Mô hình toán học của tuabin gió được xây dựng dựa trên quan hệ của tốc độ gió so với sản lượng điện. Công suất đầu ra của tuabin gió được cho bởi [15]:
Pm = cp (λ , β ) 𝜌 𝐴
2 Vg (2.6) Trong đó: Pm là công suất ra cơ học của tuabin, cp là hệ số hiệu suất của tuabin, λ là tỉ số tốc độ đỉnh của cánh quạt, β là góc nghiêng cánh; ρ là mật độ không khí, vg
là tốc độ gió. Hệ số hiệu suất cp cho bởi [9] cp (C , β ) = C1 ( 𝐶2
𝜆𝑖 − C3β – C4 ) 𝑒− 𝑐5𝜆𝑖 + C6 λ (2.7) Trong đó các hằng số c1 đến c6 phụ thuộc roto tuabin gió và thiết kế cánh, còn λi là một tham số được xác định theo biểu thức:
1
𝜆𝑖 = 1
𝜆+0,08𝛽 – 0,035
𝛽3+1 (2.8) Mặt khác, biểu thức (2.6) có thể đơn giản hóa đối với giá trị cụ thể của A và ρ như trong (2.18) :
Pm-pu = kp cp-pu V3
Trong đó: Pm-pu là công suất trên 1 đơn vị của công suất danh định đối với giá trị cụ thể của ρ và A, cp-pu là giá trị trên 1 đơn vị của hệ số hiệu suất cp, kp là khuếch đại công suất; vg-pu là giá trị trên 1 đơn vị của tốc độ gió cơ bản. Tốc độ gió cơ bản là giá trị tốc độ gió dự kiến (m/s).
Mô hình mô phỏng của tuabin gió được chỉ ra trên hình 2.18. Trong mô hình này đầu vào là tốc độ gió và tốc độ máy phát điện, đầu ra là mô men xoắn đặt lên trục máy phát điện. Mô men xoắn là tiền đề tạo nên công suất và tốc độ máy phát.
Hình 2. 16: Sơ đồ mô phỏng tuabin gió
Mô hình máy phát điện cảm ứng tuabin gió (WTIG) được xây dựng bằng cách sử dụng thư viện Sim power của Matlab. Trục cánh quạt được điều khiển bởi WT nó tạo ra mô men xoắn cơ khí tùy theo máy phát điện giá trị tốc độ gió. Năng lượng điện được đưa qua bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển để biến đổi và duy trì điện áp phù hợp hòa với điện mặt trời.
Do sự thay đổi tốc độ gió nên công suất ra của tuabin gió máy phát điện cảm ứng thay đổi cả về biên độ và tần số. Do đó bộ chuyển đổi AC/DC được sử dụng để san bằng công suất đầu ra tuabin gió trước khi cung cấp cho thiết bị điện tử khác. Bộ biến đổi AC/DC sử dụng sơ đồ chỉnh lưu cầu kép có điều khiển, chúng có ưu thế là có thể điều khiển được điện áp đầu ra bằng cách điều chỉnh góc mở (α) của máy phát điều khiển (PWM) đồng bộ 12 xung và thu nhỏ thời gian chuyển mạch làm giảm độ méo của sóng hài bên phía nguồn. Trong sơ đồ, biến áp 3 pha được chế tạo để có 6 đầu vào với các góc pha thích hợp cho cầu chỉnh lưu kép. Hình 2.19.
Hình 2. 18: Sơ đồ khối chức năng điều khiển tuabin gió
Sơ đồ khối chức năng điều khiển hệ thống điện gió được chỉ ra trên hình 2.20. Góc mở α được điều khiển bởi bộ điều khiển PI.