Nguyên tắc điều khiển của phương pháp này là thiết kế bộ điều khiển tốc độ và dòng điện.
Với hệ thống điện gió mà tốc độ tuabine thay đổi được đang trở thành xu hướng phát triển hiện nay, bởi vì khi tốc độ tuabine gió thay đổi thì có thể điều khiển công suất gió đạt tối đa được dễ dàng. Nhưng năng suất gió tối ưu có thể đạt được không chỉ phụ thuộc vào chế độ gió mà còn phụ thuộc vào phương pháp điều khiển tuabine gió. Một phương pháp điều khiển ưa chuộng hiện nay áp dụng cho hệ thống điện gió sử dụng máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu PMSG là phương pháp điều khiển từ thông, phương pháp này sử dụng để điều khiển vị trí rotor và tốc độ của máy phát.
FOC là phương pháp điều khiển mạch vòng khép kín, trong đó mômen quay của máy phát được điều khiển trực tiếp bằng cách điều khiển dòng điện stato. Phương pháp điều khiển được trình bày trong hệ tọa độ vuông góc d-q. Biểu thức
55
mômen quay trong hệ tọa độ vuông góc d-q của máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu PMSG là:
(3.1)
Theo công thức 3.1 thì với m là không đổi thì bằng cách điều chỉnh dòng điện dòng điện stato isq theo trục q, kết quả thu được là mômen quay Te thay đổi theo. Mômen quay có thể được điều khiển bằng cách giữ góc quay mômen như mong muốn, do đó có vài phương pháp điều khiển mômen quay như sau:
Cách 1: Điều khiển góc quay không đổi, nội dung phương pháp là giữ góc quay momen = 900. Thành phần dòng điện của stator theo trục d được điều chỉnh về 0, vì hệ tọa độ d-q là hệ tọa độ vuông góc, do đó chỉ tồn tại thành phần dòng điện stator trên trục q. Khi đó từ thông của nam châm vĩnh cửu và góc quay của momen là không đổi, và độ lớn của momen quay này chỉ phụ thuộc vào biên độ của dòng điện stator trên trục q.
Cách 2: Điều khiển từ thông cố định, theo phương pháp này giữ biên độ từ thông là không đổi và bằng với vector từ thông nam châm vĩnh cửu.
Hình 3.1. mô tả phương điều khiển tựa từ thông trên hệ trục tọa độ d-q, với momen quay Te được giữ như mong muốn, bằng cách điều chỉnh vector dòng điện stato. Từ thông nam châm vĩnh cửu được gắn trên trục d.
56 Trong đó: : là góc quay momen;
r: là góc tải;
Vecto dòng điện stator được xác định theo công thức sau:
Cấu trúc thuật toán điều khiển được trình bày trên hình 3.2.
Hình 3.2. Phương pháp điều khiển tựa từ thông có cảm biến
Trong sơ đồ hình 3.2:
PMSG: Permanent Magnet synchronous generator, máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu;
PWM: Pulse width modulation, bộ điều chế độ rộng xung; PI: Proportional integral: Bộ tích phân tỷ lệ;
SVM: Space vector modulation: Bộ điều khiển vecto không gian; dq/: là bộ chuyển đổi hệ trục tạo độ dq sang ;
57 Nội dung của thuật toán điều khiển như sau:
Các thông số cần tính toán cho phương pháp điều khiển này là điện áp một chiều UDC, dòng điện stator và vị trí quay roto. Trong phần này, vị trí roto được xác định thông qua một bộ mã hóa được gắn trên trục của roto. Dòng điện mẫu isd được điều chỉnh bằng 0 (isd = 0) và dòng điện isq được cho bởi bộ tích phân tỷ lệ PI điều khiển tốc độ. Điện áp theo trục tọa độ d-q cần thiết được xác định từ 2 bộ PI điều khiển dòng điện. Để điều khiển dòng điện một cách độc lập thì bù lại, ed được thêm vào; eq được bỏ ra, tại đầu ra của bộ PI điều khiển dòng điện. Bộ điều biến vecto không gian trạng thái SVM được sử dụng để tạo ra một chu kỳ làm việc cho điện áp mẫu chuẩn mong muốn và khối phát – điều chế độ rộng xung tính toán, điều khiển bộ chỉnh lưu tích cực phía máy phát.