Thiết kế bộ điều khiển hòa lưới cho máy phát điện sức gió sử dụng máy điện cảm ứng nguồn kép DFIG

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --- LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HÕA LƯỚI CHO MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN... Khái quát về hệ thố

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

-

LUẬN VĂN THẠC SỸ KĨ THUẬT

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HÕA LƯỚI CHO

MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN

MỤC LỤC

Lời cam đoan -4-

Lời cảm ơn -5-

Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt -6-

Danh mục các bảng -8-

Danh mục các hình vẽ và đồ thị -9-

MỞ ĐẦU -14-

1 Tính cấp thiết của đề tài -14-

2 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn -14-

3 Đối tượng và mục đích nghiên cứu -15-

4 Kết cấu của luận văn -15-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC -16-

1.1 Tổng quan -16-

1.1.1 Đặt vấn đề -16-

1.1.2 Năng lượng gió -16-

1.1.3 Vài nét về trạm phong điện -18-

1.2 Máy phát điện sức gió (Phong điện) -19-

1.2.1 Hệ thống nối lưới nguồn năng lượng gió -19-

1.2.2 Cấu tạo của tuabin phong điện -21-

1.2.3 Nguyên lý làm việc của phong điện -23-

1.3 Khái quát về hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng máy điện cảm ứng nguồn kép DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) -26-

1.3.1 Một số hệ thống máy phát điện sức gió thông dụng -26-

1.3.2 Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện DFIG -28-

1.4 Kết luận chương 1 -29-

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN HỌC HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ DÙNG MÁY ĐIỆN CẢM ỨNG NGUỒN KÉP -30-

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 2 - Chuyên ngành Tự động hoá

2.1 Máy điện cảm ứng nguồn kép -30-

2.1.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy phát điện -30-

2.1.2 Sơ đồ mạch điện tương đương của DFIG -32-

2.1.3 Công suất của DFIG -35-

2.1.4 Véctơ không gian -36-

2.1.5 Công suất tác dụng và công suất phản kháng trong véctơ không gian -37-

2.2 Mô tả toán học hệ thống DFIG -37-

2.2.1 Mô tả toán học máy điện DFIG -38-

2.2.2 Mô tả toán học bộ lọc phía lưới -39-

2.2.3 Mô tả toán học bộ DC – Link -40-

2.2.4 Mô tả toán học bộ Grid Side Converter (GSC) -41-

2.2.5 Mô tả toán học bộ Machine Side Converter (MSC) -41-

2.3 Từ trường trong hệ thống DFIG -42-

2.3.1 Từ trường của stato -42-

2.3.2 Từ trường của lưới -42-

2.4 Kết luận chương 2 -43-

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ DÙNG MÁY ĐIỆN CẢM ỨNG NGUỒN KÉP -44-

3.1 Tìm hiểu một số phương pháp điều khiển máy phát điện sức gió -44- 3.1.1 Phương pháp điều khiển máy phát điện sức gió sử dụng máy điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu -44-

3.1.2 Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ -49-

3.2 Lý thuyết về điều khiển PID -50-

3.2.1 Đặt vấn đề -50-

3.2.2 Lý thuyết về điều khiển PID -51-

3.2.3 Các phương pháp tổng hợp bộ điều khiển PID -55-

3.2.4 Các hạn chế của điều khiển PID -57-

3.2.5 Ký hiệu thay thế và các dạng PID -58-

3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển cho máy phát điện sức gió sử dụng máy

điện cảm ứng DFIG -60-

3.3.1 Thiết kế bộ điều khiển phía máy phát (MSC) -61-

3.3.2 Thiết kế bộ điều khiển phía lưới (GSC) -64-

3.4 Kết luận chương 3 -67-

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRÊN MATLAB – SIMULINK – PLECS VÀ KẾT LUẬN -69-

4.1 Giới thiệu công cụ Matlab – Simulink – Plecs -69-

4.2 Mô phỏng hệ thống máy phát điện sức gió DFIG sử dụng công cụ Matlab – Simulink – Plecs -75-

4.2.1 Các tham số dùng cho mô phỏng -75-

4.2.2 Xây dựng sơ đồ mô phỏng toàn hệ thống -75-

4.2.3 Xây dựng khối PLECS Circuit (DFIG) -77-

4.2.4 Xây dựng các khối điều khiển phía máy phát (MSC) -81-

4.2.5 Xây dựng các khối điều khiển phía lưới (GSC) -84-

4.3 Kết quả mô phỏng -86-

4.3.1 Khởi tạo quá trình mô phỏng -86-

4.3.2 Kết quả mô phỏng -89-

4.4 Kết luận và kiến nghị -96-

TÀI LIỆU THAM KHẢO -97-

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 4 - Chuyên ngành Tự động hoá

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Dương Quốc Hưng

Sinh ngày 30 tháng 7 năm 1983

Học viên lớp cao học khoá 12 - Tự động hoá - Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Hiện đang công tác tại khoa Điện - Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên

Xin cam đoan: Đề tài “Thiết kế bộ điều khiển hòa lưới cho máy phát điện

sức gió sử dụng máy điện cảm ứng nguồn kép DFIG” do thầy giáo PGS.TS Lại

Khắc Lãi hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các tài liệu tham

khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Nếu sai tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Thái Nguyên, ngày 30 tháng 09 năm 2011

Tác giả luận văn

Dương Quốc Hưng

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời nghiên cứu, làm việc khẩn trương, được sự động viên, giúp đỡ

và hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn

với đề tài “Thiết kế bộ điều khiển hòa lưới cho máy phát điện sức gió sử dụng máy điện cảm ứng nguồn kép DFIG” đã hoàn thành

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

Thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Lại Khắc Lãi đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác

giả hoàn thành luận văn này

Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện Trường Đại học

Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận văn

Toàn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và hoàn thành bản luận văn

Tác giả luận văn

Dương Quốc Hưng

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 6 - Chuyên ngành Tự động hoá

KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Các ký hiệu:

Us (stator voltage): Điện áp Stato

R s (stator resistance): Điện trở Stato

Ur (rotor voltage): Điện áp Roto

R r ( rotor resistance): Điện trở Roto

Is (stator current): Dòng điện Stato

R m (magnetizing resistance): Điện trở từ hoá

Ir (rotor current): Dòng điện Roto

L sλ (stator leakage inductance): Điện cảm Stato

IRm (magnetizing resistance current): Dòng điện từ hoá

L rλ (rotor leakage inductance): Điện cảm Roto

Ψs (stator flux): Từ trường Stato

ΨR (rotor flux): Từ trường Roto

ω1 (stator frequency): Tần số dòng điện Stato

L m (magnetizing inductance): Điện cảm từ hoá

Ps: Công suất tác dụng Stato

Pr: Công suất tác dụng Roto

Qs: Công suất phản kháng Stato

Qr: Công suất phản kháng Roto

Ploss: Tổn thất công suất

Pmech: Công suất từ hoá

u rd,u rq,u sd,u sq Các thành phần điện áp rotor, stator thuộc hệ tọa độ dq

i rd,i rq,i sd,i sq Các thành phần dòng rotor, stator thuộc hệ tọa độ dq

 r, s Các thành phần véctor từ thông rotor, stator

 sd, sq Các thành phần từ thông stator thuộc hệ tọa độ dq

MĐKĐBNK Máy điện không đồng bộ nguồn kép

MĐĐB - KTVC Máy điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu

NLPL - NLDI Nghịch lưu phía lưới

NLMF - NLFDI Nghịch lưu phía máy phát

DFIG Doubly-Fed Induction Generator

AVR Automatic Voltage Regulator

ĐKCTĐ điều khiển chuyển toạ độ trạng thái

Luận văn Thạc sỹ Kỹ thuật - 8 - Chuyên ngành Tự động hoá

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.9

Tuabin gió với tốc độ thay đổi có bộ biến đổi nối trực

Hình 1.13

Hệ thống máy phát DFIG với bộ Back-to-Back

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

read

data error !!! can't not

read