Mô hình nghiên cứu là một nguồn điện gió có tổng công suất 4,5MW, gồm 3 tuabin gió, mỗi tuabin có công suất 1,5MW (sử dụng loại máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG). Điện áp đầu cực rotor của máy điện DFIG là 3,3 kV. Bộ biến đổi phía lưới điện có điện áp ra 0,69kV kết nối với máy biến áp 3 dây quấn (3,3/0,69/22kV) có công suất 1,6 MVA thông qua một cuộn kháng bảo vệ. Điện áp một chiều DC giữa bộ điều khiển phía máy phát và phía lưới điện là 1,15 kV. Cả 3 máy phát điện DFIG được kết nối chung tại thanh cái 22 kV. Từ đây, một đường dây trung áp 22 kV dài 10km kết nối với hệ thống (tần số lưới điện 50Hz) qua một trạm biến áp tăng áp 22/110kV có tổng công suất 20 MVA (trạm có 2 máy, mỗi máy có công suất 10 MVA). Tại thanh cái 22 kV đấu nối một phụ tải địa phương có công suất S = 4,5MW + j2,5MVAr hình 4.1.
Thông số máy phát điện DFIG trong trường hợp này được sử dụng là máy phát điện không đồng bộ nguồn kép - DFIG đã tính toán trong chương 3, thông số đường dây 22kV và thông số máy biến áp được cho trong bảng 4.1 và 4.2. Đặc tính công suất của tuabin gió đã được biểu diễn trong hình 3.7 (chương 3). Trong đặc tính này, vận tốc gió khởi động là 6 m/s; công suất tuabin đạt giá trị định mức trong dải vận tốc gió từ 13 m/s đến 20 m/s. Khi vận tốc gió dưới 6 m/s hoặc khi vận tốc gió trên 20 m/s thì tuabin gió ngừng làm việc. Quá trình mô phỏng chế độ vận hành được thực hiện trên phần mềm Neplan 5.5 [80].
Bảng 4.1. Thông số dây cáp
Loại dây R, /km X, /km C, µF/km
ZRC-YJV22-3*120 mm2 0,128 0,105 0,275
Bảng 4.2. Thông số các máy biến áp
Máy biến áp 3 dây quấn Máy biến áp 2 dây quấn
Công suất, MVA 1,6 Công suất, MVA 10
Cấp điện áp, kV 22/3,3/0,69 Cấp điện áp, kV 110/22 Tổ đấu dây Yn/Y/ -11 Tổ đấu dây Yn/D-11 Tổng trở ngắn mạch 6,5% Tổng trở ngắn mạch 14%
Số cuộn dây 3 Số cuộn dây 2
Căn cứ kết quả xác định bộ tham số điều khiển đã trình bày ở chương 3, tác giả xác định được các giá trị KP, KI cho máy phát điện DFIG trong các điều kiện vận hành khác nhau, đây là căn cứ để đánh giá tình trạng làm việc của máy phát điện thông qua các thông số về chất lượng điện áp của hệ thống DFIG làm việc trong lưới điện, ở một số vị trí điển hình: đầu cực máy phát, rotor máy phát, điểm kết nối chung giữa DFIG với lưới điện (nút 22kV và nút kết nối chung - PCC). Mục tiêu của việc mô phỏng này là kiểm tra đáp ứng của các tham số điều khiển đến một số chỉ tiêu chất lượng điện năng, tham số của máy phát điện và lưới điện.
Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển phía máy phát và phía lưới điện đã được trình bày ở hình 2.21. Trong các sơ đồ này, hệ điều khiển bao gồm hai mạch vòng: vòng điều khiển bên ngoài có hai bộ điều khiển PI, được sử dụng để điều chỉnh độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng phía stator, trong khi bên trong có hai bộ điều khiển PI, được sử dụng để điều chỉnh dòng điện rotor trục d và trục q một cách độc lập. Vì hệ thống là đối xứng, các tham số của bộ điều khiển PI là tương tự đối với các vòng dòng điện rotor trục d và trục q và vòng lặp công suất tác dụng và công suất phản kháng. Bộ tham số điều khiển KP, KI bắtđầu tác động vào hệ thống tại thời điểm 0,7s sau khi máy phát điện hoạt động.
Như đã mô tả ở hình 2.20 trong chương 2, mục tiêu chính của bộ biến đổi phía lưới điện (GSC) là duy trì điện áp liên kết DC ở một giá trị nhất định và điều chỉnh dòng công suất phản kháng giữa GSC với lưới điện. Bộ biến đổi GSC thường được vận hành ở hệ số công suất đồng nhất, nhưng nó có thể được sử dụng để hỗ trợ điện áp trong sự cố lưới điện bằng cách đưa công suất phản kháng vào lưới điện. Việc điều khiển hướng véctơ đã được chọn cho điều khiển GSC với hệ quy chiếu được định hướng theo véctơ điện áp lưới điện. Nhờ đó, nó có thể kiểm soát độc lập dòng điện tác dụng và phản kháng giữa lưới điện và GSC. Ở đây, tác giả mô phỏng trong trường hợp cơ bản nhất, đó là khi hệ thống không được hỗ trợ bởi các thiết bị ổn định như: PSS, SVC, Statcom hay tụ bù tại máy phát và tải địa phương, bộ điều chỉnh dưới tải (OLTC) ở máy biến áp 3 dây quấn và máy biến áp ở trạm 110/22kV làm việc trong điều kiện có nấc phân áp đặt cố định. Có 3 kịch bản nghiên cứu:
- Khi hệ thống đang làm việc bình thường
- Khi 1 máy biến áp trong trạm 110/22kV bị sự cố và phải cắt ra khỏi hệ thống. - Khi tốc độ gió thay đổi theo hướng giảm, từ 13 m/s xuống 10 m/s.