4. Phương phỏp nghiờn cứu
6.3. Hướng phỏt triển của đề tài
Trong tương lai, đề tài cú thể phỏt triển theo hướng sau: - Triển khai thực nghiệm
- Chế độ làm việc của mỏy phỏt khi cú sụt ỏp trờn lưới điện mỏy phỏt chỉ phỏt cụng suất phản khỏng để bự thiếu hụt trờn lưới, cỏc trường hợp ngắn mạch ở đầu cực mỏy phỏt và tỏc động của hệ thống bảo vệ.
LỜI CAM ĐOAN
Tụi xin cam đoan đõy là cụng trỡnh nghiờn cứu của riờng tụi. Cỏc số liệu, kết quả nờu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cụng bố trong bất kỳ
cụng trỡnh nào khỏc.
Tụi xin cam đoan rằng mọi sự giỳp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đó được cảm ơn và cỏc thụng tin trớch dẫn trong Luận văn đó được chỉ rừ nguồn gốc.
Học viờn thực hiện Luận văn
LỜI CÁM ƠN
Trước hết, Em xin trõn trọng bày tỏ lũng biết ơn sõu sắc đến Thầy NGUYỄN THANH PHƯƠNG, người đó tận tỡnh chỉ bảo, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyờn mụn và kinh nghiệm để Em thực hiện luận văn này.
Xin chõn thành cảm ơn đến tất cả qỳy Thầy, Cụ Trường Đại Học Cụng Nghệ TP. Hồ CHớ Minh, đó trang bị cho Em những kiến thức rất bổ ớch, đặc biệt là cỏc Thầy Cụ trong Khoa Điện đó tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho em rất nhiều trong quỏ trỡnh học tập cũng như trong thời gian làm Luận văn này.
Xin gởi lời cảm ơn đến Ban giỏm hiệu Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai đó hỗ trợ và giỳp đỡ Tụi trong quỏ trỡnh học tập.
Tụi xin gởi lời cảm ơn chõn thành nhất đến bạn bố, đồng nghiệp và gia đỡnh đó động viờn, giỳp đỡ và tạo cho Tụi niềm tin và nỗ lực cố gắng để hoàn thành Luận văn này.
Xin chõn thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chớ Minh, thỏng 12 năm 2013 Người thực hiện
TểM TẮT
Hiện nay nhu cầu phỏt điện chạy bằng sức giú ở Việt Nam ngày cảng trở nờn cú tớnh thực tiễn cao. Nhu cầu về điện năng đang tăng trưởng một cỏch mạnh mẽ cung với sự phỏt triển của nền kinh tế và sự tăng dõn số. Nhưng sự bựng nổ về nhu cầu về điện này lại diễn ra đỳng vào lỳc nguồn năng lượng từ dầu, than và khớ – vốn hiện tại cung cấp hơn một nửa năng lượng. Thủy điện cũng gần khai thỏc hết cụng suất của nguồn nước trờn cỏc con sụng Việt Nam. Nguồn năng lượng mặt trời vẫn đang ở giai đoạn nghiờn cứu và mới dừng lại ở cụng suất cũn nhỏ, năng lượng súng biển và thủy triều cũn đang trong giai đoạn nghiờn cứu và thử nghiệm. Trong khi đú sức giú ở Việt Nam chưa được khai thỏc nhiều.
Mỏy phỏt điện khụng đồng bộ 3 pha nguồn kộp được ứng dụng làm mỏy phỏt điện chạy bằng sức giú, nhờ khả năng điều khiển dũng năng lượng giỏn tiếp từ phớỏ rotor thay vỡ trực tiếp trờn stator. Khi đú thiết bị điều khiển đặt ở phớa rotor chỉ cần thiết kế bằng 1/3 cụng suất toàn bộ mỏy điện, cho phộp hạ giỏ thành chỉ cũn 1/3 so với cỏc loại mỏy điện khỏc. Điều này rất hấp dẫn về mặt kinh tế, nhất là khi cụng suất cỏc mỏy ngày càng tăng, mặc dự về phương phỏp điều khiển cú phần phức tạp. Trờn thế giới cú khỏ nhiều cụng trỡnh nghiờn cứu song chủ yếu theo cỏc phương phỏp điều khiển kinh điểm. Trong luận văn này, đề tài “Nghiờn cứu và xõy dựng mụ hỡnh mụ phỏng hệ thống điều khiển động cơ khụng đồng bộ nguồn kộp”.
Mỏy phỏt cấp nguồn từ hai phớa (DFIG: Doubly – Fed Induction Generator). Cú thể làm việc với cỏc vựng tốc độ khỏc nhau: trờn tốc độ đồng bộ và dưới tốc độ cơ sở thậm chớ là tốc độ mỏy lai cú thể giảm đến 65% tốc độ định mức.
Khi đặt vấn đề sử dụng DFIG làm mỏy phỏt đồng trục thay vỡ sử dụng cỏc mỏy đồng bộ kinh điển kết hợp với bộ biến đổi điện tử cụng suất thấy rằng DFIG cú những ưu điểm rất nổi bật là stator của DFIG được nối trực tiếp với lưới điện, cũn rotor nối với lưới qua thiết bị điện tử cụng suất điều khiển được. Chớnh vỡ thiết bị điều khiển cho DFIG nằm ở rotor nờn cụng suất thiết bị điều khiển chỉ xấp xỉ bằng 1/3 cụng suất mỏy phỏt và dũng nănglượng thu được chảy trực tiếp từ stator sang lưới. Như đó trỡnh bày ở trờn, đõy chớnh là ưu điểm vượt trội của DFIG so với cỏc
thiết bị mỏy phỏt khỏc cú bộ điều khiển nằm giữa stator và lưới. Tuy nhiờn, cấu trỳc ấy lại khiến cho DFIG khú điều khiển hơn rất nhiều, đặc biệt là trong cỏc tỡnh huống sự cố xảy ra trờn lưới. Khi cú sự cố trờn lưới điện, điện ỏp trờn thanh cỏi sẽ bị sụt giảm đột ngột làm cho từ thụng trong mỏy phỏt dao động rất mạnh. Từ thụng này sẽ gõy ra sức điện động cảm ứng đặt lờn rotor và nếu trị số cỏc sức điện động này lớn cú thể gõy ra dũng rất lớn.
Trong luận văn này, tỏc giả xõy dựng mụ hỡnh và mụ phỏng điều khiển mỏy phỏt khụng đồng bộ nguồn kộp (DFIG) trong hệ thống phong điện bằng cỏc bộ PID mờ trong Matlab/Simulink/plecs.
ABSTRACT
Nowadays the need for generating electricity by wind force in Viet Nam is becoming highly realistic. The significantly growing need for electricity is combined with economic development and population growth. However, the explosion of electricity need is happening as soon as the oil, coal and gas sources provides over a half energy. Hydroelectric power is exploited and nearly hydraulic source in rivers of Vietnam is exhaustible. Solar power source is being studied and just provided with low power. The wave power and tide power are searching and commissioning. Meanwhile, wind power has not been exploited significantly.
The Doubly – Fed Induction Generators have been used as electric generators run by wind power because they have controlling capacity of power indirectly by rotor instead of directly stator. The controller in rotor is designed one third as much as power of the whole generator, so its cost reduces one third down compared with other electric machines. Although it is controlled more complexibly, this gives an economical price especially when power expense is growing. There are a lot of study works for this in the world but they used classical controlling methods. In this thesis, the theme “Study and design a model stimulating control system of Doubly – Fed Induction Generator”.
Doubly – Fed Induction Generator (DFIG) is able to run with different speed areas: over synchronous speed and below basic speed even its speed can be down to 65% norm speed.
When considering using DFIG as a coaxial generator instead of using classical synchronous generators with power electronic converters, it sees that DFIG has very remarkable strengths because its stator directly connected with network and its rotor connected with the network through a controllable power electronic component. The controller for DFIG is in rotor so its power is approximately one third of the power of the generator and power current flows from stator to the network. As mentioned above, this is more significant strength of DFIG than other generators with controller in stator and rotor. However, this structure makes DFIG more
difficult to control especially in some problems happening in network. At that time, voltage in bus bar dropped suddenly makes flux magnet in generator oscillate, that causes induce electromotive force (IMF) in rotor resulting in over current.
In this thesis, we design a model stimulating control system of Doubly – Fed Induction Generator in the discharge by dim PID of Matlab/Simulink plecs.
NHẬN XẫT LUẬN VĂN THẠC SĨ
(Nhận xột của CB hướng dẫn )
Họ và tờn học viờn: Lấ VĂN CHUNG ... Đề tài luận văn: NGHIấN CỨU VÀ XÂY DỰNG Mễ HèNH Mễ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT KHễNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KẫP
Chuyờn ngành: Kỹ thuật điện ... Người nhận xột: ... Cơ quan cụng tỏc: Trường Cao Đẳng Nghề Đồng Nai ...
í KIẾN NHẬN XẫT
1-Về nội dung và đỏnh giỏ thực hiện nhiệm vụ nghiờn cứu của đề tài:
... ... ... ... ... ...
2-Về phương phỏp nghiờn cứu, độ tin cậy của cỏc số liệu:
... ... ... ... ... ...
3-Về kết quả khoa học của luận văn:
... ... ... ... ... ...
... ... ... 5-Những thiếu sút và vấn đề cần làm rừ: ... ... ... ... ... ...
6-í kiến kết luận (mức độ đỏp ứng yờu cầu đối với LVThS):
Sau thời gian hướng dẫn học viờn thực hiện đề tài, tụi nhận thấy nội dung luận văn của học viờn đó đỏp ứng cỏc yờu cầu của một Luận văn Thạc sĩ. Do đú tụi đồng ý cho học viờn………bảo vệ trước Hội đồng đỏnh giỏ Luận văn.
TP. HCM, ngày thỏng năm 20…
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Lí LỊCH KHOA HỌC
I. Lí LỊCH SƠ LƯỢC
Họ và tờn: Lấ VĂN CHUNG Giới tớnh: Nam
Ngày, thỏng, năm sinh: 02/ 09/ 1974 Nơi sinh: Thanh Húa
Quờ quỏn: Thanh Húa Dõn tộc: Kinh
Học vị cao nhất: Đại Học Năm, nước nhận học vị:
Chức danh khoa học cao nhất: Năm bổ nhiệm:
Chức vụ (hiện tại hoặc trước khi nghỉ hưu):
Đơn vị cụng tỏc (hiện tại hoặc trước khi nghỉ hưu): Chỗ ở riờng hoặc địa chỉ liờn lạc:
Điện thoại liờn hệ: CQ: 0613822254 , NR: , DĐ: 0919334355 Fax: 0613822263
E-mail: chungcdn@gmail.com
II. QUÁ TRèNH ĐÀO TẠO
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Đại học
Nơi đào tạo: Trường Đại Học SPKT Thành Phố Hồ Chớ Minh Ngành học: Điện
Nước đào tạo: Việt Nam Năm tốt nghiệp: 2003
Bằng đại học 2: Năm tốt nghiệp:
2. Sau đại học
- Bằng Thạc sĩ chuyờn ngành: Năm cấp bằng:
3. Ngoại ngữ: 1. B1 2.
Mức độ sử dụng: tốt Mức độ sử dụng:
III. QUÁ TRèNH CễNG TÁC CHUYấN MễN
Thời gian Nơi cụng tỏc Cụng việc đảm nhiệm
2003-2007 Cụng ty DYVINA Bảo trỡ
2008- nay Trường CDN Đồng Nai Giỏo viờn
IV. QUÁ TRèNH NGHIấN CỨU KHOA HỌC
1. Cỏc đề tài nghiờn cứu khoa học đó tham gia:
TT Tờn đề tài nghiờn cứu/ Lĩnh vực ứng dụng Năm hoàn thành Đề tài cấp (NN, Bộ, ngành, trường) Trỏch nhiệm tham gia trong đề tài
2. Cỏc cụng trỡnh khoa học đó cụng bố: (tờn cụng trỡnh, năm cụng bố, nơi cụng bố...)
Biờn Hũa, ngày thỏng 12 năm 2013
Xỏc nhận của chớnh quyền địa phương
(hoặc của cơ quan)
Người khai kớ tờn
MỞ ĐẦU
1. Tớnh cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Như đó đề cập ở trờn, với sự khan hiếm của cỏc nguồn năng lượng húa thạch và cỏc ảnh hưởng của chỳng đến mụi trường thỡ việc nghiờn cứu cỏc nguồn năng lượng tỏi tạo để thay thế cỏc nguồn năng lượng truyền thống là vấn đề cấp thiết nhằm khắc phục tỡnh trạng thiếu điện trầm trọng như hiện nay.
Trong những năm gần đõy đó cú nhiều nghiờn cứu nhằm sản xuất ra cỏc nguồn năng lượng sạch, chủ yếu dựa trờn năng lượng mặt trời và năng lượng giú. Hệ thống mỏy phỏt điện sức giú lợi dụng giú để làm quay tua bin mỏy phỏt tạo ra điện đang được ứng dụng nhiều trong thực tế. Với tua bin giú tốc độ thay đổi cú bộ biến đổi nối trực tiếp giữa stator và lưới thỡ hệ thống sẽ cồng kềnh, tốn kộm, do bộ biến đổi cũng phải cú cụng suất bằng cụng suất của tua bin.
Loại tuabin giú sử dụng mỏy điện cảm ứng nguồn kộp DFIG (Doubly-Fed Induction Generator), với roto dõy quấn và roto được nối với lưới điện thụng qua một bộ back-to-back converter. Cũn stato của DFIG được nối trực tiếp với lưới điện, điều khiển DFIG thụng qua điều khiển bộ back-to-back converter phớa roto. Vỡ bộ điều khiển nằm phớa roto nờn cụng suất thiết kế chỉ bằng 1/3 cụng suất stato, dẫn đến giỏ thành rẻ hơn nhiều.
Việc nghiờn cứu, xõy dựng bộ điều khiển để điều khiển dũng rotor cho mỏy phỏt điện nguồn kộp đang được chỳ ý [4, 6, 7, 22, 24]. Đề tài đưa ra phương ỏn: “Thiết kế bộ điều khiển hũa lưới cho mỏy phỏt điện sức giú sử dụng mỏy điện cảm ứng nguồn
kộp DFIG”.
2. Mục đớch nghiờn cứu, khỏch thể và đối tượng nghiờn cứu
Tỡm hiều về hệ thống DFIG và xõy dựng giải thuật điều khiển cho hệ thống.
Kết quả nghiờn cứu của đề tài sẽ gúp phần bổ sung phương phỏp điều khiển hũa lưới điện cho mỏy phỏt điện sức giú DFIG.
3. Nhiệm vụ nghiờn cứu và giới hạn của đề tài3.1. Nhiệm vụ nghiờn cứu 3.1. Nhiệm vụ nghiờn cứu
- Tỡm hiểu cỏc dạng mụ hỡnh của mỏy phỏt điện giú kết nối với lưới điện.
- Trỡnh bày cỏc phương trỡnh chuyển đổi năng lượng trong mụ hỡnh điều khiển mỏy phỏt khụng đồng bộ nguồn kộp trong hệ thống phong điện.
- Xõy dựng mụ hỡnh toỏn học cỏc phần tử điều khiển mỏy phỏt điện khụng đồng bộ nguồn kộp (DFIG).
- Xõy dựng mụ hỡnh và mụ phỏng điều khiển mỏy phỏt khụng đồng bộ nguồn kộp (DFIG) trong hệ thống phong điện bằng cỏc bộ PID mờ trong Matlab/Simulink.
- Tổng hợp, nhận xột, đỏnh giỏ kết quả mụ phỏng.
3.2. Giới hạn của đề tài
Do giới hạn về thời gian và điều kiện nghiờn cứu nờn đề tài chỉ giới hạn cỏc vấn đề như: Nghiờn cứu điều khiển hệ thống DFIG thụng qua mụ hỡnh húa và mụ phỏng dựng chương trỡnh Matlab/Simulink plecs mà khụng khụng thiết kế thi cụng mụ hỡnh thực.
4. Phương phỏp nghiờn cứu
- Tham khảo tài liệu (sỏch, bỏo và tạp chớ khoa học trờn Internet).
- Tham dự cỏc hội nghị khoa học và bỏo cỏo chuyờn đề về lĩnh vực nghiờn cứu. - Mụ hỡnh húa và mụ phỏng dựng chương trỡnh Matlab/ Simulink.
MỤC LỤC
Lời cam đoan... i
Lời cảm ơn ... ii
Túm tắt ... iii
Mục lục ... vii
Danh mục cỏc từ viết tắt ... xiii
Danh mục cỏc bảng... xv
Danh mục cỏc đồ thị và hỡnh ảnh ... xvi
MỞ ĐẦU. ... 1
1. Tớnh cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ... 1
2. Mục đớch nghiờn cứu, khỏch thể và đối tượng nghiờn cứu. ... 1
3. Nhiệm vụ nghiờn cứu và giới hạn của đề tài. ... 2
3.1. Nhiệm vụ nghiờn cứu. ... 2
3. 2 Giới hạn của đề tài. ... 2
4. Phương phỏp nghiờn cứu... 2
Chương 1: TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG GIể ... 3
1.1. Hiện trạng về phỏt triển Điện giú trờn thế giới ... 3
1.1.1. Giới thiệu chung tỡnh hỡnh năng lượng hiện nay ... 3
1.1.2. Tỡnh hỡnh phỏt triển năng lượng tỏi tạo bằng sức giú ở một số nước... 3
1.1.3. Tiềm năng năng lượng giú Việt Nam ... 6
1.1.3.1 Tốc độ giú, cấp giú ... 9
1.1.3.2. Chế độ giú ở Việt Nam... 10
1.1.3.3. Tiềm năng và quy hoạch phỏt triển năng lượng điện giú ... 13
1.1.3.4. Kỹ thuật và cụng nghệ khai thỏc năng lượng giú ... 17
1.1.3.5. Đo giú ... 19
1.2. Kết quả nghiờn cứu ngoài nước và trong nước về mỏy phỏt điện giú... 20
1.2.1. Những nghiờn cứu ngoài nước ... 20
1.2.2. Tỡnh hỡnh nghiờn cứu trong nước . ... 20
1.3. Kết luận chương 1. ... 25
Chương 2: CƠ SỞ Lí THUYẾT ... 26
2.1.Cấu tạo tua bine giú . ... 26
2.1.1. Khỏi niệm cơ bản của điện giú . ... 26
2.1.2. Cấu trỳc chung . ... 27
2.1.3. Tua bin – cỏnh quạt . ... 32
2.1.3.1. Tua bin giú trục đứng và trục ngang. ... 32
2.1.3.2. Cỏc kiểu Tua bin giú trục đứng. ... 33
2.1.4. Trạm điều khiển . ... 36
2.1.5. Rotor tua bin . ... 37
2.1.6. Mỏy phỏt . ... 37
2.1.7. Hệ thống định hướng ... 37
2.1.8. Cụng suất cỏc loại tua bin giú . ... 38
2.2. Mụ hỡnh và nguyờn lý vận hành của turbine giú . ... 38
2.2.1. Nguyờn lý làm việc của phong điện. ... 38
2.3. Phương phỏp điều khiển và cỏc mụ hỡnh hệ thống turbine giú mỏy phỏt điện cảm ứng nguồn kộp DFIG (Doubly-Fed Induction Generator). ... 41
2.3.1. Một số hệ thống mỏy phỏt điện sức giú thụng dụng. ... 41
2.3.2. Hệ thống phỏt điện sức giú sử dụng mỏy điện cảm ứng nguồn kộp ... 43
2.3.3. Kết nối lưới ... 45
2.3.3.1. Những yờu cầu chung khi kết nối lưới ... 47
2.3.3.2. Phương phỏp kết nối lưới ... 47
2.3.3.3. Cỏc loại mỏy phỏt điện giú ... 49
2.4. Điều khiển mờ ... 49
2.4.1. Giới thiệu chung ... 49
2.4.2. Cấu trỳc bộ điều khiển mờ ... 50
2.4.3. Bộ điều khiển PID ... 53
2.4.4. Bộ điều khiển mờ theo luật P... 53
2.4.6. Bộ điều khiển mờ PD ... 54
2.4.7. Bộ điều khiển mờ PID ... 55
2.4.8. Bộ điều khiển mờ lai ... 55
2.4.9. Mụ hỡnh toỏn của bộ PID mờ ... 56