L ỜI NÓI ĐẦU
2.5.2. Hệ thống turbine gió với vận tốc thay đổi
Đây là cấu trúc điều khiển mà turbine gió sau khi kết nối với hộp số và máy phát điện không đồng bộ kiểu cảm ứng, sẽ tiếp tục kết nối với bộ phận biến đổi điện tử công suất. Bộ chuyển đổi dòng điện AC sau máy phát, có tần số và điện áp thay đổi liên tục thành dòng điện DC (rectifier) và sau đó biến đổi ngược lại từ dòng DC thành AC (inverter) có điện áp, tần số phù hợp để có thể hòa lên lưới điện.
Phương pháp điều khiển này là điều khiển linh động cả cánh quạt và trục turbine. Khi vận tốc gió nhỏ thì cánh gió được điều khiển như điều khiển pitch (điều khiển góc cắt cánh) để đạt được hệ số chuyển hóa lớn nhất. Điều khiển loại này cho giới hạn công suất phẳng hơn, không có những dao động công suất lớn.
Hình 2.11: Hệ thống nối lưới thông qua bộ biến đổi điện tử công suất
Tốc độ góc (r/s) Momen(kNm) τg,min τg,max 0 Ωs Đường cong thực Đường thẳng xấp xỉ
Với sự phát triển mạnh mẽ của ngành điện tử công suất đã cho ra đời các bộ biến đổi điện, cho phép điều khiển được nguồn công suất lớn với giá cả hợp lý. Các bộ biến đổi điện này thật sự có ích cho việc cải thiện chất lượng năng lượng gió được tạo ra. Ngoài ra có thể điều khiển để thu được công suất tối đa của gió.
Về mặt khái niệm, sự sắp xếp được mô tả trên hình 2.11 là cấu hình tốc độ thay đổi đơn giản nhất. Bộ chuyển đổi tần số được đặt giữa máy phát và lưới điện xoay chiều. Như vậy, hệ WECS hoàn toàn không phụ thuộc vào tần số lưới. Trong sự phối hợp này bộ chuyển đổi tần số phải điều khiển tất cả năng lượng có ích. Trong thực tế công suất của bộ biến đổi này lên đến 120% công suất định mức của máy phát. Đây là hạn chế chủ yếu của cấu hình này.
Bộ biến đổi tần số bao gồm hai bộ biến đổi độc lập với nhau được nối thông qua DC-bus chung. Bộ biến đổi phía stator chuyển đổi điện áp 3 pha lưới AC thành điện áp một chiều. Bộ biến đổi điện phía lưới tạo ra một điện áp 3 pha với tần số fs và điện áp Us chưa được kết hợp với lưới. Do đó bộ biến đổi tần số được dùng làm bộ điều khiển gọi là kỹ thuật điều khiển U/f . Tần số fs được điều khiển bởi việc giữ tỷ số Us/fs không đổi. Tốc độ đồng bộ có thể biến đổi trong một phạm vi rộng, trong khi lượng từ thông trong máy điện được duy trì luôn không đổi.
Hình 2.12 mô tả đặc tính momen của máy điện không đồng bộ bị giới hạn bởi tần số stator fs. Lượng từ thông của stator không đổi, chấp nhận được.
Ta thấy rằng đặc tính momen của SCIG được dịch chuyển theo trục x khi tần số stator biến đổi. Rõ ràng công thức 2.1 mô tả đặc tính trạng thái ổn định của hệ SCIG xấp xỉ theo công thức 2.4 mà vẫn giữ được tỉ số Us/fs không đổi. Trên thực tế, tốc độ đồng bộ của máy phát Ωs, chính là tốc độ trục trong điều kiện không tải (τg= 0) có thể được xem như đầu vào điều khiển cho phân hệ điện.
Hình 2.12: Đặc tính momen máy phát SCIG bị giới hạn bởi fs