Điều khiển máy phát điện gió dùng DFIG luận văn thạc sĩ ngành kỹ thuật điện

GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương v HVTH: Đặng Ngọc Toàn
MC LC
Trang tựa TRANG
Quyết định giao đề tài
Xác nhận ca cán bộ hướng dẫn
LỦ lịch khoa học
Li cam đoan i
Li cm ơn ii
Tóm tắt luận văn iii
Mc lc v
Danh sách kỦ hiu sử dng trong luận văn viii
Danh sách các hình x
Phần m đầu xiii
Chngă1:ăTngăquan 1
1.1 Tổng quan chung về năng lưng gió hin nay 1
1.1.1 Tình hình phát triển năng lưng gió  một số nước 2
1.1.2 Nhu cầu sử dng năng lưng ca Vit Nam 5
1.1.3 Sự cần thiết phi phát triển đin gió  Vit Nam 6
1.1.4 Những kết qu nghiên cu trong nước 8
1.1.5 Những kết qu nghiên cu ngoài nước 8
1.2 Mc tiêu ca đề tài 9
1.3 Nhim v và giới hn ca đề tài 9
1.3.1 Nhim v ca đề tài 9
1.3.2 Giới hn đề tài 10
1.4 Phương pháp nghiên cu 10
Chngă2:ăCăSăLụăTHUYT 11
2.1. Cu to turbine gió 11
2.1.1. Các loi turbine gió 11
2.1.2. Cu to h thống máy phát đin gió 12
2.1.3. Các dng cột tháp turbine gió. 13
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương vi HVTH: Đặng Ngọc Toàn

2.1.4. Cánh qut và trc cánh qut 16
2.1.5. Động cơ điều chỉnh cánh qut và điều khiển hướng turbine 17
2.1.6. H thống hãm. 18
2.1.7. Hộp số chuyển đổi tốc độ và h thống điều khiển cánh qut 18
2.1.8. Võ turbine 19
2.2. Các thông số liên quan đến máy phát đin dùng trong turbine gió 19
2.2.1. Các thông số cơ bn máy đin không đồng bộ 19
2.2.2. Đặc tính cơ ca máy đin không đồng bộ 19
2.2.3. Các công thc cơ bn ca máy phát đin gió không đồng bộ 20
2.3. Mô hình và nguyên lỦ vận hành ca turbine gió 20
2.3.1. Mô hình ca turbine gió nguồn kép DFIG 20
2.3.2. Nguyên lỦ làm vic ca turbine gió 21
2.4. Phương pháp điều khiển và các mô hình h thống turbine gió 21
2.4.1. Phương pháp điều khiển h thống turbine gió cố định 21
2.4.2. Phương pháp điều khiển tutbine gió thay đổi tốc độ 22
2.4.3 Phương pháp nối lưới cho h thống máy phát đin gió 24
Chngă3:ă
XÂYăDNGăMỌăHÌNHăTOÁNăMÁYăPHÁTăKHỌNGăĐNGăBă
NGUNăKÉPă(DFIG) 25
3.1 Mô hình khối turbine gió 25
3.2. Biểu din các đi lưng pha sang đi lưng vector trong không gian 27
3.3. Mô hình toán ca máy phát đin ( DFIG ) trong h trc tọa độ tĩnh α-β 29
3.4 Mô hình toán ca máy phát đin ( DFIG ) trong h trc tọa độ quay d-q 31
3.5. Điều khiển công sut DFIG 34
Chngă4:ăTHITăKăMỌăHÌNHăNIăVÀăBăLCăIMC 40
4.1 Thiết kế h thống điều khiển máy phát đin gió dùng mô hình nội 40
4.1.1 H thống điều khiển tuabin gió dùng DFIG 40
4.1.2 Thiết kế gii thuật điều khiển mô hình nội 42
4.1.3 Bng thông số ca máy phát 47
4.2 Sơ đồ mô phỏng 53

GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương vii HVTH: Đặng Ngọc Toàn
4.3 Thiết kế bộ lọc IMC 54
4.4 Kho sát tính bền vững ca h thống 55
4.5 Kho sát nh hưng ca bộ lọc IMC 55
Chngă5:ăKTăQUăMỌăPHNG 56
5.1 Kết qu mô phỏng mô hình nội 56
5.2 Kho sát tính bền vững ca h thống 61
5.2.1 Tính bền vững ca h thống khi đin tr stato R
s
và đin tr rotor
R
r
thay đổi 61
5.2.2 Tính bền vững ca h thống khi đin cm thay đổi 66
5.2.3 Tính bền vững ca h thống khi mômen thay đổi 73
5.2.4 nh hưng ca bộ lọc IMC 79
Chngă6:ăKTăLUN 85
6.1. Kết luận 85
6.1.1. Nội dung cơ bn đã thực hin 85
6.1.2. Hn chế 85
6.2. Hướng phát triển đề tài trong tương lai 85
TÀI LIU THAM KHO 87
PH LC 89
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương viii HVTH: Đặng Ngọc Toàn
DANHăSÁCHăKụăHIUăSăDNGăTRONGăLUNăVĔN

Kýăhiu
Chúăgii
Ρ
Mật độ không khí (kg/m

3
)
R
Bán kính cánh qut (m)
V
Vận tốc gió (m/s)
C
p
(α,β)
Hiu sut cánh qut turbine
m
P

Công sut turbine (w)
m
T

Moment cơ trc turbine (N.m)
e
T

Moment đin từ máy phát (N.m)
r


Vận tốc góc đin ca rotor (rad/s)
s


Vận tốc góc đồng bộ (elec.rad/s)

J


Moment quán tính turbine.(Kg/m
2
)
a
v

Đin áp pha a (v)
b
v

Đin áp pha b (v)
c
v

Đin áp pha c (v)
v


Đin áp trc α h quy chiếu αβ
v


Đin áp trc β h quy chiếu αβ
d
v

Đin áp trc d h quy chiếu quay dq

q
v

Đin áp trc q h quy chiếu quay dq
dr
i

Dòng đin rotor trc d h quy chiếu quay dq
qr
i

Dòng đin rotor trc q h quy chiếu quay dq
ds
i

Dòng đin stator trc d h quy chiếu quay dq
qs
i

Dòng đin stotor trc q h quy chiếu quay dq
r
i


Dòng đin rotor trc α h quy chiếu αβ
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương ix HVTH: Đặng Ngọc Toàn
r
i


Dòng đin rotor trc β h quy chiếu αβ
s
i


Dòng đin stator trc α h quy chiếu αβ
s
i


Dòng đin stator trc β h quy chiếu αβ
s
R

Đin tr stator (Ω)
r
L

Đin cm dây qun rotor qui về phía stator (H)
s
L

Đin cm dây qun stator (H)
ls
L

Đin cm rò dây qun stator (H)
lr
L

Đin cm rò dây qun rotor (H)
m
L

Đin cm từ hóa (H)
/
rs
NN

Tỷ số vòng dây qun
dr


Từ thông rotor trc d h quy chiếu dq (Wb)
ds


Từ thông stator trc d h quy chiếu dq (Wb)
qr


Từ thông rotor trc q h quy chiếu dq (Wb)
qs


Từ thông stator trc q h quy chiếu dq (Wb)
s
P

Công sut tác dng đầu cực stator (W)

s
Q

Công sut phn kháng đầu cực stator (Var)
n
P

Công sut định mc (W)
n
f

Tần số định mc (Hz)
n
V

Đin áp định mc (V)
P
Số đôi cực từ
Λ
Tip-speed-ratio
Β
Góc pitch (deg)
Chỉăsătrên

e, s
H trc tọa độ quay đồng bộ dq và h trc αβ
ref, *
Giá trị điều khiển hoặc giá trị đặt
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương x HVTH: Đặng Ngọc Toàn
DANH SÁCH CÁC HÌNH

HÌNH TRANG
Hình 1.1 Sự tăng trưng ca thị trưng năng lưng gió toàn cầu .1
Hình 2.1 Các dng turbine gió 11
Hình 2.2 Cu to turbine gió trc ngang 12
Hình 2.3 Cột thép hình ống 14
Hình 2.4 Cột tháp khung giàn 14
Hình 2.5 Cột tháp dng dây nối đt 15
Hình 2.6 Cu to tháp tr 15
Hình 2.7 Cánh qut 16
Hình 2.8 Trc cánh qut 16
Hình 2.9 Động cơ điều chỉnh góc nghiên cánh qut 17
Hình 2.10 Động cơ điều chỉnh hướng turbine 17
Hình 2.11 H thống hãm turbine 18
Hình 2.12 Hộp số chuyển đổi tốc độ 18
Hình 2.13 Võ turbine 19
Hình 2.14 Đặt tính moment quay ca máy đin không đồng bộ 20
Hình 2.15 Sơ đồ kết nối h thống máy phát điều khiển nguồn kép DFIG 20
Hình 2.16 Mô hình máy phát không đồng bộ 21
Hình 2.17 Mô hình máy phát không đồng bộ điều khiển đin tr rotor 22
Hình 2.18 Đưng đặc tính moment theo độ trưt s, thay đổi đin tr rotor .22
Hình 2.19 Mô hình máy phát đin gió có điều khiển tốc độ 23
Hình 2.20 Mô hình máy phát đin gió có điều khiển tốc độ 23
Hình 2.21 Mô hình kết nối trm đin gió vào lưới đin. 24
Hình 3.1: Đặc tính ca Cp(λ,β) 26
Hình 3.2 Nguyên lý vector trong không gian 27
Hình 3.3 Sơ đồ đu dây ca hai bộ dây qun stator và rotor dng Y-Y 29
Hình 3.4 Trc ca dây qun stator và rotor trong h trc dq 32
Hình3.5 Mch đin tương đương mô hình động cơ DFIG trong h trc tọa độ tham
chiếu dq quay với tốc độ đồng bộ 33
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương xi HVTH: Đặng Ngọc Toàn

Hình 3.6 Sơ đồ điều khiển dòng công sut trao đổi giữa stator DFIG và lưới đin . 35
Hình 3.7 Định hướng h trc tọa độ dq theo véctơ đin áp lưới 35
Hình 3.8 Gin đồ véctơ đin áp lưới và véctơ từ thông stator  xác lập khi bỏ qua
đin tr stator 36
Hình 3.9 Gin đồ véctơ dòng, áp và từ thông ca DFIG 37
Hình 3.10 Giá trị tham chiếu điều khiển i stator đưc tính từ công sut đặt 39
Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển tổng thể tuabin gió tốc độ thay đổi DFIG 40
Hình 4.2: H thống điều khiển dùng mô hình nội 43
Hình 4.3: H thống điều khiển mô hình nội áp dng cho máy phát đin DFIG 43
Hình 4.4: Khối mô hình máy phát đin DFIG 48
Hình 4.5: Khối tính công sut P
s
và Q
s
48
Hình 4.6: Sơ đồ simulink ca mô hình thuận 49
Hình 4.7: Sơ đồ simulink ca mô hình ngưc 51
Hình 4.8: Sơ đồ simulink ca bộ lọc IMC 52
Hình 4.9: H thống điều khiển dùng mô hình nội 53
Hình 4.10: Khối tín hiu đặt idqs_ref 53
Hình 4.11: Khối bộ điều khiển IMC 54
Hình 4.12: Khối so sánh idqs_ref và idqs 54
Hình 4.13: Sơ đồ simulink ca bộ lọc IMC cổ điển 55
Hình 5.1: H thống điều khiển dùng mô hình nội 56
Hình 5.2: Khối bộ điều khiển IMC 56
Hình 5.3 : Tín hiu đặt i
dqs-ref
57
Hình 5.4 a Đáp ng dòng i
sd-ref

và i
ds

_
58
Hình 5.4b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs
58
Hình 5.4c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 59
Hình 5.4d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr
60
Hình 5.5a Đáp ng dòng i
ds-ref
và i
ds
61
Hình 5.5b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs
62

Hình 5.5c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 62
Hình 5.5d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr
63
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương xii HVTH: Đặng Ngọc Toàn
Hình 5.6a Đáp ng dòng i
ds-ref
và i
ds
64
Hình 5.6b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs
64
Hình 5.6c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 65
Hình 5.6d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr

66
Hình 5.7a Đáp ng dòng i
ds-ref
và i
ds
67
Hình 5.7b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs
67
Hình 5.7c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 68
Hình 5.7d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr
69
Hình 5.8a Đáp ng dòng i
ds-ref
và i
ds
70
Hình 5.8b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs

70
Hình 5.8c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 71
Hình 5.8d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr
72
Hình 5.9a Đáp ng dòng i
ds-ref
và i
ds
73
Hình 5.9b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs
73
Hình 5.9c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 74
Hình 5.9d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr

75
Hình 5.10a Đáp ng dòng i
ds-ref
và i
ds
76
Hình 5.10b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs
76
Hình 5.10c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 77
Hình 5.10d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr
78
Hình 5.11a Đáp ng dòng i
ds-ref
và i
ds
79
Hình 5.11b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs

79
Hình 5.11c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 80
Hình 5.11d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr
81
Hình 5.12a Đáp ng dòng i
ds-ref
và i
ds
81
Hình 5.12b Đáp ng dòng i
qs-ref
và i
qs
82
Hình 5.12c: Công sut P
s
và Q
s
ca h thống 83
Hình 5.12d: Từ thông rotor Ψ
dr
và Ψ
qr

84

GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương xiii HVTH: Đặng Ngọc Toàn
PHNăMăĐU

Trong những năm gần đây, năng lưng gió đã tr thành một trong những nguồn
năng lưng quan trọng và đầy triển vọng đối với vic sử dng các nguồn năng lưng
tái to. Trong nhiều sự lựa chọn để sn xut đin, nhiều nước đang hướng đến sử dng
nguồn năng lưng tái to và hn chế ph thuộc vào nguồn năng lưng truyền thống
đang dần cn kit và nh hưng môi trưng. Trong các loi hình năng lưng tái to,
năng lưng gió đưc chú trọng đặc bit bi các đặc điểm ưu vit sau:
- Đin gió có giá thành thp, thp nht trong các nguồn năng lưng tái to. Nếu xem
xét c chi phí môi trưng, xã hội và sc khỏe con ngưi vào giá thành thì đin gió
có thể cnh trnh với đin đưc sn xut từ nguồn nhiên liu hoá thch.
- Đin gió tiết kim tài nguyên đt, do phần lớn din tích đt trong nhà máy phong
đin vẫn có thể đưc sử dng cho các mc đích khác.
- Tài nguyên năng lưng gió tương đối phong phú, đặc bit  các vùng ven biển và
các vùng đt trống, do vậy có thể phát triển  qui mô lớn.
- Thi gian xây dựng dự án đin gió ngắn hơn nhiều so với thi gian xây dựng các
dự án đin truyền thống như đin ht nhân hay nhit đin.
 Vit Nam, dù đưc đánh giá có tiềm năng phát triển tốt, năng lưng gió vẫn
còn là một ngành mới mẻ. Mọi th thuộc ngành này đều  bước khi đầu. Các văn
bn pháp lỦ cho phát triển đin gió, các thông tin, kiến thc về ngành cũng còn 
mc rt hn chế. Tuy nhiên, đng trước nhu cầu sử dng đin ngày càng cao, cũng
như phi đối mặt với vn đề an ninh năng lưng và môi trưng thì vic phát triển và
sử dng nguồn năng lưng sch, trong đó có đin gió là hết sc cần thiết .
Từ các ưu vit trên, tác gi đã lựa chọn đề tài “Điều khiển máy phát điện gió
dùng DFIG’’làm đề tài nghiên cu với mong muốn hiểu biết thêm về các phương
pháp vận hành và điều khiển. Vic thay thế các bộ điều khiển truyền thống bằng các
phương pháp điều khiển thông minh hin nay như dùng mô hình nội, fuzzy logic

Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 1 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
Chngă1:
TNGăQUAN
1.1ăăTngăquanăchungăvề nĕngălngăgió hinănay
Năng lưng là một trong các điều kin thiết yếu trong đi sống con ngưi
và là một yếu tố đầu vào không thể thiếu đưc ca mọi hot động kinh tế, xã hội.
Do nhu cầu sử dng năng lưng ngày càng cao, trong khi các nguồn năng
lưng truyền thống như than, dầu, khí đang dần ngày càng cn kit. Mặt khác, khi
dùng chúng để phát đin sẽ phát thi khí nhiều vào khí quyển gây ra hiu ng
nhà kính, gây biến đổi khí hậu toàn cầu. Xy ra thiên tai trên toàn thể giới ngày
càng trầm trọng [1].
Do vậy các nguồn năng lưng tái to hin đang đưc các nước quan tâm rộng
rãi. Tổng công sut phong năng toàn cầu trong năm 2012 tăng 19%. Như vậy, các
công ngh năng lưng gió cho thy tốc độ tăng trưng chưa từng có và có thể tr
thành nguồn cung cp đin năng ch yếu.
Theo một nghiên cu ca Hội đồng Năng lưng gió toàn cầu (Global Wind
Energy Council, viết tắt GWEC) sự tăng trưng nhanh chóng ca năng lưng gió
đưc thy hầu như  khắp nơi trên thế giới.
Thống kê cho thy thị trưng đang tiếp tc m rộng vào năm 2012, tổng công
sut ca tt c các tuabin gió đã tăng 19% lên 282.000 MW [17].

Hình 1.1 Sự tăng trưởng của thị trường năng lượng gió toàn cầu.
Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 2 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
Một trong những nước đi đầu về phát triển năng lưng gió là Canada, vừa đưa vào
vận hành một tuabin gió công sut 936 MW. Năm 2012 nước này xếp th 9 trên
thế giới với tổng công sut đin gió là 6500 MW.

Trung Quốc và Mỹ năm 2012 là 13 000MW công sut đin gió mới đưc hoà
vào mng lưới và n Độ là 2300MW. Mexico tăng gp đôi các tuabin gió từ
569MW năm 2011 lên 1370MW vào cuối năm 2012. Đin gió  châu Âu vẫn như
một truyền thống, CHLB Đc và Anh đang dẫn đầu. Các nước như Thy Điển,
Romania, Italia và Ba Lan, đin gió phát triển với tốc độ cao. Trên toàn Châu Âu
vào năm 2012, các tuabin gió mới xây dựng đt tổng công sut trên 15.000MW.
Năng lưng đin gió ca Châu Âu hin đt gần 98.000 MW.
Braxin là nước đng đầu châu Mỹ La tinh về đin gió. Năm ngoái, Brazil đưa vào
vận hành tuabin gió mới công sut 1077MW. Tổng công sut ca tt c các trang
tri gió đã tăng lên đến 2.500MW.
Như vậy, thị trưng năng lưng đin gió đang tích cực phát triển.  một số nước,
năng lưng đin gió đang cnh tranh với năng lưng đin nguyên tử. Ví d  Đc,
tuabin gió trong năm 2012 đã sn xut ra 31.332MW, Tây Ban Nha - 22.796MW.
Số lưng các tuabin gió liên tc tăng, và tỷ l năng lưng đin gió trong các tổng
sn lưng đin ngày càng nhiều.
Hin nay, 24 nước đã có tổng công sut năng lưng đin gió vưt quá 1000 MW.
Nhiều quốc gia tiếp tc m rộng năng lực ca các tuabin gió với tốc độ rt nhanh.
Như  Ba Lan vào năm 2011, đưa vào hot động thêm 1616MW và năm 2012 thêm
880 MW nâng tổng công suât năng lưng đin gió lên 2497MW.[18]
1.1.1ăTìnhăhìnhăphátătriểnănĕngălngăăgióăămtăsănc.
- Đức:ăTừ lâu CHLB Đc đã nổi tiếng là nước công nghip hàng đầu thế giới
ch trương phát triển mnh năng lưng tái to, trong đó có năng lưng gió. Vì vậy,
từ năm 1991, nước Đc đã có mc giá ưu đãi đối với năng lưng gió. Chỉ trong
vòng 10 năm (2001 – 2010) tổng công sut lắp đặt tăng từ 8.754 MW (năm 2001)
lên 27.214 MW (năm 2010), chiếm 25% công sut đin gió thế giới và đng th hai
sau nước Mỹ. Trên tổng công sut 100 GW đin gió đt liền mà Châu Âu có đưc
Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 3 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
vào cuối năm 2012, cung cp 6,3% đin tiêu th ca khối thì Đc dẫn đầu có đến 29
GW.

Trong chiến lưc mới về phát triển năng lưng, đin gió đưc xem là cu cánh
số một cho nền công nghip đin nước Đc trong tương lai khi không có đin ht
nhân. Kh năng công ngh và năng lực sn xut đin gió ca Đc thuộc loi hàng
đầu thế giới, có thể cung cp thiết bị cho nhiều nước, trong đó có Vit nam. Riêng
năm 2008 doanh thu từ xut khẩu thiết bị đin gió ca Đc đã đt 12 tỷ Euro. Theo
Hip hội Năng lưng gió Đc (BWE), nước này có thể lưu trữ 45.000 MW trên b
và 10.000 MW đin gió ngoài khơi vào năm 2020, to ra khong 150 TWh/năm,
cung cp khong 25% sn lưng đin tiêu th ca Đc.
- TrungăQuc:ăLà một trong những quốc gia có nhu cầu sử dng đin lớn nht
thế giới, Trung Quốc sớm nhận ra nguy cơ bị cn kit các nguồn nhiên liu hóa
thch và tình trng ô nhim môi trưng ngày càng gia tăng. Vì vậy, Trung Quốc đã
tiến hành thử nghim sn xut đin từ các nguồn năng lưng tái to. Năm 1986, nhà
máy đin gió đầu tiên đưc xây dựng ti Vinh Thành, tỉnh Sơn Đông. Và sau đó với
những chính sách linh hot và mềm dẻo đó, thị trưng đin gió  Trung Quốc đưc
hình thành và ngày càng phát triển. Đến cuối năm 2004, Trung Quốc đã có 43 khu
đin gió với tổng công sut là 850 MW. Năm 2005 Trung Quốc có 59 nhà máy đin
gió, lắp đặt 1.854 tua bin với tổng công sut 1.266 MW, đng th 10 trên thế giới.
Đến cuối năm 2008, công sut đin gió ca Trung Quốc đã là 12.200 MW,
tương đương 2/3 công sut ca đi công trình thy đin Tam Hip trên sông Dương
Tử (18.200 MW). Đến năm 2010, công sut đin gió ca Trung Quốc là 25.100
MW, xếp th tư thế giới, sau Mỹ, Đc và Tây Ban Nha.
- năĐ:ăCùng với Trung Quốc, n Độ là một trong hai nước đang phát triển
nằm trong top 10 nước dẫn đầu thế giới về công sut đin gió. Năm 2000, n Độ
mới chỉ có 1.220 MW đin gió, thì sau 5 năm, công sut đin gió ca n Độ đã tăng
lên 3 lần, đt mc 3.595 MW. Chỉ tính riêng trong năm 2004, n Độ đã lắp đặt
đưc tuabin đin gió mới với tổng công sut 1.112 MW, đưa n Độ vươn lên hàng
th năm trên thế giới về công sut, sau CHLB Đc, Tây Ban Nha, Anh và Mỹ.[19]
Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 4 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
- Pháp: Ngày 23/4/2004 nước Pháp đóng cửa mỏ than cuối cùng, từ đó kết

thúc vic khai thác than. Đó là hình nh thu nhỏ và là mốc lịch sử quan trọng ca
vic phát triển nguồn năng lưng ca thế giới. Pháp là một nước chiếm vị trí hàng
đầu trong lĩnh vực năng lưng ht nhân, nhưng đến nay đã đưa vic phát đin bằng
sc gió lên vị trí chiến lưc. Pháp đã hoch định một kế hoch trung kỳ phát triển
đin gió. Theo kế hoch đó, năm 2007 sẽ lắp thêm 1000MW - 3000MW thiết bị
đin gió, đến năm 2010 sẽ có 3000MW đến 5000MW đin gió đưa vào vận hành.
Theo tính toán sau khi kế hoch nói trên đưc thực thi mỗi năm sẽ gim đưc 3
triu đến 6 triu tn khí thi CO
2
. hin nay tốc độ tăng trưng mỗi năm hơn 60%.
Trên tổng công sut 100 GW đin gió đt liền mà Châu Âu có đưc vào cuối năm
2012, cung cp 6,3% đin tiêu th ca khối.
- ĐanăMch: Tỷ l đin gió hin nay là 26% và theo Nhà nước Đan Mch thì
tỷ l này sẽ là 50% vào năm 2020. Ngoài đin gió công nghip, trong thập niên vừa
qua công nghip tua-bin đin gió loi nhỏ dưới 100kW phát triển nhanh nh kỹ
thuật đã tương đối hoàn chỉnh, sn lưng đin thu đưc có tính kinh tế cao nên đưc
lắp đặt ti nhiều nơi trên thế giới.
Theo báo cáo cuối năm 2012 ca Hip hội đin gió thế giới WWEA (World
Wind Energy Association) thì năm 2009 số tua-bin đin gió loi nhỏ đưc lắp đặt
trên thế giới là 521.102 nhưng hin nay số tua-bin này đã lên đến 700.000 đơn vị.
Ngoài vic đưa thông tin về công ngh sn xut tua-bin đin gió loi lớn từ 1
đến 10MW, công nghip tua-bin đin gió loi nhỏ trc ngang và trc đng công
sut dưới 100kW, trong đó có nguyên tắc kỹ thuật, phương án nối đin, sn lưng
đin hằng năm, vic chọn lựa loi tua-bin đin gió cũng như những yếu tố cơ bn
trong vic lắp đặt tua-bin theo Tiêu chuẩn ca y ban Kỹ thuật Đin Quốc tế IEC
(International Electrotechnical Commission), Hip hội đin gió Anh quốc BWEA
(British Wind Energy Association), Hip hội đin gió Đc BWE (Bundesverband
Wind Energie e.V) và Hip hội đin gió Mỹ AWEA (American Wind Energy
Association)… Năm 2000 và 2003 mỗi năm xây dựng 1 trang tri đin gió  gần
b biển Bắc, trang tri đin gió trên biển Middle Grunder là trang tri đin gió trên

Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 5 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
biển lớn nht thế giới hin nay, công sut lắp đặt 40MW gồm 20 máy, mỗi máy
2MW. Năm 2008, Đan Mch đã lắp đặt thêm 5 trang tri đin gió, tổng công sut
lắp đặt là 750MW. Theo tin đã đưa chính ph Đan Mch đã cùng với các xí nghip
kỦ kết hp đồng xây dựng trên mặt biển Bantich một số nhà máy phát đin gió có
tổng công sut 4.000MW.
- Tây Ban Nha: Ngày 30/12/1999, Hội nghị Liên tịch Bộ trưng Tây Ban Nha
đã thông qua kế hoch phát triển năng lưng tái to 2000-2010, có quy hoch tương
đối c thể về phát triển năng lưng gió. Mc tiêu là đến năm 2010 sn lưng phát
đin ca các loi năng lưng tái to phi đt đến 12% tổng lưng phát đin toàn
quốc. Kế hoch phát triển đó đã đưa ra phân tích kỹ lưỡng về các mặt kỹ thuật, nh
hưng đối với môi trưng, tính toán giá thành đầu tư, những tr ngi, các bin pháp
khuyến khích, dự báo về thị trưng… ca vic phát triển năng lưng gió, có tính
kh thi rt cao.Trên tổng công sut 100 GW đin gió đt liền mà Châu Âu có đưc
vào cuối năm 2012, cung cp 6,3% đin ca khối, thì Tây Ban Nha có 21,6 GW.
- NhtăBn: Năm 2002 Nhật Bn đã lắp đặt 486MW đin gió, năm 2003 đã có
730MW, năm 2004 đã có 936MW. Đến năm 2010 tổng công sut lắp đặt đin gió sẽ
đt 3.000MW. Chính sách năng lưng mới ca Nhật Bn quy định, các Công ty
đin lực có nghĩa v m rộng vic sử dng đin gió, một là tự mình phi phát đin
gió, mặt khác mua đin ca các Công ty khác, mỗi năm đều có chỉ tiêu quy định.
Nhật Bn phn đu tự sn xut hoàn toàn thiết bị đin gió, đồng thi hướng
đến xut khẩu. Máy phát đin gió ca các Công ty Nhật Bn có nhiều tính năng ưu
vit, tốc độ gió 1m/s đã có thể bắt đầu phát đin, công sut đin phát ra thưng cao
hơn 15 - 20% so với các thiết bị ca các nước khác.
Nhật Bn đặt mc tiêu đến năm 2030 đin gió sẽ có công sut lắp đặt là
11.800MW. [20]
1.1.2ăăNhuăcuăsădngănĕngălng củaăVităNam
 Vit Nam, sự khi sắc ca nền kinh tế từ sau đổi mới, hội nhập sâu rộng vào
nền kinh tế thế giới làm cho nhu cầu về đin gia tăng đột biến trong khi năng lực

cung ng chưa phát triển kịp thi. Nếu tiếp tc đà này, nguy cơ thiếu đin vẫn sẽ
Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 6 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
còn là nỗi lo thưng trực ca ngành đin lực Vit Nam cũng như ca các doanh
nghip và ngưi dân c nước.
Nếu tốc độ phát triển nhu cầu về đin tiếp tc duy trì  mc rt cao 14-
15%/năm như my năm tr li đây thì đến năm 2010 nhu cầu về đin sẽ đt mc
90.000 GWh, gp đôi mc cầu ca năm 2005. Theo dự báo ca Tổng Công ty Đin
lực Vit Nam, nếu tốc độ tăng trưng GDP trung bình tiếp tc đưc duy trì  mc
7,1%/năm thì nhu cầu đin sn xut ca Vit Nam vào năm 2020 sẽ là khong
200.000 GWh, vào năm 2030 là 327.000 GWh. Trong khi đó, ngay c khi huy động
tối đa các nguồn đin truyền thống thì sn lưng đin nội địa ca chúng ta cũng chỉ
đt mc tương ng là 165.000 GWh (năm 2020) và 208.000 GWh (năm 2030).[21]
1.1.3ăăSăcnăthităphiăphátătriểnăđinăgióăăVităNam
Trong nhiều sự lựa chọn để sn xut đin, nhiều nước đang hướng đến sử dng
nguồn năng lưng tái to và hn chế ph thuộc vào nguồn năng lưng truyền thống
đang dần cn kit và nh hưng môi trưng. Trong các loi hình năng lưng tái to,
năng lưng gió đưc chú trọng đặc bit.
Theo các báo cáo ca Đi học Harvard (Mỹ), tiềm năng đin gió trên thế giới
có thể to ra công sut đin nhiều gp 40 lần đin năng tiêu th hin nay. Trong
chương trình đánh giá về năng lưng cho châu Á, Ngân hàng Thế giới (The World
Bank Asia Alternative Energy Program) đã có một kho sát chi tiết về năng lưng
gió khu vực Đông Nam Á, Vit Nam có tiềm năng gió lớn nht và hơn hẳn các quốc
gia lân cận (Vit Nam có tới 8,6% din tích lãnh thổ đưc đánh giá có tiềm năng từ
“tốt“ đến “rt tốt“ để xây dựng các trm đin gió cỡ lớn) [23].
Đin gió gây nh hưng rt ít đến môi trưng. Thực vậy, 1GWh đin gió sn
sinh ra khong 10 tn CO2, trong khi 1 GWh nhit đin than sn sinh ra từ 830- 920
tn CO2 (tính theo vòng đi dự án).
Tài nguyên năng lưng gió tương đối phong phú, đặc bit  các vùng ven biển
và các vùng đt trống, do vậy có thể phát triển  qui mô lớn.

Thi gian xây dựng dự án đin gió ngắn hơn nhiều so với thi gian xây dựng
các dự án đin truyền thống như đin ht nhân hay nhit đin.
Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 7 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
Công ngh sử dng đin gió đã phát triển đến mc hoàn thin. Các turbine
thương mi lớn nht hin nay đưc lắp đặt  độ cao trên 100m, có đưng kính xp
xỉ 100m và có công sut danh định từ 3-5MW. Turbine thế h mới đang đưc thử
nghim có công sut lên đến 7, 5MW/turbine.
Theo Quy hoch đin VI, tổng công sut đin từ nguồn năng lưng tái to sẽ
tăng từ 2,5% (năm 2008) lên 3% vào năm 2010, 5% vào năm 2020 và 11% vào năm
2050. Tuy nhiên, báo cáo ca V Năng lưng (Bộ Công Thương) cho biết, hin c
nước mới có 42 dự án đin gió ti 12 tỉnh (ch yếu tập trung  miền Trung, Tây
Nguyên và Tây Nam Bộ) với tổng công sut 3.906 MW. Trong đó, 1/3 số dự án có
sự tham gia ca nhà đầu tư nước ngoài như: Đc, Canada, Thy Sĩ, Argentina
nhưng vic đầu tư còn chậm và mang tính thăm dò. Trừ tỉnh Bình Thuận là địa
phương đưc đánh giá là có tiềm năng gió lớn nht nước với din tích 75.468 héc ta
(vận tốc gió trên 6,0m/s), quy hoch công sut nguồn đin gió giai đon 2010-2015
có xét đến năm 2020 đt tới khong 3.000MW, đến thi điểm này, tổng công sut
các dự án đin gió đã đăng kỦ và đang triển khai đt tới 1.541 MW. Và Bc Lêu vào
lúc 15gi 30 phút ngày 29/5/2012, có 10 tuabin đin gió ca dự án đin gió Bc
Liêu, công sut 16MW, đã hoà vào lưới đin quốc gia, hoàn thành giai đon 1 ca
công trình. Theo Ch đầu tư, các hng mc khác ca công trình như: trm biến áp
22/110 kV, đưng dây 110kV, đưng dây 22kV trên không, trm biến áp 0,69/22
kV dưới chân tr đin gió và h thống cáp đi trên cầu dẫn kết nối từ các trm tuabin
vào đưng dẫn 22kV trên không cũng đưc xây dựng và hoàn thành đưa vào sử
dng đồng bộ, bo đm cht lưng sau khi đưc nghim thu.
Dự án công trình đin gió Bc Liêu đưc xây dựng ti xã ven biển Vĩnh Trch
Đông, thành phố Bc Liêu (tỉnh Bc Liêu), có tổng công sut 99MW, với tổng vốn
đầu tư 5.200 tỷ đồng, gồm 62 tr tuabin đin gió. Tổng công sut phát đin ca
công trình là 320 triu kWh/năm. Giai đon 1 công sut phát đin đt trên

55 triu kWh/năm.
Dự kiến trong tháng 7 tới các đơn vị sẽ tiếp tc thi công 52 tr tuabin còn li ca
công trình. Công trình sẽ hoàn thành, đưa vào sử dng vào cuối tháng 12/2014.
Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 8 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
1.1.4ăNhngăkt quănghiênăcứuătrongănc
Những công trình liên quan đến nguồn năng lưng mới đã đưc nghiên cu
ng dng trong nước bao gồm:
- Các kết qu thực nghim điều khiển máy phát đin không đồng bộ nguồn kép
trong h thống phát đin chy bằng sc gió áp dng phương pháp thiết kế phi tuyến
backstepping – Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang – Năm 2006.
- Nghiên cu đánh giá hin trng và định hướng phát triển năng lưng tái to
Vit Nam.
- Nhà máy đin gió đầu tiên ca Vit Nam ti Bình Thuận có công sut
120MW đã kết nối vào lưới đin quốc gia tháng 8/2009.
- Nhà máy đin gió ti Bc Liêu giai đon 1 có 10 tổ máy với công sut
19MW đã kết nối vào lưới đin quốc gia tháng 5/2012.
- Thiết kế bộ điều khiển hòa lưới cho máy phát đin gió sử dng máy phát
đin cm ng nguồn kép DFIG – PGS.TS Lại Khắc Lãi – Tạp chí khoa học công
nghệ - Đại học thái nguyên số 10.
- Điều khiển máy đin dị bộ nguồn kép trong h thống phát đin chy bằng
sc gió với bộ điều khiển dòng thích nghi bền vững trên cơ s kỹ thuật
Backstepping – PGS.TSKH Nguyễn Phùng Quang Năm 2007.
- …
1.1.5ăNhngăktăquănghiênăcứuăngoƠiănc
- Effective control of wind turbine generator wind speed changes in grid
connected applications - M.G. MOLINA* P.E. MERCADO - Universidad
Nacional de San Juan – UNSJ Argentina
- Modeling of Wind Turbine Driving Permanent Magnet Generator with
Maximum Power Point Tracking System - Ali M. Eltamaly

- Simulation and Analysis of a DFIG Wind Energy Conversion System
with Genetic Fuzzy Controller – B. Babypriya, N. Devarajan – International
Journal of Soft Computing and Engineering ( IJSCE) ISSN: 2231-2307,
Volume-2, Issue-2, May 2012.
Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 9 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
- A Novel Integrated AC/DC/AC Converter For Direct Drive Permanent
Magnet Wind Power Generation System - J.Sheela Arokia Mary, S.Sivasakthi
Student, M.E. Embedded System Technologies, Associate Professor,
Department of EEE
- Wind Turbine Operation in Power Systems and Grid Connection
Requirements - A. Sudrià
1
, M. Chindris
2
, A. Sumper
1
, G. Gross
1
and F. Ferrer
- Control DFIG wind generators - By s. müller, m. deicke, & rik w.
de doncker
- Study of a simlified Model for DFIG- Based Wind Turbines – F. K. A.
Lima, A. Luna, P. Rodriguez, E. H. Watanable, M. Aredes – IEEE, 2009.
- A Complete Modeling and Simulation of induction Generation Wind
Power Systems – Yu Zou, Malik Elbuluk, Yilmaz Sozer, IEEE, 2010.
- …
1.2ăăMcătiêuăcủaăđềătƠi
- Xây dựng mô hình toán học các phần tử điều khiển máy phát đin gió
dùng DFIG.

- Thiết kế h thống điều khiển công sut máy phát đin gió dùng mô hình nội
bằng phần mềm matlab và thiết kế bộ lọc imc.
- Dùng Matlab Simulink để mô phỏng, phân tích kết qu h thống điều khiển
máy phát đin gió dùng DFIG.
1.3ăNhimăvăvƠăgiiăhnăcủaăđềătƠi
1.3.1ăNhimăvăcủaăđềătƠi
- Tìm hiểu các dng mô hình ca máy phát đin gió kết nối với lưới đin.
- Trình bày các phương trình chuyển đổi năng lưng trong mô hình điều khiển
máy phát đin gió DFIG.
- Xây dựng mô hình nội, bộ lọc imc điều khiển máy phát đin gió DFIG bằng
Matlab/Simulink.
- Tổng hp, nhận xét, đánh giá kết qu mô phỏng và đưa ra hướng nghiên cu
trong tương lai.
Tổng quan
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 10 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
1.3.2ăăGiiăhnăđềătƠi.
- Nội dung nghiên cu xoay quanh vn đề điều khiển độc lập công sut P,Q để
máy phát đt hiu sut tối đa và ổn định.
- Xây dựng mô hình nội điều khiển máy phát đin gió dùng DFIG bám các
điểm vận hành tối ưu ca tuabin nhằm đt công sut thực cực đi, qua đó nhận xét,
đánh giá các kết qu mô phỏng khi sử dng mô hình nội để điều khiển h thống
máy phát đin gió DFIG bằng phần mềm Matlab /Simulink.
1.4ăăPhngăphápănghiênăcứu:
- Sử dng phương pháp mô hình nội, và bộ lọc imc phân tích, nhận xét các kết
qu cần nghiên cu ca h thống điều khiển máy phát đin gió DFIG.
- Thực hin mô phỏng trong môi trưng Matlab/Simulink.
- Đưa ra nhận xét dựa trên kết qu mô phỏng.

Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 11 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
Chngă2:
CăSăLụăTHUYT
2.1.ăCuătoăturbineăgió.
2.1.1.ăCácăloiăturbineăgió.
Các tuabin gió hin nay đưc chia thành hai loi:
- Một loi theo trc đng giống như máy bay trực thăng.
- Một loi theo trc ngang.
Các loi tuabin gió trc ngang là loi phổ biến có 2 hay 3 cánh qut. Tuabin
gió 3 cánh qut hot động theo chiều gió với bề mặt cánh qut hướng về chiều gió
đang thổi. Ngày nay, tuabin gió 3 cánh qut đưc sử dng rộng rãi [22].


Hình 2.1 Các dạng turbine gió
Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 12 HVTH: Đặng Ngọc Toàn

2.1.2.ăCuătoăh thngămáyăphátăđinăgió.
Cu to một máy phát turbine gió trc ngang gồm những bộ phận sau:










Hình 2.2 Cấu tạo turbine gió trục ngang
- Blades: Cánh qut, Gió thổi qua các cánh qut là nguyên nhân làm cho các
cánh qut chuyển động và quay, sẽ chuyển động lực ca gió thành năng lưng cơ.
- Rotor: Bao gồm các cánh qut và trc.
- Pitch: Bước răng, Cánh đưc xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor
quay với tốc độ gió không quá cao hay quá thp để to ra đin.
- Brake: Bộ hãm (phanh), Dùng để dừng rotor trong tình trng khẩn cp bằng
đin, bằng sc nước hoặc bằng động cơ.
- Low-speed shaft: Trc quay tốc độ thp.
- Gearbox: Hộp số, Bánh răng đưc nối trc có tốc độ thp với trc có tốc độ
cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến 1500 vòng/ phút, tốc
độ quay là yêu cầu ca hầu hết các máy phát đin sn xut ra đin. Bộ bánh răng
này rt đắt tiền nó là một phần ca bộ động cơ và tuabin gió.
- Generrator: Máy phát ra đin.
- Controller: Bộ điều khiển sẽ khi động động cơ  tốc độ gió khong 8 đến
14 dặm/gi tương ng với 12 km/h đến 22 km/h và tắc động cơ khong 65 dặm/gi
tương đương với 104 km/h bi vì các máy phát này có thể phát nóng.
Cơ sở lý thuyết

GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 13 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
- Anemometer: Bộ đo lưng và truyền dữ liu tốc độ gió tới bộ điểu khiển.
- Wind vane: Để xử lỦ hướng gió và liên lc với “yaw drive” để định hướng
tuabin gió.
- Nacelle: Vỏ. Bao gồm rotor và vỏ bọc ngoài, toàn bộ đưc đặt trên đỉnh tr
và bao gồm các phần: gear box, low and high - speed shafts, generator, controller,
and brake. Vỏ bọc ngoài dùng bo v các thành phần bên trong vỏ. Vỏ phi đ rộng
để một kỹ thuật viên có thể đng bên trong trong khi làm vic.
- Hight-speed shaft: Trc truyền động ca máy phát  tốc độ cao.
- Yaw drive: Thiết bị dùng để giữ cho rotor luôn luôn hướng về hướng gió
chính khi có sự thay đổi hướng gió.
- Yaw motor: Động cơ cung cp cho “yaw drive” định chỉnh đưc hướng gió.
- Tower: Tr đỡ Nacelle, Tr tháp đưc làm bằng thép hình tr hoặc thanh
dằn bằng thép. Bi vì tốc độ gió tăng lên nếu tr càng cao, tr đỡ cao hơn để thu
đưc năng lưng gió nhiều hơn và phát ra đin nhiều hơn [8].
2.1.3.ăCácădngăctăthápăturbineăgió.
Cột tháp ca tua bin gió dung để nâng đỡ nacelle và rotor.
Những cột tháp ca tua bin gió lớn có thể là dng cột thép tròn, cột khung giàn
thép hoặc cột tháp bê tông. Dng cột tháp đưc giữ cố định bằng các dây nối đt
thưng chỉ đưc sử dng đối với các tua bin gió cỡ nhỏ.
- Dng cột thép hình ống [22] (Tubular steel tower)
Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 14 HVTH: Đặng Ngọc Toàn

Hình 2.3 Cột thép hình ống
Hầu hết các tua bin gió cỡ lớn đều sử dng cột thép hình ống đưc sn xut
trong khong từ 20 – 30 mét với các mặt bích ti mỗi đầu và đưc nối li với nhau
ti các điểm. Những cột tháp là hình nón (với đưng kính ca chúng tăng theo
hướng chân đế) để tăng độ mnh ca chúng và cũng là để tiết kim nguyên liu.
- Dng cột tháp khung giàn (lattice tower)

Hình 2.4 Cột tháp khung giàn
Cột tháp dng khung giàn đưc sn xut sử dng những mặt nghiêng mối hàn
thép. Li thế cơ bn ca cột thép dng khung giàn là chi phí thp, vì một cột tháp
dng khung giàn chỉ yêu cầu bằng một nửa số nguyên liu so với một cột tháp hình
Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 15 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
ống với độ vững chãi tương tự. Tuy nhiên, vì lỦ do thẩm mỹ mà những cột tháp
khung giàn ít đưc sử dng cho các tuabin gió cỡ lớn và hin đi ngày nay.
- Cột tháp dng dây nối đt (Guyed pole tower)

Hình 2.5 Cột tháp dạng dây nối đất
Nhiều tuabin gió nhỏ đưc xây dựng với cột tháp thu hẹp đưc hỗ tr bi
những dây nối. Li thế đó là tiết kim trọng lưng và do vậy tiết kim chi phí. Sự
bt li là vic phi chp nhận những khó khăn xung quanh cột tháp, điều làm nó ít
phù hp trong khu vực nông tri. Nhưc điểm ca loi cột tháp này là d bị nghiêng
dẫn đến hư hỏng, do vậy nh hưng đến an toàn tổng thể.
- Cột tháp dng tr:

Hình 2.6 Cấu tạo tháp trụ
Cơ sở lý thuyết
GVHD: TS. Nguyn Thanh Phương 16 HVTH: Đặng Ngọc Toàn
2.1.4.ăCánhăqutăvƠătrcăcánhăqut.
Cánh qut (Blades): đưc thiết kế để nhận lực nâng ca gió bằng cách to ra
các áp lực khác nhau trên bề mặt cánh qut. Để đt hiu sut cực đi [22].

Hình 2.7 Cánh quạt
Trc cánh qut có tác dng để kết nối các cánh qut li với nhau và chúng
đưc nối với trc chính. Thông thưng một máy phát đin có 3 cánh qut đưc điều
chỉnh góc quay (Pitch) bi 3 động cơ.

Hình 2.8 Trục cánh quạt