NÂNG CAO độ ổn ĐỊNH ĐỘNG của hệ THỐNG máy PHÁT điện GIÓ sử DỤNG SVC

M CL C
NHI M V LU NăVĔNăTH CăSƾ ........................................................................... i
L I C Mă N ........................................................................................................... iv
TÓM T T ...................................................................................................................v
ABSTRACT .............................................................................................................. vi
L IăCAMăĐOAN .................................................................................................... vii
LÝ L CH KHOA H C ........................................................................................... viii
M C L C ...................................................................................................................x
DANH SÁCH CÁC B NG .................................................................................... xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................xv
Ch

ngă1T NG QUAN .............................................................................................1

1.1

Đặt v năđ ......................................................................................................1

1.2

Các k t qu nghiên c uătrongăvƠăngoƠiăn

1.3

Các v năđ nghiên c u c aăđ tài ..................................................................5

c ................................................3

1.3.2

ụănghƿaălu năvĕn .....................................................................................6

1.3.3

Tính thực ti n c aăđ tài .........................................................................6

1.4

M c tiêu và nhi m v ....................................................................................7

1.5

Ph

1.6

Gi i h năđ tài ...............................................................................................7

1.7

Đi m m i c a lu năvĕn ..................................................................................7

1.8

Ph m vi ng d ng ..........................................................................................8

1.9

B c c c a lu năvĕn .......................................................................................8

Ch

ngăphápăgi i quy t .................................................................................7

ngă2C S LÝ THUY T ..................................................................................9

x


2.1

B i c nh l ch sử phát tri n : ...........................................................................9

2.2

T ng quan v nĕngăl

ng gió ......................................................................12

2.2.1

Thực tr ngănĕngăl

ngăvƠămôiătr

2.2.2

Thực t i phát tri n c aănĕngăl

2.2.3

Tình hình phát tri nănĕngăl

ng ..................................................12

ng gió trên th gi i. ...........................12
ngăgióătrongăn

c...................................20

2.3 K thu t hi n t i c a tuabin gió .....................................................................25
Ch

ngă3H TH NGăMÁYăPHÁTăĐI N GIÓ ......................................................27

3.1

Gi i thi u .....................................................................................................27

3.2

C u t o c a h th ngăphátăđi n gió .............................................................27

3.2.1

Thápăđỡ .................................................................................................28

3.2.2

Cánh qu t tuabin ...................................................................................28

3.2.3

B ph năđi uăh

3.2.4

B ph năđi u khi n t căđ ....................................................................29

3.3

ng ..............................................................................28

Các lo i máy phát trong h th ngănĕngăl

ng gió ......................................29

3.3.1

Máyăphátăđi năđ ng b .........................................................................29

3.3.2

Máyăphátăđi n c m ng ........................................................................30

3.3.3

Máyăphátăđi n c m ng rotor l ng sóc .................................................31

3.3.4

Máyăphátăđi n c m ng rotor dây qu n ................................................31

3.4

Các h th ng tuabin gió ...............................................................................31

3.4.1

H th ng tuabin gió làm vi c v i t căđ khôngăđ i .............................31

3.4.2

H th ng tuabin gió làm vi c v i t căđ thayăđ i.................................32

3.5

Máyăphátăđi năkhôngăđ ng b ngu năđôiăDFIG..........................................34

3.5.1

Nguyên lý làm vi c c a DFIG: .............................................................35

3.5.2

L ul

ng công su t c a DFIG: ...........................................................36

xi

Ch

3.5.3

H th ngăđi u khi n b chuy năđ i phía rotor .....................................37

3.5.4

H th ngăđi u khi n b chuy năđ iăphíaăl

3.5.5

H th ngăđi u khi n góc xoay c a cánh qu t gió .................................41

ngă4THI T B BỐăTƾNHăSVCă(StaticăVARăCompensator) ............................42

4.1

Thi t b bùătƿnhăSVCă(StaticăVarăCompensator) .........................................42

4.1.1

Nguyên t c ho t đ ng ...........................................................................42

4.1.2

K t n i...................................................................................................43

4.1.3

uăđi m ................................................................................................43

4.2

Ch

i .......................................40

Nơngăcaoăđ

năđ nhăđ ng c a h th ngămáyăphátăđi n gió sử d ng SVC .43

4.2.2

Mô hình SVC ........................................................................................44

4.2.3

K t qu mô ph ng .................................................................................45

ngă5THI T K B ĐI U KHI N M NGăN RONăCHOăSVCăĐ NÂNG

CAOăĐ
5.1

NăĐ NHăĐ NG C AH TH NGăL

IăĐI N NINH THU N .........48

Gi i thi u m ngăn ron .................................................................................48

5.1.1

M ngăn ronănhơnăt o ............................................................................48

5.1.2

Các ch đ h c trong m ngăn ronănhơnăt o .........................................50

5.1.3

M ngăn ronătruy n thẳng......................................................................51

5.1.4 M ngăn ronăh i quy ................................................................................53
5.1.5
5.2

B đi u khi n tuy n tính hoá ph n h i NARMA-L2 ...........................53
ng d ng b đi u khi n NARMA-L2 vào b đi u khi n SVC ..................57

5.2.1

S ăđ đi u khi n SVC v i b đi u khi n PI .........................................57

5.2.2

S ăđ đi u khi n SVC v i b đi u khi n NARMA-L2 ........................58

5.3

ng d ng SVC v i b đi u khi n NARMA-L2ăđ nơngăcaoăđ

năđ nh

đ ng c a h th ngăđi n Ninh Thu n .....................................................................60

xii


5.4 K t qu mô ph ng .........................................................................................60
Ch

ngă6 ...................................................................................................................66

K T LU N VÀ KI N NGH ...................................................................................66
6.1

K t lu n........................................................................................................66

6.2

Ki n ngh .....................................................................................................66

TÀI LI U THAM KH O .........................................................................................67

xiii


DANH SÁCH CÁC B NG

B ng 1. 1: Sự phát tri n c a tuabin gió trong 1985-2004...........................................2
B ng 2.1: L ch sử tuabin gió………………………………………………………...9
B ng 2.2: Ho tăđ ng c a các tuabin gió lo i công su t l n .....................................11
B ng 2.3: T ng công su t l păđặt B căMƿă(MW)ăvƠoăcu iănĕmă2005ăậ đầuănĕm2006ă
ậ cu iănĕmă2006 ........................................................................................................16
B ng 2.4: T ng công su t l păđặtăNamăvƠăTrungăMƿă(MW)ăvƠoăcu iănĕmă2005ăậ
đầuănĕmă2006ăậ cu iănĕmă2006 ................................................................................18
B ng 2.5: T ng công su t l păđặt Châu Á (MW) vào cu iănĕmă2005ăậ đầuănĕmă
2006 ậ cu i nĕmă2006 ...............................................................................................19
B ng 2.6: T ng công su t l păđặtăTrungăĐôngăvƠăChơuăPhiă(MW)ăvƠoăcu iănĕmă
2005 ậ đầuănĕmă2006ăậ cu iănĕmă2006 ....................................................................20
B ng 2.7: Ti mănĕngănĕngăl

ng gió

ĐôngăNamăÁă[8] ........................................21

xiv


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1:ăTopă10ăn

c có công su t l păđặtătíchălũy ...............................................13

Hình 2.2:ăTopă10ăn

c có công su t l păđặt m i .....................................................13

Hình 2.3: T ng công su tănĕngăl

ng gió l păđặt trên toàn th gi i ........................13

Hình 2.4: T ng công su tănĕngăl

ng gió l păđặt

Châu Âu ..................................14

Hình 2.5: T ng công su tănĕngăl

ng gió l păđặt

Châu Âu ..................................15

Hình 2.6: T ng công su t l păđặt

Canada .............................................................17

Hình 2.7: T ng công su t l păđặt

Mƿ .....................................................................17

Hình 2.8: Dự ánăđi n gió Tuy Phong, Bình Thu n c a công ty REVN ...................23
Hình 3.1: H th ng tuabin gió làm vi c v i t căđ khôngăđ i …………………...32
Hình 3.2: H th ng tuabin gió làm vi c v i t căđ thayăđ i ....................................33
Hình 3.3:ăMáyăphátăkhôngăđ ng b ngu năđôiăDFIG ..............................................34
Hình 3.4: H

ng công su t c a DFIG ......................................................................34

Hình 3.5:L uăl
Hình 3.6:ăĐ

ng công su t DFIG .......................................................................37

ngăđặc tính công su t-t căđ [11] ......................................................38

Hình 3.7:ăS ăđ đi u khi n b chuy năđ i phía rotor ..............................................38
Hình 3.8: Đ

ngăđặcătr ngăV-I [11] ........................................................................39

Hình 3.9:ăS ăđ đi u khi n b chuy năđ iăphíaăl

i ................................................40

Hình 3.10:ăS ăđ đi u khi n góc xoay cánh qu t gió ...............................................41
Hình 4.1: C u trúc c a h th ng nghiên c u………………………………………44
Hình 4.2: S đ kh i c a SVC ..................................................................................45
Hình 4.3: S ăđ đi u khi n c a SVC .......................................................................45
Hình 4.4:ăĐápă ngăquáăđ c a h th ng nghiên c u khi x y ra ng n m ch3 pha ....47
Hình 5.1:M ngăn ronănhơnăt o d ng t ng quát…………………………………....48
Hình 5.2: Mô hình m ngăn ronăbi u di n

d ng khác ............................................49

Hình 5.3: H c có giám sát ........................................................................................50

xv

Hình 5.4: H c không giám sát ..................................................................................51
Hình 5.5: M ngăn ronăđ năl p v iăSăn ron .............................................................51
Hình 5.6: M ngăn ronăđ năl p v iăSăn ronăd

i d ng ma tr n...............................52

Hình 5.7: M ngăn ronăđaăl p ...................................................................................53
Hình 5.8: M ngăn ronăh i quy .................................................................................53
Hình 5.9: Mô hình NARMA ậ L2 ............................................................................56
Hình 5.10:ăS ăđ kh i b đi u khi n ........................................................................56
Hình 5.11: C u trúc mô hình NARMA ậ L2 ............................................................57
Hình 5.12:ăS ăđ đi u khi n SVC v i b đi u khi n PI ..........................................57
Hình 5.13:ăS ăđ đi u khi n SVC v i b đi u khi n NARMA-L2 .........................58
Hình 5.14: Thông s nh n d ng cho b đi u khi n NARMA-L2 ............................58
Hình 5.15: Dữ li u ngõ vào-ngõ ra cho NARMA-L2 ..............................................59
Hình 5.16: Dữ li u hu n luy n cho b đi u khi n NARMA-L2 ..............................59
Hình 5.17:ăS ăđ l

iăđi n Ninh Thu n 2015 ..........................................................61

Hình 5.18:ăĐặc tính công su t c a máy phát DFIG (VESTAS) - 2 MW .................61
Hình 5.19:ăĐápă ngăquáăđ c a h th ng nghiên c u khi x y ra ng n m ch 3 pha .65

xvi


Ch

ngă1

T NG QUAN
Đặt v năđ

1.1

Đi nănĕngăđóngăvaiătròăr t quan tr ng đ i v i s n xu t s n ph m hàng hóa và c i
thi nă đ i s ng c aă conă ng

i. Chính vì v y,ă nhƠă n

c luôn quan tâm t i sự phát

tri n c aăngƠnhăđi n, t oăđi u ki năchoăngƠnhăđi n tr thành m t ngành công nghi p
mũiănh n ph c v sự nghi p Công nghi p hóa ậ Hi năđ iăhóaăđ tăn
Xuăh

ng chuy n d ch từ h th ngăđi năđ c quy năc ăc u theo chi u d c sang th

tr

ngăđi n c nhătranhăđƣăvƠăđangădi n ra m nh m

tr

ngăđi n v iăc ăch m đƣăđemăl i hi u qu

đi mă v

nhi uăn
cácăn

c trên th gi i. Th

c và cho th y nhữngă uă

t tr iă h nă hẳn h th ngă đi nă đ c quy nă c ă c u theo chi u d c truy n

th ng. H th ngăđi n không ngừng phát tri n c v s l
c y. Các ngu nănĕngăl

ngăđi năđ

nĕngăl

ng mặt tr i, sóng bi n...

Nĕngăl

ngăgióăđ

gióăđ

c.

ngăvƠăđ tin

c sử d ng ngày càng nhi u và phong phú: gió,

c sử d ngăcáchăđơyă3000ănĕm.ăĐ năđầu th k 20,ănĕngăl

cădùngăđ cung c pănĕngăl

ngăc ăh cănh ăb măn

đầu k nguyên công nghi p hi năđ i, ngu nă nĕngăl
th nĕngăl

ng, ch tăl

ng

căhayăxayăngũăc c. Vào

ngăgióăđ

c sử d ngăđ thay

ng hóa th ch hay h th ngăđi n nhằm cung c p ngu nănĕngăl

ng thích

h păh n.
Đầu nhữngă nĕmă 1970,ă doă kh ng ho ng giá dầu, vi c nghiên c uă nĕngă l
đ

c quan tâm. Vào th iăđi m này, m cătiêuăchínhălƠădùngănĕngăl

nĕngăl

ngăđi n thay th choănĕngăl

gió tr thành ngu nă nĕngă l
thu tănĕngăl

ng gió

ng gió cung c p

ngăc ăh c. Vi cănƠyăđƣălƠmăchoănĕngăl

ng

ngă đángă tină c y và thích h p nh sử d ng nhi uă kƿă

ng khác ậ thông qua m ngăl

phòng.

1

iăđi nădùngănh ăngu nănĕngăl

ng dự


Tuabin gióăđầuătiênădùngăđ phátăđi năđ
nƠyăđ
nĕngă l

c phát tri n từngăb

c phát tri năvƠoăđầu th k 20.ăKƿăthu t

c m t từ đầu nhữngănĕmă1970.ăCu i nhữngănĕmă1990,ă

ng gió tr thành m t trong những ngu nă nĕngă l

Trong những th p k cu i c a th k 20, t ngănĕngăl

ng gió trên toàn th gi iătĕngă

x p x g păđôiăsauăm iă3ănĕm.ăChiăphíăđi n từ nĕngăl
so v i chi phí c aăđầu nhữngănĕmă 1980, và xuăh
chuyên gia dự đoánărằng t ngă nĕngăl

ng quan tr ng nh t.

ng gió gi m xu ng còn 1/6

ng gi m này v n ti p t c. Các

ng tíchălũyătrênătoƠnăth gi i hằngănĕmăs

tĕngăkho ng 25% m tănĕmăvƠăchiăphíăs gi m kho ng 20% - 40%.
Kƿ thu tănĕngăl

ng gió phát tri n r t nhanh v m i mặt. Cu iănĕmă1989,ăvi c ch

t o m t tuabin gió công su tă300ăkWăcóăđ

ngăkínhărotoră30ămăđòiăh iăkƿăthu t t i

tơn.ăNh ngăch trongă10ănĕmăsauăđó,ăm t tuabin gió công su tă2000ăkWăcóăđ
kính rotor vào kho ngă 80ă mă đƣă đ
tuabin gió công su tă3ăMWăcóăđ

ng

c s n xu tă đ i trà. Ti pă theoă đóă dự án dùng
ngăkínhărotoră90ămăđ

20. Hi n t i, tuabin gió công su t 3 ậ 3.6ăMWăđƣăđ
đó,ătuabin gió công su t 4 ậ 5ăMWăđƣăđ

c l păđặt vào cu i th k

căth

ngăm i hóa. Bên c nh

c phát tri n hay chu n b ki m tra trong

m t s dự án, và tuabin gió công su t 6 ậ 7ăMWăđangăđ

c phát tri nătrongăt

ngă

lai gần. B ng 1.1 cho ta cái nhìn v sự phát tri n c a tuabin gió từ nĕmă1985ăđ n
nĕmă2004.
B ng 1.1: Sự phát tri n c a tuabin gió trong 1985-2004
Nĕm

Công su t

Đ

ng kính rotor (m)

(kW)
1985

50

15

1989

300

30

1992

500

37

1994

600

46

2


1998

1500

70

2003

3000 ậ 3600

90 ậ 104

2004

4500 ậ 5000

112 ậ 128

Vi căđ aăthêmăvƠoăsử d ng ngu nănĕngăl
l i ngu nănĕngăl
nĕngăl

ngăđi n gió giúp ta từngăb

ng cung ng cho h th ngăđi n.ăRõărƠngănĕngăl

c cân bằng

ng gió là ngu n

ng tự nhiên và vô t n vi c t n d ng m t cách hi u qu ngu nănĕngăl

ng

này vào h th ng đi n qu c gia s mang l i r t nhi u l i ích kinh t điăkèmălƠăcácă
gi i pháp ti t ki mănĕngăl

ng. Nh ngăkhiăđ aăngu n gió vào h th ng s có những

daoăđ ng, hoặc khi sự c x y ra thì chúng ta cần có những bi năphápăđ kh c ph c
nhanh và giúp h th ng tr l i ho tăđ ngăbìnhăth

ng.

Trênăc ăs những k t qu c a các công trình nghiên c uătr
c aănĕngăl

ngăgióăđƣăđ tăđ

c,ăđ tƠiăđ xu tătênăắNơngăcaoăđ

h th ngă máyă phátă đi n gió s
th
l

ng,ănơngăcaoăđ

1.2

năđ nh c a h th ng khiăđ aămáyăphátăđi n gió vào h th ng
căđi m c a các công trình

căđơy.

Các k t qu nghiên c uătrongăvƠăngoƠiăn

H th ngăl

năđ nhăđ ng c a

d ng SVC” nhằm đ m b o sự ho tă đ ng bình

iăđi n, nâng cao hi u qu truy n t i và h n ch nh

nghiên c uătr

căđơyăv sự phát tri n

c

iăđi n truy n t i qu căgiaăc ăb năđápă ngăđ

c các yêu cầu truy n t i

đi nănĕngătừ cácănhƠămáyăđi n cho các ph t i,ăđ m b o cung c păđi n ph c v cho
nhu cầu phát tri n kinh t - xã h i và nhằm gi m t n th tăđi nănĕngădoătruy n t i.
Tuy nhiên, h th ng v năch aăcóăkh nĕngăcungă ng dự phòng, vi c nghiên c uăđ aă
vào sử d ng các ngu nănĕngăl
cũngănh ănĕngăl

ng m i là v năđ c p thi tă đápă ng nhu cầuăđi n

ng qu căgia.ăChínhăvìăđi uăđó,ăvi c nghiên c u tính toán và thi t

k h th ngănhƠămáyăđi năgióăđóngăvaiătròăquanătr ng trong vi c phát tri n h th ng
đi n qu c gia. Hi nănay,ănhƠăn

c ta có nhi u công trình ng h nghiên c u phát

tri năđi n gió, c th là:

3


 Ch

ngă trìnhă dự ánă nĕngă l

ngă gióă GIZă ắTìnhă hìnhă phátă tri nă đi n gió và

kh nĕngăcungă ng tài chính cho các dự án

Vi tăNam”,ăPhanăThanhăTùng,ă

VũăChiăMaiă,ăAngelikaăWasielkeă2012 [1].
 Đ tài nghiên c u khoa h c c p nhà n

c, đ tài mã s :ă 59A.01.12ă ắMáy

đi n d b ngu n kép dùng làm máy phát trong h th ngăphátăđi n ch y s c
gió: Các thu tătoánăđi u ch nh b oăđ m phân ly giữa mômen và h s công
su t”, Nguy n Phùng Quang, 1998[2].
 Dự án h p tác Qu b o v môiătr

ng Vi t Nam và H iăđ ng k thu tăđi n

qu c t (ăIECă)ăắEuropean Wind Energy Association ậ EWEA”, Vi n KHCN
MôiăTr

ng, 02/2012 [3].

Hi n t i, t i các qu c gia phát tri năvƠăcácătr

ngăĐ i h c l n trên th gi iăcũngăb t

tay vào nghiên c uăđ u n i v năhƠnhăcácănhƠămáyăphátăgióălênăl

iăđi n truy n t i,

t iă uăhóaăcácălu n phân b công su t nâng cao hi u qu truy n t i, gi m chi phí, sử
d ngănh ăngu nănĕngăl

ng dự phòng s ch. C th là:

 Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG After an
External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede Blaabjerg, NORDIC
WIND POWER CONFERENCE, 1-2 March, 2004, CHALMERS Chalmers
university of [4].
 Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters,
Stanford University; Wiley [5].
 Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator. Toufik
Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex,
France [6].
 Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application: Final
Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado[7].
Bằngă ph

ngăphápă đoă đ c,ă chúngă taă đƣă l pă đ

c bi uă đ quang khí h u t i nhi u

vùng c a Vi t Nam. B năđ quang khí h u mà c th là t căđ gió s cho cái nhìn
chínhăxácăh năv đi u ki năphátăđi n bằngănĕngăl

4

ng gió.


V i sự tr giúp ngày càng nhi u và càng m nh c aămáyătính,ăcácăch
toánăđ

ngătrìnhătínhă

c vi tăđ mô hình hóa và mô ph ng công trình v iăcácăđi u ki năđ a lý, tự

nhiên, khí h u, v t li u và k thu t thi t b . Nh đó,ă cƠngă cóă th đ aă thêmă nhi u
ràng bu c đầuăvƠoătrongăbƠiătoánănĕngăl

ng gió, nh đóăcóăth đ aăraăđ

c những

dự báoăchínhăxácăh n.
Các v năđ nghiên c u c aăđ tài

1.3

1.3.1 Tính c p thi t c aăđ tài
Trong thực ti n, h th ngăđi n gió c a Vi tăNamăđ

c thi t k và xây dựng

dựaătrênăQuyăđ nh tiêu chu n Vi t Nam v h th ngăđi năgióăănh ăsau:
 Quy tăđ nhă1208/2011/QĐ-TTgăbanăhƠnhăngƠyă21ăthángă7ănĕmă2011ăv phê
duy t Quy ho ch phát tri năđi n lực qu căgiaăgiaiăđo n 2011-2020ăcóăxétăđ n
nĕmă2030.
 Quy tă đ nh c a Th t

ng Chính ph s 26/2006/QĐ-TTg3 ban hành 26

thángă01ănĕmă2006,ăphêăduy t l trình,ăcácăđi u ki n hình thành và phát tri n
các c păđ th tr

ngăđi n lực.

 Quy tă đ nhă 24/2011/QĐ-TTg c a Th t
bánăđi nătheoăc ăch th tr

ng Chính ph v đi u ch nh giá

ng.

 Quy tăđ nh 37/2011/QĐ-TTg v c ăch h tr phát tri n các dự ánăđi n gió
t i Vi t Nam.
 Quy tă đ nhă 18/2008/QĐ-BCT v bi uă giáă chiă phíă tránhă đ

c và h pă đ ng

muaăbánăđi n m u áp d ngăchoăcácănhƠămáyăđi n nh sử d ngănĕngăl

ng tái

t o.
Doăđặc thù tính không năđ nh c a gió tự nhiên nên khi tính toán thi t k h th ng
đi năgió,ăng

i ta ph i t n d ng m t s thi t b đi n tử công su t trong h th ng.

Tuy nhiên, gió tự nhiên có nhữngă uă đi mă nh ă tínhăkinhă t caoă nênă th

ngă đ

c

yêu cầu xem xét trong thi t k h th ng cung c păđi n cho khu vực nh không n i
l

i.

5


Mặcădùăc ăc uăđi nănĕngăs n xu t từ gió cung c p cho h th ngăđi n ch chi m từ
2%ă đ n 5% t ng nhu cầuă đi nă nĕngă c a h th ngă đi n. Tuy nhiên, vi c t n d ng
nĕngă l

ngă đi nă gióă đ

c dự tính có th thay th l

iă đi n qu c giaă đ cung c p

đi n cho các khu vựcănh ăđ o, vùng đ ng bằng cửa sông hoặc gần bi n.ăĐi u này s
đemă l i m t ti mă nĕngă ti t ki mă nĕngă l
pháp sử d ng các ngu nănĕngăl

ng l n trong h th ngă đi n so v i gi i

ng hóa th ch.

Vi c dự đoánăm t m ngăđi n gió t i uăđemăl i k t qu thực ti n cho các gi i pháp
v cung c păđi năcũngănh ăh th ng truy n t i và phân ph iăđi nănĕng.ăK t qu c a
vi c nghiên c u này giúp thi t k những h th ngăđi n gió n iăl

i phù h p thực t

d v n hành mang l i hi u qu v c tính kƿthu t và kinh t .
1.3.2 ụănghƿaălu năvĕn
Vi căđ aăthêmăvƠoăsử d ng ngu nănĕngăl
l i ngu nănĕngăl
nĕngăl

ngăđi n gió giúp ta từngăb

ng cung ng cho h th ngăđi n.ăRõărƠngănĕngăl

c cân bằng

ng gió là ngu n

ng tự nhiên và vô t n vi c t n d ng m t cách hi u qu ngu nănĕngăl

ng

này vào h th ngăđi n qu c gia s mang l i r t nhi u l i ích kinh t điăkèm là các
gi i pháp ti t ki mănĕngăl

ng. Khiăđ aăngu n gió vào h th ng s có những dao

đ ng, hoặc khi sự c x y ra thì chúng ta cần có những bi nă phápă đ kh c ph c

nhanh và giúp h th ng tr l i ho tăđ ngăbìnhăth
caoă đ

nă đ nhă đ ng c a h

ng. Đ tƠiăđ aăraăgi i pháp nâng

th ng bằng cách sử d ng SVC (Static Var

Compensator) đ vửaăđ m b o sự ho tăđ ngăbìnhăth
ch tăl

ng c a h th ngăvƠăđ m b o

ngăđi nănĕngăcũngănh ăhi u qu kinh t .

1.3.3 Tính thực ti n c aăđ tài
Hi n nay, ngu nă nĕngă l

ng chính cung c p cho h th ngă đi n v n là th yă đi n,

nhi tă đi n và ph i nh p kh u từ n
d ng ngu nănĕngăl
NgoƠiăra,ăn

c ngoài, cho nên vi c nghiên c uă đ aă vƠoă sử

ngăđi n gió là h t s c cần thi t và thực t .

c ta có ti mănĕngăl n v ngu nănĕngăl

tr giúpăđỡ từ chính ph , các t ch cănĕngăl

6

ngăgió,ăđ ng th iăđ

c sự h

ngăđi n gió, s giúpătaăcóăc ăs đ


quy ho ch phát tri n,ă đầuă t ă xơyă dựng các h th ngă đi n gió

các vùng có ti m

nĕngăv gió t i Vi t Nam.
Doăđó,ăvi c nơngăcaoăđ

năđ nhăđ ng c a h th ngămáyăphátăđi n gió sử d ng SVC

s giúp h th ng ho tăđ ng năđ nh.
1.4

M c tiêu và nhi m v
 Tìm hi u các lo i máy phát đi n gió
 Tìm hi u máyă phátă đi n khôngă đ ng b

ngu nă đôi DFIG (Doubly-Fed

Induction Generator)
 Tìm hi u thi t b bùătƿnh SVC


ng d ngăSVCăđ nơngăcaoăđ

năđ nhăđ ng c a h th ngămáyăphátăđi n gió

 Tìm hi u m ngăn ron
 Thi t k b đi u khi năn ronăchoăSVCăđ nơngăcaoăđ
th ngăl
1.5

Ph

năđ nh đ ng c a h

iăđi n Ninh Thu n

ngăphápăgi i quy t

Tham kh o các mô hình trên các bài báo uy tín, tác gi dùng phần m măMatlabăđ
mô ph ng các thông s c a h th ng.
1.6

Gi i h năđ tài

Ch ăxétăđ năh

ngăv năhƠnhăh ăth ngămáy phát đi n gióătrênăl

iătruy năt i,ăkhôngă

xétăđ năc uăt oăvƠănguyênălỦăđi uăkhi năc aă máyăphátăđi năkhôngăđ ngăb ăngu nă
đôiăDFIG.
1.7

Đi m m i c a lu năvĕn

Xây dựng mô hình nghiên c u các nhă h
ngu năđôiăDFIG lênăl

ng c a máyă phátă đi nă khôngă đ ng b

iăđi n có thông s thực t .

Sử d ng m ngăn ronăđ thi t k b đi u khi n cho SVC.

7


1.8

Ph m vi ng d ng


ng d ngăchoăcácămôăhìnhăhayăl



ng d ngăchoăcácăl



ng d ngăchoăl

iăđi n b t kỳ.

iăđi n IEEE m u.

iăđi n 500KV, 200KV Vi tăNamătínhăđ nănĕmă2012.

 Làm tài li u tham kh o khi v năhƠnhăl

iăđi n cóđ u n i các nhà máy phát

gió.
1.9

B c c c a lu năvĕn
Ch

ngă1:

T NG QUAN

Ch

ngă2:ă

C ăS LÝ THUY T

Ch

ngă3:ă

H TH NGăMÁYăPHÁTăĐI N GIÓ

Ch

ngă4:

THI T B BỐăTƾNHăSVCă(STATIC VAR COMPENSATOR)

Ch

ngă5:ă

THI T K B ĐI U KHI N M NGăN RONăCHOăSVCăĐ

NỂNGă CAOă Đ

Nă Đ NH Đ NG C A H

THU N
Ch

ngă6:

K T LU N VÀ KI N NGH

8

TH NG ĐI N NINH


ng 2

Ch

C ăS
2.1

LÝ THUY T

B i c nh l ch s phát tri n :

Trongănĕmă1891,ăDaneăPoulăLaCourăđƣăch t o tuabin gióăđầuătiênăphátăraăđi n. Các
kƿăs ăĐanăM chăđƣăphátătri năkƿăthu tăđ b sungănĕngăl

ng thi u trong chi n tranh

th gi i th nh t và th hai. Tuabin gió c aăcôngătyăĐanăM ch F. L. Smidth ch t o
trongănĕmă1941ăậ 1942 có th đ

c xem là nguyên m uăđầu tiên c a tuabin gió phát

đi n ngày nay. Tuabin gióăSmidthăđầu tiên sử d ng cánh máy bay dựaătrênăkƿăthu t
tiên ti n c a ngành máy bay cùng th i. Vào cùng th iă đi mă đó,ă m tă ng

iă Mƿă

PalmerăPutnamăđƣăch t o tuabin gió kh ng l choăcôngătyăMƿăMorganăSmithăCo.,
cóăđ

ng kính 53 m. Tuabin gió này không ch khác

ch t oă cũngă khácă bi t.ă Kƿă thu t c aă ng

kíchăth

c to l nămƠăkƿăthu t

iă Đană M chă c ă b n dựa trên cánh qu t

theo chi uăgióăđangăth i v i sự đi u khi n ngừng quay, ho tăđ ng
thu t c a Putnamăc ăb n dựa trên cánh qu tătheoăh

t căđ ch m.ăKƿă

ng gió th i v i b đi u ch nh

t căđ . Tuy nhiên tuabin gió c a Putnam v năch aăthƠnhăcông.ăNóăđ

c dỡ b vào

nĕmă1945.ăB ng 2.1 s cho ta cái nhìn t ng quát v l ch sử c a tuabin gió.
B ng 2.1: L ch sử tuabin gió
Tuabin và
n

cs n
xu t

Đ

ng

Di n

Công

Công

S

Chi u

Ngày

kính

tích quét

su t

su t

cánh

cao

ra

(m)

(m2)

(kW)

riêng

qu t

tháp

đ i

(kW/m2)
Poul LaCour,

(m)

23

408

18

0.04

4

34

1891

53

2231

1250

0.56

2

34

1941

ĐanăM ch
Smith ậ
Putnam,

9


USA
F. L. Smidth,

17

237

50

0.21

3

24

1941

24

456

70

0.15

3

24

1942

24

452

200

0.44

3

25

1957

34

908

100

0.11

2

22

1958

ĐanăM ch
F. L. Smidth,
ĐanăM ch

Gedser,ăĐană
M ch
Hutter,ăĐ c

Sau chi n tranh th gi i th hai,
c aăng

ĐanăM ch Johannes Juul c i ti n kƿăthu t thi t k

iăĐanăM ch. Tuabin gió c aăanhăta,ăđ

căđặt

Gedser ậ ĐanăM ch, phát

2.2 tri u kWh từ nĕmă 1956ă vƠă 1967.ă VƠoă cùngă th iă đi mă đó,ă giaă đìnhă Germană
Hutterăđƣăphátătri n m tăkƿăthu t thi t k m i. Tuabin gió g m 2 cánh m ng bằng
nhựa đónătheoăh

ng gió th i c a tháp trên tr c quay. Tuabin gió này n i ti ng v

hi u su t cao.
Trái l i sự thành công c a tuabin gió Juul và Huuter, vi c nghiên c u tuabin gió
công su t l n b ng ngăsauăchi n tranh th gi i th hai. Ch có lo i tuabin gió công
su t nh cho h th ng công su t

vùng sâu vùng xa hay s căpinălƠăcònăđ

tâm. Vi c kh ng ho ng giá dầuă đầu nhữngă nĕmă 1970,ă nĕngă l

c quan

ng gió m iă đ

quan tâm tr l i. K t qu là tài chính h tr cho nghiên c u và phát tri nănĕngăl
gióăđƣ đ

căđầuăt .ăCácăn

c
ng

cănh ăĐ c,ăMƿăvƠăTh yăĐi năđƣănghiênăc u phiên b n

tuabin gió công su t l n (vào kho ng Megawatt). Tuy nhiên, nhi u phiên b n này
(B ng 2.2)ăđƣăkhôngăđápă ngăđ

cămongăđ i vì nhi u v năđ kƿ thu t.

10


B ng 2.2: Ho tăđ ng c a các tuabin gió lo i công su t l n
Tuabin và
n

c s n xu t

Đ

ng

Di n

Công

Gi

kính

tich

su t

ho t

(m)

quét

(MW)

đ ng

(m2)

Công

Th i

su tăđƣă gian ho t
phát

đ ng

(GWh)

Mod ậ 1, USA

60

2827

2

34

34

1979 ậ 83

Growian,ăĐ c

100

7854

3

420

34

1981 ậ 87

Smith ậ

53

2236

1.25

695

0.2

1941 ậ 45

WTS ậ 4, USA

78

4778

4

7200

16

1982 ậ 94

NibeăA,ăĐană

40

1257

0.63

8414

2

1979 ậ 93

60

2827

3

8441

6

1987 ậ 82

Mod ậ 2, USA

91

6504

2.5

8658

15

1982 ậ 88

Nasudden I,

75

4418

2

11400

13

1983 ậ 88

38

1141

0.2

13045

1

1977 ậ 82

61

2922

2

14175

10

1988 ậ 93

École, Canada

64

4000

3.6

19000

12

1987 ậ 93

Mod ậ 5B, USA

98

7466

3.2

20561

27

1987 ậ 92

Putnam, USA

M ch
WEG LS ậ 1,
GB

Th y Đi n
Mod ậ OA,
USA
Tjæreborg,ăĐană
M ch

11


Maglarp WTS ậ

78

4778

3

26159

34

1982 ậ 92

40

1257

0.63

29400

8

1980 ậ 93

54

2290

2

50000

14

1978 ậ 93

3, Th yăĐi n
NibeăB,ăĐană
M ch
Tvind,ăĐană
M ch

T ng quan v nĕngăl

2.2

2.2.1 Thực tr ngănĕngăl
Nĕngăl

ng gió
ngăvƠămôiătr

ng

ng là m tătrongăcácăđi u ki n thi t y uătrongăđ i s ngăconăng

y u t đầu vào không th thi uăđ
Ngày nay, trữ l

i và là m t

c c a m i ho tăđ ng kinh t .

ng than, dầu,ă khíă đangă ngƠyă cƠngă c n ki t. Mặt khác, khi dùng

chúngăđ phátăđi n s phát khí th i nhà kính vào bầu khí quy n,ătráiăđ t ngày càng
nóng lên, gây bi năđ i khí h u toàn cầu. Các tai h aănh ăh n hán, bão l t x y ra trên
toàn th gi i ngày càng trầm tr ng. Vì v y yêu cầu c p thi t là ph i khai thác và sử
d ng t iă uăngu nănĕngăl

ng s ch,ătrongăđóănĕngăl

2.2.2 Thực t i phát tri n c aănĕngăl
Nĕngăl

ng gió là ngu nănĕngăl

ng gió r tăđ

c quan tâm.

ng gió trên th gi i.

ng có kƿ thu t phát tri n nhanh nh t vào những

nĕmă1990ăkhiăxétăv t l phầnătrĕmăsự phát tri n công su t l păđặt so v i ngu năkƿă
thu t. Tuy nhiên, sự phát tri n c a ngu nănĕngăl

ng gió không phân ph iăđ u trên

toàn th gi i (Hình 2.1, Hình 2.2).
 Châu Âu
Giữa cu iănĕmă1995ăvƠăcu iănĕmă2003,ăkho ng 76% tr măphátănĕngăl
k t n i vào m ngă l
n

iă đi n trên th gi i đ

c có công su t gió l păđặt l n nh t

c l pă đặt

ng gió m i

Châu Âu (Hình 2.3).ă Đ t

ChơuăỂuălƠăĐ c,ăĐanăM ch, Tây Ban Nha

(Hình2.4).

12


Hình 2.1: Topă10ăn

Hình 2.2: Top 10 n

c có công su t l păđặtătíchălũy

c có công su t l păđặt m i

Hình 2.3: T ng công su tănĕngăl

13

ng gió l păđặt trên toàn th gi i


Hình 2.4: T ng công su tănĕngăl
nhữngăn
l

ngăgióăđ

nh ăv yăđ
đ aăph

ng gió l păđặt

Châu Âu

c có t ng công su t gió l n, y u t chính trong sự phát tri n c a nĕngă
c g i là thu nuôi c đ nhăchoănĕngăl

ng gió. Lo i thu nuôi c đ nh

căđ nhănghƿaăb i chính ph nh ălƠăgiáămuaănĕngăl

ng mà sự phân ph i

ngăhayăcôngătyătruy n t i ph i tr cho sự s n sinhănĕngăl

ng tái t oăđ

c

đ aăvƠoăh th ng m ng. Thu nuôi c đ nhăđi u ch nh gây nguy hi m tài chính cho
nhƠăđầuăt ănĕngăl

ngăgióăkhiăgiáămuaănĕngăl

kho ng t i thi uă 10ă đ nă 15ă nĕm.ă

ng là m tăgiáăc ăb n c đ nh trong

Đ c,ă c ă quană nĕngă l

ng m i (EEG ậ

Renewableă Energyă Sourcesă Act)ă xácă đ nh giá mua (thu nuôi c đ nh)ă choă nĕngă
l

ng gió l păđặtătrongănĕmă2004ănh ăsau:ă 8.8ăeurocentsăchoă1ăkWhătrongă5ănĕmă

đầu tiên và 5.9 eurocents cho 1 kWh trong nhữngănĕmăti p theo. Hi n t i chính ph
Đ căđangălƠmăvi căđ thayăđ iăEEGăvƠăgiáămuaănĕngăl

14

ng.


Hình 2.5: T ng công su tănĕngăl

ng gió l păđặt

Châu Âu

 B c Mƿ
Nĕmă1998ăb

c ngoặc th haiăđ

c b tăđầu

Mƿ.ăTh iăđi m này, các nhà phát tri n

dự ánă gióă đƣă l pă đặt các dự án tru c khi Qu thu s n ph m liên bang (PTC ậ
Production Tax Credit) h t hi u lực trong ngày 30 ậ 5 ậ 1999.ăăPTCăđƣăthêmă0.016ă0.017 $ cho 1 kWh vào các dự ánănĕngăl
nhƠă máyă nĕngă l

ngăgióătrongă10ănĕmăđầu tiên c a tu i th

ng gió. Trong kho ng giữaă nĕmă 1998ă ă vƠă ngƠy 30 ậ 5 ậ 1990,

thêmăh nă800ăMWănhƠămáyănĕngăl

ng gió m iăđ

c l păđặt

g m kho ngă120ăchoăđ n 250 MW c a sự phát tri nănĕngăl
tr i gió California. M t sự phát tri năt

Mƿ.ăĐi u này bao

ng tái t o

vài nông

ngătự x y ra vào cu iănĕmă2001,ăđóălƠăthêmă

1600 MW vào kho ng giữaănĕmă2001ăvƠăthángă11ăậ 2001ăcũngănh ăvƠoăcu iănĕmă
2003, v i vi că thêmă 1600ă MW.ă Đầuă nĕmă 2004,ă PTCă đƣă giữ l i lần nữa và sự

15


pháttri n c aă nĕngă l

Mƿă gi m xu ng. Tuy nhiên, 9 ậ 2004ă PTCă đƣă h i

ng gió

ph c l iă choă đ n cu iă nĕmă 2006.ă Ngoài California và Texas, còn có những dự án
l n

các bang Iowa, Minnesota, Oregon, Washington, Wyoming và Kansas. Nông

tr i gió cỡ l năđầuătiênăcũngăvừa m i l păđặt

Canada.

B ng 2.3: T ng công su t l păđặt B c Mƿ(MW) vào cu i nĕmă2005ăậ đầuănĕm2006ă
ậ cu iănĕmă2006
B căMƿ

Cu iănĕmă2005

Đầuănĕmă2006

Cu iănĕmă2006

USA

9,149

2,454

11,603

Canada

683

776

1,459

Total

9,832

3,230

13,062

Công su tăđặcătr ngăc a tuabin gió

B căMƿăvƠoăcu i nhữngănĕmă1990ăvƠoăkho ng

500ăđ nă1000ăkW.ăNĕmă1999,ătuabin megawattăđầuătiênăđ

c dựng lên và từ nĕmă

2001, nhi u dự ánăđƣăsử d ng tuabin megawatt. Tuy nhiên khi so sánh v i Châu Âu,
nóiăchungăkíchăth
nông tr iăgióăth
MW.

c c a nông tr iăgióăth

ng vào kho ngă20ăđ n 50 MW. Nguyên nhân là

Trung tâm Châu Âu và k ti p là di n tích gi i h n. Những h n

ch nƠyăđƣăd năđ n sự phát tri nănĕngăl
kh iăv năch aăđ

B căMƿ,ă

ng,

ng l năh nă50ăMW,ătrongăđóăcũngăcóăm t vài dự án lên t i 200

Châu Âu, các dự ánăth

m tăđ dân s cao

ng l n h n.ăThôngăth

ngăgióăngoƠiăkh i.ă

Mƿ,ăcácădự án ngoài

c quan tâm.

 NamăvƠăTrungăMƿ
Trái v i ngu n tài nguyên gió d i dào
nĕngăl

ng gió

nhi uăvùngăNamăvƠăTrungăMƿ,ăsự phát tri n

đơyăr t ch m, b i vì thi u nhữngăchínhăsáchănĕngăl

h păcũngănh ăgiáăđi n th p. Nhi u dự án gió
b iăcácăch

ng gió phù

NamăMƿăcóăngu n tài chính h tr

ngătrìnhătr giúp qu c t .ăTuyănhiên,ăArgentinaăđƣăgi i thi u chính sách

m i vào cu iănĕmă1998ăquaăđóăcungăc p tài chính h tr nhƠămáyănĕngăl

16

ng gió,


nh ngăthƠnhăcôngă r t ít.

Brazil, thực ti n chính quy n m tăvƠiăvùngăđƣăb tăđầu

cung c p thu nuôiă uăđƣiăchoănĕngăl

ng gió. Công su tăđặcătr ngăc a tuabin gió

vùng này vào kho ngă300ăkW.ăKíchăth

c gió l năh năr t khó l păđặt do h n ch

c aăc ăs h tầng cho những thi t b l n (ví d nh ăcần tr c).ăNĕngăl

ng gió ngoài

kh iă ch aă cóă k ho ch,ă nh ngă xaă h nă nữa dự án nh vƠă trungă bìnhă (≤ă 100ă MW)ă
đangăđ

c phát tri n trong b ,ăđặc bi t

Brazil.

Hình 2.6: T ng công su t l păđặt

Hình 2.7: T ng công su t l păđặt

17

Canada

Mƿ


B ng 2.4: T ng công su t l păđặt NamăvƠăTrungăMƿ (MW) vào cu iănĕmă2005ăậ
đầuănĕmă2006ăậ cu iănĕmă2006
NamăvƠăTrungăMƿ

Cu iănĕmă2005

Đầuănĕmă2006

Cu iănĕmă2006

Brazil

29

208

237

Mexico

3

85

88

Costa Rica

71

3

74

Caribbean (w/o

35

-

35

Argentina

27

-

27

Colombia

20

-

20

Jamaica

20

-

20

Other

7

-

7

Total

212

296

508

Jamaica)

 ChơuăÁăvƠăTháiăBìnhăD
năĐ đƣăđ tăđ

c sự tĕngătr

ng
ng năt

nhữngănĕmă1990,ăt oănênăắSự ki n

ng trong vi c l păđặt tuabin gió vào giữa

năĐ ”.ăNĕmă1992/93,ăchínhăph

đầu cung c p những sự khuy năkhíchăđặc bi tăchoăđầuăt ănĕngăl
nh ă đ nh m c mua t i thi uă đ
nĕmăđầu tiên c a dự án).

c phép trong

ngăgióăđ

tr iă h nă b iă cácă ch

ngă trìnhă h tr qu c t , mặc dù m tă vƠiă ch

ph xúc ti nănĕngăl

ng gió (ví d nh ăch

ho ch).

ng tái t o (ví d

că đ m b o, và 100% gi m thu đ

Trung Qu c, sự phát tri nănĕngăl

năĐ đƣăb t

căh

ng

ngă trìnhă chínhă

ngătrìnhăc ỡi trên gió c a y ban k

Nh t, sự phát tri n n i tr i b i các dự án minh ch ng ki m tra v i nhi u

18