Khảo sát hệ thống máy phát năng lượng gió làm việc trong lưới điện với kỹ thuật tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT)

LỜI CẢM TẠ
Đề tƠiănƠyăđ ợc th c hiệnătheoăch

ngătrìnhăđƠoătạo thạcăsĩătạiăTr ờngăĐại

học s ăphạm kỹ thu t Tp Hồ Chí Minh. Xin cảm năqăthầyăcơăđƣăt nătìnhăh ớng
dẫn và tạoăđiều kiện thu n lợiăđể em nghiên ću th c hiện lu năvĕnănƠy.
Xin chân thành cảm năs h ớng dẫn tr c tiếp c̉a thầy PGS. TS. Ngũnă
H ̃ uăPhuc đƣ t nătìnhă giúpăđ̃,ăđóngăgópănh ng ý kiến qú báuăvƠăh ớng dẫn em
hoàn thiệnăđề tài nƠy.ăEmăcũngăxinăg i lờiăcámă nătới quý thầyăcôăkhoaăđiện ậ điện
t Tr ờngăĐại họcăs ăphạm kỹ thu t Tp Hồ Chí Minh đƣăkhíchălệ,ăđơnăđốc và giám
sát tiếnăđộ trong suốt quá trình th c hiện lu năvĕn.
Rất cảm nătr ớc s cộng tác nhiệt tình c̉a các anh chị và các bạn học viên
lớp cao học ngành Thiết bị, mạngăvƠănhƠămáyăđiện khóa 2010B,ăcámă năvìăs đóngă
góp nh ng ý kiến bổ ích qua nh ng cuộc thảo lu n c̉a t p thể lớp.
Xin g i lờiătriăơnăđếnă giaăđìnhăvƠănh ngăng ờiăthơnă vìăđƣălnă ̉ng hộ và
động viên tơi trong suốt quá trình học,ăđặc biệt trong thời gian th c hiệnăđề tài này.
Kính chúc śc khỏe q thầy cơ và các bạn.
Học viên

ωhơuăMinhăĐa ̣o

iii


TĨM TẮT
Trongăluơ ̣năvĕnănƠyăcác vùng làm việc khác nhau c̉aămáyăphátăkhơngăđồng
bộ cơpăngnăhaiăphiaă(DFIG) c̉aăturbineăgióă(WT),ătrênăquanăđiểm về tốcăđộ rơto,
cơng suất phát, tỉ số tơcăđơ ̣ă đầu cánh (tip speed ratioăTSR)ăλăvƠăgócănghiêngăβăc̉a
cánh quạtă WT,ă đƣă đ ợc khảoăsátăvƠăgi iăthiê ̣u .ă Sauă đó,ă một thu tă tốnă điều khiển
mớiăđ ợcăđề xuất nhằm lấyăđ ợc công suất c căđại có t nĕngăl ợng gió, d a trên

s khác biệt gi aătôcăđô ̣ăquayăt ốiă uăvƠătốcăđộ quay th c tế c̉a trục turbine. Thu t
toánăđ ợc th c hiệnătrongăcácăch
Các kết quả c̉aăph

ngătrìnhămơăphỏng s dụng phần mềm PSCAD.

ngăphápăđề xuấtăsauăđóăđ ợc so sánh với các số liệu th c tế

c̉a máy Nordex N80/2500 KW cho thấyătínhăđúngăđ năvƠăcácă uăđiểm c̉aăph

ng

phápăđề xuất.

ABSTRACT
In this thesis In this paper, different operational regions of doubly fed
induction generator (DFIG)- based wind turbine (WT), from the viewpoints of rotor
speed,ăgeneratedăpower,ătipăspeedăratioă λăandăangleăofăbladesăβăofătheă WT's rotor,
are studied and classified. Then a new control algorithm for maximum wind power
point tracking (MPPT) and extraction, based on the difference between optimum
and current rotational speed of the shaft of WT, will be proposed. The algorithm is
implemented in control schemes and carried out in terms of various operational
conditions of wind speed in PSCAD software environment. The results obtained
are then compared with the actual data of Nordex N80/2500 KW for validation of
the proposed method. This comparison is done based on the speed of operation and
quality of generated power and the results show the advantages of the proposed
method.

iv

MỤC LỤC

TRANG

QuyếtăđịnhăgiaoăđềătƠi
Ĺălịchăcáănhơnă ............................................................................................................ i
Lờiăcamăđoană ..............................................................................................................ii
ωảmătạă ...................................................................................................................... iii
Tómăt t ...................................................................................................................... iv
Mụcălụcă ....................................................................................................................... v
Danhăsáchăcácăch ăviếtăt tă
ix
Danh sách các hình
xi
Danhăsáchăcácăbảngă
xii
̉
ωh ng 1: TƠNGăQUAN
1.1

̉
GI IăTHIÊ ̣UăTÔNGăQUAN .......................................................................... 1

1.2

ṂωăĐ́ωHăNGHIÊNăώU .......................................................................... 3

1.3

Đ́IăT ̣NGăNGHIÊNăώU ....................................................................... 3

1.4

PḤMăVIăNGHIÊNăώU ............................................................................. 3

1.5

PH

1.6

KÊăHOẠωHăTH ̣ωăHIÊN ............................................................................ 4
̣

1.7

GÍăTṚăTH ωăTỈNăω̉AăĐ̀ăT̀I ............................................................ 4

1.8

PH́ωăTH̉OăṆIăDUNGăLỤNăVĔN ...................................................... 4

ωh

NGăPHAPăNGHIÊNăω U .................................................................. 4

ngă2: ω ăS ̉ ăLYăTHUYÊTăVÊăNĔNGăL

NGăGIO .

̣

2.1

NĔNGăL

NGăGIO ..................................................................................... 5
̣

2.1.1

Hiê ̣uăchinhătheoănhiê ̣tăđô ̣ăchoămơ ̣tăđô ̣ăkhôngăkhi ............................................ 6
̉

2.1.2

Hiê ̣uăchỉnhătheoăđộăcaoăsoăvớiăm căn ớc biể năchoămơ ̣tăđơ ̣ăkhơngăkhi ........... 7

2.2

̉NHăH

2.3

HIÊ ̣UăSTăVA ωƠNGăSTăωỦAăωANHăQUA ̣T ................................ 12

2.3.1

Hiê ̣uăsuơtăl nănhơtăcủaăcanhăqua ̣t ................................................................. 12

2.3.2

Đ ờngăcongăcơngăsuấtăturbineăgióăĺăt ởng ................................................ 17

2.4

KIỂMăSOATăTƠω Đ̣ăωHOăωƠNGăSÚTăω ωăĐ̣I ............................. 19

̉ NGăωỦAăĐỘăωAOăTHAP ........................................................ 10

2.4.1 S ặ ảnhăh ̉ ngăcủaătốcăđộăcánhăquạtăthayăđổi ................................................... 19
2.4.2

ωácăgiảiăphapăkiể măsoatătôcăđô ̣ .................................................................... 21

v


2.4.2.1 Thayăđổ iăsôăc cămayăphat ............................................................................ 21
̣
2.4.2.2 Hô ̣păsôănhiêuăcơp .......................................................................................... 21
2.4.2.3 Máyăphátăcảmắngăhệăsốătr ợtăthayăđổi ....................................................... 21
2.4.2.4 ωácăhệăthốngăkêtănơiăl

iăgianătiêp .............................................................. 21

2.5

CƠNG STăTRUNGăψINHăTRONGăGIO ............................................... 21

2.5.1

ψiể uăđơătơnăsơăgio khơngăliênătu ̣c ................................................................. 22

2.5.2

HƠmăsốăm tăđộăxácăsuấtăvơ ̣nătơcăgió ............................................................ 23

2.5.3

ThơngăkêăWeibullăvaăRayleigh ..................................................................... 24

2.5.4

ωơngăsuơtătrungăbinhătrong gióăvớiăthốngăkêăRayleigh ................................ 26

2.6

̉
ώωăώUăH̀NHăḤăTH́NGăψIÊNăĐƠIăNĔNGăL

2.6.1

Hê ̣ăthơngăbiênăđở iănĕngăl

2.6.2

Hê ̣ăthơngăbiênăđở iănĕngăl ợngăgióătốcăđộăthayăđổi ................................................ 28

NGăGIO ............. 27

̣

̣ngăgioătôcăđô ̣ăcôăđinh ................................................. 27

2.6.2.1 Hê ̣ăthôngăbiênăđổ iătoanăbô ̣ăcôngăsuơt (FRC-fully rated converter) ........................ 28
2.6.2.2 Hê ̣ăthôngăbiênăđổ iănĕngăl
ωh

̣ngăgioătôc đô ̣ăthayăđổ iăs ̉ ădu ̣ngăDFIG ........................ 28

ngă3: MÔăHINHăTOANăHỌωăDFIG

3.1

GI IăTHỊUă ......................................................................................................... 30

3.2

UăĐỈMăω̉AăVỊωăS ăḌNGăDFIG ............................................................. 30

3.3

VECTOR KHƠNG GIAN ..................................................................................... 31

3.3.1

Vector khơng gian ................................................................................................. 31

3.3.2

ψiể uădiễnăcơng suơtătheoăvectorăkhơngăgian .......................................................... 32

3.4

̉
ώωăPH́PăωHỦNăĐƠIăHỆăQUIăωHIÊU ....................................................... 33

3.4.1

Ph́păchuyểnătrụcăt ăhệăquiăchiếuăabcăsangăhê ̣ăquiăchiêuăαβ ................................ 34

3.4.2

Ph́păchuyểnătrụcăt ăhệăquiăchiếuăcốăđịnhăαβ sangăhê ̣ăquiăchiêuăquayădq .............. 35

3.4.3

Ph́păchuyểnăđổiăParkă ........................................................................................... 36

3.5

MƠăHINHăTOANăHỌωăDFIG .............................................................................. 38

3.5.1

Mơăhinhătoanăho ̣căDFIGătrongăhê ̣ătru ̣căto ̣aăđô ̣ătinhăαβ ............................................ 38
̃

3.5.2

Môăhinhătoanăho ̣căDFIGătrongăhê ̣ătru ̣căto ̣aăđơ ̣ădq ................................................... 42

ωh

ngă4: K̃ăTHỤTăT̀MăKÍMăĐỈMăω ωăĐ̣IăωƠNGăSÚTăPH́Tă (MPPT)

4.1

GI IăTHIỆU .......................................................................................................... 45

4.2

ωƠNGăSTăKHIăĐỢNGăHỌω .......................................................................... 46

4.3

ώωăV̀NGăL̀MăVỊω ...................................................................................... 48

vi


4.3.1

V̀ngăI .................................................................................................................... 48

4.3.2

V̀ngăII ................................................................................................................... 49

4.3.3

V̀ng III ................................................................................................................. 50

4.3.4

V̀ngăIV ................................................................................................................. 50

4.4

Đ̀ăXÚTăTHỤTăTÓNăMPPT ........................................................................ 51

4.4.1

V̀ngăI .................................................................................................................... 52

4.4.2

V̀ngăII ................................................................................................................... 52

4.4.3

V̀ngăIII ................................................................................................................. 52

4.4.4

V̀ngăIV ................................................................................................................. 53

ωh

̉

̉
ngă5: S ăĐƠăMƠăPHONGăTRONGăPSωADăVAăKÊTăQUA

5.1

S ăĐƠăHỆăTHƠNGăTURψINEăGIOăKÊTăNƠIăL

IăĐIỆN .............................. 54

5.2

XÂYăD ̣NGăMƠăH̀NHăTURψINEăGÍ ............................................................. 54

5.2.1

KhơiăWINDăPARK ................................................................................................ 54

5.2.1.1 Mơătảăch cănĕng .................................................................................................... 54
5.2.1.2 ωácătínăhiệuăng̃ăvƠo .............................................................................................. 55
5.2.1.3 ωácătínăhiệuăra ........................................................................................................ 55
5.2.2

KHƠIăMAYăPHAT ................................................................................................ 57

5.2.2.1 Môătả ...................................................................................................................... 57
5.2.2.2 ωácăthôngăsốăng̃ăvƠo ............................................................................................. 58
5.2.2.3 ωácăthôngăsốăng̃ăra ............................................................................................... 58
5.2.3

KHƠIăVSω............................................................................................................. 59

5.2.3.1 Rotor side converter (bơ ̣ăchủ năđở iăphiaărotor).................................................... 59
5.2.3.2 Gride side converter (bơ ̣ăchủ năđở iăphiaăl

i) ..................................................... 62

5.3

̉
KÊTăQUẢ ăMƠăPHONG ........................................................................................ 65

5.3.1

Gi iăthiê ̣uătổ ng quan WT Nordex N80/2500Kw ................................................... 65

5.3.2

Vơ ̣nătơcăgióătĕngăthêm 2m/s ................................................................................... 66

5.3.3

Vơ ̣nătơcăgioăgiảmăđiă2m/s ....................................................................................... 67

5.3.4

Kêtăquảătở ngăh ̣păchoăvơ ̣nătôcăgioăt ăcutăinăđênăcutăoutăvaăsoăsanhăv iăNordexă

N80/2500Kw. ....................................................................................................................... 67
5.3.5
ωh

6.1

Nhơ ̣năxetăkêtăquảămôăphỏng ................................................................................... 72
ngă6: KÊTăLUẬN
ώωăV́NăĐ̀ăĐ̃ăGỈIăQUÝTăTRONGăLUẬNăVĔN .................................... 73

vii


6.2

Đ̀ăXÚTăNH NGăH

NGăNGHIÊNăω UăTIÊPăTHEO ................................ 73

T̀IăLỊUăTHAMăKH̉O ................................................................................................... 74

viii


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ώωăT ăVÍTăT T
DFIG

Doubly Fed Induction Generator

DFIM

Doubly Fed Induction Machine

FOC

Field Oriented Control

FRC

Fully Rated Converter

GSC

Grid Side Converter

IG

Induction Generator

MPPT

Maximum Power Point Tracking

PI

Proportional Integral

p.u

Per Unit

PWM

Pulse Width Modulation

RMS

Root Mean Square

RSC

Rotor Side Converter

SG

Synchronuos Generator

TSR

Tip Speed Ratio

VSC

Voltage Source Converter

WECS

Wind Energy Convertion System

ωhỉăsốătrên
s, e

Hệ trục tọaăđộ tĩnhăαβăvà hệ trụcăđồng bộ dq

T

Chuyển vị c̉a ma tr n,ăv́ct

ωhỉăsốăd ới
max, min

maximum, minimum

ref,

Giá trị điều khiển hoặc giá trị đặt

KÝăHỊU
vas, vbs, vcs, var, vbr , vcr

điện áp pha stator và rotor

ix


dòngăđiện stator và rotor

ias, ibs, ics, iar , ibr , icr
as,

bs,

cs,

ar,

br,

cr

t thông stator và rotor

vαs, vβs, vαr, vβr

điện áp stator và rotor theo trục α,β

iαs, iβs, iαr, iβr

dòng stator và rotor theo trục α,β

αs,

βs,

αr,

βr

t thông stator và rotor theo trục α,β

vds, vqs, vdr, vqr

điện áp stator và rotor theo trục d,q

ids, iqs, idr, iqr

dòng stator và rotor theo trục d,q

ds, qs, dr

,

qr

t thông stator và rotor theo trục d,q

Udc

điện áp dc-link

Rs, Rr

điện trở dây quấn stator và rotor

Lls, Llr

điện cảm tản stator và rotor

Ls, Lr

điện cảm stator và rotor

Lm

�g rated

điện cảm t hóa

�g

tốcăđộăđồngăbộăc̉aămáyăphát

kT

tỷ số vịng dây stator và rotor

Te,Tm

mơmenăđiện t vƠămơmenăc

p

số cặp c c t

J,H

mơmen qn tính và hệ số qn tính rotor

v, vd

v n tốcăgióătr ớc, sau cánh quạt

vb

vơ ̣nătơcăquaămĕ ̣tăphĕ̉ ngăcanhăqua ̣t

R, A

bán kính và diện tích qt cánh quạt tuabin

ρ, Cρ

m tăđộ khơng khí và hiệu suất rotor

λ, β

Tip speed ratio và góc pitch

r

lƠătốcăđộălƠmăviệc c̉aămáyăphát.

tốcăđộ cánhăquạt

x


DANH ŚCH ĆC BẢNG
BẢNG
B̉ng 2.1: Mơ ̣tăđô ̣ăkhôngăkhiătheoănhiê ̣tăđô ̣
B̉ng 2.2: Mơ ̣tăđô ̣ăkhôngăkhiătheoăapăsuơtă(đô ̣ăcaoăsoăv iăm căn căbiể n )
̣
B̉ng 2.3: Hê ̣ăsơămaăsatătheoăđiaăhinh.

̣
B̉ng 2.4: Đặcătínhăgồăghềăd̀ngăchoăbiểuăth́că(2.16).
B̉ng 5.1: ThơngăsơăWTăNordexăN80(2,5MW).
B̉ng 5.2: Kếtăquảămơăphỏng.
B̉ng 5.3: SoăsánhăkếtăquảămôăphỏngăvớiăsốăliệuăNordexăN80/2500KW.

xi

TRANG
7
9
10
11
66
69
69


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

◦

2

TRANG

Hình 2.1: ωơngăsuấtăgió trên 1 m mặtăc tăngangătạiă15 C và 1 atm.
6
Hình 2.2: Mốiăquanăhệăgi aăápăsuấtăkhơngăkhíăvƠăđộăcaoăsoăvớiămặtăbiển.

8
Hình 2.3: (a) tỷăsốăv nătốcăgióătheoăđơ ̣ăcaoăvƠă(b)ătỷăsốăcơngăsuấtăsoăvớiăđộăcao.
11
Hình 2.4: Đặtătínhăgióăđiăquaăcánhăquạt
13
Hình 2.5: Đặcătínhăhiệuăsuấtăcánhăquạt.
15
Hình 2.6: ĐặcătínhăhiệuăsuấtăcánhăquạtătheoăTSR.
16
H̀nh 2.7: Gócănghiênăcủaăcanhăqua ̣t.
17
H̀nh 2.8:ăHiệuăsuất Cp (λ,ăβ)
17
H̀nh 2.9: ωơngăsuấtăWT phụăthuộcăv n tốcăgióăvƠătốcăđộătuabin
18
H̀nh 2.10: Đ ờngăcongăcơngăsuấtăĺăt ởngăc̉aătuabinăgió.
19
Hình 2.11: Đặcătínhăhiệuăsuấtăωp theoătơcăđơ ̣ăquayăcủaăcanhăqua ̣t.
20
Hình 2.12: Đặcătínhăcơngăsuấtăthuăđ ợcătheoătốcăđộăquayăcánhăquạt.
20
Hình 2.13: ψiể uăđơăvơ ̣nătơcăgioătinhătheoăgi ătrênănĕm.
23
Hình 2.14: HƠmăsốăm tăđộăxácăsuấtăv nătốcăgióă(pdf).
24
Hình 2.15: Hàm m tăđộăxácăsuấtăWeibull
25
Hình 2.16: HƠmăm tăđộăxácăsuấtăvớiăthamăsốătỷălệăcăthayăđổi.
26
Hình 2.17: Hệăthốngăbiếnăđổiănĕngăl ợngăgióătốcăđộăcốăđịnh.

27
Hình 2.18: Hệăthốngăbiếnăđổiănĕngăl ợngăgióătốcăđộăthayăđổi,ăbiếnăđổiătoƠnăbộăcơngăsuấtă
phát
28
Hình 2.19: Hệăthốngăbiếnăđổiănĕngăl ợngăgióăđ ợcătrangăbịăvớiăDFIG.
29
Hình 3.1: Ngunăĺăc̉aăv́ct ăkhơngăgian.
31
Hình 3.2: ωácăđạiăl ợngăc̉aăhệătrụcăabcăbiểuădiễnătrongăhệătrụcăαβ.
35
Hình 3.3: Mốiăliênăhệăgi aăhệătrụcăαβ hệătrụcădq.
36
Hình 3.4:ăMốiăliênăhệăgi aăhệătrụcăabcăvƠăhệătrụcădq
37
Hình 3.5: ωấuăhìnhăkếtănốiăstatorăvƠărotor,ăYăậ Y.
38
Hình 3.6: S ăđồăt ngăđ ngăRLăc̉aăstatorăvƠărotor.
39
Hình 3.7: Mơăhìnhăĺăt ởngăc̉aămáyăđiệnăkhơngăđồngăbộăbaăpha.
40
Hình 3.8: Mạchăđiệnăt ngăđ ngămơăhìnhăđộngăDFIGătrongăhệătrụcăαβ.
41
Hình 3.9: Trụcăc̉aădơyăquấnăstatorăvƠărotorătrongăhệătrụcădq.
43
Hình 3.10: Mạchăđiệnăt ngăđ ngămơăhìnhăđộngăDFIGătrongăhệătrụcăđộăthamăchiếuădqă
quayăvớiătốcăđộăđồngăbộ.
43
H̀nh 4.1: ωấuăhìnhăđiểnăhìnhăc̉aăWTăDFIG.
46
Hình 4.2:ăHệ sốăcơngăsuấtăωp(λ, β).

47
Hình 4.3:ăωácăv̀ngăđiềuăkhiểnăDFIG.
49
Hình 4.4:ăĐặcătínhăcơngăsuấtăWT.
51
H̀nh 5.1: HệăthốngăturbineăgióăvƠămáyăphátăDFIG.
54
Hình 5.2: Mơ hình wind park.
55
H̀nh 5.3: Xácăđịnhămomenăc ăTm.
56
Hình 5.4: Khốiăxácăđịnhătốcăđộăthamăchiếu.
56
Hình 5.5: Khốiăđiềuăkhiểnăgócănghiêng β.
57
H̀nh 5.6: Mơăhinhămayăđiê ̣năcảmă ngărotorădơyăquơn.
57
Hình 5.7: ωácăbiếnăng̃ăraăc̉aămáyăphát.
58
Hình 5.8: Xácăđịnhăvịătríăc̉aăvectorăt ăthơng.
60

xii


Hình 5.9: Xácăđịnhădịngăđiềuăkhiểnăbên rotor.
Hình 5.10: ψơ ̣ăta ̣oăxungăkichăHysteresisăψuffer.
Hình 5.11:ăS ăđơăcácăkhóaăIGψT.
Hình 5.12:ăψộăđiềuăkhiểnătách.
Hình 5.13: XácăđịnhăthƠnhăphầnădqăc̉aădịngăđiện.

H̀nh 5.14: Xácăđịnhăđiệnăápăphaăthamăchiếu.
Hình 5.15: ψơ ̣ăphatăxungăPWMăsin.
H̀nh 5.16: Đapă ngătơcăđơ ̣ăkhiăvơ ̣nătơcăgioătĕng.
H̀nh 5.17: Đapă ngătơcăđơ ̣ăkhiăvơ ̣nătơcăgioăgiảm .
Hình 5.18: Tốcăđộăgióă(m/s).
Hình 5.19: Đápắngătốcăđộăc̉aărotorămáyăphát.
Hình 5.20: Hệăsốăωp.
Hình 5.21: Gócănghiêngăc̉aăcánhăquạtăβ.
H̀nh 5.22: SoăSoăsánhăkếtăquảămơăphỏngăvớiăsốăliệuăNordexăN80/2500KW.
Hình 5.23: Kếtăquảăcácăv̀ngălƠmăviệcăc̉aăDFIG.

xiii

61
61
62
63
64
64
65
66
67
68
68
68

68
70
71

Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

Ch

ng 1

TỔNG QUAN
1

̉
1.1 GI I THIể ̣UăTÔNGăQUAN.
GíălƠăm tăngu nănĕngăl
choăloƠiăng ờiăởănhi uăn

ngămi năphí,ăs chăvƠăvơăt n.ăŃăđƣăđápă ngăt tă

căbằngăvi căcungăc păl căđẩyătƠuăth yăvƠătruy năđ ngăcácă

turbineăgíăđ ăxayăngũăc căvƠă b măn

c.ăS ăquanătơmăđ nă nĕngăl

ngăgíăđƣăt tă

h u,ăkhiăs năphẩmădầuăm ărẻăvƠăphongăphúăsauăchi nătranhăth ăgi iălầnăth ăII.ăChiă
phíăv năcaoăvƠăs ăkhơngăchắcăchắnăc aăh

ngăgíăđ aănĕngăl

b tă l iă v ă kinhă t .ă Sauă đ́ă vƠoă nĕmă 1973,ă n

ngăgíăvƠoătìnhăth ă

că Arabă đặtă l nhă c mă v nă dầuă m .ă

Nh ngă ngƠyă c aă dầuă m ă rẻă vƠă phongă phúă đƣă điă đ nă k tă thúc.ă Conă ng ờiă bắtă đầuă
nh năth cărằngăngu năcungăc pădầuăc aăth ăgi iăs ăkhôngăkéoădƠiămƣiămƣiăvƠăngu nă
cungăc păcịnăl iăcầnăđ

căb oăt năchoăn năcơngănghi păh́aăḥcădầuăm .ăVíăd ăvi că

sửăd ngădầuălƠmănhiênăli uălịăh iăs ăph iăđ
ngoƠiădầuăvƠăkhíăt ănhiênăph iăđ
Haiăngu nănĕngăl
nhuăcầuănĕngăl

călo iăb .ăCácăngu nănĕngăl

ngăkhácă

căphátătri n.

ngăngoƠiădầuăm ămƠăđƣăđ

căgi ăđ nhăđ ăcungăc păcho

ngătrongăthờiăgianădƠiăc aăUnitedăStatesălƠăthanăđáăvƠănĕngăl

ngă

h tănhơn.ăNhi uăng ờiăngh ăćăđ ăthanăchoăvƠiăth ăkỷăv iăm cătiêuăth ănh ăhi nănayă
(2006)ăvƠăt
đ

ngăt ănh ăv yăchoănĕngăl

ngăh tănhơnăsauăkhiălịăph nă ngătáiăsinhă

căkhai thácăhoƠnătoƠn.ăĐơyălƠăcácăngu năthơngătinăđƣăđ

nghĩaăđ́ăcơngăngh ăđ

căphátătri năcaoăvƠăl

căch ngăminh,ătrongăỦă

ngăl năthanăđáăvƠăh tănhơnăc păngu nă

choănhƠămáyăphátăđi năthìăđangăho tăđ ngăvƠăcungăc păkh iănĕngăl

ngăđángăk ăđ nă

kháchăhƠng.ăTh tăkhơngămay,ăc ăhaiăthanăđáăvƠăh tănhơnăphátăsinhăcácăv năđ ăthu că
v ămơiătr ờngăđángăs .ăThanăđịiăh iăho tăđ ngăkhaiăthácăquiămơăl n,ăđ tăđ ăl iăthìă
kh́ăhoặcăkhơngăth ăkhơiăph căl iăs ăh uăíchătrongănhi uătr ờngăh p.ăS ăđ tăcháyă
thană ćă th ă lƠmă đ oă l nă cơnă bằngă nhi tă c aă hƠnhă tinh.ă Vi că sinhă raă khíă carbonă
dioxideă vƠă sulfură dioxideă ćă th ă nhă h ởngă đ nă khíă quy nă vƠă kh ă nĕngă c aă hƠnhă

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

1

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc
tinhălƠmăraăl

Kh́aă2010-2012B

ngăth căchoăconăng ời.ăThanăđáăcũngălƠăm tănguyênăli uăh́aăḥcădầuă

m ăvƠănhi uăng ờiăchoălƠăđ tăńănh ănguyênăli uălòăh năth tăd iăd t. Nĕngăl

ngă

h tă nhơnă ćă m tă vƠiă l iă th ă h nă thană đáă trongă đ́ă khôngă ćă carbonă dioxideă hoĕ ̣că
sulfură dioxideă đ

că sinhă ra,ă cácă ho tă đ ngă khaiă m ă thìă ćă quiă mơă nh ă h nă vƠă ńă

khơngăćătácăd ngăch ăy uăkhácăngoƠiăvi căcungăc pănhi t.ăKh́ăkhĕnăchínhălƠăv nă
đ ăxửălỦăch tăth i,ătrongăđ́ăvìănh ngăloăng iăc aănhi uăng ời,ăćăl ăs ăkhơngăbaoă
giờăćăgi iăphápăth tăs ăth aămƣn.
Vìănh ngăv năđ ănƠy,ănĕngăl
đangă đ
l

ngăgíăvƠăd ngăkhácănh ănĕngăl

că khuy nă khíchă m nhă m .ă Nĕngă l

ngă gíă ćă th trởă thƠnhă ngu nă nĕngă

ngăchínhămặtădùăchiăphíăh iăcaoăsoăv iănĕngăl

b năcácăv năđ ăphiăkinhăt ăvƠăchínhătr ăc aănĕngăl
nƠyă khơngă ńiă rằngă chiăphốăchoă nĕngă l

ngămặtătrờiă

ngăthanăđáăvƠăh tănhơnăvìăv ăc ă
ngăthanăđáăvƠă h tănhơn.ăĐi uă

ngă gíă s ă luônă luônă cao h nănĕngă l

ngă

thană đáă vƠă h tă nhơn.ă Vìă s ă ti nă b ă đángă k ă đangă th că hi nă trongă vi că lƠmă nĕngă
l

ngă gíă ítă t nă kém.ă Nh ngă th mă chíă khôngă ćă l iă th ă vêă chiă phíă rõă rƠng,ă nĕngă

l

ngăgíăcũngăćăth ătrởăthƠnhăd ngănĕngăl

nĕng l

ngăquanătṛngăth tăs ătrongăb cătranhă

ngăth ăgi i.
S bi n đ i nĕng l

ng gió đ

c th c hi n bởi t h p tuabin gió và máy

phát, có th làm vi c ở t c đ c đ nh hoặcăt c đ thay đ i. Có nhi u lý do cho vi c
sử d ngăh th ng bi n đ i nĕng l

ng gió có t c đ thay đ i, trong đó quan tṛng

nh t là ph mă vi thay đ i t c đ theoăpha ̣măviăthayăđổ iăcủaăvơ ̣nătôcăgioă
phép đi u khi n t i u công su t nh n đ

r ng cho

c từ gió, gi mă ng l c tác đ ng lên k t

c u c khí khi có s thay đ i t c đ gió đ t ng t và kh ănĕngăđi u khi năcôngăsu tă
tác d ng và công su tăph n kháng.
Đ i v iăc uăhìnhăh ăth ng bi n đ i nĕng l

ng gíătrangăb ămáy phát đi nă

c mă ng c p ngu n hai phía DFIG (Doubly Fed Induction Generator), stator đ
k t n i tr c ti p v iăl

máy phát đ

c

i đi n còn rotor n i thông qua m t b bi n đ i công su t,

căđi u khi n bởi thi tăb ăđi n tửăcơng su t đặt bên phía rotor.

uăđi m

n i b c khiăsử d ng DFIG là thi t b ăđi n tửăcông su t ch ăbi năđ i m t tỷ l ă20 -

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

2

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

30% c a t ng công su t phát, nghĩa là gi m đ

c t n hao trong linh ki n đi n tử

công su t so v i c u hình ph iăbi n đ i tồn b ăcông su t phát nh h th ng bi n
đ i nĕngă l

ng gió sử d ng máy phát đ ng b (SG).ă V iă cácă uă đi mă trên, máy

phát không đ ng b DFIG xem là gi i pháp cho các h
l

th ng bi n đ i nĕng

ng gió t c đ thay đ i.

1.2 M CăĐệCH NGHIểNăC U
- Đ ăxu tăkỹăthu tăm i, đ năgiảnăchoăviê ̣cătìmăki măđi măđi măc căđ iăcôngă
su tăphát (MPPT) s ̉ ădu ̣ngăhê ̣ăthôngămayăphatănĕngăl
l

̣ngăgioăDFIGălamăviê ̣cătrongă

iăđiê ̣n.
- Kêtăquảăđa ̣tăđ

̣căphảiăđ

̣căsoăsanh v iăs năphẩmă th cătêăđể ăch ngăminhă
̣

tínhăđúngăđắnăc aăkỹăthu tăđ ăxu t.
1.3 Đ IăT

NG NGHIểNăC U

Tìm hi u nguyên lý ho t đ ng, đ ăxu tăthu tătốnăđi uăkhi nă và xây d ng

mơăhốnhămơăphỏngăhê ̣ăthơngă máy phát đi năc mă ng c p ngu n hai phía DIFG đ
ng d ng trong các h ăth ng chuy năđ i nĕngăl

că

ngăgió (WECS).

1.4 PH M VI NGHIÊN C U
Doăgi iăh năv ăthờiăgianăvƠăđi uăki nănghiênăc uănênăđ ătƠiăch ăgi iăh năcácă
v năđ ănh ăsau:
- Đêăxuơtăthuơ ̣tătoanăMPPT.
- Mơ hình hóa vƠămơăph ngă hê ̣ăthôngă máy phát DFIG kêt nôiăl

iăv iănútă

vô h n.
- Đánh giá tính n đ nh và tính b n v ng c a h th ng đi u khi n khi có
s ăhayăđ i tham s ămơ hình. So sánh k t qu đ tăđ

căv iăs ăli uăth căt ăc aăh ngă

Nordex ch ngăminhăs ặ đungăđĕnăcủaăthuơ ̣tătoanăđêăxuơt.

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

3

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o

Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc
1.5 PH

Kh́aă2010-2012B

NGăPHÁP NGHIểNăC U

- Thuăth pătƠiăli uăliênăquanăđ năcácăv năđ ănghiênăc u.
- Nghiênăc uălỦăthuy t,ăki mătraăbằngămôăph ng, soăsanhăv iăsôăliê ̣uăth cătê.
̣
1.6 K ăHO CHăTH C HI N
- Thuăth p,ăcḥnăḷcăvƠănghiênăc uătƠiăli uăliênăquan.
- Tìmăhi uăv ăt ngăquanăv ănĕngăl

ngăgí.

- Tìmăhi uăcácăc uăhìnhăh ăth ngăchuy năđ iănĕngăl
trênăth ăgi iăvƠăsoăsánhă uănh

ngăgíăđangăápăd ngă

căđi măc aăcácăc uăhìnhănƠy.ă

- Xơyă d ngă m iă quană h ă gi aă cácă thôngă s ă trongă máyă phátă đi nă c mă ngă
DFIG.
- Đ aăraăgi iăthu tătìm ki măđi măđi măc căđ iăcôngăsu tăphát cho DFIG.
- Môă ph ngă trên PSCad và soăsanhăv iăsôăliê ̣uăth cătêăcủaăhảngăNordex
̣

.

Nhơ ̣năxetăkêtăquả .
1.7 GIỄăTR ăTH CăTI N C AăĐ ăTÀI
- Ćăth ă ngăd ngăvƠoăth căt ătrongăngƠnhăđi năsửăd ngănĕngăl

ngăgí.

- Làm tƠiăli uăthamăkh oăvƠălƠmăn năt ngăđ ăphátătri nănghiênăc uăđ ăánăs ă
xơmănh păc aănĕngăl

ngăgíăvƠoăh ăth ngăđi năVi tăNam.

1.8 PHÁC TH O N IăDUNGăLU NăVĔNă
Ch

ng 2: C ăsở lỦăthuy tăv nĕng l

Ch

ng 3: Mơ hình tốn ḥc DFIG trong các h tr c ṭa đ αβ và dq.

Ch

ngă4: Đêăxuơtăthuơ ̣tătoanătốmăkiêmăđiể măc căđa ̣iăcơngăsuơtăphơt .
̣

Ch

ng 5: Trình bày s đ và k t qu mô ph ng, nh n xét k t qu .

Ch

ngă6: Kêtăluơ ̣năvƠăđ ăxu tănh ngăh

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

4

ng gió.

ngănghiênăc uăti pătheo.

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

Ch

C

ng 2

SỞ LÝ THUYẾT V NĂNG L ỢNG GIÓ.

2

2.1 NĔNGăL

NG GIĨ.

Xétă m tă kh iă khơngă khíă v iă kh iă l
Nĕngăl

ngăđ ngănĕngăKEăđ

ngă mă đangă diă chuy nă v iă v nă t că v.ă

căchoăbởiăbi uăth căquenăthu căsau:

1

(2.1)

KE = mv 2
2

Côngă su tă lƠă nĕngă l
ngăkh iăl

ng theoă thờiă gian,ă cơngă su tă quaă di nă tíchă Aă t

ng

ngăkhơngăkhíădiăchuy năv iăv năt căvălƠ:

Cơng su t qua di n tích A =
L uăl

ngătheoăkh iăl

Nĕng l

ng

Th ời gian

=

1

2

2 Th i gian

(2.2)

ngă ,ăquaădi nătíchăAălƠătíchăc aăm tăđ ăkhơngăkhíă

ρ,ăv năt căv,ăvƠădi nătíchăphầnămặtăcắtăngangăA:
= �

(2.3)

K tăh pă(2.3)ăv iă(2.2)ătaăđ

� =

1
2

�

căm iăquanăh ăquanătṛng:
(2.4)

3

Trongăh ăđ năv ăS.I.ăPw lƠăcôngăsu tătrongăgíă(watts);ăρă lƠă m tăđ ă khơngă
khí (kg/m3)ă(t iă15◦CăvƠă1ăatm,ăρă=ă1,225ăkg/m3);ăAălƠădi nătíchămặtăcắtăngangămƠă
gíăđiăqua (m2);ăvƠăvălƠăv năt căgíăbìnhăth ờngăđ nădiê ̣nătốchămĕ ̣tăcĕtă A (m/s). Hình
2.1 choăthơyăcơngăsu tăgió trên 1 m2 mặtăcắtăngangăt iă15◦C và 1 atm.
Hi nănhiênăcầnăquanătơmălƠănĕngăl

ngătrongăm tăkho ngăv năt căgí.ăV iă

m iăquanăh ăphiătuy năgi aăcôngăsu tăvƠăv năt căgió, cầnăl uăỦălƠăkhơngăth ăsửăd ngă

CBHD: PGSăTSăNgũnăH ̃ uăPhuc

5

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

v năt căgíătrungăbìnhătrongăbi uăth că(2.4)ăđ ăd ăđốnăt ngănĕngăl
đ

c vƠăđ

ngăćăth ăthuă

cătrìnhăbƠyăchiăti tătrongăphầnă2.5.

Hình 2.1: Cơngăsu tăgió trên 1 m2 mặtăcắtăngangăt iă15◦C và 1 atm.
2.1.1 Hi u ch nh theo nhi tăđ cho m tăđ khơng khí.
Khiăd ăli uăcơngăsu tăgíăđ

căđ aăra,ăńăth ờngăđ

căgi ăđ nhărằngăm tă

đ ă khơngă khíă lƠă 1,225ă kg/m3 v iănhi tă đ ă 15oC (59oF)ă vƠă ápă su tă 1ă atm.ă Sửă d ngă
đ nhălu tăkhíălỦăt ởng,ăćăth ăxácăđ nhăm tăđ ăkhơngăkhíătheoăcácăđi uăki nănhiê ̣tăđơ ̣ă
khác.
(2.5)

PV = nRT
Trongă đ́ă Pă lƠă ápă su tă tuy tă đ iă (atm),ă Vă lƠă th ă tíchă (m3),ă nă lƠă kh iă l

ngă

(mol),ăRălƠăhằngăs ăkhíălỦăt ởngă=ă8,2056ă×ă10ứ5 m3 . atm . Kứ1 . molứ1,ăvƠăTălƠănhi tă
đ ătuy tă đ iă(K),ăv iă Kă=ă oCă+ă273,15.ă M tăatmăt

ngăđ

vi tătắtăchoăpascals,ă1ăPaă=ă1ănewton/m2).ăM tăatmăcũngăt

ngă101,325ăkPaă(PaălƠă
ngăđ

trênăinăvngă(psi),ăvìăv yă1ăpsiă=ă6,89ăkPa.ăT́măl i,ă100ăkPaăđ
100ăPaă=ă1ămillibar,ălƠăđ năv ăápăsu tăth ờngăđ

CBHD: PGSăTSăNgũnăH ̃ uăPhuc

6

cădùngătrongăkhíăt

ngă14.7ăpoundsă
căg̣iălƠă1ăbarăvà
ngăḥc.

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

N uăchúngătaăđ aăvƠoăM.W,ăphơnătửăl

ngăc aăkhơngăkhíă(g/mol),ăchúngătaă

ćăth ăvi tăbi uăth cătínhăm tăđ ăkhơngăkhíăρănh ăsau:
ρ

kg
m3

kg
g
.10 −3 ( )
g
mol
V(m 3 )

n mol .MW .

=

K tăh pă(2.5) và (2.6)ătaăđ
=

P.MW 10 −3

(2.6)

căbi uăth căsau:
(2.7)

RT

Khơngă khíă lƠă h nă h pă cácă phơnă tử,ă phầnă l nă lƠă nitrogenă (78,08%)ă vƠă
oxygenă (20,95%),ă v iă m tă chútă ítă argonă (0,93%),ă carbonă dioxideă (0,035%),ă neonă
(0,0018%),ăvƠăcònăl iălƠăt păch t.ăSửăd ngăc uăt oăphơnătửăl

ngă(N2 = 28,02, O2 =

32,00, Ar = 39,95, CO2 =ă 44,01,ă Neă =ă 20,18),ă phơnă tửă l

ngă t

ngă đ

ngă c aă

khơng khí là 28,97.
B̉ng 2.1: Mơ ̣tăđơ ̣ăkhơngăkhốătheoănhiê ̣tăđơ ̣ [3].
Nhi tăđ
Nhi tăđ
M tăđ ăkhơngă
0
( C)
(F)
khí (kg/m3)
-15
5
1,368
-10
14
1,342

-5
23
1,317
0
32
1,293
5
41
1,269
10
50
1,247
15
59
1,225
20
68
1,204
25
77
1,184
30
86
1,165
35
95
1,246
40
104
1,127

Tỷăs ăKT
1,12
1,10
1,07
1,05
1,04
1,02
1,00
0,98
0,97
0,95
0,94
0,92

B ngă2.1ătrìnhăbƠyăm tăđ ăkhơngăkhíăđ iăv iăm tăkho ngănhi tăđ ăcầnădùngă
choălĩnhăv cănĕngăl

ngăgí. Trongăđ́ăKT lƠătỷăs ăc aăm tăđ ăkhơngăkhíăt iănhi tăđ ă

Tăsoăv iănhi tăđ ătiêuăchuẩnă15ă0C.
2.1.2 Hi u ch nhătheoăđ cao so v i m căn

c bi n cho m tăđ khơng khí.

Gi ăthuy t côngăsu tătrongăgíăph ăthu căvƠoăápăsu tăcũngănh ănhi tăđ ănh ă
phầnă2.1.1 đƣătrìnhăbƠy.ăKhiăápăsu tăkhơngăkhíălƠăm tăhƠmătheoăđ ăcaoăsoăv iăm că
CBHD: PGSăTSăNgũnăH ̃ uăPhuc

7

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc
n

Kh́aă2010-2012B

căbi n,ăth tălƠăh uăíchăđ ăćăđ

nĕngăl

căm tăh ăs ăhi uăch nhăgiúpăchoăvi că

ngăgíăchoănh ngăn iătrênăm căn

căl

ngă

căbi n.

Xétă m tă kh iă khơng khíă hìnhă tr ă v iă mặtă cắtă thĕ̉ ngăđ ngă Aă nh ă trìnhă bƠyă
trong hình 2.2.ăM tălátăkhơngăkhíăm ngătheoăchi uăngangăćăđ ădƠyălƠădzăv iăm tă
đ ălƠăρăs ăćăkh iăl
l

ngăρAdz.ăN uăápăsu tăbênătrênălátăkhơngăkhíăm ngădoătṛngă

ngăc aăkhơngăkhíăbênătrênăńălƠăP(z + dz),ăthìăápăsu tăb năd

iăc aăńăP(z),ăs ălƠ

Hình 2.2: M iăquanăh ăgi aăápăsu tăkhơngăkhíăvƠăđ ăcaoăsoăv iămặtăbi n.
P(z

+ dz)

c ngă thêmă phầnă ápă su tă doă tṛngă l

ngă c aă chínhă látă khơngă khíă

m ngăđ́:
P(z) = P z+dz +

g Adz

(2.8)

A

Trongăđ́ăgălƠăhằngăs ăh păd n, 9.806 m/s2.ăDoăđ́ătaăćăs ăgiaăápăsu tădPă
theoăs ăgiaăthayăđ iăđ ăcaoădzălƠ:
dP = P(z + dz) ậ P(z) = -gρdz

(2.9)

Suy ra:
dP

dz

=− g

(2.10)

M tăđ ăkhơngăkhíăρătrongă(2.10)ălƠăm tăhƠmătheoăápăsu tănh ă(2.7), nên ta
ćăth ăvi tăl iănh ăsau:
dP
dz

=−

gMW 10 −3
RT

(2.11)

P

B năthơnăc tăkhơngăkhíăćănhi tăđ ăthayăđ iătheoăđ ăcao,ăth ờngăgi mă6.5oC
khi lên thêm 1km. Để ăđ năgiản , gi ăsửănhi tăđ ălƠăkhôngăđ iătrongăsu tăc tăkhôngă
CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

8

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

khí,ăchúngătaăćăth ăd ădƠngătìmăraălờiăgi iăchoă(2.11)ăv iăm tăsaiăs ănh .ăTh ăcác
hằngăs ăvƠăcácăh ăs ăchuy năđ i, gi ăsửăt iă15oC,
�
�

=−

9,806 2 .28,97
.10 −3
mol
g
s
8,2056.10 −5 m 3 .atm .K −1 mol −1 .288,15K
m

g

kg

= −1,185. 10−4 P

Nghi măc aăph

P = P0 e−1,185.10

atm
101,325Pa

.

1Pa
N
m2

.

1N
m

kg . 2
s

.P

(2.12)

ngătrìnhă(2.12) là:

−4 H

.

= 1 atm . e−1,185.10

−4 H

(2.13)

Trongăđ́ăP0 lƠăápăsu tăchuẩnă1ăatmăvƠăHătínhăbằngăm.
B ngă2.2 T́mătắt mô ̣t s ăh ă s ăhi uăch nhă m tăđ ăkhơngă khíătheoăápăsu tă
d aăvƠoăbi uăth că(2.13). K tăh păhi uăch nhătheoănhi tăđ ăvƠăápăsu tăchoăm tăđ ă
khơngăkhíănh ăbiể uă(2.14):
(2.14)

= 1,225K T K A
Trongăph
đ iăv iăđ ăcaoăđ

ngătrìnhă(2.14),ăcácăh ăs ăhi uăch nhăKT đ iăv iănhi tăđ ăvƠăKA
căchoătrongăB ngă2.1 và B ngă2.2.

B̉ng 2.2: Mơ ̣tăđô ̣ăkhôngăkhốătheoăapăsuơt [3] (đô ̣ăcaoăsoăv iăm căn
̣
Đ̣ cao
Đ̣ cao
́p sút
T̉ ś KA
(meters)
(feet)
(atm)
0
0
1
1
200
656
0,977

0,977
400
1312
0,954
0,954
600
1968
0,931
0,931
800
2625
0,910
0,910
1000
3281
0,888
0,888
1200
3937
0,868
0,868
1400
4593
0,847
0,847
1600
5249
0,827
0,827
1800

5905
0,808
0,808
2000
6562
0,789
0,789
2200
7218
0,771
0,771

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

9

căbiể n )

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc
2.2

Kh́aă2010-2012B

NHăH ̉NGăC AăĐ ăCAOăTHỄP.
Khiănĕngăl

ngătrongă gíătỷă l ăl păph

ph iăv năt căgíăćăth

ngăv iăv năt că gí,ă vi cătĕngăvừaă

nhăh ởngăđ năkinhăt ăđángăk .ăM tăcáchăđ ăturbineăgíăho tă

đ ngătrongăv năt căcaoăh nălƠăgắnăk tăńăvƠoăthápăcaoăh n.ẳăm tăvƠiătrĕmămetăđầuă
tiênătrênămặtăđ t,ăv năt căgíăb ă nhăh ởngăr tănhi uăbởiămaăsátămƠăkhơngăkhíăti pă
xúcă khiă ńă diă chuy nă trênă mặtă đ t.ă B ă mặtă bằngă phẳngă nh ă mặtă bi nă khơngă n iă
śng,ăítăv tăc năthìăs ăthayăđ iăv năt cătheoăđ ăcaoălƠăr tănh .ăXétăởăkhíaăc nhăkhác,ă
gíăb ămặtăb ălƠmăch măđángăk ăbởiăth căv tăhayăcácătịaănhƠăcaoăth păb tăth ờng.
M tăbi uăth cămƠăńăth ờngăđ

căsửăd ngăđ ămôăt ă nhăh ởngăc aăs ălởmă

chởmătrênămặtăđ t,ăn iăgíăth iăqua:
v
v0

=

H

(2.15)

H0

Trongăđ́ăνălƠăv năt căgíăở đ ăcaoăH,ăν0 lƠăv năt căgíăởăđ ăcaoăH0 (đ ăcaoă
chuẩnăH0 =ă10ăm),ăvƠăαălƠăh ăs ămaăsát.

H ăs ămaăsátăαălƠăm tăhƠmătheoăđ aăhìnhămƠăgíăth iătrênăń.ăB ngă2.3 cho
m tăvƠiăgiáătr ăđi năhìnhăchoăvƠiăd ngăđ aăhình.ăăTrongănhi uătr ờngăh p,ăćăth ătính
gầnăđúng cho đ aăhìnhăćăphầnăh iăthống,ăgiáătr ăαă= 1/7.
B̉ng 2.3: Hê ̣ăsôămaăsatătheoăđiaăhốnhă[3].
̣
Đ̣c t́nh đ̣a h̀nh
Mĕ ̣tăđơtărĕnăvaăbĕngăphĕ̉ ng, mĕ ̣tăn căkhôngănổ iăsong.
Mĕ ̣tăđơtăcoăcỏămo ̣căcao
Mĕ ̣tăđơtăcoăcây cao, hƠngărƠo, b iăr m.
Khuăr ngănhiêuăcơy
Th ătr năćănhi uăcơyăvƠăb iăr m
ThƠnhăph ăl năćănhi uătòaănhƠăcao
Biể uăth că (2.15)ă thìăr tă th ờngăđ

Hê ̣sơ ma sat
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,40

căsửă d ngă ởăMỹ,ă ćă m tăph

ngă phápă

khácăr tăph ăăbi năởăEu.ă
v
v0

=

H
z
H
ln 0
z

ln

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

(2.16)

10

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc
Trongăđ́ăzăđ
vƠăchi uădƠiăg ăgh ăzăđ

Kh́aă2010-2012B
căg̣iălƠăchi uădƠiăg ăgh .ăB ngă2.4ămôăt ăcácănh́măb ămặtă
căsửăd ngăchoăbi uăth că(2.16)ăvƠăph

ngăphápănƠyăđ

că

uătiênăh năk ătừăkhiăńăćăm tăvƠiăc ăsởălỦăthuy tăv ăkhíăđ ngăḥcătrongăkhiăbiể uă
th că (2.15)ă thìă khơng.ă Hi nă nhiênă c ă haiă ph

ngătrìnhă mũă (2.15)ă vƠă logarită (2.16)ă

ch ăcungăc păphépătínhăx păx ăc ăb năs ăthayăđ iăv năt căgíătheoăđ ăcao.ăTrênăth că
t ,ăkhơngăćăgìăt tăh năbĕngăvi căđoăl ờngătrênăm tăkhuăv căth căt vƠăth ngăkêă t ă
mơ ̣tănĕmătr ̉ ălên.
B̉ng 2.4: Đặcătínhăg ăgh ădùngăchoăbi uăth că(2.16) [3].
Đ̣c t́nh đ̣a h̀nh
Chiêu dai gô ghê z(m)
Mĕ ̣tăn c.
0,0002
Khuăv căthoangăv iăvaiăđiể măchĕnăgio .
0,03
̣
Đ tănôngănghi păćănhi uăđi măchắnăgí.
0,1
Th ătr n, đơtănơngănghiê ̣păcoănhiêuăđiể măchĕnăgio .
0,4
ThƠnhăph ăl năhoặcărừngăr m.
1,6

Hình 2.3: (a) tỷăs ăv năt căgíătheoăđơ ̣ăcao; (b)ătỷăs ăcơngăsu tătheo đ ăcao.
Hình 2.3a trình bày s ă nhăh ởngăc aăh ăs ămaăsátăđênă v năt căgíăt iăđ ă
caoăthamăchi uălƠă10m,ăth ờngăđ

căsửăd ngălƠmăđ ăcaoătiêuăchuẩnăchoăcácămáyăđoă

gí.ăNh ătrongăhìnhăv ,ăđ iăv iăb ămặtăbằngăphẳngă(αă=ă0.1),ăgíăt iăđ ăcaoă100măthìă
ch ăcaoăh năkho ngă25%ăsoăv iăgíăt iăđ ăcaoă10m,ătrongăkhiăđ iăv iăm tăv ătríăt iă
CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

11

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

th ă tr nă nh ă (αă =ă 0.3),ă gíă t iă 100mă đ

că

că l

ngă caoă h nă 2ă lầnă soă v iă đ ă caoă

10m.ă nhăh ởngăc aăđ ăcaoăvƠoăcơngăsu tăth măchíăcịnă nă t

ngăh năđ

cătrìnhă

bày trong Hình 2.3b. Tỷăs ăcôngăsu tăgíăởăđ ăcaoăkhácă10măchoăth yăs ă nhăh ởngă
m nhătheoăm iăquanăh ăb că3ăgi aăv năt căgíăvƠăcôngăsu t.ăNgayăc ăđ iăv iăb ămặtă
đ tăbằngăphẳngăvƠăđ iăv iăkhuăv căngoƠiăkh i,ăcôngăcu tătĕngăg păđôiăkhiăđ ăcaoă

tĕngă từă 10mă lênă 100m.ă Đ iă v iă b ă mặtă lởmă chởmă h n,ă v iă h ă s ă maă sátă αă =ă 0.3,ă
cơngăsu tătĕngăg păđơiăkhiăđ ăcaoăđ

cănơngălênă22măvƠătĕngăg păb nălầnăkhiăđ ă

caoănơngălênăđ nă47m.
Vìăcơngăsu tătrongăgíătỷăl ăl păph
th ăđ

ngăv iăv năt căgí, biể uăth c (2.15) có

căvi tăl iăđ ăbi uăth ăm iăquanăh ăcơngăsu tăgíăt iăđ ăcaoăHăsoăv iăđ ăcaoă

thamăchi uăH0:
P
P0

=

1
Av 3
2
1
Av 3
0
2

=

v

3

v0

Đ iăv iăcácămáyăl n, đ
caoănh t,ăńăćăth ăđ

=

H

3

(2.17)

H0

ngăkốnhăcanhăqua ̣tăl n . Khiăcácăláăcánhăởăt iăđi mă

căti păxúcăv iăl căgíăm nhăh nănhi uăsoăv iăđi măth pănh t.ă

S ăthayăđ iă ngăsu tănƠyăcƠngănhi uăkhiăcácăláă cánhăqu tăsong song thânăthap, đặcă
bi tăđ iăv iăturbineăd ngădownwind,ăm tăl

ngăgíăđángăk ăb ăthơnăthapă cheăchắn.

Láăcánhăqu tăb ău năcongăćăth ălƠmătĕngăthêmăti ngă năphátăraătừăturbineăgíăvƠăs ặ
uônăcongălơ ̣păla ̣iănhiêuălơnă(chuăkyălaămô ̣tăvongăquay ) ǵpăphầnălƠmăchoăláăcánhăqu tă
gi măs căch uăđ ngăkimălo i-m iăc ,ăńăćăth ălƠmăchoăláăcánhăqu tăb ăh .

2.3 HI U SU T VÀăCÔNGăSU TăC A CÁNH QU T.
2.3.1 Hiê ̣uăsuơtăl nănhơtăcủaăcanhăqua ̣t.
Ngu năg căbanăđầuăv ăcôngăsu tăc căđ iămƠăturbineăćăth ăh păthuăđ

̣cătừă

gió do nhƠă v tă lỦă ng ờiă Đ c,ă Albertă Betz.ă Ôngă lƠă ng ờiă đầuă tiênă xơyă d ngă cơngă
th căvƠoănĕmă1919.ăS ăphơnătíchăbắtăđầuăbằngăs ăt ởngăt

ngăcáiăgìăph iăx yăraăkhiă

gíă điă quaă turbineă gí.ă Nh ă trìnhă bƠyă trongă Hình 2.4,ă gíă đ nă từă phíaă bênă tráiă b ă
ch mădầnăkhiăm tăphầnăđ ngănĕngăc aăńăb ăh păthuăbởiăturbine.ăGíăquaăturbineăćă

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

12

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

m tă v nă t că ch mă h nă vƠă ápă su tă c aă ńă b ă gi m,ă lƠmă choă khơngă khíă phíaă sauă
turbine phình to ra.

Hình 2.4: Đặtătínhăgíăđiăquaăcánhăqu t.
N uăt tăc ănĕngăl

ngăđ ngănĕngăđ

̣căhơpăthu ̣ă thìăgíăđiăđ năvƠădừngăhẳnă

sau turbine gió, cánhăqu tăs ă ngĕnăc nătoƠnăb ăgí. Doăđ́ăv năt căgíăphíaăsauăcánhă
qu tăćăth ălƠăbằngăkhơng.ăĐi uănƠyăkhơngăćăỦănghĩaăbởiăl ăv năt căphíaăsauăt
t ănh ăv năt căphíaătr
nĕngăl

ngă

căcánhăqu t,ătừăđ́ăćănghĩaălƠăturbineăkhơngăh păthuătoƠnăb ă

ngătừăgí.ăĐi uăđ́ăchoăth yărằngăph iăćăs ăch măl iălỦăt ởngăc aăgió mà

ńăs ăđ aăđ năcơngăsu tăl nănh tăđ

căh păth ăbởiăturbine. Cái mà Betz trình bày là

m tăturbineăgíălỦăt ởngăs ălƠmăch măgíăđiă1/3ăsoăv iăv năt căban đầu.
Trong Hình 2.4,ăv năt căgíăphíaătr

căkhơngăb ăxáoătr nălƠăv,ăv năt căgíă

quaă mặtă phẳngă c aă cácă cánhă qu tă rotoră lƠă vb,ă vƠă v nă t că gíă phíaă sauă lƠă vd.ă L uă
l

ngăkh iăl

ngăc aăkhơngăkhíăbênătrongă ngătr

vƠăg̣iălƠăm. Cơngăsu tăthuăđ
nĕngăgi aădịngăkhơngăkhíăphíătr
2
Pb = m(v 2 − vd )

căvƠăsauăthìăt

ngăđ

ngănhauă

căbởiăcácăláăcánhăqu tăPb lƠăhi uănĕngăl

ngăđ ngă

căvƠăphíaăsau.

1

(2.18)

2

V ătríăđ năgi nănh tăđ ăxácăđ nhăl uăl

ngăkh iăl

ngă

lƠăt iămặtăphẳngă

c aăcánhăqu t,ăt iăđ́ăchúngătaăbi tădi nătíchă mặtăcắtăngangăchínhălƠădi năquétăc aă
cánhăqu tăA.
(2.19)

m = Avb

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

13

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o


Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc

Kh́aă2010-2012B

Gi ăsửărằngăv năt căgíăđiăquaămặtăphẳngăch aăcánhăqu tălƠăv năt cătrungă
bìnhăc aăv năt căphíătr

căvƠăphíaăsauăcánhăqu tă(trênăth căt ăthìăphépătínhăđ oăhƠmă

c aăBetzăthìăkhơngăph ăthu căvƠoăgi ăđ nhănƠy)ăvƠăk tăh păcácăbi uăth că(2.18) và
căbi uăth căsau:

(2.19)ătaăđ
Pb =

1
2

A

v+v d
2

2
(v 2 − vd )

(2.20)

Đ ăđ năgi nătaăđặtătỷăl ăv năt căgíăphíaăsau và phíaătr

căcánhăqu tălà x:

v

(2.21)

x = ( d)
v

Th ă(2.21) vào (2.20)ătaăđ
Pb =

1
2

A

v+xv
2

c:

v2 − x2 v2 =

1
2

Av 3 .

1
2

1 + x 1 − x2

Bi uă th că (2.22)ă choă chúngă taă th yă rằngă cơngă su tă thuă đ
cơngă su tă phíaă tr

su tăc aăcánhăqu t,ăkỦăhi uăCp.
Hiê ̣uăsuơtăcanhăqua ̣tă= Cp =
Doăđ́ă(2.22)ăđ
1
2

că từă gíă bằngă

că nhơnă v iă phầnă trongă hoặcă vuông.ă Doă đ́ă phầnă trongă ngoặcă

vuôngălƠăphơnăs ăc aăcôngăsu tăgíămƠăńăđ

Pb =

(2.22)

1
2

căh păth ăbởiăcácăláăcánh;ăńălƠăhi uă

1 + x (1 − x 2 )

(2.23)

căvi tăl iănh ăsau:

(2.24)

Av 3 . CP

Đ ătìmăhi uăsu tăl nănh tăc aăcánhăqu t,ăm tăcáchăđ năgi nătaăl yăđ oăhƠmă
(2.23) theo x vƠăchoăńăbằngăkhông, gi iăph
x=

vd
v

=

ngătrìnhătaăćănghi măsau:

1

(2.25)

3

Ńiăcáchăkhác,ăhi uăsu tăcánhăqu tăl nănh tăkhiăńălƠmăgíăphíaăsauăch măđiă
1/3ăsoăv iăv năt căgíătr

căno.

N uătaăth ăx =ă1/3ăvƠoăbi uăth căhi uăsu tărotoră(2.23),ăchúngătaătìmăđ

că

hi uăsu tăl nănh tăc aăcánhăqu tătheoălỦăthuy tălƠ:

CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc

14

HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o