LUẬN văn tốt NGHIỆP đại học mô PHỎNG WIND FARM CÔNG SUẤT 1000w BẰNG MATLAB SIMULINK

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC MÔ PHỎNG WIND FARM CÔNG SUẤT 1000W BẰNG MATLAB SIMULINK CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ThS.Nguyễn Thái Sơn SINH VIÊN THỰC HIỆN Huỳnh Phúc Điền (MSSV: B1408337) Ngành: Kỹ thuật điện – Khóa 40 Tháng 11/2018 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CƠNG NGHỆ BỘ MƠN KỸ THUẬT ĐIỆN CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc Cần Thơ, ngày 30 tháng năm 2018 PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN HỌC KỲ II NĂM HỌC 2018 – 2019 Họ tên sinh viên: Huỳnh Phúc Điền MSSV: B1408337 Ngành: Kỹ Thuật Điện – Điện tử Khoá: 40 Tên đề tài: Mô Wind Farm □ LVTN công suất 1000W Matlab Simulink Địa điểm thực hiện: □ TLTN Địa điểm: Bộ môn Kỹ Thuật Điện – Khoa Công Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ Thời gian thực hiện: 14 tuần (bắt đầu 22/1 – 29/4/2018) Họ tên người hướng dẫn khoa học (NHDKH) 1: Nguyễn Thái Sơn Họ tên người hướng dẫn khoa học 2: Mục tiêu đề tài: : Mô Wind farm công suất 1000W Matlab Simulink Các nội dung giới hạn đề tài: - Chương I: Tổng quan lượng gió - Chương II: Tìm hiểu máy phát điện gió PMSG - Chương III: Mơ hình tốn học turbine gió với máy phát điện nam châm vĩnh cửu - Chương IV: Mơ máy phát điện gió PMSG Matlab Simulink - Chương V: Wind Farm công suất nhỏ - Chương VI: Kết luận kiến nghị Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực đề tài: Kinh phí dự trù cho việc thực đề tài: SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ (Ký tên ghi rõ họ tên Ý KIẾN CỦA NHDKH (nếu có) NHDKH Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN LV&TLTN Ý KIẾN CỦA Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Họ tên cán hướng dẫn: Nguyễn Thái Sơn Tên đề tài: Mô phổng Wind farm công suất 1000W Matlab Simulink Sinh viên thực hiện: Huỳnh Phúc Điền (B1408337) Lớp Kỹ thuật điện - khóa 40 Nội dung nhận xét …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng … năm 2018 Cán hướng dẫn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆTNAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự - Hạnhphúc NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Họ tên cán phản biện: Tên đề tài: Mô Wind Farm công suất 1000W Matlab Simulink Sinh viên thực hiện: Huỳnh Phúc Điền (B1408337) Lớp Kỹ thuật điện - khóa 40 Nội dung nhận xét: …………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng … năm 2018 Cán phản biện TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự - Hạnh phúc BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Họ tên cán phản biện: Tên đề tài: Mô Wind Farm công suất 1000W Matlab Simulink Sinh viên thực hiện: Huỳnh Phúc Điền (B1408337) Lớp Kỹ thuật điện - khóa 40 Nội dung nhận xét: …………………………………………………………………………………… Cần Thơ, ngày tháng … năm 2018 Cán phản biện LỜI CẢM ƠN Em xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy ThS Nguyễn Thái Sơn, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho em ý kiến, đóng góp quý báu để em hồn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy Bộ môn Kỹ thuật điện nói riêng, thầy trường Đại học Cần Thơ nói chung trang bị cho em khối lượng kiến thức bổ ích trình học tập nghiên cứu Những kiến thức tạo tảng vững giúp em hồn thành tốt luận văn Con xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân ln động viên, giúp đỡ, chỗ dựa tinh thần vững để vượt qua khó khăn thời gian học làm luận văn Sau xin cảm ơn người bạn giúp đỡ chia kinh nghiệm học tập, nghiên cứu suốt trình làm luận văn Sinh viên thực Huỳnh Phúc Điền TÓM TẮT LUẬN VĂN Giới thiệu luận văn: Hiện với phát triển công nghiệp đại hố nhu cầu lượng cần thiết cho phát triển đất nước Vấn đề đặt phát triển nguồn lượng cho phù hợp mà không ảnh hưởng tới môi trường cảnh quang thiên nhiên Trong đó, nguồn lượng than đá, dầu mỏ, khí đốt… ngày cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trường nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính Để giảm vấn đề phải tìm nguồn lượng tái tạo, lượng để thay hiệu quả, giảm nhẹ tác động lượng đến tình hình kinh tế an ninh trị quốc gia Nhận thấy tầm quan trọng vấn đề lượng để phát triển Việt Nam có quan điểm sách sử dụng lượng hiệu nguồn lượng tái sinh có lượng gió Năng lượng gió nguồn lượng tự nhiên dồi dào, phong phú, ưu tiên đầu tư phát triển Việt Nam Nhiều dự án cơng trình khởi cơng xây dựng tiêu biểu điện gió Tuy Phong, Bình Thuận tổng cơng suất lắp đặt 30MW, cách đồng điện gió Bạc Liêu nhà máy có cơng suất lớn nước 99,2 MW Trong tất máy phát điện sử dụng hệ thống điện gió máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (PMSG) máy phát có nhiều ưu điểm, sử dụng trường hợp tính ổn định an tồn q trình hoạt động, đồng thời khơng cần nguồn điện chiều để kích từ Để tạo nhiều điện cần sử dụng nhiều turbine gió kết hợp chúng lại để tạo thành trang trại gió (Wind Farm) Một trang trại gồm nhiều turbine gió việc kết hợp nhiều turbine gió địi hỏi cần phải cần phải tính tốn để tìm cách kết hợp có hiệu suất cao việc mơ trước tác động hiệu suất turbine gió kết hợp điều cần thiết phải làm Đề tài mô turbine gió PMSG cơng suất 200W Matlab Simulink để giải vấn đề Mục tiêu: Tổng quan hình thành gió, tình hình phát triển lượng gió giới tìm Việt Nam Giới thiệu cấu trúc hệ thống khai thác lượng gió tìm hiểu máy phát điện PMSG - Xây dựng mơ hình tốn học cho máy phát điện gió PMSG Dùng phần mềm Matlab Simulink mơ mơ hình tốn học cho máy phát điện gió PMSG Mơ mơ hình Wind Farm cơng suất 1000W gồm turbine turbine có cơng suất 200W Phương pháp thực hiện: Dựa việc lược khảo tài liệu tổng quan lượng gió, cấu trúc turbine tìm hiểu máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu Cũng tham khảo báo khoa học nghiên cứu có từ xây dựng mơ hình tốn học thơng số cho hệ thống Tiến hành mô Wind farm để đánh giá công suất hiệu suất kết hợp turbine lại Chương IV: Mô hệ thống simulink matlab Hình 4.8: Sơ đồ chi tiết chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển 4.3.2 Bộ tăng áp Mơ hình tăng áp thể hình Hình 4.9: Sơ đồ tổng quát tăng áp SVTH: Huỳnh Phúc Điền 40 Chương IV: Mô hệ thống simulink matlab Hình 4.10: Sơ đồ chi tiết tăng áp 4.3.3 Bộ nghịch lưu Hình 4.11: Sơ đồ tổng quát nghịch lưu SVTH: Huỳnh Phúc Điền 41 Chương IV: Mô hệ thống simulink matlab Hình 4.12: Sơ đồ tổng quát nghịch lưu Bộ nghịch lưu có chức giúp chuyễn đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều pha tần số 50 Hz để hòa vào lưới điện SVTH: Huỳnh Phúc Điền 42 Chương V: Wind Farm công suất nhỏ CHƯƠNG V WIND FARM CÔNG SUẤT NHỎ 5.1 Trang trại gió (Wind Farm) Một trang trại gió nhóm nhiều turbine gió địa điểm sử dụng để sản xuất điện Một trang trại gió lớn bao gồm vài trăm turbine gió đơn bao phủ diện tích lên tới hàng trăm kilomet, mảnh đất turbine sử dụng cho mục đích nơng nghiệp mục đích khác Một trang trại gió ngồi khơi Nhiều trang trại gió hoạt động bờ lớn nằm Trung Quốc, Ấn Độ Hoa Kỳ Ví dụ, trang trại gió lớn giới, Trang trại gió Gansu Trung Quốc có suất 6.000 MW tính đến năm 2012, với mục tiêu 20.000 MW đến năm 2020 Tính tới tháng năm 2013, London Array với công suất 630 MW Vương quốc Anh trang trại gió ngồi khơi lớn giới Hình 5.1: Trang trại gió Gansu Trung Quốc SVTH: Huỳnh Phúc Điền 43 Chương V: Wind Farm công suất nhỏ Bảng 5.1: Mười trang trại gió lớn giới Trang trại gió 5.2 Công suất (MW) Quốc gia Chengde 1,000 Trung Quốc Dabancheng Wind Farm 500 Trung Quốc Damao Qi, Baotou City 1,600 Trung Quốc Gansu Wind Farm 6,800 Trung Quốc Hami Wind Farm 2,000 Trung Quốc Hongshagang, Town, Minqin County 1,000 Trung Quốc Kailu, Tongliao 1,000 Trung Quốc Urat Zhongqi, Bayannur City 2,100 Trung Quốc Zhang Jiakou 3,000 Trung Quốc Jaisalmer Wind Park 1,064 Ấn Độ Vị trí làm trang trại gió Thiết kế tuabin gió riêng lẻ tiếp tục tăng sức mạnh, dẫn đến sử dụng turbine cho tổng sản lượng Vị trí quan trọng thành cơng trang trại gió Điều kiện đóng góp vào vị trí trang trại gió thành cơng bao gồm: điều kiện gió, điều kiện truyền tải điện, điều kiện vật lý giá điện địa phương Tốc độ gió trung bình cao turbine gió sản xuất nhiều điện, nơi có nhiều gió tốt cho trang trại gió phát triển Nhưng với nơi có gió mạnh gió thổi hỗn loạn địi hỏi tuabin đắt tiền hơn, khơng chúng gây nguy hiểm cho turbine gió Điều kiện gió lý tưởng gió mạnh ổn định với độ xoáy thấp đến từ hướng Khoảng cách giửa turbine gió quan trọng Nếu đặt turbine gió q gần turbine gió phía trước làm thay đổi hướng gió làm ảnh hưởng đến SVTH: Huỳnh Phúc Điền 44 Chương V: Wind Farm cơng suất nhỏ turbine gió đặt phía sau Tuy nhiên đặt turbine gió q xa khơng tận dụng hết khơng gian lãng phí lượng gió Khoảng cách đặt turbine gió tối ưu khoảng 3-5 lần đường kính rotor turbine gió turbine gió hàng khoảng cách giửa hàng từ 3-9 lần đường kính rotor turbine gió Hình 5.2: Khoảng cách turbine gió Wind Farm SVTH: Huỳnh Phúc Điền 45 Chương V: Wind Farm cơng suất nhỏ 5.3 Các cách kết hợp turbine gió PMSG Wind Farm 5.3.1 Kết hợp turbine gió điện áp DC Hình 5.3: Turbine gió kết hợp điện áp DC Ưu điểm hệ thống điều khiển cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng Các turbine gió hoạt động tốc độ gió khác giúp thu tối đa lượng gió, hệ thống giúp giảm chấn động tiếng ồn hệ thống áp dụng trang trại gió Đan Mạch với cơng suất 160 MW SVTH: Huỳnh Phúc Điền 46 Chương V: Wind Farm công suất nhỏ 5.3.2 Kết hợp turbine gió điện áp AC Hình 5.4: Turbine gió kết hợp điện áp AC Hệ thống thường sử dụng trang trại gió ngồi khơi xa đất liền turbine gió kết hợp điện áp AC sau biến đổi lại thành điện áp DC cao áp (HVDC) để truyền tải vào đất liền Ưu điểm phương pháp sử dụng hệ thống HVDC để truyền tải nên giảm tổn hao công suất truyền tải với khoảng cách lớn Nhược điểm phương pháp turbine gió khơng thể hoạt động tốc độ khác nên tối ưu công suất thu SVTH: Huỳnh Phúc Điền 47 Chương V: Wind Farm cơng suất nhỏ 5.4 Mơ hình Wind Farm matlab simulink 5.2.1 Mơ hình Wind Farm kết hợp điện áp AC Hình 5.5: Wind Farm kết hợp điện áp AC Các turbine nối song song với điện áp AC pha tải sử dụng tải trở pha công suất 1000W 5.2.2 Mơ hình Wind Farm kết hợp điện áp DC Hình 5.6: Wind Farm kết hợp điện áp DC Các turbine gió nối song song với tải sử dụng tải trở công suất 1000W SVTH: Huỳnh Phúc Điền 48 Chương V: Wind Farm công suất nhỏ 5.5 Kết mô 5.3.1 Kết mơ phổng tốc độ gió cố định 12m/s 5.3.1.1 Kết mô kết hợp điện áp AC Cơng suất tổng kết hợp turbine gió điện áp AC P AC = 788 W., dòng điện IAC = 10,3 A, điện áp UAC = 44,5 V, tải sử dụng tải trở có công suất 1000W.Công suất turbine chưa kết hợp 160 W hiệu xuất kết hợp 98,5 % Nhược điểm kết hợp điện áp AC turbine chạy tốc độ khác hệ thống bị ổn định Hình 5.7: Đồ thị cơng suất, điện áp dịng điện mơ hình wind farm AC 5.3.1.2 Kết mô kết hợp điện áp DC Công suất tổng kết hợp turbine gió điện áp DC PDC = 845 W, dòng điện IDC = 18,5 A, điện áp UDC = 46,2 V, tải sử dụng tải trở có cơng suất 1000 W Cơng suất turbine gió chưa kết hợp 170 W hiệu suất kết hợp 99.53 % Hệ thống hoạt động ổn định turbine quay tốc độ khác SVTH: Huỳnh Phúc Điền 49 Chương V: Wind Farm cơng suất nhỏ Hình 5.8: Đồ thị cơng suất, điện áp dịng điện mơ hình Wind Farm DC 5.3.2 Kết mơ tốc độ gió thay đổi mơ hình Wind Farm Ta mơ với tốc độ gió thay đơi từ m/s, m/s, 10 m/s, 12 m/s tốc độ thay đổi khoảng thời gian tương ứng 2s, 2s, 2s, 4s 5.3.2.1 Kết mô tốc độ gió thay đổi mơ hình Wind AC Hình 5.9: Đồ thị điện áp, cơng suất, dịng điện mơ hình Wind Farm AC tốc độ thay đổi SVTH: Huỳnh Phúc Điền 50 Chương V: Wind Farm công suất nhỏ 5.3.2.2 Kết mơ tốc độ gió thay đổi mơ hình Wind Farm DC Hình 5.10: Đồ thị điện áp, cơng suất, dịng điện mơ hình Wind Farm DC tốc độ thay đổi 5.3.3 Kết mô turbine gió khơng tốc độ Turbine gió chạy tốc độ gió 10 m/s, turbine cịn lại chạy tốc độ gió 12 m/s 5.3.3.1 Kết mơ mơ hình Wind Farm AC Hình 5.11: Đồ thị điện áp, cơng suất, dịng điện mơ hình Wind Farm AC có turbine chạy tốc độ khác SVTH: Huỳnh Phúc Điền 51 Chương V: Wind Farm công suất nhỏ 5.3.3.2 Kết mô mô hình Wind Farm DC Hình 5.12: Đồ thị điện áp, cơng suất, dịng điện mơ hình Wind Farm DC có turbine chạy tốc độ khác 5.6 Kết luận mô Các kết mô cho thấy việc kết nối turbine gió điện áp DC tối ưu turbine gió hoạt động tốc độ khác nên tận dụng hết cơng suất tất turbine gió Wind Farm Các turbine gió kết hợp điện áp AC có nhược điểm turbine hoạt động tốc độ khác máy phát kết hợp với bị đồng làm hệ thống ổn định dẫn đến tổn hao công suất kết hợp lớn Để kết hợp điện áp AC turbine cần có biến đổ điện áp riêng để tạo đồng cho hệ thống turbine turbine hoạt động tốc độ khác SVTH: Huỳnh Phúc Điền 52 Chương IV: Kết luận kiến nghị CHƯƠNG VI KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 Kết Luận 6.1.1 Kết đạt Thông qua đề tài: “ Mô Wind Farm công suất nhỏ Matlab Simulink” Luận văn gồm nội dung nghiên cứu sau: Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động turbine gió, máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu Mơ thành cơng mơ hình hệ thống lượng gió: turbine gió, máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu, mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển Xây dựng mơ hình Wind Farm cơng suất 1000W, nghiên cứu phương pháp kết nối turbine gió Wind Farm 6.1.2 Những mặt hạn chế Mặt dù có nhiều cố gắng, điều kiện thời gian không cho phép nên đề tài nghiên cứu cịn nhiều thiếu xót hạn chế Vì đề tài với thân nhận thức luận văn cịn hạn chế vậycịn sơ khâu chưa hồn chỉnh vài vấn đề chưa đề cập đến Luận văn mô Wind Farm gồm turbine kết hợp lại chưa mô biến đổi để hòa lưới phương pháp bảo vệ mơ hình thực tế cần phải chỉnh sửa lại muốn đưa vào thực tế Tuy nhiên luận văn tảng để xây dựng trang trại gió Việt Nam tương lai 6.2 Kiến nghị hướng phát triển đề tài Nghiên cứu tiếp tục mô hình với tải thay đổi, xem xét tác động điều kiện khác Thiết kế biến đổi điện áp để hòa lưới cho Wind Farm SVTH: Huỳnh Phúc Điền 53 Chương IV: Kết luận kiến nghị TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Hồng Quân, 2008 Nghiên cứu thiết kế hệ thống lượng gió cơng suất nhỏ dùng máy phát đồng nam châm vĩnh cửu Đại học Bách khoa Hà Nội :5-96 [2] Đặng Đình Thống, 2016 Cơ sở lượng tái tạo Nhà xuất khoa học kỹ thuật HàNội:35-159 Tiếng Anh [3] 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 [4] Theo nguồn World Wind Energy Association tháng năm 2018 [5] Frede Blaabjerg and Zhe Chen,Power Electronics For Modern Wind Turbines, Institute of Energy Technology Aalborg University, Denmark [6] Wei Tong,2010.Wind Power Generation and Wind Turbine Design, Kollmorgen Corp,USA [7] Robert Gasch and Jochen Twele,2012.Wind Power Plants Fundamentals, Design, Construction and Operation, Springer Heidelberg Dordrecht London New York [8] Addisie Belay, Maximum Power Extraction of PMSG Based Variable Speed Wind Turbine Using Self- Tuning Fuzzy Controller, Addis Ababa University, 2017 [9] Ahmad Hemami,2012.Wind Turbine Technology, Associate of McGill University, Montreal, Canada and Iowa Lakes Community College, IA, USA SVTH: Huỳnh Phúc Điền 54 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆTNAM KHOA CÔNG NGHỆ Độc lập - Tự - Hạnhphúc NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN Họ tên cán phản biện: Tên đề tài: Mô Wind Farm công suất 1000W Matlab Simulink. .. dựng mô hình tốn học cho máy phát điện gió PMSG Dùng phần mềm Matlab Simulink mơ mơ hình tốn học cho máy phát điện gió PMSG Mơ mơ hình Wind Farm công suất 1000W gồm turbine turbine có cơng suất. .. giúp đỡ chia kinh nghiệm học tập, nghiên cứu suốt trình làm luận văn Sinh viên thực Huỳnh Phúc Điền TÓM TẮT LUẬN VĂN Giới thiệu luận văn: Hiện với phát triển công nghiệp đại hố nhu cầu lượng cần