L ỜI NÓI ĐẦU
2.5.3. Hệ thống turbine gió với máy phát không đồng bộ nguồn kép
Đây là cấu trúc điều khiển mà turbine gió sau khi kết nối với hộp số và máy phát điện cảm ứng kiểu rotor dây quấn (Doubly- fed induction generator) sẽ tiếp tục kết nối với bộ phận biến đổi điện tử công suất thì hệ thống mới được nối với lưới điện qua bộ lọc và máy biến áp.
Điểm đặc biệt của hệ thống turbine gió với máy phát không đồng bộ nguồn kép là bộ phận biến đổi điện tử công suất để cung cấp cho bộ điều khiển tốc độ, điện áp và hệ số công suất cho toàn bộ hệ thống được cấp nguồn qua bộ phận rotor.
Đây là phương pháp điều khiển linh hoạt, có nhiều ưu điểm như: Đạt được hệ số chuyển hóa lớn nhất, cho giới hạn công suất bằng phẳng hơn, không có những dao động công suất lớn và độ ổn định tương đối cao, nên thường được dùng cho những hệ thống máy phát điện có công suất lớn.
Hình 2.13: Hệ thống nối lưới của máy phát không đồng bộ nguồn kép
fs τg,max
Tốc độ góc (r/s)
Momen
Máy phát được mô tả trong hình 2.13 là máy phát không đồng bộ nguồn kép DFIG (Doubly-Fed Induction Generator). Cuộn dây stator được nối trực tiếp với lưới điện qua máy biến áp, trong khi cuộn dây của rotor thì phải nối thông qua một bộ biến đổi điện tử công suất. Trong thực tế loại hình này chấp nhận một dải rộng của bộ biến đổi tần số bằng phương pháp điều chế rộng xung PWM. Đương nhiên khả năng điều khiển tăng lên với việc ta phải sử dụng bộ biến đổi điện phức tạp. Dùng bộ đổi điện độc lập, lợi thế chính của sự phối hợp này là bộ thiết bị điện tử công suất điều khiển được lượng công suất thu được, điển hình xung quanh 30%. Dải tốc độ quay có thể đạt được là do sự tương quan giữa khả năng của bộ chuyển đổi và khả năng của máy phát. Mặt khác, hạn chế chủ yếu là độ phức tạp của DFIG do sự có mặt của cuộn dây rotor, vành trượt và chổi than.
Với một dải rộng tốc độ quay của turbine gió, hầu hết dựa trên mô hình dùng bộ biến đổi tần số bằng phương pháp điều chế độ rộng xung nối giữa cuộn dây của rotor máy phát với lưới điện xoay chiều. Sự kết hợp này cho phép điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng.
Nguyên tắc hoạt động cơ bản của DFIG phức tạp hơn nhiều so với SCIG. Stator được nối trực tiếp với lưới, tốc độ đồng bộ không đổi và lượng từ thông hầu như không đổi. Một khác biệt với tiêu chuẩn SCIG là trong cuộn dây rotor xuất hiện dòng điện chạy trong đó. Bộ biến đổi tần số này nối giữa hai phần công suất với nhau thông qua DC bus. Một mặt, bộ chuyển đổi phía lưới điều khiển điện áp DC bus. Thêm vào đó, để điều khiển công suất nhánh rotor, nó có thể được điều khiển để tiêu thụ hoặc sinh ra một công suất tác động ngược trở lại. Rõ ràng công suất biểu kiến mà bộ biến đổi có thể làm việc bị giới hạn bởi khả năng công suất của nó. Mặt khác, bộ biến đổi phía rotor điều khiển dòng rotor cả về biên độ và góc pha. Kỹ thuật điều khiển theo trường rất phù hợp với các yêu cầu điều khiển. Sự biến thiên điện từ trong máy điện được xem tham chiếu với từ trường stator quay với một tốc độ đồng bộ. Nói tóm lại, dòng điện và điện áp ba pha hình sin dạng vectơ trong hệ thống quay tròn và có thể được trình bày thành các thành phần trực giao trong pha từ trường stator, cái gọi là thành phần dọc trục và ngang trục. Momen máy phát phụ
thuộc vào thành phần ngang trục của dòng điện trong rotor. Trong khi dòng công suất ngược stator được khống chế thành phần dọc trục của dòng điện trong rotor. Vì vậy, công suất thực và công suất tác dụng ngược của stator có thể được điều khiển độc lập bởi thành phần dọc trục và ngang trục của dòng điện trong rotor theo một thứ tự đã định sẵn. Rõ ràng công suất bộ biến đổi phía rotor điều khiển dòng công suất ngược bị giới hạn bởi công suất biểu kiến của máy phát và dòng điện giới hạn chất bán dẫn của bộ biến đổi điện.