Trong chương 1, tác giả đã giới thiệu về đặc điểm của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG. Để có được một mô hình điều khiển phù hợp, trước hết cần mô tả chi tiết về máy điện dựa trên mô hình toán học.
Hình 2.1 Cấu trúc điển hình máy phát điện không đồng bộ nguồn kép
Hình 2.1 mô tả cấu trúc máy phát điện DFIG, với stator được kết nối trực tiếp với lưới và mạch rotor nối với bộ biến đổi công suất thông qua vành trượt. Bộ biến đổi gồm hai phần: Phần nghịch lưu phía máy phát (RSC) và nghịch lưu phía lưới điện (GSC). Hai phần này được nối với nhau qua tụ điện DC-link đóng vai trò tích trữ năng lượng, thiết bị crowbar được trang bị ở đầu cực rotor để bảo vệ quá dòng và quá điện áp cho bộ biến đổi. Khi xảy ra tình trạng quá dòng, thiết bị crowbar sẽ ngắn mạch đầu cực rotor thông qua điện trở crowbar, ngưng hoạt động điều khiển của bộ biến đổi. Khi biên độ dòng quá độ giảm đến mức an toàn thì crowbar ngừng tham gia, lúc này máy phát mới có thể phục hồi điều khiển và vận hành trở lại.
Trong thực tế, điện áp định mức của mạch rotor thường nhỏ hơn điện áp định mức bên phía mạch stator, nên máy biến áp kết nối giữa DFIG và lưới điện có thể là máy biến áp ba cuộn dây. Mạch rotor được cấp nguồn từ bộ nghịch lưu nguồn áp VSC (Voltage Source Converter) có biên độ điện áp và tần số không đổi, thường sử dụng linh kiện điện tử công suất IGBT. Khi đã hòa đồng bộ với lưới điện, dòng năng lượng máy phát có thể rơi vào một trong hai trường hợp sau:
Chế độ dưới đồng bộ
Khi tốc độ từ trường quay của rotor thấp hơn tốc độ đồng bộ (ɷr < ɷs), chế độ vận hành dưới đồng bộ (Pr < 0), máy điện lấy năng lượng từ lưới qua rotor được mô tả trên hình 2.2 [25].
Hình 2.2 Dòng công suất của DFIG làm việc ở chế độ dưới đồng bộ
Chế độ trên đồng bộ
Khi tốc độ từ trường quay của rotor lớn hơn tốc độ đồng bộ (ɷr > ɷs), chế độ vận hành trên đồng bộ (Pr > 0), máy điện phát năng lượng về lưới điện qua mạch rotor được mô tả trên hình 2.3 [25].
Hình 2.3 Dòng công suất của DFIG làm việc ở chế độ trên đồng bộ
Để đảm bảo DFIG vận hành ở hai chế độ trên, bộ biến đổi công suất ở cả hai phía, phía máy phát RSC và phía lưới GSC (hình 2.1) đều phải là nghịch lưu có khả năng điều khiển dòng công suất theo cả hai chiều. Bộ biến đổi phía máy phát có các đặc điểm sau:
- Khả năng điều khiển công suất phản kháng: DFIG có khả năng tiêu thụ hoặc phát công suất phản kháng về lưới điện và khả năng tự điều chỉnh điện áp (trong trường hợp lưới điện yếu).
- Khả năng điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng, cũng như điều khiển mômen, tốc độ máy phát hoặc điều khiển hệ số công suất đầu cực stator. Ngoài ra, bộ biến đổi phía lưới đảm nhiệm vai trò giữ cho điện áp DC-link không đổi.