ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Trương Nhật Tiên NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN 4Q CHO HỆ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THÁI NGUYÊN 2014 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP Trương Nhật Tiên NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN 4Q CHO HỆ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA PHỊNG ĐÀO TẠO NGƯỜI HƯỚNG DẪN TS Ngơ Đức Minh TRƯỞNG KHOA ĐIỆN THÁI NGUYÊN – 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi Trương Nhật Tiên, học viên lớp cao học Tự động hoá niên khoá 2011-2013, sau hai năm học tập nghiên cứu, giúp đỡ thầy cô giáo đặc biệt Thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp tôi, Thầy giáo TS Ngô Đức Minh Tơi hồn thành chương trình học tập đề tài tốt nghiệp “Nghiên cứu ứng dụng biến tần 4Q cho hệ nguồn lượng tái tạo” Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân hướng dẫn Thầy giáo TS Ngô Đức Minh sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2014 Học viên Trương Nhật Tiên ii LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, từ cuối kỷ 20 đặc biệt 10 năm trở lại tình hình lượng thay đổi - có số lượng lớn nguồn cung cấp lượng dạng truyền thống thúc đẩy phát triển mạch mẽ riêng nước ta, mà phạm vi tồn cầu Đó dạng nguồn phát điện theo cơng nghệ Ví dụ như: phong điện, điện mặt trời, V.V Chúng khai thác loại hình mạng điện khác nhau: mạng điện cục bộ, mạng phân tán có kết nối với lưới quốc gia, mạng điện thơng minh Trước đây, loại hình mạng điện chưa quan tâm khai thác phát triển, lý đặc tính dạng nguồn có tính chất mềm (siêu mềm), khơng ổn định Tính kinh tế hệ thống cịn thấp, chất lượng điện cung cấp chưa đảm bảo Ngày nay, đứng trước phát triển mặt xã hội, hoạt động sản xuất ngày phong phú, đời sống văn hóa tinh thần người ngày nâng cao dẫn đến đòi hỏi lưới điện vận hành phải đảm bảo tiêu chất lượng điện quy định (mang lại lợi ích cho phía người tiêu dùng), giảm nhỏ tối thiểu tổn thất lượng mạng nâng cao hiệu khai thác hệ thống (mạng lại lợi ích cho phía sản xuất phân phối điện năng) Đặc biệt, bối cảnh giới khuyến khích phát triển nguồn lượng sạch, hệ nguồn phân tán, công suất nhỏ… cần thiết kết hợp với biến đổi kỹ thuật điều khiển đại nhằm phát huy hết công hệ nguồn Xuất phát từ phân tích tác giả mong muốn đóng góp phần nghiên cứu nhằm đảm bảo chất lượng hệ nguồn đồng thời nâng hiệu khai thác điều kiện làm việc thực tế có nhiều thay đổi Mục tiêu nghiên cứu luận văn phân tích, lựa chọn loại biến đổi điển tử cơng suất điển hình kiểu biến tần Q để áp dụng cho hệ nguồn iii điện sử dụng lượng tái tạo máy phát điện sức gió pin Mặt trời Xây dựng mơ hình hệ nguồn điện sưc gió pin Mặt trời Nội dung nghiên cứu bố cục thành chương: Chương 1: Tổng quan biến tần 4Q Chương 2: Nghiên sử dụng lượng tái tạo: - Năng lượng gió - Năng lượng Mặt trời Chương 3: Mơ hình hóa mơ hệ thống Trong trình nghiên cứu để thực luận văn, gặp nhiều khó khăn vấn đề chuyên môn Nhờ giúp đỡ, hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Ngơ Đức Minh giúp tơi hồn hồn thành luận văn với kết mong muốn đạt Tuy nhiên luận văn khơng thể tránh khỏi hạn chế, thiếu sót, tác giả kính mong nhận góp ý nhận xét thầy cô giáo bạn để hồn thiện Tơi xin bày tỏ biết ơn chân thành tới thầy hướng dẫn TS Ngô Đức Minh tập thể thầy cô giáo Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên tận tình hướng dẫn tạo điều kiện cho tơi hồn thành luận văn Thái Ngun, ngày tháng 10 năm 2014 Học viên Trương Nhật Tiên MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN GÓC PHẦN TƯ 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Biến tần góc phần tư 1.2.1 Chỉnh lưu PWM 1.2.1.1 Cấu trúc mạch lực chỉnh lưu PWM: 1.2.1.2 Nguyên lý hoạt động chỉnh lưu PWM: 1.2.2 Các trạng thái chuyển mạch biến đổi PWM 11 1.3 Giới thiệu phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM 12 1.4 Mơ tả tốn học điều khiển chỉnh lưu PWM 14 1.4.1 Mơ tả dịng điện điện áp nguồn 14 1.4.2 Mô tả điện áp vào chỉnh lưu PWM 15 1.4.3 Mơ tả tốn học chỉnh lưu PWM hệ tọa độ tự nhiên abc 16 1.4.4 Mơ tốn học chỉnh lưu PWM hệ toạ độ tĩnh α-β 17 1.4.5 Mơ tả tốn học chỉnh lưu PWM hệ tọa độ quay d-q 18 1.4.6 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp DPC 21 1.4.7 Cấu trúc điều khiển theo phương pháp VOC 24 1.3 Kết luận chương 27 Chương 28 NGUỒN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 28 2.1 Tổng quan lượng tái tạo 28 2.2 Máy phát điện sức gió 29 2.2.1 Lịch sử phát triển lượng gió 29 2.2.2 Các loại turbine gió 32 2.2.3 Tính tốn cơng suất gió 35 2.2.4 Máy phát điện turbine gió 39 2.2.4.1 Các máy phát đồng 39 2.2.4.2 Máy phát không đồng cảm ứng 40 2.2.5 Cơng suất trung bình gió 47 2.2.5.1 Biểu đồ gió gián đoạn 48 2.2.6 Các dự đoán đơn giản lượng gió 52 2.2.6.1 Năng lượng hàng sử dụng hiệu suất turbine gió trung bình 53 2.2.6.2 Các cánh đồng gió 54 2.2.7 Một số cấu trúc điển hình hệ thống Wind Turbine 58 2.3 Pin lượng Mặt trời 61 2.3.1 Năng lương Mặt trời 61 2.3.2 Mơ hình nguồn điện pin Mặt trời 63 2.3.2.1 Bộ biến đổi DC/DC 64 2.3.3 Vấn đề tích trữ lượng 72 2.3.4 Hoạt động pin Mặt trời 75 2.3.5 Tìm điểm làm việc cực đại theo thuật toán P&O 80 2.4 Kết luận chương 86 Chương 87 MƠ HÌNH HĨA MƠ PHỎNG HỆ THỐNG 87 3.1 Xây dựng cấu trúc hệ thống 87 3.2 Mơ hình hóa mơ hệ thống máy phát điện dị nguồn kép [6Q] 89 3.2.1 Giới thiệu chung 89 3.2.2 Mơ hình hóa mơ hệ DFIG 91 3.3 Kết luận chương 98 KẾT LUẬN CHUNG 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO 100 HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1 Hệ thống điều khiển lượng theo hai hướng Hình Hệ thống điều khiển lượng theo hai hướng Hình Chế độ hoạt động biến tần góc phần tư Hình Cấu trúc mạch chỉnh lưu PWM Hình Bộ biến đổi xoay chiều/một chiều/xoay chiều Hình Đồ thị véc tơ trạng thái làm việc chỉnh lưu tích cực PWM Hình Trạng thái chuyển mạch chỉnh lưu PWM 11 Hình Các phương pháp điều khiển chỉnh lưu PWM 13 Hình Mối quan hệ vector chỉnh lưu PWM 14 Hình 10 Sơ đồ khối chỉnh lưu PWM hệ tọa độ tự nhiên 17 Hình 11 Mơ hình chỉnh lưu PWM hệ tọa độ tĩnh α-β 18 Hình 12 Mơ hình chỉnh lưu PWM hệ tọa độ quay d-q 19 Hình 1.13 Đồ thị véctơ mơ tả dịng cơng suất biến đổi AC/DC hai chiều phụ thuộc vào hướng iL 20 Hình 14 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển DPC 21 Hình 15 Biểu diễn sector cho phương pháp điều khiển DPC 22 Hình 16 Sơ đồ khối ước lượng từ thông ảo với lọc đầu vào 23 Hình 17 Sơ đồ khối ước lượng cơng suất tức thời dựa từ thông ảo 24 Hình 18 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển VOC 24 Hình 19 Sơ đồ véc tơ VOC Biến đổi dòng, áp lưới điện áp đầu vào chỉnh lưu từ hệ trục toạ độ - sang hệ trục toạ độ d-q 25 Hình Biểu đồ phát triển điện gió lắp đặt tăng 25% năm 31 Hình 2 Tổng dung lượng lắp đặt quốc gia năm 2002 31 Hình Tổng dung lượng gió lắp đặt Mỹ năm 1999 2002 32 Hình Một số Turbine gió điển hình 33 Hình Cơng suất gió m2 diện tích mặt cắt 150 atm 37 Hình Xấp xỉ diện tích rotor Darrieus 38 Hình Máy phát đồng pha 40 Hình Cách đặt tên cho stator máy phát điện cảm 41 Hình Mơ hình máy phát điện cảm ứng 42 Hình 10 Rotor lồng sóc bao gồm dẫn dày nối đầu với bao quanh điện trường quay 43 Hình 11 Mô tả nguyên lý máy phát 44 Hình 12 Đường cong mooomen-độ trượt cho motor cảm kháng 45 Hình 13 Máy phát cảm kháng từ kích từ Các tục cộng hưởng với điện cảm stator tạo nên dao động tần số riêng 47 Hình 14 Một ví dụ liệu trường lịch sử liệu gió theo 50 Hình 15 Tác động khoảng cách tháp kích thước turbine gió 55 Hình 16 Khoảng cách tối ưu tháp 56 Hình 17 Cấu trúc hệ thống turbine gió 58 Hình 18 Hệ thống dùng máy phát cảm ứng (IG) khơng có điện tử công suất 59 Hình 19 Hệ thống DFIG với modul điện tử công suất 60 Hình 20 Cấu hình đồng điện tử công suất 61 Hình 21 Sự phát triển lượng điện Mặt trời 62 Hình 22 Mơ hình khai thác lượng từ nguồn PV 63 Hình 23 Sơ đồ nguyên lý giảm áp Buck 65 Hình 24 Dạng sóng điện áp dịng điện mạch Buck 66 Hình 25 Sơ đồ nguyên lý mạch Boost 68 Hình 26 Dạng sóng dòng điện mạch Boost 69 Hình 27 Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost 69 Hình 28 Bộ biến đổi DC/AC pha 71 Hình 29 Mơ hình nửa biến tần 4Q dùng cho nguồn PV 72 Hình 30 Tổ hợp nguồn pin Mặt trời 75 Hình 31 Hình vẽ sơ đồ mạch điện thay PV cell 76 Hình 32 Đặc tính V-I PV cell 76 Hình 33 Ghép nối tiếp PV cell 77 Hình 34 Ghép song song PV cell 77 Hình 35 Một Array pin Mặt trời 77 Hình 36 Mơ hình mạch điện nguồn PV Array 78 Hình 37 Đặc tính V-I P-V với điểm MPP 78 Hình 38 Đặc tính V-I thay đổi theo mức chiếu xạ 79 Hình 39 Đặc tính thực tế PV Array 79 Hình 40 Đường đặc tính I-V thay đổi cường độ xạ nhiệt độ 80 Hình 41 Đặc tính P-V cường độ xạ nhiệt độ thay đổi 80 Hình 42 Phương pháp tìm điểm làm việc cực đại P&O 83 Hình 43 Lưu đồ thuật toán Phương pháp P&O 84 Hình Sơ đồ máy phát điện xoay chiều pha 87 Hình Mơ hình DFIG với Biến tần Q 87 Hình 3 Cấu trúc hệ thống nguồn điện pin Mặt trời máy điện sức gió chiều 88 Hình Cấu trúc hệ thống nguồn pin Mặt trời 88 Hình Phạm vi hoạt động DFIG dòng chảy lượng chế độ MP 90 Hình Cấu trúc mô hệ DFIG-4Q 92 Hình Tốc độ rotor 93 Hình Công suất phát từ DFIG 94 Hình Điện áp Stator (điện áp lưới) 95 Hình 10 Dịng điện Stator phát vào lưới 95 86 Tuy nhiên, hiệu suất biến đổi DC/DC thực tế dùng MPPT không đạt 100% Hiệu suất tăng lên từ phương pháp MPPT lớn hệ thống pin Mặt trời cần phải tính đến tổn hao cơng suất biến đổi DC/DC gây Cũng phải cân nhắc hiệu suất giá thành Việc phân tích tính kinh tế hệ thống pin Mặt trời với hệ thống cung cấp điện khác việc tìm cách thức khác để nâng cao hiệu suất cho hệ thống pin Mặt trời (chẳng hạn dùng máy theo dõi Mặt trời) việc làm cần thiết 2.4 Kết luận chương Nội dung chương giới thiệu tổng quan lương tái tạo nói chung dạng quan tâm đến nội dung luận văn lượng gió lượng Mặt trời Các nghiên cứu để xây dựng cấu trúc cho hệ nguồn máy phát điện sức gió pin Mặt trời kết hợp với biến đổi điện tử công suất mà cụ thể biến đổi kiểu biến tần Q nghiên cứu chương 87 Chương MƠ HÌNH HĨA MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 3.1 Xây dựng cấu trúc hệ thống Dựa sở phân tích chương 2, bước xây dựng mơ hình mơ hệ thống Từ kết phân tích về biến tần 4Q hai dạng nguồn lượng tái tạo pin Mặt trời máy điện sức gió cơng suất nhỏ ta có lựa chọn khác Trường hợp tổng quát máy phát điện sức gió sử dụng máy phát điện xoay chiều pha sơ đồ thiết lập hình 3.1 a b c L L + - Battery a b c Grid Cdc Wind Generator B1 B2 Hình Sơ đồ máy phát điện xoay chiều pha Trường hợp máy phát dị nguồn kép (DFIG) có cơng suất lớn biến tần 4Q phối hợp với máy phát theo cấu trúc hình 3.2 Grid Stator Rotor L + - B1 Battery DFIG Cdc B2 Hình Mơ hình DFIG với Biến tần Q 88 Trường hợp sử dụng máy phát điện chiều cơng suất nhỏ ta áp dụng cấu trúc đơn giản Khi đầu máy phát nguồn điện pin Mặt trời bỏ qua biến đổi B1 mà kết nối với khối chiều trung gian, sơ đồ sử dụng biến đổi B2 biến tần 4Q sơ đồ hình 3.3a,b Battery Grid DC/DC DC/AC DC/DC a) a b c Wind Generator L + - PV Aray Battery DC/DC Grid Cdc DC/DC B2 b) Hình 3 Cấu trúc hệ thống nguồn điện pin Mặt trời máy điện sức gió chiều Trường hợp riêng với PV Array ta thiết lập cấu đơn giản hình 3.4 a b c DC/DC + - Battery L Cdc PV Aray B2 Hình Cấu trúc hệ thống nguồn pin Mặt trời Grid 89 Khi cấu hình biến tần 4Q xét đến biến đổi B2 Tất nhiên B2 đảm bảo có đủ hai chức là: - Nghịch lưu DC/AC cấp điện cho tải xoay chiều pha hịa lưới; - Chỉnh lưu cần thiết nạp điện cho ắc quy lưới dư công suất đêm tối Như vậy, trường hợp lựa chọn phương thức điều khiển cho phù hợp Trong mô hình Battery xem kho lưu trữ điện cần thiết Qua nội dung phân tích trên, hoạt động biến tần 4Q với hai dạng nguồn điện sử dụng lượng tái tạo lựa chọn sau: - Đối với máy phát điện sức gió chọn mơ hình 3.2; - Đối với nguồn điện pin Mặt trời chọn mơ hình 3.4 Tuy nhiên, nội dung luận văn giới hạn lại mô đại diện mơ hình biến tần Q áp dụng cho máy phát điện sức gió 3.2 Mơ hình hóa mô hệ thống máy phát điện dị nguồn kép [3],[4],[8] 3.2.1 Giới thiệu chung Máy điện dị ba pha rotor ruột quấn (DFIG) dạng máy điện quen biết có khả đưa nguồn ni ba pha tới máy từ hai phía stator rotor nên thường gọi máy điện dị nguồn kép Ngày DFIG quan tâm nhờ phạm vi ứng dụng mới: máy phát (MP) hệ thống phát điện chạy sức gió với dải cơng suất từ vài chục kW đến vài MW Lý đơn giản: để điều khiển/điều chỉnh dòng lượng qua MP, ta phải sử dụng biến tần có cơng suất cỡ 1/3 công suất MP tác động trực tiếp qua hệ thống vành góp vào rotor Điều 90 cho phép giảm giá thành hệ thống cách đáng kể Ngồi ra, DFIG có khả hoạt động với hệ số trượt phạm vi rộng, cho phép tận dụng tốt nguồn lượng gió n s Trên đồng Chế độ máy phát Trên ®ång bé ChÕ ®é ®éng c¬ -1 0>s>- 0>s>- IV II ns III I 1>s>0 Chế độ máy phát D-ới đồng 1>s>0 Chế độ động D-ới đồng bé m a) L- íi ®iƯn L- íi điện Rotor III Rotor Stator IV Stator Năng l-ợng gió Năng l-ợng gió c) b) Hỡnh Phm vi hoạt động DFIG dòng chảy lượng chế độ MP a) Các phạm vi hoạt động b) Dòng lượng MP phạm vi đồng c) Dòng lượng MP phạm vi đồng Nhờ khả ni từ phía rotor, DFIG cho phép thực đơn giản bốn chế độ vận hành hình 3.5 a) Hồn tồn độc lập với tốc độ quay học (trên đồng bộ), việc máy hoạt động chế độ động hay máy phát phụ thuộc vào dấu cho trước mômen mM Theo hình 3.5 a), máy điện hoạt động chế độ máy phát, mômen mang dấu âm Ta biết, 91 kích cỡ mM đặc trưng cho kích cỡ cơng suất phát (ở chế độ máy phát) công suất lấy vào (ở chế độ động cơ) DFIG việc điều khiển/điều chỉnh cơng suất (ví dụ: thơng qua mơmen) khơng phép ảnh hưởng đến hệ số công suất (HSCS) cos đặt cho thiết bị Bằng biến tần khả lấy mà cịn có khả hồn lượng trả lại lưới, DFIG vận hành hai chế độ: đồng Ở hai chế độ đó, máy cung cấp lượng lên lưới phía stator Phía rotor, máy: - lấy lượng từ lưới chế độ đồng (hình 3.5b) - hồn lượng trở lại lưới chế độ đồng (hình 3.5c) Về nguyên tắc: biến đổi B1 thực tế khơng có nhiệm vụ chỉnh lưu theo nghĩa thơng thường: lấy lượng từ lưới, mà cịn có nhiệm vụ hoàn (từ mạch chiều) trở lại lưới (ba pha) Vì vậy, cấu trúc mạch điện tử cơng suất, B1 hồn tồn giống cụm B2, việc đặt tên có ý nghĩa tượng trưng Cụm B1 có nhiệm vụ điều chỉnh ổn định điện áp mạch chiều trung gian UDC, điều chỉnh cos qua giữ vai trị bù cơng suất vô công, nhiệm vụ thường giải tụ bù đắt tiền thiếu xác 3.2.2 Mơ hình hóa mơ hệ DFIG Từ [6Q] kết hợp Matlab – Simulik ta có mơ hình mơ hệ DFIG biến tần 4Q (viết tắt DFIG-4Q) hình 3.6 a,b 92 Step1 10 Wind Farm (DFIG Average Model) Wind (m/s) [Vdc] Wind speed (m/s)1 A C 120 kV A B C 2500 MVA X0/X1=3 aA A a aA bB B b bB cC C c cC B120 120 kV/25 kV (120 kV) 47 MVA A B C 30 km line B25 (25 kV) A a aA B b bB C c m B Load 500 kW C Grounding Transformer X0=4.7 Ohms Wind Turbine Doubly-Fed Induction Generator Filter (Average Model) 0.9 Mvar Q=50 p To Workspace4 Vabc_B575 Vabc_B575 (pu) Iabc_B575 Iabc_B575 (pu) [P_pu] [Q_pu] Q (Mv ar) MW [Vdc] Vdc (V) [wr] Vabc_B25 Discrete, Ts = 5e-005 s Show Detailed and Average Simulation Results P (MW) -K- The model parameters, initial conditions and sample times (Ts_Power=50e-6 s and Ts_Control=100e-6 s) are automatically initialized (see Model Properties) ? wr (pu) More info Vabc_B25 (pu) Iabc_B25 Iabc_B25 (pu) pow ergui Scope a) [Vabc_B1] Vabc A A [Iabc_B1] Iabc [Iabc_stator] Iabc Tm b [wr] m [angle_rotor] a B C [Tm] A aB A a B b C c B b C c C c B1 B_stator Asynchronous Machine pu Units [Iabc_grid_conv] Iabc A A A B B g a g + B b A C A C choke [Vabc_B1] Iq_ref (pu) Qref (pu) [wr] b - C C Universal Bridge Universal Bridge c C B_rotor_conv B_grid_conv [wr] Generator speed (pu) Pulses_grid_conv Q_ref [Beta] Pitch angle (deg) Wind speed (m/s) [Tm] Tm (pu) Iq_grid_conv _ref wr Wind (m/s) Pulses_rotor_conv [Iabc_grid_conv] B B Vabc_B1 Statcom [Iabc_rotor] A a B c Iabc + C1 - C Wind Turbine Iabc_grid_conv [Iabc_stator] Iabc_stator [Iabc_rotor] Iabc_rotor [Q_B1] Theta_Freq [Vabc_B1] Vabc_B1 [Iabc_B1] Iabc_B1 [Theta_Freq] m Q_B1 angle_rotor [Vdc] Pitch_angle [Beta] [wr] m Q_B1 [angle_rotor] cC B575 (575 V) 25 kV/ 575 V 6*2 MVA A B C N 3.3ohms A B C A B C B A B C A B C A N [Q_B1] wr Vdc [Theta_Freq] Control System Theta_Freq Vdc Data acquisition b) Hình Cấu trúc mô hệ DFIG-4Q [Vdc] [wr] [P_pu] [Q_pu] 93 Cấu trúc hệ thống DFIG lưới điện mơ tả sơ đồ hình 3.6a gồm hợp máy phát điện nguồn kép turbine sức gió kết nối với lưới đồng thời cấp điện cho tải pha 500 KW Máy phát với biến tần 4Q gồm hai biến đổi Grid-Converter (B1) Rotor-converter (B2) điều khiển từ riêng biệt từ hai điều khiển Uctrl-Grid Uctrl-Rotor Giả thiết hệ thống hoạt động điều kiện tốc độ gió thay đổi theo kịch *: Time (s) 10 Wind Speed (Wm) 4 10 10 Tốc độ gió thay đổi làm cho tốc độ rotor thay đổi nên B2 phải điều khiển để chỉnh tần số dòng rotor cho phù hợp đảm bảo điện áp mạch stator máy phát ổn định tần số định mức Kết mô thu thể Rotor Speed (wm) đồ thị từ hình 3.7 – hình 3.13 1.2 0.8 10 Time (s) 12 14 16 18 20 Hình Tốc độ rotor Trên hình 3.7: Khi tốc độ gió thay đổi theo kịch * làm tốc độ rotor DFIG giảm từ tốc độ đồng (0s - 2.44s) xuống đồng (2.44s – 11.2s) lại tăng lên đồng (11.2s – 20s) Tương ứng, công suất DFIG phát thay đổi theo hình 3.8a,b 94 a) P (MW) 0 10 Time (s) 12 14 16 18 b) Hình Công suất phát từ DFIG a) Công suất DFIG thay đổi theo tốc độ gió (tốc độ rotor) b) Công suất DFIG thay đổi theo kịch * 20 95 Trên hình 3.9 3.10 cho thấy suốt trình mà tốc độ rotor thay đổi điện áp dòng điện DFIG phát mạch stator đảm bảo sin tuyệt đối Điều có hệ điều khiển biến đổi B2 biến tần 4Q thực U grid (V) -1 2.44 2.46 2.48 2.5 2.52 2.54 Time (s) 2.56 2.58 2.6 2.62 2.6 2.62 Hình Điện áp Stator (điện áp lưới) I stator 0.5 -0.5 2.44 2.46 2.48 2.5 2.52 2.54 Time (s) 2.56 2.58 Hình 10 Dịng điện Stator phát vào lưới 96 Trên hình 3.11a,b cho thấy khoảng thời gian khảo sát, tốc độ rotor thay nên tần số dòng điện mạch rotor phải thay đổi (nguyên lý DFIG) để đảm bảo ổn định tần số cho dòng áp mach stator) Khi rotor quay tốc độ đồng dịng rotor xuy biến thành dịng chiều, điều có thấy thời điểm tốc độ rotor thay đổi qua tốc độ đồng I B2 0.5 -0.5 10 Time (s) 12 14 16 18 20 a) I B2 0.5 -0.5 1.5 2.5 Time (s) 3.5 b) Hình 11 Điều khiển tần số dòng điện rotor thay đổi tốc độ rotor thay đổi a) Dòng điện rotor đổi chiều hai lần theo lịch * b) Dòng điện rotor suy biến thành chiều thời điểm tốc độ đồng 97 Trên hình 3.12, quan sát kỹ thấy tốc độ rotor từ đồng (DFIG phát công suất vào lưới từ hai phía sator rotor) giảm xuống đồng dịng điện phía biến đổi B1 đổi chiều, tương ứng DFIG chuyển chế độ, mạch rotor phát công suất vào lưới sang chế độ nhận lượng từ lưới riêng làm nhiệm vụ cho kích từ Điều thấy rõ hình 3.13 so sánh thấy góc pha dịng điện thay đổi 180 độ góc pha điện áp giữ nguyên I B1 x 10 -3 -2 2.44 2.46 2.48 2.5 2.52 2.54 Time (s) 2.56 2.58 2.6 2.62 Hình 12 Dịng điện pha lưới biến đổi B1 IB1 & Ustator/100 0.01 0.005 -0.005 -0.01 2.35 2.4 2.45 2.5 2.55 Time (s) 2.6 2.65 2.7 Hình 13 Tách riêng pha dòng điện lưới biến đổi B1 98 3.3 Kết luận chương Từ nghiên cứu lý thuyết chương chương 2, nội dung chương xây dựng mơ hình đặc trưng cho nội dung nghiên cứu đề tài lựa chọn mô đại diện cho hệ thống máy phát điện sức gió có tham gia tích cực biến tần 4Q Nghiên cứu tham khảo tài liệu thiết yếu tin cậy cho việc xây dựng cấu trúc mô Kết mô thu cách chọn lọc nhằm làm sáng tỏ khả đặc biệt hệ biến tần 4Q Các biến đổi B1 B2 thực tốt chức giúp cho DFIG phát công suất điều kiện lượng đầu vào (tốc độ gió thay đổi) - Giữ vững tần số hịa lưới hai phía stator rotor - Khi tốc độ rotor đồng bộ, DFIG phát cơng suất hai phía stator rotor - Khi tốc độ rotor đồng bộ, biến tần 4Q có nhiệm vụ kích từ đồng thời tăng khả phát công suất cho mạch stator DFIC 99 KẾT LUẬN CHUNG Luận văn tập trung nghiên cứu vào lĩnh vực mới, góp tiếng nói đồng tình cho xu phát triển nguồn lượng tồn Cầu nói chung Việt Nam nói riêng Trong đó, hai dạng lượng có tiềm lớn lượng gió lượng Mặt trời có nhiều ưu phát triển tương lai Tuy nhiên, vấn đề phát triển khai thác lượng tái tạo dựa tảng biến đổi điện tử cơng suất Nội dung trình bày luận văn theo bố cục lô gic theo chương từ tổng quan đến cụ thể cho mơ hình thực tế dạng nguồn điện sử dụng lượng gió lượng Mặt trời Từ sở lý thuyết đến tính tốn mơ kết Matlab-Simulink khẳng định độ tin cậy luận văn Luận văn xem tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành điện học nghiên cứu lĩnh vực lượng tái tạo hay dạng mạng điện phân tán, mạng cục bộ… Được giúp đỡ tận tình thầy hướng dẫn TS Ngô Đức Minh với giúp đỡ bạn b đồng nghiệp thân tác giả cố gắng hoàn thành luận văn Nhưng trình độ cịn hạn chế, thời gian nghiên cứu chưa nhiều nhiệm vụ luận văn liên quan đến lĩnh vực rộng, nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Vì tác giả mong nhận đóng góp thầy, cô, bạn b đồng nghiệp 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] Ngô Đức Minh, Ứng dụng chỉnh lưu BESS mạng điện cục nguồn thủy điện công suất nhỏ, Đề tài nghiên cứu khoa học cấp bộ, năm 2009-2010 [2] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh, Điện tử công suất NXB Khoa học Kỹ thuật, 2007 [3] Nguyễn Phùng Quang Truyền động điện thông minh NXB Khoa học Kỹ thuật, năm 2004 [4] Nguyễn Phùng Quang “Máy điện dị nguồn kép dùng làm máy phát hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật tốn điều chỉnh bảo đảm phân ly mômen hệ số công suất” Báo cáo khoa học (VICA3) năm 1998 Tài liệu tiếng Anh [5] By Alejandro Montenegro Leon, Advanced Power Electruaoinic For Wind-Power Generation Buffering, Copyright 2005, pp 27-40 [6] Gilbert M Masters, Renewable and Efficient Electric Power Systems, Copyright 2004 by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey All rights reserved [7] M Sc Mariusz Malinowski, Three - Phase PWM Rectifiers, Copyright Warsaw, Poland - 2001 [8] Matlab R2008b ... Nhật Tiên NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BIẾN TẦN 4Q CHO HỆ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ TÁI TẠO Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG... kể trên, biến tần 4Q ứng dụng phổ biến cho hệ truyền động điện đại Đặc biệt năm gần biến tần 4Q trở thành đề tài nghiên cứu ứng dụng cho phân phối công suất nguồn điện cục 6 1.2 Biến tần góc... Chương NGUỒN ĐIỆN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 2.1 Tổng quan lượng tái tạo Năng lượng tái tạo (NLTT) hay lượng tái sinh lượng từ nguồn liên tục mà theo chuẩn mực người vô hạn Nguyên tắc việc sử dụng lượng tái
