NGHIÊN cứu THUẬT TOÁN điều KHIỂN máy PHÁT điện GIÓ DFIG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ ĐOÀN THANH AN

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ DFIG

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202

S K C0 0 4 9 1 4

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ ĐOÀN THANH AN

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ DFIG

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ ĐOÀN THANH AN

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ DFIG

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: Lê Đoàn Thanh An
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 06-05-1982
Nơi sinh: Tp. Hồ Chí Minh
Quê quán: Tp. Hồ Chí Minh
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: số 40 đường 8 khu phố 1 phường Linh
Xuân quận Thủ Đức thành phố Hồ Chí Minh
Điện thoại riêng: 091951007
E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy
Thời gian đào tạo từ 2000 đến 2005
Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí
Minh, TP HCM
Ngành học: Kỹ thuật Điện - Điện tử
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian

Công việc đảm nhiệm

Nơi công tác

Năm 2005 đến 2008

Công ty TNHH Chăn Nuôi C.P. Nhân viên kỹ thuật
Việt Nam

Năm 2008 đến nay

Trường CĐ Nghề Việt Nam Giáo viên
Singapore

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, các tính toán kết quả mô phỏng nêu trong luận văn là trung thực
và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2016
Người cam đoan

Lê Đoàn Thanh An

ii


LỜI CẢM ƠN
Kết quả của sự thành công luôn gắn liền với những sự dạy dỗ của các Thầy Cô,
sự ủng hộ và động viên từ gia đình, sự giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián
tiếp của người khác. Trong thời gian từ khi bắt đầu đi học đến nay, em đã nhận được
rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè.
Với lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, đặc biệt là sự quan tâm giúp đỡ của
Thầy hướng dẫn TS. Trương Đình Nhơn đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình
để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho em thực hiện đề tài nghiên cứu này. Nếu
không có những lời hướng dẫn, dạy bảo của Thầy thì em nghĩ đề tài nghiên cứu này
của em rất khó có thể hoàn thiện được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Thầy.
Bước đầu đi vào tìm hiểu về lĩnh vực nghiên cứu khoa học, kiến thức của em
còn nhiều hạn chế và còn nhiều bỡ ngỡ. Do vậy, không tránh khỏi những thiếu sót là
điều chắc chắn, em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của Thầy
hướng dẫn cùng quý Thầy Cô và các bạn học cùng lớp để kiến thức của em ngày
được hoàn thiện hơn.
TP. HCM, tháng 10 năm 2016
Học viên thực hiện

Lê Đoàn Thanh An

iii


TÓM TẮT
Sản xuất điện năng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong lĩnh vực xã hội
và công nghiệp hóa. Việc phát năng lượng ngày càng tăng lên để đáp ứng cho sự phát
triển của các ngành công nghiệp và tải tiêu thụ các hộ gia đình. Ngoài sản xuất điện
từ năng lượng không tái tạo còn có sử dụng nguồn năng lượng tái tạo để sản xuất
điện năng hòa vào lưới điện hiện có. Hiện nay máy phát điện nguồn kép (DFIG) sử
dụng ghép nối với tua bin gió được sử dụng do các tính năng ưu điểm của nó.
Khi sử dụng hệ thống phát điện bằng năng lượng tái tạo tích hợp vào hệ thống
điện, một trong những yêu cầu cơ bản là khả năng ôn định của hệ thống phát điện.
Để hệ thống DFIG hoạt động ổn định khi các sự cố xảy ra, ta thường sử dụng phối
hợp nhiều biện pháp bảo vệ can thiệp vào giải thuật điều khiển ở nhiều khâu trong
hệ thống máy phát DFIG như điều khiển PI, điều khiển mờ (Fuzzy control), điều
khiển kiểu nơ ron (Neural)...
Đã có nhiều phương pháp tối ưu hóa sự ổn định của hệ thống DFIG dựa trên
việc điều chỉnh các thông số trong hệ thống, phương pháp cơ bản nhất được sử dụng
phổ biến trong thực tế là sử dụng các bộ ổn định PI để duy trì sự ổn định cho hệ thống.
Trong phạm vi luận văn sẽ tiến hành áp dụng thuật toán điều khiển hệ thống nơ ron
mờ thích nghi (ANFIS) vào khối điều khiển biến đổi phía lưới (GSC) để duy trì giá
trị điện áp DC trong các khối điều khiển của DFIG.

iv


ABSTRACT
Energy production plays a very important role in society and industrialization.
The demand of energy in industries and civils is increasing day by day. Besides

producing electricity from fossil fuels also use renewable energy sources to produce
electricity intergrating to present system. Doubly fed induction generator (DFIG) is
used by many advantages.
When integrating renewable generator systems into the electricity system, one
of the basic requirements is the stability of DFIG system. To maintain DFIG system
stable when incident faults occurred, it is common to use a combination of methods
to intervene in the control algorithm in the various stages of DFIG generator system
as PI controller, fuzzy controller (fuzzy control), controls the type of neuron (Neural)
...
There have been many methods to optimize the stability of the system based
on the adjustment DFIG parameters in the system, the common basic method is the
use of the PI controller algorithm. In the thesis, the author will use the system control
algorithm called Adaptive Neural Fuzzy Inference System (ANFIS) applying to the
grid side controller (GSC) to maintain the value of the DC link voltage in DFIG
controllers.

v


MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

LÝ LỊCH KHOA HỌC ..........................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... iii
TÓM TẮT ............................................................................................................. iv
ABSTRACT ........................................................................................................... v
MỤC LỤC............................................................................................................. vi

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................. ix
DANH SÁCH CÁC BẢNG .................................................................................. xi
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................xii
Chương1: ...............................................er nối lưới (Ω)
Điện áp một chiều trung gian của converter (H)
Điện dung trung gian của converter (H)
Tỷ số điều chế tần số
Tỷ số điều chế biên độ
Quy về phía stator
Quy về phía rotor
Giá trị tham chiếu (giá trị đặt)
Các đại lượng của stator
Các đại lượng của rotor
Các đại lượng của turbine
Các đại lượng quy chiếu trục d hoặc q của hệ quy chiếu dq
Các đại lượng quy chiếu trục α hoặc β của hệ quy chiếu αβ
Các đại lượng pha a; pha b; pha c tương ứng

x


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng
TRANG
Bảng 1.1 Tổng sản lượng quốc gia và thể hiện lượng tiêu thụ điện ở Hà Lan ........ 11
Bảng 3.1 So sánh giữa mạng nơ ron và logic mờ .................................................. 39

xi

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình
TRANG
Hình 1.1 Tổng sản lượng quốc gia và thể hiện lượng tiêu thụ điện ở Hà Lan ........ 2
Hình 1.2 Cối xay gió cổ ở đảo Anh .......................................................................... 4
Hình 1.3 Cối xay gió cổ ở đảo Anh .......................................................................... 5
Hình 1.4 Nông trường gió ở hệ thống năng lượng tái tạo công ty Hamish Hill ...... 8
Hình 1.5 Biểu đồ sản suất năng lượng của thế giới ............................................... 9
Hình 1.6 Kích cỡ và công suất định mức máy phát điện gió trên thị trường .......... 10
Hình 2.1 Chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng điện ................................ 16
Hình 2.2 Tua bin gió tốc độ cố định với máy phát không đồng bộ IG ................... 17
Hình 2.3 Tua bin gió tốc độ cố định với máy phát không đồng bộ IG ................... 18
Hình 2.4 Tua bin gió điều khiển tốc độ với máy phát không đồng bộ SG.............. 18
Hình 2.5 Tua bin gió điều khiển tốc độ với máy phát nguồn kép DFIG ................ 18
Hình 2.6 Hệ thống máy phát điện nguồn kép DFIG .............................................. 20
Hình 2.7 Hướng công suất DFIG tương ứng tốc độ đồng bộ ω0 bên dưới ............. 20
Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý DFIG chuẩn ................................................................. 21
Hình 2.9 Các thành phần máy phát điện gió.......................................................... 23
Hình 2.10 Các loại cột tua bin gió......................................................................... 23
Hình 2.11 Tua bin gió ............................................................................................ 24
Hình 2.12 Hộp số của tua bin gió nhỏ ...................................................................... 24
Hình 2.13 Mặt cắt máy điện .................................................................................... 25
Hình 3.1 Quan hệ giữa hệ thống ba pha abc và hệ tọa độ αβ................................. 29
Hình 3.2 Quan hệ giữa hệ thống ba pha αβ và hệ tọa độ dq .................................. 29
Hình 3.3 Mạch tương đương máy điện DFIG quy đổi về phía stator ..................... 30
Hình 3.4 Mạch tương đương máy điện DFIG trong hệ quy chiếu quay ................. 31
Hình 3.5 Hệ thống khảo sát 3 máy phát 9 nút ....................................................... 33
Hình 3.6 Sơ đồ khối trên hệ trục d,q của máy phát trong hệ thống ........................ 34
Hình 3.7 Các khối chức năng của bộ Điều khiển mờ ............................................ 34
Hình 3.8 Mô hình nơ ron đơn giản ....................................................................... 36

Hình 3.9 Mạng nơ ron 3 lớp ................................................................................ 36
Hình 3.10 Cấu trúc huấn luyện mạng nơ ron ........................................................ 37
Hình 3.11 GSC ổn định điện áp DC ...................................................................... 39
Hình 3.12 GSC điều khiển công suất phản kháng ................................................. 40
Hình 3.13 Khâu điểu chỉnh giá trị điện áp DC dùng bộ điều khiển FLC ............... 40
Hình 3.14 Các hàm liên thuộc............................................................................... 41
Hình 3.15 Sơ đồ khối của bộ ổn định sử dụng FLC với ngõ vào sai số và tích phân
sai số .................................................................................................................... 41
Hình 3.16: sơ đồ điều khiển khối GSC.................................................................. 41
Hình 4.1 Hệ thống khảo sát 3 máy phát 9 nút sau khi thêm máy phát DFIG ......... 43
Hình 4.2 Mô hình máy phát DFIG dạng khối trong phần mềm MATLAB ............ 44
Hình 4.3 Sơ đồ khối GSC sử dụng thuật điều khiển PI.......................................... 46

xii


Hình 4.4 Hình dạng của hàm liên thuộc ................................................................ 47
Hình 4.5 Sơ đồ khối GSC sử dụng thuật điều khiển ANFIS .................................. 47
Hình 4.6 Lưu đồ khởi tạo bộ điều khiển ANFIS ................................................... 49
Hình 4.7 Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển ANFIS ...................................................... 49
Hình 4.8 Kết quả mô phỏng khi thay đổi công suất đầu vào của máy phát SG1 .... 51
Hình 4.9 Kết quả mô phỏng khi ngắn mạch trên đường dây 5-8 ........................... 53
Hình 4.10 Tốc độ gió thay đổi .............................................................................. 54
Hình 4.11 Kết quả mô phỏng khi tốc độ gió thay đổi ............................................ 58

xiii


Chương1:

TỔNG QUAN
1.1.Đặt vấn đề
Sản xuất điện năng đóng một vai trò hết sức quan trọng trong lĩnh vực xã hội
và công nghiệp hóa. Việc phát năng lượng ngày càng tăng lên để đáp ứng cho sự phát
triển của các ngành công nghiệp và tải tiêu thụ các hộ gia đình. Thông thường, điện
năng sản xuất ở nhà máy điện được truyền tải đến các hộ nhỏ lẻ và khu công nghiệp
thông qua mạng lưới truyền tải và phân phối. Nhìn chung, điện năng được sản xuất
bằng cách chuyển hóa nguồn năng lượng tự nhiên thành năng lượng điện và truyền
vào lưới điện. Các nguồn năng lượng tự nhiên hiện nay được chia làm hai dạng chính,
đó là:
• Nguồn năng lượng không tái sinh được như than đá, dầu nhiên liệu,
khí đốt tự nhiên, năng lượng hạt nhân…
• Nguồn năng lượng tái sinh như năng lượng gió, khí hidro, năng
lượng mặt trời, năng lượng sinh khối, địa nhiệt, năng lượng từ đại
dương…
Về lâu dài, nhu cầu phát điện không thể đáp ứng được khi chỉ sử dụng duy
nhất nguồn năng lượng không tái tạo được vì trữ lượng có hạn và đang bị khai thác
cạn kiệt dần do nhu cầu sửa dụng điện năng ngày càng tăng trên quy mô toàn cầu.
Ngoài ra sản xuất điện từ năng lượng không tái tạo còn có các nhược điểm như làm
ô nhiễm môi trường, tăng hiệu ứng nhà kính, giá thành sản xuất ngày càng tăng cao
do giá nhiên liệu. Một trong những giải pháp tốt nhất khắc phục được những vấn đề
trên mà vẫn đáp ứng được nhu cầu năng lượng là tích hợp sử dụng nguồn năng lượng
tái tạo để sản xuất điện năng hòa vào lưới điện hiện có. Nguồn năng lượng tái tạo sử
dụng phổ biến hiện nay là hệ thống máy phát điện gió với máy phát điện nguồn kép
(DFIG – Doubly Fed Induction Generator) truyền động bằng các tua bin gió trong hệ
thống cánh đồng gió (wind farm).

1

Khi sử dụng hệ thống phát điện bằng năng lượng tái tạo tích hợp vào hệ thống
điện, một trong những yêu cầu cơ bản là khả năng ôn định của hệ thống phát điện.Để
hệ thống DFIG hoạt động ổn định khi các sự cố xảy ra, ta thường sử dụng phối hợp
nhiều biện pháp bảo vệ can thiệp vào giải thuật điều khiển ở nhiều khâu trong hệ
thống máy phát DFIG như điều khiển PI, điều khiển mờ (Fuzzy control), điều khiển
kiểu nơ ron (Neural)... Mỗi giải thuật có những ưu điểm ứng dụng riêng của nó: điều
khiển PI tối ưu cho các hệ tuyến tính, điều khiển mờ phụ thuộc vào kinh nghiệm của
người thiết kế, điều khiển kiểu nơ ron có khả năng “học” từ các dữ liệu đã có. Trong
những năm gần đây một trong những nghiên cứu xây dựng các giải thuật kết hợp ưu
điểm của các giải thuật trước đó là giải thuật Hệ thống nơ ron mờ thích nghi (ANFIS
– Adaptive Neural Fuzzy Inference System) để ổn mạch chuyển đối phía lưới (Grid
Side Converter: GSC).
1.2. Tình hình phát triển năng lượng
Năng lượng là dữ liệu vào cốt yếu đo lường phát triển kinh tế xã hội. Tốc độ
tiêu thụ năng lượng của một Quốc gia thường phản chiếu mức thành công kinh tế
mà nó đạt được. Kinh tế xã hội tốt có thể đánh giá bằng chỉ số phát triển con người
HDI “Human Development Index”. Chỉ số HDI cao có lượng tiêu thụ năng lượng
trên mỗi đầu người trong vùng từ 4000 đến 9000kg dầu mỗi năm [1]. Hình 1.1 là ví
dụ về tăng trưởng kinh tế của quốc gia Hà Lan, khảo sát đo lường tổng thu nhập
quốc gia (GNP) và lượng tiêu thụ điện đến năm 2010 [2].

Hình 1.1: Đường (chấm chấm) là tổng sản lượng quốc gia
GNP và đường (nét liền) thể hiện lượng tiêu thụ điện ở Hà Lan

2


Dân số toàn cầu tăng mỗi ngày, sự tăng trưởng dân số ở các quốc gia đang
phát triển nhanh hơn các quốc gia công nghiệp. Kết quả là dẫn đến nhu cầu năng
lượng cũng tăng theo. Trong suốt 10 năm qua, năng lượng sơ cấp dùng ở các quốc

gia công nghiệp tăng 1,5% mỗi năm và sự thay đổi tương ứng đó ở các quốc gia
đang phát triển là 3,2% mỗi năm [2].
Nhu cầu năng lượng toàn cầu gặp nhiều thay đổi do nguồn khai thác. Năng
lượng hóa thạch như (than, dầu và khí thiên nhiên) đáp ứng khoảng 80% cho nhu
cầu, năng lượng hạt nhân xấp xỉ 7%, và 13% cung cấp từ năng lượng tái tạo. Ở hiện
tại, năng lượng mới (gió, mặt trời v.v..) chỉ chiếm 2,2% [3]. Vì vậy nếu tiếp tục kịch
bản như hiện tại, chúng ta phải dựa vào nguồn năng lượng hóa thạch để đáp ứng chủ
yếu cho nhu cầu. Tuy nhiên năng lượng hóa thạch thì có hạn và chúng sẽ bị cạn kiệt
trong thời gian tới. Điều này làm chúng ta phải có kế hoạch khám phá ra những
nguồn năng lượng mới thay thế.
Ngoài ra, môi trường cũng là đề tài mà cả thế giới hiện nay đang quan tâm,
vấn đề ô nhiễm môi trường và hiệu ứng nhà kính do khí thải CO2 ở các nhà máy,
các khu công nghiệp đã đến mức báo động. Theo đại đa số cho rằng, để giảm mức
bức xạ và ô nhiễm môi trường thì phải ít nhất 10% năng lượng cung cấp cho chúng
ta đến từ nguồn năng lượng sạch.
1.2.1. Lịch sử phát triển năng lượng gió
Nỗ lực của con người trong việc khai thác năng lượng gió đã có từ thời cổ
đại, khi họ sử dụng thuyền và tàu di chuyển bằng sức gió. Sau đó, năng lượng gió
phục vụ con người làm hoạt động cối xay hạt và bơm nước. Trong suốt sự biến đổi
từ những dụng cụ thô sơ và nặng nề đến những máy phức tạp và hiệu quả, kỹ thuật
đã trải qua nhiều thời kỳ phát triển.
Đã có những tranh luận về khái niệm nguồn gốc của việc sử dụng gió cho cơ
năng. Một vài người tin rằng khái niệm này bắt nguồn từ người Babylon cổ đại.
Vương triều Hammurabi của người Babylon có kế hoạch sử dụng năng lượng gió
cho công trình hệ thống tưới tiêu đầy tham vọng trong suốt thế kỷ XVII trước Công

3


Nguyên [4]. Một số khác lại cho rằng nơi khai sinh ra cối xay gió là Ấn Độ. Trong

thời đại Arthasastra, một tác phẩm cổ điển bằng tiếng Phạn viết bởi Kautiliya suốt
thế kỷ thứ IV trước Công Nguyên, nguồn tham khảo được dựa trên việc nâng mặt
nước bởi hệ thống được vận hành bởi gió [5]. Tuy nhiên, không có ghi chép nào
chứng minh rằng những khái niệm trên biến đổi thành những thiết bị hiện nay.
Bản thiết kế của người Ba Tư sử dụng cối xay gió để xay hạt được tìm thấy
khoảng vào năm 200 trước Công Nguyên. Đó là những máy trục dọc có bản hứng
gió được làm từ những bó lau sậy hay những tấm gỗ. Những bản hứng gió này được
gắn vào cần trung tâm sử dụng thanh chống ngang. Kích thước của những bản hứng
gió được quyết định bởi các vật liệu sử dụng, thường thì là dài 5m và cao 9m.

Hình 1.2: Cối xay gió cổ ở đảo Anh (nguồn: )

Vào thế kỷ XIII, cối xay hạt được sử dụng hầu hết ở Âu Châu. Người Pháp
thu nhập kỹ thuật này vào năm 1105 sau Công Nguyên và ở Anh vào năm 1191
trước Công Nguyên. Ngược lại với mẫu thiết kế trục dọc của người Ba Tư, cối xay
của Châu Âu lại có trục ngang.
Người Hà Lan, với nhà thiết kế trứ danh Jan Adriaenszoon, là những người
đi tiên phong trong việc thiết kế ra những loại cối xay này. Chúng đã tạo nên sự

4


phát triển trong lĩnh vực thiết kế và phát minh vài loại cối xay. Ngoài việc xay hạt,
cối xay gió còn được dùng để tháo nước những vùng đầm lầy ở Hà Lan. Những cối
xay gió này du nhập vào Mỹ vào khoảng giữa những năm 1700, nhờ vào thực dân
Hà Lan.
Loại này mô phỏng theo cối xay gió bơm nước, được cho rằng là một trong
những ứng dụng thành công của năng lượng gió. Tua bin gió nhiều cánh (được gọi
theo người Mỹ) xuất hiện trong lịch sử năng lượng gió vào khoảng giữa những năm
1800. Rotor tương đối nhỏ, có đường kính khoảng từ một đến vài mét, được sử dụng

trong thiết kế này. Ứng dụng chủ yếu để bơm nước từ vài mét dưới mặt đất để phục
vụ cho nông nghiệp. Những máy bơm nước này, với những cánh quạt bằng kim loại
và thiết kế máy tốt hơn đã hoạt động khá tốt. Khoảng 6 triệu cái như vậy đã được sử
dụng ở riêng Mỹ, vào khoảng năm 1850 và 1930.

Hình 1.3: Cối xay gió cổ ở đảo Anh (nguồn: )

Kỷ nguyên của máy phát điện dùng sức gió bắt đầu vào cận những năm
1900. Tua bin gió hiện đại đầu tiên được thiết kế đặc biệt cho máy phát điện được
xây dựng bởi người Đan Mạch trong năm 1890. Nó cung cấp điện cho vùng nông

5


thôn. Lần đầu tiên, hộp truyền động gia tốc được giới thiệu trong mẫu thiết kế. Hệ
thống này hoạt động trong 20 năm với công suất định mức là 12 kW.
Nhiều phương pháp hệ thống cũng được ứng dụng trong thiết kế kỹ thuật của
tua bin trong suốt giai đoạn này. Với kết cấu vững chắc thấp và cánh quạt thiết
kế theo động lực học, những hệ thống này đã hoạt động một cách ấn tượng. Năm
1910, vài trăm loại máy kiểu này đã cung cấp điện năng cho những ngôi làng
ở Đan Mạch. Vào khoảng năm 1925, máy phát điện bằng sức gió đã có mặt trên thị
trường Mỹ. Nhà máy năng lượng gió thực nghiệm sau đó được xây dựng ở các
nước khác như Mỹ, Đan Mạch, Pháp, Đức và Anh. Một sự phát triển đáng chú ý
trong hệ thống lớn này là tua bin 1250 kW thiết kế bởi Palmer C. Putman. Tua bin
được đưa vào sử dụng vào năm 1941 tại Grandpa’s Knob gần Rutland, Vermont
[6]. Roto 53m của nó được thiết lập trên cột cao 34m. Máy này có thể đạt vận tốc
ổn định bằng cách thay đổi góc xoay (pitch) của cánh quạt và hoạt động 1100 tiếng
đồng hồ trong suốt 5 năm tiếp theo, đến khi cánh quạt bị hỏng vào năm 1945. Công
trình này được nhận xét là đã thành công vì nó có thể chứng minh tính khả thi về kỹ
thuật của máy phát điện sức gió công suất lớn.

Một vài mẫu thiết kế của tua bin gió được thực nghiệm trong giai đoạn này.
Darrieus G.J.M, một kỹ sư người Pháp, đã dồn sức vào mẫu thiết kế tua bin Darrieus
năm 1920, và được cấp bằng sáng chế ở Mỹ năm 1931 [7]. Nghiên cứu tập trung về
nguyên lý hoạt động của tua bin gió xuất hiện trong những năm 1950. Ví dụ như
roto nhẹ và có tốc độ cố định phát triển ở Đức vào năm 1968. Chúng có cánh làm
bằng sợi thủy tinh được gắn trên cột rỗng cố định bởi các dây cáp chằng. Loại lớn
nhất có đường kính 15m và công suất là 100kW.
Trong những năm sau đó, nguồn sơ cấp để sản xuất ra điện khai thác từ nhiên
liệu hóa thạch trở nên rẻ và tin cậy hơn. Trong khi đó, nguồn năng lượng gió khai
thác từ gió tốn 12 đến 30 cent/kWh trong năm 1940, thì với sản lượng tương tự thì
khai thác từ những nguồn nhiên liệu khác chỉ tốn 3 đến 6 cent/kWh vào năm 1970.
Chi phí cho điện năng khai thác từ nhiên liệu hóa thạch giảm xuống thấp hơn 3
cent/kWh năm 1970. Nhiên liệu hóa thạch có ở nhiều nơi với giá khá rẻ trong thời

6