L ỜI NÓI ĐẦU
4.3.1. Turbine gió và máy phát
Hình 4.3: Khối turbine gió và máy phát
Hệ thống turbine gió và máy phát điện ở hình trên (hình 4.4) gọi là hệ thống turbine gió và máy phát điện kiểu cung cấp cảm ứng kép (Máy phát điện cảm ứng kiểu cung cấp kép- DFIG). Bộ chuyển đổi AC/DC/AC được phân làm hai thành phần: Bộ chuyển đổi phía rotor (Crotor) và bộ chuyển đổi phía lưới (Cgrid). Crotor và Cgrid là các bộ chuyển đổi nguồn điện áp sử dụng thiết bị biến đổi điện tử công suất (IGBTs) để kết hợp điện áp xoay chiều từ nguồn áp một chiều. Một tụ điện nối vào phía điện một chiều hoạt động như một nguồn điện. Cuộn cảm kết nối L được sử dụng để kết nối bộ chuyển đổi Cgrid tới lưới. Cuộn dây rotor 3 pha được nối với bộ chuyển đổi Crotor bởi vòng trượt và chổi than, còn cuộn dây stator 3 pha được nối trực tiếp vào lưới điện. Năng lượng thu được từ turbine gió được chuyển sang năng lượng điện nhờ máy phát điện cảm ứng để truyền tải công suất lên lưới điện. Hệ thống điều khiển phát tín hiệu độ dốc góc pha (Vr) và tín hiệu điện áp (Vgc) tới bộ chuyển đổi Cgrid và Crotor để điều khiển năng lượng của turbine gió, điện áp thanh cái (nút) một chiều và công suất phản kháng hoặc điện áp của lưới điện.
Dòng công suất phân bố như trên hình 4.5:
Hình 4.5: Sơ đồ phân bố chiều công suất máy phát điện với mô hình DFIG
Các thông số được sử dụng trong hình 4.5: Pm: Công suất cơ của turbine gió.
Ps: Công suất điện đầu ra của stator. Pr: Công suất điện đầu ra của rotor.
Pgc: Công suất điện đầu ra của Cgrid.
Qs: Công suất phản kháng đầu ra của stator. Qr: Công suất phản kháng đầu ra của rotor. Qgc: Công suất phản kháng đầu ra của Cgrid. Tm: Mô men cơ của rotor.
Tem: Mô men điện từ rotor máy phát. r : Tốc độ quay rotor.
s : Tốc độ đồng bộ.
J: Hệ số quán tính phức hợp rotor và turbine gió.
Công suất cơ của turbine và công suất điện đầu ra của stator được tính như sau:
Pm = Tm.r (4.1)
Ps = Tem. s (4.2)
Bỏ qua tổn thất máy phát thì tính toán như sau:
J Tm - Tem (4.3) Với tốc độ không đổi bỏ qua tổn thất máy Tm = Tem và Pm = Ps + Pr Khi đó:
Pr = Pm - Ps = Tm.r -Tem.s = - Tm -sTm.s = -S Ps (4.4)
Hệ số trượt máy phát s= (4.5)
Tổng quát, giá trị tuyệt đối của hệ số trượt s nhỏ hơn 1, vì thế Pr tỷ lệ với Ps. Khi Tm xác định, s xác định là hằng số cho hằng số tần số điện áp lưới, Pr là hàm của s.
Công suất Pr được truyền tới tụ điện và có xu hướng làm tăng điện áp một chiều (DC). Cgrid được sử dụng để phát công suất Pgc và giữ cho điện áp một chiều không đổi. Trong chế độ xác lập, tổn thất bộ biến đổi được bỏ qua: Pgc = Pr năng lượng của gió đã được Crotor hấp thụ qua công suất Pr.
Tần số pha của điện áp xoay chiều phát bởi bộ Crotor là cùng pha với tốc độ đồng bộ.
Crotor và Cgrid có khả năng phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng và có thể dùng để điều khiển công suất phản kháng hoặc điện áp lưới.