CHƢƠNG II : HỆ THỐNG CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƢỢNG GIÓ
2.3. Thành phần máy phát điện gió
2.3.4. Hệ thống turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát nguồn kép
Hình 2.12: Cấu trúc của hệ thống làm việc với tốc độ thay đổi sử dụng DFIG
Dựa vào tốc độ có thể chia làm 4 loại đƣợc sử dụng rộng rãi: 1. Tốc độ cố định
2. Tốc độ thay đổi nhờ thay đổi điện trở
3. Tốc độ thay đổi nhờ máy phát điện cảm rotor dây quấn 4. Tốc độ thay đổi nhờ máy phát đồng bộ.
SVTH: Tơ Minh Nguyện 42
Máy phát điện cảm rotor dây quấn thực chất là máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG). Hệ thống năng lƣợng gió làm việc với tốc độ gió thay đổi trong một khoảng giá trị giới hạn (± 30% tốc độ đồng bộ), việc sử dụng DFIG đƣợc xem là giải pháp tốt nhất hiện nay. Bộ biến đổi điện tử công suất chỉ điều chỉnh 20 † 30% tổng cơng suất, do đó tổn hao và chi phí của các bộ biến đổi cơng suất có thể giảm. Đó cũng là lý do nhà máy điện gió Bạc Liêu sử dụng DFIG trong hệ thống turbine gió với tốc thay đổi.
Cấu trúc của máy phát điện DFIG tƣơng tự nhƣ máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn. Mạch stator của máy phát DFIG đƣợc nối trực tiếp với lƣới trong khi mạch rotor đƣợc nối với bộ biến đổi công suất thông qua các vành trƣợt.
Hệ thống máy phát sử dụng năng lƣợng gió dùng DFIG bao gồm máy điện cảm ứng rotor day quấn đƣợc gắn với turbine gió thơng qua trục và hộp số, ba cuộn dây stator của máy phát đƣợc kết nối trực tiếp đến máy biến áp, trong khi đó ba cuộn dây rotor kết nối thông qua bộ biến đổi công suất back-to-back.
Sơ đồ hệ thống máy phát turbine gió nối lƣới, điều khiển hệ thống đƣợc thực hệ thơng qua việc điều khiển dịng của bộ biến đổi cơng suất phía rotor và bộ biến đổi cơng suất phía lƣới, hai bộ biến đổi đƣợc kết nối thông qua tụ DC.
- Bộ biến đổi cơng suất phía rotor (RSC): Điều khiển lƣợng công suất thực và công suất phản kháng mà stator phát lên lƣới điện.
- Bộ biến đổi cơng suất phía lƣới (GSC): Điều khiển ổn định điện áp của tụ DC và hệ số cơng suất phía AC của bộ biến đổi.
Máy phát điện khơng đồng bộ nguồn kép có thể làm việc với tốc độ rotor cao hơn hoặc thấp hơn tốc độ đồng bộ tƣơng ứng với tần số lƣới điện. Do đó, có thể điều chỉnh lƣợng công suất phản kháng cần cung cấp cho máy phát. Đối với hệ thống turbine gió dùng máy điện khơng đồng bộ, bộ biến đổi cơng suất chỉ có thể đƣa cơng suất từ rotor đến lƣới điện trong khi đó với hệ thống sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG), bộ biến đổi cơng suất có thể truyền tải công suất theo hai chiều từ rotor đến lƣới điện và từ lƣới điện vào rotor. Bộ biến đổi công suất chỉ điều chỉnh (20-30%) tổng công suất của hệ thống.
SVTH: Tô Minh Nguyện 43
2.4. Các thông số kỹ thuật chính của turbine GE
Turbin gió 1.6 MW, 50 Hz do tập đoàn GE energy của Mỹ chế tạo là loại turbine có thể thay đổi tốc độ và sử dụng một máy phát điện nguồn kép kết nối với giao thức chuyển đổi từ rotor vào lƣới điện. Turbin gió có khả năng điều chỉnh mức điện áp từ tủ DTA (thiết bị đƣợc đặt trong trụ) một cách liên tục và cung cấp công suất phản kháng linh động đến hệ thống nguồn tƣơng ứng với hệ số công suất dƣới mức hoặc vƣợt quá kích thích.
Hình 2.13: Tuabin điện gió GE 1.6 của Mỹ
Turbine gió GE 1.6 MW là một bộ gồm 3 cánh quạt, là loại turbine trục ngang với đƣờng kính 82.5m. Turbin gió với tính năng thiết kế cho một bộ phận truyền động, trong đó bộ truyền động chính bao gồm vịng trục chính, hộp số, máy phát, bộ điều khiển yaw và bảng điều khiển đƣợc lắp trên tấm sàn. Sau đây là cấu tạo chi tiết của turbine GE.
SVTH: Tơ Minh Nguyện 44 Hình 2.14: Cấu tạo của turbine GE
1. Nacelle (vỏ): Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ đƣợc dặt trên đỉnh trụ và bao gồm các phần: Gearbox, Low and High – Speed Shafts, Generator, Controller, and Hydraulic Parking Brake. Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ. Một số vỏ phải đủ rộng để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc.
2. Heat Exchanger (bộ trao đổi nhiệt): giải nhiệt chính cho máy phát và
các bộ phận khác.
3. Generator (Máy phát): Phát ra điện.
4. Controller (Bộ điều khiển): Bộ điều khiển sẽ khởi động và điều khiển động cơ ở các chế độ gió khác nhau.
5. Main Frame (khung chính): liên kết với đế cách âm giảm độ rung và
tiếng ồn.
6, 9. Impact Noise Insulation (đế cách âm): giảm độ rung và tiếng ồn.
7. Hydraulic Parking Brake (bộ hãm thủy lực): Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp bằng sức nƣớc (hoặc bằng điện, động cơ).
8. Gearbox (Hộp số): Bánh răng đƣợc nối với trục có tốc độ thấp với
trục có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 3,5 đến 22 vòng trên một phút, tốc độ số vòng quay của máy phát điện ( ngoại trừ máy phát điện nam châm vĩnh cửu) thông thƣờng từ 900 đến 2000 vòng trên một phút, tốc độ quay là yêu cầu của hầu hết các
SVTH: Tơ Minh Nguyện 45
máy phát điện sản xuất ra điện. Bộ bánh răng này rất đắt tiền nó là một phần của bộ động cơ và turbine gió.
10, 11. Yaw drive: Dùng để giữ cho rotor ln ln hƣớng về hƣớng gió
chính khi có sự thay đổi hƣớng gió.
12. Low – speed shaft (Trục quay tốc độ thấp): truyền động với trục
quay tốc độ cao thông qua hộp số.
13. Oil Cooler (dầu làm mát): làm mát và bôi trơn hệ thống bánh găng
của hộp số.
14. Pitch (Bƣớc răng): Cánh đƣợc xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ
cho rotor quay với tốc độ hợp lý nhất nhằm đạt hiệu suất sinh điện cao nhất, và bảo vệ cánh quạt, rotor trong điều kiện gió quá lớn.
15. Rotor Hub.
16. Nose Cone (mũi).
Ngồi các bộ phận trên cịn có trụ đở, yaw motor, cánh và bộ đo lƣờng tốc độ gió để truyền dữ liệu tốc độ gió tới bộ điểu khiển. Ta sẽ tìm hiểu một số bộ phận chính của turbine GE.