Thiết kế điều khiển góc Pitch cho Tuabin gió trong vùng tốc độ gió trên định mức

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
Khoa Tự động hóa
*********************************

BÁO CÁO
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Đề tài:
Thiết kế điều khiển góc Pitch cho Tuabin gió
trong vùng tốc độ gió trên định mức
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS.
Nhóm sinh viên thực hiện:

Nhóm 4

Mã lớp : 141948

Hà Nội, Tháng 08/ 2023

1


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay, tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt là những nguồn năng lượng như khí đốt,
dầu mỏ, than đá,… đang được khai thác ngày càng nhiều để phục vụ cho cơng cuộc cơng
nghiệp hóa - hiện đại hóa tồn cầu. Việc khai thác q mức và khơng hợp lý những nguồn
tài ngun trên mà khơng có phương án phục hồi hợp lý sẽ dẫn đến cạn kiệt một cách dần
dần. Do đó, những nguồn năng lượng tái tạo như gió, mặt trời, sức nước, sinh khối,… xuất
hiện như là giải pháp bền vững cho vấn đề cạn kiệt tài nguyên. Các nguồn năng lượng này
không chỉ giải quyết vấn đề thiếu hụt năng lượng mà còn giảm lượng khí thải độc hại ra mơi

trường gây ơ nhiễm, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người. Từ xưa, con người đã biết lợi
dụng sức gió để di chuyển khinh khí cầu, thả diều trên khơng và neo thuyền buồm, lướt
sóng ở biển. Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của cơng nghệ năng lượng, năng
lượng gió có thể được chuyển đổi thành dạng năng lượng hữu ích, điển hình là việc tạo ra
điện từ Turbine gió. Điều đó đặt ra một xu hướng tất yếu trong lĩnh vực năng lượng là việc
tối ưu hóa chi phí sản xuất để tăng lợi nhuận cũng như đẩy mạnh nghiên cứu, phát triển các
công nghệ mới nhằm khai thác năng lượng từ Turbine gió một cách hiệu quả và hợp lý nhất.
Báo cáo của nhóm gồm 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về nguồn năng lượng tái tạo gió và turbine
gió Chương 2: Mơ hình hóa turbine gió
Chương 3: Thiết kế điều khiển
Chương 4: Mơ phỏng matlab và kết quả
Trong q trình thực hiện Project, chúng em đã được củng cố và tiếp thu các kiến
thức cơ bản về cấu trúc và đặc tính các thành phần trong các hệ thống năng lượng tái tạo,
các chỉ tiêu chất lượng của hệ thống cũng như khả năng mơ hình hóa nguồn năng lượng tái
tạo, nguyên lý thiết kế các vòng điều khiển. Hơn thế nữa, chúng em đã học tập và rèn luyện
phương pháp làm việc, nghiên cứu một cách chủ động, linh hoạt hơn, đặc biệt là kỹ năng
làm việc theo nhóm. Kết quả của nhóm làm ra đã cơ bản đáp ứng được yêu cầu đặt ra của
cô.
Chúng em chân thành cảm ơn cơ đã tận tình hướng dẫn nhóm để hồn thiện bài báo
cáo này.
Nhóm sinh viên

2


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO GIĨ.................................5

1.1

Tình hình phát triển của Hệ thống Turbine gió.........................................................5

1.1.1

Tình hình khai thác năng lượng từ Turbine gió trên tồn cầu............................5

1.1.2

Tình hình phát triển của Hệ thống Turbine gió ở Việt Nam...............................5

1.2

Cấu trúc chung của Hệ thống Turbine gió................................................................6

1.2.1

Phân loại Turbine gió.........................................................................................7

1.2.2

Cấu tạo Turbin gió.............................................................................................8

1.3

Nguyên lý hoạt động hệ thống Turbine gió...............................................................9

1.4

Các bài tốn điều khiển...........................................................................................10

1.4.1

Phân cấp điều khiển trong hệ thống.................................................................10

1.4.2

Phân tích cụ thể các bài tốn điều khiển...........................................................12

1.5

Các u cầu đối với bài tốn điều khiển góc pitch khi tốc độ gió trên định mức....21

CHƯƠNG 2:MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG TUABIN GIĨ........................................................22

2.1

Mơ hình tuabin gió..................................................................................................22

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN GÓC PITCH TUABIN GIÓ.......................................25

3.1

Cấu trúc điều khiển.................................................................................................25

3.2

Thiết kế bộ điều khiển tốc độ..................................................................................25

3.3

Thiết kế bộ điều khiển góc Pitch.............................................................................26

CHƯƠNG 4:MƠ PHỎNG KIỂM CHỨNG..................................................................................27

4.1

Sơ đồ mơ phỏng trên MATLAB.............................................................................27

4.2

Mơ hình Tuabin gió................................................................................................27

4.3

Bộ điều khiển tốc độ...............................................................................................28

4.4

Bộ điều khiển góc Pitch..........................................................................................28

4.5

Mơ phỏng kiểm chứng............................................................................................29

4.5.1

Kịch bản mơ phỏng với các tốc độ gió khác nhau............................................29

4.5.2

Kết quả mô phỏng tốc độ đáp ứng bộ điều khiển góc tốc độ............................29

4.5.3

Kết quả mơ phỏng bộ điều khiển góc Pitch......................................................30

4.5.4

Kết quả mơ phỏng về đáp ứng cơng suất phát của turbine gió.........................31

KẾT LUẬN.......................................................................................................................................32
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................................33


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Tỷ trọng năng lượng gió trên tồn cầu qua các năm................................................5
Hình 1.2 Cấu trúc chung của Hệ thống năng lượng gió với sơ đồ điều khiển........................6
Hình 1.3 Turbin gió trục ngang và trục đứng.........................................................................7
Hình 1.4 Cấu tạo Turbine gió.................................................................................................9
Hình 1.5 Hệ thống Turbine gió..............................................................................................9
Hình 1.6 Phân tầng trong phân cấp điều khiển hệ thống......................................................10
Hình 1.7 Tầng 1 trong phân cấp điều khiển...............................................................................11
Hình 1.8 Các chế độ làm việc của Wind Turbine.................................................................13
Hình 1.9 Cấu tạo hệ thống Yaw...........................................................................................15
Hình 1.10 Góc Pitch trong các chế độ làm việc...................................................................17
Hình 1.11 Trung tâm hệ thống điều khiển góc Pitch............................................................18
Hình 1.12 Cấu trúc điều khiển UDC với công suất tác dụng và cơng suất phản kháng........20
Hình 1.13 Windfarm control system....................................................................................21
Hình 2.1 Cấu tạo cơ bản của turbine gió..............................................................................22

Hình 3.1 Cấu trúc điều khiển góc Pitch Turbine gió............................................................25
Hình 3.2 Vịng điều khiển tốc độ.........................................................................................25
Hình 3.3 Vịng điều khiển góc PItch...................................................................................26
Hình 4.1 Sơ đồ mơ phỏng trên Matlab Simulink..................................................................27
Hình 4.2 Mơ hình Tuabin gió...............................................................................................27
Hình 4.3 Bộ điều khiển tốc độ..............................................................................................28
Hình 4.4 Bộ điều khiển góc Pitch.........................................................................................28
Hình 4.5 Các mức tốc độ gió khác nhau trên định mức........................................................29
Hình 4.6 Đáp ứng bộ điều khiển tốc độ................................................................................29
Hình 4.7 Đáp ứng bộ điều khiển..........................................................................................30
Hình 4.8 Đáp ứng bộ điều khiển góc Pitch...........................................................................30
Hình 4.9 Đáp ứng cơng suất phát tuabin gió........................................................................31


CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO GIÓ
1.1 Tình hình phát triển của Hệ thống Turbine gió
1.1.1 Tình hình khai thác năng lượng từ Turbine gió trên tồn cầu
Nói đến việc đầu tư và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo thì năng lượng mặt
trời có xu hướng dẫn đầu trong nhiều năm. Tuy nhiên, theo như tốc độ sản xuất tồn cầu
hiện nay, năng lượng gió đang bám sát năng lượng mặt trời về tốc độ tăng trưởng. Các công
nghệ mới đang thúc đẩy sự đa dạng trong lĩnh vực năng lượng gió với tốc độ nhanh chóng.
Nếu chúng ta cần đi tìm câu trả lời cho câu hỏi về an ninh năng lượng dựa trên một nguồn
tài ngun thiên nhiên, thì câu trả lời đó rất có thể là năng lượng điện gió.
Trên thực tế, năng lượng được tạo ra từ các trang trại Turbine gió đã tăng lên rất nhiều chỉ
trong hai năm qua. Theo Hội đồng Năng lượng gió tồn cầu (GWEC), cơng suất gió đạt
51.477 megawatt (MG) vào năm 2014, tăng 44% so với những năm trước.

Hình 1.1 Tỷ trọng năng lượng gió trên tồn cầu qua các năm [1]
Theo Hiệp hội Năng lượng gió thế giới (WWEA), Trung Quốc có tỷ trọng sản xuất năng
lượng gió lớn nhất, với khoảng 114.763 MG cơng suất gió được lắp đặt. Điều này rất quan

trọng, vì các phương pháp sản xuất điện thơng thường khó có thể đáp ứng nhu cầu năng
lượng trong tương lai của đất nước với dân số 1,386 tỷ người.
Ở Hoa Kỳ, chương trình năng lượng điện gió đã được khởi xướng cách đây gần 10 năm để
hợp tác với các chuyên gia trong ngành, những người muốn tăng hiệu suất và độ tin cậy của
các cơng nghệ gió đồng thời với việc giảm chi phí thi cơng, lắp đặt và bảo trì. Chương trình
này là cần thiết để phát triển các công nghệ mới, giúp cải thiện hiệu suất Turbin trên quy mơ
lớn.
1.1.2 Tình hình phát triển của Hệ thống Turbine gió ở Việt Nam
Trước những thách thức về tình trạng thiếu điện và để ứng phó hiệu quả với biến đổi khí
hậu trong những năm tiếp theo thì kế hoạch phát triển “điện xanh” từ các nguồn năng lượng


tái tạo là một giải pháp khả thi nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.
Gần


đây, Chính phủ Việt Nam đã xác định rõ các mục tiêu trong định hướng phát triển dạng
“điện xanh” này. Trong đó, năng lượng gió được xem như là một lĩnh vực trọng tâm do Việt
Nam được xem là nước giàu tiềm năng nhất trong khu vực Đông Nam Á. Mục đích của
nghiên cứu này là đưa ra cái nhìn về tình hình phát triển điện gió hiện nay và các khả năng
cung ứng tài chính của các tổ chức trong và ngồi nước cho phát triển điện gió ở Việt Nam.
Việt Nam có tiềm năng gió để phát triển các dự án điện gió với quy mơ lớn. Bản đồ tiềm
năng gió của Ngân hàng Thế giới (Worldbank, 2001) được xây dựng cho bốn nước trong
khu vực Đông Nam Á (gồm: Việt Nam, Cam-pu-chia, Lào, và Thái Lan) dựa trên phương
pháp mơ phỏng bằng mơ hình số trị khí quyển. Theo kết quả từ bản đồ năng lượng gió này,
tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 65 m của Việt Nam là lớn nhất so với các nước khác
trong khu vực, với lý thuyết lên đến 513.360 MW. Những khu vực được hứa hẹn có tiềm
năng lớn trên toàn lãnh thổ là khu vực ven biển và cao nguyên miền nam Trung Bộ và Nam
Bộ.
Những ưu đãi về đầu tư xây dựng nhà máy và giá bán điện cho Điện lực Việt Nam đã thu

hút sự quan tâm của nhà đầu tư cả trong và ngoài nước. Hiện nay, có hàng chục nhà máy
điện gió đã và đang hoạt động trên phạm vi toàn quốc gia.
Nhược điểm của điện gió là điện năng chỉ được tạo ra khi có gió, và cơng suất phát ra thay
đổi theo mức gió. Vùng thuận lợi cho đặt nhà máy cũng thường cách xa vùng tiêu thụ. Điều
này làm cho lưới điện phải bố trí dẫn truyền điện, và có kế hoạch điều hịa nguồn phát thích
hợp để đảm bảo năng lượng cho các phụ tải tiêu thụ.
1.2 Cấu trúc chung của Hệ thống Turbine gió
Hệ thống Turbine gió là hệ thống sử dụng năng lượng cơ học từ gió để biến đổi thành điện
năng cung cấp cho các phụ tải điện hoặc cấp điện lên lưới, gồm các khối thành phần cơ bản:
khối động học, khối cơ năng và khối điện năng.

Hình 1.2 Cấu trúc chung của Hệ thống năng lượng gió với sơ đồ điều khiển [2]


Các thành phần sau đây được xét đến khi nói đến cấu trúc chung của Turbine gió:


 Turbine gió.
 Tụ lọc một chiều.
 Bộ chỉnh lưu ba pha phía nguồn.
 Máy biến áp cách ly.
 Bộ nghịch lưu phía lưới, tải.
 Lưới điện hoặc tải địa phương.
1.2.1 Phân loại Turbine gió
Turbine gió thơng thường được phân làm 2 loại là Turbine gió trục ngang và Turbine gió
trục đứng dựa theo hình dạng và cấu tạo bên ngồi.

Turbine gió trục ngang
Turbine gió trục ngang
Hình 1.3 Turbin gió trục ngang và trục đứng [3]

Turbine gió kiểu trục đứng có các cánh quay quanh một trục thẳng đứng. Ưu điểm của loại
này là nó nhận gió từ mọi hướng nên không cần hệ thống điều hướng hộp số hay các thiết bị
máy phát được đặt trong trụ. Tuy nhiên, Turbine gió trục đứng ít được sử dụng vì nó có
những nhược điểm sau:


 Hiệu suất khí động giảm do có nhiều bề mặt cánh úp vào phía trụ. Khi quay
nếu các cánh gió đều mở thì một bên có tác dụng hứng gió làm Turbin quay,
bên cịn lại cản gió làm giảm tốc độ quay.
 Vì sức nặng và giá của trục truyền tải rất cao nên giá đỡ thường ở mức chuẩn
nên khơng cho phép có hộp số với những Turbine trục đứng lớn.
Tua bin gió kiểu trục ngang có các cánh quạt quay quanh một trục nằm ngang vì chúng phù
hợp hơn với việc khai thác nhiều năng lượng gió. Nó có loại 2 hoặc 3 cánh quạt. Ngày nay
loại 3 cánh quạt được sử dụng rộng rãi.
1.2.2 Cấu tạo Turbin gió
Động cơ Turbine điện gió được xem như một chiếc máy phát điện sử dụng sức gió, bao gồm:
 Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió, có trách nhiệm truyền dữ liệu của tốc
độ gió đi tới bộ phận điểu khiển.
 Blades: Đây là cánh quạt, khi gió thổi sẽ tạo lực vào cánh quạt. Làm quay trục
của động cơ Turbine và sau đó là dẫn tới các chuyển động liên hồn của hệ
thống Turbine điện gió.
 Controller: Bộ điều khiển.
 Brake: Bộ hãm (hay còn được gọi là phanh), dùng để dừng hoạt động motor
trong trường hợp khẩn cấp.
 Rotor: Bộ phận này bao gồm các cánh quạt và trục.
 Gear box: Bộ phận hộp số. Trong bộ phần này, phần bánh răng của hệ thống
sẽ được nối với trục tốc độ cao và trục tốc độ thấp. Bánh răng này không thể
thiếu và chúng khá đắt tiền.
 Generator: Bộ phận máy phát để phát ra nguồn điện.
 High – speed shaft: Là trục chuyển động tốc độ cao của một máy phát.

 Low – speed shaft: Ngược với High – speed shaft đó là trục chuyển động tốc
độ thấp.
 Nacelle: Đây là phần vỏ của động cơ. Bao gồm lớp vỏ bọc ngoài và vỏ của
Rotor. Được dùng để làm lớp bảo vệ, che chở cho các thành phần chi tiết cấu
tạo bên trong của động cơ.
 Pitch: Đây là bộ phận giữ cho Rotor có thể tạo ra điện khi chúng quay trong
gió.
Trong đó Motor điện một chiều là chi tiết quan trọng nhất. Thiết bị này sẽ dùng cánh quạt
cùng với nam châm để đón lấy gió.


Hình 1.4 Cấu tạo Turbine gió
1.3 Ngun lý hoạt động hệ thống Turbine gió

Hình 1.5 Hệ thống Turbine gió [4]
 Hệ thống turbine gió sẽ hoạt động, chuyển năng lượng gió thành năng lượng cơ
học và phát ra điện.
 3 cánh quạt gắn vào một đầu trục hướng gió, gọi là rotor. Rotor sẽ được gắn với
một bánh răng gọi là hộp số - hộp trượt (Gear Box). Có một số trường hợp thì nó


sẽ không được gắn với hộp số mà là gắn trực tiếp vào máy phát. Hộp số này có
vai trị thay đổi tốc độ quay giữa rotor cánh quạt với rotor máy phát.
 Trong trường hợp nó được gắn liền trục thì tốc độ quay của 2 cái sẽ bằng nhau.
Trong đề tài của nhóm, chúng em khơng nối với hộp số mà nối trực tiếp giữa
phần quay của cánh quạt và của máy phát, do đó tốc độ quay của chúng là bằng
nhau. Khi gió thổi, cánh quạt quay, làm cho trục quay thì sẽ thực hiện biến đổi từ
năng lượng gió thành năng lượng cơ (cụ thể dưới dạng rotor quay).
 Tóm lại, khi rotor của turbine gió quay sẽ làm cho rotor của máy phát nối đằng
sau sẽ quay theo, chính sự quay rotor của máy phát sẽ tạo nên năng lượng điện,

hay có thể hiểu năng lượng cơ đã được chuyển đổi thành năng lượng điện.
 Wind Turbine có 3 đầu vào và ít nhất 1 đầu ra: 3 đầu vào bao gồm tốc độ quay
Rotor, tốc độ gió và góc Pitch. Đầu ra của nó là mo-men quay.
 Turbine gió được đặt trên trụ cao để đón năng lượng gió giúp tốc độ quay nhanh
hơn và ít bị các luồng gió bất thường.
 Nguồn điện từ năng lượng gió này nhằm phục vụ cho con người để sử dụng cho
các tải địa phương hoặc nối trực tiếp lên lưới điện.
1.4 Các bài toán điều khiển
1.4.1 Phân cấp điều khiển trong hệ thống
Phần điều khiển trong hệ thống chia thành ba cấp như sau:

Hình 1.6 Phân tầng trong phân cấp điều khiển hệ thống [5]


 Tầng 1: bao gồm 2 cấu trúc điều khiển nhiều mạch vịng, điều khiển năng
lượng phía MP và phía lưới.

Hình 1.7 Tầng 1 trong phân cấp điều khiển [5]
 Tầng 2: cấu trúc điều khiển Wind Turbine với chức năng điều khiển góc
cánh và điều khiển tốc độ quay. Gồm có 2 bài tốn điều khiển sau:
o Điều khiển góc cánh quạt (Pitch Angle Control): cơng suất đầu ra
được điều khiển bằng cách thay đổi góc nghiêng của cánh quạt.
Góc nghiêng được điều khiển thơng qua áp lực dầu. Tuy nhiên, hệ
thống có thể bị phá hủy do gió quá to.
o Không điều khiển (Stall Control): công suất đầu ra được điều khiển
dựa vào hình dáng của cánh quạt. Gió thổi đến sẽ khơng tác động
vào cánh quạt khi tốc độ gió vượt quá một giá trị nào đó.
 Tầng 3: cấu trúc điều khiển giám sát mang tính chất điều độ ( Energy
Management).

1.4.2 Phân tích cụ thể các bài tốn điều khiển

Hình 1. Cấu trúc điều khiển phản hồi trong hệ thống năng lượng gió [5]
Cấu trúc chính của hệ thống điều khiển phản hồi năng lượng gió gồm các mức: mức xử lí,
điều khiển cơ bản, điều kiển q trình, giám sát:
 Mức xử lí: Rotor, trục, hộp số, máy phát, các bộ biến đổi điện tử công suất,
DC- link.
 Mức điều khiển cơ bản: cảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển momen cho
chuyển động, điều kiển dòng điện cho hệ thống lưới.
 Mức điều khiển quá trình: điều khiển góc Pitch, góc Yaw, điều khiển tốc độ
Rotor máy phát, điều khiển từ thông máy phát, điều khiển DC-link, điều khiển
công suất tác dụng và công suất phản kháng nối lưới.
 Mức giám sát: điều khiển biểu đồ hoạt động, thu thập dữ liệu, giao diện người
máy, hệ thống giám sát, tích hợp nối lưới
Cấu trúc chính của mức điều khiển q trình:
 Điều khiển góc Yaw, tốc độ thay đổi góc Yaw.
 Điều khiển góc Pitch, tốc độ thay đổi góc Pitch.


 Điều khiển tốc độ quay Rotor dựa vào momen hoặc dịng điện tác dụng hoặc
cơng suất tác dụng phía máy phát.
 Điều khiển hiệu suất máy phát dựa vào dịng thơng lượng hoặc cơng suất phản
kháng phía máy phát.
 Điều khiển điện áp DC-link.
 Điều khiển dòng điện phản kháng hoặc cơng suất phản kháng phía lưới dựa
vào điều khiển điện áp phía lưới.
Cấu trúc điều khiển và các tham số điều khiển của một hệ thống Wind Turbine phụ thuộc
vào chế độ làm việc của Wind Turbine. Tuỳ thuộc vào tốc độ gió mà Wind Turbine có các
chế độ làm việc khác nhau.

Hình 1.8 Các chế độ làm việc của Wind Turbine
 0 < 𝑣 < 𝑣 1, chế độ không tải, không tác động điều khiển.


𝑣 1 < 𝑣 < 𝑣 𝑐𝑖𝑛, chế độ tải dưới tải., điều khiển góc Pitch.


 𝑣 𝑐𝑖𝑛 < 𝑣 < 𝑣 2, chế độ tải một phần, điều khiển tốc độ quay.
 𝑣 2 < 𝑣 < 𝑣 𝑁 , từ tải một phần đến đầy tải, điều khiển tốc độ quay và điều
khiển góc Pitch.
 𝑣 𝑁 < 𝑣 < 𝑣 𝑐𝑜𝑢𝑡, chế độ đầy tải, giới hạn tốc độ quay, giới hạn cơng suất, điều
khiển góc Pitch.
 𝑣 𝑐𝑜𝑢𝑡 < 𝑣 < 𝑣 3, từ đầy tải đến quá tải, điều khiển và giới hạn tốc độ quay,
điều khiển và giới hạn cơng suất, điều khiển góc Pitch.
 𝑣 > 𝑣 3, chế độ quá tải, khơng tác động điều khiển.
Các bài tốn điều khiển trong hệ thống Turbine gió được phân thành hai loại bài tốn lớn là
bài tốn điều khiển phía nguồn và bài tốn điều khiển phía tải.
- Bài tốn điều khiển phía nguồn :





Bài tốn điều khiển góc Yaw
Bài tốn điều khiển góc Pitch
Bài tốn điều khiển máy phát (điều khiển tốc độ quay Rotor )
Bài toán điều khiển MPPT

- Bài toán điều khiển phía tải :

 Bài tốn điều khiển nối lưới
 Bài tốn điều khiển nối tải
1.4.2.1. Điều khiển góc Yaw
Góc Yaw (góc hướng) là góc tạo bởi trục truyền chuyển động và hướng gió. Hướng gió
trong một năm thay đổi theo mùa, vì vậy cần điều khiển góc Yaw để mặt Turbine hướng về
phía đón gió.
Một số chức năng của hệ thống điều khiển góc Yaw:
 Kích hoạt phanh nếu sai lệch góc hướng vượt quá giá trị cho phép phụ
thuộc vào tốc độ gió.
 Điều khiển mặt Turbine theo hướng mong muốn.
 Loại bỏ dung sai của góc do tác động của bánh răng bằng cách thêm giá trị
tham chiếu vào một trong các động cơ.
 Đôi khi để tránh số lượng xoắn vượt quá giá trị tối đa.
Các đặc điểm của vòng điều khiển Yaw:
 Ảnh hưởng của sai lệch Yaw 𝜀= 𝜀𝑤 − 𝜀𝑅𝑎 đến công suất là phi đến công suất là phi tuyến.


 Trong bước đầu tiên nó có thể được mơ tả: (𝑐𝑝(() = (𝑐𝑝(( = 0). cos 𝜀
 Có các giải pháp khác nhau liên quan đến các thiết bị kích hoạt và vịng
điều khiển.
 Các loại động cơ khác nhau được sử dụng.
 Số lượng các động cơ khác nhau.
 Có sự khác biệt trong sự bố trí vành bánh răng và phanh.
 Các giải pháp dựa trên hệ thống điện có ít nhất hai động cơ bánh răng trở
lên đang ngày càng được sử dụng nhiều hơn.
Cấu tạo hệ thống Yaw bao gồm một số hệ con:
 Các cánh gạt gió để đo góc Yaw.
 Hệ thống phanh Yaw và hệ thống điều khiển Yaw.

Hình 1.9 Cấu tạo hệ thống Yaw [6]

Các đặc điểm chính của điều khiển góc Yaw:
 Chế độ trượt xác định 𝜀𝑤 trung bình gây ra đặc tính thơng thấp của hệ
thống đo lường.
 Điều khiển có cấu trúc xếp tầng cho mơ-men xoắn, tốc độ và góc.
 Điều chỉnh tham số của bộ điều khiển góc với chế độ đứng yên đối với các
sai lệch góc nhỏ (< 2°), tốc độ Yaw bị hạn chế (𝑛𝑛 < 0.05 𝑟𝑝𝑚) và gia
tốc, momen bị hạn chế.
 Vặn lại ở chế độ hoạt động đứng yên để tránh tắt ở các chế độ khác.


1.4.2.2. Điều khiển góc Pitch
Chức năng của điều khiển góc Pitch:
 Khởi động động cơ ở chế độ thiếu tải.
 Để đạt được công suất 𝑃 tối đa ở chế độ tải từng phần mà khơng bị vượt
q góc của bước 𝜀𝑖 .
 Đạt được 𝑃𝑚𝑎 đến công suất là phi𝑥 hoặc 𝑃đ𝑚 mà khơng có độ vượt q của 𝑛𝑅 hoặc 𝑃𝑅 trong
chế độ tải một phần và chế độ vượt quá đầy tải.
 Để giới hạn 𝑛𝑅 và 𝑃𝑅 trong chế độ đầy tải.
 Để giảm 𝑛𝑅 và 𝑃𝑅 ở chế độ từ đầy tải đến quá tải.
 Để dừng Turbine ở chế độ quá tải.
 Để dừng Turbine trong trường hợp khẩn cấp ngay cả khi không có nối
lưới. Các đặc điểm của điều khiển góc Pitch
 Năng lượng của Turbine gió ảnh hưởng tới góc Pitch 𝜀, ảnh hưởng này là
phi tuyến.
 𝜀 = 90 thì 𝑃 = 0.
 𝑃 đạt max khi góc nhỏ (1 − 3°).
 Để hạn chế 𝑃 thì phải tăng lên.
 Mômen xoắn đạt cực đại khi xoay quanh 10°.
 Để khởi động Wind Turbine, 𝜀 phải giảm như là một hàm của 𝑛 𝑅 .
 Có các giải pháp khác nhau liên quan đến các loại động cơ, cách bố trí

vành bánh răng, bánh răng và phanh.


Hình 1.10 Góc Pitch trong các chế độ làm việc [5]
Các thành phần của hệ thống điều khiển góc Pitch
 Vành bánh răng.
 Bánh răng.
 Động cơ bánh răng.
 Bộ chuyển đổi tần số.
 Phanh.
 Pin và tụ điện để cung cấp điện lực.
 Hệ thống chuyển cung cấp điện qua các vịng trượt.
 Bộ điều khiển góc Pitch.
Động cơ bánh răng, bộ biến tần và bộ điều bộ chuyển đổi, phanh, pin và tụ điện đang quay
trong trung tâm.


Hình 1.11 Trung tâm hệ thống điều khiển góc Pitch [7]
1.4.2.3. Điều khiển tốc độ quay Rotor
Chức năng của bộ hệ thống điều khiển tốc độ quay Rotor:
 Tối ưu hoá việc khởi động ở chế độ thiếu tải.
 Đạt được tỉ lệ tốc độ đỉnh tối ưu ở trạng thái tải một phần.
 Điều khiển tốc độ cho công suất đầu ra tối đa hoặc danh định mà không
vượt quá tốc độ Rotor quay hoặc công suất ở chế độ từ tải một phần đến
chế độ tải đầy đủ.
 Điều khiển tốc độ giới hạn công suất Rotor và tốc độ quay mà không vượt
quá hoặc thiếu ở chế độ đầy tải.
 Điều khiển tốc độ để giảm công suất và tốc độ quay ở chế độ vượt quá tải
đầy đủ đến quá tải.
Việc điều khiển tốc độ quay của Rotor phụ thuộc vào bộ chuyển đổi của hệ thống điều khiển

phản hồi chuyển đổi năng lượng gió, vì vậy cần phải phân biệt giữa bốn loại máy phát điển
hình SCIG, DFIG, FESG, PMSG.
Đặc điểm của điều khiển tốc độ quay Rotor:
 Điều khiển hệ số công suất tối ưu ở chế độ tải một phần 𝑣 𝑖𝑛 < 𝑣 < 𝑣 𝑁 và
giới hạn công suất ở chế độ đầy tại 𝑣 𝑁 < 𝑣 < 𝑣 𝑐𝑜𝑢𝑡 với việc sử dụng tra
bảng công suất Rotor, tính tốn momen tham chiếu và sử dụng bộ biến đổi
phía máy phát (điều khiển dịng điện tác dụng phía máy phát) cho PESG,