Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình (Luận văn thạc sĩ)
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TẠI KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN VĂN TÂN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ TẠI KHU VỰC VEN BIỂN TỈNH NINH BÌNH Mã ngành: 8520201 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS TRẦN XUÂN MINH Thái Nguyên - 2020 Trang Luận văn thạc sỹ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Với phát triển mạnh ngành kinh tế, đặc lĩnh vực công nghiệp nhu cầu lượng ngày lớn, lượng phục vụ cho hầu hết lĩnh vực chủ yếu điện Trước lượng điện chủ yếu tạo nhà máy điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch Nhưng hệ thống phát điện sử dụng nhiên liệu hóa thạch gặp nhiều vấn đề như: nguồn nhiên liệu hóa thạch dần bị cạn kiệt, sử dụng nhiên liệu hóa thạch gây nhiều tác hại xấu đến môi trường sống tạo nhiều nguy trái đất toàn hệ sinh vật sống trái đất… Trước tình hình đó, nhiều nguồn lượng sạch, lượng tái tạo khai thác lượng mặt trời, thủy năng, thủy triều, lượng gió… Một dạng lượng tái tạo mà Việt Nam có nhiều việc khai thác cịn hạn chế gió Với dải bờ biển dài có tiềm lớn gió tỉnh Ninh Bình điều kiện để xây dựng trạm phát điện sức gió, góp phần bổ sung phần cơng suất điện vào mạng điện tỉnh, quốc gia đồng thời giảm thiếu nhiễm mơi trường giảm công suất hệ thống phát điện sử dụng nhien liệu hóa thạch Với lý trên, việc nghiên cứu để ứng dụng lượng gió bố trí khu vực bờ biển tỉnh giáp biển, có tỉnh Ninh Binh nhằm tăng nguồn lượng cho tương lai cần thiết có nhiều triển vọng Vì vậy, tác giả lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình” Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tiềm phát triển lượng gió địa bàn tỉnh Ninh Binh - Lựa chọn loại hệ thống phát điện sức gió triển khai khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình - Thiết kế cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió triển khai khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình - Mơ phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ Kết dự kiến - Cấu trúc thuật toán điều khiển loại hệ thống phát điện sức gió - Kết mô phỏng, đánh giá chất lượng hệ thống Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Tiềm năng lượng gió tỉnh Ninh Bình; - Hệ thống phát điện sức gió Cơng cụ, thiết bị nghiên cứu Máy tính phần mềm mơ Matlab/Simulink Bố cục luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận hướng phát triển, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, luận văn bao gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan thực trạng sử dụng nguồn lượng tái tạo tỉnh Ninh Bình Chương 2: Lựa chọn hệ thống phát điện sức gió ứng dụng vào vùng ven biển tỉnh Ninh Bình Chương 3: Mơ hình máy điện không đồng nguồn kép hệ thống phát điện sức gió Chương 4: Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió theo phương pháp Passivity - Based Kế hoạch thực Toàn nội dung luận văn thực tháng kể từ ngày có định Kế hoạch thực cụ thể sau: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang STT Nội dung nghiên cứu Luận văn thạc sỹ Thời gian Ghi thực Nghiên cứu tổng quan tiềm ngăng lượng tái 1 tháng tạo tỉnh Ninh Bình Tìm hiểu tiềm năng lượng gió tỉnh Ninh tháng Bình Tìm hiểu hệ thống phát điện sức gió lựa tháng chọn loại hệ thống ứng dụng 4Xây dựng mơ hình toán đối tượng điều khiển tháng 5Thiết kế điều khiển hệ thống phát điện sức gió tháng Hoàn thiện luận văn tháng Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ CHƯƠNG TỔNG QUAN THỰC TRẠNG SỬ DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO TẠI TỈNH NINH BÌNH 1.1 Sự phát triển phụ tải, định hướng phát triển quy hoạch điện tỉnh Ninh Bình Ninh Bình biết đến tỉnh phát triển tiềm du lịch lớn, bên cạnh Ninh Bình biết đến sản phẩm công nghiệp chủ lực truyền thống (như: xi măng, clanhke, sắt thép, ), ngành công nghiệp truyền thống mũi nhọn, năm gần tỉnh Ninh Bình cịn tập trung xúc tiến, thu hút kêu gọi đầu tư phát triển ngành công nghiệp phụ trợ, ngành công nghệ cao, như: sản xuất linh kiện điện tử, sản xuất lắp ráp ô tô, công nghiệp phụ trợ Cùng với quy hoạch, phát triển nhanh thành phố huyện thị việc quy hoạch điện để đáp ứng nhu cầu phụ tải tỉnh quan tâm hàng đầu ( Theo báo cáo tổng kết hàng năm Điện lực Ninh Bình) Năm Sản lượng điện thương phẩm ( Triệu kWh) 2016 1.890 2017 2.004,081 2018 2.258,8 2019 2.411,539 Ghi Bảng Sản lượng điện thương phẩm tỉnh Ninh Bình từ năm 2016 -2019 Qua bảng số liệu ta thấy rõ phụ tải tỉnh Ninh Bình tăng trưởng phát triển hàng năm khoảng 6-12%/năm Về nguồn điện: Hiện địa bàn tỉnh Ninh Bình có 01 nhà máy nhiệt điện (Cơng ty cổ phần Nhiệt điện Ninh Bình) Nhà máy xây dựng năm đầu thập kỷ 70, với tổ máy, tổng công suất 100 MW (Với năm 2019 sản lượng điện với công suất tối đa nhà máy sản xuất đạt: 645,304 triệu kWh, chưa tính tổn thất, theo đáp ứng khoảng 1/4 nhu phụ tải tỉnh) Nguồn điện cịn lại cung cấp cho tỉnh Ninh Bình lấy từ nhà máy Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ thủy điện lớn Việt Nam Nhà máy thủy điện Hịa Bình Nhà máy thủy điện Sơn La thông qua trạm biến áp 500kV Nho Quan trạm biến áp 110/220kV đặt địa bàn tỉnh Về số lượng trạm biến áp ( TBA) dung lượng máy biến áp ( MBA) sau: Hiện địa bàn tỉnh có 01 trạm biến áp 500kV với công suất (Với dung lượng MBA 500kV là: 1500 MVA); 01 trạm biến áp 220kV ( tổng dung lượng MBA 220kV 500MVA) 15 trạm biến áp 110kV với 27 máy biến áp 110kV ( Tổng công suất đặt trạm 110kV 812,5MVA) Về quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Ninh Bình giai đoạn 2016-2025 có xét đến 2035: Các hạng mục đường dây trạm biến áp Quy hoạch phát triển lưới điện thực theo giai đoạn cụ thể Đối với trạm biến áp, giai đoạn 2016-2020, xây dựng 01 mở rộng quy mô 01 trạm biến áp 220/110kV, xây dựng 08 nâng cấp 06 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2021-2025, xây 01 cải tạo, mở rộng 01 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 04 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 06 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2026-2030, cải tạo 01 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 04 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 11 trạm biến áp 110kV Giai đoạn 2031-2035, cải tạo mở rộng 03 trạm biến áp 220/110kV; xây dựng 02 cải tạo, mở rộng nâng quy mô công suất 15 trạm biến áp 110kV đồng thời xây dựng 1.705 trạm biến áp lưới điện trung thế, cải tạo, nâng công suất 1.534 trạm biến áp lưới điện trung Đối với phát triển lượng tái tạo xây dựng 01 nhà máy nhiệt điện tận dụng nhiệt khí thải nhà máy xi măng với tổng công suất lắp đặt 10 MW, 01 nhà máy sinh khối quy mô MW (Theo Quyết định số 1235/QĐ-BCT Bộ Công thương việc phê duyệt Quy hoạch phát triển điện lực tỉnh Ninh Bình giai đoạn 2016-2025 có xét đến 2035; Nguồn http://congthuong.ninhbinh.gov.vn) 1.2 Thực trạng nguồn lượng tái tạo sử dụng khu vực tỉnh Ninh Bình 1.2.1 Năng lượng mặt trời Tiềm năng lượng mặt trời khai thác vào xạ mặt trời Việt Nam khu vực có xạ mặt trời hàng năm tương đối lớn ổn Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ định, đặc biệt khu vực Cao nguyên miền Trung, duyên hải miền Trung miền Nam, Đồng sông Cửu Long Tính trung bình tồn quốc lượng xạ mặt trời 4-5kWh/m2 ngày Theo đánh giá, vùng có số nắng từ 1.800 giờ/năm trở lên coi có tiềm để khai thác sử dụng Ngày 06 tháng năm 2020, Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 13/2020/QĐ-TTg chế hỗ trợ phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam áp dụng, theo số liệu cập nhật đến 06/2019 cho biết, có 82 nhà máy điện mặt trời hịa lưới điện Quốc gia, với tổng công suất khoảng 4.464 MW Theo thống kê chung số nắng nước, khu vực phía Bắc có khoảng 1.800 – 2.100 nắng năm Con số tỉnh phía Nam 2.000 – 2.600 nắng Qua ta thấy Việt Nam, tiêu chí phù hợp với nhiều vùng, tỉnh phía Nam, cịn tỉnh phía Bắc có tỉnh Ninh Bình Cường độ xạ mặt trời đạt mức cao vào mùa Hè, tháng mùa Thu – Đông - Xuân cường độ xạ mặt trời thấp, ngày khơng có nắng lượng điện sản xuất giảm Tỉnh Ninh Bình tỉnh thành phía Bắc đẩy mạnh phát triển lượng điện mặt trời áp mái nhiên có quy mơ nhỏ quy mơ hộ gia đình, chưa khả thi với dự án đầu tư quy mô lớn Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang Luận văn thạc sỹ Hình 1.1: Biểu đồ cơng suất phân bổ dự án điện mặt trời Việt Nam Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 10 Luận văn thạc sỹ Hình 1.2: Minh họa chuyển hóa lượng mặt trời thành điện 1.2.2 Thủy điện Ở Việt Nam, thủy điện lâu xem nguồn lượng sạch, chi phí sản xuất thấp Ngoài mục tiêu phát điện, nhà máy thủy điện cịn có nhiệm vụ cắt chống lũ cho hạ du mùa mưa bão, đồng thời cung cấp nước phục vụ sản xuất nhu cầu dân sinh mùa khô Tuy nhiên nhược điểm thủy điện phụ thuộc lớn vào thời tiết, dự án thủy điện thường cần có hồ chứa lớn nên chiếm nhiều diện tích đất đai Thêm nữa, số hệ thống thủy điện bộc lộ ảnh hưởng không tốt đến môi trường co thể có khả gây nên số tượng thiên tai (chưa khẳng định) Chưa kể thực tế, tới nay, hầu hết dự án thủy điện lớn có cơng suất 100 MW dự án có vị trí thuận lợi, chi phí đầu tư thấp triển khai Trong thời gian tới, khai thác dự án thủy điện công suất nhỏ với chi phí đầu tư cao Về địa hình tỉnh Ninh Bình nằm vùng tiếp giáp vùng Đồng sơng Hồng với dải đá trầm tích phía Tây nằm điểm mút cạnh đáy tam Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 63 Vậy điều khiển thành phần ird viết dạng: * dird * * * * aird r irq e '*sd b '*sq dusd D( )(ird ird ) dt PBC curd (4.30) 4.2.2 Tổng hợp điều chỉnh dịng irq Để đặt tốn điều chỉnh thành phần irq, ta đặt biến irq biến điều khiển với giá trị mong muốn irq* lấy từ điều chỉnh công suất phản kháng thông qua khâu tính tốn giá trị đặt GTĐ Tương tự thành phần ird tín hiệu điều khiển có dạng: PBC * urq urq D()irq (4.31) Trong đó: PBC điện áp điều khiển PBC tạo ra; urq urq* điện áp rotor thành phần trục q mong muốn máy phát; * irq irq irq sai lệch dòng điện rotor thành phần trục q giá trị đặt giá trị thực Từ (3.14) ta suy ra: * urq Lr * dirq dt Lr ( 1 * 1 * 1 * * )irq Lrr ird Lr ( ' Ts '* ) Lr usq Tr Ts Ts Lm sq sd (4.32) Thay (4.32) vào (4.31) nhận được: urqPBC Lr Lr di* rq dt Lr ( 1 * * )irq Lrr ird Tr Ts 1 1 * * ( '* Ts '* ) Lr usq D( )(irq irq ) Ts Lm sq (4.33) sd Vậy điều khiển thành phần irq viết dạng: curqPBC * dirq dt * * * * airq r ird e '*sq b '*sd dusq D( )(ird ird ) (4.34) Với D() hệ số suy giảm chọn cho hàm trữ lượng biến điều khiển giữ đặc điểm thụ động: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 64 D( ) Luận văn thạc sỹ L2m d ; Rr 0; d 4 Từ điều chỉnh dòng tựa thụ động ta thấy đảm bảo tách kênh nhờ bù liên kết ngang thành phần r.ird r.irq bù thông số khác điện áp lưới, từ thông stator tốc độ rotor 4.3 Tổng hợp điều chỉnh vịng ngồi phía máy phát Các điều chỉnh vịng ngồi phía máy phát có điều chỉnh mơ men mG điều chỉnh công suất phản kháng sử dụng điều chỉnh PI, việc tính chọn tham số điều chỉnh dựa theo [3], [6], [11], [13], [14], [15] 4.4 Tổng hợp điều chỉnh phía lưới Do yêu cầu phía lưới điều khiển ổn định điện áp chiều u DC cung cấp cho mạch chiều trung gian Vì nội dung luận văn chọn phương pháp thiết kế điều chỉnh dòng phương pháp tuyến tính đơn giản phương pháp tuyến tính Dead – Beat thông thường theo [3], [6], [11], [13], [14], [15] Các điều chỉnh vịng ngồi điều chỉnh uDC điều chỉnh công suất phản kháng phía lưới QN sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính với điều chỉnh khâu PI [3], [6], [13], [14], [15] 4.5 Cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió Từ kết phân tích tính tốn ta có cấu trúc điều khiển hệ thống phát điện sức gió dùng MDBNK biểu diễn hình 4.2 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 65 Luận văn thạc sỹ Hình 4.2 Hệ thống điều khiển phía lưới phía máy phát hệ thống PĐSG sử dụng điều chỉnh passivity - based Trong cấu trúc hình 4.2: - Phần điều khiển phía máy phát có: Khâu điều chỉnh điện áp chiều trung gian hai biến đổi (Khâu ĐC uĐC); khâu điều chỉnh cơng suất phản kháng phía lưới QN (Khâu ĐCQ), khâu điều chỉnh dịng (Khâu ĐCD); khối tính tốn cơng suất phản kháng (Tính Q); khâu chuyển đổi tọa độ Tín hiệu đầu Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 66 Luận văn thạc sỹ khâu ĐCD sau qua khâu chuyển đổi tọa độ đưa qua khối điều chế vector không gian (ĐCVTKG) để tạo chuỗi xung điều khiển van CL - Phần điều khiển phía máy phát (phần rotor) gồm có: Bộ điều chỉnh mơ men mG (Khâu ĐCMM) đặc trưng cho điều khiển công suất tác dụng; khâu điều chỉnh công suất phản kháng (khâu ĐCQ); điều chỉnh dòng sử dụng phương pháp tựa theo thụ động (ĐCDMP); khối tính giá trị đặt (GTĐ), giá trị thực (GTT); khâu chuyển đổi hệ tọa độ Tín hiệu ĐCDMP sau qua khâu chuyển hệ tọa độ từ hệ dq sang hệ dùng để khống chế khâu điều chế vector khơng gian để khống chế thời gian đóng mở van cơng suất biến đổi phía rotor máy phát (NL) 4.6 Mô hệ thống Để đánh giá cấu trúc thuật toán điều khiển xây dựng kiểm tra khả làm việc hệ thống thiết kế, tác giả tiến hành mô số chế độ hệ thống Chương trình mơ thực dựa vào cơng cụ Matlab - Simulink Plecs, với cộng cụ mô cho kết gần sát với thực thể qua số đặc điểm sau: - Với hệ thống mạch điện/ điện tử mô phần mềm Plecs, phần mềm cho kết mô tả mạch điện/ điện tử dạng sơ đồ nguyên lý phần tử thiết bị điện, linh kiện điện tử nối ghép mạch cách trực quan giống nối thực tế - Giá trị thực đo ADC với tần số trích mẫu 4kHz, giá trị thực đưa vào vòng giữ nguyên tần số trích mẫu ADC Tuy nhiên giá trị thực đưa vịng ngồi làm trễ chu kỳ trích mẫu ADC trở thành 1kHz tốc độ tính tốn bị hạn chế vi điều khiển - Các khâu điều chỉnh có khả hiệu chỉnh ngược sai lệch đầu vào giúp đại lượng điều khiển vào giới hạn nhằm tránh làm cho hệ thống bị dao động đại lượng điều khiển khỏi vùng giới hạn - Mơ với nghịch lưu có tần số băm xung 8kHz, đảm bảo đồng với chu kỳ trích mẫu chu kỳ băm xung với van bán dẫn điều khiển theo nguyên lý điều chế véc tơ không gian Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 67 4.6.1 Chương trình mơ Với phần mềm mơ sử dụng, chương trình hiển thị dạng đồ họa, có gọi chương trình mô sơ đồ mô Sơ đồ mô hệ thống máy phát điện sức gió Udc omega_n Tr u_dc 1450 Unetz n_ref mL [n] omega_n indq_ist Tabc u_netz Tm n Ustator indq_ist undq_ist undq_ist theta_n theta_n udc_ist udc_ist IF u_stator T urbine Source IStator Sine Wave K5 Enc Inetz i_stator DC Check enc i_netz Sy nch irdq_ist Bo dieu khien phia luoi i_rotor Cac tin hieu dieu kien Irotor Rec isdq_ist Ti I_phu Inv I_kurzschluss usdq_ist k_5 I_chinh Signal Sy nchout Fehler Signal Builder I_haupt theta_s Bo dieu khien MF theta_r Mo hinh MF K5 omega_s Sy nch ird* IF Tabc omega_m irq* Chuan_hoa udc_ist theta_n undq_ist theta_r omega_n irdq_ist isdq_ist ird* usdq_ist theta_s omega_s irq*1 omega_m Hình 4.3 Sơ đồ mơ tồn hệ thống Bảng 4.1: Thông số máy phát không đồng nguồn kép (MDBNK) Pđm = 1,1 KW Uđmr = 345 V Rr = 3.7 Uđms = 20/380(/) nđm = 950 V/ph Ls = 0.013H fđm = 50 Hz Rs = 4.2 Ls = 0.0089H zp = Cosđm = 0.657 Lm = 0,34H J = 0.064Kgm2 Iđm = 3,5A Mã hiệu: VM Việt Nam Sơ đồ mô hệ thống Matlab - Simulink - Plecs gồm khối biểu diễn hình từ 4.4 đến 4.10: Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 68 Hình 4.4 Sơ đồ mô phần lưới, biến đổi máy phát điện không đồng pha rotor dây quấn CDemux V V1 AC Source S16 R3 Fehler S17 V2 S18 I_kurzschluss R1 R2 Am7 A R6 I_Haupt R5 R4 A R S10 A V Pulse_Inv Ld Rd S11 u A pulses2 pulse_Rec V pulses1 V v A r s U_DC Am8 w S12 t Back to back Converter U_N I_N I_S Synch U_DC A I_R A A A S13 A S14 A Tm S15 ASM V m Para Tm V V U_S Hình 4.5 Sơ đồ mơ chi tiết bên hình 4.4: phần lưới, biến đổi máy phát điện không đồng pha rotor dây quấn Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 69 Hình 4.6 Sơ đồ mô phần lực biến đổi mG1 Enable Synch Moment PI IF x ird setpoint calculation y m omegaS usd is Product mG_ref i*rd ird* Product1 omegaS mG2 omegaS mG usd y x mG is_dq is Filter2 Torque estimation usd is_dq Qs MG Qs is_dq |is| usd Phi estimation1 irq setpoint calculation_Q Qs1 Qs PI Synchronization Qref Product2 x IF usd omegaS y Qs I*rq Product3 usq irq* usq Cosphi_IF1 Hình 4.7 Sơ đồ mơ khâu tính tốn giá trị đặt phía rotor Lm Gain4 Product1 usq* omegas Product usd* ird* S'isd* Ls/Lm -Lm Gain1 Gain3 Demux Ls/Lm is_dq Gain2 S'isq* irq* Hình 4.8 Sơ đồ mơ khâu tính tốn giá trị đặt phía lưới Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 70 Sisq*_s Sisq'* irq* Irq usd* Usd* ird* urdPBC Ird,ref d omega_r dlim Urd omega Omega Sisd*_s q Sisd' qlim ird lim Urq ird Controller Correct phase limitation Sisq*_s Irq,ref irq* omega_r Omegar irq urqPBC Ird omega Sisd*_s ird* 10 1/sqrt(3) usq* Usq* iq Controler 11 uDC Hình 4.9 Sơ đồ mơ điều khiển dòng rotor IF IF IF udc_soll IF 680 soll_ein soll_aus Switch udc_soll Id_soll ind_soll RateofChangeLimiter udc_ist udc_ist omega_n indq_ist und_soll d unq_soll q omega_n undq_ist Demux Demux Und_ist Unq_ist ind_ist inq_ist udc_ist Tabc Tabc inq_soll IF sin_soll 0.01 sin_soll aus theta theta_n sin_ist udc_ist Sinregler Pow er Factor Calculation |Is| Modulation ind_ist Sin Cos Cos inq_ist DC Einladung udc_ist K5 DC Check Hình 4.10 Sơ đồ mơ điều khiển phía lưới 4.6.2 Kết mô 4.6.2.1 Kiểm tra khả khắc phục sai lệch tĩnh điều khiển PBC Để kiểm tra hiệu điều khiển dòng rotor thiết kế theo phương pháp tựa theo thụ động ta thực mô với giả thiết chưa xét đến vịng điều khiển ngồi cho lượng đặt dịng theo trục d q dòng rotor số đoạn (thay đổi nhảy cấp) Kết mô trường hợp biểu diễn hình 4.11 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 71 Hình 4.11 Đáp ứng dòng rotor với điều chỉnh PBC Qua kết mơ hình 4.11 cho ta thấy khả khử sai lệch tĩnh điều chỉnh PBC tốt Ngồi giá trị dịng thực theo thành phần d q bám tốt giá trị đặt, đồng thời từ kết mô rõ tính tách kênh thành phần dịng điện rotor đảm bảo 4.6.2.2 Kiểm tra việc thực hòa đồng máy phát lên lưới Dap ung dong rotor qua trinh hoa dong bo 0.5 ird* irq* ird irq -0.5 irdq -1 -1.5 -2 -2.5 -3 -3.5 0.05 0.1 0.15 t 0.2 0.25 Hình 4.12 Đáp ứng dịng rotor hịa đồng Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 72 400 Dien ap luoi Dien ap stator 300 200 100 u -100 -200 -300 -400 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 t 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4.13 Điện áp lưới điện áp stator máy phát 400 Dien ap luoi Dien ap stator 300 200 u 100 -100 -200 -300 -400 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t 0.22 0.24 0.26 0.28 Hình 4.14 Điện áp lưới điện áp stator máy phát sau hịa Qua kết mơ cho thấy điều chỉnh điều khiển dòng điện thành phần ird irq đảm bảo ird = irq < 0, sau 0,09s (hình 4.13 sau 0,03s tác động điều khiển) ta thấy điện áp pha lưới máy phát trùng sau 0,09s (hình 4.14) Như sau 0,12s thực hồ đồng máy phát lên lưới Trong q trình ta thấy chúng trùng dịng điện rotor ln giữ ird = irq ulm 306 3,01A thoả mãn sm Lm 298,5.0,34 điều kiện hoà đồng đặt 4.6.2.2 Kiểm tra khả làm việc hệ thống thay đổi giá trị đặt Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Luận văn thạc sỹ Trang 73 m* m -1 m -2 -3 -4 -5 0.5 1.5 t 2.5 Hình 4.15 Đáp ứng mơ men máy phát theo lượng đặt 1500 Q Q* 1000 Q 500 -500 -1000 0.5 1.5 t 2.5 Hình 4.16 Đáp ứng cơng suất phản kháng máy phát theo lượng đặt ird* irq* ird irq irdq -1 -2 -3 -4 -5 0.5 1.5 t 2.5 Hình 4.17 Đáp ứng thành phần dòng rotor thay đổi lượng đặt công suất tác dụng (thay đổi mG) phản kháng máy phát Kết mô cho thấy điều khiển điều chỉnh dòng điện thành phần ird irq bám theo giá trị đặt i*rd i*rq (hình 4.17) đảm bảo Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 74 Luận văn thạc sỹ việc phát công suất tác dụng phản kháng lên lưới theo yêu cầu (hình 4.15 4.16) có chất lượng tốt 4.7 Kết luận chương Chương thực xây dựng điều khiển PBC cho phần điều khiển dòng rotor máy phát xây dựng cấu trúc điều khiển đầy đủ hệ thống phát điện sức gió sử dụng MDBNK Phần cuối chương tiến hành mô hệ thống Matlab – Simulink – Plecs, kết mơ khẳng định tính đắn cấu trúc thuạt toán điều khiển thiết kế Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 75 Luận văn thạc sỹ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Tác giả luận văn tiến hành khảo sát, thu thập liệu đánh giá tiềm khả triển khai hệ thống phát điện sức gió vùng ven biển tỉnh Ninh Bình góp phần tăng nguồn công suất cho lưới điện, giảm ảnh hưởng phát triển kinh tế đến môi trường Luận văn đề xuất áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity - Based) cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng MDBNK chế độ làm việc bình thường với tải đối xứng Đây nội dung quan trọng cơng việc cần thực để triển khai hệ thống phát điện sức gió mà đề tài đặt Nội dung luận văn thực việc thiết kế điều khiển phi tuyến cho phần điều khiển dòng rotor máy phát (bộ điều khiển theo phương pháp tựa theo thụ động), bám sát với chất phi tuyến mơ hình máy phát Các kết mơ chứng minh phân tích, tính tốn luận văn có sở đảm bảo độ xác điều khiển chế độ máy phát điện sức gió Kiến nghị: Như nêu, phương pháp thiết kế điều khiển cịn có khả điều khiển làm việc hệ thống trường hợp lưới xẩy cố, luận văn chưa giải Chính lý tác giả xin đề xuất hướng nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng tải không đối xứng tới chất lượng điều khiển máy phát điện sức gió sử dụng MDBNK khả bám lưới máy phát trường hợp lưới có cố đối xứng không đối xứng sử dụng phương pháp điều khiển phi tuyến Passivity - Based Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 76 Luận văn thạc sỹ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Triệu Đức Long, “Phân tích đặc điểm thụ động động khơng đồng bộ-rotor lồng sóc, kiểm tra triển vọng thiết kế điều khiển sở kết phân tích thu (passivity-based controller design”, Luận văn thạc sỹ, ĐHBK Hà Nội, 2004 [2] Trần Xuân Minh, Đặng Danh Hoằng (2013), “Điều khiển bám lưới hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy phát khơng đồng nguồn kép phương pháp điều khiển tựa theo thụ động”, Tạp chí khoa học & cơng nghệ trường đại học kỹ thuật, 8-14, số 97/2013 [3] Nguyễn Phùng Quang, “Máy điện dị nguồn kép dùng làm máy phát hệ thống phát điện sức gió: Các thuật tốn điều chỉnh bảo đảm phân ly mô men hệ số công suất”, Tuyển tập VICA 3, 413 - 437, Hà Nội, 1998 [4.] Nguyễn Phùng Quang, “Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha”, NXB Giáo dục, Hà Nội, 1996 [5] Ng.Ph.Quang, Andreas Dittrich, “Truyền động điện thông minh”, NXB Khoa học Kỹ thuât, Hà Nội, 2002 [6] Cao Xuân Tuyển, “Tổng hợp thuật toán phi tuyến sở phương pháp backstepping để điều khiển máy điện dị nguồn kép hệ thống máy phát điện sức gió”, Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội, 2008 [7] E Koutroulis and K Kalaitzakis (2006), “Design of maximum power tracking system for wind-energy-conversion application”, IEEE transactions on Industrial Electronics , 43: 486-494, Apr, 2006 [8] Levent U.gödere, Marwan A Simaan, Charles W Brice, “Passivity – Based Control of Saturated Induction Motors”, IEEE, 1997 [9] Levent U Gökdere†, Marwan A Simaan and Charles W Brice, “A Comparison of Passivity-Based and Input-Output Linearization Controllers forInduction Motors”, Proceedings of IEEE Emerging Technologies and Factory Automation Conference (ETFA’97), pp 60-63, Los Angeles, CA, 1997 [10] Lopez, J; Sanchis, P; Roboam, X; Marroyo, “Dynamic behavior of the doubly fed induction generator during three - phase voltage dips”, IEEE transaction on energy conversion, 2006 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 77 Luận văn thạc sỹ [11] Lan, Ph.Ng, “Linear and nonlinear control approach of doubly - fed induction generator in wind power generation”, P.h.D thesis, TU-Dresden, 2006 [12] M R Patel, “Wind and Solar Power Systems”, CRC Press, 1999 [13] Ng.Ph.Quang, A Dittrich, “Vector Control of Three - Phase AC Machines - System Development in the Practice”, Springer Heidelberg Berlin, 2008 [14] Quang, Ng.Ph., Dittrich, A.,Lan, Ph.Ng., “Doubly - Fed Induction Machine as Generator Wind Power Plant: Nonlinear Control Algorithms with Direct Decoupling”, Intern Conf CD Proc Of 11th European Conf On Power Electronics and Application, EPE, Dresen, Germany, 2005 [15] Quang, Ng.Ph., Dittrich, A., Thieme, A., “Doubly - Fed Induction Machine as Generato:r Control Algorithms with Decoupling of Torque and Power Factor”, Electrical Engineering/Archiv für Elektrotechnik, 325 - 335, 1997 [16] R.Ortega, A.Loria, P.J.Nicklasson, H.Sira-Ramírez, “Passivity-based Control of Euler Lagrange Systems: Mechanical, Electrical and Electromechanical Applications”, Springer-Verlay, London-BerlinHeidelberg, 1998 [17] R Datta and V.T Ranganathan, “A method of tracking the peak power points for a variable speed wind energy conversion system”, IEEE transactions on energy conversion, 18, 163-168, 2003 [18] J X Ostolaza A Tapia, G Tapia and J R Saenz, “Modeling and control of a wind turbine driven double fed induction generator”, IEEE Transactions on energy conversion, 18:194–204, June 2005 Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình ... ? ?Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình? ?? Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu tiềm phát triển lượng gió địa bàn tỉnh Ninh Binh - Lựa chọn loại hệ thống. .. lượng hệ thống Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 31 Luận văn thạc sỹ Hình 2.11: Cấu trúc điều khiển tuyến tính hệ thống phát điện sức gió. .. dụng hệ thống phát điện sức gió khu vực ven biển tỉnh Ninh Bình Trang 49 Luận văn thạc sỹ Hình 3.8: Cấu trúc điều khiển máy phát điện sức gió sử dụng MDBNK Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát