Ngày nay, các máy phát điện trong tổ hợp phát điện gió được phát triển rất phong
phú, tùy theo công suất từ nhỏ đến lớn. Cấu trúc máy phát ngày càng hiện đại và đa
dạng, song về nguyên lý máy phát chủ yếu theo hai dòng chính là máy phát xoay chiều đồng bộ và máy phát xoay chiều không đồng bộ có cấu trúc như mô tả trong hình 2.13
Hình 2. 13 Cấu trúc điển hình của tổ hợp turbine gió
Trong đó tiến bộ nhất là máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG – Doubly Fed Induction Renerator). DFIG được áp dụng cho cả các máy phát công suất nhỏ, cấu trúc của DFIG được mô tả trên hình 2.14.
Điều đặc biệt của DFIG là có thể phát công suất từ phía mạch stator hoặc mạch rotor tùy thuộc vào tốc độ gió và sự điều kiển. (khi tốc độ gió lớn làm rotor quay trên tốc độ đồng bộ xác định bởi số đôi cực máy phát, còn khi tốc độ dưới đồng bộ máy phát chỉ phát công suất từ phía mạch stator như một máy phát không đồng bộ thông thường). Điều đặc biệt nữa là DFIG luôn tránh làm việc ở chế độ đồng bộ, bởi khi đó dòng kích từ sẽ biến thành dòng một chiều không cân bằng giữa các pha trong mạch rotor. Ở tốc độ trên đồng bộ, dòng kích từ xoay chiều hình thành do được cảm ứng từ phía stator, ngược lại ở tốc độ dưới đồng bộ dòng kích từ xoay chiều nhận được từ phía lưới qua tổ hợp các bộ biến đổi Converter1 – DC – Converter2, hình 2.15 [11].
Hình 2. 15 Mô hình cấu trúc WTG kiểu DFIG (Type4)
Để tần số điện áp đầu cực máy phát luôn cố định là 50 Hz (hoặc 60Hz) một nguyên lý phải được tôn trọng của DFIG là tần số dòng kích từ xếp chồng với tần số góc của vận tốc rotor là một hằng số để đảm bảo từ trường quét qua các cuộn dây 3 pha stator có tốc độ là hằng.
Tuy nhiên mục tiêu quan tâm chính của đề tài đối với DFIG là khai thác tính năng bù công suất nhằm nâng cao chất lượng lưới điện trung thế trong khu vực miền núi. Vấn đề này thì cả máy phát thủy điện và DFIG đề có một nguyên tắc chung, đó là:
-Khi năng lượng sơ cấp (nguồn nước hay nguồn gió) đủ lớn, trên mức trung bình
theo tỷ lệ thích hợp, phụ thuộc trạng thái lưới nhằm đáp ứng mục tiêu chính là ổn định điện áp lưới.
-Khi năng lượng sơ cấp (nguồn nước hay nguồn gió) quá nhỏ so với mức trung
bình thì máy phát được sử dụng cho mục đích là thu hoặc phát công suất phản kháng như một máy điện quay. Phần năng lượng sơ cấp ít nhiều cũng được góp phần khắc phục các ma sát và mô men cản của hệ thống.
Đối với DFIG được tích hợp bộ điều khiển hiện đại thì khả năng phát công suất P và công suất Q theo yêu cầu thực tế là hoàn toàn khả thi, đồng thời thỏa mãn các tiêu chuẩn chất lượng điện năng:
-Chất lượng theo tiêu chuẩn điện áp và tiêu chuẩn sóng hài,
-Đáp ứng nhanh,như thể hiện trên các hình 2.13, hình 2.14 và hình 2.15 [10] [12]:
Hình 2. 16 Mô hình cấu trúc DFIG và hệ điều khiển DVC - NSVM
Hình 2. 18 Đáp ứng nhanh công suất tác dụng P
Hình 2. 19 Đáp ứng nhanh công suất phản kháng Q
Trên hình 2.20 [10] , biểu diễn đồ thị đặc tính làm việc của một loại máy phát điện turbine gió DFIG. Đây là cơ sở chính cho điều khiển công suất tác dụng P(KW) phát ra của DFIG phụ thuộc vào tốc độ gió nhận được từ đầu vào turbine.
Trong những năm gần đây, một số dạng máy phát thế hệ mới (có tên gọi After Technology) đang được quảng cáo áp dụng cho máy phát điện turbne gió công suất vừa và nhỏ có hiệu suất rất cao, gấp từ 2 đến 6 lần so với các tổ hợp turbine máy phát thông thường. Hình ảnh của một số loại DFIG – After Technology được thể hiện trên hình 2.21a,b [7]
Hình 2. 21a,b Các mô hình khai thác tổ hợp DFIG