4. Phương phỏp nghiờn cứu
2.2.Mụ hỡnh và nguyờn lý vận hành của turbine giú
vận hành của tua bin giú 2.2.1. Nguyờn lý làm việc của phong điện
Cỏc tua bin giú được đặt trờn trụ cao để thu hầu hết năng lượng giú. Ở tốc độ 30 một trờn mặt đất thỡ cỏc tua bin giú thuận lợi: Tốc độ nhanh hơn và ớt bị cỏc luồng giú bất thường.
Năng lượng của giú làm cho cỏnh quạt quay dẫn đến roto của mỏy phỏt quay (Nhờ truyền động của bộ Gear box). Mỏy phỏt điện muốn phỏt ra điện được, ngoài việc roto của mỏy phỏt quay, cũn phải cú dũng điện kớch từ. Dũng điện kớch từ được đưa vào roto của mỏy phỏt để kớch thớch từ trường của roto mỏy phỏt. Hệ thống thiết bị tạo ra dũng điện này gọi chung là hệ thống kớch thớch mỏy phỏt (Hỡnh 2.10 trỡnh bày sơ đồ đơn giản của hệ thống kớch thớch mỏy phỏt xoay chiều). Dũng điện kớch thớch mỏy phỏt, chủ yếu là để tạo từ trường cho roto nhưng những tỏc động của nú cũn cú thể dựng để điều chỉnh điện ỏp mỏy phỏt. Ngoài ra, dũng điện này cũn điều chỉnh cụng suất vụ cụng của mỏy phỏt khi mỏy phỏt nối vào lưới.
Để cú thể thay đổi trị số của dũng điện kớch thớch nhằm đỏp ứng được cỏc yờu cầu trờn, cần phải cú một bộ phận điều khiển (Controller). Hệ thống mạch điện để điểu khiển dũng điện kớch thớch gọi là hệ thống điều khiển điện ỏp, hay cũn gọi tắt là bộ điều ỏp.
Bộ điều khiển kớch từ mỏy phỏt - Bộ điều chỉnh điện ỏp tự động AVR (Automatic Voltage Regulator) cú cỏc nhiệm vụ sau:
- Điều chỉnh điện ỏp mỏy phỏt điện. - Giới hạn tỷ số điện ỏp/tần số.
- Điều chỉnh cụng suất vụ cụng mỏy phỏt điện. - Bự trừ điện ỏp suy giàm trờn đường dõy.
- Tạo độ suy giảm điện ỏp theo cụng suất vụ cụng, đề cõn bằng sự phõn phối cụng suất vụ cụng giữa cỏc mỏy với nhau trong hệ thống khi mỏy vận hành nối lưới. - Khống chế dũng điện khỏng do thiếu kớch thớch, nhằm tạo sự ổn định cho hệ thống, khi mỏy nối lưới.
- Ngừng kớch thớch khi cú sự cố trờn lưới
Bộ điều chỉnh điện thế tự động luụn luụn theo dừi điện ỏp đầu ra của mỏy phỏt điện, và so sỏnh nú với một điện ỏp tham chiếu. Nú phải đưa ra tớn hiệu điều khiển để tăng hoặc giảm dũng điện kớch thớch sao cho sai số giữ điện ỏp đo được và điện ỏp tham chiếu là nhỏ nhất. Muốn thay đổi điện ỏp của mỏy phỏt điện, người ta chỉ cần thay đổi điện ỏp tham chiếu này. Điện ỏp tham chiếu thường được đặt tại giỏ trị định mức khi mỏy phỏt vận hành độc lõp (Isolated) hoặc là điện ỏp thanh cỏi, điện ỏp lưới tại chế độ vận hành hũa lưới (Paralled)
* Giới hạn tỷ số điện ỏp/tần số
Khi khởi động một tổ mỏy, lỳc tốc độ quay của roto cũn thấp, tần số phỏt ra sẽ thấp. Khi đú, bộ điều chỉnh điện ỏp tự động sẽ cú khuynh hướng tăng dũng kớch thớch lờn sao cho đủ điện ỏp đầu ra như tham chiếu theo giỏ trị đặt hoặc điện ỏp lưới. Điều này dẫn đến quỏ kớch thớch: cuộn dõy rotor sẽ bị quỏ nhiệt, cỏc thiết bị nối vào đầu cực mỏy phỏt như biến thế chớnh, mỏy biến ỏp phụ... sẽ bị quỏ kớch thớch, bóo hũa từ, và quỏ nhiệt. Thường tốc độ mỏy phỏt cần đạt đến 95% tốc độ định mức. Bộ điều chỉnh điện ỏp tự động cũng phải luụn theo dừi tỷ số này để điều chỉnh dũng kớch thớch cho phự hợp, mặc dự điện ỏp mỏy phỏt chưa đạt đến điện ỏp tham chiếu.
* Điều khiển cụng suất vụ cụng của mỏy phỏt điện
Khi mỏy phỏt chưa phỏt điện vào lưới, việc thay đổi dũng điện kớch từ chỉ thay đổi điện ỏp đầu cực mỏy phỏt. Quan hệ giữa điện ỏp mỏy phỏt đối với dũng điện kớch từ được biểu diễn bằng 1 đường cong, gọi là đặc tuyến khụng tải, (đặc tuyến V-A). Tuy nhiờn khi mỏy phỏt điện được nối vào một lưới cú cụng suất rất lớn so với mỏy phỏt, việc tăng giảm dũng kớch thớch hầu như khụng làm thay đổi điện ỏp lưới. Tỏc dụng của bộ điều ỏp khi đú khụng cũn là điều khiển điện ỏp mỏy phỏt nữa, mà là điều khiển dũng cụng suất phản khỏng (cũn gọi là cụng suất vụ cụng, cụng suất ảo) của mỏy phỏt. Khi dũng kớch thớch tăng, cụng suất vụ cụng tăng. Khi dũng kớch thớch giảm, cụng suất vụ cụng giảm. Dũng kớch thớch giảm đến một mức độ
nào đú, cụng suất vụ cụng của mỏy sẽ giảm xuống 0, và sẽ tăng lại theo chiều ngược lại (chiều õm), nếu dũng kớch thớch tiếp tục giảm thờm. Điều này dẫn đến nếu hệ thống điều khiển điện ỏp của mỏy phỏt quỏ nhạy, cú thể dẫn đến sự thay đổi rất lớn cụng suất vụ cụng của mỏy phỏt khi điện ỏp lưới dao động.
Do đú, bộ điều khiển điện ỏp tự động, ngoài việc theo dừi và điều khiển điện ỏp, cũn phải theo dừi và điều khiển dũng điện vụ cụng. Thực chất của việc điều khiển này là điều khiển dũng kớch thớch khi cụng suất vụ cụng và điện ỏp lưới cú sự thay đổi, sao cho mối liờn hệ giữa điện ỏp mỏy phỏt, điện ỏp lưới và cụng suất vụ cụng phải là mối liờn hệ hợp lý.
* Bự trừ điện ỏp suy giảm trờn đường dõy
Khi mỏy phỏt điện vận hành độc lập, hoặc nối vào lưới bằng 1 trở khỏng lớn, Khi tăng tải, sẽ gõy ra sụt ỏp trờn đường dõy. Sụt ỏp này làm cho điện ỏp tại hộ tiờu thụ bị giảm theo độ tăng tải, làm giảm chất lượng điện năng.
Muốn giảm bớt tỏc hại này của hệ thống, bộ điều ỏp phải dự đoỏn được khả năng sụt giảm của đường dõy, và tạo ra điện ỏp bự trừ cho độ sụt giảm đú. Tỏc động bự này giỳp cho điện đỏp tại một điểm nào đú, giữa mỏy phỏt và hộ tiờu thụ sẽ được ổn định theo tải. Điện ỏp tại hộ tiờu thụ sẽ giảm đụi chỳt so với tải, trong khi điện ỏp tại đầu cực mỏy phỏt sẽ tăng đụi chỳt so với tải.
2.3 Phương phỏp điều khiển và cỏc mụ hỡnh hệ thống tua bin giú mỏy phỏt điện cảm ứng nguồn kộp DFIG (Doubly-Fed Induction Generator).
2.3.1. Một số hệ thống mỏy phỏt điện sức giú thụng dụng
Cho đến nay cú hai loại tua bin giú chớnh được sử dụng trong hệ thống mỏy phỏt điện sức giú. Tua bin giú tốc độ cố định và tua bin giú với tốc độ thay đổi.
Loại tua bin giú với tốc độ cố định (Fixed speed wind tua bin), trong đú mỏy phỏt khụng đồng bộ được nối trực tiếp với lưới. Tuy nhiờn hệ thống này cú nhược
điểm chớnh là tốc độ cố định nờn khụng thể thu được năng lượng cực đại từ giú (hỡnh 2.11).
Hỡnh 2.11: Tua bin giú với tốc độ cố định
Loại tua bin giú tốc độ thay đổi (variable-speed wind tua bin) khắc phục được nhược điểm trờn của tua bin giú với tốc độ cố định, đú là nhờ thay đổi được tốc độ nờn cú thể thu được năng lượng cực đại từ giú. Bất lợi của cỏc tua bin loại này là hệ thống điện phức tạp, vỡ cần cú bộ biến đổi điện tử cụng suất để tạo ra khả năng hoạt động với tốc độ thay đổi, do đú chi phi cho tua bin giú tốc độ thay đổi lớn hơn so với cỏc tua bin tốc độ cố định.
Tua bin giú với tốc độ thay đổi cú hai loại: Tua bin giú với tốc độ thay đổi cú bộ biến đổi nối trực tiếp giữa stator và lưới và tua bin giú sử dụng mỏy điện cảm ứng nguồn kộp (DFIG).
+ Loại tua bin giú với tốc độ thay đổi cú bộ biến đổi nối trực tiếp giữa mạch stator của mỏy phỏt và lưới, do dú bộ biến đổi được tớnh toỏn với cụng suất định mức của toàn tua bin. Mỏy phỏt ở đõy cú thể là loại khụng đồng bộ roto lồng súc hoặc là đồng bộ (hỡnh 2.12).
Ngày nay với xu hướng ngày càng phỏt triển việc sử dụng nguồn năng lượng sạch tỏi tạo từ giú, trờn thế giới người ta đó chế tạo cỏc loại tua bin giú với cụng suất lớn đến trờn 7MW, nếu dựng loại 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 toàn tua bin.
Hộp bỏnh răng Đúng cắt mềm Mỏy biến ỏp Điện 1 chiều Mỏy phỏt
Hỡnh 2.12: Tua bin giú với tốc độ thay đổi cú bộ biến đổi nối trực tiếp (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
giữa stator và lưới
+ Loại tua bin 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 (hỡnh 2.13).
Hỡnh 2.13:Tua bin giú sử dụng mỏy điện cảm ứng nguồn kộp
2.3.2. Hệ thống phỏt điện sức giú sử dụng mỏy điện cảm ứng nguồn kộp
Ở cỏc hệ thống phỏt điện chạy sức giú sử dụng mỏy điện khụng đồng bộ ta phải tạo từ thụng kớch từ trước khi khai thỏc năng lượng từ giú. Việc kớch từ đú hoặc thực hiện nhờ nguồn điện từ lưới (trường hợp vận hành cú hoà lưới), hoặc nhờ ắc quy để tạo kớch từ, hoặc nhờ tụ điện với điều kiện cú từ thụng dư trong mỏy điện khụng đồng bộ. Ở cỏc hệ thống phỏt điện sức giú dựng mỏy điện cảm ứng nguồn
Mỏy phỏt Cỏc bộ biến đổi cụng suất Mỏy biến ỏp Mỏy biến ỏp Cỏc bộ biến đổi cụng suất Bỏnh răng Hộp Bỏnh răng
kộp (cũn được gọi là mỏy điện khụng đồng bộ nguồn kộp) với cụng suất cỡ lớn thường được thiết kế vận hành ở chế độ hoà lưới, đồng thời năng lượng do tua bin lấy từ nguồn giú cú thể điều khiển chủ động được, nhờ hệ thống điều khiển gúc cỏnh độc lập, cho phộp thay đổi tốc độ quay (hỡnh 2.14). [22]
Hỡnh 2.14: Mụ hỡnh hệ thống mỏy phỏt điện sức giú DFIG
Bộ biến đổi “Machine-side converter” để điểu khiển mụmen hoặc tốc độ của mỏy phỏt hoặc hệ số cụng suất đầu cuối của stato. Trong khi đú bộ biến đổi “Grid- side converter” cú vai trũ giữ cho điện ỏp một chiều DC link bằng hằng số (hỡnh 2.14 và hỡnh 2.15). [22]
Hỡnh 2.15: Sơ đồ điều khiển dũng rotor bằng cỏc bộ biến đổi
Hỡnh 2.16: Hệ thống mỏy phỏt DFIG với bộ Back-to-Back Converter
2.3.3. Kết nối lưới
Cỏc hệ thống tua bin giú lớn được lắp đặt bõy giờ đều là loại biến đổi tốc độ. Việc biến đổi tần số mỏy phỏt ngừ ra chỉnh lưu ra DC và sau đú nghịch lưu ra AC với trị hiệu dụng và tần số thay đổi được để cú thể hũa lưới.
Bộ chỉnh lưu AC – DC
Sử dụng bộ chỉnh lưu cầu hoàn toàn, điện ỏp trung bỡnh ngừ ra DC được tớnh như sau:
VDC = VLcosα (2.1) Trong đú: VL là điện ỏp dõy
Gúc α được tớnh từ vạch zero trong nửa bỏn kỡ dương của tớn hiệu điện ỏp xoay chiều. Điện ỏp VDC phụ thuộc vào gúc kớch α.
Dũng IDC được tớnh như sau: IDC = cụng suất tải DC/VDC
Trong trạng thỏi hoạt động bỡnh thường cụng suất phải được cõn bằng phớa AC và phớa DC. Điều này cú nghĩa là cụng suất phớa AC bằng tổng cụng suất tải DC và tổn thất cụng suất trong mạch chỉnh lưu.
Cụng suất phớa AC được tớnh như sau:
Bộ biến đổi phớa mỏy phỏt Bộ biến đổi phớa lưới Lưới điện Điện 1 chiều
PAC bằng cụng suất tải DC/hiệu suất chỉnh lưu
Mà PAC = VL. IL.cosα (2.2) Cos α: Hệ số cụng suất phớa AC
Hỡnh 2.17: Bộ chỉnh lưu toàn phần ba pha
Bộ ng hịch lưu DC – AC
Mạch điện tử cụng suất sử dụng để chuyển từ DC sang AC gọi là bộ nghịch lưu. Ngừ vào của bộ nghịch lưu cú thể lấy từ một trong cỏc nguồn sau:
Ngừ ra bộ chỉnh lưu.
Ngừ ra DC từ Panel điện mặt trời.
Ngừ ra DC từ nguồn Ắc quy.
2.3.3.1. Những yờu cầu chung khi kết nối lưới (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Những yờu cầu chung của lưới là ở ngừ ra của bộ nghịch lưu cú dao động đồng bộ về điện ỏp và tần số khi kết lưới:
Biờn độ điện ỏp và pha phải bằng yờu cầu về biờn độ và hướng đổ cụng suất. Điện ỏp được điều khiển bởi mỏy biến ỏp về tỷ số hoặc dựng bộ biến đổi DAC.
Tần số phải bằng tần số của lưới nếu khụng hệ thống sẽ khụng hoạt động. Việc đạt được tần số yờu cầu thực hiện được bằng bộ biến đổi tần số. Trong hệ thống giú mỏy phỏt đồng bộ của hệ thống nguồn lưới luụn cú dũng từ húa gõy sự cảm ứng.
2.3.3.2. Phương phỏp kết nối lưới.
Phương phỏp kết nối lưới theo cỏch nào là do cỏc đặc tớnh của mỏy phỏt điện. Nếu mỏy phỏt kiểu cảm ứng thỡ cú thể nối trực tiếp với lưới mà khụng cần biến tần. Nhà mỏy loại này cú đặc điểm sau:
Cấu trỳc đơn giản.
Cụng suất thay đổi khi thay đổi vận tốc giú.
Cú dũng vào lớn khi kết nối với mạng lưới điện.
Cú tiếng ồn lớn do bộ tăng tốc và cỏnh rotor.
Cũn đối với loại mỏy phỏt đồng bộ hoặc mỏy phỏt khụng đồng bộ thỡ sử dụng bộ biến tần cũn cú cỏc kiểu sau:
Bộ biến tần khụng điều khiển.
Bộ biến tần điều khiển bỏn phần.
Hỡnh 2.19: Bộ biến tần khi kết nối lưới đối với cỏc nhà mỏy giú
Bộ biến tần được sử dụng để cung cấp điện cho cỏc tải tiờu thụ với tần số phự hợp với tần số lưới. Tựy thuộc vào thiết kế bộ biến tần mà nú cú thể ảnh hưởng tới mỏy phỏt và mạch IC. Tất nhiờn điều này sẽ khụng xảy ra nếu ta sử dụng cầu chỉnh lưu khụng điều khiển. Sử dụng bộ biến đổi tần số xung, cỏc thụng số của mỏy phỏt cú thể được sử dụng qua độ lớn và pha của dũng mỏy phỏt.
Cỏc dạng này được thể hiện trong cỏc hỡnh sau: a. Bộ biến tần khụng điều khiển
b. Bộ biến tần điều khiển bỏn phần c. Bộ biến tần điều khiển toàn phần
2.3.3.3 Cỏc loại mỏy phỏt điện giú
Gồm những loại sau:
Hỡnh 2.20: Cỏc loại mỏy phỏt điện sử dụng trong hệ thống phỏt điện sức giú
2.4. Điều khiển mờ2.4.1 Giới thiệu chung 2.4.1 Giới thiệu chung
Điều khiển được thực hiện dựa trờn lý thuyết logic mờ gọi là điều khiển mờ. Hệ điều khiển mờ cho phộp đưa cỏc kinh nghiệm điều khiển của chuyờn gia vào thuật toỏn điều khiển.
Chất lượng điều khiển mờ phụ thuộc rất nhiều vào kinh nghiệm của người thiết kế.
Điều khiển mờ cú cỏc thế mạnh trong cỏc hệ thống sau : Hệ thống điều khiển phi tuyến.
Hệ thống điều khiển mà cỏc thụng tin đầu vào và đầu ra khụng đủ hoặc khụng xỏc định. [3, 5]
Hệ thống điều khiển khú xỏc định hoặc khụng xỏc định được mụ hỡnh đối tượng.
Sơ đồ điều khiển mờ cú nhiều dạng khỏc nhau. Dưới đõy là một sơ đồ điều khiển đơn giản thường gặp.
Hỡnh 2.21: Sơ đồ hệ thống bộ điều khiển mờ cơ bản [3, 5]
2.4.2. Cấu trỳc bộ điều khiển mờ
-Bộ điều khiển mờ cơ bản gồm 4 khối : Mờ húa, hệ luật mờ, thiết bị hợp thành và giải mờ.
- Khi ghộp bộ điều khiển mờ vào hệ thống, thường ta cần thờm hai khối tiền xử lý và hậu xử lý. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Bộ điều khiển mờ cơ bản
Hỡnh 2.23: Sơ đồ bộ điều khiển mờ cơ bản [3, 5]
Bộ điều khiển mờ bao gồm :
Mờ húa : Biến giỏ trị rừ đầu vào thành giỏ trị mờ
Hệ luật mờ : Tập cỏc luật “if-then” . Đõy là “bộ nóo” của bộ điều khiển mờ. Luật mờ “if-then” cú 2 dạng : Luật mờ Mamdani và luật mờ Sugeno.
Thiết bị hợp thành : Biến đổi cỏc giỏ trị đó được mờ húa ở đầu vào thành cỏc giỏ trị đầu ra theo cỏc luật hợp thành nào đú.
Giải mờ : Biến giỏ trị đầu ra của khối thiết bị hợp thành thành giỏ trị rừ.
Thiết bị ghộp nối :
Tiền xử lý : Xử lý tớn hiệu trước khi đi vào bộ điều khiển mờ cơ bản.