B ng thông số ca máy phát

4.1 Ch ngă4:ăTHI TăK ăMỌăHÌNHăN IăVÀăB ăL CăIMC Thiết kế h thống điều khiển máy phát đ in gió dùng mô hình nội

4.1.3 B ng thông số ca máy phát

nếu điều ki n (3.49) thỏa và có biên độ cũng do us quyết định (do lưới đi n quyết định).  e e qs s   có module là hằng số vì e / s us s    ( us và _s lần lư t là đi n áp và tần số lưới đi n đư c xem như không đổi). Theo (3.52a) và (3.52c), công su t tác d ng và mômen chỉ ph thuộc thành phần dòng đi n e

dr

i , nên e dr

i chính là đ i lư ng điều khiển công su t tác d ng đầu cực stator hoặc điều khiển mômen.

 Công su t ph n kháng chỉ ph thuộc thành phần dòng đi n e qr

i . Vì vậy, có thể sử d ng e

qr

i làm đ i lư ng điều khiển công su t kháng đầu cực stator (hoặc h số công su t).

Như vậy, có thể điều khiển độc lập công su t tác d ng và công su t ph n kháng đầu cực stator máy phát bằng cách điều khiển hai thành phần e

ds i và e

qs

i c a véctơ dòng stator hoặc e

dr i và e

qr

i c a véctơ dòng rotor.

Trong thực tế, máy phát đi n gió thư ng có công su t lớn, nên (3.49) luôn thỏa. Vì thế, ta có thể sử d ng các thành phần dòng đi n rotor e

dr i và e

qr

i như đã phân tích trên để làm biến tr ng thái điều khiển đối tư ng. Tuy nhiên, m c tiêu chính đây là điều khiển công su t trực tiếp, nên sẽ thuận l i hơn nếu ta sử d ng trực tiếp hai thành phần e

ds i và e

qs

i làm biến điều khiển tr ng thái c a h thống DFIG. Quá trình điều khiển công su t tác d ng và công su t ph n kháng đư c thực hi n bằng cách tác động lên đi n áp rotor (do thiết bị điều khiển - bộ biến đổi công su t nằm bên phía rotor) thông qua hi u chỉnh hai thành phần dòng đi n stator.

Giá trị tham chiếu điều khiển ref ds

i cho thành phần tác d ng c a véctơ dòng đi n stator có thể đư c tính toán trực tiếp từ giá trị đặt c a công su t tác d ng trong sơ đồ điều khiển công su t bằng cách dựa vào đặc tính P -ω c a tuabin gió đư c cho b i nhà chế t o (thường ở dạng bảng).

Giá trị tham chiếu điều khiển ref qs

i cho thành phần ph n kháng c a véctơ dòng stator đư c tính toán từ giá trị đặt c a công su t ph n kháng. Mặt khác, do công su t ph n kháng có liên h mật thiết với điều chỉnh đi n áp phía stator, nên giá trị điều khiển ref

qs

i cũng có thể đư c cung c p từ bộ điều chỉnh đi n áp. Nếu cho ref

s

P và ref s

Q là giá trị đặt c a công su t tác d ng và công su t ph n kháng phía stator máy phát, thì giá trị điều khiển cho các thành phần dòng đi n stator đư c tính theo:

ef ef ef 2 ef 2 , 3 3 r r r s r s ds qs s s P Q i i u u    (3.53)

Hình 3.10 Giá trị tham chiếu điều khiểncho dòng điện stator được tính từ công suất đặt

Trong trư ng h p giá trị đặt là mômen đi n từ thay vì công su t tác d ng phía đầu cực stator, thì giá trị điều khiển ref

ds

i cho thành phần dòng e ds

i đư c suy gián tiếp từ: ef ef (2 / 3 ) r e e e ds qs r ds e qs p T i i      (3.54)

Tuy nhiên, theo (3.54) thì sự biến đổi c a thành phần e qs

i (tương ng với công su t ph n kháng) sẽ nh hư ng đến giá trị điều khiển e

ds i .

Nếu bỏ qua đi n tr dây qu n stator như (3.49), e 0, e /

ds qs us s

      , biểu

th c (3.54) đư c viết l i như sau: ef ef 2 3 r r _{e s} ds s T i p u   (3.55)

CH NGă4:

THI TăK ăMỌăHÌNHăN IăVÀăB ăL CăIMC.

4.1ăThi tăk ăh ăth ngăđiềuăkhiểnămáyăphátăđi năgióădùngămôăhìnhăn i. 4.1.1ăH ăth ngăđiềuăkhiểnătuabinăgióădùngăDFIG:

H thống điều khiển tuabin gió tốc độ thay đổi dùng DFIG gồm các m c tiêu: Điều khiển công su t ph n kháng trao đổi giữa máy phát và lưới đi n, điều khiển bám các điểm vận hành tối ưu c a tuabin nhằm đ t công su t thực cực đ i nhận từ gió hoặc để h n chế công su t đầu vào nhằm tránh quá t i cho máy phát khi tốc độ gió lớn. Các h thống ph (khí động học, cơ học, đi n, v.v) c a tuabin có ph m vi th i hằng khác nhau và th i hằng đi n thư ng nhỏ hơn nhiều so với th i hằng cơ hay nói cách khác quá trình đi n động thư ng di n ra nhanh hơn r t nhiều so với quá trình động học cơ khí. Hình 4.1 trình bày sơ đồ điều khiển tổng thể c a h thống biến đổi năng lư ng gió tốc độ thay đổi dùng máy phát không đồng bộ c p nguồn từ hai phía DFIG, trong đó có thể phân bi t hai kênh điều khiển như sau:

 Điều khiển máy phát DFIG (điều khiển độc lập công su t tác d ng và công su t ph n kháng).

Kênh điều khiển máy phát DFIG bao gồm điều khiển bộ biến đổi công su t phía rotor RSC và điều khiển bộ biến đổi công su t phía lưới GSC. Kênh điều khiển tuabin gió với đáp ng động chậm hơn, bao gồm điều khiển tốc độ và điều khiển công su t đầu vào, giám sát luôn c bộ phận ch p hành góc pitch (pitch angle actuator) c a tuabin gió và giá trị đặt cho công su t tác d ng c a kênh điều khiển DFIG. Vì thế, nó cung c p tín hi u điều khiển βref trực tiếp cho bộ ch p hành góc pitch và tín hi u điều khiển công su t tác d ng r^ef

s

p

s

P và công su t ph n kháng mea s

Q (t i điểm M đầu cực stator hoặc trên lưới đi n), đi n áp mea

dc

U trên dc-link, dòng đi n qua bộ lọc mea f

i (t i điểm N), tốc độ máy phát mea

r

 và dòng đi n rotor mea r

i .

 Kênh điều khiển máy phát có ba tín hi u vào điều khiển như sau:

 Giá trị điều khiển công su t tác d ng, thông tin này đư c cung c p b i

ef

r s

p

 Giá trị điều khiển công su t ph n kháng ref

s

Q , giá này có thể đư c gán b i ngư i vận hành. Chẳng h n, trong trư ng h p lưới yếu có thể yêu cầu DFIG phát công su t kháng để hỗ tr đi n áp lưới.

 Giá trị điều khiển đi n áp ref

dc

U dc-link đư c quyết định b i kích cỡ c a bộ converter, tỷ số đi n áp stator - rotor và chỉ số điều chế c a bộ biến đổi công su t.

 Kênh điều khiển tuabin t o ra hai tín hi u điều khiển:  Giá trị điều khiển công su t tác d ng r^ef

s

p

mea r

 và công su t đo lư ng mea s

P t i điểm M. Ví d , khi tốc độ gió th p hơn tốc độ gió định m c, kênh điều khiển tuabin sẽ t o ra tín hi u điều khiển bằng cách hi u chỉnh vận tốc máy phát để tuabin nhận đư c công su t tối đa từ gió.

 Giá trị điều khiển βrefđư c đưa trực tiếp đến cánh qu t tuabin, bộ ch p hành góc pitch sẽ thực thi như một phần c a bộ điều khiển công su t.

 Giá trị này đư c t o ra dựa trên thông tin công su t đo lư ng mea s

P và công su t định m c ref

n

p (thư ng là giá trị danh định c a tuabin đư c cho b i nhà chế t o). Khi tốc độ gió th p hơn giá trị định m c, công su t đầu ra chưa đ t đến giới h n ref

n

p , kênh điều khiển tuabin sẽ giữ cho góc pitch có trị số tối ưu và t o ra giá trị điều khiển r^ef

s

p

Trong trư ng h p tốc độ gió lớn hơn giá trị định m c, kênh điều khiển tuabin sẽ ra l nh cho khâu ch p hành góc pitch hi u chỉnh giá trị β để lư t bớt công su t và ra l nh cho kênh điều khiển DFIG hi u chỉnh giá trị điều khiển r^ef

s

p

n

p , kênh điều khiển DFIG do đó ph i hi u chỉnh tốc độ máy phát về một ph m vi đư c định trước.

4.1.2 Thi tăk ăgi iăthu tăđiềuăkhiểnămôăhìnhăn iăă

Để điều khiển dòng công su t tác d ng và công su t kháng trao đổi giữa stator DFIG và lưới đi n, một gi i thuật điều khiển mô hình nội đư c thiết lập để điều khiển hai thành phần c a véctơ dòng stator. Ch t lư ng điều khiển đư c xem xét các khía c nh như đáp ng theo sự thay đổi n c và bám giá trị đặt (reference tracking), tính ổn định và bền vững c a luật điều khiển khi có sự thay đổi thông số c a mô hình do điều ki n làm vi c hoặc mô hình có sai số.

 Gi iăthi u:

Sơ đồ điều khiển dùng mô hình nội đư c trình bày hình 4.2. Trong đó, mô hình thuận là mô hình c a đối tư ng điều khiển, mô hình ngư c là nghịch đ o truyền đ t c a mô hình thuận, lọc IMC là bộ lọc thông th p xác định hàm truyền đ t c a h thống vòng kín. Nếu mô hình thuận mô t chính xác đối tư ng và trong điều ki n không có nhi u (d(t)=0), h thống làm vi c trong chế độ vòng h và hàm truyền đ t từ tín hi u đặt r(t) tới tín hi u ra y(t) đư c xác định bộ lọc IMC. Phương pháp điều khiển mô hình nội có ưu điểm là các điều ki n về ổn định nội và

tính bền vững đư c di n t một cách đơn gi n thông qua các hàm truyền đ t c a h thống nên d sử d ng trong thiết kế.

Hình 4.2: Hệ thống điều khiển dùng mô hình nội

 Nguyênălýăđiềuăkhiểnămôăhìnhăn iăđ iăv iămáyăphátăđi năDFIG

Hình 4.3: Hệ thống điều khiển mô hình nội áp dụng cho máy phát điện DFIG

Trong đó: Máy phát đi n DFIG là đối tư ng điều khiển. Mô hình thuận là mô hình c a máy phát đi n DFIG. Mô hình ngư c là nghịch đ o hàm truyền đ t c a mô hình thuận. Lọc IMC là bộ lọc thông th p, xác định hàm truyền đ t c a h thống vòng kín.