Khảo sát mô hình hệ thống phát điện gió

KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Chương GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1.ĐẶT VẤN ĐỀ Hiện giới sử dụng chủ yếu nguồn lượng hoùa thạch (khoảng 80%) như: than, dầu mỏ, sản phẩm từ dầu mỏ, khí thiên nhiên…Tuy nhiên việc lạm dụng nguồn lượng naøy dẫn đến nhiều vấn đề: Người ta cho khai thác dầu 40 năm Số năm khai thác tính cách chia trữ lượng biết cho sản lượng khai thác hàng năm − Trữ lượng dầu laø hữu hạn vaø lượng tieâu thụ dầu giới thời gian tới tăng phải phụ thuộc vào dầu giá cao Khi giá thị t91 − ường tăng leân việc ứng dụng kỹ thuật khai thác tiên tiến để lấy dầu từ địa tầng saâu đẩy mạnh trữ lượng dầu cókhả kha thác tăng lên Nhưng khai thác đến nửa trữ lượng mỏ dù trữ lượng dẫn đến suy giảm suất chuyển sang sụt giảm sản lượng − Do vậy, sản lượng dầu chất lượng tốt toàn giới chuyển sang khuynh hướng giảm thời kỳ sớm so với số năm coù thể khai thác, làm giảm khả trì sản lượng theo nhu cầu Số năm khai thác khí tự nhiên dự đoán khoảng 60 năm Tài nguyên khí tự nhiên, so với tài nguyên dầu có ưu điểm đảm bảo lượng định khu vực Đông Nam Á thời gian khai thác lớn Thực tế gần 70% trữ lượng đảm bảo phụ thuộc vaøo khu vực Trung Đông Liên Xôû cũ, không tính đến tác động ảnh hưởng tình hình quốc tế Người ta cho số năm khai thác than khoảng 230 năm Nhưng lượng khí CO2 thải trình sinh lượng lại lớn so với nhiên liệu hóa thạch khác nên sử dụng nguồn nhiên liệu cần tính đến việc phòng chống tượng môi trường ấm lên trái đất Taùc hại việc sử dụng nguồn lượng hóa thạch: − Nhiên liệu hóa thạch dầu, than, khí tự nhiên đốt cháy thải điôxít cácbon (CO2), ôxít sunphua (SOx), ôxít nitơ (NOx) Khi nồng độ CO2 không khí tăng lên nhiệt độ trái đất tăng lên Người ta dự đoán nhân loại tiếp tục đốt nhiên liệu hóa thạch KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ khí CO2 tiếp tục tăng lên sau 100 năm, nhiệt độ trung bình trái đất tăng lên hai độ làm ảnh hưởng lớn trái đất − Ngoài ra, ôxít sunphua (SOx), ôxít nitơ (NOx) nguyên nhân tạo tượng mưa axít gây taùc hại to lớn động thực vật trái đất Mức độ sử dụng nguồn lượng giới vào năm 2000: N Mức lượng sử dụng tính đầu người theo khu vực, năm 2000: KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Mức độ thải co2 nhiên liệu biểu diễn sau [9]: Năng lượng sử dụng treân giới quy dầu gần 8,5 tỷ tấn, 40% dầu, than khoảng 26% khí thiên nhiên khoảng 24% Lượng tiêu thụ lượng khác tuỳ theo quốc gia Ở nước KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ phát triển, có nhiều nước mà lượng tiêu thụ lượng bình quân đầu người thấp 1/10 so với nước phát triển Nhưng gia tăng dân số tăng trưởng kinh tế nước phát triển làm người ta dự báo thời gian tới nhu cầu lượng giới tăng lên tập trung chủ yếu quốc gia phát triển − Tổng dân số giới năm 1996 vaøo khoảng 5,8 tỷ người, dự báo đến năm 2025 tỷ đạt tới 9,8 tỷ vào năm 2050, dân số caùc nước phaùt triển chiếm khoảng 80% Giả sử, mức tiêu thụ lượng nước phaùt triển tăng gấp lần so với phải đối mặt với thời kỳ khó khăn việc đáp ứng cung cầu lượng hóa thạch mà chủ yếu laø dầu mỏ dễ sử dụng vaø nguồn tài nguyên hữu hạn đến ngày rơi vào tình trạng cạn kiệt − Dạng lượng thay cho nhiên liệu hóa thạch lượng mặt trời, lượng từ sức gioù, lượng sóng biển… dạng lượng cần phải phát triển, khai thác để sử dụng Xét phương diện lượng gió giới mức độ sử dụng lượng gió ngày phát triển, theo thống kê vào năm 2005 công suất lắp đặt khoảng 10000MW lắp đặt vaø lượng điện gioù sử dụng số quốc gia đến 2004 sau: Số thứ tự Quốc gia Coâng suất (MW) 01 Đức 16.628 02 Taâây Ban Nha 8.263 03 Hoa Kỳ 6.752 04 Đan Mạch 3.118 05 Ấn Độ 2.983 06 ý 1.265 07 Hà Lan 1.078 08 Nhật 940 09 Liên hiệp Anh Bắc Ireland 897 10 Trung quốc 764 11 Áo 607 12 Bồ Đào Nha 523 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ 13 Hy Lạp 466 14 Canada 444 15 Thụy Điển 442 16 Pháp 390 17 Úc 380 18 Ireland 353 19 New Zealand 170 20 Na Uy 160 Các nước lại 951 Tổng cộng toàn giới 47.574 Sự diện lượng gioù đáp án khả thi cho khủng hoảng lượng hoùa thạch tương lai Do việc nghiên cứu lượng gió biện pháp cần thiết nhằm ngaøy caøng hoaøn thiện việc chuyển đổi lượng gió thành lượng điện Đối với nước ta nước có khí hậu nhiệt đới, với vị trí địa lý đặc trưng, phía đông bờ biển kéo dài 300km, phía tây dãi Trường Sơn với địa hình đồi núi cao Với vị trí địa lý gây không khó khăn việc phát triển kinh tế xã hội đất nước, nhiên bên cạnh mang lại nhiều thuận lợi để phát triển nguồn điện như: thủy điện, lượng mặt trời, lượng điện gió… Với vị trí địa lý mô tả có tìm lớn để phát triển nguồn lượng gió Cụ thể tiềm gió độ cao 65m cho khu vực đất liền nước ta 513.450MW [1] Mặt khác có nhiều thuận lợi để xây cánh đồng gió khu vực dọc theo dãi Trường Sơn Với tiềm tập đoàn điện lực Việt Nam phải nhanh chóng xúc tiến hướng quy hoạch phát triển nguồn lượng gió 1.2 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN: Với tiềm nên nhiệm vụ mục tiêu nghiên cứu luận văn là: ƒ Giới thiệu sơ lược hệ thống phát điện gió ƒ Giới thiệu phương trình chuyển đổi lượng hệ thống phát điện gió KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ ƒ Sử dụng phần mềm matlab-simmulate để mô số sơ đồ hệ thống phát điện gió 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN: Luận văn tìm hiểu, nghiên cứu vấn đề sau: ƒ Lịch sử phát triển trạng sử dụng lượng điện gió số quốc gia giới ƒ Giới thiệu tổng quan cấu tạo hệ thống phát điện gió ƒ Giới thiệu chuyển đổi lượng phương trình hệ thống phát điện gió ƒ ng dụng phần mềm matlab/simulink để mô số dạng turbine gió 1.4 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN Việt Nam với phát triển kinh tế xã hội nhanh chóng ạt năm gần đặt biệt thành viên tổ chức thương mại giới mức sử dụng lượng điện ngày cao Để đáp ứng nhu cầu này, tập đoàn điện lực Việt Nam đầu tư xây dựng nhiều công trình thủy điện nhiệt điện nhiên công trình thường kéo dài tiềm dần cạn kiệt Do việc nghiên cứu phát triển nguồn lượng gió cần thiết hợp lý, nhiên việc xây dựng cánh đồng gió cần phải có kế hoạch rõ ràng theo năm sách hỗ trợ nhà nước Và cần phải nghiên cứu thêm nhiều vấn đề tính ổn định nối vào lưới điện quốc gia, vấn đề tích trữ lượng gió thấp điểm, hệ thống điện gió biể… 1.5.NỘI DUNG LUẬN VĂN Chương 1: Giới Thiệu Đề Tài 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 1.2 NHIỆM VỤ VÀ MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN 1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN 1.4 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN 1.5 NỘI DUNG LUẬN VĂN Chương Lịch Sử Phát Triển Và Hiện Trạng Sử Dụng Năng Lượng Điện Gió 2.1 TỔNG QUAN 2.2 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NĂNG LƯNG ĐIỆN GIÓ .10 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ 2.2.1 MÁY PHÁT NĂNG LƯNG CƠ .10 2.2.2 MÁY PHÁT NĂNG LƯNG ĐIỆN 11 2.3 SỬ DỤNG NĂNG LƯNG ĐIỆN GIÓ 12 2.3.1 MÔ TẢ NGẮN GỌN VỀ KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐIỆN CỦA NĂNG LƯNG ĐIỆN GIÓ TRÊN THẾ GIỚI: .12 2.3.2 Ở CHÂU ÂU 2.3.3 Ở BẮC MY Õ 2.3.4 Ở NAM VÀ TRUNG MỸ 2.3.5 Ở CHÂU Á VÀ ĐẠI DƯƠNG 2.3.6 Ở TRUNG ĐÔNG VÀ CHÂU PHI 2.3.7 VẤN ĐỀ KINH TẾ CỦA NĂNG LƯNG ĐIỆN GIÓ 2.4 CÁC VẤN ĐỀ VỀ NĂNG LƯNG ĐIỆN GIÓ Ở VIỆT NAM Chương Sơ Lược Về Cấu Tạo Hệ Thống Phát Điện Điện Gió 3.1 THÁP 3.1.1 THÁP DẠNG TRU Ï 3.1.2 THÁP DẠNG MẮT CÁO 3.2 CÁNH QUẠT 3.2.1 VẬT LIỆU CÁNH QUẠT 3.2.2 SỐ LƯNG CÁNH QUẠT 3.3 HỆ THỐNG HÃM 3.3.1 HÃM ĐỘNG LỰC 3.3.2 HÃM CƠ 3.4 VOÛ TUIRBINE 3.5 TRỤC CÁNH QUẠT 3.6 ĐỘNG CƠ ĐIỀU CHỈNH CÁNH QUẠT 3.7 ĐỘNG CƠ ĐIỀU CHỈNH HƯỚNG TURBINE 3.8 MÁY PHÁT 3.8.1 MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ 3.8 MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.8.2.1 NGUYÊN TẮC LÀM VIỆC CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.8.2.2 SƠ ĐỒ THAY THẾ VÀ QUAN HỆ CÔNG SUẤT CỦA MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ 3.8.2.3 ĐIỆN DUNG TỰ KÍCH TỪ 3.8.2.4 CÁC ĐẶC TÍNH CƠ Chương Tốc Độ Gió Và Sự Phân Bố Năng Lượng KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ 4.1 TỐC ĐỘ GIÓ VÀ MỐI QUAN HỆ VỚI CÔNG SUẤT 4.2 CÔNG SUẤT LẤY RA TỪ GIOÙ 4.3 DIỆN TÍCH VÙNG CÁNH QUẠT QUÉT QUA 4.4 MẬT ĐỘ KHÔNG KHÍ: 4.5 SỰ PHÂN BỐ TỐC ĐỘ GIÓ 4.5.1 KHẢ NĂNG PHÂN BỐ WEIBULL 4.5.2 TỐC ĐỘ TRUNG BÌNH 4.5.3 NGHIỆM THỰC CỦA BẬC BA TỐC ĐỘ TRUNG B ÌNH 4.5.4 PHÂN BỐ NĂNG LƯNG 4.5.5 ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CAO 4.6 VẤN ĐỀ TRUYỀN ĐỘNG TRONG MÁY PHÁT Chương Sự Biến Đổi Năng Lượng Và Mô Hình Hệ Thống Phát Điện Gió 5.1 MỐI QUAN HỆ GIỮA CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ: 5.2 MÔ HÌNH TURBINE GIÓ: 5.2.1 MÔ HÌNH VỀ ĐIỆN 5.2.2 MÔ HÌNH VỀ CƠ: 5.3 VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRONG HỆ THỐNG ĐỘC LẬP 5.3.1 HỆ THỐNG GIÓ ĐỘC LẬP: 5.3.2 HỆ THỐNG GHÉP VỚI DIESEL: 5.4 VẬN HÀNH MÁYPHÁT ĐIỆN GIÓ TRONG HỆ THỐNG LỚN: 5.5 KẾT LUẬN: 5.5.1: VAÄN HÀNH TRONG HỆ THỐNG LỚN: 5.5.2 KHI VẬN HÀNH TRONG HỆ THỐNG NHỎ: Chương Mô Phỏng Một Số Mô Hình Hệ Thống Phát Điện Gió 6.1 TURBINE GIÓ SỬ DỤNG MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ (IG)[7]: 6.1.1 MO TAÛ CHUNG: 6.1.2 KHAI BÁO THAM SỐ: 6.1.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG WIND FARM 9MW: 6.2 TURBINE GIÓ SỬ DỤNG MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ LẤY NĂNG LƯNG TỪ STATO VÀ ROTO (DFIG): 6.2.1 MÔ TẢ CHUNG: 6.2.2 CÁC PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN: 6.2.3 KHAI BÁO THAM SỐ: KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Chương Kết Luận 7.1 KẾT LUẬN 7.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Chương LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN VÀ HIỆN TRẠNG SỬ DỤNG NĂNG LƯNG ĐIỆN GIÓ 2.1 TỔNG QUAN: Năng lượng gió sử dụng khoảng 3000 năm [5].cho đến đầu kỷ 20 lượng gió sử dụng nhằm cung cấp lực học cho việc bơm nước hay xay thóc thời điểm bắt đầu công nghiệp đại, việc dùng nguồn lượng gió thay đổi bất thường thay loại động đốt hay hệ thống điện mà xem nguồn lượng ổn định thích hợp Vào đầu năm thập niên 70 kỷ trước với sốt giá dầu ,nổi bậc xuất trở lại lượng gió Thời gian này, bậc dùng lượng gió thay lượng để kéo máy phát điện Phương pháp cung cấp nguồn lượng điện tin cậy xác thực sử dụng kỹ thuật lượng khác Trurbine gió cho việc phát điện thuyết minh vào thời gian đầu kỷ 20 kỹ thuật cải tiến bước đến thập niên 70 vào cuối thập niên 90 lượng gió quay trở lại nột nguồn lượng quan trọng Vì thập niên qua kỷ 21 giới ba năm suất gió tăng lên gấp đôi Giá điện sản xuất từ gió hạ xuống 1/6 lần giá điện năm 1980 xu hướng tiếp tục giảm [5] đến 2005 giá điện sản xuất từ gió khoảng 40% năm 80 Kỹ thuật lượng gió thân phát triển kích cỡ công suất nhanh, vào năm 1985 công suất 50kw cho cánh quạt có chiều dài 15m, đến năm 1989 công suất 300kw cho cánh quạt có chie dài 30m, đến 2004 công suất 4500kw -5000kw cho cánh quạt có chiề dài 112 -128m 10 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ 6.2 TURBINE GIÓ SỬ DỤNG MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ LẤY NĂNG LƯNG TỪ STATO VÀ ROTO (DFIG): 6.2.1 mô tả chung: Turbine gió máy phát không đồng lấy lượng từ stato roto biểu diễn hình dưới, H 6.2.1 Mô hình turbine gió dạng DFIG Năng lượng gió chuyển thành lượng điện máy phát không đồng chuyển đến lưới thông qua stato roto, tần số roto thấp không ổn định nên giải hai biến tần AC/DC DC/AC 91 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ 6.2.2 Các phương trình bản: Hệi ba thốpha ng ba Lướ pha Máy phát không đồng Pm: công suất roto máy phát Ps: công suất điện từ lấy stato Pr: công suất điện từ lấy roto Pgc: công suất ngõ biến đổi DC/AC Qs :công suất phản kháng stato Qr: công suất phản kháng roto Qgc: công suất phản khángtại ngõ biến đổi DC/AC Tm: moment đầu cực máy phát Tem: moment điện từ lấy điện thông qua máy phát ωr: tốc độ quay roto ωs: tốc độ quay từ thông khe hở không khí máy phát j: hệ số quán tính Công suất công suất điện từ stato tính: Pm = Tm * ωr Pem = Tem* ωs Tổn thất qua máy phát dω r j = Tm - Tem dt Đối với trạng thái bền vững tốc độ cố định với tổn thất thấp thì: Tm = Tem Pm = Ps + Pr Ta viết: 92 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Pr = Pm − Ps = Tm ω r − Tem ω s = −Tm ( ωs − ωr )ω s = − sTmω s = − sPs ωs Trong : s độ trượt máy phát ω − ωr s= s ωs Nói chung trị tuyệt đối độ trượt s nhỏ giá trị Pr nhỏ nhiều so với Ps, máy phát điện Tm dương, từ lúc ωs dương điện áp hệ thống có tần số cố định, Pr hàm số theo độ trượt Pr dương s âm ( tốc độ lớn tốc độ đồng bộ) âm độ trượt dương (tốc độ nhỏ tốc độ đồng bộ) Cgrid dùng để phát lấy lượng Pgc để giữ điện áp DC so,á tổn hao linh kiện điện tử công suất nhỏ Pgc gần với Pr tốc độ turbine xác định công suất Pr phát hay nhận lượng Croto , phần điều khiển công suất đước giải thích sau Tần số điện áp AC có giá trị tích với tần số lưới độ trượt máy phát Hệ thống điều khiển Croto : Năng lượng điều khiển xác định trước đặc tính công suất tốc độ, rõ đặc điểm tự hiệu chỉnh Một ví dụ đường đặc tính miêu tả hình vẽ gọi đặc tính hiệu chỉnh đặc tính turbine H 6.2.2a Đường cong ABCD thêm vào để đặc tính công suất turbine đạt tốc độ gió khác Tốc độ thực tế turbine ωr đo 93 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ công suất tương ứng đặc tính tự hiệu chỉnh dùng công suất chuyển đến cho vòng lặp điều khiển công suất Đặc tính tự hiệu chỉnh xác định bốn điểm A, B, C D, từ tốc độ đến tốc độ điểm A, công suất chuyển đến điểm A B đường đặc tính tự hiệu chỉnh đường thẳng, tốc độ điểm B phải lớn tốc độ điểm A Giữa điểm B điểm C đặc tính tự hiệu chỉnh vị trí công suất tối ưu turbine Đặc tính tự hiệu chỉnh đường thẳng từ điểm C đến điểm D công suất điểm D 1pu tốc độ điểm D phải lớn tốc độ điểm C từ D trở công suất chuyển điều 1pu Hệ thống điều khiển AC/DC DC/AC: Đặc điểm chung vòng lặp điều khiển công suất miêu tả hình bên Công suất điện thực tế ngõ đo lưới turbine thêm vào phần tổng công suất ( học hay điện) so sánh với công suất chuyển đến đạt từ đặc tính tự hiệu chỉnh Bộ điều khiển toàn tỷ lệ (PI) dùng để giảm độ sai lệch công suất xuống Ngõ điều khiển dòng điện chuyển đến roto Iqr-ref mà phải thêm vào roto Croto ( AC/DC) Đây thành phần dòng điện mà đưa moment điện từ Tem thành phần dòng Iqr so sánh với Iqr-ref sai lệch giảm đến điều khiển (PI) Stato Máy phát không đồng 94 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ 6.2.3 Khai báo tham số: Xét trạm phát điện gió 9MW bao gồm sáu turbine gió 1.5MW kết nối với hệ thống phân phối 25KV hình vẽ 2.6.3 95 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ A A B B Fault Wind Wind (m/s) (m/s) [Trip _WT] Trip A A A aA A a A A aA A A A a aA B B B bB B b B B bB B B B b bB C C C 2500 MVA X0/X1=3 cC C c C C cC C C C c cC 120 kV B120 (120 kV) 120 kV/25 kV 47 MVA a b c 20 km line 10 km line B25 (25 kV) A A B C N Grounding Transformer X0=4.7 Ohms B575 (575 V) 25 kV/ 575 V 6*2 MVA A B C N wind Wind Speed (m/s) C B C Plant MVA 3.3ohms Vdc m A B wr pitch C Wind Turbine Doubly -Fed Induction Generator (Phasor Type )1 Load 500 kW MW Wind Farm (6 x 1.5 MW ) Clock k To Workspace n Clock 1 To Workspace1 Trip V1_B575 I1_B575 P_mean P_B25 Q_B25 V1_Plant I1_Plant Motor_Speed Grid Data acquisition Wind turbine Data acquisition Vabc_B25 (pu) Vabc_B25 Vabc_B575 Q_mean Vabc_B120 (pu) Vabc_B120 Wind Turbine Protection Pos seq V1_B575 (pu) Pos seq I1_B575 (pu) Generated Q(Mvar ) Vdc P_B25 (MW ) wind Q_B25 (Mvar ) pitch Vdc (V) Speed (pu) Wind speed (m/s) pitch angle (deg) Wind Turbine V_Plant 2.3kV pos seq ( pu) I Plant pos seq ( pu/2 MVA) 17.78 Trip Time Generated P(MW ) wr Vabc_B575 (pu) [Trip _WT] ? More info Motor Speed (pu) Grid Phasors powergui H 2.6.3 Một turbine gió dùng DFIG bao gồm máy phát không đồng roto dây quấn biến đổi điện áp AC/DC/AC dây quấn stato nối trực tiếp với hệ thống có tần số 60HZ roto nối với lưới thông qua biến đổi điện áp AC/DC/AC Kỹ thuật DFIG cho phép lấy lượng lớn từ gió cho tốc độ gió thấp tốc độ turbine tối ưu, ứng suất giảm đến mức tối thiểu turbine lúc có gió lớn, tốc độ turbine tối ưu xuất lượng lớn cho tốc độ turbine quy định cân xứng với tốc độ gió Tốc độ gió thấp 10m/s roto chạy với tốc độ subsynchronous tốc độ gió cao chạy chế độ hypersynchronous Mở cửa sổ turbine chọn “turbine data” chọn "Display wind-turbine power characteristics" hàm công suất theo tốc độ turbine cho tốc độ gió xếp từ 5m/s đến 16.2m/s (H 6.2.2a) DFIG điều khiển theo đường cong đỏ Sự tối ưu tốc độ turbine đạt điểm B điểm C đường cong Sự thuận lợi khác cũa kỹ thuật DFIG khả nhận hay phát công suất phản kháng điện tử công suất, không cần phải đặt tụ bù sử dụng turbine gió dùng máy phát không đồng lấy lượng từ stato 96 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Mở cửa sổ wind turbine có cài đặt turbine, generator, converters cài đặt can thiết sau: • Đối với cửa sổ turbine data, công suất 6*1.5e6 watts • Đối với cử sổ generator data, công suất 6*1.5e6/0.9 MVA • Đối với cửa sổ converters data, DC bus capacitor 6*10000e-6 Bảng khai báo tham số turbine ™ Sự ảnh hưởng turbine thay tốc độ gió: Mở cửa sổ “wind speed” Xét tốc độ gió cài đặt 8m/s, sau thời gian 5s tốc độ gió tăng ên 14m/s 97 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Bảng khai báo tham số tốc độ gió bên * Mô quan sát tín hiệu hình scope: điện áp, dòng điện, công suất tác dụng, công suất phản kháng phát Tại thời gian t=5s công suất tác dụng phát bắt đầu tăng lên để chạm đến giá trị 9MW xấp xỉ 15s, với việc tốc độ turbine tăng từ 0.8pu lên 1.21pu ban đầu góc điều chỉnh cánh quạt turbine 0o hoạt động turbine theo đường cong đỏvà lên đến điểm D góc điều chỉnh cánh quạt tăng từ đến 0.76 để đạt công suất giới hạn Quan sát điện áp công suất phản kháng phát Công suất phản kháng điều khiển để giữ vững điện áp 1pu công suất có danh, turbine gió hấp thu 0.68MVar (phát Q=-0.68MVAR), để điều khiển điện áp 1pu Nếu chuyển sang kiểu hoạt động “Var regulation” với "Generated reactive power Qref " cài đặt quan sát thấy điện áp tăng lên 1.021pu, turbine gió phát công suất danh hệ số công suất cố định Kết mô phỏng: 98 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ cong suat khang Q(MVar) P phat len luoi (MW) 10 0 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 Vdc (pu) 1204 1202 1200 1198 toc gio (m/s) 14 12 10 goc pitch (deg) 15 10 99 KHAÛO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ * Xét tốc độ gió tối ưu cài đặt cho turbine 10m/s, với tốc độ gió cài đặt tốc độ 7m/s sau thời gian 3s tốc độ tăng lên 15m/s cố chạm đất pha B pha C ta thu kết mô sau: Kết mô phỏng: P turbine (MW) cong suat khang Q(MVar -2 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 -5 Vdc (pu) 1400 1300 1200 1100 speed (pu) 1.5 0.5 100 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ toc gio (m/s) 15 10 5 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 goc pitch (deg) 40 20 *Moâ trồi sụt điện áp hệ thống 120KV Chúng ta quan sát ảnh hưởng kết trồi sụt điện áp từ cố hệ thống 120KV, tốc độ gió môi trường cài đặt không tăng sau 5s tức 8m/s nguồn áp 120Kv tham số "Time variation of” chọn " “Amplitude" A 0.15 pu, wind turbind chọn hoạt động chế độ điều khiển công suất kháng “ Var regulation” với Qref =0 Mô tương tự chế độ điều khiển “ Voltage regulation” Kết mô phỏng: Quan sát điện áp, dòng điện, tốc độ motor , ý t-5s công suất phát wind farm 1.87MW 5.11s điện áp 0.9pu plant hệ thống bảo vệ trips điện áp thấp điện áp bảo vệ undervoltage cài đặt, dòng điện plant rout xuống tốc độ motor giãm dần Trong wind farm phát công suất 1.87MW sau plant trips công suất 1.25MW đo B25 phát lên lưới 101 dong dien motor (pu) dien ap B25 (pu) KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ 1.5 0.5 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 10 15 20 25 30 thoi gian (s) 35 40 45 50 1.5 0.5 P B25 (pu) -1 toc motor (pu) -2 0.5 102 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Chương KẾT LUẬN 7.1 Kết luận Trong trình tìm hiểu nghiên cứu lượng gió luận văn ta rút số vấn đề sau: - Mức độ sử dụng lượng giới ngày cao dẫn đến nguồn lượng dự trữ chủ yếu lượng hóa thạch ngày cạn dần dẫn đến cạn kiệt thời gian không xa - Mức độ ô nhiễm sử dụng nguyên liệu hóa thạch gây báo động toàn giới - Năng lượng thay cho lượng hóa thạch cần phải phát triển khai thác để sử dụng - lượng gió giới mức độ sử dụng ngày phát triển dự kiến đến năm 2020 có 12% lượng giới cung cấp từ lượng gió - Việt Nam vùng có tiềm năng lượng gió chưa điều tra đánh giá đầy đủ, nhiên nhận thấy số vùng thuộc hải đảo ven biển miền Trung lại có tốc độ gió cao, phù hợp với phát điện gió - Tốc độ gió có quan hệ bậc ba với công suất phụ thuộc vào vị trí lắp đặt độ cao, nhiệt độ mật độ không khí vị trí turbine - Tốc độ quay tối ưu mà cánh đồng gió thường hoạt động tốc độ đỉnh 60m/s - 70m/s, trường hợp loại ba cánh quạt có hiệu suất cao loại khác từ 2% - 3% - Khi vận hành hệ thống lớn điện áp tần số turbine gió điều chỉnh hệ thống điện lớn - Khi vận hành hệ thống nhỏ, tính ổn định turbine gió trì máy phát diesel hệ thống ghép diesel tải giả (nó hoạt động má`y bù đồng bộ) 5.2 Hướng phát triển đề tài: Từ vấn đề nguồn lượng hóa thạch ngày cạn dần, mức độ lượng gió giới ngày phát triển, kết hợp với địa hình 103 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ thuận lợi nước ta cần phải tập trung nghiên cứu nguồn lượng gió để phát điện Các địa phương có tốc độ gió cao : Hội An, Phú Quý, Bạch Long Vó, Qui Nhơn, Dọc Dãy Trường Sơn, Phú Quốc… cần phải nghiên cứu phát triển nguồn lượng điện gió Con đường dọc dãy Trường Sơn hoàn tất điều kiện thuận lợi để nghiên cứu xây dựng cánh đồng gió khu vực dọc dãy Trường Sơn 104 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] wind energy resource atlas of southeas Asia by true wind solutions-LLc Anbany [2] wind and solar power systems – Mukund R.pate [3] Aeroelastic Simulation of Wind Turbine Dynamics - Anders Ahlstrăom [4] wind turbine development location of manufavturing activity – George Sterzinger, Matt Svrcek [5] wind power in power systems – Thomas Ackermann [6] Kỹ thuật điện – Nguyễn Hữu Phúc [7] MathWorks, Inc SimPowerSystems: Wind Turbine http://www.mathworks.com/access/helpdesk/help/toolbox/physmod/powersys/w indturbine.html, 2005 [8] Simulation of Interaction between Wind Farm and Power System - Poul Sørensen, Anca Hansen, Lorand Janosi, John Bech and Birgitte Bak-Jensen [9] Wind Energy for Electric Power (REPP Issue Brief) [10] Luaän Văn Thạc Só k2004 105 ... hệ thống phát điện gió ƒ Giới thiệu phương trình chuyển đổi lượng hệ thống phát điện gió KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ ƒ Sử dụng phần mềm matlab-simmulate để mô số sơ đồ hệ thống phát. .. KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Chương Kết Luận 7.1 KẾT LUẬN 7.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ Chương LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN... điện áp dòng điện đo hệ thống điều khiển Hệ 49 KHẢO SÁT MÔ HÌNH HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ thống điều khiển cung cấp tín hiệu điều khiển cho mô hình điện bao gồm góc αss khởi động mềm H 5.2 Mô hình