Điều khiển công suất tác dụng và phản kháng của hệ thống điện năng lượng gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - NGUYỄN MINH QUÂN ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG GIÓ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - NGUYỄN MINH QUÂN ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ PHẢN KHÁNG CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG GIÓ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS HUỲNH CHÂU DUY TP HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS TS Huỳnh Châu Duy (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày … tháng … năm … 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) TT Họ tên Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký 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 CƠNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày tháng năm 20 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Minh Quân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: I- Tên đề tài: Điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió II- Nhiệm vụ nội dung: - Nghiên cứu tình hình khai thác sử dụng nguồn lượng gió; - Nghiên cứu tổng quan hệ thống điện lượng gió; - Nghiên cứu mơ hình tốn máy phát điện gió khơng đồng nguồn kép; - Nghiên cứu đề xuất giải thuật điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió sử dụng máy phát điện không đồng nguồn kép; - Mô hệ thống điện lượng gió; - Mơ giải thuật điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió sử dụng máy phát điện không đồng nguồn kép III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán hướng dẫn: PGS TS Huỳnh Châu Duy CÁN BỘ HUỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết đạt Luận văn trung thực chưa công bố Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn tài liệu tham khảo Luận văn trích dẫn đầy đủ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Nguyễn Minh Quân LỜI CÁM ƠN Xin chân thành cám ơn Thầy PGS TS Huỳnh Châu Duy tận tình giúp đỡ hướng dẫn em thực Luận văn Xin cám ơn quý Thầy, Cô trang bị cho em nhiều kiến thức quý báu trình học tập làm tảng cho em hoàn thành Luận văn Xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ12 động viên giúp đỡ em trình thực Luận văn Cuối cùng, xin cám ơn Quý Thầy Cô Trường Đại học Công nghệ TP HCM; Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH; Viện Đào tạo sau đại học Cơ quan nơi em công tác tạo điều kiện cho em hoàn thành Luận văn Nguyễn Minh Quân i Tóm tắt Trong số nguồn lượng tái tạo, lượng gió coi nguồn lượng vơ tận mà gây hại cho môi trường Nguồn lượng thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học, nhà nghiên cứu trở thành nguồn lượng tươi sáng tương lai Hệ thống điện sử dụng lượng gió có nhiều ưu điểm khơng cần nhiên liệu đầu vào, gây nhiễm mơi trường, phải bảo dưỡng, gây tiếng ồn,…với ưu điểm nước có tiềm lượng gió với 3.200 km bờ biển Do đó, việc sử dụng lượng gió Việt Nam đã, khuyến khích áp dụng lĩnh vực đời sống sản xuất Góp phần vấn đề nêu việc nghiên cứu điều khiển cơng suất sử dụng hệ thống điện lượng gió cần thiết Đây lý cho việc chọn đề tài: “Điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió” Luận văn bao gồm nội dung sau: - Chương 1: Giới thiệu chung - Chương 2: Tổng quan tình hình khai thác nguồn lượng gió - Chương 3: Hệ thống điện lượng gió - Chương 4: Điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió - Chương 5: Mô điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió - Chương 6: Kết luận hướng phát triển tương lai ii Abstract Among renewable energy sources, the wind energy is considered a clean and endless energy source that is less harmful to the environment This energy source is attracting the attention of many scientists, researchers and will become a source of bright energy in the future The wind power system has many advantages such as no input fuel, less environmental pollution, less maintenance, less noise, Vietnam is a potential country for exploring the wind energy source with over 3,200 km of coastline Therefore, the use of the wind energy in Vietnam has been and will be encouraged in the fields of life and production As a contribution to the above problem, the power control study of the wind power system is very necessary This is also the main reason for choosing the topic: "Power control of a wind energy power system" The thesis consists of the following contents: - Chapter 1: Introduction - Chapter 2: Literature review of using wind energy sources - Chapter 3: Wind energy power systems - Chapter 4: Power control of wind energy power systems - Chapter 5: Simulation results - Chapter 6: Conclusions and future works iii MỤC LỤC Tóm tắt i Mục lục iii Danh sách hình vẽ iv Chương - Giới thiệu chung 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài .4 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu .5 1.5.1 Tình hình nghiên cứu giới 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.6 Bố cục luận văn 1.7 Kết luận .7 Chương - Tổng quan tình hình khai thác nguồn lượng gió 2.1 Giới thiệu .8 2.2 Nền tảng lịch sử tuabin gió 2.2.1 Lịch sử cối xoay gió 2.2.2 Tuabin gió 10 2.3 Thực trạng lượng gió giới 11 2.3.1 Châu Âu 12 2.3.2 Bắc Mỹ 12 2.3.3 Nam Trung Mỹ 12 2.3.4 Châu Á Thái Bình Dương 12 2.3.5 Trung Đông Châu Phi 13 2.4 Thực trạng lượng gió Việt Nam 13 2.5 Kết luận 14 iv Chương - Hệ thống điện lượng gió 16 3.1 Hệ thống điện 16 3.2 Đặc tính lượng gió 19 3.2.1 Gió 19 3.2.2 Mô tả vật lý 19 3.2.3 Đường cong công suất 20 3.2.4 Hiện tượng trễ hiệu ngắt mạch 20 3.3 Hệ thống điện lượng gió 21 3.3.1 Giới thiệu 21 3.3.2 Phân loại tuabin gió 29 3.4 Máy phát điện hệ thống điện lượng gió 29 3.4.1 Tuabin gió tốc độ cố định với máy phát điện khơng đồng 31 3.4.2 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng rotor lồng sóc 32 3.4.3 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng nguồn kép 43 3.4.4 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu bên 49 Chương - Điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió 54 4.1 Giới thiệu 54 4.2 Vector không gian phép biến đổi 55 4.3 Biểu diễn công suất theo vector không gian 56 4.4 Mối liên hệ hệ trục abc, dq αβ 58 4.5 Mơ hình tốn máy phát điện không đồng nguồn kép 60 4.5.1 Mơ hình tốn học DFIG hệ trục tọa độ tĩnh αβ 62 4.5.2 Mơ hình tốn học DFIG hệ trục tọa độ đồng dq 63 4.6 Điều khiển chuyển đổi công suất 65 4.6.1 Giới thiệu 65 4.6.2 Điều khiển converter phía lưới (Grid Side Control - GSC) 65 ... 3: Hệ thống điện lượng gió - Chương 4: Điều khiển cơng suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió - Chương 5: Mơ điều khiển cơng suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió - Chương... điện lượng gió - Chương 4: Điều khiển cơng suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió - Chương 5: Mô điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện lượng gió - Chương 6: Kết luận... 77 5.3 Mô điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng trường hợp tốc độ gió thay đổi 86 5.4 Mô điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng trường hợp tốc độ gió thay đổi