Máy phát điện và năng lượng cho tuốc bin gió

Bài tổng quan về hệ thống cấu thành nên một nhà máy phong điện . Là những gì tổng quát nhất để tạo ra phong điện

Máy phát điện và điện năng cho tuốc bin gióAnca D. Hansen4.1Giới thiệu Ngày nay, tua-bin gió trên thị trường hòa trộn và so khớp với một loạt các khái niệm sáng tạo với các công nghệ đã được chứng minh cho cả hai máy phát điện và điện tử công suất. Chương này trình bày từ một điểm điện xem trạng thái hiện tại của máy phát điện và năng lượng thiết bị điện tử trong các khái niệm tuabin gió. Nó mô tả các khái niệm cổ điển và mới của các máy phát điện và các thiết bị điện tử điện dựa trên các khía cạnh kỹ thuật và xu hướng thị trường.4.2 Công nghệ tiên tiến Phần này sẽ mô tả tình trạng hiện tại về máy phát điện và điện tử năng lượng cho các tua-bin gió. Để cung cấp một bức tranh hoàn chỉnh, chúng tôi đầu tiên sẽ mô tả vắn tắt kiểm soát quyền lực phổ biến cấu trúc liên kết các tua bin gió 4.2.1 tổng quan về cấu trúc tuốc bin gió Tua-bin gió có thể hoạt động với một tốc độ cố định hoặc tốc độ biến đổi. 4.2.2.1 tuốc bin gió có tốc độ không đổi Trong đầu những năm 1990 tiêu chuẩn cài đặt các tua-bin gió là hoạt động ở tốc độ cố định.Điều đó có nghĩa là bất kì tốc độ gió nào, tốc độ cánh quạt của tuabin gió là cố định và xác định bởi tần số của lưới điện cung cấp, tỷ số truyền và thiết kế máy phát điện. Đó là đặc trưng của tua-bin gió tốc độ cố định mà chúng được trang bị máy phát điện cảm ứng (rotor lồng sóc hoặc rôto quấn dây) kết nối trực tiếp với lưới điện, với một phần mềm khởi động và bộ tụ để giảm mức tiêu hao công suất phản kháng.Chúng được thiết kế để đạt được hiệu quả tối đa tại một tốc độ gió cụ thể. Để tăng cường sản xuất điện, máy phát điện của một số tua-bin gió có tốc độ cố định có hai bộ dây: một là sử dụng tốc độ gió thấp (thường là 8 điện cực) và tốc độ gió trung bình ,cao (thường 4-6 điện cực). Tua bin gió có tốc độ cố định có lợi thế là đơn giản, mạnh mẽ và đáng tin cậy và cũng đã được kiểm chứng. Và tổn thất điện năng của nó là thấp. Nhược điểm của nó là không kiểm soát được tiêu thụ công suất phản kháng, ứng suất cơ học và chất lượng điện năng bị giới hạn. Do hoạt động tốc độ cố định , tất cả các biến động ở tốc độ gió tiếp tục truyền như các biến động trong mô-men xoắn cơ khí và sau đó là sự biến động của năng lượng điện trên lưới điện. Trong trường hợp lưới yếu, dao động năng lượng cũng có thể dẫn đến các biến động điện áp lớn, điều này, lần lượt, sẽ cho kết quả mất đường dây quan trọng (Larsson, 2000). 4.2.1.2 tuabin gió tốc độ biến đổi Trong những năm qua tua-bin gió có tốc độ thay đổi đã trở thành loại ưu thế trong số các tua-bin gió được cài đặt. Tua-bin gió biến tốc được thiết kế để đạt được tối đa hiệu quả khí động học trên một phạm vi rộng của tốc độ gió. Với hoạt động biến tốc nó có thể liên tục thích ứng (tăng tốc hay giảm tốc) tốc độ quay của tuabin gió với tốc độ gió v. Bằng cách này, tốc độ đầu tỷ lệ được giữ không đổi ở một giá trị được xác định trước tương ứng với hệ số công suất tối đa .Trái ngược với một hệ thống tốc độ cố định, một hệ thống biến tốc giữ mô-men xoắn máy phát điện tương đối ổn định và các thay đổi gió được hấp thu bởi những thay đổi trong tốc độ máy phát điện. Hệ thống điện của một tua-bin gió có tốc độ thay đổi phức tạp hơn một tuabin gió tốc độ cố định. Nó thường được trang bị với máy phát điện cảm ứng hoặc máy phát điện đồng bộ và kết nối với lưới điện thông qua một công cụ chuyển đổi năng lượng. Việc chuyển đổi năng lượng kiểm soát tốc độ máy phát điện, đó là, dao động năng lượng gây ra bởi sự thay đổi gió được hấp thu chủ yếu bởi những thay đổi tốc độ trong rotor máy phát điện và cực từ trong rotor tua-bin gió. Những lợi thế của tua-bin gió có tốc độ thay đổi là nắm bắt được sự tăng năng lượng,cải thiện chất lượng điện và giảm áp lực cơ khí trên các tua-bin gió.Nhược điểm là gâytổn thất trong phần điện tử công suất, sử dụng nhiều bộ phận hơn vàtăng chi phí thiết bị vì là các thiết bị điện tử công suất. Việc giới thiệu các loại tuabin gió có tốc độ thay đổi làm tăng số lượng ứng dụng của các loại máy phát điện và cũng giới thiệu một vài bậc tự do trong sự kết hợp của các loại máy phát điện và các loại công cụ chuyển đổi điện4.2.2 Tổng quan về khái niệm điều khiển điện năng Tất cả các tua-bin gió được thiết kế với một số loại điều khiển điện năng. Có nhiều cách khác nhau để kiểm soát sức động lực học trên các rôtor tua-bin gió và do đó hạn chế sức mạnh của gió khi gió lớn để tránh hỏng hóc cho tuabin gió. phương pháp điều khiển hiệu quả nhất và rẻ tiền nhất là điều khiển trạng thái thất tốc (thụ động điều khiển), nơi mà các cánh quạt được bắt vít vào trung tâm ở một góc cố định. Thiết kế khí động lực học rotor làm cho rotor thất tốc (mất điện) khi tốc độ gió vượt quá một mức nhất định. Như vậy,lực khí động học trên các cánh quạt bị hạn chế. Kiểm soát lực khí động học chậm gây ra những biến động năng lượng ít hơn so với việc điều chỉnh góc nghiêng cánh quạt. Một số hạn chế của phương pháp này là hiệu quả thấp hơn ở tốc độ gió thấp, không có hỗ trợ khởi động và sự thay đổi lớn trong ổn định điện do sự thay đổi trong tỷ trọng không khí và tần số lưới điện (cho một ví dụ, hãy xem Chương 15). Một loại hình điều khiển khác là điều khiển độ cao (điều khiển chủ động),ở đó những cánh quạt có thể tạo ra sản lượng điện đầu ra cao hay thấp,tương ứng. Nói chung, những ưu điểm của loại hình điều khiển này là điều khiển điện tốt, hỗ trợ khởi động và dừng khẩn cấp. Từ một điểm điện cho thấy, kiểm soát năng lượng tốt có nghĩa là ở tốc độ gió cao, giá trị trung bình của sản lượng điện được giữ gần với công suất định mức của máy phát điện. Một số nhược điểm là sự phức tạp phát sinh từ cơ cấu truyền động ở độ cao và dao động năng lượng cao hơn ở tốc độ gió cao. Năng lượng chỉ là tức thời, bởi vì cơn gió giật và tốc độ hạn chế của cơ cấu truyền động ở độ cao, dao động xung quanh giá trị trung bình của điện năng. Cách điều khiển thứ 3 có thể là điều khiển trạng thái thất tốc chủ động. Như tên ngụ ý, sự thất tốc của những cánh quạt được điều khiển 1 cách chủ động bằng góc nghiêng của cánh quạt. Ở tốc độ gió thấp cánh quạt nghêng giống như loại tuabin gió điều khiển góc nghiêng, để đạt được hiệu quả tối đa. Ở tốc độ gió cao,cánh quạt đi vàotrạng thái thất tốc bằng cách xoay nhẹ vào hướng đối diện với tua-bin điều khiển góc nghiêng. hoạt động của các trạng thái thất tốc tuabin gió đạt được sự hạn chế năng lượng 1 cách trơn tru, không có dao động năng lượng cao như trong trường hợp của tua-bin gió điều khiển góc nghiêng. Loại điều khiển này có lợi thế là có thể bù đắp sự thay đổi về tỷ trọng không khí. Sự kết hợp với cơ chếthay đổi góc nghiêng làm cho nó dễ dàng hơn khi thực hiện điểm dừng khẩn cấp và khởi động tua-bin gió 4.2.3 Máy phát điện hiện đại Trong phần sau đây, phổ biến nhất ứng dụng cấu hình tua-bin gió được phân loạicả hai khả năng là điều khiển tốc độ và điều khiển năng lượng .Áp dụng điều khiển tốc độ như một tiêu chuẩn, tua-bin gió có bốn loại khác nhau , như minh họa trong hình 4.1. Cấu hình tuabin gió có thể được tiếp tục phân loại đối với các loại điều khiển năng lượng(hay cánh quạt): thất tốc, gó nghiêng, thất tốc chủ động. Bảng 4.1 cho thấy các loại khác nhau của các cấu hình tuabin gió, cả hai tiêu chuẩn (kiểm soát tốc độ và kiểm soát năng lượng) vào 1 bảng. Mỗi sự kết hợp của hai tiêu chí này nhận được một kí hiệu, ví dụ, loại A0 biểu thị tuabin gió tốc độ thất tốc cố định. Các khu vực màu xám trong Bảng 4.1 cho thấy sự kết hợp không được sử dụng trong ngành công nghiệp tua-bin gió hiện nay (ví dụ như loạiB0). Hình 4.1 cấu hình gió tuabin tiêu biểu. Lưu ý: SCIG = máy phát điện lồng sóc cảm ứng; WRIG = dây quấn rotor máy phát điện cảm ứng, PMSG = nam châm vĩnh cửu máy phát điện đồng bộ; WRSG = dây quấn rotor máy phát điện đồng bộ. Các dòng nét đứt xung quanh hộp số Loại D cấu hình cho thấy rằng có thể có hay không có hộp số Trong chương này, chúng tôi sẽ xem xét chủ yếu là các loại tua bin gió tiêu chuẩn, được mô tả trong hình 4.1 và Bảng 4.1. Khác thay thế, hơi khác nhau, tua bin gióthiết kế sẽ không được thảo luận. Vì vậy, chỉ có cấu hình tuabin gió điển hình và lợi thế cũng như nhược điểm của nó sẽ được trình bày thảo luận sau đây.Điều khiển tốc độ Điều khiển năng lượngThất tốc Góc nghiêng Thất tốc chủ độngTốc độ cố định Loại A Loại A0 Loại A1 Loại A2Tốc độ thay đổi Loại B Loại B0 Loại B1 Loại B2Loại C Loại C0 Loại C1 Loại C2Loại D Loại D0 Loại D1 Loại D2 4.2.3.1 Loại A: tốc độ cố định Cấu hình này biểu thị các tuabin gió tốc độ cố định với một máy phát điện cảm ứng không đồng bộ rotor lồng sóc (SCIG) kết nối trực tiếp với lưới điện thông qua một biến áp (xem Hình 4.1). SCIG luôn lấy công suất phản kháng từ lưới điện nên cấu hình này sử dụng một bộ tụ để bù công suất phản kháng. Để kết nối tốt với lưới điện thường sử dụng một phần mềm khởi động. Bất kì nguyên tắc điều khiển năng lượng trong một tua-bin gió cố định nào cũng là tốc độ gió biến động được chuyển đổi thành các dao động cơ khí và do đó thành dao động năng lượng điện. Trong trường hợp của một mạng lưới yếu, chúng có thể tạo ra biến động điện áp tại các điểm kết nối. Vì những dao động điện áp, tuabin gió tốc độ cố định sẽ lấy lượng công suất phản kháng khác nhau từ các lưới điện (trừ khi có một bộ tụ điện), làm tăng các biến động điện áp và tổn hao dòng. Vì vậy, những hạn chế chính của khái niệm này là nó không hỗ trợ bất kỳ điều khiển tốc độ nào, nó đòi hỏi một mạng lưới cứng và kết cấu cơ khí của nó phải có khả năng chịu lực cơ học cao. Tất cả ba phiên bản (loại A0, Loại A1 Loại A2) của tuabin gió tốc độ cố địnhLoại A được sử dụng trong ngành công nghiệp tua-bin gió, và họ có thể được mô tả như sau. Loại A0: Điều khiển độ thất tốc Đây là loại thông thường được áp dụng bởi nhiều nhà chế tạo tuabin gió của Đan Mạch trong những năm 1980 và năm 1990 (tức là khi ngược gió điều chỉnh độ thất tốc bởi ba cánh tua bin gió). Nó rất phổ biến vì giá tương đối thấp của nó, đơn giản và hiệu quả. Tua-bin gió điều khiểnthất tốc không thể thực hiện hỗ trợ khởi động, mà ngụ ý rằng sức mạnh của tuabin không thể được kiểm soát trong mạng lưới. Loại A1: Điều khiển góc nghiêng Loại này cũng có mặt trên thị trường. Các ưu điểm chính của một tuabin Loại A1là nó tạo điều kiện thuận lợi điều khiển năng lượng, điều khiển khởi động và dừng khẩn cấp. Tuy nhiên mặt hạn chế chính của nó là ở tốc độ gió cao, thậm chí biến đổi nhỏ trong tốc độ gió cũng dẫn đến thay đổi lớn trong sản lượng điện. Cơ chế góc nghiêng là không phù hợp để tránh những dao động năng lượng. Bố trí cánh quạt, các biến đổi chậm trong gió có thể được bù lại, nhưng điều này là không thể trong trường hợp của cơn gió giật. Loi A2: iu khin tht tc ch ng Loi ny gn õy ó tr nờn ph bin. Cu hỡnh ny v c bn duy trỡ tt c cỏc c tớnh cht lng in ca h thng tht tc quy nh. Nhng ci tin trong ng dng tt hn ca h thng tng th, nh mt kt qu ng dng ca iu khin tht tc ch ng. Cỏc khp ni linh hot ca cỏnh qut trung tõm cng to iu kin dng khn cp v khi ng. Mt nhc im l mc giỏ cao hn phỏt sinh t c ch lp t v b iu khin ca nú. Nh minh ha trong hỡnh 4.1 v Bng 4.1, khỏi nim bin tc c s dng bi tt c ba cu hỡnh, loi B, loi C v D. Do cõn nhc loi gii hn nng lng, khỏi nim bin tc c s dng trong thc t hin nay ch cựng vi c ch gúc nghiờng nhanh. Tc thay i tht tc hoc s thay i tc tht tc ch ng ca tuabin giúkhụng bao hm õy nh l cú kh nng nú thiu in dung gim nhanh chúng nng lng. Nu cỏc tuabin giú ang chy tc ti a v cú mt cn giú mnh, mụ-men xon khớ ng hc t ti hn cao v cú th gõy ra tỡnh hung mt n nh. Do ú, nh minh ha trong bng 4.1 Loi B0, Loi B2, Loi C0, Loi C2, Loi D2 ,Loi D0 khụng c s dng trong ngnh cụng nghip tua-bin giú hin nay. 4.2.3.2 Loi B: thay i tc hn ch Cu hỡnh ny tng ng vi tuabin giú hn ch bin i tc bng s thay i in tr rotor mỏy phỏt in, c gi l OptiSlip.S dng mt mỏy phỏt in cm ng rotor dõy qun (WRIG) v ó c s dng bi cỏc nh sn xut an Mch Vestas k t gia nhng nm 1990. Mỏy phỏt in trc tip kt ni vi li in. Mt b t in thc hin vic bự cụng sut phn khỏng. Kt ni li in tt hn t c bng cỏch s dng mt phn mm khi ng. Cỏc tớnh nng c ỏo ca loi ny l nú cú th thay i in tr rotor bi mt cụng c chuyn i quang hc iu khin gn trờn trc cỏnh qut. Vỡ vy, in tr rotor l kim soỏt hon ton. Khp ni quang hc ny giỳp loi b s cn thit cho vũng trt tn kộm cn chi than v bo trỡ. in tr rotor cú th c thay i v do ú kim soỏt trt. Bng cỏch ny, sn lng in trong h thng c kim soỏt. Phm vi ca iu khin tc ng ph thuc vo di bin i in tr rotor. Thụng thng, phm vi tc l 0-10% so vi tc ng b. Nng lng n t cỏc n v chuyn i nng lng bờn ngoi l mt i do s mt nhit. Wallace v Oliver (1998) mụ t mt khỏi nim thay th bng cỏch s dng cỏc thnh phn th ng thay vỡ mt cụng c chuyn i nng lng in t. iu ny t c trc 10%, nhng nú khụng h tr iu khin trc. 4.2.3.3 Loi C: thay i tc vi tn s chuyn i mt phn quy mụ Cu hỡnh ny, c gi l khỏi nim mỏy phỏt in cm ng np gp ụi (DFIG),tng ng gii hn bin i tc ca tuabin giú vi vũng dõy rotor mỏy phỏt in cm ng (WRIG) v mt phn t l tn s chuyn i (ỏnh giỏ khong 30% cụng sut nh mc) trờn mch rotor (phn 4, trong Chng 2 cho thy v bc ca mt tuabin Loi C). Phn t l tn s chuyn i thc hin bự cụng sut phn khỏng v kt ni li in ti u hn. Nú cú mt phm vi rng ln hn ca iu khin tc ng so vi cỏc OptiSlip_, tựy thuc vo kớch thc ca b chuyn i tn s. Thụng thng, phm vi tc bao gm tc ng b _40% n ỵ30%. Tn s chuyn i nh hn lm cho khỏi nim ny hp dn i vi quan im kinh t. Hn ch chớnh ca nú l vic s dng cỏc vũng trt v bo v trong trng hp s c li in. 4.2.3.4 Loại D: Biến tốc với bộ chuyển đổi tần số đầy đủ tỉ lệ Cấu hình này tương ứng với tuabin gió tốc độ biến đổi đầy đủ, với các máy phát điện kết nối với lưới điện thông qua một công cụ chuyển đổi tần số đầy đủ tỉ lệ. Bộ chuyển đổi tần số thực hiện đền bù công suất phản kháng và kết nối lưới điện tối ưu hơn. Máy phát điện có thể được kích thích bằng điện [dây quấn rotor máy phát điện đồng bộ (WRSG) hoặc WRIG) hoặc bằng một nam châm vĩnh cửu [nam châm vĩnh cửu máy phát điện đồng bộ (PMSG)]. Một số tuabin gió tốc độ biến đổi đầy đủ không có hộp số (xem các đường nét đứt hộp số trong hình 4.1). Trong những trường hợp này, điều khiển trực tiếp nhiều cực máy phát điện với một đường kính lớn được sử dụng, (nhìn phần 3, tại ví dụ Chương 2). Các tuốc bin gió công ty Enercon, Made và Lagerwey là những ví dụ của các nhà sản xuất sử dụng cấu hình này. 4.2.4 Điện tử công suất hiện đại Sự thay đổi tốc độ tua bin gió đòi hỏi một hệ thống điện tử công suất có khả năng điều chỉnh tần số máy phát điện và điện áp lưới điện. Cường độ dòng điện trong điện tử công suất nhỏ nên nó là lý do tại sao nó lại hấp dẫn để sử dụng các thiết bị điện tử trong các tua-bin gió trong tương lai: Bảng 4.2 minh họa Bảng 4.2 Ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng thiết bị điện tử công suất trong hệ thống tuabin gióTính chất Điện tử công suất Ưu điểm Nhược điểmĐiều khiển tần số(quan trọng đối với tuabin gió)Năng lượng hoạt động tối ưuHệ thống truyền động mềmDễ điều khiểnTruyền động không bánh răngGiảm tiếng ồnThêm các chi phíCác thiệt hạiĐặc điểm Nhà máy điện(quan trọng đối với lưới điện)-Điều khiển công suất tác dụng và phản kháng- Nguồn công suất phản kháng cục bộ- Cải thiện mạng lưới (điện áp) ổn định- Cải thiện chất lượng điện + Giảm độ mấp mô + Lọc các sóng hài bậc thấp + Hạn chế ngắn mạchCó sóng hài bậc cao ý nghĩa của việc sử dụng các thiết bị điện tử công suất trong tua-bin gió là lưới điện và tuabin gió được kết nối. Điện tử công suất có hai tính năng cơ bản: Điều khiển tần số: Điện tử công suất thực sự có thể áp dụng để tốc độ thay đổi, và do đó nó được xem là một điểm quan trọng đối với tuabin gió. Tính năng này kết quả làm cho tua-bin gió đạt được những lợi ích trực tiếp sau đây: (1) tối ưu năng lượng hoạt động, (2) giảm tải trên ổ bánh răng và ổ đĩa, cũng như tốc độ gió biến đổi được hấp thụ bởi các thay đổi tốc độ rotor (3) kiểm soát tải, cũng như có thể tránh được tổn hao tải, (4) một giải pháp thực tế cho các tua-bin gió gearless(không bánh răng),cũng như bộ chuyển đổi điện hoạt động như một hộp số điện; và (5) giảm tạo ra tiếng ồn ở tốc độ gió thấp. Đối với các tua bin gió, những nhược điểm của thiết bị điện tử công suất là những tổn thất điện năng và chi phí gia tăng cho các thiết bị bổ sung. . Đặc điểm nhà máy điện: Điện tử công suất cung cấp khả năng cho các trang trại gió trở thành một phần hoạt động trong hệ thống điện (S ensen et al, 2000.). Dối với lưới điện, kết quả này sở hữu một số lợi thế: (1) công suất phản kháng và tác dụng của một trang trại gió là điều khiển được, (2) bộ chuyển đổi năng lượng trong một trang trại gió có thể được sử dụng như một nguồn công suất phản kháng địa phương (ví dụ như trong trường hợp lưới điện yếu); (3)trang trại gió có ảnh hưởng tích cực vào sự ổn định mạng lưới, và (4) bộ chuyển đổi điện áp giúp nâng cao chất lượng điện của trang trại gió bằng cách giảm các mức độ mấp mô cũng như nó lọc ra các sóng hài thấp và hạn chế các dòng mạch ngắn. Liên quan tới lưới điện , điện tử công suất có nhược điểm tạo ra hài bậc cao hòa vào lưới điện. Điện tử công suất bao gồm các thiết bị như khởi động mềm (và các bộ tụ điện), chỉnh lưu, biến tần và bộ chuyển đổi tần số. Có một loạt lý thuyết thiết kế khác nhau để chỉnh lưu, biến tần và chuyển đổi tần số (Novotny và Lipo, 1996). Các thành phần cơ bản của bộ chuyển đổi năng lượng là điốt (van không kiểm soát được) và chuyển mạch điện tử (van kiểm soát), chẳng hạn như thyristors thường hoặc đóng ngắt được và transistor. Diodes cho dòng đi qua theo 1 hướng nhất đinh và khong cho phép dòng đi qua theo chều ngược lại. Thiết bị chuyển mạch điện tử cho phép lựa chọn thời điểm chính xác khi các điốt bắt đầu dẫn dòng (Mohan, Undeland và Robbins, 1989). Thyristor thông thường được đóng và sẽ chặn chỉ khi dòng bằng 0 (tức là khi hướng dòng điện là đảo ngược), trong khi thyristors đóng ngắt được và transistor có thể tự do sử dụng các cổng làm gián đoạn dòng điện. Được biết đến rộng rãi nhất thyristors đóng ngắt được và transistor cổng đóng-ngắt (GTO) thyristors, thyristors cổng mạch tích hợp (IGCTs), transistor tiếp giáp lưỡng cực (BJTs), transistor với chất bán dẫn oxit kim loại hiệu ứng trường (MOSFETs) và transistor cổng cách điện lưỡng cực (IGBTs) . Bảng 4.3 so sánh các đặc điểm và xếp hạng của năm trong số các thiết bị chuyển mạch. Các giá trị điện áp, dòng điện và điện áp đầu ra là điện áp tối đa. Chuyển đổi tần số xác định phạm vi tần số hoạt động. Thyristors thông thường có thể điều khiển công suất tác dụng, trong khi thyristors đóng ngắt được và transistor có thể điều khiển cả hai công suất phản kháng và tác dụng (để biết thêm chi tiết, Mohan, Undeland và Robbins, 1989). Ngày nay, hệ thống máy phát điện tua bin gió có tốc độ thay đổi có thể sử dụng nhiều loại bộ chuyển đổi khác nhau. Chúng có những tính chất như hoặc là chuyển đổi lưới mạch hoặc chuyển đổi tự mạch (Heier, 1998). Các loại phổ biến của lưới điện-mạch chuyển đổi là một thyristor. Nó là giá rẻ và đáng tin cậy, nhưng nó tiêu thụ công suất phản kháng và tạo các dòng hài rất khó để lọc ra. Mạch tự chuyển đổi điển hình bao gồm của một trong hai thyristors GTO hoặc transistor. Tự mạch chuyển đổi thú vị bởi vì nó có tần số chuyển mạch cao. Hài có thể được lọc ra dễ dàng hơn và do đó độ nhiễu củ nó vào mạng có thể được giảm đến mức thấp. Ngày nay, các transistor phổ biến nhất là IGBT. Như minh họa trong Bảng 4.3, tần số chuyển đổi điển hình của một IGBT nằm trong khoảng 2 đến 20kHz. Ngược lại, tần số chuyển đổi GTO không thể cao hơn 1kHz, do đó nó không phải là một lựa chọn tốt trong tương lai. Tự mạch chuyển đổi là hoặc chuyển đổi nguồn điện áp (VSCs) hoặc chuyển đổi nguồn dòng (CSCS, xem hình 4.2). Nó có thể điều khiển tần số và điện áp. Bảng 4.3 Thiết bị chuyển mạch: giá trị cao nhất và đặc điểmCác dạng thiết bị đóng ngắtGTO IGCT BJT MOFET IGBTĐiện ápα (V) 6000 6000 1700 1000 6000Dòng điệnα (A) 4000 2000 1000 28 1200Tần số đóng ngắtβ(Khz) 0.2-1 1-3 0.5-5 5-100 2-20Yêu cầu điều khiển cao Thấp Trung bình Thấp Thấp α điện áp đầu ra cực đại β phạm vi hoạt động chú ý: GTO=gate turn-off thyristor; IGCT=integrated gate commutated thyristor;BJT=bipolar junction transistor; MOSFET=metal oxide semiconductor field effect transistor; IGBT=insulated gate bipolar transistor.Nguồn: L. H. Hansen et al., 2001. Hình 4.2 Các loại chuyển đổi năng lượng tự-mạch cho tua-bin gió: (a)một mã nguồn hiện tại chuyển đổi và (b)một công cụ chuyển đổi nguồn điện áp. Sao chép từ S. Heier năm 1998,mạng lưới tích hợp hệ thống chuyển đổi năng lượng gió, bởi John Wiley & Sons. Ltd Nguồn VSCs và CSCS tương đối dễ xác định chuyển đổi sang dạng sóng điện áp và dạng sóng dòng điện, tương ứng, các thiết bị đầu cuối của máy phát điện và lưới điện. Trong trường hợp của VSC, điện áp (dạng DC) được giữ ổn định bởi một tụ điện lớn. Trong một CSC, nó ngược lại, dòng điện (dạng DC) được giữ ổn định bởi một cuộn cảm lớn. Nó phải được nhấn mạnh rằng nguồn điện áp chuyển đổi và nguồn chuyển đổi dòng điện là những khái niệm khác nhau. Chúng có thể được thực hiện bằng nhiều cách: sáu bước, xung điều chế biên độ (PAM) hoặc điều chế độ rộng xung (PWM). Bằng cách sử dụng kỹ thuật PWM, các sóng hài tần số thấp được loại bỏ và tần số của sóng hài bậc cao đầu tiên nằm ở khoảng chuyển đổi tần số của các biến tần hoặc bộ chỉnh lưu.4.2.5 Xâm nhập thị trường hiện đại Bảng 4.4 chứa một danh sách top-10 nhà cung cấp hàng đầu thế giới tuabin gió cho năm 2002 (BTM tư vấn AP, năm 2003.). Bảng này bao gồm hai tua-bin gió lớn nhất (tức là mới nhất) được sản xuất bởi top-10 nhà sản xuất hàng đầu. Các cấu hình được áp dụng, cách điều khiển, loại máy phát điện, điện áp máy phát điện và máy phát điện hoặc phạm vi tốc độ rotor cho mỗi tua-bin gió đã được đánh giá bằng cách sử dụng các dữ liệu công khai có sẵn trên Internet hoặc dựa trên thư email với các nhà sản xuất. công ty Đan Mạch Vestas Wind Systerms A / S là nhà sản xuất tua-bin gió lớn nhất trên thế giới, tiếp sau là nhà sản xuất Đức Enercon. Đan Mạch NEG Micon và Tây Ban Nha Gamesa đang ở vị trí thứ ba và thứ tư, tương ứng. Tất cả các nhà sản xuất top-10 sản xuất tua-bin gió trong khoảng megawatt. Đối với thời gian đầu ,khái niệm hấp dẫn nhất dường như là tuabin gió có tốc độ thay đổi bằng điều khiển góc nghiêng. Trong số các nhà cung cấp hàng đầu, nhà sản xuất Đan Mạch Bonus thường xuyên sử dụng cách thất tốc chủ động để tốc độ cố định. Tất cả các nhà sản xuất khác sản xuất ít nhất một trong hai tua-bin gió lớn nhất của mình dựa trên loại tốc độ thay đổi. Các loại máy phát điện được sử dụng phổ biến nhất là máy phát điện cảm ứng (WRIG và SCIG). Chỉ có hai nhà sản xuất, Enercon và Made, sử dụng máy phát điện đồng bộ. Tất cả các nhà sản xuất hàng đầu sử dụng biến áp tăng áp để nối máy phát điện vào lưới điện. Chỉ có một, Enercon, cung cấp một tua-bin gió thay đổi tốc độ không hộp số. So sánh Bảng 4.4 với phân tích của LH Hansen et al. (2001), có mộtxu hướng rõ ràng đối với cấu hình sử dụng một DFIG (loại C1) với biến tốc và điều khiển thay đổi góc nghiêng. Chúng tôi muốn minh họa cho xu hướng này bằng cách tìm kiếm tại thị phần cụ thể và do đó thực hiện nghiên cứu thị trường chi tiết về thâm nhập thị trường của các loại tua bin gió khác nhau 1998-2002. Các phân tích được dựa trên dữ liệu thị trường nhà cung cấp cung cấp bởi BTM tư vấn AP. Và đánh giá loại của từng loại tuabin gió các nhà cung cấp riêng lẻ được xem xét trong vòng 5 năm. Thông tin này đã được thu thập từ thông tin Internet. điều tra xử lý trên tổng số khoảng loại 90 tuabin gió từ 13 nhà sản xuất khác nhau nằm trong những nhà cung cấp hàng đầu tua-bin gió từ năm 1998 và 2002: Vestas (Đan Mạch), Gamesa (Tây Ban Nha), Enercon (Đức), NEG Micon (Đan Mạch), Bonus (Đan Mạch), Nordex (Đức và Đan Mạch), GE-Wind/Enron (Mỹ), Ecotechnia (Tây Ban Nha), Suzlon (Ấn Độ), Dewind (Đức), Repower (Đức), Mitsubishi (Nhật Bản) và Made (Tây Ban Nha). Bảng 4,5 trình bày [...]... mô-men xoắn máy phát điện tương đối ổn định và các thay đổi gió được hấp thu bởi những thay đổi trong tốc độ máy phát điện. Hệ thống điện của một tua -bin gió có tốc độ thay đổi phức tạp hơn một tuabin gió tốc độ cố định. Nó thường được trang bị với máy phát điện cảm ứng hoặc máy phát điện đồng bộ và kết nối với lưới điện thông qua một công cụ chuyển đổi năng lượng. Việc chuyển đổi năng lượng kiểm... chọn trong tua -bin gió làm tăng số lượng của các loại máy phát điện áp dụng và tiếp tục giới thiệu một vài độ tự do trong sự kết hợp của các loại máy phát điện và các loại công cụ chuyển đổi điện. Một xu hướng rất quan trọng cho tua -bin gió là các trang trại gió lớn sẽ phải hành xử như các bộ phận tách rời của hệ thống điện và phát triển các đặc điểm nhà máy điện. Công suất thiết bị điện tử đang... trong tua -bin gió: - Máy phát điện khơng đồng bộ (cảm ứng): + Máy phát điện cảm ứng lồng sóc (SCIG); + máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn (WRIG): . máy phát điện cảm ứng OptiSlip (OSIG) (tuabin gió hạn chế biến đổi tốc độ bằng sự thay đổi điện trở rotor máy phát điện) , . máy phát điện cảm ứng (DFIG). Điện tử cơng suất có hai tính năng cơ bản: Điều khiển tần số: Điện tử công suất thực sự... kiểm soát tốc độ máy phát điện, đó là, dao động năng lượng gây ra bởi sự thay đổi gió được hấp thu chủ yếu bởi những thay đổi tốc độ trong rotor máy phát điện và cực từ trong rotor tua -bin gió. Những lợi thế của tua -bin gió có tốc độ thay đổi là nắm bắt được sự tăng năng lượng, cải thiện chất lượng điện và giảm áp lực cơ khí trên các tua -bin gió. Nhược điểm là gây tổn thất trong phần điện tử công suất,... máy phát điện Về cơ bản, một tua bin gió có thể được trang bị với bất kỳ loại máy phát điện ba pha. Ngày nay, để cho dịng điện tương thích với lưới điện có thể được đáp ứng bằng cách kết nối bộ chuyển đổi tần số, ngay cả khi máy phát điện cung cấp dòng điện xoay chiều (AC) của tần số biến đổi hoặc dòng điện một chiều (DC). Khái quát một số máy phát điện có thể được sử dụng trong tua -bin gió: - Máy. .. tụ điện được sử dụng trong các tuabin gió tốc độ cố định hoặc giới hạn tốc độ thay đổi (xem Hình 4.1 Các loại A và B). Đây là một thành phần điện cung cấp công suất phản kháng để các máy phát điện cảm ứng. Do đó, cơng suất phản kháng hấp thụ bởi máy phát điện từ lưới điện được giảm thiểu. Các máy phát điện tua -bin gió có thể phải bồi thường đầy tải, năng động, nơi một số lượng nhất định của tụ điện. .. nhất một trong hai tua -bin gió lớn nhất của mình dựa trên loại tốc độ thay đổi. Các loại máy phát điện được sử dụng phổ biến nhất là máy phát điện cảm ứng (WRIG và SCIG). Chỉ có hai nhà sản xuất, Enercon và Made, sử dụng máy phát điện đồng bộ. Tất cả các nhà sản xuất hàng đầu sử dụng biến áp tăng áp để nối máy phát điện vào lưới điện. Chỉ có một, Enercon, cung cấp một tua -bin gió thay đổi tốc độ... danh sách top-10 nhà cung cấp hàng đầu thế giới tuabin gió cho năm 2002 (BTM tư vấn AP, năm 2003.). Bảng này bao gồm hai tua -bin gió lớn nhất (tức là mới nhất) được sản xuất bởi top-10 nhà sản xuất hàng đầu. Các cấu hình được áp dụng, cách điều khiển, loại máy phát điện, điện áp máy phát điện và máy phát điện hoặc phạm vi tốc độ rotor cho mỗi tua -bin gió đã được đánh giá bằng cách sử dụng các dữ liệu... nhiều bộ phận hơn và tăng chi phí thiết bị vì là các thiết bị điện tử cơng suất. Việc giới thiệu các loại tuabin gió có tốc độ thay đổi làm tăng số lượng ứng dụng của các loại máy phát điện và cũng giới thiệu một vài bậc tự do trong sự kết hợp của các loại máy phát điện và các loại công cụ chuyển đổi điện 4.2.2 Tổng quan về khái niệm điều khiển điện năng Tất cả các tua -bin gió được thiết kế với... đổi nguồn điện áp. Sao chép từ S. Heier năm 1998,mạng lưới tích hợp hệ thống chuyển đổi năng lượng gió, bởi John Wiley & Sons. Ltd Nguồn VSCs và CSCS tương đối dễ xác định chuyển đổi sang dạng sóng điện áp và dạng Hình 4.1 cấu hình gió tuabin tiêu biểu. Lưu ý: SCIG = máy phát điện lồng sóc cảm ứng; WRIG = dây quấn rotor máy phát điện cảm ứng, PMSG = nam châm vĩnh cửu máy phát điện đồng . cho cả hai máy phát điện và điện tử công suất. Chương này trình bày từ một điểm điện xem trạng thái hiện tại của máy phát điện và năng lượng thiết bị điện. dụng, cách điều khiển, loại máy phát điện, điện áp máy phát điện và máy phát điện hoặc phạm vi tốc độ rotor cho mỗi tua -bin gió đã được đánh giá bằng cách