Loại DFIG đang được phát triển mạnh. Các DFIG bao gồm một WRIG với cuộn dây stato kết nối trực tiếp với lưới ba pha tần số không đổi và với các cuộn dây roto gắn kết hai chiều qua lại bộ biến đổi nguồn điện áp IGBT. Điện áp trên stato nhận được từ hai phía: từ lưới điện và điện áp trên roto và được tạo ra bởi bộ biến đổi công suất. Hệ thống này cho phép hoạt động với tốc độ thay đổi trong phạm vi rộng nhưng hạn chế biên độ. Bộ biến đổi bù đắp sự khác biệt giữa tần số cơ và điện bằng cách đưa một dòng điện roto có tần số thay đổi. Cả hai hoạt động bình thường và máy phát điện bị chi phối bởi các bộ biến đổi công suất và bộ điều khiển nó.
Bộ biến đổi năng lượng bao gồm hai bộ biến đổi, biến đổi phía roto và biến đổi phía lưới điện được điều khiển độc lập với nhau. Ý tưởng chính là bộ biến đổi phía roto là điều khiển công suất phản kháng và tác dụng bằng cách điều khiển các thành phần dòng điện roto, trong khi bộ biến đổi phía đường dây điều khiển điện áp
38
một chiều và đảm bảo bộ biến đổi hoạt động liên kết (không tiêu thụ công suất phản kháng).
Tùy theo điều kiện hoạt động của bộ truyền động, điện năng được đưa vào hoặc lấy ra khỏi roto: trong trường hợp trên đồng bộ nó chảy từ các roto thông qua bộ biến đổi từ lưới điện, trong khi nó chảy theo hướng ngược lại trong trường hợp dưới đồng bộ. Trong cả hai trường hợp stato đều đưa điện vào lưới.
DFIG có một số ưu điểm: có thể điều khiển công suất phản kháng và công suất tác dụng bằng bộ điều khiển độc lập. DFIG không nhất thiết phải được từ hóa từ lưới điện, mà có thể được từ hóa từ dòng điện roto. Nó cũng có khả năng tạo ra công suất phản kháng từ các stato bằng bộ biến đổi phía lưới. Tuy nhiên, bộ biến đổi phía lưới thường hoạt động bằng điện áp riêng và không tham gia vào việc trao đổi công suất phản kháng giữa các tuabin và lưới điện. Trong trường hợp mạng công suất nhỏ điện áp có thể dao động, DFIG có thể phát hoặc thu một lượng công suất phản kháng vào hoặc lấy ra từ lưới điện, với mục đích điều chỉnh điện áp. Kích thước của bộ biến đổi không liên quan đến điện áp của máy phát điện mà liên quan đến phạm vi tốc độ và do đó liên quan đến độ trượt. Do đó chi phí cho bộ biến đổi tăng lên khi phạm vi tốc độ xung quanh tốc độ đồng bộ rộng hơn. Việc lựa chọn phạm vi tốc độ dựa trên sự tối ưu vốn đầu tư và hiệu quả tăng lên. Một nhược điểm của DFIG là cần có vòng trượt.
2.4.2 Các máy phát điện đồng bộ
Các máy phát điện đồng bộ đắt tiền và phức tạp hơn so với một máy phát điện cảm ứng, cụ thể là nó không cần dòng từ hóa phản kháng. Từ trường trong các máy phát điện đồng bộ có thể được tạo ra bằng cách sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc với một cuộn dây thông thường. Nếu máy phát điện đồng bộ có số cực từ phù hợp nó có thể sử dụng trực tiếp mà không cần hộp số.
Cơ cấu đồng bộ phù hợp nhất để điều khiển điện áp cũng như kết nối với lưới điện thông qua một bộ biến đổi công suất điện tử. Bộ biến đổi có hai mục tiêu chính:
39
- Hoạt động như một bộ đệm năng lượng cho các dao động năng lượng gây ra bởi năng lượng gió giật và cho các quá độ đến từ phía lưới.
- Để từ hóa và tránh các vấn đề đồng bộ với tần số lưới là việc sử dụng loại máy phát điện cho phép thay đổi tốc độ hoạt động của tuabin gió.
Hai loại máy phát điện đồng bộ kinh điển thường được sử dụng trong công nghiệp tuabin gió:
- Máy phát điện đồng bộ roto dây quấn (WRSG) - Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG)