L ỜI NÓI ĐẦU
4.4. Mô phỏng hệ thống điện sử dụng turbine gió bằng chương trình
Simulink
Nhằm xem xét hoạt động của hệ thống WTDFIG khi tốc độ gió thay đổi ta mô phỏng hệ thống điện như trên với bộ WTDFIG có các thông số cơ bản như sau:
Hình 4.15: Dữ liệu thông số của máy phát khi mô phỏng
Thông số của bộ chuyển đổi:
Hình 4.16: Dữ liệu thông số bộ chuyển đổi
Hình 4.17: Dữ liệu thông số turbine được mô phỏng
Hình 4.19: Thông số giới hạn điều khiển
Hình 4.20: Bộ thu thập dữ liệu và hiển thị kết quả mô phỏng của turbine
Đường đặc tính công suất turbine – tốc độ turbine trên hình 4.6 là cơ sở để so sánh đánh giá quá trình hoạt động của một nhà máy điện gió có công suất 9MW khi kết nối lưới theo sơ đồ máy phát không đồng bộ nguồn kép (WTDFIG).
4.4.1. Mô phỏng hệ thống sử dụng turbine gió trong trường hợp tốc độ gió tăng nhưng góc pitch không đổi
Để nghiên cứu hệ thống WTDFIG trong trường hợp tốc độ gió tăng nhưng góc pitch chưa thay đổi ta xét các trường hợp sau.
+ Tốc độ gió từ 8 -11 m/s:
(a) (b)
Hình 4.22: Kết quả đo được ứng với tốc độ gió tăng từ 8-11 m/s khi góc pitch chưa tác động. (a) Kết quả đo được của turbine gió; (b) Kết quả đo được phía lưới.
+ Tốc độ gió từ 8 -12 m/s:
(a) (b)
Hình 4.23: Kết quả đo được ứng với tốc độ gió tăng từ 8-12 m/s khi góc pitch chưa tác động. (a) Kết quả đo được của turbine gió; (b) Kết quả đo được phía lưới.
+ Tốc độ gió từ 8 -13 m/s:
(a) (b)
Hình 4.24: Kết quả đo được ứng với tốc độ gió tăng từ 8-13 m/s khi góc pitch chưa tác động. (a) Kết quả đo được của turbine gió; (b) Kết quả đo được phía lưới.
Từ các hình vẽ trên, chúng ta quan sát các đại lượng của turbine gió bao gồm điện áp, dòng điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng, điện áp một chiều và tốc độ turbine khi tốc độ gió thay đổi trong các trường hợp trên (như hình 4.22, 4.23 & 4.24) ta thấy:
Tại thời điểm t = 5s (thời điểm gió bắt đầu thay đổi tốc độ), công suất tác dụng do hệ thống năng lượng gió phát ra tăng dần theo sự thay đổi của tốc độ gió để đạt dần tới giá trị định mức. Trong cùng thời gian đó, tốc độ turbine cũng tăng theo. Lúc này góc pitch của cánh turbine là 00 (không đổi) vì tốc độ của turbine chưa đạt đến ngưỡng 1,2 lần tốc độ định mức (như trên đường đặc tính hình 4.6). Công suất phản kháng được điều chỉnh giảm xuống nhằm giữ cho điện áp không đổi (tiêu thụ Q).
Trong khi đó, các thông số lưới điện nơi có hệ thống turbine gió cung cấp hoạt động cũng thay đổi cho phù hợp với máy phát, đó là: P lưới giảm, Q lưới tăng đúng quy luật phù hợp với yêu cầu vận hành của máy phát điện gió; điện áp của lưới là ổn định, hệ thống vận hành ổn định.
4.4.2. Mô phỏng hệ thống sử dụng turbine gió trong trường hợp tốc độ gió tăng cho đến khi góc pitch tác động
Để nghiên cứu hệ thống WTDFIG trong trường hợp tốc độ gió tăng đến khi góc pitch tác động, ta xét các trường hợp sau.
+ Tốc độ gió từ 6 -14 m/s:
(a) (b)
Hình 4.25: Kết quả đo được ứng với tốc độ gió tăng từ 6-14 m/s khi góc pitch tác
+ Tốc độ gió từ 7 -14 m/s:
(a) (b)
Hình 4.26: Kết quả đo được ứng với tốc độ gió tăng từ 7-14 m/s khi góc pitch tác
+ Tốc độ gió từ 8 -14 m/s:
(a) (b)
Hình 4.27: Kết quả đo được ứng với tốc độ gió tăng từ 8-14 m/s khi góc pitch tác
động. (a) Kết quả đo được của turbine gió; (b) Kết quả đo được phía lưới điện.
Quan sát các đại lượng của turbine gió bao gồm điện áp, dòng điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng, điện áp một chiều và tốc độ turbine khi tốc độ gió thay đổi trong các trường hợp trên (như hình 4.25, 4.26 & 4.27) ta thấy:
Tại thời điểm t = 6s (thời điểm gió bắt đầu thay đổi tốc độ), công suất tác dụng do hệ thống năng lượng gió phát ra tăng dần theo sự thay đổi của tốc độ gió để đạt tới giá trị định mức là 9 MW trong thời gian xấp xỉ 15s. Trong cùng thời gian đó, tốc độ turbine sẽ tăng từ 0.8pu lên 1.21pu. Lúc đầu, góc pitch của cánh turbine là 00 và điểm hoạt động của turbine sẽ di chuyển theo đường đặc tính điều chỉnh (hình 4.6) đi dần tới điểm D. Sau đó, góc pitch sẽ tăng từ 00 đến 0.760 để đạt tới điểm tới hạn. Công
suất phản kháng sẽ được điều chỉnh nhằm giữ cho điện áp không đổi là 1pu. Khi hệ thống năng lượng gió phát công suất định mức thì hệ thống này tiêu thụ 0.68MVAr (Q= - 0.68MVAr) để giữ cho điện áp không đổi là 1pu.
Các thông số lưới điện nơi có hệ thống turbine gió cung cấp hoạt động ổn định trong các trường hợp tốc độ gió thay đổi.
4.4.3. Mô phỏng hệ thống điện sử dụng turbine gió trong trường hợp tốc độ gió cao hơn tốc độ gió tối đa của đường đặc tính turbine
Để nghiên cứu hệ thống WTDFIG trong trường hợp tốc độ gió cao hơn tốc độ gió tối đa của đường đặc tính mô men – tốc độ (hình 4.6) ta xem xét các trường hợp sau.
+ Tốc độ gió từ 8 -16 m/s:
(a) (b)
Hình 4.28: Kết quả đo được ứng với tốc độ gió tăng từ 8-16m/s khi góc pitch tác
+ Tốc độ gió từ 8 -18 m/s:
(a) (b)
Hình 4.29: Kết quả đo được ứng với tốc độ gió tăng từ 8-18m/s khi góc pitch tác
động. (a) Kết quả đo được của turbine gió; (b) Kết quả đo được phía lưới điện.
Quan sát các đại lượng của turbine gió bao gồm điện áp, dòng điện, công suất tác dụng và công suất phản kháng, điện áp một chiều và tốc độ turbine khi tốc độ gió thay đổi trong trường hợp này (trên hình 4.27 và 4.28) ta thấy:
Tại thời điểm t = 5s (thời điểm gió bắt đầu thay đổi tốc độ), công suất tác dụng do hệ thống năng lượng gió phát ra tăng dần theo sự thay đổi của tốc độ gió. Khi tốc độ gió đạt giá trị 14m/s (giá trị đỉnh của đường đặt tính hình 4.6) thì tốc độ turbine đạt được là 1pu và công suất phát của hệ thống năng lượng gió đạt được là 5MW (nhỏ hơn giá trị định mức). Điều này xảy ra là do tốc độ thay đổi vận tốc của turbine
có độ trễ so với sự thay đổi vận tốc của gió. Cho đến khi góc pitch tác động thì tốc độ turbine đạt 1,2 tốc độ định mức và công suất phát đạt giá trị định mức là 9MW.
Các thông số lưới điện nơi có hệ thống turbine gió cung cấp hoạt động ổn định trong các trường hợp tốc độ gió thay đổi.