Chƣơng 3 HỆ THỐNG TUABIN GIĨ – DFIG
3.2. Các thành phần chính của hệ thống tuabin giĩ DFIG
3.2.1.3. Dịng cơng suất của DFIG
Dịng cơng suất trong hệ thống tuabin giĩ – DFIG đƣợc thể hiện nhƣ hình 3.3 trong đĩ Ps, Qs là cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng đầu ra phía stator; Pr, Qr là cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng đầu ra phía rotor; Pf, Qf là cơng suất tác dụng và cơng suất phản kháng đầu ra GSC.
Cơng suất tại vành trƣợt cĩ thể chảy theo hai hƣớng là từ rotor tới nguồn hoặc từ nguồn vào rotor và do đĩ tốc độ của máy phát cĩ thể đƣợc điều khiển từ cả hai
Chương 3. Hệ thống tuabin giĩ - DFIG
đồng bộ DFIG ở chế độ động cơ và trên tốc động đồng bộ DFIG ở chế độ máy phát, RSC hoạt động nhƣ bộ chỉnh lƣu và GSC hoạt động nhƣ bộ nghịch lƣu, và cơng suất tại vành trƣợt trả về stator. Ngƣợc lại, dƣới tốc động đồng bộ DFIG ở chế độ máy phát và trên tốc động đồng bộ DFIG ở chế độ động cơ, RSC hoạt động nhƣ bộ nghịch lƣu và GSC hoạt động nhƣ bộ chỉnh lƣu, và cơng suất tại vành trƣợt cung cấp cho rotor. Tại tốc độ đồng bộ thì DFIG hoạt động nhƣ máy phát điện đồng bộ.
Cơng suất cơ và cơng suất điện phía stator đƣợc tính theo cơng thức sau:
Pr = Tm.ωr (3.5) Ps = Te.ωs (3.6) Bỏ qua tổn thất máy phát ta cĩ: r m e d J T T dt (3.7)
Ở trạng thái xác lập, tốc độ quay của rotor khơng đổi thì ta cĩ: Tm= Te và Pm = Pr +Ps → Pr = Pm - Ps = -s.Ps (3.8) Trong đĩ s r s s là hệ số trƣợt của DFIG.
Hệ số trƣợt thƣờng nhỏ hơn 1 nên Pr chỉ là một phần của Ps.
Khi DFIG đƣợc vận hành trên tốc độ đồng bộ (s<0) thì Pr là giá trị dƣơng hay cơng suất Pr đƣợc nạp cho tụ C, làm tăng điện áp DC. Khi DFIG đƣợc vận hành dƣới tốc độ đồng bộ (s>0) thì Pr là giá trị âm hay cơng suất Pr đƣợc lấy từ tụ C, làm giảm điện áp DC. GSC đƣợc sử dụng để phát hoặc tiêu thụ cơng suất cơng suất Pf để giữ cho điện áp DC là hằng số. Ở trạng thái xác lập, bỏ qua các tổn thất của bộ biến đổi cơng suất ta cĩ Pr bằng Pf.
Từ đĩ ta cĩ sơ đồ khối tƣơng đƣơng về dịng cơng suất thực của hệ thống tuabin giĩ - DFIG với 3 chế độ vận hành riêng biệt là chế độ vận hành dƣới tốc độ đồng bộ, chế độ vận hành với tốc độ đồng bộ và chế độ vận hành trên tốc độ đồng bộ nhƣ hình 3.4.
Ở tốc độ dƣới tốc độ đồng bộ, bộ biến đổi nhận cơng suất từ lƣới qua vành trƣợt để cấp cho rotor. Do đĩ xảy ra dịng cơng suất khép kín qua stator và rotor nhƣng vẫn đảm bảo cho cơng suất đầu ra là giá trị dƣơng.
Tại điểm vận hành với tốc độ đồng bộ, cơng suất tác dụng phía rotor bằng khơng và chỉ cĩ stator cấp cơng suất cho lƣới.
Khi vận hành ở tốc độ trên tốc độ đồng bộ, cơng suất cơ từ trục chia thành hai phần, phần lớn cơng suất cấp cho lƣới thơng qua stator và một phần nhỏ qua bộ biến đổi cấp vào lƣới. Lúc này cả stator và rotor để cấp cơng suất cho lƣới và kết quả tổng cơng suất đầu ra sẽ cao lên.