under unbalanced operating conditions”, Applied Power Electronics Conference and Exposition, 1, pp 413 419 [82] Sun T., Chen Z., and Blaabjerg F (2004), “Voltage recovery of grid-connected wind turbines with dfig after a short-circuit fault”, Power Electronics Specialists Conference, PESC, 3, pp 1991 - 1997 103 [83] Tang Y., and Xu L (1995), “A flexible active and reactive power control strategy for avariable speed constant frequency generating system”, IEEE Transactions on Power Electronics, 10, pp 472 - 478 [84] Thiringer T., Petersson A., Harnefors L (2005), “Evaluation of current control methods for wind turbines using doubly fed induction machines”, IEEE transactions on Power Electronics, 20, pp 227 - 235 [85] Toliyat H A., and Campbell S (2004), DSP-Based electromechanical motion control, volume 3, CRC Press [86] Trzynadlowski A M (1994), The Field Orientation Principle in Control of Induction Motors, Springer [87] Phan Van Tung, Hong – Hee Lee, and Chun Tae-Won (2010), “An improved control strategy using a PI- resonant controller for an unbalanced stand-alone doubly-fed induction generator”, Journal of Power Electronics SCIE, 10(2), pp 194 -202 [88] Vechiu I., Camblong H., Tapia G., Dakyo B., and Curea O (2007), “Control of four leg inverter for hybrid power system applications with unbalanced load”, Energy Conversion and Management, 48, pp 2119–2128 [89] Xie B., Fox B., and Flynn D (2004), Study of fault ride-through for dfig based wind turbines Electric Utility Deregulation, Restructuring and Power Technologies conference, 1, pp 411 - 416 [90] Yamamoto M., and Motoyoshi O (1991), “Active and reactive power control for double-fed wound rotorinduction generator”, IEEE Transactions on Power Electronics, 6, pp 624 - 629 104 [91] Yi Zhou, Bauer P., Ferreira J A., and Pierik J (2009), “Operation of grid-connected dfig under unbalanced grid voltage condition”, IEEE transactions on energy conversion, 24(1), pp 240 – 246 105 [...]... hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép và các phương pháp điều khiển • Khái quát các yêu cầu điều khiển trụ lưới nói chung và điều khiển trụ lưới của hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép • Trình bày và đánh giá các phương pháp điều khiển trụ lưới đã có từ đó đề xuất sách lược điều khiển trụ lưới nhằm nâng cao chất lượng hệ thống phát điện chạy. .. cứu "Sách lược điều khiển nhằm nâng cao tính bền vững trụ lưới của hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép" nhằm hoàn thiện các vấn đề còn đang bỏ ngỏ hoặc chưa quan tâm giải quyết triệt để như đã kể trên Mục đích nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng sách lược điều khiển trụ lưới của hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn kép nhằm. .. lượng gió sử dụng các máy điện gắn với các tuốc-bin làm máy phát điện được thể hiện trên hình 1.1 Hệ thống phát điện sức gió Máy phát một chiều Máy phát xoay chiều Máy phát xoay chiều 1 pha Máy phát xoay chiều 3 pha Máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu Máy phát không đồng bộ Máy phát không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc Máy phát không đồng bộ 3 pha nguồn kép Hình1.1: Các loại máy phát điện được sử dụng. .. hệ thống phát điện sức gió Các máy điện xoay chiều được sử dụng trong các hệ thống máy phát sức gió có thể là loại máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu, máy phát không đồng bộ rotor lồng 7 sóc và máy phát không đồng bộ ba pha rotor dây quấn Ngày nay, các hệ thống tuốc-bin gió hiện đại thường sử dụng các máy điện không đồng bộ ba pha rotor dây quấn với các bộ biến đổi được đặt ở phía rotor Các máy phát. .. AC DC DC Bộ điều khiển phía máy phát Bộ điều khiển phía lưới cos' Te¤ ¤ n Q ¤g Điều khiển góc pitch u ¤dc Quản lý hệ thống Điều khiển turbine Hình 1.3: Hệ thống máy phát sức gió [45] Hệ thống điều khiển trên hình 1.3 gồm có hai phần chính: phần điều khiển tuốc bin và phần điều khiển máy phát nguồn kép [20] Phần điều khiển tuốc bin cung cấp các giá trị đặt của công suất tác dụng hay mômen điện từ Te*... của bộ lọc tích cực là khả năng bù một số sóng hài 13 quan trọng mà không làm ảnh hưởng đến đặc tính của lưới, đồng thời thích ứng với sự thay đổi của lưới và tải Trong luận án này tập trung nghiên cứu khắc phục lỗi lưới trong hệ thống lưới phân phối và ảnh hưởng của sóng hài và dao động điện áp trong hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép nhằm nâng cao chất lượng của hệ. .. các thuật toán điều khiển cơ bản nhất được sử dụng trong một hệ thống máy phát điện sức gió Cụ thể, phần đầu của chương 2 là các bước xây dựng mô hình máy điện không đồng bộ nguồn kép và mô hình trạng thái của lưới trên hệ trục tọa độ tựa theo vector điện áp lưới dq Trên cơ sở các mô hình toán đã có để xây dựng cấu trúc điều khiển phía máy phát từ đó thiết kế bộ điều khiển phía máy phát dựa trên phương... điện không đồng bộ nguồn kép gắn với các tuốc bin làm máy phát điện để giảm giá thành do các bộ biến đổi được đặt ở phía rotor chỉ phải làm việc với khoảng 1/3 công suất tổng của hệ thống máy phát Đồng thời, do khả năng có thể làm việc trong một khoảng thay đổi tốc độ rộng, các hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép có hiệu suất biến đổi năng lượng cao hơn so với việc sử dụng. .. phương pháp điều khiển trụ lưới hiện tại • Đã chứng minh khả năng tích hợp chức năng lọc tích cực vào hệ thống điều 4 khiển máy phát sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép để cải thiện chất lượng điện năng khi làm việc với các tải phi tuyến Cấu trúc luận án Phần đầu của chương 1 tr ình bày khái quát về hệ thống máy phát sức gió và các đặc điểm cơ bản của các hệ thống biến đổi năng lượng gió hiện... được sử dụng nhiều trong các hệ thống máy phát điện sức gió mặc dù khó điều khiển hơn so với loại máy phát đồng bộ kích thích vĩnh cửu và máy phát không đồng bộ rotor lồng sóc Đặc tính của MPKĐBNK trong các chế độ làm việc khác nhau và dòng chảy năng lượng tương ứng được minh họa trên hình 1.2 S n -1 Trên đồng bộ Chế độ máy phát 0>s>-∞ Trên đồng bộ Chế độ động cơ 0>s>-∞ ns 0 Dưới đồng bộ Chế độ máy phát