Điều khiển công suất cua hệ thống điện gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - PHAN VĂN LƯU ĐIỀU KHIỂN KHIỂN CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60 52 02 02 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HUỲNH CHÂU DUY CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS HUỲNH CHÂU DUY Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày 10 tháng 05 năm 2013 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 sĩ) TS Ngô Cao Cường TS Nguyễn Thanh Phương TS Nguyễn Thanh Phương PGS.TS.Trần Thu Hà TS Nguyễn Hùng Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng … năm …… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHAN VĂN LƯU Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06/12/1972 Nơi sinh: Long An Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1181031037 I- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu điều khiển công suất phản kháng tác dụng máy phát điện không đồng nguồn kép Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Tổng quan tốn điều khiển cơng suất điện gió Chương 3: Hệ thống điện gió Chương 4: Thuận tốn điều khiển cơng suất điện gió Chương 5: Kết mô Chương 6: Kết luận kiến nghị đề tài III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/6/2012 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/03/2013 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS HUỲNH CHÂU DUY CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Phan Văn Lưu ii LỜI CẢM ƠN Sau thời học tập nghiên cứu, làm việc khẩn trương, động viên, giúp đỡ hướng dẫn tận tình thầy giáo hướng dẫn TS Huỳnh Châu Duy, luận văn với đề tài “ Điều khiển công suất cua3 hệ thống điện gió ” hồn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn TS Huỳnh Châu Duy tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Khoa đào tạo Sau đại học, thầy giáo, cô giáo Khoa Điện Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghệ TP Hồ Chí Minh giúp đỡ tác giả suốt trình học tập trình nghiên cứu thực luận văn Toàn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình người thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập hoàn thành luận văn Tác giả luận văn Phan Văn Lưu TĨM TẮT Năng lượng gió ngày quan tâm nguồn lượng tái tạo quan trọng xuất phát từ thiên nhiên, vô tận Tuy nhiên, bất lợi lớn nằm tạo gió thay đổi tốc độ gió viết đưa nghiên cứu điều khiển công suất hệ thống điện gió thơng qua máy phát điện cảm ứng khơng đồng nguồn kép (ADFIG) Tốc độ tốc độ đồng thu cách sử dụng chuyển đổi nguồn điện hai chiều Bằng cách điều khiển cơng suất tác dụng phản kháng, hệ số cơng suất tổng thể hệ thống lưu giữ điều kiện tải trọng khác Bài viết trình bày kết mô ADFIG kết nối lưới Một đại diện thông qua chuyển đổi PWM dựa điều chế PWM cho hai công cụ chuyển đổi rotor stator, đề xuất phương pháp (VOC) điều khiển cơng suất cho hai phía chuyển đổi stator rotor để cung cấp điều khiển công suất tác dụng phản kháng Một máy phát điện 1.5 MW thiết kế hiệu điều khiển xác nhận điều kiện vận hành khác tốc độ đồng tốc độ đồng Luận văn thực bao gồm chương Chương 1: Giới thiệu Chương giới thiệu vấn nhu cầu điện giới việt nam, từ đưa lộ trình điện Việt Nam đến năm 2020 Nhìn nhận cạn kiệt tài nguyên, thiếu hụt điện giới nói chung Việt Nam nói riêng Từ cần thiết nguồn lượng lượng tái tạo đóng vai trò quang trong việc bảo vệ an ninh quốc gia Chương 2: Tổng quan tốn điều khiển cơng suất điện gió Chương đưa giải pháp điều phối công suất phản kháng tác dụng trang trại gió nghiên cứu điều khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ tối ưu hóa sử dụng để điều khiển công suất phản kháng tác dụng stato máy phát điện cảm ứng nguồn kép - Nghiên cứu giải pháp khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ tối ưu hóa sử dụng để điều khiển công suất phản kháng tác dụng stato máy phát điện cảm ứng nguồn kép - Nghiên cứu mơ hình trạng thái ổn định tốc độ cố định máy phát điện tuabin gió tốc độ biến đổi giới hạn ổn định điện áp dự đoán sụp đổ điện áp xảy Chương 3: Hệ thống điện gió Chương trình tóm tắc lịch sử hệ thống điện gió qua thời kỳ đưa ưu điểm, nhược điểm loại máy phát điện gió thơng dụng sử dụng hệ thống điện gió nay, từ chọn mơ hình máy phát điện gió (DFIG) cho điểu khiển cơng suất hệ thống điện gió, đồng thời nghiên cứu xây dưng mơ hình tốn học hệ thống chuyển đổi lượng gió Chương 4: Thuật tốn điều khiển cơng suất điện gió dựa mơ hình máy phát điện không đồng nguồn kép Trong chương này, sơ đồ điều khiển công suất tác dụng phản kháng máy phát điện cảm ứng nguồn kép Thuật toán điều khiển đề xuất làm giảm gợn sóng cơng suất tác dụng phản kháng cách độc lập Kết mô cho thấy điều khiển cơng suất hiệu Các thuật tốn đề xuất cho thấy hiệu tốt Chương 5: Kết mô Trong chương đưa xây dựng sơ đồ mô môi trường Matlab-Simulink Đưa kết mô điều khiển công suất tác dụng phản kháng theo thời gian vận tốc gió Chương 6: Kết luận kiến nghị Chương đưa tìm hiểu sau: Tìm hiểu lĩnh vực phát điện sức gió, thuận lợi khó khăn việc phát triển lượng gió, tiềm lượng gió Việt Nam Tìm hiểu hệ thống chuyển đổi lượng gió: phân bố gió, hiệu suất tua bin gió, vận hành hệ thống lượng gió tốc độ cố định thay đổi Tìm hiểu loại máy phát điện sử dụng hệ thống chuyển đổi lượng gió Tìm hiểu mơ hình tốn học máy phát điện không đồng nguồn kép (DFIG), mơ mơ hình DFIG MATLAB/SIMULINK Tìm hiểu phương pháp điều khiển VOC, ứng dụng vào điều khiển ABSTRACT Wind Energy is gaining interest now -a– days as one of the most important renewable sources of energy due to its ecofriendly nature But the major disadvantage lies in variable speed wind generation and this paper gives a study on control of Wind driven Asynchronous doubly fed Induction Generator (ADFIG) The speeds above and below Synchronous speeds are obtained using a bidirectional power flow converter By using this reactive power is controlled and hence the overall Power factor of system can be kept at unity under varying load conditions This paper presents simulation results of a Grid-connected ADFIG A switch-by-switch representation of the PWM converters with a carrier-based Sinusoidal PWM modulation for both rotorand stator-side converter has been proposed Stator-Flux Oriented vector control approach is deployed for both stator- and rotor-side converters to provide independent control of active and reactive power and keep the DClink voltage constant A 1.5 MW generator is designed and its effectiveness in controlling is verified in different operating conditions above and below synchronous speeds The dissertation consists of chapters Chapter 1: Introduction Chapter has introduced the issue of energy demand in the world and Vietnam, from which energy roadmap to 2020 in Vietnam Recognizing the depletion of natural resources, lack of power of the world in general and Vietnam in particular From that point out the need for new energy sources such as renewable energy in the optical role in protecting national security Chapter 2: Overview of the control problems of wind power capacity This chapter gives solutions to the reactive power distribution and effects of a wind farm controlled study of variables associated with structural optimization system is used to control reactive power and effect of stator of an induction generator dual power vii Research a control solution combined with system structure optimization variables are used to control reactive power and effect of the stator of an induction generator dual power To study the steady state model and the fixed speed wind turbine generator speed limit change on voltage stability and predict voltage collapse can occur Chapter 3: Wind Power System This chapter summarizes all the history of wind power systems over time and give the advantages and disadvantages of various types of wind generators are commonly used in the wind power system today, from here select models the wind generator (DFIG) control for wind power systems, construction and study mathematical models of systems convert wind energy Chapter 4: power control algorithm based on a model wind power generator asynchronous dual source In this chapter, the control scheme works and reactive power of induction generator dual power Control algorithms have been proposed to reduce the power of the ripple effect and resistance independently Simulation results show that power control more effective The proposed algorithm shows better performance Chapter 5: Simulation Results In this chapter make building simulation diagrams in Matlab-Simulink environment Given the simulation results for the power control and reactive over time and wind speed Chapter 6: Conclusions and Recommendations This chapter gives the following understanding: Learn about the field of wind power, advantages and difficulties in the development of wind energy, wind energy potential of Vietnam Learn the system conversion of wind energy: wind distribution, effective performance of wind turbines operating wind energy system fixed speed and change Find out the type of generator used in power conversion systems Wind 37 Trong báo tác giả đưa cấu trúc điều khiển thay đổi dựa điều khiển mơ hình trượt (SMC) máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) kết nối lưới với hệ thống chuyển đổi lượng gió, Cấu trúc sử dụng để theo dõi tài liệu tham khảo công suất phản kháng tác dụng trao đổi stator lưới điện cách điều khiển hệ thống chuyển đổi rotor Kết mô cho thấy tách công suất phản kháng tác dụng stator hiệu suất hoạt động tốt thu biến đổi tốc độ gió Các kết thu chứng minh hệ thống DFIG điều khiển hoạt động tốc độ biến đổi coi phương án đáng quan tâm cho vấn đề giải pháp khu vực lượng tái tạo 2.2 Kết luận Hiện Việt Nam ngành cơng nghiệp điện gió bước phủ quan tâm mời gọi nhà đầu tư lĩnh vực này, nên đề tài nước mang tính nghiên cứu định hướng phát triển tương lai ứng dụng phục vụ công tác giảng dạy, công nghệ, thiết bị dùng lắp đặt trang trại gió hay tháp gió Việt Nam tồn nhập nước Từ nước phát triển Mỹ, Hà Lan, Úc, CHLB Đức, Đan Mạch… Các đề tài báo khoa học nước đưa ứng dụng sau: - Thiết kế điều khiển cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng máy phát điện không đồng pha nguồn kép - Xây dựng điều khiển hòa lưới cho máy phát điện sức gió sử dụng máy cảm ứng nguồn kép - Đề xuất biện pháp khắc phục lỗi lưới đối xứng không đối xứng hệ thống phát điện chạy sức gió Khi xảy lỗi lưới biến đổi phía máy phát điều khiển ngừng làm việc - Xây dựng hệ thống phát điện nguồn phát lượng gió cơng suất nhỏ tương ứng với tiềm gió Việt Nam - Đề xuất biện pháp nâng cao chất lượng điện áp nhà máy điện gió có cơng suất lớn kết nối hệ thống điện 38 Hiện nước giới Mỹ, Hà Lan, CHLB Đức, Nga, Pháp, Ý, Bỉ, Đan Mạch, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Anh quốc, Trung Quốc…nghành cơng nghiệp điện gió phát triển mạnh mẽ, đề tài, báo khoa học ngành lượng gió đời nhầm mục đích nghiên cứu, tìm giải pháp, thiết kế thiết bị điện gió ngày đại, tiến để ứng dụng thực tế cải thiện chất lượng điện đáp ứng nhu cầu chất lượng điện cạnh tranh giá thành với ngành lượng khác thỏa mãn nhu cầu người tiêu dùng Các đề tài báo khoa học nước đưa ứng dụng sau: - Giải pháp điều phối công suất phản kháng tác dụng trang trại gió nghiên cứu điều khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ tối ưu hóa sử dụng để điều khiển công suất phản kháng tác dụng stato máy phát điện cảm ứng nguồn kép - Nghiên cứu giải pháp khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ tối ưu hóa sử dụng để điều khiển công suất phản kháng tác dụng stato máy phát điện cảm ứng nguồn kép - Nghiên cứu mơ hình trạng thái ổn định tốc độ cố định máy phát điện tuabin gió tốc độ biến đổi giới hạn ổn định điện áp dự đoán sụp đổ điện áp xảy Hệ thống DFIG điều khiển hoạt động tốc độ biến đổi coi phương án đáng quan tâm cho vấn đề giải pháp Đề tài “ Điều khiển công suất hệ thống điện gió ” điều khiển công suất tác dụng p công suất phản kháng Q phát từ máy phát điện gió trước hòa lưới Nhầm mục đích đáp ứng nhu cầu chất lượng điện cạnh tranh giá thành với ngành lượng khác thỏa mãn nhu cầu người tiêu dùng Vì hy vọng với vấn đề nghiên cứu đề tài đóng góp phần nhỏ thiết thực vào việc điều khiển hệ thống điện gió nước nhà Để hiểu vấn đề nghiên cứu sang chương MỤC LỤC Nội dungTrang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn Abstract vi Danh mục hình vẽ đồ thị Danh mục bảng Danh mục ký hiệu từ viết tắt Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu 1.1.1 Nhu cầu điện giới 1.1.2 Tổng quan nhu cầu điện Việt Nam 1.1.3 Lộ trình sử dụng điện 2020 1.2 Cấu trúc luận văn 1.2.1 Chương 1: Giới thiệu 1.2.2 Chương 2: Tổng quan tốn điện gió 1.2.3 Chương 3: Điều khiển cơng suất hệ thống điện gió 1.2.4 Chương 4:Hệ thống điện gió 1.2.5 Chương 5: Kết quã mô 1.2.6 Chương 6: Kết luận kiến nghị 1.3 iii Kết luận chương Chương 2: TỔNG QUAN BÀI TỐN ĐIỆN GIĨ 2.1 Các đề tài nghiên cứu liên quan đến điều khiển xii xix xx 1 6 7 7 8 công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện gió nước ngồi 2.1.1 Trong nước 2.1.2 Ngoài nước 2.2 Kết luận chương 23 37 Chương 3: HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 39 3.1 Sơ lược lịch sử phát triển hệ thống điện gió 39 3.2 Cấu trúc đặt điểm chung hệ thống điện gió 43 3.3 3.4 3.5 3.2.1 Cấu trúc turbin gió trục đứng 44 3.2.1 Cấu trúc turbin gió trục ngang 44 Những khó khăn thuận lợi hệ thống điện gió 44 3.3.1 Thuận lợi 44 3.3.2 Khó khăn 44 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống điện gió 44 3.3.1 Cấu tạo 45 3.3.2 Ngun lý thành phần turbine gió 46 Đặt tính chung loại máy phát điện gió 47 3.5.1 Máy phát điện kiểu lòng sóc (Squirrel cage induction 47 generator - SCIG) 3.5.2 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (permanent 48 magnet synchronous generator - PMSG) 3.6 3.7 Các mơ hình tốn học hệ thống điện gió 50 3.6.1 Mơ hình tốn học lượng gió 51 3.6.2 Mơ hình tốn học turbine 52 3.6.3 Mơ hình tốn học trục hộp số 64 Kết luận chương Chương 4: THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT HỆ 71 72 THỐNG ĐIỆN GIĨ DỰA TRÊN MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP 4.1 4.2 Máy phát điện không đồng cảm ứng nguồn kép 72 4.1.1 Cấu tạo Máy điện cảm ứng rotor dây quấn 72 4.1.2 Nguyên lý hoạt động máy phát điện nguồn kép 75 Thuật điều khiển cơng suất hệ thống điện gió 4.2.1 Điều khiển công suất tác dụng phản kháng DFIG phương pháp VOC 80 81 4.2.2 Xây dựng điều khiển 4.3 4.3.1 85 Mơ hình máy phát điện không đồng cảm ứng nguồn kép DFIG MATLAB/SIMULINK 85 Sơ đồ vòng lập khép kín DFIG cách sử dụng 87 chuyển đổi PWM 4.3.2 Điều khiển chuyển đổi bên rotor (RSC) 4.3.3 Điều khiển phía lưới (GSC) 87 4.4 Kết Luận chương 88 Chương 5: Kết mô 89 5.1 89 Cấu trúc mơ hình điều khiển cơng suất tác dụng phản kháng máy phát điện gió khơng đồng nguồn kép phần mềm matlab/simulink 5.2 Kết mô 5.2.1 Trường hợp 1: thông số điều khiển Pset =150.000 (W) 92 Qset = 100.000(W), tốc độ gió 10m/s 5.2.2 Trường hợp 2: Thơng số điều khiển Pset =200.000 (W) 93 Qset = 150.000(W), tốc độ gió 10m/s 5.2.3 Trường hợp 3: thơng số điều khiển Pset =250.000 (W) 94 Qset = 200.000(W), tốc độ gió10m/s 5.2.4 Trường hợp 4: thơng số điều khiển Pset =300.000 (W) 95 Qset = 250.000(W), tốc độ gió 10m/s 5.2.5 Trường hợp 1: thơng số điều khiển Pset =150.000 (W) 96 Qset = 100.000(W), tốc độ gió 4m/s 5.2.6 Trường hợp 2: Thơng số điều khiển Pset =200.000 (W) 97 Qset = 150.000(W), tốc độ gió 4m/s 5.2.7 Trường hợp 3: thơng số điều khiển Pset =250.000 (W) 98 Qset = 200.000(W), tốc độ gió4m/s 5.3 Kết luận chương 99 xii Chương 6: Kết luận kiến nghị 100 6.1 Kết luận 100 6.2 Kiến nghị 101 13 DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1 Biểu đồ phụ tải điển hình Hình 1.2 Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam độ cao 80 mét Hình 1.3 Minh họa kế hoạch phát triển dạng lượng tái tạo Việt Nam giai đoạn 2011-2030 Hình 1.4 Minh họa điện dùng lượng gió Hình 2.1 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát kết mô tốc độ đồng (n = 850 v/ph); m = -4Nm, cosφ nhảy bậc từ 0.9 lên sau nhảy 0.7 Hình 2.2 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát kết mô tốc độ đồng (n = 850 v/ph); với m từ = -2Nm lên -4Nm, cosφ = 0.7 Hình 2.3 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát 10 kết mô tốc độ đồng (n = 1050 v/ph); với m =-4Nm, cosφ = 0.7 Hình 2.4 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát 10 kết mô tốc độ đồng (n = 1050 v/ph); với m từ = -2Nm lên -4Nm, cosφ = 0.7 Hình 2.5 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát 11 kết mô tốc độ đồng (n = 950 v/ph); với m từ = - 2Nm, -3Nm, -4Nm, cosφ = 0.9 lên 1và 0.7 Hình 2.6 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát 11 kết mô tốc độ thay đổi nhảy từ 850v/ph lên 1050v/ph; với m = -4Nm, cosφ = 0.72 Hình 2.7 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát 12 ( sập lưới 10%) Hình 2.8 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát 12 14 ( sập lưới 25%) Hình 2.9 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto máy phát 13 ( sập lưới 50%) Hình 2.10 Tốc độ máy phát, cơng suất phía Stato (Ps, Qs), Roto (Pr, 14 Qr) cơng suất phát hệ thống ( P,Q) tốc độ gió chuyển từ 12.5m -10.5m/s Hình 2.11 Dòng điện Roto (Ir), dòng Stato (Is), điện áp Rotor 14 (Ur) Vwind 12m/s xuống 10m/s Hình 2.12 Dòng điện Idc, điện áp chiều Udc công suất 15 chiều Pdc DC – Link Vwind 12m/s xuống 10m/s Hình 2.13 Tốc độ máy phát), cơng suất phía Stato (Ps, Qs), Roto 15 (Pr, Qr) cơng suất phát hệ thống ( P,Q) Vwind =10.5m xuống 8m/s Hình 2.14 Dòng điện Roto (Ir), dòng Stato (Is), điện áp Rotor 16 Ur ) Vwind từ 10.5 m/s xuống 8m/s Hình 2.15 Dòng điện Idc, điện áp chiều Udc công suất 16 chiều Pdc DC Link Vwind = 10.5m/s xuống 8m/s Hình 2.16 Dòng điện Roto (Ir), dòng Stato (Is), điện áp Rotor 17 Ur) Vwind=12m xuống 10.5m/s với thời gian mơ 0,06m/s Hình 2.17 Dòng điện Roto (Ir), dòng Stato (Is), điện áp Rotor 17 Ur) Hình 2.18 Thành phần d (a) q (b) dòng điện rotor đáp ứng 18 mơmen (c) cơng suất phản kháng (d) Hình 2.19 Các đáp ứng sập lưới 19 Hình 2.20 Lưới điện Ninh Thuận năm 2012 20 15 Hình 2.21 Đặc tính cơng suất máy phát DFIG (VESTAS)– 20 2MW Hình 2.22 Chỉ số VCPI nút lưới điện Ninh Thuận 21 Hình 2.23 Ảnh hưởng trình ổn định điện áp nút 100 21 đến nút 19 Hình 2.24 Miền ổn định nút 99 mặt phẳng công suất 21 phương án Hình 2.25 Sơ đồ khối hệ thống phát điện sức gió 22 Hình 2.26 Mơ hình trạm phát điện sức gió cơng suất nhỏ 23 Hình 2.27 Đường cong P-V trường hợp chuẩn IEEE hệ thống 24 14 Hình 2.28 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết 24 nối SCIG Hình 2.29 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE tốc 24 độ gió thay đổi Hình 2.30 Mối quan hệ tốc độ gió, LF tối đa vị trí 25 Hình 2.31 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết 25 nối DFIG Hình 2.32 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE 25 tốc độ gió thay đổi Hình 2.33 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết 26 nối tuabin gió SVC Hình 2.34 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết 26 nối tuabin gió STATCOM Hình 2.35 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết 26 nối tuabin gió với SVCI STATCOM Hình 2.36 Hệ thống phân phối nhánh Hình 2.37 Đường cơng tốc độ gióHình 2.38 Cơng suất tác dụng tua bin gió máy phát điện dị ứng nguồn kép 27 28 16 Hình 2.39 Tối đa cơng suất phản kháng tuabin gió máy phát 28 điện dị ứng nguồn kép Hình 2.40 Cơng suất tác dụng phản kháng đạt trang 28 trại gió Hình 2.41 Tổn thất điện hệ thống phân phối Hình 2.42 Điện áp nút nhỏ hệ thống phân phối Hình 2.43 Cơng suất phản kháng tác dung cho điều khiển 29 29 30 không tối ưu Hình 2.44 Chức chi phí (tích hợp lỗi) thay đổi 30 lần lặp lại PSO Hình 2.45 Điều khiển tối ưu cơng suất phản kháng tác dụng sử 30 dụng phép tính tích phân lỗi ngõ Hình 2.46 Chức chi phí (tích hợp cộng với thay đổi dẫn 31 xuất lỗi) lặp lặp lại PSO liên tiếp Hình 2.47 Cơng suất phản kháng tác dụng startor cho điều 31 khiển tối ưu cách sử dụng tách rời cộng với phát sinh lỗi đầu Hình 2.48 Cơng suất phản kháng tác dụng startor 31 Hình 2.49 Rotor d dòng điện trục q 32 Hình 2.50 Rotor d điện áp trục q 32 Hình 2.51 Tiêm hoạt cơng suất tác dụng tuabin 33 trường hợp a Hình 2.52 Tiêm hoạt cơng suất phản kháng tuabin 33 trường hợp a Hình 2.53 Tăng tốc độ rotor tham chiếu đến phía máy phát 33 giảm công suất tác dụng bơm vào trường hợp a Hình 2.54 Gốc pitch cho WT cho trường hợp a 33 Hình 2.55 Bơm cơng suất tác dụng cho turbine cho trường hợp 34 b xvii Hình 2.56 Bơm cơng suất phản kháng cho mõi tuabine cho trường 34 hợp b Hình 2.57 Tốc độ rotor tham chiếu đến phía máy phát điện 34 mõi WT cho trường hợp b Hình 2.58 Gốc pitch cho WT cho trường hợp a 34 Hình 2.59 Bên dạng tốc độ gió thay đổi bậc 35 Hình 2.60 Tốc độ turbine theo MPPT 35 Hình 2.61 Bơm cơng suất tác dụng stator lưới điện theo MPPT 36 Hình 2.62 Cơng suất phản kháng stator 36 Hình 2.63 Dòng điện pha stator 36 Hình 2.64 Dòng điện pha rotor 36 Hình 3.1 Bánh xe gió trục đứng cánh đón gió gỗ thiết kế 39 Giáo sư Blyth xây dựng London 1905 Hình 3.2 Cối xay gió Tây Ban Nha La Mancha 40 Hình 3.3 Một cối xay gió cánh thép dùng bơm nước gần thung 41 lũng Clare, Nam Úc Hình 3.4 Turbine gió Charles Brush năm 1888 41 Hình 3.5 Cụm turbine 7,5 megawatt Mod-2 đồi 42 Goodnoe Washington vào năm 1981 Hình 3.6 Kích thước tua-bin điện gió sản xuất đến năm 43 2012 Hình 3.7 a)Turbin gió trục b)Turbin gió trục ngang 43 Hình 3.8 Mơ hình thành phần turbine gió 45 Hình 3.9 a) cột tháp sắt chéo (Lattice Tower); b) Cột tháp 47 chằn giữ Hình 3.10 Hệ thống máy phát điện nguồn kép 47 Hình 3.11 Máy phát điện kiểu lòng sóc 48 Hình 3.12 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cữu 49 Hình 3.13 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cữu 49 Hình 3.14 Hệ thống điện gió 50 xviii Hình 3.15 Biên dạng gió dùng để mơ 52 Hình 3.16 Cơng suất có từ b) Mối liên quan cơng suất, 53 tốc độ gió, chiều cao Hình 3.17 Áp lực thay đổi tốc độ mơ hình lý tưởng 55 máy phát điện gió Hình 3.18 Hệ số hiệu suất Cp nhân tố nhiễu b 59 Hình 3.19 Hệ số turbine gió 62 Hình 3.20 Mơ hình hộp số trục 64 Hình 3.21 Sơ đồ khối biểu diển mơ hình máy phát điện cảm ứng 66 Hình 3.22 Vector khơng gian cho số lượng stator 67 Hình 3.23 Véc tơ khơng gian cho đại lượng rotor 68 Hình 4.1 Máy phát điện cảm ứng nguồn kép loại turbine chạy 73 sức gió Hình 4.2 Chế độ hoạt động đồng DFIG 76 Hình 4.3 Chế độ hoạt động đồng DFIG 78 Hình 4.4 Mơ hình hoạt động đồng DFIG 79 Hình 4.5 Sơ đồ mạch điện tương đương DFIG (mạch trục q) 80 Hình 4.6 Sơ đồ mạch điện tương đương DFIG (mạch trục d) 80 Hình 4.7 Mạch tương đương pha máy phát điện nguồn 81 kép Hình 4.8 Cơ cấu tổng thể điều khiển DFIG 83 Hình 4.9 Xây dựng điều khiển vòng lặp bên dòng rotor 85 Hình 4.10 Xây dựng điều khiển vòng lập bên ngồi cơng suất 85 tác dụng phản kháng Hình 4.11 Điều khiển cơng suất DFIG 87 Hình 4.12 Cấu trúc bơ điều khiển bên rotor 87 Hình 4.13 Cấu trúc biến đổi điều khiển phía lưới 88 Hình 5.1 Cấu trúc mơ hình điều khiển cơng suất tác dụng phản 89 kháng máy phát điện gió khơng đồng nguồn kép 19 Hình 5.2 Cấu trúc điều khiển công suất tác dụng phản 90 kháng máy phát điện không đồng nguồn kép (P, 90 Q CONTROLLER) Hình 5.3 Cấu trúc thành phần hệ thống điện phía lưới 90 kết nối với máy phát điện không đồng nguồn kép (POWER SYSTEMS) Hình 5.4 Cấu trúc thành phần khối biến đổi điện 91 áp phía lưới Hình 5.5 Cấu trúc khối chuyển đổi (RECTIFIER) phía rotor 91 máy phát Hình 5.6 Cấu trúc khối đo lường V-I 91 Hình 5.7 Cấu trúc máy phát điện khơng đồng nguồn kép 92 Hình 5.8 Kết mơ cơng suất tác dụng P 92 Hình 5.9 Kết mơ cơng suất phản kháng q 93 Hình 5.10 Kết mô công suất tác dụng P 93 Hình 5.11 Kết mơ cơng suất phản kháng q 94 Hình 5.12 Kết mơ cơng suất tác dụng P 94 Hình 5.13 Kết mơ cơng suất phản kháng q 95 Hình 5.14 Kết mơ cơng suất tác dụng P 95 Hình 5.15 Kết mô công suất phản kháng q 96 20 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 So sanh máy phát điện dẫn động trực tiếp máy phát điện 50 dẫn động hộp số Bảng 3.2 So sanh chi phí máy phát điện gió dẫn động hộp số 50 DFIG, EESG dẫn động trực tiếp PMSG Bảng 3.3 Hệ số hiệu suất Cp nhân tố nhiễu b 59 Bảng 3.4 Số cánh quạt hệ số vận tốc gió đầu cánh với cấu hình 64 21 DANG MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Vas,Vbs, Vcs : Điện áp pha a,b,c stator Var,Vbr, Vcr : Điện áp pha a,b,c rotor Vαs,Vβs : thành phần điện áp stator hệ tọa độ αβ Vαr,Vβr : thành phần điện áp rotor hệ tọa độ αβ Vdr,Vqr : thành phần điện áp rotor hệ tọa độ dq Vds,Vqs : thành phần điện áp stator hệ tọa độ dq ias,ibs, ics : Dòng điện áp pha a, b, c stator iar,ibr, icr : Dòng điện áp pha a, b, c rotor iαs,iβs : thành phần dòng điện stator hệ tọa độ αβ iαr,iβr : thành phần dòng điện rotor hệ tọa độ αβ idr,iqr : thành phần dòng điện rotor hệ tọa độ dq ids,iqs : thành phần dòng điện stator hệ tọa độ dq ψas, ψbs, ψcs : Từ thông pha a,b,c stator ψαs, ψβs : thành phần từ thông stator hệ tọa độ αβ ψαr, ψβr : thành phần từ thông rotor hệ tọa độ αβ ψdr, ψqr : thành phần dòng điện rotor hệ tọa độ dq ψds, ψqs : thành phần dòng điện stator hệ tọa độ dq Ps, Qs : Công suất phản kháng công suất tác dụng Tm, Te : Mơ men điện β : Góc Pitch λ : Góc picht o : Tip speed Ratio ρ : Số cập cức Cp : Hệ số hiệu suất rotor θr,θs : Góc vị trí stator va rotor Js : Mơ men qn tính hay hệ số trượt ... kháng hệ thống điện gió nước ngồi nước ứng dụng đề tài nghiên cưu nước nước 1.2.3 Chương 3: Điều khiển cơng suất hệ thống điện gió Điều khiển cơng suất tác dụng phản kháng hệ thống điện gió 1.2.4... hiệu điện áp điều khiển Vrc, loại dùng để điều khiển biến đổi điện áp phía rotor tín hiệu điện áp lưới Vgc, loại dùng để điều khiển biến đổi điện áp phía lưới điện (điều khiển công suất điện) ... độ rotor • Điều khiển công suất phản kháng stator ngõ không đổi, điều khiển hệ số công suất stator điều khiển điện áp thiết bị đầu cuối stator Bộ điều khiển biến đổi điện áp phía lưới điện cung