Tìm điểm công suất cực đại cho máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép bằng phương pháp điều khiển định hướng trường và PSF

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THÁI SƠN TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KHƠNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG VÀ PSF Chuyên ngành: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH - 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS TRỊNH HOÀNG HƠN Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ báo cáo , ngày … tháng … năm 2012 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ Bộ môn quản lý ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÁNH GIÁ LUẬN VĂN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự – Hạnh phúc Tp HCM, ngày … tháng… năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THÁI SƠN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 05/7/1983 Nơi sinh: Bạc Liêu Chuyên ngành: Thiết bị, mạng nhà máy điện MSHV: 10180115 I- TÊN ĐỀ TÀI: TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG VÀ PSF II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tình hình phát triển lượng gió nay, phân tích tiềm triển vọng lượng gió Việt Nam - Tìm hiểu ngun lý hoạt động DFIG, phát triển mạnh mẽ DFIG hệ thống loại máy phát điện gió - Mơ hình hóa DFIG mơ phần mềm Matlab Simulink - Dùng FLC điều khiển góc pitch cánh gió để có thời gian xác lập ngắn - Dùng giải thuật PSF tối ưu công suất cho máy phát điện DFIG III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày … tháng… năm 2011 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 26 tháng 11 năm 2011 V- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRỊNH HOÀNG HƠN Nội dung luận văn thạc sĩ hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MƠN QUẢN LÝ CHUN NGÀNH TS TRỊNH HỒNG HƠN Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cám ơn giúp đỡ Trường Đại học Bách Khoa, Khoa Điện - Điện tử hỗ trợ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Cùng cảm ơn Quý Thầy Cô giảng dạy năm học qua, đặc biệt: Thầy Ts Trịnh Hoàng Hơn, Bộ môn Thiết Bị Điện, Khoa Điện – Điện Tử, Đại học Bách Khoa Tp HCM tận tình giúp đỡ hướng dẫn học tập suốt trình thực luận văn, ý kiến q báu thầy giúp tơi học tập khắc phục nhiều thiếu sót để hồn thành luận văn Thầy Ts Trần Trung Tính, Bộ mơn Kỹ thuật điện, Khoa Công Nghệ, Trường Đại học Cần Thơ Thầy Ts Phạm Đình Trực, Bộ mơn Thiết Bị Điện, Khoa Điện – Điện Tử, Đại học Bách Khoa Tp HCM giúp đỡ, góp ý cung cấp nhiều tài liệu hữu ích cho luận văn Cám ơn anh em quan chia kiến thức, cơng việc để tơi có thêm kiến thức thời gian hoàn thoàn tốt luận văn Xin chân thành cảm ơn gia đình người thân yêu tạo điều kiện, động viên, giúp đỡ chỗ dựa vững giúp an tâm học tập vượt qua khó khăn thời gian qua Kính chúc sức khỏe quí thầy bạn HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang i Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hồng Hơn TĨM TẮT LUẬN VĂN Giới thiệu luận văn: Sự phát triển cao lượng hóa thạch qua hai thập kỷ đến gần cạn kiệt, đồng thời thủ phạm gây ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng xấu đến môi trường sức khỏe người dân Hơn nguồn nhiên liệu ổn định giá có xu ngày tăng cao Vì lượng có hội phát triển, lượng gió Ngày lượng gió hịa lưới điện quốc gia phát triển mạnh Canada năm 2003 683,0MW đến hết năm 2008 lên đến 2369,0 MW, hệ thống hòa lưới điện quốc gia đẩy mạnh lên kích cỡ số lượng turbine gió nên cơng suất tăng lên giới Trong loại turbine gió, máy phát điện không đồng nguồn kép (DFIG) sử dụng rộng rãi, DFIG so với máy phát đồng khơng có lợi kinh tế mà cịn điều khiển với nhiều cấp tốc độ gió khác cho công suất tối ưu nhất, từ việc xác định điểm cơng suất cực đại (MPPT) nhằm giúp nâng cao hiệu suất hoạt động hệ thống lượng lưới điện quốc gia Điểm nhấn luận văn: - Xây dựng mơ hình tốn học điều khiển định hướng trường cho máy phát điện gió không đồng nguồn kép - Dùng phần mềm Matlab simulink để mơ mơ hình tốn học điều khiển định hướng trường cho máy phát điện gió khơng đồng nguồn kép - Dùng điều khiển Fuzzy logic điều chỉnh góc pitch  để DFIG đạt cơng suất cực đại thông qua phương pháp Power Signal Feedback control (PSF) thể phần mềm Matlab simulink Ý nghĩa đề tài DFIG loại turbine có tốc độ thay đổi dãy hoạt động hạn chế hệ số công suất cực đại biến đổi phía rotor 0.59 (Albert Betz’s Law) dãy giá trị có ích dao động từ 0.2 đến 0.4 [8] Vì việc xác định MPPT góp phần nâng cao hiệu suất DFIG Việc dùng điều khiển Fuzzy logic điều chỉnh góc pitch  HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang ii Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn để DFIG đạt công suất cực đại thông qua phương pháp PSF đáp ứng hai yêu cầu xác thời gian đáp ứng nhanh Đề tài mang ý nghĩa quan trọng, qua cơng trình nghiên cứu tìm phương án cực đại cơng suất máy phát điện gió nhằm cung cấp điện kinh tế, có tham vọng làm giảm giá thành thị trường điện tạo điều kiện thúc đẩy kinh tế xã hội nước ta phát triển, đồng thời cách giải toán làm giảm ô nhiễm môi trường nhiệt điện, lượng hóa thạch gây Ngồi ra, đề tài cịn mang lại cho học viên nhiều kiến thức hữu ích HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang iii Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn MỤC LỤC LỜI CÁM ƠN i TÓM TẮC LUẬN VĂN ii MỤC LỤC iv DANH SÁCH LIỆT KÊ HÌNH HỌA ix DANH SÁCH LIỆT KÊ BIỂU xiii DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU xiv DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT xvii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ .1 1.1 TÌNH HÌNH PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG 1.1.1 Năng lượng thiếu bền vững .1 1.1.2 Vai trị khí tự nhiên lượng toàn cầu 1.1.3 Năng lượng các-bon thấp .3 1.1.4 Khủng hoảng tài tác động tới ngành lượng tồn cầu biến đổi khí hậu 1.2 ĐÔI NÉT VỀ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ 1.2.1 Lịch sử phát triển máy phát điện chạy sức gió 1.2.2 Đặc điểm chung máy phát điện chạy sức gió 1.2.3 Những lợi ích sử dụng gió để sản xuất điện (điện gió) .9 1.3 ĐỘNG LỰC NGHIÊN CỨU VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 11 1.3.1 Một viễn cảnh tươi sáng điện gió 11 1.3.2 Những lợi ích mơi trường xã hội điện gió 12 1.3.3 Tiềm điện gió Việt Nam 13 1.3.3.1 Chế độ thời tiết .13 1.3.3.2 Số liệu gió .14 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIĨ .17 2.1 Q TRÌNH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ 17 2.1.1 Sự hình thành gió 17 2.1.2 Gió lượng gió 17 2.1.3 Thống kê phân bố gió 19 2.1.4 Điều khiển hoạt động turbine gió 1.5MW 20 HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang iv Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn 2.2 THIẾT BỊ BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ 21 2.2.1 Phân loại cánh quạt turbine gió 21 2.2.1.1 Cánh quạt turbine gió bố trí theo trục đứng 21 2.2.1.2 Cánh quạt turbine gió bố trí theo trục ngang 22 2.2.1.3 So sánh cánh quạt turbine bố trí theo trục đứng cánh quạt turbine bố trí theo trục ngang 23 2.2.2 Hộp số 23 2.2.3 Cột dựng máy phát điện gió 23 2.2.4 Máy phát điện turbine gió 24 2.2.5 Các loại turbine gió .24 2.2.5.1 Type A: Tốc độ gió cố định .25 2.2.5.2 Type B: Tốc độ thay đổi nhờ thay đổi điện trở rotor 25 2.2.5.3 Type C: Tốc độ thay đổi với máy phát điện cảm rotor dây quấn 26 2.2.5.4 Type D: Tốc độ thay đổi với máy phát điện đồng 26 2.2.6 So sánh hệ thống phát điện turbine gió 27 2.2.7 Sự phát triển DFIG hệ thống phát điện turbine gió 28 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH TỐN HỌC TURBINE GIÓ VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN NGUỒN KÉP 30 3.1 TỔNG QUAN VỀ TURBINE GIÓ VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN NGUỒN KÉP DFIG 30 3.2 MƠ HÌNH TURBINE GIĨ 31 3.3 MƠ HÌNH TOÁN HỌC CỦA DFIG 34 3.3.1 Mơ hình tốn máy điện DFIG vector không gian 34 3.3.2 Mơ hình tốn học DFIG hệ qui chiếu quay 36 CHƯƠNG 4: LÝ THUẾT ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG VECTOR TRƯỜNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP .38 4.1 ĐIỀU KHIỂN MOMENT ĐỘNG CƠ DC 38 4.2 ĐIỀU KHIỂN MOMENT ĐỘNG CƠ AC 39 4.3 CÁC ĐIỀU KHIỂN TRONG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ DFIG 39 4.3.1 Phương trình điều khiển định hướng từ thông stator 39 4.3.2 Điều khiển converter phía rotor .42 4.3.3 Điều khiển converter phía lưới 43 HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang v Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn 4.4 BỘ ĐIỀU CHỈNH PID SETPOINT WEIGHTING VÀ ANTI-WINDUP 45 4.5 BỘ BIẾN ĐỔI CƠNG SUẤT CONVERTER BACK TO BACK AC-DC-AC .47 4.5.1 Mơ hình Converter kết nối rotor máy phát với lưới 47 4.5.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (sin PWM) 49 4.6 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ VÀ CƠNG SUẤT TURBINE GIÓ VỚI MÁY PHÁT DFIG 50 4.6.1 Điều khiển tốc độ turbine gió .50 4.6.2 Điều khiển công suất máy phát DFIG 50 CHƯƠNG 5: MƠ HÌNH MƠ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ DFIG 1.5MW TRONG MATLAB SIMULINK 52 5.1 MÔ HÌNH TURBINE GIĨ (WIND TURBINE) 53 5.1.1 Khối “Cp” dùng để tính hiệu suất turbine Cp .54 5.1.2 Khối “Constant” 55 5.2 MƠ HÌNH TRỤC TRUYỀN ĐỘNG (SHAFT) 56 5.2.1 Khối tính T_shaft 57 5.2.2 Khối tính Wturb .57 5.3 MƠ HÌNH MÁY PHÁT GENERATOR .58 5.3.1 Sơ đồ khối abc2dq 60 5.3.1.1 Sơ đồ khối “Tính Vds” 60 5.3.1.2 Sơ đồ khối “Tính Vqs” 61 5.3.1.3 Sơ đồ khối “Tính Vdr” 61 5.3.1.4 Sơ đồ khối “Tính Vqr” 62 5.3.2 Sơ đồ khối DFIG 62 5.3.2.1 Sơ đồ khối “Tính idqr idqs” 63 5.3.2.2 Sơ đồ khối “Tính phi” 71 5.3.2.3 Sơ đồ khối “Tính Te” 71 5.3.3 Sơ đồ khối dqabc .71 5.3.3.1 Sơ đồ khối iabcs 72 5.3.3.2 Sơ đồ khối iabcr 72 5.4 MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN CONVERTER PHÍA ROTOR 73 5.4.1 Khối tính Ps Qs .74 5.4.1.1 Khối “abc2dq” .75 HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang vi Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn 5.4.1.2 Khối “tính P&Q” 76 5.4.2 Khối “speed control” điều khiển tốc độ rotor turbine .77 5.4.3 Mơ hình điều khiển converter phía rotor 77 5.4.3.1 Khối “Tính ims” .78 5.4.3.2 Khối “Tính voltage” .79 5.4.3.3 Mơ hình khối PWM 79 5.4.3.4 Bộ điều chỉnh PID Setpiont weighting Anti-Windup 81 5.4.4 Mơ hình điền khiển convertor phía rotor 81 5.4.4.1 Khối “calculate Pr” 82 5.4.4.2 Khối DC link điều khiển điện áp DC .84 5.4.4.3 Khối tính góc deta 84 5.4.4.4 Khối abc sang dq 85 5.4.4.5 Khối Vdq sang idq .86 5.4.4.6 Khối tính id iq 86 5.4.4.7 Khối “Calculate P&Q” 87 5.4.5 Mơ hình nghịch lưu cấp nguồn cho rotor máy phát 87 5.5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG, SO SÁNH VÀ NHẬN XÉT .88 5.5.1 Kết mô 88 5.5.2 So sánh nhận xét .90 CHƯƠNG 6: ĐIỀU KHIỂN MỜ (FLC) 92 6.1 LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ 92 6.1.1 Điều khiển mờ .92 6.1.2 Nguyên lý điều khiển mờ .93 6.1.3 Những nguyên tắc tổng hợp điều khiển mờ .94 6.2 THÍ DỤ .95 6.3 ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN MỜ TRONG ĐIỀU KHIỂN GÓC PITCH  99 6.3.1 Nguyên lý điều khiển 99 6.3.2 Mô FLC Matlab Simulink 101 6.3.3 So sánh kết mô DFIG điều khiển FLC với điều khiển PI 101 CHƯƠNG 7: TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI – TỐI ƯU CƠNG SUẤT 104 7.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI 104 HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang vii Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hồng Hơn (c) Hình 6.5: Ngõ vào error (a), dError (b) ngõ beta FLC (c) 6.3.2 Mô FLC Matlab Simulink Như chương dùng FLC vào khâu điều khiển góc pitch cánh quạt gió để mặt tiếp xúc gió nhiều hay nhằm tạo tốc độ turbine ổn định hay tối ưu cơng suất đầu theo mong muốn (hình 6.6) Hình 6.6: Mơ hình điều khiển góc pitch dùng FLC 6.3.3 So sánh kết mô DFIG điều khiển FLC với điều khiển PI HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 101 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn DFIG với điều khiển PI 11.5 11.5 11 11 Wind speed (m/s) Wind speed (m/s) DFIG với điều khiển FLC 10.5 10.5 10 9.5 10 10 20 30 Time (s) 40 50 9.5 60 10 20 1600 1600 1400 1400 1200 1200 1000 800 600 400 50 60 40 50 60 600 400 -200 10 20 30 Time (s) 40 50 60 10 20 x 10 0 Ps (W) -1 -2 -3 -3 10 20 30 Time (s) (c) HVTH: Nguyễn Thái Sơn 40 50 60 x 10 -1 -2 30 Time (s) (b) Ps (W) 40 800 (b) -4 60 1000 50 200 200 -200 40 (a) Generator speed (rpm) Generator speed (rpm) (a) 30 Time (s) -4 10 20 30 Time (s) (c) Trang 102 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn 6 x 10 1 0 -1 -1 Ptotal (W) Ptotal (W) -2 -2 -3 -3 -4 -4 -5 10 20 30 Time (s) 40 50 60 x 10 -5 10 (d) 20 30 Time (s) 40 50 60 (d) Hình 6.7: So sánh kết mơ DFIG điều khiển FLC DFIG điều khiển PI (a) Tốc độ gió, (b) Tốc độ máy phát, (c) Công suất thực stator, (d) Công suất phát lên lưới - Nhận xét: Từ hình 6.7 ta thấy DFIG với điều khiển góc pitch FLC có thời gian xác lập ngắn nhiều so với DFIG với điều khiển góc pitch PI Vì DFIG với điều khiển góc pitch FLC chọn để tối ưu công suất máy phát DFIG 1.5MW HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 103 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hồng Hơn CHƯƠNG TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI – TỐI ƯU CÔNG SUẤT 7.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI 7.1.1 Giải thuật Perturb and Obverve Giải thuật Perturb and Obverve (P&O), gọi phương pháp hill climbing searching (HCS), giải thuật tương đối phổ biến dựa tốc độ turbine làm thay đổi công suất turbine Nguyên lý giải thuật thể hình 7.1: Hình 7.1: Giải thuật P&O Nếu sai số tốc độ turbine T sai số PT hoạt động theo khu vực Uphill theo chiều hướng tăng down-hill theo chiều hướng giảm, tìm điểm công suất cực đại Xét khoảng thay đổi nhỏ, ta được: T > ∆PT/∆ωT > T < ∆PT/∆ωT < Quá trình xét điểm liền kề đến ∆PT/∆ωT = điểm cực đại cần tìm Nhận xét: Giải thuật P&O khó để tìm điểm cơng suất cực đại tốc độ gió liên tục thay đổi, nên khơng thể ứng dụng tìm điểm cơng suất cực đại máy phát điện gió HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 104 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn 7.1.2 Giải thuật Wind Speed Measurement (WSM) Đây giải thuật điều khiển tốc độ turbine để đạt giá trị tốc độ  P , từ cơng max suất cực đại tìm tương ứng với giá trị tốc độ gió V Trong giải thuật WSM tốc độ gió tốc độ WT đo đạt xác nên tỉ số tốc độ tối ưu opt xác định để điều khiển (hình 7.2) Hình 7.2: Sơ đồ giải thuật WSM Nhận xét: Mặc dù phương pháp đơn giản để tìm điểm cơng suất cực đại, có khó khăn thực phương pháp - Một là: Để đáp ứng xác giá trị tốc độ gió phức tạp khó khăn - Hai là: Tỉ số tốc độ tối ưu opt phụ thuộc vào phận cấu thành hệ thống lượng gió 7.1.3 Giải thuật Power Signal Feedback (PSF) Hình 7.3: Sơ đồ giải thuật PSF HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 105 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn Giải thuật PSF thể hình 7.3, để thực phương pháp này, ta phải lập bảng liệu đầu công suất cực đại ứng với tốc độ gió bảng lookup table Nguyên lý giải thuật PSF giải thích hình 7.4 Hình 7.4: Sơ đồ Công suất cực đại nhiều cấp tốc độ Từ hình 7.4 ta thuyết lập bảng: Điểm Tốc độ gió Tốc độ turbine Cơng suất A V1 WT1 P1 B V0 WT0 P0 C V2 WT3 P2 Bảng 7.1 Công suất cực đại ứng với tốc độ turbine Nhận xét: Ở phương pháp thực nhiều cấp tốc độ gió khác nhau, khơng cần xác định xác tốc độ gió Phương pháp có ưu điểm so với hai phương pháp trước Vì luận văn chọn giải thuật thực khối công suất cực đại cho hệ thống máy phát điện gió DFIG HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 106 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hồng Hơn 7.2 MƠ PHỎNG TỐI ƯU CÔNG SUẤT DÙNG PHƯƠNG PHÁP PSF CHO MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ DFIG 1.5MW TRONG MATLAB SIMULINK 7.2.1 Thiết lập bảng lookup table phương pháp PSF Từ phương trình 3.1 3.2 ta thiết lập bảng lookup table ứng hiệu suất turbine đạt giá trị lớn Cp = 0.47 góc pitch  = với tỉ số tốc độ  = 6.76 với sau: Tốc độ gió 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 11.5 12.5 Tốc độ Turbine T 0.759 0.928 1.097 1.266 1.485 1.603 1.772 1.941 2.109 Công suất PT 131,793 240,626 397,186 610,151 888,199 1,240,008 1,500,000 1,500,000 1,500,000 Bảng 7.2: Bảng lookup table tối ưu công suất Từ bảng lookup table ta có đường đặc tính cơng suất phát cực đại turbine máy phát DFIG (hình 7.5) 15 x 10  Ptotal (W) 10 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 Wtur (rad/s) 1.4 1.6 1.8 Hình 7.5: Đường cong cơng suất cực đại máy phát DFIG 1.5MW HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 107 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn 7.2.2 Mơ mơ hình tối ưu cơng suất máy phát điện DFIG 1.5MW Mơ hình tổng thể điều khiển tối ưu cơng suất máy phát điện DFIG 1.5MW (hình 7.6) Source: 960V wr Tshaft/G vabcs vabcs iabcs vabcr iabcr wg vabcr iabcs iabcs iabcr iabcr DFIG vabcr v nr 15*u[1]/pi Psref wr Fcn Ps* Qs* Qsref v (m/s) T_shaft /G Wr Qg* beta 1500 1450 beta(deg) Tturb T_turb wturb SHARFT vdcref wturb beta Tturb WIND TURBINE n* CONVERTER Fcn1 Psref wturb wturb nturb 15*u[1]/pi Khoi cong suat cuc dai Hình 7.6: Mơ hình tổng thể điều khiển tối ưu cơng suất máy phát điện DFIG 1.5MW Mơ hình khối công suất cực đại Matlab Simulink: wturb Psref -1 1 Psref Lookup Table wturb Gain Khoi cong suat cuc dai Hình 7.6: Khối cơng suất cực đại HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 108 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hồng Hơn 7.3 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG TỐI ƯU CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA DFIG ĐƯỢC ĐIỀU KHIỂN GÓC PITCH BẰNG FLC 13 12.5 W inds speed(m/s) 12 11.5 11 10.5 10 9.5 10 20 30 Time (s) 40 50 60 40 50 60 40 50 60 (a) 1600 1400 G enerator speed(rpm ) 1200 1000 800 600 400 200 -200 10 20 30 (Time (s) (b) 12 Pitchangel (deg) 10 0 10 20 30 Time (s) (c) HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 109 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn x 10 Ptotal (W ) -1 -2 -3 -4 -5 10 20 30 Time (s) 40 50 60 (d) Hình 7.7: Kết điều khiển tối ưu cơng suất DFIG_1.5MW (a) Vận tốc gió, (b) Tốc độ máy phát, (c) Góc pitch, (d) Cơng suất phát lên lưới điện 7.4 NHẬN XÉT - Mơ hình điều khiển vận hành ổn định, kết điều khiển công suất phát lên lưới tối ưu máy phát vận hành chế độ xác lập - Giá trị tốc độ máy phát điều khiển theo giá trị đặt với nref = 1450 rpm, tốc độ máy phát dao động quanh giá trị đặt - Trường hợp tốc độ gió lớn định mức, góc pitch điều chỉnh tương ứng với giới hạn 80/s, công suất phát định mức Nếu tốc độ gió nhỏ định mức, góc pitch điều khiển khơng turbine gió phát cơng suất cực đại HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 110 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 8.1 KẾT LUẬN Nguồn lượng tái tạo từ gió nguồn lượng sạch, yêu cầu lượng điện ngày tăng, đồng thời tiềm lượng gió nước ta lớn Do đó, việc nghiên cứu thiết kế hệ thống phát điện sức gió phát lên lưới điện quốc gia vấn đề mang tính thời có ý nghĩa, đặc biệt giai đoạn nguồn lượng truyền thống cạn kiệt dần khuyến khích sử dụng lượng tái tạo phục vụ nhu cầu lượng Để dễ theo dõi, luận văn bố cục thành chương tìm hiểu vấn đề sau đây: - Tình hình phát triển lượng gió nay, phân tích tiềm triển vọng lượng gió Việt Nam - Tìm hiểu ngun lý hoạt động DFIG, phát triển mạnh mẽ DFIG hệ thống loại máy phát điện gió - Mơ hình hóa DFIG mơ phần mềm Matlab Simulink - Dùng FLC điều khiển góc pitch cánh gió để có thời gian xác lập ngắn - Dùng giải thuật PSF tối ưu công suất cho máy phát điện DFIG 8.2 KIẾN NGHỊ Sau trình thực đề tài, tác giả xin đề xuất số vấn đề sau đây: - Tiếp tục nghiên cứu phát triển đề tài để đề tài thực có ý nghĩa mặt thực tiễn, có khả ứng dụng cao - Có sách đầu tư thỏa đáng cho lĩnh vực nghiên cứu thực dự án ứng dụng nguồn lượng tái tạo, đặc biệt ứng dụng lượng gió để phát điện Bản luận văn hoàn thành tốt nhiệm vụ đặt hy vọng tài liệu tích cực cho q trình nghiên cứu thiết kế phục vụ chế tạo máy phát điện chạy sức gió bạn u thích ngành lượng nói chung lượng gió nói riêng HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 111 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Lê Trương Nhã, Huỳnh Nhất Trung (2010), Điều khiển thông minh máy phát điện gió khơng đồng nguồn kép (DFIG), Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh [2] Theo nguồn http://www.windenergy.org.vn/, tháng 10 năm 2010 [3] Sử dụng lượng tiết kiệm hiệu quả: Việt Nam, Nguồn lượng gió lớn Đơng Nam Á, Trường Đại học Điện Lực, Từ Liêm - Hà Nội, 2011 [4] PGS.TS.Đặng Đình Thống, Cơ sở lượng tái tạo, NXB Khoa học kỹ thuật Hà nội 2006 Tiếng Anh [5] I Margaris, A Tsouchnikas, N Hatziargyriou, Simulation of Doubly Fed Induction Generator Wind Turbines, School of Electrical and Computer Engineering National Technical University of Athens Athens, Zografou 15780 Greece [6] F Blaabjerg, Zhe Chen, and S.B Kjaer, Power electronics as efficient interface in dispersedpower generation systems, IEEE Trans on Power Electronics, vol 19, Issue: 5, pp.1184 –1194, Sept 2004 [7] K Raiambal and C Chellamuthu, Modeling and simulation of grid connected wind electric generating system, in Proc IEEE TENCON, India, pp.1847–1852, 2002 [8] S.Heier, Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems, Chapter 1, John Wiley & SonsLtd, 1998 [9] Changhong Shao, Xiangjun Chen and Zhonghua Liang, Application Research of Maximum Wind-energy Tracing Controller Based Adaptive Control Strategy in WECS, IPEMC 2006 [10] Baike Shen, Bakari Mwinyiwiwa, Yongzheng Zhang, and Boon-Teck Ooi, Sensorless Maximum Power Point Tracking of Wind by DFIG Using Rotor osition Phase Lock Loop (PLL), IEEE Trans, power electronics, VOL 24, NO 4, APRIL 2009 [11] S Masoud Barakati, Modeling and Controller Design of a Wind Energy Conversion System Including a Matrix Converter, A thesis presented to the University of Waterloo, Canada, 2008 Cite: http://uwspace.uwaterloo.ca/bitstream/10012/3786/1/ Final_ver_correction8.pdf HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 112 Luận văn Thạc sĩ [12] GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn Thomas Ackermann, Lennart Soder, An overview of wind energy-status 2002, Royal Institute of Technology, Department of Electric Power Engineering Electric Power Systems Teknikringen 33, S-10044 Stockholm, Sweden, 2002 [13] Alena Minina, Technical wind energy potential in Russia, Master’s thesis, 2009 [14] T Ackermann, Wind Power in Power Systems, Sweden, John Wiley & Sons, 2005 [15] Arash Abedi, Mojtaba Pishvaei, Ali Madadi, Homayoun Meshgin Kelk, Analyzing Vector Control of a Grid-Connected DFIG under Simultaneous Changes of Two Inputs of Control System, Department of Electrical Engineering, Tafresh University, Iran, 2010 [16] S Masoud Barakati, Wind Turbine Systems: History, Structure,and Dynamic Model, Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Sistan and Baluchestan Zahedan, Iran, chapter 2, 2010 [17] Hee-Sang Ko, Gi-Gab Yoon, and Won-Pyo Hong, Active Use of DFIG-Based Variable-Speed Wind-Turbine for Voltage Regulation at a Remote Location, IEEE Trans, Power systems, November 2007 [18] J Marques, H Pinheiro, H A Gründling, J R Pinheiro, H L Hey, A survey on variable-speed wind turbine system, Group of Power Electronics and Control – GEPOC UFSM/CT/NUPEDEE, Campus Universitário, Camobi 97015-900, Santa Maria, RS, Brazil [19] Slavomir Seman, Transient performance analysis of wind-power induction generators, TKK Dissertations 45Espoo 2006 [20] M.G Molina, P.E Mercado, An efficient control strategy of variable speed wind turbine generator for three-phase grid-connected applications,Universidad Nacional de San Juan – UNSJ Argentina, 2009 [21] Saïd DRID, Abdesslem MAKOUF and Mohamed-Sạd NẠT-SẠD, Variable speed Doubly Fed Induction Generators Power Control with Wind Turbine Maximum Power Point Tracking, University of Batna, Rue M.E.H Boukhlof, Algeria, 2010 [22] Shabani, A Deihimi, A New Method of Maximum Power Point Tracking for DFIG Based Wind Turbine, Bu Ali Sina university, Hamedan, I R Iran, 2010 HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 113 Luận văn Thạc sĩ [23] GVHD: TS Trịnh Hoàng Hơn B.Chitti Babu, K.B.Mohanty, Doubly-Fed Induction Generator for Variable Speed Wind Energy Conversion Systems- Modeling & Simulation, International Journal of Computer and Electrical Engineering, Vol 2, No 1, February, 2010 [24] Tinglong Pan, Zhicheng Ji, Zhenhua Jiang, Maximum Power Point Tracking of Wind Energy Conversion Systems Based on Sliding Mode Extremum Seeking Control, School of Communication and Control Engineering, Jiangnan University, China, 2008 [25] Jianzhong Zhang, Ming Cheng, Zhe Chen, Xiaofan Fu, Pitch Angle Control for Variable Speed Wind Turbines, china, 2008 [26] A Musyafa’, A Harika, I M Y Negara, I Robandi, Pitch angle control of variable low rated speed wind turbine using fuzzy logic controller, International Journal of Engineering & Technology IJET-IJENS Vol: 10 No: 05, 2010 HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 114 Luận văn Thạc sĩ GVHD: TS Trịnh Hồng Hơn LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên học viên: NGUYỄN THÁI SƠN Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 05/7/1983 Nơi sinh: Bạc Liêu Địa liên lạc: 190/15/6A đường 30-4, P Hưng Lợi, Q Ninh Kiều, TP Cần Thơ Điện thoại: 0909.615.613 Email: thaison@ctu.edu.vn Quá trình đào tạo: - Từ năm 2001 đến 2006: học Trường Đại học Cần Thơ, chuyên ngành Kỹ thuật Điện - Từ năm 2010 đến 2012: Học viên Cao học ngành Thiết Bị, Mạng Nhà Máy Điện, trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Q trình cơng tác: - Từ tháng 9/2007 đến nay: Giảng viên Trường Đại học Cần Thơ HVTH: Nguyễn Thái Sơn Trang 115 ... học điều khiển định hướng trường cho máy phát điện gió khơng đồng nguồn kép - Dùng phần mềm Matlab simulink để mơ mơ hình tốn học điều khiển định hướng trường cho máy phát điện gió khơng đồng nguồn. .. nhà máy điện MSHV: 10180115 I- TÊN ĐỀ TÀI: TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KHƠNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP DÙNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG TRƯỜNG VÀ PSF II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tình hình phát. .. THUẾT ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH HƯỚNG VECTOR TRƯỜNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ KHƠNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP .38 4.1 ĐIỀU KHIỂN MOMENT ĐỘNG CƠ DC 38 4.2 ĐIỀU KHIỂN MOMENT ĐỘNG CƠ AC 39 4.3 CÁC ĐIỀU KHIỂN