TỔNG QUAN VỀ NGUỒN ĐIỆN PHÂN TÁN
2.2.1.2.Phân loại máy phát điện gió
A) Loại A – Constant Speed Wind Turbine
Hình 2.3. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió tốc độ không đổi
Mô hình loại này được phát triển từ Đan Mạch, có cấu tạo gồm một máy phát điện không đồng bộ (MPKĐB – là loại máy điện cảm ứng roto lồng sóc), biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng. Hộp bánh răng có tác dụng khớp tốc độ của roto tuabin gió và máy phát điện do chúng có tốc độ vận hành khác nhau.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
31
Máy phát điện trượt nhẹ theo lượng công suất đầu ra và do đó không hẳn là tốc độ của máy phát điện là không đổi. Tuy nhiên, sự thay đổi tốc độ này nằm trong giới hạn 12% nên loại tuabin gió này được coi là có tốc độ không đổi hoặc cố định [26]
Mặc dù có cấu tạo đơn giản, chắc chắn nhưng mô hình loại này có những nhược điểm sau:
- Không thể điều chỉnh được công suất tối ưu;
- Ứng lực tác động lên hệ thống lớn khi tốc độ thay đổi đột ngột;
- Không có khả năng điều chỉnh tích cực do tần số và điện áp stato cố định theo lưới. MPKĐB thường tiêu thụ công suất phản kháng. Mức tiêu thụ công suất phản kháng phụ thuộc vào điện áp nút, công suất tác dụng P và tốc độ của roto. Do vậy, MPKĐB không được sử dụng để điều chỉnh điện áp. Lượng công suất phản kháng của MPKĐB tiêu thụ trong phần lớn các trường hợp được bù bằng tụ bù. Theo đó, công suất phản kháng chỉ trao đổi giữa MPKĐB và tụ bù, làm giảm lượng Q trên lưới và tăng hệ số công suất cos trên lưới, giảm tổn thất điện áp.
Để nâng cao khả năng điều chỉnh điện áp trong trường hợp này, ta sử dụng các bộ tụ bù đóng cắt hoặc các giàn tụ Statcom hoặc tụ bù tĩnh (SVC).
B) Loại B – Doubly Fed Induction Generator
Mô hình loại này được trang bị với một MPKĐB với cuộn dây stator của máy phát điện được nối trực tiếp với lưới điện, còn cuộn dây roto máy phát điện được nối với bộ biến đổi công suất, sử dụng cấu hình Back-to-Back tạo thành mạch vòng điều khiển dòng. Vì bộ biến đổi công suất bù lại sự sai lệch giữa tần số cơ và điện bằng cách bơm vào một dòng roto có tần số thay đổi nên tuabin gió làm việc với tốc độ thay đổi. Điều đó có nghĩa là tốc độ cơ của roto có thể được điều chỉnh theo hàm mục tiêu cụ thể, như là đạt tối đa công suất nhận được và tối thiểu hóa tiếng ồn.
Tốc độ của roto được điều chỉnh bằng cách thay đổi công suất phát có được từ hàm mục tiêu.
Việc phát công suất phản kháng có thể được điều khiển bằng dòng roto. Trong trường hợp này, không tồn tại một quan hệ duy nhất giữa công suất phản kháng và các đại lượng khác như tốc độ roto và công suất tác dụng phát. Thay vào đó, ứng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
32
với một tốc độ roto cụ thể và mức phát công suất tác dụng tương ứng là lượng công suất phản kháng có thể được phát hoặc tiêu thụ trong một phạm vi thay đổi rộng.
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió DFIG
Tuy không phụ thuộc trực tiếp vào tốc độ roto và công suất phát P nhưng công suất phản kháng Q vẫn bị ảnh hưởng bởi các đại lượng đó. Điều đó là do cả mômen quay MPKĐB và việc phát Q phụ thuộc trực tiếp vào dòng điện mà bộ điều khiển tốc độ roto nhận được từ tốc độ thực roto. Dòng điện cần để tạo ra mômen mong muốn lại quyết định dung lượng bộ biến đổi cho khép vòng dòng điện để phát hay tiêu thụ công suất phản kháng.
Trong loại A và B, máy phát diện được thiết kế và vận hành ở hệ số công suất cos = 0,9.
C) Loại C – Direct Drive Wind Turbine
Mô hình loại này cấu tạo gồm có một máy phát điện đồng bộ (MPĐB) nhiều cực có tốc độ quay thấp, có chiều quay cùng với chiều quay của roto tuabin gió, biến đổi năng lượng cơ học thành điện năng.
Loại này không sử dụng hộp bánh răng truyền động. Đầu dây ra từ stato nối trực tiếp với lưới thông qua bộ biến đổi công suất. Bộ biến đổi sử dụng loại Back- to-Back biến đổi nguồn điện áp hoặc bộ chỉnh lưu đi-ốt với bộ biến đổi nguồn điện áp đơn pha.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
33
Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý của loại tuabin gió kết nối trực tiếp
Sự trao đổi công suất phản kháng giữa MPĐB với lưới điện không phụ thuộc vào đặc tính của MPĐB mà được xác định bởi đặc tính phía lưới điện của bộ biến đổi. MPĐB được tách biệt hoàn toàn khỏi lưới điện. Do vậy, việc trao đổi công suất phản kháng giữa bản thân MPĐB và phía máy phát điện của bộ biến đổi cũng như là giữa phía lưới điện của bộ biến đổi với lưới điện là hoàn toàn tách biệt. Điều này có nghĩa là hệ số công suất cos của MPĐB và hệ số công suất cos phía lưới điện của bộ biến đổi có thể được điều chỉnh độc lập với nhau. Thông thường, máy phát điện trong trường hợp này được thiết kế và vận hành với cos = 1.
Đối với cả 3 loại mô hình, thông thường thì điện áp tại các nút được đo và làm tín hiệu điều khiển bộ điều khiển điện áp, điều khiển mức phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng. Tuy nhiên trong một số trường hợp hoặc điện áp ở một nút nào đó lân cận với nút kết nối tuabin gió cũng được điều chỉnh do đặc tính địa phương của điện áp lưới. Khi điện áp đo được quá thấp, việc phát công suất phản kháng tăng lên; khi điện áp đó quá cao thì công suất phản kháng phát lại được giảm xuống.
Trong trường hợp sự cố ngắn mạch gần MPĐ, làm cho điện áp đầu cực của MPĐ sụt giảm mạnh và công suất điện do MPĐ phát ra cũng sụt giảm, trong khi công suất cơ của tuabin gió vẫn được duy trì. Roto của máy phát điện lúc này sẽ bị gia tốc và máy rơi vào trạng thái lồng tốc trong thời gian trước khi sự cố bị loại trừ. Sau khi sự cố được loại trừ, MPĐ lúc này yêu cầu một lượng công suất phản kháng lớn từ lưới điện để duy trì từ trường quay trong nó, và khôi phục điện áp đầu cực.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
34
Nếu lượng công suất phản kháng này không được đáp ứng kịp thời khiến cho điện áp đầu cực không khôi phục được thì MPĐ không khởi động được. Để khắc phục, ngay tại điểm kết nối của điện gió thường được trang bị thiết bị bù, làm nguồn cấp công suất phản kháng ngay tại chỗ. Giá trị dung lượng bù phụ thuộc vào hệ số công suất yêu cầu, công suất phát của máy phát (hoặc trạm điện gió) và đặc điểm của lưới điện.