TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
2.2.1.2. Phõn loại mỏy phỏt điện giú
A) Loại A – Constant Speed Wind Turbine
Hỡnh 2.3. Sơ đồ nguyờn lý của loại tuabin giú tốc độ khụng đổi
Mụ hỡnh loại này được phỏt triển từ Đan Mạch, cú cấu tạo gồm một mỏy phỏt điện khụng đồng bộ (MPKĐB – là loại mỏy điện cảm ứng roto lồng súc), biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng. Hộp bỏnh răng cú tỏc dụng khớp tốc độ của roto tuabin giú và mỏy phỏt điện do chỳng cú tốc độ vận hành khỏc nhau.
Học viờn:Vũ Ngọc Tuõn Lớp: 2012B – HTĐ-PC
Mỏy phỏt điện trượt nhẹ theo lượng cụng suất đầu ra và do đú khụng hẳn là tốc độ của mỏy phỏt điện là khụng đổi. Tuy nhiờn, sự thay đổi tốc độ này nằm trong giới hạn 12% nờn loại tuabin giú này được coi là cú tốc độ khụng đổi hoặc cố định [26]
Mặc dự cú cấu tạo đơn giản, chắc chắn nhưng mụ hỡnh loại này cú những nhược điểm sau:
- Khụng thể điều chỉnh được cụng suất tối ưu;
- Ứng lực tỏc động lờn hệ thống lớn khi tốc độ thay đổi đột ngột;
- Khụng cú khả năng điều chỉnh tớch cực do tần số và điện ỏp stato cố định theo lưới. MPKĐB thường tiờu thụ cụng suất phản khỏng. Mức tiờu thụ cụng suất phản khỏng phụ thuộc vào điện ỏp nỳt, cụng suất tỏc dụng P và tốc độ của roto. Do vậy, MPKĐB khụng được sử dụng để điều chỉnh điện ỏp. Lượng cụng suất phản khỏng của MPKĐB tiờu thụ trong phần lớn cỏc trường hợp được bự bằng tụ bự. Theo đú, cụng suất phản khỏng chỉ trao đổi giữa MPKĐB và tụ bự, làm giảm lượng Q trờn lưới và tăng hệ số cụng suất cos trờn lưới, giảm tổn thất điện ỏp.
Để nõng cao khả năng điều chỉnh điện ỏp trong trường hợp này, ta sử dụng cỏc bộ tụ bự đúng cắt hoặc cỏc giàn tụ Statcom hoặc tụ bự tĩnh (SVC).
B) Loại B – Doubly Fed Induction Generator
Mụ hỡnh loại này được trang bị với một MPKĐB với cuộn dõy stator của mỏy phỏt điện được nối trực tiếp với lưới điện, cũn cuộn dõy roto mỏy phỏt điện được nối với bộ biến đổi cụng suất, sử dụng cấu hỡnh Back-to-Back tạo thành mạch vũng điều khiển dũng. Vỡ bộ biến đổi cụng suất bự lại sự sai lệch giữa tần số cơ và điện bằng cỏch bơm vào một dũng roto cú tần số thay đổi nờn tuabin giú làm việc với tốc độ thay đổi. Điều đú cú nghĩa là tốc độ cơ của roto cú thể được điều chỉnh theo hàm mục tiờu cụ thể, như là đạt tối đa cụng suất nhận được và tối thiểu húa tiếng ồn.
Tốc độ của roto được điều chỉnh bằng cỏch thay đổi cụng suất phỏt cú được từ hàm mục tiờu.
Việc phỏt cụng suất phản khỏng cú thể được điều khiển bằng dũng roto. Trong trường hợp này, khụng tồn tại một quan hệ duy nhất giữa cụng suất phản khỏng và
Học viờn:Vũ Ngọc Tuõn Lớp: 2012B – HTĐ-PC
cỏc đại lượng khỏc như tốc độ roto và cụng suất tỏc dụng phỏt. Thay vào đú, ứng với một tốc độ roto cụ thể và mức phỏt cụng suất tỏc dụng tương ứng là lượng cụng suất phản khỏng cú thể được phỏt hoặc tiờu thụ trong một phạm vi thay đổi rộng.
Hỡnh 2.4. Sơ đồ nguyờn lý của loại tuabin giú DFIG
Tuy khụng phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ roto và cụng suất phỏt P nhưng cụng suất phản khỏng Q vẫn bị ảnh hưởng bởi cỏc đại lượng đú. Điều đú là do cả mụmen quay MPKĐB và việc phỏt Q phụ thuộc trực tiếp vào dũng điện mà bộ điều khiển tốc độ roto nhận được từ tốc độ thực roto. Dũng điện cần để tạo ra mụmen mong muốn lại quyết định dung lượng bộ biến đổi cho khộp vũng dũng điện để phỏt hay tiờu thụ cụng suất phản khỏng.
Trong loại A và B, mỏy phỏt diện được thiết kế và vận hành ở hệ số cụng suất cos = 0,9.
C) Loại C – Direct Drive Wind Turbine
Mụ hỡnh loại này cấu tạo gồm cú một mỏy phỏt điện đồng bộ (MPĐB) nhiều cực cú tốc độ quay thấp, cú chiều quay cựng với chiều quay của roto tuabin giú, biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng.
Loại này khụng sử dụng hộp bỏnh răng truyền động. Đầu dõy ra từ stato nối trực tiếp với lưới thụng qua bộ biến đổi cụng suất. Bộ biến đổi sử dụng loại Back- to-Back biến đổi nguồn điện ỏp hoặc bộ chỉnh lưu đi-ốt với bộ biến đổi nguồn điện ỏp đơn pha.
Học viờn:Vũ Ngọc Tuõn Lớp: 2012B – HTĐ-PC
Hỡnh 2.5. Sơ đồ nguyờn lý của loại tuabin giú kết nối trực tiếp
Sự trao đổi cụng suất phản khỏng giữa MPĐB với lưới điện khụng phụ thuộc vào đặc tớnh của MPĐB mà được xỏc định bởi đặc tớnh phớa lưới điện của bộ biến đổi. MPĐB được tỏch biệt hoàn toàn khỏi lưới điện. Do vậy, việc trao đổi cụng suất phản khỏng giữa bản thõn MPĐB và phớa mỏy phỏt điện của bộ biến đổi cũng như là giữa phớa lưới điện của bộ biến đổi với lưới điện là hoàn toàn tỏch biệt. Điều này cú nghĩa là hệ số cụng suất cos của MPĐB và hệ số cụng suất cos phớa lưới điện cua bộ biến đổi cú thể được điều chỉnh độc lập với nhau. Thụng thường, mỏy phỏt điện trong trường hợp này được thiết kế và vận hành với cos = 1.
Đối với cả 3 loại mụ hỡnh, thụng thường thỡ điện ỏp tại cỏc nỳt được đo và làm tớn hiệu điều khiển bộ điều khiển điện ỏp, điều khiển mức phỏt hoặc tiờu thụ cụng suất phản khỏng. Tuy nhiờn trong một số trường hợp hoặc điện ỏp ở một nỳt nào đú lõn cận với nỳt kết nối tuabin giú cũng được điều chỉnh do đặc tớnh địa phương của điện ỏp lưới. Khi điện ỏp đo được quỏ thấp, việc phỏt cụng suất phản khỏng tăng lờn; khi điện ỏp đú quỏ cao thỡ cụng suất phản khỏng phỏt lại được giảm xuống.
Trong trường hợp sự cố ngắn mạch gần MPĐ, làm cho điện ỏp đầu cực của MPĐ sụt giảm mạnh và cụng suất điện do MPĐ phỏt ra cũng sụt giảm, trong khi cụng suất cơ của tuabin giú vẫn được duy trỡ. Roto của mỏy phỏt điện lỳc này sẽ bị gia tốc và mỏy rơi vào trạng thỏi lồng tốc trong thời gian trước khi sự cố bị loại trừ. Sau khi sự cố được loại trừ, MPĐ lỳc này yờu cầu một lượng cụng suất phản khỏng lớn từ lưới điện để duy trỡ từ trường quay trong nú, và khụi phục điện ỏp đầu cực.
Học viờn:Vũ Ngọc Tuõn Lớp: 2012B – HTĐ-PC
Nếu lượng cụng suất phản khỏng này khụng được đỏp ứng kịp thời khiến cho điện ỏp đầu cực khụng khụi phục được thỡ MPĐ khụng khởi động được. Để khắc phục, ngay tại điểm kết nối của điện giú thường được trang bị thiết bị bự, làm nguồn cấp cụng suất phản khỏng ngay tại chỗ. Giỏ trị dung lượng bự phụ thuộc vào hệ số cụng suất yờu cầu, cụng suất phỏt của mỏy phỏt (hoặc trạm điện giú) và đặc điểm của lưới điện.