L ỜI CẢM ƠN
2.6.2Mục đích và chiến lược điều khiển
Mục đích chính của hệ thống điều khiển turbine gió là việc giới hạn công suất và tốc độ dưới những giá trị xác định để đảm bảo turbine làm việc an toàn trong điều kiện gió lớn. Những turbine gió đầu tiên sử dụng các thiết bị cơ khí đơn giản để thực hiện những yêu cầu điều khiển đó, nhưng khi các turbine gió có kích thước và công suất lớn, các tiêu chuẩn điều khiển yêu cầu khắt khe hơn và các cơ chế điều khiển cũng trở nên phức tạp hơn. Thêm vào đó, các hệ thống điều khiển không đơn thuần chỉ là giữ cho turbine làm việc trong điều kiện an toàn mà còn phải làm tăng hiệu quả và chất lượng của quá trình chuyển hóa năng lượng. Các hệ thống điều khiển đã dần được cải tiến để đóng một vai trò quyết định trong các turbine gió ngày nay.
2.6.2.1 Mục đích
Một turbine gió về cơ bản là một thiết bị thu nhận năng lượng gió và biến đổi nó thành dạng năng lượng sử dụng được với mục đích cực tiểu hóa chi phí sản suất, cực đại hóa năng lượng thu về và đảm bảo các tiêu chuẩn kết nối lưới. Để đạt được điều này, turbine gió phải đáp ứng một loạt các mục tiêu thành phần. Các mục tiêu này có quan hệ mật thiết với nhau và có thể được chia thành các loại sau:
- Năng lượng: Việc cực đại hóa năng lượng thu về có tính đến các giới hạn vận hành an toàn bao gồm giới hạn công suất, tốc độ vận hành và tốc độ gió v.v…
- Tải cơ khí: Tránh cho hệ WECS khỏi quá tải. Mục tiêu này bao gồm khả năng giảm tải tức thời, giảm tải tần số cao và tránh hiện tượng cộng hưởng.
- Chất lượng điện năng: Duy trì điện năng phát ra phù hợp các tiêu chuẩn kết nối.
2.6.2.2 Chiến lược điều khiển
Chiến lược điều khiển turbine gió được lập trình để đạt đến một đường cong công suất lý tưởng ổn định trong mặt phẳng công suất – tốc độ gió (Hình 2.22). Chiến lược điều khiển có ảnh hưởng đến việc cài đặt và thiết kế bộ điều khiển. Một mô hình phù hợp nhất để miêu tả chiến lược điều khiển là không gian momen – tốc độ quay – tốc độ gió. Tuy nhiên, các đường cong thường được biểu diễn trên mặt phẳng momen – tốc độ quay.
Trong thực tế turbine gió luôn luôn phải làm việc trong những điều kiện tốc độ gió khác nhau, vì thế chiến lược điều khiển phải đảm bảo turbine gió hoạt động tốt nhất trong toàn dải tốc độ gió. Có thể chia thành 4 loại chiến lược sau:
1. FS – FP (Fixed Speed – Fixed Pitch): Tốc độ không đổi, góc nghiêng không đổi 2. FS – VP (Fixed Speed – Variable Pitch): Tốc độ không đổi, góc nghiêng thay đổi 3. VS – FP (Variable Speed – Fixed Pitch): Tốc độ thay đổi, góc nghiêng không đổi 4. VS – VP (Variable Speed – Variable Pitch): Tốc độ thay đổi, góc nghiêng thay đổi
Mỗi chiến lược đều có những ưu nhược điểm khác nhau và ứng dụng cho những thời điểm cũng như vị trí đặt NMĐG khác nhau. Hiện tại Việt Nam đã đưa vào vận hành hai NMĐG (NMĐG Tuy Phong, NMĐG Bạc Liêu), kết nối đến lưới 110kV. Cả hai nhà máy này đều sử dụng loại máy phát DFIG. Chiến lược điều khiển cho loại turbine này là VS – VP, để có những thông tin cho việc nghiên cứu tiếp theo của đề tài, sau đây sẽ phân tích chiến lược điều khiển này.
Chiến lược điều khiển tốc độ thay đổi, góc nghiêng thay đổi (VS – VP) đang ngày càng trở nên thông dụng trong các turbine hiện đại. Ở chiến lược này, turbine được lập trình vận hành với tốc độ thay đổi, góc nghiêng không đổi ở tốc độ gió dưới danh định, và góc nghiêng thay đổi ở tốc độ gió trên danh định. Hình 2.23 mô tả phương pháp điều khiển VS – VP.
Hình 2.23 Phương pháp điều khiển cơ bản VS – VP [53]
Ở tốc độ gió thấp turbine gió làm việc trên đường cong công suất cực đại giữa điểm A và điểm B. Tại điểm B tốc độ quay đạt đến giới hạn trên Ωdđ. Do đó tốc độ quay được điều chỉnh giá trị trên đoạn BC tương ứng với tốc độ gió tăng từ VΩdđ đến Vdđ. Ở tốc độ gió trên tốc độ này người ta điều khiển góc nghiêng để giữ cho turbine làm việc tại điểm C. VS làm tăng năng lượng thu được tại những tốc độ gió thấp trong khi thay đổi góc nghiêng ta sẽ điều chỉnh được hiệu suất công suất tại những tốc độ gió cao hơn. Chiến lược điều khiển này cũng đạt được đường cong công suất lý tưởng như Hình 2.22. Thêm vào đó việc thay đổi góc nghiêng sẽ làm giảm tải tức thời. Chiến lược điều khiển này cùng với chiến lược VS – FP chỉ dùng cho những turbine có công suất lớn. Hơn nữa việc điều khiển đồng thời góc nghiêng và tốc độ ở trên tốc độ gió danh định, mang lại lợi ích quan trọng về hiệu suất khí động học của hệ WECS trong điều kiện gió lớn.