Điều khiển độc lập p và q của máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép ứng dụng trí thông minh nhân tạo

vă

MCăLCă
TRANG
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Xác nhn ca cán bộ hớng dn
LỦ lịch khoa học i
Li cam đoan ii
Cm tạ iii
Tóm tắt iv
Mc lc v
Danh sách các chữ viết tắt viii
Danh sách các hình x
Danh sách các bng xiii

MăĐU 1
CHNGă1 4
TNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓ 4
1.1. Tổng quan chung về năng lợng 4
1.2. Lịch sử phát triển năng lợng gió 5
1.3. Tình hình phát triển điện gió  hiện tại và triển vọng trong tơng lai. 9
1.4. Những thun lợi và khó khăn ca việc sử dng năng lợng gió 12
1.5. Tiềm năng điện gió ca Việt Nam 14
1.6. Các kết qu nghiên cu trong và ngoài nớc đư công bố 15
CHNGă2 17
CăSăLụăTHUYT 17
2.1. Các loại turbine gió: 17
viă

2.2. Các loại cu hình turbine gió kết nối vào lới điện 18

2.2.1. Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG) 19
2.2.2. Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép không chổi quét (BDFIG) 20
2.2.3. Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permament Magnet SG) 20
2.3. Các thành phần chính ca hệ thông turbine gió ậ DFIG 21
2.4. Định nghĩa về mô hình và mô phỏng 23
2.5. u nhợc điểm và mc đích xây dựng mô hình động 24
2.6. Mô hình động ca máy điện không đồng bộ 25
2.7. Phơng trình chuyển đổi hệ quy chiếu 28
2.7.1. Mối quan hệ giữa hệ thống ba pha và hệ thống hai pha 28
2.7.2. Mối quan hệ giữa hệ trc tọa độ tĩnh và hệ trc tọa độ quay 29
2.7.3. Mối quan hệ giữa hệ trc tọa độ tĩnh abc và hệ trc tọa độ quay dq 30
2.8. Phơng trình toán máy điện không đồng bộ nguồn kép DFIG 30
2.8.1. Mô hình toán máy điện DFIG trong vector không gian 31
2.8.2. Mô hình toán máy điện DFIG trong hệ quy chiếu quay 32
CHNGă3 35
ĐIUăKHINăPIăNGăDNGăFUZZYăLOGIC 35
3.1. Bộ hiệu chỉnh PID truyền thống 35
3.2. Bộ hiệu chỉnh PI với khâu hiệu chỉnh anti windup 37
3.3. Điều khiển m 38
3.3.1. Khái niệm cơ bn 39
3.3.2. Định nghĩa tp m 40
3.3.3. Cu trúc một bộ điều khiển m 40
3.3.4. Nguyên lỦ điều khiển m 40
viiă

3.4. Bộ hiệu chỉnh PI ng dng Fuzzy logic 41
CHNGă4 47
MÔăHÌNHăMÔăPHNGăĐIUăKHINăMÁYăPHÁTăĐINăGIÓăDFIGă
TRONGăMATLABăSIMULINK 47
4.1. Mô hình máy phát điện nguồn kép DFIG - 2,3 MW 47

4.2. Mô hình điều khiển converter 51
4.2.1. Mô hình điều khiển converter phía rotor máy phát 52
4.2.2. Mô hình điều khiển converter phía lới 54
4.2.3. Mô hình điều khiển tốc độ rotor turbine 54
4.2.4. Mô hình bộ nghịch lu áp cp nguồn cho rotor máy phát 55
4.3. Mô hình tua bin gió 55
CHNGă5 56
SOăSÁNHăKTăQUăMÔăPHNGăKHIăSăDNGăPIăSOăVIăSăDNGăPIă
KTăHPăFUZZYăLOGIC 56
5.1. Mô hình dùng để chạy mô phỏng trong Matlab/Simulink 56
5.2. So sánh giữa bộ điều khiển PI truyền thống và PI-Fuzzy 59
5.2.1. Cu trúc điều khiển với bộ điều khiển PI truyền thống và PI-Fuzzy 59
5.2.2. Kết qu mô phỏng trong điều kiện tốc độ gió cố định 60
5.2.3. Kết qu mô phỏng trong điều kiện tốc độ gió thay đổi ngu nhiên 66
5.3. Phân tích kết qu mô phỏng 72
CHNGă6 75
KTăLUN 75
6.1. Kết lun 75
6.2. Hớng phát triển ca đề tài trong tơng lai 75
TÀIăLIUăTHAMăKHO 76


viiiă

DANHăSÁCHăCÁCăCHăVITăTTă
ă
Kýăhiuă Chúăgiiă
P : Công sut tác dng (W)



: Công sut định mc ca máy phát (W)
Q : Công sut phn kháng (Var)
 : Điện áp (V)
 : Dòng điện (A)
 : Điện tr (Ω)
 : Cm kháng (H)


: Cm kháng từ hóa (H)
 : Từ thông (Wb)


: Hệ số rung (N.m/s)


: Độ cng thanh truyền (M.m/rad)
J : Moment quán tính (N.m)


: Moment điện từ (N.m)
R : Bán kính quạt gió turbine (m)
 : Vn tốc góc (rad/s)


: Vn tốc góc trc rotor ca máy phát (rad/s)


: Vn tốc trợt ca máy phát (rad/s)
s : Hệ số trợt
p : Số đôi cực

abc : hệ quy chiếu abc
dq : hệ quy chiếu dq



ă ă
ixă

Cácăkýăhiuăchỉăsốă
 Chỉăsốătrênă
s : Quy về phía stator
r : Quy về phía rotor
t : Là ma trn chuyển vị
 Chỉăsốădiă
s : Các đại lợng ca stator
r : Các đại lợng ca rotor
g : Các đại lợng phía lới
ref : Các đại lợng tham kho
sr : Đại lợng tơng hỗ giữa stator và rotor
aa, bb, cc : Đại lợng tự cm trên mỗi cuộn dây stator a, b, c tơng ng
AA, BB, CC : Đại lợng tự cm trên mỗi cuộn dây stator A, B, C tơng ng
gen : Các đại lợng máy phát
sharf : Các đại lợng trc thanh truyền
turb : Các đại lợng ca turbin
d; q : Các đại lợng trc d, trc q tơng ng trong hệ quy chiếu dq
α, β : Các đại lợng trc α, trc β tơng ng trong hệ quy chiếu αβ
a, b, c : Các đại lợng pha a, pha b, pha c tơng ng trên stator
A, B, C : Các đại lợng pha A, pha B, pha C tơng ng trên rotor

xă

DANHăSÁCHăCÁCăHÌNHă

Hình 1.1: Cối xay gió Tây Ban Nha
Hình 1.2: Lịch sử phát triển năng lợng gió từ 1996 đến 2008
Hình 1.3: Tổng công sut lắp đặt từ 2010 ậ 2013 [MW]
Hình 1.4: Tổng công sut lắp đặt ca các nớc
Hình 1.5: Tỉ lệ phần trăm công sut lắp đặt mới  các nớc 2013
Hình 1.6: Tổng công sut lắp đặt từ 1997 ậ 2020 [GW]
Hình 1.7: Tiềm năng về năng lợng gió ca Đông Nam Á ( độ cao 65 m) theo
Ngân hàng Thế giới.
Hình 2.1: Phân loại turbin gió
Hình 2.2: Turbin gió với DFIG
Hình 2.3: Turbin gió với BDFIG
Hình 2.4: Turbin gió với PMSG
Hình 2.5: Các thành phần chính ca hệ thống turbin gió ậ DFIG
Hình 2.6: Sơ đồ cu trúc chung ca máy điện không đồng bộ
Hình 2.7: Hệ quy chiếu quay dq
Hình 2.8: Nguyên lỦ vectơ không gian
Hình 2.9: Mối quan hệ giữa hai hệ trc toạ độ αβ và dq
Hình 2.10: Mạch tơng đơng máy điện DFIG quy đổi về phía stator
Hình 3.1: Bộ điều khiển PI sử dng khâu anti-windup
Hình 3.2: Nguyên lỦ điều khiển m

Hình 3.3: Bộ điều khiển PI sử dng Fuzzy logic
Hình 3.4: Giao diện soạn tho cơ bn Fuzzy logic trên matlab/Simulink
Hình 3.5: Soạn tho hàm thành viên sai số tốc độ e(t)
Hình 3.6: Soạn tho hàm thành viên độ dốc sai số tốc độ de/dt
Hình 3.7: Soạn tho hàm thành viên Kp
Hình 3.8: Soạn tho hàm thành viên Ti
Hình 3.9: Soạn tho lut m
xiă

Hình 4.1: Khối mô hình máy phát DFIG
Hình 4.2: Khối mô hình abc2dq
Hình 4.3: Khối mô hình phơng trình điện áp stator và rotor
Hình 4.4: Khối mô hình tính toán từ thông
Hình 4.5: Khối mô hình 2dqabc
Hình 4.6: Khối mô hình điều khiển converter phía rotor máy phát và lới
Hình 4.7: Khối mô hình điều khiển converter phía rotor máy phát
Hình 4.8: Khối mô hình tính toán vị trí rotor và dòng từ hoá ậ Estimate Ims
Hình 4.9: Khối chuyển abc sang αβ
Hình 4.10: Khối tính điện áp điều chỉnh rotor
Hình 4.11: Khối mô hình điều khiển converter phía lới
Hình 4.12: Khối điều khiển điện áp Vdc “DC-link”
Hình 4.13: Khối mô hình điều khiển tốc độ rotor turtin “speed control”
Hình 4.14: Khối mô hình bộ nghịch lu áp “Inverter”
Hình 4.15: Khối mô hình turbin gió
Hình 5.1: Mô hình tổng thể hệ thống điều khiển máy phát điện DFIG
Hình 5.2: Đồ thị giá trị đặt công sut tác dng
Hình 5.3: Đồ thị giá trị đặt công sut phn kháng
Hình 5.4: Mô hình điều khiển converter phía rotor máy phát “Rotor Converter
Control” sử dng PI truyền thống
Hình 5.5: Mô hình điều khiển converter phía rotor máy phát “Rotor Converter

Control” sử dng PI truyền thống kết hợp PI-Fuzzy
Hình 5.6: Tốc độ gió cố định 12 m/s
Hình 5.7: Công sut tác dng trong trng hợp cố định tốc độ gió
Hình 5.8: Công sut phn kháng trong trng hợp cố định tốc độ gió
Hình 5.9: Dòng điện stator trong trng hợp cố định tốc độ gió
Hình 5.10: Tốc độ rotor trong trng hợp tốc độ gió cố định
Hình 5.11: Góc pitch quạt gió trong trng hợp cố định tốc độ gió
Hình 5.12: Tốc độ gió thay đổi ngu nhiên theo thi gian
xiiă

Hình 5.13: Công sut tác dng với tốc độ gió thay đổi
Hình 5.14: Công sut phn kháng với tốc độ gió thay đổi
Hình 5.15: Dòng điện stator với tốc độ gió thay đổi
Hình 5.16: Tốc độ rotor trong trng hợp tốc độ gió thay đổi
Hình 5.17: Góc pitch quạt gió trong trng hợp cố định tốc độ gió









xiiiă

DANHăSÁCHăCÁCăBNG


Bng 3.1: Lut m ca Kp

Bng 3.2: Lut m ca Ti
Bng 5.1: Các thông số ca khối “Generator DFIG 2,3 MW”
Bng 5.2: Các thông số ca khối “Wind Turbine”
Bng 5.3: Các thông số ca khối “Converter”
Bng 5.4: Giá trị đặt công sut tác dng
Bng 5.5: Giá trị đặt công sut phn kháng
Bng 5.6: Giá trị trung bình ca Ps và Qs trong trng hợp tốc độ gió cố định
Bng 5.7: Giá trị trung bình ca Ps và Qs trong trng hợp tốc độ gió thay đổi
MăĐUă

1ă

MăĐUă

1. LýădoălựaăchnăđătƠiă
Trong vòng 10 năm gần đây (2001 ậ 2010), Việt Nam đư đạt đợc những
bớc tăng trng kinh tế nhanh chóng, với tốc độ trung bình đạt 7,2%/năm. Cùng
với đó là nhu cầu sử dng điện năng trong các ngành kinh tế và sinh hoạt liên tc
gia tăng với tốc độ trung bình khong 14,5%. Tổng sn lợng điện thơng phẩm đư
tăng từ 31,3 tỷ kWh (2001) lên tới 99,1 tỷ kWh (2010), điều này có nghĩa là sn
lợng điện tiêu th đư tăng hơn 3 lần trong vòng 10 năm. So với năm 2009, thì sn
lợng điện thơng phẩm năm 2010 tăng khong 14,3%, gp 2,5 lần so với tốc độ
tăng trng GDP (Gross Domestic Product) [8].
Nhằm đm bo cho nhu cầu về điện năng để phát triển kinh tế - xư hội, Chính
ph Việt Nam đư đặt ra một số mc tiêu sn xut điện trong Quy hoạch Phát triển
Điện lực Quốc gia giai đoạn 2011 ậ 2020 có xét đến 2030 bao gồm: Cung cp đ
nhu cầu điện trong nớc, sn lợng điện sn xut và nhp khẩu năm 2015 khong
194 ậ 210 tỷ kWh, khong 330 ậ 362 tỷ kWh vào năm 2020, khong 695 ậ 834 tỷ
kWh vo 2030 và u tiên phát triển nguồn năng lợng tái tạo cho sn xut điện,
tăng tỷ lệ điện năng sn xut từ nguồn năng lợng này từ mc 3,5% năm 2010, lên

4,5% tổng điện năng sn xut vào năm 2020 và 6% vào 2030 [8].
Trớc những thách thc về tình trạng thiếu điện và ng phó hiệu qu với biến
đổi khí hu trong những năm tiếp theo thì kế hoạch phát triển “điện xanh” từ các
nguồn năng lợng tái tạo là một gii pháp kh thi nhằm đm bo an ninh năng
lợng và bo vệ môi trng [8]. Gần đây, Chính ph Việt Nam đư xác định rõ các
mc tiêu trong định hớng phát triển dạng “điện xanh” này. Trong đó, năng lợng
gió đợc xem là một lĩnh vực trọng tâm, do một số nghiên cu đánh giá cho thy
Việt Nam có tiềm năng gió để phát triển các dự án gió với quy mô lớn là rt kh thi.
Điển hình là một số dự án đư đợc đầu t và đa vào vn hành nh dự án điện gió 
Xư Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thun, dự án điện gió lai tạo với máy
MăĐUă

2ă

phát điện diesel trên đo Phú QuỦ hoặc dự án điện gió khác tại tỉnh Bạc Liêu. Ngoài
ra, còn nhiều dự án khác đang trong các giai đoạn tiến độ khác nhau đư đợc đăng
kỦ. Tuy nhiên điểm yếu lớn nht ca nguồn năng lợng gió thì thng không tp
trung nên muốn sử dng ta phi đâu t rưi rác và khi đư đầu t thì vn để sử dng nó
một cách sao cho an toàn và hiệu qu nht là một bài toán cần đợc gii quyết bằng
cách ng dng nhiều kỹ thut mới. Hiện nay  Việt Nam muốn đầu t khai thác
nguồn năng lợng này đều phi nhp thiết bị công nghệ từ các nớc tiên tiến, chính
điều này là yếu tố làm cho chi phí đầu t, sn xut điện tăng lên làm gim đi tính
cạnh tranh so với các nguồn năng lợng khác. Theo xu hớng phát triển ca thế
giới, các ngành kỹ thut cao ngày càng phát triển và ng dng vào thì giá thành sn
xut sẽ gim dần, đến một lúc nào đó giá sn xut năng lợng từ gió sẽ ngang bằng
năng lợng hoá thạch và theo dự báo thì thm chí có thể thp hơn trong vài thp
niên tới. Chính vì vy nên năng lợng gió cần đợc quan tâm, nghiên cu nhiều
hơn.
Với các lỦ do trên, đề tài “Điều khiển độc lp P và Q ca máy phát điện gió
không đồng bộ nguồn kép ng dng trí thông minh nhân tạo” hiện nay là vn đề cần

thiết nhằm nâng cao hiệu qu vn hành máy phát điện gió, góp phần vào việc phát
triển nguồn năng lợng điện xanh, nhằm đm bo an ninh năng lợng và bo vệ
môi trng.
2. Mcăđíchănghiênăcuă
Kết hợp ng dng Fuzzy logic vào điều khiển độc lp P và Q ca máy phát
điện gió không đồng bộ nguồn kép DFIG.
3. NhimăvăcaăđătƠiă
Bớc 1: Tìm hiểu mô hình động máy điện không đồng bộ
Bớc 2: Mô phỏng máy điện không đồng bộ bằng phần mềm Matlab
Bớc 3: Đa ra các phơng pháp điều khiển
Bớc 4: Mô phỏng điều khiển độc lp P và Q ca DFIG
Bớc 5: Kết hợp ng dng Fuzzy logic vào bộ điều khiển độc lp P và Q
MăĐUă

3ă

4. GiiăhnăcaăđătƠiă
Đề tài nghiên cu tp trung vào việc xây dựng mô hình điều khiển độc lp P
và Q ca máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép DFIG có kết hợp ng dng
Fuzzy logic dựa trên phần mềm matlab/simulink, đánh giá kết qu đạt đợc thông
qua các dữ liệu thu đợc. Đề tài cần nghiên cu áp dng, kiểm chng trên thực tế.
5. Phngăphápănghiênăcu
Xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab dựa trên mô hình động ca máy
điện, mô hình này hoàn toàn dùng simulink với các thông số máy có thực không có
sẵn trong Powersim, vì mô hình này đợc xây dựng dựa trên mô hình động ca máy
nên hoàn toàn có thể lp trình quá trình điều khiển mà vn tốc có thể thay đổi đợc.
Hệ thống turbine gió - DFIG có thể điều chỉnh đợc tốc độ, đây là máy phát điện
gió phổ biến nht trong ngành công nghiệp năng lợng gió. Máy phát này có thể
vn hành nối với lới hoặc vn hành độc lp.
Tìm hiểu rõ hơn về mô hình hóa, điều khiển cũng nh phân tích trạng thái xác

lp ca máy phát này trong c hai mô hình vn hành là điều cần thiết để tối u hóa
quá trình sn xut điện năng từ gió và dự đoán chính xác kết qu ca quá trình đó.
ng dng kỹ thut Fuzzy logic vào để điều khiển độc lp P và Q ca mô hình
máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép.
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
4ă

CHNGă1ă
TNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓ

1.1. Tngăquanăchungăvănĕngălngă
Lịch sử phát triển ca xư hội loài ngi gắn liền với quá trình phát minh,
chuyển đổi và sử dng năng lợng. Tht khó hình dung bt kỳ một hoạt động có Ủ
thc nào ca con ngi lại không cần đến năng lợng. Sn xut và tiêu th năng
lợng nh hng và chịu nh hng ca nhiều vn đề lớn ca xư hội nh môi
trng và sinh thái, chính sách và cơ s pháp lỦ, phát triển kinh tế và dân số, giao
lu quốc tế và thơng mại hóa các nguồn năng lợng, trình độ công nghệ và mc
độ công nghiệp hóa, hiện đại hóa ca từng quốc gia. Một quốc gia khó tiếp cn với
các nguồn năng lợng thì đó sẽ là cn tr lớn đối với nền phát triển công nghiệp và
kinh tế ca chính nớc đó.
Dân số tăng nhanh, nhu cầu cung cp năng lợng ngày càng cao trong khi
nguồn năng lợng tr nên khan hiếm, làm tăng vọt giá mua nhiên liệu. Trong bối
cnh giá dầu thế giới đang leo cao, nền công nghiệp  nhiều nớc bị tác động mạnh
và kéo theo các nh hng về an ninh chính trị. Hiện nay điện năng trên thế giới
ch yếu dựa vào nhiệt điện và thy điện nhng hai loại này sử dng sau thi gian
dài đư bộc lộ mặt trái ca nó đối với môi trng. Bên cạnh đó nguồn năng lợng từ
các nguồn hóa thạch thì ngày càng cạn kiệt theo thi gian, đồng thi việc đốt cháy
các loại nhiên liệu hóa thạch (than đá, dầu khí) đư tr thành nguồn phát lợng khí
thi nhà kính lớn nht gây ra những biến đổi khí hu trên toàn cầu. Còn nguồn điện
hạt nhân lại không đm bo an toàn và gây ra những hiểm họa khi xy ra sự cố nh

phóng xạ, điển hình là sự cố nhà máy điện hạt nhân Fukushima I sau trn động đt
và sóng thần Sendai 2011. Đến ngày 13 tháng 3 năm 2011, các sự kiện khác đư diễn
ra tại nhà máy điện Fukushima II 11,5 km về phía nam và nhà máy điện hạt nhân
Onagawa.
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
5ă

Đng về khía cạnh kinh tế, năng lợng lại là một trong những đề tài nóng
bỏng nht. Hiện nay, trên nhiều diễn đàn những cuộc tranh lun kéo dài cũng vì
chung quanh việc tìm kiếm một nguồn năng lợng “tốt nht” trên các mặt kh năng
sẵn có, chi phí khai thác, hiệu qu sử dng, an toàn và có tính cạnh tranh. Bên cạnh
lĩnh vực thơng mại thì hu qu ca hiện tợng nóng lên toàn cầu, nh hng cht
thi phóng xạ, ma axit … đợc đặt lên bàn cân để xem xét trong các chính sách về
năng lợng. Có thể nói đây là một công việc đầy khó khăn, thử thách, tốn nhiều thi
gian, tiền bạc và công sc. Điều này làm chúng ta phi có kế hoạch khám phá ra
những nguồn năng lợng mới thay thế. Các nguồn năng lợng sạch là các nguồn
năng lợng đang đợc tp trung chú Ủ khai thác một cách sao cho đạt hiệu qu cao
nht.
1.2. Lịchăsăphátătrinănĕngălngăgióă
Lịch sử phát triển ca thế giới loài ngi đư chng kiến những ng dng ca
năng lợng gió từ rt sớm. Năng lợng gió liên quan đến cối xay gió và turbine gió,
theo những tài liệu cổ còn giữ lại thì bn thiết kế đầu tiên ca chiếc cối xay gió hoạt
động nh vào sc gió là bắt đầu vào khong năm 200 trớc Công Nguyên  Ba T
(Iran), bi nhà địa lí ngi Ba T Estakhri. Cối xay gió đầu tiên là turbine trc gió
thẳng đng đợc làm từ 6 đến 10 cánh quạt bằng cỏ hay cht liệu vi, những cối
xay gió đư đợc sử dng để bơm nớc và nghiền lúa mì và các loại ngũ cốc khác và
chúng có một chút khác biệt so với phiên bn cối xay gió có trc nằm ngang  Châu
Âu sau này. Cối xay gió đư đợc sử dng rộng rưi  Trung Đông dùng sn xut
lơng thực  thế kỷ 11 và sau đó các Ủ tng này đợc phát triển sang Châu Âu vào
khon thế kỷ 13. Ngợc với kiểu thiết kế trc dọc ca ngi Ba T, ngi Châu Âu

lại thiết kế kiểu trc ngang [7].
Đan Mạch là quốc gia đầu tiên sử dng gió để phát điện. Đan Mạch đư sử
dng một turbine gió đng kính 23m vào năm 1890 để tạo ra điện. Đến năm 1910,
hàng trăm turbine gió có công sut từ 5 đến 25 kW đư hoạt động  Đan Mạch [7].
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
6ă


Hìnhă1.1: Cối xay gió Tây Ban Nha (Nguồn
)
Khong năm 1925, các nhà máy điện gió thơng mại sử dng hai và ba cánh
quạt xut hiện trên thị trng Mỹ. Các thơng hiệu phổ biến nht là Wincharger
(200 đến 1200 W) và Jacobs (1,5-3 kW). Chúng đợc sử dng trong các trang trại
để sạc pin lu trữ và các pin này đợc sử dng để vn hành các radio, đèn chiếu
sáng, và các thiết bị nhỏ với các mc điện áp 12, 32 hay 110 volt. Sau đó, Cc Qun
lỦ điện nông thôn (REA) đợc thành lp bi Quốc hội vào năm 1936. Các khon
vay lưi sut thp đợc cung cp để truyền ti và phân phối cần thiết có thể đợc xây
dựng để cung cp điện cho nông dân. Trong những ngày đầu ca REA, khong năm
1940, điện có thể đợc cung cp cho khách hàng nông thôn với chi phí 3-6 cent cho
mỗi KWh. Chi phí tơng ng ca gió tạo ra điện là 12 đến 30 cent cho mỗi KWh đư
bao gồm lưi sut, khu hao, bo trì. Điện năng sn xut từ nhà máy trung tâm với
chi phí thp hơn cộng với độ tin cy cao hơn dn đến sự sp đổ nhanh chóng ca
các nhà máy phát điện gió [7].
Sau năm 1940, chi phí tạo ra điện tiếp tc gim chm với mc dới 3 cent cho
mỗi Kwh vào đầu những năm 1970. Điều này đư đợc thực hiện bằng cách sử dng
nhà máy với công sut lớn hơn và hiệu qu hơn. Ngoài thế hệ máy phát điện gió cho
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
7ă

nhà , một số tiện ích trên thế giới đư xây dựng turbine gió lớn hơn để cung cp

điện cho khách hàng ca họ. Turbine gió lớn nht đợc xây dựng trớc những năm
1970 là một cỗ máy 1250 Kw đợc xây dựng trên Grandpa’s Knob, gần Rutland,
Vermont, vào năm 1941. Khái niệm này bắt đầu vào năm 1934 khi một kỹ s
Palmer C. Putnam bắt đầu nhìn vào máy phát điện gió để gim chi phí điện cho nhà
Cape Cod ca mình. Năm 1939, Putnam đư trình bày Ủ tng ca mình và kết qu
công việc sơ bộ ca mình cho Công ty S. Morgan Smith York, Pennsylvania. Họ đư
đồng Ủ để tài trợ cho một dự án năng lợng gió và thử nghiệm và turbine gió Smith-
Putnam đợc ra đi. Máy phát điện gió đợc kết nối vào mạng Central Vermont
Public Service Corporation’s.
Giữa năm 1941 và 1945 máy Smith-Putnam tích lũy khong 1100 gi hoạt
động. Dự án đư đợc xem xét và đợc xác định là một thành công kỹ thut. Tuy
nhiên kinh tế không thể biện minh cho việc xây dựng máy móc nhiều hơn tại thi
điểm đó. Máy Smith-Putnam có thể đợc xây dựng trong khong 190$/Kw trong
khi nếu bằng dầu và than có thể đợc mua vào năm 1945 chỉ với 125$/Kw. Đây là
một sự khác biệt quá lớn để biện minh cho các cổ đông, vì vy dự án đư đợc ngừng
lại và máy phát điện gió đư bị tháo dỡ.
Kết qu kỹ thut ca tua bin gió Smith-Putnam khiến Percy H. Thomas là một
kỹ s ca y ban điện liên bang đư tốn khong 10 năm với một phân tích chi tiết
cho thế hệ điện gió. Thomas sử dng dữ liệu kinh tế từ máy Smith-Putnam và kết
lun rằng máy lớn hơn là cần thiết để đạt kh năng về kinh tế. Ông đư thiết kế hai
máy lớn trong phạm vi kích thớc ông cm thy là tốt nht. Một máy với công sut
là 6500 kW và máy th hai là 7500 kW. Chiều cao tháp ca máy 6500 kW cao 145
m với hai roto mỗi rotor có đng kính 61 m. Mỗi rotor điều khiển một máy phát
điện dc. Sc mạnh dc đư đợc sử dng để điều khiển một chuyển đổi đồng bộ dc/ac
và đợc kết nối với lới điện.
Thomas ớc tính chi phí đầu t cho máy ca mình vào khong 75$ cho mỗi
Kw lắp đặt. Mc chi phí này đợc xem là đ thp để đợc y ban điện liên bang
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
8ă

quan tâm và gi cho Quốc hội để tiến đến việc tài trợ. Vào năm 1951 khi chiến
tranh Triều Tiên đư bắt đầu thì Quốc hội đư quyết định không tài trợ cho các mu
thử nghiệm. Dự án sau này đư bị hy bỏ, điều này về cơ bn đánh du sự kết thúc
nghiên cu năng lợng gió ca Mỹ trong hơn hai mơi năm cho đến khi việc cung
cp nhiên liệu thực sự tr thành một vn đề.
Các nớc khác tiếp tc nghiên cu điện gió trong một thi gian dài. Đan Mạch
xây dựng turbine gió Gedser ca họ vào năm 1957. Máy này sn xut 200 KW với
lợng gió 15 m/s. Nó đợc kết nối với hệ thống điện công Đan Mạch và sn xut
khong 400.000 KWh mỗi năm. Tháp này cao 26 m và rotor có đng kính 24 m.
Máy phát điện đợc đặt tại nhà  trên đỉnh tháp. Chi phí lắp đặt hệ thống này là
khong 250$/KW. Tua bin gió này chạy mưi cho đến năm 1968 thì ngừng.
Tiến sĩ Ulrich Hutter ca Đc xây dựng một máy 100 KW vào năm 1957. Nó
đạt công sut ca nó chỉ với tốc độ gió 8 m/s, thp hơn nhiều so với các máy nói
trên. Máy này sử dng một cách gọn nhẹ với đng kính cánh quạt 35 m đợc làm
từ sợi thy tinh với cột tháp là một ống rỗng đơn gin hỗ trợ bằng dây guy. Góc ca
cánh quạt sẽ thay đổi tùy vào tốc độ gió để giữ vn tốc các cánh quạt không đổi.
Tiến sĩ Hutter đư thu đợc hơn 4000 gi hoạt động công sut định mc đầy đ trong
11 năm tiếp theo, đây là một con số đáng kể cho một máy thử nghiệm. Điều này đư
đóng góp quan trọng cho việc thiết kế các tua-bin gió lớn hơn đợc thực hiện.
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
9ă


Hìnhă1.2: Lịch sử phát triển năng lợng gió từ 1996 đến 2008 [15]
1.3. TìnhăhìnhăphátătrinăđinăgióăăhinătiăvƠătrinăvngătrongătngălai.ă
Theo báo cáo ca World Wind Energy Association đến thi điểm giữa 2013
thì trên toàn thế giới Công sut gió đạt gần 300 gigawatt. Trong đó 14 GW công
sut lắp đặt mới trong nửa năm 2013 sau khi lắp đặt 16,5 GW vào năm 2012, công
sut điện gió toàn cầu đư đạt 296 GW, dự kiến cho c năm là 318 GW. St gim
đáng kể  Mỹ làm dn đến gim toàn cầu, một phần bù đắp bằng thị trng mới,

Trung Quốc đư đạt tổng công sut 80 GW [15].

Hìnhă1.3: Tổng công sut lắp đặt từ 2010 ậ 2013 [MW] [15]
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
10ă

Công sut gió trên toàn thế giới đạt 296255 MW vào cuối tháng 6 năm 2013,
trong đó 13980 MW đư đợc lắp đặt thêm vào trong sáu tháng đầu tiên năm 2013.
Sự gia tăng này thì thp hơn so với nữa năm đầu ca năm 2012 và 2011, tơng ng
16,5 GW lắp đặt thêm trong 2012 và 18,4 GW đư đợc thêm vào trong 2011. Tt c
các turbine gió đợc lắp đặt trên toàn thế giới vào giữa năm 2013 có thể tạo ra
khong 3,5% nhu cầu điện ca thế giới [15].
Công sut gió toàn cầu đư tăng 5% trong vòng sáu tháng (sau khi 7% trong
cùng thi kỳ trong năm 2012 và 9% trong năm 2011) và 16,6% hàng năm (giữa
năm 2013 so với giữa năm 2012). Trong khi đó, tốc độ tăng trng hàng năm trong
năm 2012 là cao hơn đáng kể (19%) [15].
Đng đầu về thị trng gió năm 2013 là: Trung Quốc, Đc, n Độ và Vơng
quốc Anh [15].

Hìnhă1.4: Tổng công sut lắp đặt ca các nớc [15]
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
11ă


Hìnhă1.5: Tỉ lệ phần trăm công sut lắp đặt mới  các nớc 2013 [15]


Hìnhă1.6: Tổng công sut lắp đặt từ 1997 - 2020 [GW] về tình hình phát
triển và dự đoán đến 2020 [15]
Theo đánh giá hiện trạng công nghệ năng lợng gió  Việt Nam, GS.TS. Lê

Danh Liên cho rằng lĩnh vực năng lợng gió  nớc ta cha phát triển, chỉ mới
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
12ă

đang  giai đoạn nghiên cu ng dng. Chỉ một số vùng có tiềm năng gió tốt để có
thể ng dng các động cơ gió công sut trung bình và lớn. Bên cạnh đó, còn một số
tr ngại chính cho tơng lai phát triển điện gió nh vn cha có chính sách và các
quy định mua điện gió; chi phí đầu t cao hơn các hệ thống phát điện truyền thống
vì thế không hp dn các nhà đầu t; vn còn thiếu các dịch v và kh năng tài
chính để có thể vay từ ngân hàng cho việc phát triển điện gió; thiếu kiến thc và
năng lực kỹ thut để thực hiện dự án điện gió cũng nh các kỹ thut cơ bn và dịch
v sau lắp đặt. Ngoài ra, chúng ta cũng cha đ nhn thc về công nghệ, chi phí,
vn hành và cha đ các số liệu về gió để có sự quy hoạch tổng thể….
1.4. NhngăthunăliăvƠăkhóăkhĕnăcaăvicăsădngănĕngălngăgióă
a. Nhngăthunăli:ă
Năng lợng gió là nhiên liệu sinh ra bi gió, vì vy nó là nguồn nhiên liệu
sạch. Năng lợng gió không gây ô nhiễm không khí so với các nhà máy nhiệt điện
dựa vào sự đốt cháy nhiên liệu than hoặc khí ga.
Năng lợng gió thuộc lĩnh vực công nghiệp mũi nhọn nên đợc đặc biệt u
đưi. Đợc sự hỗ trợ ca nhiều cơ quan ban ngành và các tổ chc tín dng.
Năng lợng gió có  nhiều vùng. Do đó nguồn cung cp năng lợng gió ca
đt nớc thì rt phong phú. Năng lợng gió là một dạng năng lợng có thể tái tạo
lại đợc mà giá c lại thp do khoa học tiến tiến ngày nay. Khong 4 đến 6
cent/KWh. Điều đó còn tuỳ thuộc vào nguồn gió, tài chính ca công trình và đặc
điểm ca công trình.
Turbine gió có thể xây dựng trên các nông trại, vì vy đó là một điều kiện kinh
tế cho các vùng nông thôn, là nơi tốt nht về gió mà có thể tìm thy. Những ngi
nông dân và các ch trang trại có thể tiếp tc công việc trên đt ca họ bi vì
turbine gió chỉ sử dng một phần nhỏ đt trồng ca họ, ch đầu t năng lợng gió
chỉ phi tr tiền bồi thng cho những nông dân và ch các trang trại mà có đt sử

dng việc lắp đặt các turbine gió.

Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
13ă

b. Nhngăkhóăkhĕn:ă
Vốn đầu t dự án lớn, giá bán điện cho EVN còn thp, gây khó khăn về tài
chính và kh năng hoàn vốn cho ch đầu t.
Thiết bị tua bin gió cha phù hợp với khí hu Việt Nam, hoạt động cha ổn
định, mt nhiều thi gian hiệu chỉnh, thay thế linh kiện. Các thiết bị đều thuộc loại
siêu trng, siêu trọng, khó khăn trong vn chuyển và lắp đặt, bên cạnh đó còn
ph thuộc vào công nghệ và bo dỡng sửa chữa ca nớc ngoài.
Cha có các tiêu chuẩn áp dng cho điện gió tại Việt Nam dn tới khó khăn
trong việc cp chng nhn đầu t và thẩm định kỹ thut dự án.
Nhợc điểm lớn nht ca năng lợng gió là sự ph thuộc vào điều kiện thi
tiết và chế độ gió. Vì vy khi thiết kế, cần nghiên cu hết sc chi tiết về chế độ
gió, địa hình cũng nh loại gió không có các dòng rối (có nh hng không tốt đến
máy phát). Cũng vì những lỦ do có tính ph thuộc vào điều kiện môi trng nh
trên, năng lợng gió tuy ngày càng phổ biến và quan trọng nhng cha thể là
nguồn năng lợng ch lực.
Một điểm cần lu Ủ nữa là kh năng các trạm điện gió sẽ gây ô nhiễm tiếng ồn
trong khi vn hành, cũng nh có thể phá vỡ cnh quan tự nhiên và có thể nh
hng đến tín hiệu vô tuyến nếu các yếu tố về kỹ thut không đợc quan tâm đúng
mc. Do vy, khi xây dựng các khu điện gió cần tính toán khon cách hợp lỦ đến
các khu dân c, khu du lịch để không gây những tác động tiêu cực.
Năng lợng gió phi cạnh tranh với các nguồn phát sinh thông thng  một
giá cơ bn. Điều đó còn ph thuộc vào nơi có gió mạnh nh thế nào. Vì thế nó đòi
hỏi vốn đầu t ban đầu cao hơn các máy phát điện chạy bằng nhiên liệu khác.
Năng lợng gió là một nguồn năng lợng không liên tc và nó không luôn
luôn có khi cần có điện. Năng lợng gió không thể dự trữ đợc và không phi tt

c năng lợng gió có thể khai thác đợc tại thi điểm mà có nhu cầu về điện.
Những nơi có năng lợng gió tốt thng  những vị trí xa xôi cách thành phố,
nhà máy, khu công nghiệp, đây là những nơi có nhu cầu về điện cao.
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
14ă

1.5. TimănĕngăđinăgióăcaăVităNamă
Nằm trong khu vực cn nhiệt đới gió mùa với b biển dài, Việt Nam có một
thun lợi cơ bn để phát triển năng lợng gió. So sánh tốc độ gió trung bình trong
vùng biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cn cho thy gió tại biển Đông khá
mạnh và thay đổi nhiều theo mùa [9].
 Việt Nam, các khu vực có thể phát triển năng lợng gió không tri đều trên
toàn bộ lưnh thổ. Với nh hng ca gió mùa thì chế độ gió cũng khác nhau. Trong
chơng trình đánh giá về năng lợng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đư có một
kho sát chi tiết về năng lợng gió  khu vực Đông Nam Á  hình 1.7, trong đó
Việt Nam có tiềm năng gió lớn nht. Theo số liệu, tiềm năng gió ca Việt Nam (trên
độ cao 65 mét) rt kh quan, ớc đạt 513.360 MW tc là lớn hơn 200 lần công sut
ca thy điện Sơn La (2400 MW), và hơn 10 lần tổng công sut dự báo ca ngành
điện vào năm 2020. Hai vùng giàu tiềm năng nht để phát triển năng lợng gió là
Sơn Hi (Ninh Thun) và vùng đồi cát  độ cao 60-100m từ phía tây Hàm Tiến đến
Mũi Né (Bình Thun). Vùng này không những có tốc độ gió trung bình lớn, mà còn
có một thun lợi là số lợng các cơn bưo khu vực ít và gió có xu thế ổn định. Trong
những tháng có gió mùa, tỷ lệ gió nam và đông nam lên đến 98% với vn tốc trung
bình 6-7 m/giây, tc là vn tốc có thể xây dựng các trạm điện gió công sut 3-3,5
mW .  c hai khu vực này, dân c tha thớt, thi tiết khô nóng, khắc nghiệt, và là
những vùng dân tộc đặc biệt khó khăn ca Việt Nam. Ngoài ra, các vùng đo ngoài
khơi nh Bạch Long Vĩ, đo Phú QuỦ, Trng Sa, … là những địa điểm gió có vn
tốc trung bình cao, tiềm năng năng lợng gió tốt, có thể xây dựng các trạm phát
điện gió công sut lớn để cung cp năng lợng điện cho dân c trên đo. Tt nhiên,
để chuyển từ tiềm năng lỦ thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến tiềm năng

kỹ thut, và cuối cùng, thành tiềm năng kinh tế là c một câu chuyện dài, nhng
điều đó không ngăn cn việc chúng ta xem xét một cách thu đáo tiềm năng to lớn
về năng lợng gió  Việt Nam [9].
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
15ă


Hìnhă1.7: Tiềm năng về năng lợng gió ca Đông Nam Á ( độ cao 65m) theo
Ngân hàng Thế giới
1.6. CácăktăquănghiênăcuătrongăvƠăngoƠiăncăđưăcôngăbốăă
a. Cácăktăquănghiênăcuătrongănc:ă
- Đa ra các phân bố gió và tiềm năng phát triển gió  Việt Nam, số liệu nghiên
cu giúp xem xét đánh giá kh năng ng dng phát điện gió  Việt Nam ậ Tạ
Văn Đa, báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp bộ, Hà Nội 10-2006.
- Áp dng đợc phơng pháp thiết kế phi tuyến backstepping để điều khiển máy
điện không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống máy phát điện gió ậ Cao Xuân
Tuyển, Nguyễn Phùng Quang –Năm 2006.
- Thiết kế bộ điều khiển hòa lới cho máy phát điện sc gió sử dng máy điện
cm ng nguồn kép DFIG ậ PGS. TS Lại Khắc Lãi – Tạp chí Khoa học công
nghệ - Đại học Thái Nguyên số 10.
- ……
b. CácăktăquănghiênăcuăngoƠiănc:ă
- Simulation and Analysis of a DFIG Wind Energy Conversion System with
Genetic Fuzzy Controller ậ B. Babypriya, N. Devarajan – International
Chngă1:ăTNGăQUANăVăNĔNGăLNGăGIÓă
16ă

Journal of Soft Computing and Engineering (IJSCE) ISSN: 2231-2307,
Volume-2, Issue-2, May 2012.ă
- Development of Optimal Controllers for a DFIG Based Wind Farm in a Smart

Grid Under Variable Wind Speed Conditions ậ Priyam Chakravarty, Student
Member, IEEE, and Ganesh Kumar Venayagamoorthy, Senior Member, IEEE.
- Active Power Control Strategies of DFIG Wind Turbines ậ Noel A. Janssens,
Senior Member, IEEE, Guillaume Lambin, and Nicolas Bragard – IEEE
Power Tech 2007, Lausanne (Switzerland), 1-5 July 2007.
- Study of a Simplified Model for DFIG-Based Wind Turbines ậ F. K. A Lima,
A. Luna, P. Rodriguez, E. H. Watanabe, M. Aredes – IEEE, 2009.
- Doubly fed induction generator systems for wind turbines ậ S. Muller, M.
Deicke, RIK W. De Doncker, IEEE, 2002.
- Ridethrough of Wind Turbines with Doubly-Fed Induction Generator During a
Voltage Dip ậ Johnan Morren, Sjoerd W.H. de Haan - IEE transactions on
energy conversion, vol.20, no.2, June 2005.
ă