Trong khai thác điện gió về nguyên tắc ta có thể dùng một máy phát bất kỳ gắn với turbine gió, tuy nhiên thực tế người ta thường sử dụng 3 loại máy phát điện, đó là:
Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG)
Máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc (SCIG)
Máy phát điện không đồng bộ rotor dây quấn (nguồn kép) (FDIG) 2.2.1. Turbin gió sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
Sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) cho hệ thống phát điện sức gió có ưu điểm mật độ năng lượng cao, có độ hao mòn thấp, nhỏ gọn, hiệu quả, có độ ồn và chi phí bảo trì thấp. Có ba cấu hình thường được sử dụng cho WECS với
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
các máy này để chuyển đổi điện áp biến đổi và công suất tần số thay đổi thành tần số cố định và công suất điện áp cố định. Các cấu hình bộ chuyển đổi điện tử công suất được sử dụng phổ biến nhất cho máy phát điện gió sử dụng máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu được hiển thị trong Hình 2.5.
.
Hình 2. 5: Hệ thống turbine gió sử dụng PMSG
Trong Hình 2.5.a điện áp 3 pha từ máy phát PMSG của turbine gió được chuyển đổi thành điện áp một chiều qua bộ chỉnh lưu không điều khiển sau đó qua bộ nghịch lưu nguồn áp biến đổi thành điện xoay chiều 3 pha cung cấp cho tải. Tác động điều khiển chỉ được thực hiện ở bộ nghịch lưu.
Hình 2.5.b điện áp 3 pha từ máy phát PMSG của turbine gió được chuyển đổi thành điện áp một chiều qua bộ chỉnh lưu điều khiển sau đó qua bộ nghịch lưu nguồn áp biến đổi thành điện xoay chiều 3 pha cung cấp cho tải. điểm khác của sơ đồ này so với sơ đồ Hình 2.5a là tác động điều khiển có thể được thực hiện ở chỉnh lưu và ở bộ nghịch lưu.
Tùy thuộc vào cấu hình bộ chuyển đổi điện tử công suất cụ thể được sử dụng với turbine sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu mà ta có các bộ điều khiển MPPT khác nhau. Tất cả ba phương pháp của thuật toán điều khiển MPPT có thể được sử dụng để điều khiển MPPT cho PMSG-WECS.
a)
b)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2.2.2. Turbine gió sử dụng máy phát điện cảm ứng (SCIG)
Việc sử dụng máy phát điện cảm ứng (IG)( hay còn gọi là máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc) có ưu điểm là đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp, vận hành đoen giản, chắc chắn, tin cậy song chúng có nhược điểm chúng cần dòng điện xoay chiều kích từ do đó cần có sự hỗ trợ công suất phản kháng bên ngoài từ lưới điện. các bộ chuyển đổi năng lượng gió với máy điện cảm ứng được trang bị bộ chuyển đổi tần số back-to- back PWM cũng cho phép thực hiện các thuật toán điều khiển tiên tiến. cấu hình phổ biến nhất của SCIG WECS được biểu diễn trong Hình 2.6
Hình 2. 6: Hệ thống turbine gió sử dụng máy phát điện KĐB
Trong hệ thống này 2 bộ chuyển đổi đều có điều khiển, việc điều khiển MPPT trong hệ thống được thực hiện thông qua bộ điều khiển phía máy. Tất cả các thuật toán điều khiển MPPT trình bày trong mục 2.1 đều có thể được áp dụng để điều khiển hệ thống IG-WECS.
2.2.3. Turbine gió sử dụng máy phát điện nguồn kép
Các hệ thống turbine gió sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu và động cơ không đồng bộ rotor lòng sóc có những nhược điểm như chúng có tỉ số chuyển đổi năng lượng với một công suất lớn làm cho chi phí sản suất điện đắt hơn, việc thiết kế bộ lọc khó khăn và tốn kém. Hơn nữa, hiệu suất chuyển đổi năng lượng đóng một vai trò quan trọng trong tổng hiệu suất hệ thống trên toàn bộ phạm vi hoạt động. bộ chuyển đổi năng lượng gió vớ máy phát điện nguồn kép có cấu trúc như Hình 2.7 với các bộ biến đổi điện tử công suất được đặt trong mạch rotor có nhiều ưu điểm hơn nên được sử dụng ngày càng rộng rãi trong các hệ thống chuyển đổi năng lượng gió. Ưu điểm nổi bật của hệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
thống này là các bộ biến đổi điện tử công suất chỉ thực hiện chuyển đổi phần năng lượng có công suất nhỏ nên giảm chi phi cho biến tần và chi phí các bộ lọc đồng thời sóng hài do biến tần chiếm một phần nhỏ hơn trong tổng số hài của hệ thống. Trong hệ thống này, việc điều khiển hệ số công suất có thể được thực hiện với chi phí thấp hơn, bởi vì hệ thống DFIG về cơ bản hoạt động của máy phát điện tương tự như một máy phát đồng bộ. Bộ chuyển đổi phải cung cấp năng lượng kích thích. Mặc dầu chi phí cao hơn của máy điện không đồng bộ rotor lồng sóc nhưng bù lại kích thước của bộ biến đổi công suất giảm và tăng sản lượng năng lượng. Điều khiển MPPT trong hệ thống như vậy được thực hiện bằng hệ thống điều khiển phía máy.
Hình 2. 7. Tuarbine gió sử dụng máy phát điện nguồn kép