Mô hình hóa và điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kéo trong hệ thống tuabin gió

Do đó, bài luận văn này sẽnghiên cứu chi tiết mô hình của hệ thống tuabin gió có kết nối lưới điện được trang bịmáy phát điện cảm ứng nguồn kép DFIG gồm mô hình DFIG, các mô hình khí độn

-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

-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

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Thanh Phương.

Luận văn Thạc sỹ được 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 của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sỹ)

I Tên đề tài: Mô hình hóa và điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép trong

hệ thống tua bin gió

II Nhiệm vụ và nội dung :

- Xây dựng mô hình và điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép trong hệ thốngtua bin gió thay đổi

- Điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép với bộ chuyển đổi ba cấp và so sánhvới bộ chuyển đổi hai cấp truyền thống

III Ngày giao nhiệm vụ : …/…/201…

IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ : …/…/201…

V Cán bộ hướng dẫn : PGS.TS Nguyễn Thanh Phương

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS Nguyễn Thanh Phương

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS Nguyễn Thanh Phương

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc Trong quátrình thực hiện Luận văn Tôi luôn chấp hành tốt nội quy, quy định của tổ chức mà tôi tham gia

Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Công Thời

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Thanh Phương, Người đã từng bước giúp đỡ Em hoàn thành luận văn này

Xin cảm ơn quý Thầy, Cô đã cho em những kiến thức nền 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, đã tạo điều kiện cho Em thực hiện luận văn này

Cuối cùng, xin được cảm ơn Ba, Mẹ đã nuôi con khôn lớn

Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Công Thời

TÓM TẮT

Điều khiển tua bin gió DFIG, đã và đang là vấn đề nóng trong điều khiển tua bingió, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã thực hiện rất nhiều Tuy nhiênđiều khiển cho DFIG vẫn là một bài toán nóng cần giải quyết Do đó, bài luận văn này sẽnghiên cứu chi tiết mô hình của hệ thống tuabin gió có kết nối lưới điện được trang bịmáy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) gồm mô hình DFIG, các mô hình khí độnghọc của tuabin gió, hệ thống truyền động và mô hình bộ nghịch lưu PWM ba pha hai cấptruyền thống, bộ nghịch lưu PWM ba pha ba cấp

Để điều khiển tối ưu hóa hệ thống tua bin gió cũng như đạt được hiệu suất cao từ đầu raWTGS, cần phát triển những phương pháp điều khiển dựa trên các mô hình WTGS đã

có trước đây Giải thuật điều khiển này bao gồm điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới,điều khiển nghịch lưu phía máy phát, điều khiển bám điểm công suất cực đại và điềukhiển góc cánh Bộ điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới được sử dụng để giữ cho điện ápDC-link không đổi và tạo ra hệ số công suất của WTGS đồng nhất với lưới điện Bộ điềukhiển bộ nghịch lưu phía máy phát có khả năng điều chỉnh mô-men cơ học, công suất tácdụng và công suất phản kháng Bộ điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đạiđược sử dụng lấy giá trị tham chiếu cho công suất tác dụng tại các điểm đầu cuối stato

Bộ điều khiển góc cánh được sử dụng để điều chỉnh góc đón gió của cánh tuabin, từ đó

ổn định được công suất danh định ở đầu ra, ngay cả trong trường hợp xuất hiện hiệntượng gió giật, gió có tốc độ cao, hay tốc độ quá thấp

Do đó, các mô hình và sơ đồ điều khiển định hướng từ thông cho bộ nghịch lưu kẹpđiểm trung tính ba cấp (NPC) cũng được nghiên cứu và áp dụng cho WTGS DFIG

Wind farm control Asynchronous dual source - DFIG, is and has been a importantissues in the wind farm control The research projects in the country and abroad havedone so much However control for DFIG is still a hot problem to be solved Thereforethis thesis will provide detailed models of a grid-connected wind turbine systemequipped with a doubly-fed induction generator (DFIG), which includes the aerodynamicmodels of the wind turbine, the models of the mechanical transmission system, the DFIGmodels and the three-phase two-level PWM voltage source converter models In order toobtain satisfying output power from the WTGS, control strategies are also necessary to

be developed based on the previously obtained WTGS models These control schemesinclude the grid-side converter control, the generator-side converter control, themaximum power point tracking control and the pitch angle control The grid-sideconverter controller is used to keep the DC-link voltage constant and yield a unity powerfactor looking into the WTGS from the grid-side The generator-side converter controllerhas the ability of regulating the torque, active power and reactive power The maximumpower 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 angleand thus keep the output power at rated value even when the wind speed experiencesgusts Various studies in the literature have reported that two-level converters haveseveral disadvantages compared with three-level converters Among the disadvantagesare 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 advancedmodulation technology, namely, space vector PWM (SVPWM), is also investigated andcompared to traditional sinusoidal PWM in a WTGS DFIG

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 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 Giới thiệu 1

1.2 Đặc vấn đề 2

1.3.Tổng quan tình hình nghiên cứu 3

1.3.1 Mô hình của hệ thống tua bin gió 3

1.3.2 Phương pháp điều khiển hệ thống máy phát điện tua bin gió

4 1.3.2.1 Điều khiển góc cánh (Pitch angle) 4

1.3.2.2 Điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đại 5

1.3.2.3 Điều khiển DFIG 6

1.3.3 Cấu trúc liên kết bộ nghịch lưu công suất của hệ thống máy phát tua bin gió 7 1.4 Đối tượng nghiên cứu 8

1.5 Phạm vi nghiên cứu 8

1.6 Bố cục của luận văn 9

CHƯƠNG 2 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 năng lượng gió và vùng hoạt động của 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, bộ nghịch lưu công suất phạm vi cục bộ (WT Loại C) 14

2.3.4 Tuabin gió biến đổi có bộ nghịch lưu công suất bằng công suất máy phát (WT

Loại D): 15

2.3.5 Ưu nhược điểm của các loại tua bin gió 15

2.3.6 Vùng hoạt động của hệ thống tua bin gió 17

2.4 Mô hình DFIG 21

2.4.1 Mô hình DFIG biểu diễn trong hệ quy chiếu ABC 21

2.4.2 Mô hình DFIG được biểu diễn trong Hệ quy chiếu DQO-dqo cố định trên Roto 26

2.4.3 Mô hình DFIG được biểu diễn trong Hệ quy chiếu DQO-dqo gắn trên stato 30 2.4.4 Mô hình DFIG được biểu diễn trong Hệ quy chiếu quay đồng bộ DQO-dqo 32 2.4.5 Mô hình rút gọn được biểu diễn trong Hệ quy chiếu Quay đồng bộ DQO-dqo 39

2.5 Bộ chuyển đổi Back To Back (VSC) hai cấp 45

2.5.1 Mô hình bộ chuyển đổi nguồn điện áp ba pha (VSC) hai cấp được biểu diễn trong hệ quy chiếu ABC 46

2.5.2 Mô hình bộ chuyển đổi nguồn điện áp ba pha (VSC) hai cấp được biểu diễn trong hệ quy chiếu đồng bộ hóa DQ 49

2.5.3 Kết quả mô phỏng cho Bộ chỉnh lưu nguồn điện áp ba pha hai cấp 50

CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN DFIG TRONG HỆ THỐNG TUABIN GIÓ TỐC ĐỘ THAY ĐỔI 53

3.1 Điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới điện, điều khiển ổn định điện áp DC-link 54 3.2 Điều khiển bộ 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 4 MÔ HÌNH BỘ NGHỊCH LƯU BA TRONG HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ DFIG 92

4.1 Giới thiệu 92

4.2 Mô hình hóa bộ nghịch lưu ba cấp kẹp điểm trung tính NPC 93

4.3 Chất lượng điện của DFIG với bộ chuyển đổi 3 cấp 97

4.4 So sánh giữa Bộ chuyển đổi hai cấp và chuyển đổi ba cấp trong hệ thống máy

phát tua bin gió DFIG 104

4.4.1 Chỉ tiêu THD, đánh giá chất lượng kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu 2 cấp và 3 cấp 104

4.4.2 Thảo luận các kết quả 111

4.4.3 Kết Luận 111

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 112

5.1 Kết luận 112

5.2 Xu hướng của tua bin gió trong tương lai 113

5.3 Kiến nghị 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

R g Điện trở phía AC của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

L g Điện cảm phía AC của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

i ag , i bg , i cg Dòng điện đầu vào của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

C Tụ liên kết DC link của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

R L Điện trở tải của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

i dc Dòng điện liên kết DC-link

T Ma trận biến đổi của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

đồng bộ

gs Tốc độ đồng bộ của điện áp đầu vào ba pha hoặc điện áp phía lưới

điện S d ,S q Hàm chuyển mạch biểu diễn trong hệ quy chiếu đồng bộDQ

i dg , i qg Dòng điện đầu vào biểu diễn trong hệ quy chiếu đồng bộ DQ

e d , e q Điện áp đầu vào biểu diễn trong hệ quy chiếu đồng bộ DQ

m Chỉ số điều biến

P g Công suất hiệu dụng của bộ nghịch lưu phía lưới điện

Q g Công suất phản kháng của bộ nghịch lưu phía lưới điện

 Góc giữa trục α của hệ quy chiếu cố định và trục D của hệ quy

chiếu

đồng bộ

e, e Điện áp phía lưới điện biểu diễn trong hệ quy chiếu cố định

v d , v q Tín hiệu điện áp điều khiển của bộ nghịch lưu phía lưới điện

V La Sụt điện áp tự cảm bên AC của pha a

tính của nguồn điện, 0 của pha a

E m Độ lớn điện áp đầu vào phía AC

V m Độ lớn của điện áp phía AC đến điểm trung tính của nguồn điện

I m Độ lớn của dòng điện phía AC phía lưới điện của bộ nghịch lưu

v ma Tín hiệu điều biến cho pha-a

v r Tín hiệu sóng mang của SPWM

V ma Độ lớn của tín hiệu điều biến cho pha-a

V T Độ lớn của tín hiệu sóng mang

v a1 Thành phần cơ bản của điện áp từ phía AC của bộ chuyển đổi phía

lưới điện đến điểm trung tính của nguồn điện, 0

s , s Liên kết từ thông stato biểu diễn trong hệ quy chiếu cố

i xr , i yr Dòng điện roto trục DQ biểu diễn trong hệ quy chiếu từ thông stato

i ms Dòng điện từ hóa của máy phát

v xr , v yr Điện áp đầu cực roto trục DQ được biểu diễn trong hệ quy chiếu từ

thông stato

s Vận tốc góc của từ thông stato

v xr , v yr Tín hiệu điều khiển của bộ nghịch lưu phía máy phát

P max Giá trị công suất cực đại

β ref Góc cánh tham chiếu

S a Trạng thái chuyển mạch của bộ chuyển đối ba cấp cho

pha-Hình 2.2: Chiều của dòng năng lượng qua máy phát DFIG ở chế độ dưới đồng bộ hình

a), chế độ trên đồng bộ hình b) [2] 11

Hình 2.3: Thành phần Hệ thống máy phát điện tua bin gió 12

Hình 2.4: Đường cong công suất lý tưởng của tua bin gió 18

Hình 2.5: So sánh ba phương pháp khi góc cánh bằng không 20

Hình 2.6: Mặt cắt ngang máy phát điện cảm ứng nguồn kép 21

Hình 2.7: Biến đổi ABC đến DQO-dqo gắn trên roto 28

Hình 2.8: Biến đổi hệ quy chiếu tĩnh ABC đến DQO-dqo 30

Hình 2.9: Giản đồ biến đổi khung tham chiếu quay đồng bộ ABC đến DQO-dqo 33

Hình 2.10: Mạch động lực bộ nghịch lưu PWM 46

Hình 2.11: Mô hình bộ nghịch lưu PWM ba pha hai cấp trong môi trường Matlab/Simulink 51

Hình 2.12: Điện áp DC-link trong bộ chỉnh lưu PWM hai cấp 51

Hình 3.1: Mạch PWM phía lưới điện 54

Hình 3.2: Sơ đồ véc tơ của hệ quy chiếu đồng bộ DQ cho bộ chuyển đổi phía lưới điện55 Hình 3.3: Biểu đồ pha của bộ chuyển đổi bên lưới điện 59

Hình 3.4: Điều biến dạng sóng SPWM 60

Hình 3.5: Mạch điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới điện 62

Hình 3.6: Mạch điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới điện ba pha trong môi trường Matlab/Simulink 63

Hình 3.7: Điện áp đầu vào ba pha bộ chuyển đổi phía lưới điện 63

Hình 3.8: Điện áp DC-link 64

Hình 3.9: Vectơ không gian của hệ quy chiếu tĩnh và từ thông stato 65

Hình 3.10: Chuyển đổi hệ quy chiếu quay đồng bộ ABC đến DQO-dqo 66

Hình 3.11: Mô hình bộ điều khiển bộ chuyển đổi phía máy phát 70

Hình 3.12: Đường cong C p -λ 72

Hình 3.13: Bộ điều khiển góc cánh 73

Hình 3.14: Mô hình hệ thống tuabin gió DFIG 1,5 MW 77

Hình 3.15: Tốc độ gió thay đổi theo nấc 78

Hình 3.16: Quan hệ công suất với sự thay đổi tốc độ gió 78

Hình 3.17: công suất tác dụng 79

Hình 3.18: Công suất phản kháng 79

Hình 3.19: Góc cánh 80

Hình 3.20: Dòng điện stato ngang trục (p.u) (hệ quy chiếu từ thông stato)

Error! Bookmark not defined. Hình 3.21: Dòng điện dọc trục stato (pu) (hệ quy chiếu từ thông stato) 81

Hình 3.22: Dòng điện ngang trục roto (pu) (hệ quy chiếu từ thông stato) 82

Hình 3.23: Dòng điện dọc trục roto (pu) (khung tham chiếu từ thông stato) 82

Hình 3.24: Dòng điện roto (pu) (Hệ quy chiếu ABC) 82

Hình 3.25: Dòng điện stato (pu) (Hệ quy chiếu ABC) 83

Hình 3.26: Mô-men điện từ (pu) 83

Hình 3.27: Điện áp DC-link 84

Hình 3.28: Đường cong vận tốc gió 84

Hình 3.29: Công suất tác dụng (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin 85

Hình 3.30: Công suất phản kháng (pu) với tốc độ gió thay đổi hình sin 85

Hình 3.31: Dòng điện dọc trục stato (pu) với tốc độ gió thay đổi hình sin 86

Hình 3.32: Dòng điện ngang trục stato (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin 86

Hình 3.33: Dòng điện dọc trục roto (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin 87

Hình 3.34: Dòng điện ngang trục roto (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin 87

Hình 3.35: Dòng điện pha roto (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin 88

Hình 3.36: Dòng điện pha stato (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin 88

Hình 3.37: Mô-men với vận tốc gió thay đổi hình sin 89

Hình 3.38: Tốc độ quay (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin 89

Hình 3.39: Điện áp DC-link với vận tốc gió thay đổi hình sin 90

Hình 4.1a: Mạch công suất chính của bộ nghịch lưu kẹp điểm trung tính ba cấp 93

Hình 4.1b: Mô hình, bộ điều khiển bộ nghịch lưu 3 pha 3 cấp 94Hình 4.2: Tốc độ gió thay đổi theo nấc 97Hình 4.3: Công suất tác dụng (pu).của WTGS DFIG dùng bộ nghịch lưu ba cấp 98Hình 4.4: Công suất phản kháng (pu) WTGS DFIG dùng bộ nghịch lưu ba cấp 98Hình 4.5: Dòng điện trục đứng stato WTGS (pu) dùng bộ nghịch lưu ba cấp (hệ quy chiếu từ thông stato) 99Hình 4.6: Dòng điện stato (pu) WTGS trên bộ nghịch lưu ba cấp (hệ quy chiếu từ thông stato) 99Hình 4.7: Dòng điện dọc trục roto (pu) WTGS DFIG dùng bộ chuyển đổi ba cấp hệ quy chiếu từ thông stato) 100Hình 4.8: Dòng điện truc thực roto (pu) WTGS DFIG dùng bộ chuyển đổi ba cấp (hệquy chiếu từ thông stato) 100Hình 4.9: Dòng điện roto (pu) DFIG WTGS dùng bộ chuyển đổi ba cấp (hệ quy chiếuABC) 101Hình 4.10: Dòng điện stato (pu) WTGS dùng bộ nghịch lưu ba cấp (hệ quy chiếu ABC) 101Hình 4.11: Điện áp 3 pha đầu cực roto DFIG (pu) trong WTGS dùng bộ ngịch lưu ba cấp(hệ quy chiếu ABC) 102Hình 4.12: Điện áp dây roto DFIG (pu) trong WTGS dùng bộ ngịch lưu ba cấp (hệ quy chiếu ABC) 102Hình 4.13: Mô-men điện từ (pu) WTGS dùng bộ nghịch lưu ba cấp 103Hình 4.14: Điện áp DC-link (V) của bộ nghịch lưu ba cấp 103Hình 4.15: Ứng suất điện áp IGBT lên bộ chuyển đổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) bộchuyển đổi phía roto DFIG khi tốc độ gió bằng 12m/s 104Hình 4.16: Dòng điện và thành phần sóng hài dòng điện roto với bộ chuyển đổi hai cấpHình a), ba cấp Hình b) 105Hình 4.17: Điện áp và thành phần sóng hài điện áp DC-link với bộ chuyển đổi hai cấpHình a), ba cấp Hình b) 106

Hình 4.18: Dòng điện và thành phần sóng hài dòng điện stator với bộ chuyển dổi hai cấpHình a), ba cấp Hình b) 107Hình 4.19: Điện áp và thành phần sóng hài điện áp stator với bộ chuyển dổi hai cấp Hìnha), ba cấp Hình b) 108Hình 4.20: Công suất tác dụng với bộ chuyển dổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) 109Hình 4.21: Công suất phản kháng với bộ chuyển dổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) khi tốc độ gió bằng 12m/s 110

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Hệ số α i,j 20Bảng 3.1: Dữ liệu mô phỏng bộ chuyển đổi bên lưới điện 63Bảng 3.2: Các mô hình và giải thuật điều khiển trong WTG 74Bảng 3.3: Bảng thông số hệ thống máy phát điện tuabin gió 75Bảng 4.1: Thời gian ổn định quá độ và THD của stato DFIG với hai bộ chuyển đổi 109

.

Nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa và bờ biển dài hơn 3200 km, hơn nữa còn có cảgió mùa Tây Nam thổi vào mùa hè, tốc độ gió trung bình ở Biển Đông Việt Nam khámạnh Vì vậy nhờ vào vị trí địa lý mà tiềm năng về năng lượng gió ở Việt Nam là rấttriển vọng Theo đánh giá , Việt Nam có tiềm năng lớn nhất khu vưc Đông Nam Á vềnăng lượng gió Tổng tiềm năng năng lượng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360

MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng côngsuất dự báo của nghành điện năm 2020 Tuy nhiên công suất thu được từ năng lượnggió ở một số điểm như Tuy Phong, Bình Thuận, ngoài khơi Bạc Liêu, đảo Phú Quý, …vẫn chưa tương xứng với tiềm năng này, và sự kiện (21/11/2014) EVN mua điệnTrung Quốc với giá cao cho thấy một điều đang nóng và rất nóng là Việt Nam cònđang thiếu

điện nghiêm trọng đặc biệt vào mùa khô, vậy tại sao ta không tư duy làm sao để bánnăng lượng - điện cho Trung Quốc ?, mà không phải mua từ Trung Quốc khi TrungQuốc vẫn là một nước khát khao, và thiếu năng lượng !.

Để làm được điều này chúng ta cần phải nghiên cứu hoàn chỉnh thêm công nghệ, kỹthuật để đạt được năng suất chuyển động năng của gió thành điện năng cao nhất từ gió,cũng như xây dựng và hòa lưới nhiều cây tua bin gió, trang trại gió để từ đó có thể hạgiá thành và cạnh tranh được với những nguồn năng lượng khác Vì vậy, trong bài luận

văn này, trọng tâm được đặt vào “Mô Hình Hóa Và Điều Khiển Máy Phát Điện Cảm Ứng Nguồn Kép” trong tua bin gió, nhằm tái tạo năng lượng gió, góp phần giải quyết

những vấn đề nan giải như về đóng gói, tích hợp, các giải pháp điều khiển tiềm ẩntrong tương lai gần

1.2 Đặc vấn đề.

Sự biến đổi năng lượng gió được thực hiên bởi tổ hợp tuabin gió và máy phát.Trong thực tế, vận tốc gió luôn biến đổi nên hê thống biến đổi năng lượng gió tốc độthay đổi được sử dụng rộng rãi Phạm vi thay đổi tốc độ rộng cho phép điều khiển tối

ưu công suất nhận được từ gió, giảm lực tác động lên kết cấu cơ khí và tăng khả năngđiều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng

Đối với hê thống biến đổi năng lượng gió làm việc ở tốc độ thay đổi, việc sử dụng máyđiên không đồng bộ nguồn kép (Doubly Fed Induction Generator - DFIG) là phù hợpnhất trong thời điểm hiên tại Ưu điểm nổi bật khi sử dụng DFIG là thiết bị điện tửcông suất chỉ biến đổi bằng 20 - 30% của tổng công suất phát, nghĩa là giảm được tổnhao trong linh kiện điện tử công suất so với cấu hình phải biến đổi toàn bộ công suấtphát như hê thống biến đổi năng lượng gió sử dụng máy phát đồng bộ đồng thời giảmđược chi phí đầu tư

Hê thống DFIG kết nối trực tiếp với lưới điên nên đòi hỏi hệ thống phải có khả năngđiều khiển độc lập giữa công suất tác dụng và công suất phản kháng để duy trì hệ sốcông suất cũng như ổn định điên áp lưới trong giới hạn cho phép (góp phần nâng caochất lượng điên năng và độ tin cậy của hê thống điện) Điều này có ý nghĩa quan trọng

hơn khi hê thống biến đổi năng lượng gió kết nối với lưới điện thông qua các đườngdây dài Do bản chất phi tuyến, điều khiển đối tượng DFIG phức tạp hơn nhiều so vớiđiều khiển máy điện không đồng bộ thông thường.

Các điều được nêu trên là vấn đề cần đề ra để nghiên cứu và lập nên bài luận vănnày

1.3.Tổng quan tình hình nghiên cứu.

Phần này của luận văn sẽ trình bày nhiều nghiên cứu liên quan trước đây, về môhình, điều khiển, trạng thái của hệ thống máy phát tuabin gió dựa trên máy phát điệncảm ứng nguồn kép (DFIG), và bộ chuyển đổi Back-To-Back

1.3.1 Mô hình của hệ thống tua bin gió.

 Mô hình khí động lực

học.

Trong [3], Tao Sun đã suy ra công suất cực đại mà hệ thống tuabia gió có thể thu được

từ gió trong điều kiện lý tưởng Trong [4], tác giả đã đưa ra mối quan hệ giữa độngnăng đầu vào và tốc độ gió qua một tuabin cánh quạt, điều này có thể được thể hiện qua

hệ số công suất của tuabin Có ba phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để môphỏng các hệ số công suất được các nhà sản xuất tuabin gió cung cấp Hai phươngpháp đầu tiên được đưa ra trong tài liệu tham khảo [2], [3]

• Mô hình DFIG.

Máy điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) có thể được phân thành bốn loại Các loạinày là: máy điện cảm ứng nguồn kép chuẩn, máy điện cảm ứng nguồn kép theo cấp,máy điện cảm ứng nguồn kép theo khung và máy điện cảm ứng nguồn kép không cóvành góp Tuy nhiên, chỉ có loại máy điện cảm ứng nguồn kép chuẩn và có cổ gópđược sử dụng nhiều trong hệ thống tuabin gió

Mô hình máy phát điện cảm ứng nguồn kép có thể được biểu diễn trong hệ quy chiếutĩnh stato, hệ quy chiếu quay theo tốc độ roto và hệ quy chiếu quay đồng bộ Trong[1800] các tác giả đã thông qua hệ quy chiếu quay đồng bộ để đơn giản thiết kế bộ điều

khiển vì thực tế tất cả các dòng điện và điện áp được biểu diễn trong hệ quy chiếu này

sẽ có tính DC

Như đã biết, sự khác biệt giữa mô hình máy phát điện cảm ứng lồng sóc và máy phátđiện cảm ứng nguồn kép chính là đầu vào roto Do đó, các mô hình đơn giản của máyphát điện cảm ứng lồng sóc có thể hữu ích trong việc tìm hiểu các mô hình thứ tự giảmcủa DFIG Những độc giả quan tâm có thể xem các mô hình này trong tài liệu [5]

• Mô hình bộ nghịch lưu công suất.

Bộ nghịch lưu công suất truyền thống được sử dụng trong các hệ thống máyphát tuabin gió là bộ chuyển đổi Back-To-Back PWM hai cấp Mô hình bộ chuyển đổiPWM ba pha có thể được biểu diễn trong hệ quy chiếu ABC và hệ quy chiếu đồng bộDQO được suy diễn cho mục đích điều khiển Các mô hình toán học dựa trên mô hìnhvectơ không gian được biểu diễn trong hệ quy chiếu ABC cũng được suy diễn và,Trong [6], các tác giả đã trình bày các nghiên cứu chi tiết về việc chuyển đổi mô hình

bộ chuyển đổi PWM từ hệ quy chiếu ABC sang hệ quy chiếu đồng bộ hóa DQO Trong[8], tác giả đã mô tả chi tiết các nguyên tắc làm việc, thủ thuật điều khiển đồng thời sosánh điện áp nguồn ba pha với điện áp bộ nghịch lưu PWM

1.3.2 Phương pháp điều khiển hệ thống máy phát điện tua bin gió.

Các phương pháp điều khiển tối ưu hóa công suất cho hệ thống máy phát điệntuabin gió bao gồm điều khiển góc pitch, điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cựcđại và điều khiển DFIG Kỹ thuật điều khiển truyền thống và kỹ thuật điều khiển tiêntiến cho hệ thống máy phát tuabin gió được xem xét trong phần này

1.3.2.1 Điều khiển góc cánh (Pitch angle).

Điều khiển góc cánh là phương pháp cơ học để điều khiển góc cánh tuabin giókhi công suất gió đạt được vượt giá trị định mức hoặc tốc độ gió vượt quá giá trị địnhmức của nó Bằng cách này, điều khiển góc góc cánh để giới hạn công suất tối đa đầura

bằng với công suất định mức và để bảo vệ máy phát điện khi tốc độ gió quá cao, giógiật Bộ điều khiển góc cánh chỉ được kích hoạt khi tốc độ gió quá cao.

Một số kỹ thuật điều chỉnh góc góc cánh khác nhau được miêu tả trong phần tài liệutham khảo, như quy ước điều khiển góc góc cánh thường sử dụng bộ điều khiển PI.Tuy nhiên, người ta cũng đề xuất một số phương án điều khiển góc cánh tiên tiến, đểtua bin hoạt động tốt cho cả điều khiển không ổn định và độ ồn như logic mờ đượcphát triển trong [13], Ngoài ra, một bộ điều khiển dùng để dự đoán tổng quát về giócũng được đưa ra trong [14] với chiến thuật dựa trên tốc độ gió trung bình và độ lệchchuẩn của tốc độ gió Một số phương pháp điều khiển góc cánh khác cũng được đề xuấttrong trong [15], trong đó một bộ điều khiển hỗn hợp gồm một bộ điều khiển tuyếntính phương trình Gaussian và ước lượng tham số tuyến tính, được phát triển để điềukhiển góc cánh

1.3.2.2 Điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đại.

Điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đại có thể được chia thành hai loại

là điều khiển thông thường và điều khiển thông minh

+ Điều khiển thông thường.

Các giải thuật điều khiển thông thường cũng có thể được chia thành điều khiểnchế độ dòng điện và điều khiển chế độ tốc độ, tùy thuộc vào việc cài đặt giá trị thamchiếu Các giá trị tham chiếu là công suất tác dụng và Mô-men điện từ, với điều khiểnchế độ dòng điện và vận tốc quay cho điều khiển chế độ tốc độ [9]

+ Điều khiển thông minh.

Các phương pháp điều khiển thông minh thường áp dụng là điều khiển leo dốc

và logic mờ để điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đại trong [13] Mộtphương pháp tìm kiếm leo dốc nâng cao khác với quá trình truyền tự động có thể pháthiện được công suất tuabin cực đại ở những tốc độ gió thay đổi, ngay cả khi không cầnkiến thức về đặc điểm tuabin gió, tốc độ gió và tốc độ roto tuabin đã được phát triểntrong [5]

1.3.2.3 Điều khiển DFIG.

Điều khiển DFIG phức tạp hơn so với điều khiển máy phát điện cảm ứng lồngsóc, vì DFIG có thể hoạt động ở tốc độ đồng bộ nhỏ và siêu đồng bộ bằng cách điềukhiển các điện áp đầu cực roto Qua nhiều năm, nhiều nhà nghiên cứu đã trình bàynhiều loại hình điều khiển DFIG, chẳng hạn như điều khiển định hướng từ thông, điềukhiển công suất/mô-men cơ trực tiếp, điều khiển dự phòng, điều khiển không cảm biến

và điều khiển phi tuyến

 Điều khiển định hướng từ

thông.

Điều khiển định hướng từ thông (FOC) hoặc điều khiển vector thường được sửdụng trong điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép do khả năng kiểm soát tốc độđộng cơ hiệu quả hơn, và chi phí kinh tế xây dựng hệ thống FOC thấp Điều khiển địnhhướng từ thông cũng có khả năng điều khiển công suất hiệu dụng và phản kháng củamáy phát điện một cách riêng biệt Hiện nay, có hai loại điều khiển định hướng từthông trong DFIG, trong đó lần lượt là điều khiển định hướng điện áp stato và điềukhiển định hướng từ thông stato Điều khiển định hướng từ thông stato được sử dụngrộng rãi trong các thiết kế điều khiển DFIG [7], trong đó các thành phần dòng điện trục

q được sử dụng để điều khiển công suất tác dụng và các thành phần trục d được sử

dụng để điều khiển công suất phản kháng Trong khi điều khiển định hướng điện áp

stato, thì ngược lại [7], các thành phần trục d được sử dụng để điều khiển công suất tác dụng và thành phần dòng điện trục q được sử dụng để điều khiển công suất phản kháng.

Điều khiển trực tiếp công suất / mô-men cơ:

Gần đây, người ta đã phát triển một kỹ thuật mới để điều khiển công suất hoặcmô-men cơ của động cơ cảm ứng trong đó bao gồm điều khiển trực tiếp mô-men cơ(DTC) và điều khiển công suất trực tiếp (DPC) Sơ đồ điều khiển mô-men cơ trực tiếplần đầu tiên được phát triển và trình bày bởi H Tomiki và T Noguchi Dựa trên các

nguyên tắc của DTC cho máy điện, điện điều khiển công suất trực tiếp bộ nghịch lưuPWM ba pha được giới thiệu trong [19].

Kỹ thuật điều khiển mô-men cơ trực tiếp không đòi hỏi bộ điều tiết dòng điện, phối hợpcác phép biến đổi, điều biến cụ thể và vòng điều khiển dòng điện Vì vậy, điều khiểntrực tiếp mô-men cơ có khả năng điều khiển trực tiếp liên kết từ thông roto và mô-menxoắn của máy phát thông qua việc lựa chọn đúng các trạng thái chuyển mạch bộ nghịchlưu [10]

Để trình bày những ưu điểm của DTC, so sánh giữa điều khiển định hướng từ thông vàđiều khiển mô-men cơ trực tiếp đã được thực hiện trong [11] và so sánh giữa điềukhiển định hướng từ thông và điều khiển trực tiếp công suất cho bộ nghịch lưu PWM

đã được trình bày và kết quả mô phỏng cho thấy điều khiển trực tiếp công suất dựatrên từ thông ảo vượt trội hơn so với điều khiển trực tiếp công suất dựa trên điện áp vàđiều khiển định hướng từ thông Điều khiển trực tiếp công suất đã được áp dụng trong

hệ thống máy phát điện tuabin gió trong những năm gần đây

1.3.3 Cấu trúc liên kết bộ nghịch lưu công suất của hệ thống máy phát tua bin gió.

Điện tử công suất, đóng vai trò quan trọng trong mạch chuyển đổi công suất chocác hệ thống năng lượng gió Trong những năm gần đây, các bộ nghịch lưu đa cấp vàchuyển đổi ma trận trở thành giải pháp chính cho điều khiển, truyền dẫn điện áp trungthế Trong phần này, việc áp dụng các bộ chuyển đổi điện tử công suất nhiều bậc và bộchuyển đổi ma trận trong hệ thống máy phát điện tuabin gió được xem xét

So với các bộ chuyển đổi hai bậc truyền thống, bộ chuyển đổi đa bậc có nhiềulợi thế, chẳng hạn như dạng sóng điện áp đầu ra sin hơn, biến dạng toàn phần thấp hơn(THD), chi phí và kích thước bộ lọc giảm, tổn thất chuyển mạch trong IGBT giảm,

dv/dt thấp và v.v Thực tế, điện áp đầu ra có thể được sinh ra bằng cách sử dụng bộ

nghịch lưu nhiều hơn hai bậc truyền thống Nói chung, bộ nghịch lưu đa cấp có thểđược phân thành ba loại [11]: bộ nghịch lưu kẹp điểm trung tính (NPC), bộ nghịchlưu tụ khô và bộ

nghịch lưu cầu H ghép tầng (CHB) Bộ nghịch lưu kẹp tại điểm trung tính được sửdụng rộng rãi trong các hệ thống máy phát tuabin gió Trong [12], bộ chuyển đổi NPC

ba cấp đã được áp dụng trong các hệ thống tua bin gió dựa trên PMSG với điều khiểnđịnh hướng từ thông So sánh giữa bộ nghịch lưu hai cấp truyền thống và bộ nghịch lưuNPC ba cấp cho hệ thống gió đã được thực hiện trong [11] Các tác giả đã so sánhgiữa các bộ nghịch lưu kẹp điểm trung tính, bộ nghịch lưu dùng tụ khô và bộ nghịchlưu cầu H ghép tầng trong lúc tạo năng lượng gió độc giả quan tâm có thể tìm chúngtrong [12]

1.4 Đối tượng nghiên cứu.

Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, mô hình hóa và xây dựng giải thuật điều khiểnmáy phát không đồng bộ nguồn kép DFIG được ứng dụng trong các hê thống chuyểnđổi năng lượng gió

+Điều biến không gian véc tơ PWM cho bộ chuyển đổi kẹp điểm trung tính haibậc truyền thống phía máy phát để điều khiển dòng điện đầu cực roto nhằm điều khiểnđịnh hướng từ thông stato cho máy phát tuabin gió DFIG từ đó điều khiển độc lậpcông suất tác dụng P và công suất phản kháng Q của máy phát điện cảm ứng nguồnkép, theo đó thiết kế bộ nghịch lưu kẹp điểm trung tính ba bậc và so sánh kết quả môphỏng với bộ nghịch lưu kẹp điểm trung tính truyền thống

1.6 Bố cục của luận văn.

Luận văn được thực hiện gồm 5 chương:

Chương 1 Mở đầu

Chương 2 Mô hình hệ thống tua bin gió DFIG

Chương 3 Điều khiển DFIG trong hệ thống tuabin gió thay đổi

Chương 4 Mô hình bộ chuyển đổi ba bậc trong hệ thống tua bin gió DFIG.Chương 5 Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 2

MÔ HÌNH HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ DFIG

Trong hệ thống máy phát điện tuabin gió (WTGS), động năng của gió đượcchuyển thành năng lượng điện thông qua máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) vàsau đó được hòa vào lưới điện

Trong chương này, sẽ giới thiệu chung về WTGS và thảo luận ngắn gọn về hệ thổngchuyển đổi năng lượng Thứ hai, một số phương pháp tính toán công suất thu được củaWTGS từ gió Thứ ba, mô hình DFIG trong hệ quy chiếu ABC được phát triển sau đómột số mô hình DFIG trong hệ quy chiếu DQO-dqo được suy ra từ các mô hình ABCtheo biến đối DQO cổ điển Hơn nữa, các mô hình rút gọn cũng được đề xuất dựa trên

mô hình DFIG được biểu diễn trong hệ quy chiếu quay đồng bộ Cuối cùng, các môhình toán học của bộ chuyển đổi PWM ba pha được phát triển trong hệ quy chiếu ABC

và hệ quy chiếu đồng bộ DQO

2.1 Giới thiệu.

Sơ đồ của Hệ thống máy phát điện tuabin gió thay đổi (WTGS) được thể hiệntrong Hình 2.1 Cuộn dây stato của máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) đượckết nối trực tiếp với lưới điện trong khi cuộn dây roto được kết nối với bộ chuyển đốiBack- To-Back qua vành góp Bộ chuyển đối Back-To-Back gồm hai bộ chuyển đổi đó

là bộ chuyển đổi phía máy phát điện và bộ chuyển đổi phía lưới điện đồng thời có một

tụ điện DC-link được đặt giữa hai bộ chuyển đổi Mục tiêu chính cho bộ chuyển đổiphía lưới điện là để giữ cho các biến thiên điện áp DC-link nhỏ

Hình 2.1 Sơ đồ tuabin gió thay đổi (WTGS) và DFIG.

Với việc điều khiển bộ chuyển đổi bên máy phát, có thể điều khiển mô-men cơ, tốc độcủa DFIG cũng như công suất tác dụng và công suất phản kháng tại các cực stato Vì

bộ chuyển đổi công suất Back-To-Back có thể được vận hành trong chế độ hai chiều, vìthế DFIG có thể được hoạt động trong chế độ dưới đồng bộ hoặc trên đồng bộ Tạiđây, dãy tốc độ DFIG ở khoảng ±30% tốc độ đồng bộ [2] Phía stato DFIG luôn cấpcông suất tác dụng cho lưới điện, trong khi công suất t ác dụng được cấp vào hoặc đi raroto tùy thuộc vào điều kiện hoạt động của DFIG Trong chế độ tốc độ trên đồng bộ,công suất tác dụng từ roto qua bộ chuyển đối Back-To-Back đến lưới điện và ngược lạitrong chế

độ tốc độ dưới đồng bộ (Hình

a) b)

Hình 2.2 Chiều của dòng năng lượng qua máy phát DFIG ở chế độ dưới đồng bộ hình a), chế độ trên đồng bộ hình b) [1].

Trong bài luận văn này, mô hình của tuabin gió DFIG được phát triển trong môi trườngMatlab/Simulink trong chương tiếp theo.

2.2 Cấu tạo tua bin gió.

Các thành phần chính của một hệ thống máy phát tuabin gió được thể hiện trongHình 2.3 Các tua bin gió (WT) gồm có ba cánh gắn cân bằng trên một trục, trục roto và

vỏ bọc nằm phía sau trục roto nơi có hộp số, máy phát điện và các thành phần khác

Hình 2.3: Thành phần Hệ thống máy phát điện tua bin gió.

Hệ truyền động gồm có ba cánh, trục tốc độ thấp, hộp số, trục tốc độ cao nối với máyphát điện Các trục tốc độ thấp được lắp nối với trục tốc độ thấp của hộp số hai hoặc bacấp theo tỷ lệ, theo sau là trục tốc độ cao kết nối với roto máy phát điện Quá trình vàcách thức hệ thống tua bin gió tạo ra năng lượng điện sẽ được tóm tắt như sau: gió đậpvào các cánh tua bin gió, làm cho chúng quay và làm cho trục tốc độ thấp quay, trục tốc

độ thấp truyền động năng đến hộp số, hộp số có chức năng biến tốc độ thấp đến cao vàtruyền năng lượng đến trục tốc độ cao, trục tốc độ cao được nối với roto máy phátđiện

và quay với tốc độ cao bằng với tốc độ danh định của máy phát điện, máy phát điệnchuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện.

Thông thường, điện áp đầu ra của máy phát điện thấp do đó, sẽ cần có một máy biến

áp để tăng điện áp đầu ra của máy phát và kết nối vào lưới điện Căn cứ vào hướng gió,

hệ thống điều khiển đón gió sẽ tác động đến động cơ xoay (Motor yaw) làm chotuabin gió vuông góc với hướng gió Một phanh cơ khẩn cấp được lắp trên trục tốc độcao để giảm hoặc ngăn hệ thống truyền động bị quá tải cơ học khi gặp phải gió mạnh,gió giật, bão [2] Ngoài ra, còn có bộ điều khiển làm thay đổi góc ‘Pitch’ của cánh tuabin để điều khiển hệ thống hoạt động một cách tối ưu nhất khi vận tốc gió yếu

Bên cạnh đó, các bộ điều khiển trong hệ Tua bin này có thể điều khiển dừng roto ở cáctình huống xấu, như gió ở tốc độ quá cao, không đủ gió và mất điện lưới Thành phầnkhác của một hệ thống máy phát tuabin gió là cảm biến chỉ hướng gió, cảm biến tốc độgió, quạt làm mát và các cảm biến khác Cảm biến hướng gió được sử dụng để điềukhiển tua bin đón được hướng gió bằng động cơ Yaw Quạt làm mát được sử dụng đểlàm mát hộp số, máy phát điện, bộ nghịch lưu và các bộ điều khiển Các cảm biến đogió được sử dụng để đo tốc độ gió nhằm theo dõi công suất gió cực đại, hoặc bảo vệ hệthống Ví dụ, khi gặp phải tốc độ gió mạnh, gió giật, tín hiệu từ cảm biến tốc độ gió sẽgửi đến các bộ điều khiển làm cho các tuabin gió ngừng bằng phanh, hay điều khiểngóc cánh để cánh tuabin không được đón gió nhằm đảm bảo an toàn cho toàn cây gió.Cảm biến khác như cảm biến nhiệt độ, tốc độ, counter và biến dòng, biến áp trong hệthống tuabin gió được sử dụng cho mục đích kiểm soát, điều khiển dòng điện và phảiđược phù hợp theo sơ đồ điều khiển

2.3 Cấu hình hệ thống biến đổi năng lượng gió và vùng hoạt động của tua bin gió.

Nói chung, việc tái tạo năng lượng gió dùng tua bin tốc độ cố định hoặc biến đổi

có thể được phân loại thành bốn loại chính sau đây:

2.3.1 Tua bin gió có tốc độ cố định (WT Loại A).

Đây là loại tuabin gió sử dụng một máy phát điện cảm ứng lồng sóc không đồng

bộ (SCIG) được kết nối lưới thông qua máy biến áp Vì vậy được gọi là “Tua bin gió

có tốc độ cố định” (WT loại A), nhược điểm lớn của loại này là tiêu thụ công suấtphản kháng vì nó không có bộ điều khiển loại công suất này Bên cạnh đó, loại tuabinnày biến các dao động gió thành dao động cơ và chuyển đổi tiếp các dao động nàythành dao động năng lượng điện Dao động năng lượng này có thể tác động có hại đếncác điểm kết nối trong trường hợp điện lưới không ổn định

2.3.2 Tua bin gió có tốc độ thay đổi có Điện trở roto biến thiên (WT Loại B).

Loại tuabin gió này sử dụng máy phát điện cảm ứng roto dây quấn (WRIG)được kết nối trực tiếp với lưới điện Cuộn dây roto của máy phát được nối nối tiếp vớiđiện trở có điều khiển Theo cách này, tổng điện trở roto có thể được điều chỉnh vì vậy

có thể điều khiển được công suất đầu ra và kiểm soát sự cố trượt Do giới hạn của kíchthước điện trở nối tiếp, phạm vi thay đổi tốc thường nhỏ, khoảng 0-10% trên tốc độđồng bộ hóa [1]

2.3.3 Tuabin gió có tốc độ thay đổi, bộ nghịch lưu công suất phạm vi cục bộ (WT Loại C).

Máy phát có cấu hình loại này gọi là máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG)

sử dụng tuabin gió có tốc độ gió thay đổi Cuộn dây stato của máy phát điện cảm ứngnguồn kép được kết nối trực tiếp với lưới điện trong khi cuộn dây roto được kết nối với

bộ biến đổi Back-To-Back qua vòng góp Bộ nghịch lưu công suất có thể điều khiển tần

số cũng như tốc độ của roto Tại đây, dãy thay đổi tốc độ của DFIG ở khoảng ±30% tốc

độ đồng bộ hóa Công suất danh định của bộ nghịch lưu công suất thường được định ởmức ±30% của công suất định mức vì roto của DFIG chỉ ứng suất với công suất trượt.Công suất danh định của bộ nghịch lưu nhỏ hơn, nâng cao hiệu suất, giảm được khônggian lắp đặt trong cây gió điều này được quan tâm hơn từ khía cạnh kinh tế Bên cạnh

đó, loại tuabin gió này cũng có thể đạt được mức bù công suất phản kháng như mongmuốn.

2.3.4 Tuabin gió biến đổi có bộ nghịch lưu công suất bằng công suất máy phát (WT Loại D):

Loại tuabin gió với tốc độ thay đổi có bộ nghịch lưu nối trực tiếp giữa stato củamáy phát và lưới, do dó bộ biến đổi được tính toán bằng với công suất định mức củatoàn tuabin (gọi là “bộ nghịch lưu nguyên cỡ”)

Cấu hình này thường sử dụng máy phát là máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu(PMSG), loại tuabin gió này thường không có hộp số, điều này có nghĩa là, thay vì kếtnối hộp số với máy phát điện, người ta sẽ sử dụng máy phát điện nhiều cặp cực truyềnđộng trực tiếp

2.3.5 Ưu nhược điểm của các loại tua bin gió.

 Nhược điểm hai loại tuabin gió đầu tiền

như:

1) Không được hỗ trợ bởi bất kỳ thiết bị điều khiển tốc độ nào

2) Không có thiết bị bù công suất phản kháng

3) Yêu cầu lưới điện luôn cố định và ít sự cố

4) Cấu trúc cơ học phải có khả năng hỗ trợ ứng suất cơ cao do gió giật gió mạnh gây ra, v.v

Vì vậy, bài luận văn này không trình bày chi tiết về hai loại tua bin gió này

 Ưu điểm của hệ thống máy phát điện tuabin gió dựa trên DFIG[2]:

Hệ thống này có khả năng điều khiển độc lập công suất tác dụng và phản khángbằng cách điều khiển điện áp đầu cực roto Vì vậy, có thể thực hiện điều khiển hệ sốcông suất trong hệ thống này DFIG thường là máy phát điện cảm ứng roto dây quấn,

loại này có cấu tạo đơn giản và rẻ hơn PMSG Trong hệ thống máy phát tuabin gió dựatrên DFIG, công suất danh định của bộ chuyển đổi công suất thường ở mức ±30%quanh công suất danh định và đặc điểm này có nhiều lợi ích, chẳng hạn như, giảm chiphí bộ nghịch lưu, tiết kiệm không gian, khối lượng nhỏ, nhẹ hơn, tổn thất chuyểnmạch nhỏ, ít nhiễu sóng hài ở lưới điện đồng thời hiệu suất tổng thể được cải thiện (caohơn khoảng

5-10% so với bộ nghịch lưu nguyên cỡ) khi so sánh bộ chuyển đổi công suất và máyphát

điện loại C và A, B [1]

 Nhược điểm của hệ thống máy phát điện tuabin gió DFIG [2]:

- Có vòng góp và hộp số, sinh ra tia lửa điện và cần được bảo dưỡng thường xuyên

- Có sơ đồ bảo vệ, chương trình điều khiển phức tạp

 Ưu điểm của hệ thống máy phát điện tuabin gió dựa trên PMSG[1]:

- PMSG cũng có thể giúp điều khiển được công suất tác dụng và công suất phản kháng.Giản đồ điều khiển cũng tương đối đơn giản và dễ thực hiện

 Nhược điểm của hệ thống máy phát điện tuabin gió dựa trên PMSG [1]:

- Bộ nghịch lưu công suất nguyên cỡ của hệ thống máy phát điện tuabin gió dựa trênPMSG có công suất định mức lớn bằng với công suất máy phát, điều đó dẫn đến tổnthất rất lớn, tạo ra các thành phần sóng hài lớn và có chi phí cao