- Chương 2: Mô hình toán và phương pháp điều khiển Chương 3: Xây dựng mô hình mô phỏng và kết quả
Chương trình function
3.2 Kết quả và đánh giá kết quả
Mục tiêu của việc mô phỏng là để kiểm tra trạng thái tức thời và trạng thái ổn định của mô hình được triển khai trong Matlab/ Simulink. Đối với phản ứng trạng thái nhất thời, tốc độ gió (v) là ban đầu vào của khối tuabin gió sẽ thay đổi, đặc biệt là:
vwind = {8.4m/s, t > 10s12m/s, t ≤ 10s
Ngoài ra, Qref dùng để tham khảo công suất phản kháng khi thay đổi và quan sát xem công suất phản kháng đo được Q có tuân theo giá trị tham chiếu hay không và để kiểm tra hiệu quả của điều khiển tách rời trong sơ đồ VOC, cụ thể:
Qref = { 0 MW, t < 5s −0.9MW, 5s ≤ t < 7s 0 MW, 7s ≤ t < 8s +0.9 MW, 8s ≤ t < 9s 0 MW, t ≥ 9s
Lượng công suất P được đưa vào lưới tùy thuộc vào công suất hoạt động của máy phát và điều khiển MPPT bằng cách duy trì điện áp đầu vào liên kết DC của biến tần. Sự liên quan đến đáp ứng trạng thái ổn định, liên kết DC điện áp đầu vào VDCT , 2 tụ Vdc (Vc1 và Vc2), giai đoạn dịch chuyển góc pha giữa điện áp lưới và dòng điện lưới, tổng méo hài (THD) và phổ tần số của dòng điện lưới sẽ được quan sát trong 3
điều kiện hoạt động khác nhau nghĩa là yếu tố liên kết điện…, yếu tố dẫn điện, hệ số và hệ số công suất.
Trong hình 3.6 , tốc độ gió có 2 giá trị khác nhau là: 12m/s ở t < 10s và 8.4 m/s ở t > 10s. Do đó, tốc độ cánh quạt roto của máy phát cũng có 2 giá trị khác nhau là 3.2rad/s ở t < 10s và 1.92 rad/s ở t > 10s. Điều này do thực tế roto của máy phát có 2 cánh quạt tuabin và 2 giá trị tốc độ, do đó ,tỉ lệ với tốc độ của gió. Roto xoay với tốc độ thấp, … wrm < 3.2 rad/s kể từ khi máy phát có số lượng cực lớn, dẫn đến việc loại bỏ hộp số trong các hệ số tuabin gió điều khiển trực tiếp.
Như hình 3.7 hiển thị, mô men xoắn cơ học Tm là khoảng -380 KN.m với tốc độ gió là 12m/s và giảm xuống -230 KN.m với tốc độ gió là 8.48m/s ở t>10s. Mô men xoắn điện Te cũng theo sát mô men xoắn cơ học Tm và mô men điện từ để đảm nhận các giá trị âm do nam châm vĩnh cửu hoạt động như máy phát.
Mômen điện từ & Mômen cơ
B iê n độ mô me n (N m) Thời gian (s)
Hình 3.7 Mô – men điện Te và mô – men cơ Tm
Như trong hình 3.8, điện áp DC liên kết chặt chẽ theo giá trị tham chiếu là 1500V dưới liên kết PF, PF dẫn, PF trễ. Do đó, chứng minh tính hiệu quả của các bộ điều khiển PI được triển khai trong mô hình. Tất cả lượng điện năng hoạt động từ máy phát sẽ được đưa vào lưới do giá trị của điện áp đầu và liên kết DC và giữ nguyên giá trị tham chiếu.
Hình 3.8 Điện áp DC liên kết và điện áp DC liên kết tham chiếu
Hiển thị trong hình 3.9, hai tụ liên lạc DC Vc1 và Vc2 của biến tần NPC 3 cấp cũng được cân bằng. Hai điện áp này được duy trì để được cân bằng bởi các bộ điều khiển PI được thực hiện trong mô hình. Đầu ra của bộ điều khiển PI sẽ là phần hiệu chỉnh cho 3 tín hiệu điều chế tham chiếu. Và điều này ngăn chặn sự mất cân bằng của 2 tụ DC.
Hình 3.10, công suất hoạt động được đưa vào có giá trị âm, nghĩa là công suất hoạt động đang được chuyển từ máy phát sang lưới trong khi công suất phản kháng thì ngược lại. Ba điều kiện hoạt động của PF được thể hiện rõ trong hình, nghĩa là hệ số công suất bằng 1 (unity power factor) PF(P > 0, Q=0), (leading power factor) PF(P<0, Q<0), và (lagging power factor) PF (P<0, Q>0).
Hình 3.10 Công suất tác dụng và công suất phản kháng
Ta thấy trong hình 3.11, công suất phản kháng theo sát giá trị tham chiếu của nó chứng minh tính hiệu quả của các bộ điều khiển PI. Tương tự hình 3.11, thành phần trục q của dòng điện lưới cũng tuân theo lệnh tham chiếu công suất phản kháng Qref . Ngoài ra, các thay đổi của trục Q không ảnh hưởng đến thành phần trục d của dòng điện lưới, đại diện cho công suất tác dụng (P). Do đó, điều khiển tách rời được thực hiện trong mô hình đang hoạt động. Thành phần trục của dòng điện lưới chỉ thay đổi theo sự thay đổi của tốc độ gió và không ảnh hưởng đến thanh phần của trục q của dòng điện lưới cũng như công suất phản kháng (Q). Kết quả là công suất hoạt động và công suất phản kháng được kiểm soát riêng biệt, thể hiện tính hiệu quả của kiểm soát tách rời.
Hình 3.11 Dòng điện lưới trên hệ trục d – q
Hình 3.13 Công suất phản kháng và công suất phản kháng tham chiếu
Trong hình 3.14, ta thấy sự dịch chuyển góc pha giữa điện áp lưới và dòng điện lưới. Trong điều kiện PF thống nhất (PF = -1), điện áp lưới và dòng diện lưới lệch pha nhau bởi 1 góc 1800 như hình 3.14a. trong trường hợp PF dẫn dòng diện lưới đang dẫn điện áp lưới như hình 3.14 b và nó cũng tương tự đối với PF trễ như trong hình 3.14c
Hình 3.14b Dòng và áp pha trong trường hợp Leading PF
Hình 3.14c Dòng và áp pha trong trường hợp Lagging PF
Trong hình 3.15, dòng điện lưới 3 pha cũng được quan sát cho 3 điều kiện PF khác nhau, trong 3 điều kiện, tốc độ méo sóng hài (THD) của dòng điện lưới iag,ibg
và icg nhỏ hơn 3% thỏa mãn yêu cầu kết nối lưới (THD < 5%). Các giá trị THD như trong hình 3.15 được tính toán lên tới 50lần sóng hài của tần số cơ bàn (f0 = 50Hz).
Hình 3.15a Dòng ba pha trong trường hợp Unity PF
Hình 3.15b Dòng ba pha trong trường hợp Leading PF
Phổ tần số iag dòng điện lưới cũng được quan sát trong 3 điều kiện PF như hình 3.16. Các thành phần hài tương đối giống nhau cho ba trường hợp hệ số công suất (unity power factor, leading power factor, lagging power factor). Do đó, một lần nữa xác minh giá trị THD như trong hình 3.15
Hình 3.16a. Phổ tần số dòng pha A cho trường hợp Unity Power Factor