Mô hình hóa và điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép trong hệ thống tua bin gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - NGUYỄN CÔNG THỜI “MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN CẢM ỨNG NGUỒN KÉP TRONG HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ” LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 60520202 TP HCM, tháng …/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - NGUYỄN CÔNG THỜI “MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN CẢM ỨNG NGUỒN KÉP TRONG HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ” LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 60520202 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP HCM, tháng /2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Luận văn Thạc sỹ bảo vệ tại: Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM ngày … tháng… năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm , học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sỹ) TT Họ tên Chức danh Hội đồng PGS.TS Trương Việt Anh TS Đinh Hoàng Bách Phản biện TS Nguyễn Hùng Phản biện PGS.TS Lê Chí Kiên TS Đoàn Thị Bằng Chủ tịch Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS.TS Trương Việt Anh TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng… năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Công Thời MSHV:1341830036 Ngày, tháng, năm sinh: 04/07/1987 Nơi sinh: Tỉnh Bình Định Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60520202 I Tên đề tài: Mô hình hóa điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép hệ thống tua bin gió II Nhiệm vụ nội dung : - Xây dựng mô hình điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép hệ thống tua bin gió thay đổi - Điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép với chuyển đổi ba cấp so sánh với chuyển đổi hai cấp truyền thống III Ngày giao nhiệm vụ : …/…/201… IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ : …/…/201… V Cán hướng dẫn CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS Nguyễn Thanh Phương : PGS.TS Nguyễn Thanh Phương KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS.TS Nguyễn Thanh Phương i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Trong trình thực Luận văn Tôi chấp hành tốt nội quy, quy định tổ chức mà tham gia Học viên thực Luận văn Nguyễn Công Thời ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Thanh Phương, Người bước giúp đỡ Em hoàn thành luận văn Xin cảm ơn quý Thầy, Cô cho em kiến thức tản quý báu Xin cảm ơn trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ; Khoa Cơ-Điện-Điện tử ; P Quản lý sau đại học, tập thể Anh, Chị lớp 13SMĐ11, tạo điều kiện cho Em thực luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn Ba, Mẹ nuôi khôn lớn Học viên thực Luận văn Nguyễn Công Thời iii TÓM TẮT Điều khiển tua bin gió DFIG, vấn đề nóng điều khiển tua bin gió, công trình nghiên cứu nước thực nhiều Tuy nhiên điều khiển cho DFIG toán nóng cần giải Do đó, luận văn nghiên cứu chi tiết mô hình hệ thống tuabin gió có kết nối lưới điện trang bị máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) gồm mô hình DFIG, mô hình khí động học tuabin gió, hệ thống truyền động mô hình nghịch lưu PWM ba pha hai cấp truyền thống, nghịch lưu PWM ba pha ba cấp Để điều khiển tối ưu hóa hệ thống tua bin gió đạt hiệu suất cao từ đầu WTGS, cần phát triển phương pháp điều khiển dựa mô hình WTGS có trước Giải thuật điều khiển bao gồm điều khiển nghịch lưu phía lưới, điều khiển nghịch lưu phía máy phát, điều khiển bám điểm công suất cực đại điều khiển góc cánh Bộ điều khiển nghịch lưu phía lưới sử dụng để giữ cho điện áp DC-link không đổi tạo hệ số công suất WTGS đồng với lưới điện Bộ điều khiển nghịch lưu phía máy phát có khả điều chỉnh mô-men học, công suất tác dụng công suất phản kháng Bộ điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đại sử dụng lấy giá trị tham chiếu cho công suất tác dụng điểm đầu cuối stato Bộ điều khiển góc cánh sử dụng để điều chỉnh góc đón gió cánh tuabin, từ ổn định công suất danh định đầu ra, trường hợp xuất hiện tượng gió giật, gió có tốc độ cao, hay tốc độ thấp Do đó, mô hình sơ đồ điều khiển định hướng từ thông cho nghịch lưu kẹp điểm trung tính ba cấp (NPC) nghiên cứu áp dụng cho WTGS DFIG iv ABSTRACT Wind farm control Asynchronous dual source - DFIG, is and has been a important issues in the wind farm control The research projects in the country and abroad have done so much However control for DFIG is still a hot problem to be solved Therefore this thesis will provide detailed models of a grid-connected wind turbine system equipped with a doubly-fed induction generator (DFIG), which includes the aerodynamic models of the wind turbine, the models of the mechanical transmission system, the DFIG models and the three-phase two-level PWM voltage source converter models In order to obtain satisfying output power from the WTGS, control strategies are also necessary to be developed based on the previously obtained WTGS models These control schemes include the grid-side converter control, the generator-side converter control, the maximum power point tracking control and the pitch angle control The grid-side converter controller is used to keep the DC-link voltage constant and yield a unity power factor looking into the WTGS from the grid-side The generator-side converter controller has the ability of regulating the torque, active power and reactive power The maximum power point tracking control is used to provide the reference values for the active power at the stator terminals The pitch angle control scheme is used to regulate the pitch angle and thus keep the output power at rated value even when the wind speed experiences gusts Various studies in the literature have reported that two-level converters have several disadvantages compared with three-level converters Among the disadvantages are high switching losses, high dv/dt, and high total harmonic distortion (THD) Hence, the models and field oriented control schemes for three-level neutral-point-clamped (NPC) converters are also investigated and applied to a WTGS Besides, an advanced modulation technology, namely, space vector PWM (SVPWM), is also investigated and compared to traditional sinusoidal PWM in a WTGS DFIG v MỤC LỤC TÓM TẮT i ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT viii DANH MỤC HÌNH xvi DANH MỤC BẢNG xx CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu 1.2 Đặc vấn đề 1.3.Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.3.1 Mô hình hệ thống tua bin gió 1.3.2 Phương pháp điều khiển hệ thống máy phát điện tua bin gió 1.3.2.1 Điều khiển góc cánh (Pitch angle) 1.3.2.2 Điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đại 1.3.2.3 Điều khiển DFIG 1.3.3 Cấu trúc liên kết nghịch lưu công suất hệ thống máy phát tua bin gió 1.4 Đối tượng nghiên cứu 1.5 Phạm vi nghiên cứu 1.6 Bố cục luận văn CHƯƠNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ DFIG 10 2.1 Giới thiệu 10 2.2 Cấu tạo tua bin gió 12 2.3 Cấu hình hệ thống biến đổi lượng gió vùng hoạt động tua bin gió 13 2.3.1 Tua bin gió có tốc độ cố định (WT Loại A) 14 2.3.2 Tua bin gió có tốc độ thay đổi có Điện trở roto biến thiên (WT Loại B) 14 2.3.3 Tuabin gió có tốc độ thay đổi, nghịch lưu công suất phạm vi cục (WT Loại C) 14 vi 2.3.4 Tuabin gió biến đổi có nghịch lưu công suất công suất máy phát (WT Loại D): 15 2.3.5 Ưu nhược điểm loại tua bin gió 15 2.3.6 Vùng hoạt động hệ thống tua bin gió 17 2.4 Mô hình DFIG 21 2.4.1 Mô hình DFIG biểu diễn hệ quy chiếu ABC 21 2.4.2 Mô hình DFIG biểu diễn Hệ quy chiếu DQO-dqo cố định Roto 26 2.4.3 Mô hình DFIG biểu diễn Hệ quy chiếu DQO-dqo gắn stato 30 2.4.4 Mô hình DFIG biểu diễn Hệ quy chiếu quay đồng DQO-dqo 32 2.4.5 Mô hình rút gọn biểu diễn Hệ quy chiếu Quay đồng DQO-dqo 39 2.5 Bộ chuyển đổi Back To Back (VSC) hai cấp 45 2.5.1 Mô hình chuyển đổi nguồn điện áp ba pha (VSC) hai cấp biểu diễn hệ quy chiếu ABC 46 2.5.2 Mô hình chuyển đổi nguồn điện áp ba pha (VSC) hai cấp biểu diễn hệ quy chiếu đồng hóa DQ 49 2.5.3 Kết mô cho Bộ chỉnh lưu nguồn điện áp ba pha hai cấp 50 CHƯƠNG ĐIỀU KHIỂN DFIG TRONG HỆ THỐNG TUABIN GIÓ TỐC ĐỘ THAY ĐỔI 53 3.1 Điều khiển chuyển đổi phía lưới điện, điều khiển ổn định điện áp DC-link 54 3.2 Điều khiển chuyển đổi phía máy phát, điều khiển độc lập công suất P,Q 64 3.3 Theo dõi, điều khiển bám điểm công suất cực đại 71 3.4 Điều khiển góc cánh (Pitch Angle Control) 72 CHƯƠNG MÔ HÌNH BỘ NGHỊCH LƯU BA TRONG HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ DFIG 92 4.1 Giới thiệu 92 4.2 Mô hình hóa nghịch lưu ba cấp kẹp điểm trung tính NPC 93 4.3 Chất lượng điện DFIG với chuyển đổi cấp 97 103 Momen dien tu (pu) -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -1.2 -1.4 -1.6 -1.8 -2 0.5 t(s) 1.5 2.5 Hình 4.13 Mô-men điện từ (pu) WTGS dùng nghịch lưu ba cấp Phần gợn sóng điện áp DC-link dựa kết mô hình 4.14 tìm thấy sau: Ripple  1180  1120  5.21% 1150 1260 1240 Dien ap dc link(v) 1220 1200 1180 1160 1140 1120 1100 1080 0.5 1.5 2.5 t(s) Hình 4.14 Điện áp DC-link (V) nghịch lưu ba cấp Kết mô cho thấy WTGS dùng nghịch lưu ba cấp hai cấp truyền thống có đặc trưng giống công suất, mô-men dòng điện Tuy nhiên, qua phân tích chi tiết thấy nhiều ưu điểm nghịch lưu ba cấp như: có tổng biến dạng sóng hài (THD) thấp biên độ điện áp roto lớn, kết so sánh thực phần 104 4.4 So sánh Bộ chuyển đổi hai cấp chuyển đổi ba cấp hệ thống máy phát tua bin gió DFIG Trong phần chất lượng điện tạo từ hệ thống tua bin gió sử dụng DFIG dùng chuyển đổi PWM hai cấp ba cấp, gồm thành phần sóng hài dòng điện điện áp, giá trị công suất, thời gian độ hệ thống kiểm tra, so sánh So sánh thực tốc độ gió hình 4.2 Dien ap IGBT bo chuyen doi bac phia roto Dien ap IGBT bo chuyen doi bac phia roto 2000 1200 1000 1500 1000 Dien ap (V) Dien ap (V) 800 500 600 400 200 0 -500 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 t(s) a) 0.08 0.09 0.1 -200 0.0 0.02 0.03 0.04 0.05 t(s) 0.06 0.07 0.0 0.09 0.1 b) Hình 4.15 Ứng suất điện áp IGBT lên chuyển đổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) chuyển đổi phía roto DFIG tốc độ gió 12m/s Từ hình 4.15, ta thấy điện áp dẫn van công suất bán dẫn chuyển đổi ba cấp nửa chuyển đổi hai cấp, đặc điểm làm cho chuyển đổi ba cấp sử dụng rộng rãi cấp điện áp trung Bên cạnh đó, điện áp đầu cuối roto minh họa Hình 4.17 4.18, tốc độ gió 12 m/s 4.4.1 Chỉ tiêu THD, đánh giá chất lượng kỹ thuật PWM nghịch lưu hai cấp ba cấp THD (Total Harmonic Distortion) độ méo dạng tổng sóng hài đại lượng quan trọng để đánh giá tác dụng sóng hài bậc cao (2,3 ) xuất chuyển đổi cấp cấp, tính theo[1]: THDI = √∑𝑁 𝑗=2 𝐴𝑖 𝐴1 (4.10) 105 Trong : A1: Biên độ thành phần Ai : Giá trị đỉnh thành phần hài bậc N Công suất thành phần sóng hài ngõ chuyển đổi là: P_F= 𝐴12 (4.11) Công suất thành phần sóng hài ngõ chuyển đổi là: P_H = ∑𝑁−1 𝑗=2 𝐴𝑖 (4.12) Dựa kết thu mô Matlab-Simulink phần trước ta tính so sánh giá trị THD phần sau: Dong dien roto voi bo chuyen doi cap Dong dien roto (pu) -1 -2 -3 0.5 1.5 2.5 t(s) a) b) Hình 4.16 Dòng điện thành phần sóng hài dòng điện roto với chuyển đổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) 106 Dien ap DC-link voi bo chuyen doi cap Dien ap DC-link voi bo chuyen doi cap t(s) 1240 1260 ) 1240 Dien ap DC-link (v) Dien ap DC-link (v) 1220 1200 1180 1160 1140 1220 1200 1180 1160 1140 1120 1120 1100 1100 0.5 1.5 2.5 1080 0.5 t(s) a) t(s) 1.5 2.5 b) Hình 4.17 Điện áp thành phần sóng hài điện áp DC-link với chuyển đổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) Các thành phần sóng hài dòng điện roto điện áp DC-link thể hình 4.16 4.17 tương ứng chuyển đổi cấp thấp nhiều so với hai cấp DFIG hoạt động đồng (vận tốc gió đạt 15(m/s) khoản 0.5-1(s) THD dòng điện roto DFIG với chuyển đổi cấp 5.82% 0.14% với chuyển đổi ba cấp, mặc khác THD điện áp DC-Link 0.86% chuyển đổi hai cấp cao 0.71% dùng chuyển đổi ba cấp Rõ ràng dùng chuyển đổi ba cấp có thành phần sóng hài, THD thấp so với dùng hai cấp, thời gian đáp ứng độ tốt Ngoài ứng suất IGBT (Hình 4.15) chuyển đổi ba cấp nhỏ hai lần so với chuyển đổi hai cấp, điều 107 có nghĩa IGBT chuyển đổi ba cấp bền hơn, tổn hao đóng cắt thấp so với chuyển đổi hai cấp, phù hợp với môi trường điện trung Các thành phần sóng hài dòng điện, điện áp chuyển đổi đưa vào máy phát qua đầu cực roto sinh nhiều biến đổi đường đặc tính công suất stator, so sánh kết có sau: Dien ap DC-link voi bo chuyen doi cap Dien ap DC-link voi bo chuyen doi cap 3 dong dien stato (pu) Dong dien stato (pu) -1 -1 -2 -2 -3 -3 0.5 1.5 t(s) t(s) a) 2.5 0.5 1.5 2.5 t(s) b) Hình 4.18 Dòng điện thành phần sóng hài dòng điện stator với chuyển dổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) 108 a) b) Hình 4.19 Điện áp thành phần sóng hài điện áp stator với chuyển dổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) Các thành phần sóng hài dòng điện điện áp stator hiển thị Hình 4.18, 4.19 tương ứng, lần cho thấy thành phần sóng hài chuyển đổi ba cấp thấp nhiều DFIG hoạt động tốc độ đồng THD điện áp giảm từ 0.44% dùng chuyển đổi hai cấp xuống 0.08% dùng chuyển đổi ba cấp, thế, THD dòng điện stator hình 4.18 giảm từ 3.44% xuống 0.5% chuyển từ chuyển đổi hai cấp sang ba cấp mặc khác thời gian đáp ứng để ổn định độ 0.07 (s) nhỏ 0.1(s) chuyển đổi ba cấp, ta lập bảng so sánh sau: 109 Bảng 4.1 Thời gian ổn định độ THD stato DFIG với hai chuyển đổi Bộ chuyển đổi hai cấp Bộ chuyển đổi ba cấp Thời gian độ (s) 0,1 0,07 THD điện áp Stator (%) 0,44 0,08 THD dòng điện Stator (%) 3,44 0.5 DFIG với Giá trị cong suat tac dung voi bo chuyen doi cap cong suat tac dung voi bo chuyen doi cap Ccong suat tacdung (pu) Cong suat tac dung (pu) -0.5 -0.5 -1 -1 -1.5 -1.5 -2 -2 -2.5 0.5 1.5 2.5 0.5 0.3 0.4 0.2 cong suat tac dung (pu) cong suat tac dung (pu) 0.6 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 2.5 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.8 -1 0.5 1.5 t(s) t(s) 0.55 0.6 0.65 0.7 0.8 0.75 t(s) 0.85 0.9 0.95 -0.5 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95 t(s) a) b) Hình 4.20 Công suất tác dụng với chuyển dổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) 110 Cong suat phan khang voi bo chuyen doi hai cap 2.5 Cong suat phan khang (pu) Cong suat phan khang (pu) 2.5 1.5 0.5 -0.5 0.5 1.5 t(s) a) 2.5 Cong suat phan khang voi bo chuyen doi ba cap 1.5 0.5 -0.5 0.5 1.5 2.5 t(s) b) Hình 4.21 Công suất phản kháng với chuyển dổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) tốc độ gió 12m/s Có thể thấy hình 4.20 hình 4.21, gợn sóng công suất hệ thống dùng chuyển đổi ba cấp thấp nhiều so với hệ thống dùng chuyển đổi hai cấp truyền thống WTGS DFIG dùng nghịch lưu cấp hai cấp truyền thống có đặc trưng giống công suất phản kháng, công suất tác dụng nhiên hình 4.20, 4.21 chất lượng công suất máy phát tốt hoạt đông tốc độ hình 4.2 với chuyển đổi ba cấp, có thời gian ổn định 0.15 (s) nhỏ so với 0.25 (s) chuyển đổi hai cấp 111 4.4.2 Thảo luận kết +Nói chung, kết so sánh cho thấy thành phần sóng hài chuyển đổi ba cấp thấp so với chuyển đổi hai cấp, chuyển đổi tần số cao mạch rotor +DFIG với chuyển đổi ba cấp (12 IGBT) dẫn đến chất lượng điện tốt so với chuyển đổi hai cấp (6 IGBT) Điều rõ ràng THD điện áp, dòng điện stato thể hình 4.18 4.19 thấp Trong số liệu này, THD dòng điện stato giảm xuống 0,5%, 0,08% điện áp stato dùng chuyển đổi ba cấp Đáp ứng nhanh độ hệ số công suất hệ thống, công suất tác dụng công suất phản kháng hình 4.20 4.21 tương ứng thời gian đạt trạng thái ổn định 0,15 giây, thấp nhiều so với Inverter hai cấp xem xét trước +Hệ số công suất xấp xỉ hai chuyển đổi +Thời gian giao động giảm dần dòng điện, điện áp, công suất nhỏ chuyển đổi ba cấp Tuy nhiên giá trị đỉnh dòng điện điện áp, công suất DFIG số thời điểm chuyển đổi hai cấp cao so với chuyển đổi ba cấp 4.4.3 Kết Luận Nếu so sánh kinh tế chuyển đổi hai cấp có phần rẻ đầu tư có mô hình mô hình điều khiển đơn giản hơn, so sánh kỹ thuật, chuyển đổi ba cấp vượt trội nhiều THD thấp hơn, tổn hao chuyển mạch thấp hơn, dẫn đến có lợi kinh tế, cấu trúc liên kết chuyển đổi ba cấp phù hợp với cấp điện áp trung thế, lý chọn chuyển đổi ba cấp cho WTGS dùng DFIG 112 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 Kết luận Trong viết này, việc tạo mô hình điều khiển hệ thống máy phát tuabin gió có tốc độ thay đổi dùng máy phát điện cảm ứng nguồn kép xem xét Cụ thể việc tạo mô hình thành phần, giải pháp điều khiển với chuyển đổi Back-To-Back, công nghệ điều chế xung tiên tiến nghịch lưu kiểu nghiên cứu, phân tích chi tiết Là sở phân tích, nghiên cứu, mô hình hóa hệ thống máy phát điện tuabin gió trang bị máy phát điện cảm ứng nguồn kép, phát triển môi trường Matlab/Simulink, mô động lực học hệ thống cánh quạt tuabin, động từ gió chuyển thành năng, đến máy phát điện, chuyển thành điện kết nối với lưới điện Mô hình hệ thống tuabin gió bao gồm mô hình khí động lực học tuabin gió, mô hình hệ thống truyền động, mô hình chuyển đổi Back-ToBack mô hình máy phát điện cảm ứng nguồn kép Bốn chương trình điều khiển thực hệ thống tua bin gió, điều khiển nghịch lưu bên lưới điện, điều khiển nghịch lưu bên máy phát, điêu khiển bám điểm công suất cực đại, điều khiển góc cánh tuabin Mục tiêu điều khiển vecto cho nghịch lưu bên lưới điện giữ điện áp DC-link không đổi bất chấp thay đổi điện áp lưới điện, để tạo hệ số công suất đồng nhìn vào WTGS từ phía lưới điện Điều khiển vecto đảm bảo điều khiển độc lập, tách công suất tác dụng phản kháng bên stato Điều khiển, theo dõi, bám điểm công suất cực đại tạo giá trị tham chiếu công suất tác dụng stato điều khiển ngịch lưu bên máy phát Điều khiển góc cánh dùng để điều chỉnh góc cánh tuabin công suất gió thu tốc độ gió vượt 113 giá trị định mức Bằng giải thuật điều khiển này, tuabin gió có trạng thái ổn định thỏa mãn đáp ứng nhanh, linh hoạt, với điều kiện tốc độ gió khác Công nghệ điều biến PWM nghịch lưu ba cấp (đa cấp) sử dụng rộng rãi hệ thống điện trung thế, trình bày phân tích chi tiết Các kết mô kết so sánh cho thấy điều khiển PWM ba cấp đạt biên độ số điều biến cao hơn, tạo biến dạng sóng hài tổng (THD) điện áp đầu Bộ chuyển đổi Back-To-Back ba cấp, điều biến không gian vector PWM , áp dụng hệ thống máy phát điện tuabin gió Để thể ưu điểm nghịch lưu ba cấp, phân tích chi tiết ứng suất điện áp IGBT, hiệu điện roto khác biệt công suất đưa Kết so sánh tương ứng cho thấy vượt trội chuyển đổi ba cấp hệ thống đề xuất 5.2 Xu hướng tua bin gió tương lai Hiện tương lai, hệ thống máy phát tuabin gió dùng DFIG chiếm số lượng lớn số tuabin lắp đặt từ 2001, mang nhiều điểm công nghệ tiên tiến ngành lượng tái tạo, nhiên chúng có hai nhược điểm sau: • Sử dụng ổ trục chổi than, vòng góp nên cần bảo dưỡng thay định kỳ • Sự cố lưới điện gây Mô-men xoắn trục cực lớn hộp số mô-men làm hư hỏng, nguy hại đến toàn gió, ảnh hướng đến chất lượng điện tăng chi phí bảo trì, vận hành Ngoài ra, nhiều năm qua, chi phí cho điều khiển, điện tử công suất hệ thống tua bia gió (WT) giảm nhiều Sự tiến triển này, tương quan chặt chẽ với điều lệ áp đặt cho WTS kết nối lưới, dẫn đến việc dùng hệ thống nghịch lưu để chuyển đổi “toàn bộ” công suất máy phát điện lên lưới chuyển đổi 114 Back-To-Back, sử dụng nhiều, nghịch lưu có lợi ích lớn sau : +.Các DC-link cho phép tách thành bên máy phát bên lưới điện dẫn đến việc sửa chữa xử lý hỏng hóc điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng hiệu +.Cho phép tiến hành cài đặt hệ thống truyền động trực tiếp không cần lắp hộp số Cấu hình tiên tiến đại nghịch lưu đa bậc mô hình NPC thảo luận chương trước Một trở ngại mô hình hệ thông số không điện tử công suất Các nghiên cứu gần [14] cho rằng, ngành công nghiệp lượng gió chuyển sang chuyển đổi hình H, đó: • Yêu cầu số lượng linh kiện điện tử so với mô hình liên kết chuyển đổi công suất khác, thực tế không cần thêm nhiều điốt kẹp nhiều tụ điện • Có sơ đồ mạch đơn tuyến hóa đơn giản ưa chuộng để triển khai thực tế sản xuất 5.3 Kiến nghị Mặc dù nhiều nghiên cứu hoàn thành trong luận văn này, nhiều khảo sát tương lai DFIG, dự án liên quan đến DFIG nhiều thú vị Do đề xuất nghiên cứu số chủ đề liệt kê sau: Chuyển đổi ma trận chủ đề thú vị khác khả biến đổi ac đến ac Nên so sánh mô hình hệ thống tua bin gió DFIG phát điện nam châm vĩnh cửu đa cực, kết nối với lưới điện thông qua nghịch lưu công suất với mô hình đầy đủ Điện trở máy phát điện tuabin gió dựa DFIG có nhiễu cố lưới điện nên nghiên cứu 115 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Hồ Phạm Huy Ánh, “Điều Khiển Máy Điện Ứng Dụng Tính Toán Mềm”, Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật Trang 265-380, 2014 [2] Bijaya Pokharel, “Modeling, Control and Analysis of a Doubly Fed Induction Generator Based Wind Turbine System with Voltage Regulation”, Tennessee Technological University, Master thesis, December 2011 [3] Tao Sun, “Power Quality of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG and Their Interaction with the Grid”, Ph.D dissertation, Aalborg University, Denmark, May 2004 [4] Iulian Munteanu, Antoneta Iuliana Bratcu, Nicolaos-Antonio Cutululis and Emil Ceanga, “Optimal Control of Wind Energy System”, London, Springer, 2008 [5] J G Slootweg, S W H de Haan, H Polinder and W L Kling, “General Model for Representing Variable Speed Wind Turbines in Power System Dynamics Simulations”, IEEE Transactions on Power Systems, Vol.18, No.1, pp.144-151, February 2003 [6] Vladimir Blasko and Vikram Kaura, “A New Mathematical Model and Control of a Three-Phase AC-DC Voltage Source Converter”, IEEE Transactions onPower Electronics, Vol 12, No 1, pp 116-123, January1997 [7] Yan Guo, Xiao Wang, Howard C Lee and Boon-Teck Ooi, “Pole-Placement Control of Voltage-Regulated PWM Rectifiers Through Real-Time Multiprocessing”, IEEE Transactions on Industrial Engineering, Vol 41, No 2, pp 224-230, April 1994.[8] José R Rodríguez, Juan W Dixon, José R Espinoza, Jorge Pontt and Pablo Lezana, “PWM Regenerative Rectifiers: State of the Art”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 52, No 1, pp 5-22, February 2005 116 [9] R Pena, J C Clare and G M Asher, “Doubly fed induction generator using backto-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation,” IEE Proceedings Electric Power Applications, Vol 143, No 3, pp 231-241, May 1996 [10] Jihen Arbi, Manel Jebali-Ben Ghorbal, Ilhem Slama-Belkhodja and Lotfi Charaabi, “Direct Virtual Torque Control for Doubly Fed Induction Generator Grid Connection”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 56, No 10, pp 4163-4173, October 2009 [11] Mika Ikonen, Ossi Laakkonen and Marko Kettunen, “Two-Level and Three-Level Converter Comparison in Wind Power Application”, Department of Electrical Engineering, Lappeenranta University of Technology, FI-53851, Lappeenranta, Finland, pp 1-11, 2005 [12] O S Senturk, L Helle, S Munk-Nielsen, P Rodriguez and R Teodorescu, “Medium Voltage Three-Level Converters for the Grid Connection of a Multi-MW Wind Turbine,” 13th European Conference on Power Electronics and Applications, pp 1- 8, September 2009 [13] Nabeel A O Demerdash, “Advance Electric Machines and Drives”, class notes for EECE 6220, Department of Electrical and Computer Engineer, Marquette University, Chapter 5, pp 1-63, 2012 [14] Xiaoxu Fan, Yuegang Lv, Yan Bai and Daping Xu “Hybrid System Modeling and Analysis for Power Grid Side Converter Modulated by SVPWM Technology of the Double-fed Induction Wind Power Generator”, Fourth International Conference on Natural Computation, pp 143-148, October 2008 [15] Xing Zhang, “Study on the PWM Rectifier and It's Control Strategies”, Hefei University of Technology, Ph.D dissertation, 2003 117 [16] Wei Qiao, “Dynamic Modeling and Control of Doubly Fed Induction Generators Driven by Wind Turbines”, Power Systems Conference and Exposition, pp 1-8, March 2009 [17] Juan W Dixon and Boon-Teck Ooi, “Indirect Current Control of a Unity Power Factor sinusoidal Current Boost Type Three-phase Rectifier”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol 35, No 4, pp 508-515, November 1988 [18] Jianzhong Zhang, Ming Cheng, Zhe Chen and Xiaofan Fu, “Pitch Angle Control for Variable Speed Wind Turbines”, Third International Conference on Electric Utility Deregulation and Restructuring and Power Technologies, pp 2691-2696, April 2008 [19] Toshihiko Noguchi, Hiroaki Tomiki, Seiji Kondo and Isao Takahashi, “Direct Power Control of PWM Converter Without Power-Source Voltage Sensors”, IEEE Transaction on Industry Application, Vol 34, No 3, pp 473-479, May/June 1998