4.7 Điều khiển góc quay Nacelle
Trong các trường hợp điều khiển, tiêu chí tối ưu hóa đều được xác định rõ ràng. Một lần nữa, việc tối ưu hóa điều khiển phải đảm bảo tổn thất năng lượng điện là nhỏ nhất cho trường hợp gió nhiều hướng khác nhau từ tác đợng của đợng cơ quay turbine gió. Như đã đề cập trong phần lý thuyết, bợ điều chỉnh xoay turbine gió phải đảm bảo duy trì được hướng gió trực tiếp tác đợng lên cánh quạt, nghĩa là góc giữa trục xoay turbine với góc của hướng gió bằng khơng.
Cơng śt của máy điện gió khơng tính đến góc này và chúng ta xem các cánh quạt của turbine gió ln quay ngược chiều gió. Cơng śt của turbine gió được trình bày ở cơng thức (4.38) và đã trình bày ở trước đây:
( , )
w P
P P C [W] (4.38)
trong đó:
Cp là hệ số công suất
Pw là công suất cơ trên trục rotor
Nếu chúng ta xét đến sự tác đợng của góc mà trục của cánh quạt turbine gió tạo ra với hướng gió, thì phải mở rợng phương trình (4.38), cơng turbine gió thu được [29]:
3
( , , ) ( , )cos ( )
w P w P
PP C P C [W] (4.39) Với γ là góc giữa hướng gió và trục của cánh quạt turbine gió.
Như chúng ta thấy, cơng śt của turbine giảm theo lập phương cos của góc γ. Nếu cơng śt gió càng cao thì phải đảm bảo giám sát chính xác hướng gió. Tuy nhiên, u cầu này rất khó thực hiện trong thực tế là do vịng quay của Nacelle với rotor quay tạo ra mợt lực lớn tác động cơ học lên cấu trúc của tồn bợ turbine gió. Do đó, theo [30] tốc đợ quay Nacelle trong các turbine gió bị giới hạn ở mức 0,3 0/s. Mặc dù tốc độ quay của turbine gió rất chậm nhưng có mợt phần tải khơng đối xứng của các thành phần turbine, điều đó góp phần vào giảm sản lượng điện sản xuất ra của turbine
gió. Vì thế, bợ điều khiển Nacelle ln hoạt đợng ở chế độ mà Nacelle đặt lệch hướng quay so với hướng gió thực, nhưng Nacelle quay khi hướng gió lệch vượt quá giá trị thấp nhất mà nhà sản x́t đưa ra. Sau đó bợ điều khiển có nhiệm vụ giám sát đợ góc lệch có vượt qua vùng góc chết mà nhà sản x́t hay khơng. Phương pháp điều chỉnh này giúp làm giảm thời gian Nacelle quay đến mức tối thiểu. Đợ rợng của vùng góc chết là sự thỏa thuận giữa sự tổn thất công suất và độ lệch nhỏ không đổi, điều này chưa cần thiết phải điều khiển vào tần số góc quay Nacelle và moment tải cơ học tác đợng cấu trúc turbine gió. Do đặc tính của gió thơng tin nhận được từ cảm biến gió là giá trị trung bình của tốc đợ gió.
4.8 Thiết kế bộ điều khiển
Để đơn giản trong việc tính tốn, đợng cơ DC kích từ đợc lập được chọn với hệ số ma sát (B 0) và khơng có moment tải (TL 0). Vịng điều khiển vị trí đợng cơ DC có nguyên lý làm việc theo nguyên tắc xếp tầng. Vòng lặp điều khiển dịng điện qua đợng cơ bằng bợ điều chỉnh điện áp, dựa theo tín hiệu điều khiển từ đợ vọt lố của tốc đợ, từ đó chỉnh tốc đợ và vị trí đợng cơ. Sự đáp ứng của mỗi vòng điều khiển nhanh hơn gấp 10 lần so với vịng lặp trước đó. Cấu trúc điều khiển được đề xuất trong trường hợp này là điều khiển PI theo nguyên lý xếp tầng như Hình 4.25.
DC motor Current Controller Speed Controller Position Controller θref ωref θm ωm Position loop Current loop + _ + _ Speed loop + _