cửu trên Matlab-simulink
Sơ đồ cấu trúc cơ bản của tuabin gió sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu nối lưới được cho trên hình 4.2. [2]
69
Hình 4.2 Máy phát điện đồng bộ nam châm vính cửu nối với lƣới
Sơ đồ cấu trúc cơ bản của tuabin gió sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu nối lưới. [12]
Hình 4.3. Mô hình tuabin gió dùng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu Việc xây dựng mô hình trên Matlab- simulink đƣợc tiến hành nhƣ sau:
Xây dựng mô hình trang trang trại gió kết nối với lưới điện công suất nhỏ tương tự như hệ thống điện trên đảo Phú Quý.
Công suất lắp đặt hệ thống điện gió 6MW gồm 3 tuabin, mỗi tuabin 2MW sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết nối với lưới điện có công suất 3MW thông qua 3 máy biến áp 2,5MW – 575V/25kV, chiều dài đường dây truyền tải 30km, công suất phụ tải 2MW, thông số lưới như trên Hình 4.4
70
Từ sơ đồ cấu trúc ta xây dựng sơ đồ hệ thống của trang trại gió kết nối với lưới điện sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng cách sử dụng các Tool box:
Hình 4.4 Các tool box hệ thống trang trại gió kết nối với lƣới Các mô hình cơ bản trong hệ thống:
Mô hình khối tuabin gió:
71
72
4.3.1 Trƣờng hợp thứ nhất:
Hệ thống điện gió kết nối với lưới điện có công suất 3MW, vận tốc gió không đổi v= 5m/s. Công suất phụ tải 2MW.
Kết quả mô phỏng trên Matlab- simulink
Hình 4.7 Kết quả mô phỏng khi kết nối với lƣới 3MW, vận tốc gió v = 5m/s
Căn cứ kết quả mô phỏng ở trên ta thấy khi tốc độ gió 5m/s, hệ thống điện gió kết nối với lưới công suất 3MW thì hệ thống làm việc kém ổn định.
73
4.3.2 Trƣờng hợp thứ 2:
Hệ thống điện gió kết nối với lưới điện có công suất 3MW, vận tốc gió không đổi v= 7m/s. Công suất phụ tải 2MW.
Kết quả mô phỏng trên Matlab- simulink
Hình 4.8 Kết quả mô phỏng khi kết nối với lƣới 3MW, vận tốc gió v=7m/s
Căn cứ kết quả mô phỏng trên cho thấy khi tốc độ gió 7m/s, hệ thống kết điện gió nối với lưới có công suất 3MW thì điện áp và dòng điện trên lưới ổn định sau 4,5s.
74
4.3.3 Trƣờng hợp thứ 3:
Hệ thống điện gió kết nối với lưới điện có công suất 3MW, vận tốc gió không đổi v= 9m/s. Công suất phụ tải 2MW.
Kết quả mô phỏng trên Matlab- simulink
Hình 4.9 Kết quả mô phỏng với lƣới 3MW, vận tốc gió v = 9m/s
Căn cứ kết quả mô phỏng trên cho thấy khi tốc độ gió 9m/s, hệ thống điện gió kết nối với lưới có công suất 3MW thì điện áp và dòng điện trên lưới ổn định sau 4,5s.
75
4.3.4 Trƣờng hợp thứ 4:
Hệ thống điện gió kết nối với lưới điện có công suất 3MW, vận tốc gió không đổi v= 12m/s. Công suất phụ tải 2MW.
Kết quả mô phỏng trên Matlab- simulink
Hình 4.10 Kết quả mô phỏng với lƣới 3MW, vận tốc gió v=12m/s
Căn cứ kết quả mô phỏng ở trên ta thấy khi tốc độ gió tăng lên 12m/s, hệ thống điện gió kết nối với lưới công suất 3MW bắt đầu làm việc kém ổn định.
76
Kết luận chƣơng 4
Căn cứ vào kết quả mô phỏng trang trại gió sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu ta thấy hệ thống làm việc ổn định khi tốc độ gió 5m/s < v < 12m/s, tỉ lệ điện gió và lưới (diesel) không vượt quá 2 lần. Tốc độ gió trên rất phù hợp với tốc độ gió trung bình trên đảo Phú Quý là 6,7m/s.
Lợi ích cơ bản của máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu là không cần nguồn điện kích từ, do đó không cần chạy máy phát điện diesel để cung cấp kích từ cho tuabin gió, vì vậy có thể giảm thiểu năng lượng diesel và phát huy tối đa năng lượng gió.
Có thể ứng dụng máy phát điện sử dụng nam châm vĩnh cửu để lắp đặt cho lưới điện cô lập ngoài ốc đảo giống như hệ thống điện trên đảo Phú Quý nhằm tận dụng tối đa ưu điểm .
Vì giá thành của máy phát điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu còn cao nên cần có phân tích kinh tế kỹ thuật các phương án máy phát điện gió khác nhau để đi đến quyết định đầu tư.
77
KẾT LUẬN CHUNG
Ngoài việc giới thiệu tổng quan về việc sử dụng năng lượng gió là nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng ở Việt Nam, tác giả bản luận văn này đã phân tích và chứng minh sự bất hợp lý trong đầu tư trạm phát điện gió trên đảo Phú Quý là công suất của một tổ máy phát điện DFIG quá lớn so với yêu cầu phụ tải, do đó không thể sử dụng tối đa năng lượng gió ngay cả trong trường hợp tải nhỏ. Giải pháp hợp lý nhất là nên đầu tư các tổ máy có công suất nhỏ hơn.
Tác giả cũng đưa ra một số giải pháp vận hành trang trại gió nối với với lưới điện công suất nhỏ đảm bảo vận hành ổn định, sử dụng tốt nhất năng lượng gió và giảm thiểu việc sử dụng máy phát điện diesel.
Tác giả cũng phân tích và đề cập đến xu thế mới trong máy phát điện gió là sử dụng máy phát điện đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu siêu mạnh. Xây dựng mô hình trang trại gió sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết nối với lưới điện công suất nhỏ và mô phỏng trên Matlab – simulink, chứng minh hệ thống làm việc ổn định. Có thể ứng dụng lắp đặt tuabin gió sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu cho các dự án điện cô lập tương tự như trên đảo Phú Quý. Đây là xu thế phát triển của các máy phát điện gió trong tương lai.
78
Tài liệu tham khảo Tiếng Việt
1. Cty TNHH 1TV năng lượng tái tạo Điện lực Dầu khí Việt Nam, PC Bình Thuận,
Qui trình vận hành hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý, Bình Thuận 2012.
2. Đặng Ngọc Huy và các tác giả “Nghiên cứu mô hình tuabin gió sử dụng nam châm vĩnh cửu nối lưới”. Tạp chí KHCN Cao đẳng công nghiệp Tuy Hòa 2013
3. Nguyễn Thế Công Đề tài NCKH cấp nhà nước 2012-2014, Thiết kế chế tạo máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu 15-20 kW.
4. Nguyễn Phùng Quang (1996), “Phương pháp điều khiển máy điện không đồng bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió” cài đặt
trong hệ thống 690kW, Công ty WINDTECH, Völkermarkt, Áo.
5. Phạm Thị Nguyệt Nga, Nguyễn Đăng Toản “Nghiên cứu kết nối nhà máy điện gió sử dụng nam châm vĩnh cửu nối lưới”. Tạp chí Khoa học và phát triển 2015 số 1, tập 13.
6. Võ Hồng Thái, Nguyễn Đức Huy, Trần Nam Trung, “Giải pháp hoạt động hỗn hợp gió - diesel đảo Phú Quý”, Dầu Khí, số 3 (2014) 55–64.
Tiếng Anh
7. Hee-Sang Ko, Kwang Y. Lee, Min-Jae Kang and Ho-Chan Kim. (2008), “Power quality control of an autonomous wind_diezen power system based on hybrid intelligent controller”, Neural Networks 21, pp. 1439-1446.
8. Hansen, A. D. (2012), Generators and Power Electronics for Wind Turbines, in Wind Power in Power Systems, Second Edition (ed T. Ackermann), John Wiley & Sons, Ltd, Chichester, UK.
9. I. Erlich and M. Wilch. (2010), Primary frequency control by wind turbines, IEEE 978-1-4244-8357.
79
10. L. H. Hansen, L. Helle, F. Blaabjerg, E. Ritchie, S. MunkNielsen, H. Bindner, P. Sorensen and B. Bak-Jensen.(2001), Conceptual survey of Generators and
Power Electronics for Wind Turbines,Risø National Laboratory, Roskilde,
Denmark.
11. Nguyen Duc Huy, Tran Nam Trung, Tran Khanh Viet Dung, Nguyen Phung Quang, Vo Hong Thai, “Solutions for local isolated grid with hybrid system”, PetroVietnam – journal, vol. 10 (2013) 62–67.
12. Sourav Ghosh, Prof. Pradip Kumar Saha, Prof. Gautam Kumar Panda. (2015), “Wind Energy Conversion System Connected With Grid Using Permanent Magnet Synchronous Generator (PMSG)”,International Journal of Advanced Research in Electrical Electronics and Instrumentation Engineering, Vol. 4, Issue 1, January 2015.
13. Sham Datto,Md. Harun Or Roshid, Mafin Muntasir Rahman.(2013), “Design of a Cost Effective and environment friendly Off-Grid Wind-Diesel Hybrid Power System in Kutubdia Island of Bangladesh”, International Journal of Advanced Research in Computer Engineering & Technology (IJARCET) Volume 2, Issue 2, February 2013
14. Tao Sun.(2004), Power Quality of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG and Their Interaction with the Grid, thesis for the degree of Doctor of philosophy, Aalborg University, Denmark, 2004.
15. T. Ackermann, editor (2005), Wind Power in Power Systems, John Wiley & Són Ltd, Chichester, UK.
16. V. Carpentiero, R. Langella, A. Testa. (2012), “Hybrid wind-diesel stand-alone system sizing accounting for component expected life and fuel price
uncertainty”, Electric Power Systems Reseach 88(2012)69-77.
17. World Wind Energy Association (2014), WWEC2014: key statistics of World