L ỜI NÓI ĐẦU
3.4.2. Phân tích các chế độ làm việc của hệ thống biến đổi năng lượng gió
Hệ thống biến đổi năng lượng gió (WECS) đạt đến điểm làm việc ổn định khi mômen của mạng điện đặt lên hệ thống bằng không. Ví dụ, khi momen phản ứng của máy phát bằng momen khí động học trong rotor (cả 2 momen đều được tính trên 1 phía của hộp số). Trạng thái ổn định này được mô tả trong hình 3.11. Trong đó, đặc tính của momen khí động học của rotor được vẽ ở những giá trị khác nhau của tốc độ gió và góc cắt. Tương tự, đặc tính của momen phản ứng của máy phát cũng được thể hiện với 2 giá trị của tốc độ không tải Z. Rõ ràng, điểm mà tại đó đường cong momen phản ứng cắt momen khí động học ở một tốc độ gió cho trước chính là điểm làm việc tại tốc độ gió đấy. Ví dụ, cho 0,Z ZP, P1 là điểm làm việc ở tốc độ gió V1, P2 là điểm làm việc tại tốc độ gió V2. Có thể suy ra từ hình 3.11 là cần phải điều chỉnh cả đặc tính momen máy phát và đặc tính khí
động học để vận hành turbine ở những điểm làm việc khác nhau. Sự linh hoạt này là cần thiết để đạt tới được mục đích điều khiển tốt nhất.
Hình 3.11: Mô tả các điểm làm việc trong những điều kiện tốc độ gió khác nhau
Một số mô hình hệ WECS, như mô hình máy phát nối lưới thông qua bộ biến đổi điện tử công suất (hình 2.11), mô hình nối lưới của máy phát không đồng bộ nguồn kép (hình 2.13) được trình bày ở chương 2, cho phép điều khiển đặc tính momen của chúng. Thực tế là đặc tính momen máy phát có thể dịch chuyển đến một tốc độ cao hoặc thấp hơn bằng cách dùng bộ điều khiển của bộ chuyển đổi điện tử. Ví dụ ở hình 3.11 cho thấy làm thế nào để dịch chuyển từ điểm P1 đến Q1 trong khi tốc độ không tải Zđược điều khiển bởi bộ chuyển đổi, tăng từ ZPđến ZQ. Hệ WECS cho phép thay đổi đặc tính momen phản ứng làm việc với tốc độ gió thay đổi. Chế độ này được sử dụng chẳng hạn trong trường hợp cần đạt đến điểm làm việc có công suất tối đa với tốc độ gió biến đổi dưới một giá trị giới hạn.
Mặt khác, việc điều khiển góc cắt là phương pháp thông dụng nhất để thay đổi momen khí động học ở rotor. Hình 3.12 cho thấy sự thay đổi của đặc tính momen khí động học theo sự thay đổi của góc cắt (được xây dựng từ công thức 3.11 và 3.12).
Hình 3.12: Momen và công suất thay đổi theo tốc độ rotor ứng với các góc cắt
Hình 3.11 cũng cho thấy điểm làm việc thay đổi thế nào khi tốc độ gió là không đổi. Trên thực tế, điểm làm việc thay đổi từ P1 đến R1 khi góc cắt tăng từ 0 đến R. Ngoài ra, có thể nhận thấy điểm làm việc có thể được duy trì không đổi khi gió thay đổi và xác định được một góc cắt phù hợp. Trên hình 3.11, điểm làm việc P2 ứng với
2
V
V và 0 trùng với điểm làm việc R1 ứng với V V1và R. Chế độ làm việc với góc cắt biến thiên là rất hữu hạn. Chẳng hạn như nó cho phép turbine vận hành ở một điểm làm việc cố định cho dù tốc độ gió có sự biến động.
Khái niệm “chế độ làm việc” biểu thị những cách khác nhau để turbine gió có thể được lập trình làm việc. Cơ bản chúng được xác định bởi những phương pháp khả thi để thực hiện trên turbine. Tốc độ gió không đổi, tốc độ gió biến đổi, góc cắt không đổi, góc cắt biến đổi, đều là những chế độ thông dụng nhất. Vì turbine gió luôn luôn phải làm việc trong những điều kiện khác nhau, nên những chế độ làm việc này thường được kết hợp lại để mục tiêu điều khiển trong toàn dải tốc độ làm việc của gió là tốt nhất. Do đó, turbine gió có thể được chia làm 4 loại :
- FS-VP (Fixed Speed - Variable Pitch): Tốc độ không đổi, góc cắt thay đổi. - VS-FP (Variable Speed - Fixed Pitch): Tốc độ thay đổi, góc cắt không đổi. - VS-VP (Variable Speed - Variable Pitch): Tốc độ thay đổi, góc cắt thay đổi. Rõ ràng, khả năng thỏa mãn các mục tiêu điều khiển của một hệ WECS phụ thuộc chặt chẽ vào tính linh động của các chế độ làm việc của nó. Khi đã xác định được các chế độ làm việc của hệ WECS, chúng ta có thể tiến tới việc hình thành nên các chiến lược điều khiển. Trên thực tế, cách phân loại turbine gió ở trên đã chỉ ra các chiến lược điều khiển.