MÁY PHÁT ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU CÔNG SUẤT NHỎ
3.3.CHIẾN LƯỢC ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ VÀ ĐIỆN ÁP
Một vài kỹ thuật đã được sử dụng để chuyển đổi năng lượng gió nhưng phổ biến được dùng là dựa trên cơ sở phát điện cảm ứng (IG) , hệ thống này tương đối đơn giản và không ảnh hưởng lớn đến lưới điện, nó cung cấp nhiều lợi ích cho việc trao đổi năng lượng hiệu quả với các hệ thống lưới. Ngày nay nam châm vĩnh cửu dùng trong máy phát đồng bộ có thể sản sinh ra năng lượng được đánh giá cao nhất vào khoảng 6 MW. Máy phát đồng bộ dùng nam châm vĩnh cửu có nhiều hiệu quả hơn máy đồng bộ thông thường và đơn giản vì bộ kích từ trong máy là không cần thiết. Để chuyển đổi năng lượng gió vào lưới điện, nhiều công nghệ chuyển đổi đã được tìm tòi nghiên cứu, và
45
cách đơn giản nhất là máy phát điện cỡ nhỏ dùng nam châm vĩnh cửu được gắn với bộ chỉnh lưu diode.
Nhiều loại biến tần cũng được sử dụng trong các hệ thống biến đổi phát điện bằng tuabin gió. Chúng bao gồm biến tần tự đảo chiều hay biến tần đảo chiều trong mạng. Biến tần tự đảo chiều gồm biến tần nguồn dòng hay biến tần nguồn áp có công suất cao trong khoảng 200 kW đến 1MW.
Biến tần tự đảo chiều : biến tần tự đảo chiều có thể làm cho mạng giảm nhiễu xuống đến mức thấp nhất có thể, bằng cách sử dụng chuyển đổi tần số cao, lên đến vài kHz, những sóng hài có thể được lọc dễ dàng hơn trong mạng tự đảo chiều dùng biến tần thyristor. Biến tần tự đảo chiều sử dụng kỹ thuật điều chế xung để giảm sóng hài, để làm cho các sóng tồn tại có bậc thấp hay loại bỏ chúng, các tần số chuyển mạch có thể lên 3kHz hoặc cao hơn.
Biến tần tự đảo chiều thường được chế tạo bằng các bóng bán dẫn, GTOs hay sử dụng điều khiển đóng mở các van của thyristor. Các biến tần dùng GTOs không có khả năng chuyển mạch với những tần số cao hơn 1 kHz, và không thể đủ để làm giảm các sóng hài bậc cao. Do đó, biến tần dùng GTOs không được coi là sự lựa chọn cho tương lai, nó đã trở lên lỗi thời vì chỉ dùng trong phạm vi công suất 100 – 200 kW.
Ngày nay, loại bóng bán dẫn được ứng dụng phổ biến nhất là transistor lưỡng cực có cổng cách điện IGBT. Nó có khả năng điều khiển rộng các dòng cùng pha , và ngày nay được sử dụng chuyển đổi điện áp xoay chiều được đánh giá cao nhất lên đến 1700 V. Một biến tần tự đảo chiều có thể là một biến tần nguồn áp hay nguồn dòng, nhưng ngày nay loại nguồn áp là loại thông dụng nhất. Nếu nó sử dụng nguồn năng lượng từ mang lưới thì bộ tụ phải có hiệu điện thế cao hơn điện áp đỉnh của mạng.
Máy phát điện không có khả năng phát ra điện áp có hằng số cao ở tốc độ thấp do đó một bộ chuyển đổi DC – DC phải được sử dụng để nâng cao điện áp của diode chỉnh lưu. Các hệ thống năng lượng gió sử dụng bộ chuyển
46
đổi này được gọi là “hệ thống điều khiển trực tiếp máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu “ được biểu diễn trên hình 3.6, nó bao gồm một máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu ba pha kết nối với mạch chỉnh lưu PWM cho phép chiết xuất điện năng tối ưu bằng cách sử dụng thuật toán M.P.P.T( bộ điều khiển cánh gió). Một biến tần PWM đảm bảo điện năng sản xuất ra được đưa vào lưới xoay chiều. Giữa hai bộ chuyển đổi, một tụ điện được sử dụng như một đường dẫn điện áp một chiều, hệ thống được kết nối với lưới điện thông qua một bộ lọc để nâng cao chất lượng dòng điện.
C bus Grid PWM Rectifier PWM Inverter Inverter Control Wind Tuabin Super Visior Rectifier Control P,f,Q,V F.R.T G.C.R - T.S.O P.M.S.M Power Control DC bus control generator control Pitch Control M.P.P.T
Hình 3.6. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển chuyển đổi năng lượng trực tiếp với thuật toán điều khiển GCR.
Ưu điểm chính của cấu trúc này là chi tiết tách hoàn toàn giữa hai biến tần, trong thực tế, khi lưới điện bị rối loạn, bộ chuyển đổi một bên sẽ được điều khiển, lưới điện vì vậy có thể được hỗ trợ phục hồi điện áp bằng cách
47
cung cấp công suất phản kháng và đảm bảo lưới điện ổn định trong khoảng thời gian chuyển tiếp.
Các hệ thống chuyển đổi năng lượng gió được điều khiển bằng cơ cấu gồm hệ thống điều khiển ( TSO ), các hệ thống phân phối ( DSO ) tùy thuộc vào vị trí của các khớp nối ( PCC ) của các hệ thống gió. Thiết bị giám sát nhận được tín hiệu điện phù hợp với tín hiệu của thiết bị kiểm tra điều kiện kết nối lưới ( GCR ) phát ra từ hệ thống gió và phát tín hiệu điều khiển ngược lại các bộ biến tần, thiết bị pitch được điều chỉnh cho phù hợp.
48
Chương 4.