Thông thường , hầu hết các động cơ đốt trong được nối thông với một máy phát đồng bộ tốc độ ổn định có rơ le bảo vệ. Để kết hợp phát điện và kết nối trực tiếp vào lưới ,tần số máy phát điện phải giữ liên tục 60Hz.Phụ thuộc vào số cực của máy phát, tuy nhiên các động cơ đốt trong không sử dụng hết phạm vi tốc độ hoặc loại bỏ tải.
Sử dụng giao diện điện tử công suất cùng với động cơ đốt trong cung cấp lợi ích là có thể thay đổi tốc độ hoạt động của động cơ đốt trong, do đó tối ưu hóa việc sử dụng nhiên liệu và thay đổi tải. Tốc độ của động cơ có thể được điều khiển để đáp ứng sự thay đổi của tài và tối ưu hóa cho việc kết hợp giữa động cơ và máy phát.ngoài ra điện tử công suất cung cấp thêm tính linh hoạt cho hệ thống lưu trữ, đặc biệt là chế độ đảo.
Hình 1.28 cho thấy một cấu hình máy phát động cơ nó tích hợp một máy phát đồng bộ , hoặc là máy phát điện không đồng bộ cảm ứng, để nối với lưới.máy phát chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện áp và tần số thay đổi theo tốc độ động cơ. Các bộ chỉnh lưu và nghịch lưu sau đó được sử dụng để chuyển đổi đầu ra của máy phát tới công suất phù hợp với hệ thống lưới điện. Đối với các máy phát điện cảm ứng công suất phản kháng có thể được bù theo yêu cầu.
Hình 1.28: Cấu trúc động cơ có tốc độ thay đổi cùng modul điện tử công suất Một giải pháp khác cho việc sử dụng bộ chuyển đổi công suất trung bình cùng với một máy phát điện có cuộn dây rôto cảm ứng. Một bộ biến đổi công suất được nối với roto thông qua các vành trượt để điều khiển dòng roto.Nếu máy điện đang chạy siêu đồng bộ năng lượng điện được phân phối thông qua cả roto và stato.Nếu máy phát chạy dưới đồng bộ thì năng lượng chỉ được cung cấp từ roto vào lưới.
Loại máy phát điện cảm ứng được biết đến như là một máy phát có công suất tăng gấp hai. Giải pháp này thì đắt hơn so với các giải pháp cổ điển. Ưu điểm của thiết kế này là nó cung cấp bù công suất phản kháng/sản xuất và tăng được năng lượng thu được từ động cơ đốt trong. Sự sắp xếp này làm cho cuộn dây stato của máy phát điện có kích thước giảm đi 25% cùng với giao diện điện tử công suất tạo nên sự khác nhau của năng lượng roto.
1.5.3. Cấu trúc điện tử công suất
Một cấu trúc điện tử công suất điển hình được sử dụng cho động cơ đốt trong cùng với máy điện nam châm vĩnh cửu như hình 1.29. Điện áp ba pha, tần số đầu ra của động cơ đốt trong được chỉnh lưu bằng cầu diot. Tín hiệu đầu ra chỉnh lưu được lọc thành một dạng sóng DC phẳng nhờ một tụ lớn. Tín hiệu DC được chuyển đổi thành điện áp AC 60Hz nhờ bộ biến tần nguồn áp.Dạng sóng điện áp thu được có thể thu nhỏ lại bằng cách sử dụng một biến áp có mức điện áp yêu cầu. máy biến áp còn có tác dụng cách ly cho việc kết nối với lưới. Thay cho việc chỉnh lưu thụ động,Một chỉnh lưu tích cực 2 chiều sử dụng thiết bị chuyển mạch IGBT, cho phép tái sinh. Ngoài ra các yêu cầu của công suất phản kháng cho máy phát điện cảm ứng được thỏa mãn với bộ biến đổi 2 chiều.
Hình 1.29: Cấu trúc máy phát đồng bộ cùng với modul điện tử công suất
Yêu cầu điện tử công suất cho DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) bao gồm một AC-DC-AC dựa trên bộ biến đổi điều biến độ rộng xung . Cuộn dây stato được kết nối trực tiếp với lưới có tần số 60Hz trong khi roto được thay đổi tần số thông qua bộ biến đổi AC-DC-AC.Một cấu trúc điện điển hình của DFIG(Doubly-Fed Induction Generator) như hình 1.30,sử dụng cách bố trí bộ biến đổi back-to- back.chỉnh lưu/nghịch lưu có tụ DC link để chuyển đổi công suất. Bên AC của bộ chỉnh lưu được gắn với roto cảm ứng thông qua các vành trượt. bộ nghịch lưu được gắn với lưới có tần số ổn định.
Hình 1.30: Cấu trúc DFIG cùng với bộ biến đổi AC-DC-AC
Mặc dù tốc độ của động cơ đốt trong thay đổi cùng với máy phát điện đồng bộ hoặc cảm ứng , cung cấp hiệu suất tốt hơn về hiệu quả nhiên liệu. Nó không đáp ứng được tốt như máy phát điện động cơ đốt trong thông thường tới sự thay đổi đột ngột của tải bới vì do quán tính và giới hạn công suất.Trong một số điều kiện , điện áp của tụ DC link sẽ bị phá hủy trừ khi có một nguồn năng lượng dự trữ.một cấu
trúc điện tử công suất được sử dụng cùng với sự thay đổi tốc độ của động cơ đốt trong và cho việc dự trữ năng lượng như hình 1.31.
Đầu ra của máy phát điện được chỉnh lưu thành DC và được đưa đến một bộ biến đổi tăng áp.Một hệ thống dữ trữ năng lượng DC được kết nối tới bus DC sử dụng bộ biến đổi DC-DC 2 chiều full-bridge.Một bộ nghịch lưu nguồn áp được sử dụng cho việc kết nối tới lưới. ngoài ra việc bổ sung thêm modul dự trữ năng lượng cho phép chuyển đổi năng lượng liên tục cho các phụ tải địa phương trực tiếp từ hệ thống động cơ đốt trong trong trường hợp mất điện lưới.