5. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.3.2. Điện tử công suất hiện đại
tuabin gió. Ƣu điểm và nhƣợc điểm của việc sử dụng thiết bị điện tử công suất đƣợc trình bày trong bảng 2.2 dƣới đây:
Bảng 2.2. Ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng thiết bị điện tử công suất
Tính chất điện tử công suất Ƣu điểm Nhƣợc điểm Điều khiển tần số
(quan trọng đối với tuabin gió)
Tối ƣu năng lƣợng hoạt động. Hệ thống truyền động mềm. Dễ điều khiển.
Truyền động không bánh răng. Giảm tiếng ồn. Thêm các chi phí. Tổn thất điện năng. Tính chất điện áp (Quan trọng đối với lƣới
điện)
Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng.
Nguồn công suất phản kháng cục bộ.
Cải thiện ổn định (điện áp) lƣới. Cải thiện chất lƣợng điện.
- Giảm độ mấp mô
- Lọc các sóng hài bậc thấp - Hạn chế ngắn mạch
Có sóng hài bậc cao.
Điện tử công suất bao gồm các thiết bị nhƣ khởi động mềm (và các bộ tụ điện), chỉnh lƣu, bộ biến đổi điện và bộ chuyển đổi tần số.
Các thành phần cơ bản của bộ chuyển đổi điện áp là điốt (van không điều khiển đƣợc) và chuyển mạch điện tử (van điều khiển đƣợc), chẳng hạn nhƣ thyristor thƣờng hoặc thyristor đóng ngắt đƣợc và transistor. Điốt cho dòng điện qua theo một hƣớng nhất định và không cho phép dòng đi theo chiều ngƣợc lại. Thiết bị chuyển mạch điện tử cho phép lựa chọn thời điểm chính xác khi các điốt bắt đầu dẫn dòng. Thyristor thông thƣờng đƣợc đóng và sẽ chặn chỉ khi dòng bằng 0 ( tức là khi hƣớng dòng điện là đảo ngƣợc), trong khi các thyristor đóng ngắt đƣợc và transistor có thể tự do sử dụng các cổng để gián đoạn dòng điện. Các thyristor đóng
ngắt đƣợc và transistor đƣợc biết đến rộng rãi nhất là thyristor cổng đóng ngắt đƣợc (GTO - gate turn - off thyristors), thyristor cổng mạch tích hợp (IGCT – integrated gate commutated thyristor), transistor tiếp giáp lƣỡng cực (BJT - bipolar junction transistor), transistor hiệu ứng trƣờng với chất bán dẫn oxit kim loại (MOSFET - metal oxide semiconductor field effect transistors) và transistor cổng cách điện lƣỡng cực (IGBT - insulated gate bipolar transistor). Bảng 2.3 so sánh các đặc điểm và xếp hạng của năm trong số các thiết bị chuyển mạch. Các giá trị điện áp, dòng điện và điện áp đầu ra là điện áp tối đa. Chuyển đổi tần số xác định phạm vi tần số hoạt động.
Thyristor thông thƣờng có thể điều khiển công suất tác dụng, trong khi thyristor đóng ngắt đƣợc và transitor có thể điều khiển cả công suất phản kháng và công suất tác dụng.
Ngày nay, hệ thống máy phát điện tua bin gió có tốc độ thay đổi có thể sử dụng nhiều loại bộ chuyển đổi khác nhau. Chúng có những tính chất nhƣ chuyển mạch lƣới điện hoặc tự chuyển mạch. Các loại phổ biến của chuyển mạch lƣới điện là thyristor.
Nó rẻ và đáng tin cậy, nhƣng lại tiêu thụ công suất phản kháng và tạo các dòng hài rất khó để lọc ra. Bộ tự chuyển mạch điển hình bao gồm thyristor GTO hoặc transistor. Các bộ tự chuyển mạch lại hấp dẫn vì có tần số chuyển mạch cao. Hài có thể đƣợc lọc ra dễ dàng hơn và do đó độ nhiễu của nó vào mạng có thể đƣợc giảm đến mức thấp. Ngày nay, các transistor phổ biến nhất là IGBT. Nhƣ minh họa trong bảng 2.3, tần số chuyển đổi của một IGBT điển hình nằm trong khoảng 2 đến 20kHz. Ngƣợc lại, tần số chuyển đổi GTO không thế cao hơn 1kHz, do đó nó không phải là một lựa chọn tốt trong tƣơng lai.
Tự chuyển mạch có thể là chuyển đổi nguồn điện áp (VSC) hoặc chuyển đổi nguồn dòng (CSCS, xem hình 2.13). Nó có thể điều khiển tần số và điện áp.
Bảng 2.3 Thiết bị chuyển mạch: phạm vi hoạt động và đặc điểm
Các dạng thiết bị đóng ngắt
GTO IGCT BJT MOFET IGBT
Điện ápα (V) 6000 6000 1700 1000 6000 Dòng điệnα (A) 4000 2000 1000 28 1200 Tần số đóng ngắtβ (kHz) 0.2-1 1-3 0.5-5 5-100 2-20 Yêu cầu điều khiển Cao Thấp Trung bình Thấp Thấp
α
điện áp đầu ra cực đại β
phạm vi hoạt động
Nguồn VSC và CSCS tƣơng đối dễ xác định chuyển đổi sang dạng sóng điện áp và dạng sóng dòng điện, tƣơng ứng với các thiết bị đầu cuối của máy phát điện và lƣới điện. Trong trƣờng hợp của VSC, điện áp (dạng DC) đƣợc giữ ổn định bởi một tụ điện lớn. Trong một CSC thì ngƣợc lại, dòng điện (dạng DC) đƣợc giữ ổn định bởi một cuộn cảm lớn. Cần nhấn mạnh rằng chuyển đổi nguồn áp và chuyển đổi dòng điện là những khái niệm khác nhau. Chúng có thể đƣợc thực hiện bằng nhiều cách: sáu bƣớc, điều chế biên độ xung (PAM) hoặc điều chế độ rộng xung (PMW). Bằng cách sử dụng kỹ thuật PWM, các sóng hài tần số thấp đƣợc loại bỏ và tần số của sóng hài bậc cao đầu tiên nằm ở khoảng chuyển đổi tần số của các biến tần hoặc bộ chỉnh lƣu.
Hình 2.13. Các loại chuyển đổi năng lượng tự chuyển mạch cho tua bin gió: (a) bộ chuyển đổi nguồn dòng và (b) bộ chuyển đổi nguồn áp. Sao chép từ S. Heier năm 1998, mạng lưới tích hợp hệ thống chuyển đổi năng lượng gió, bởi John Wiley &
Sons. Ltd.
2.4. KẾT LUẬN
Chƣơng này đã cung cấp một cách ngắn gọn và toàn diện về cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống điện gió. Trong đó chỉ ra ƣu nhƣợc điểm của từng loại thiết bị trong hệ thống và tác động của chúng đến điện năng đƣợc tạo ra. Từ các ƣu nhƣợc điểm này cũng nhƣ xu thế thị trƣờng điện gió từ năm 2000-2009 đƣợc trình bày ở trên đều chỉ ra chung một kết quả. Đó là tuabin gió sử dụng động cơ không đồng bộ nguồn kép (DFIG) và tuabin gió sử dụng động cơ đồng bộ với bộ chuyển đổi năng lƣợng đầy đủ là 2 cấu hình tuabin gió tốt nhất. Tuy nhiên tuabin gió cấu hình DFIG đang chiếm lĩnh vị trí đứng đầu do ƣu thế về giá thành và khắc phục
CHƢƠNG III
ẢNH HƢỞNG CỦA PHONG ĐIỆN TỚI CÁC THÔNG SỐ CỦA LƢỚI ĐIỆN