Mô hình hóa và điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kéo trong hệ thống tuabin gió

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

---------------------

NGUYỄN CÔNG THỜI
“MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT
ĐIỆN CẢM ỨNG NGUỒN KÉP TRONG HỆ
THỐNG TUA BIN GIÓ”

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã ngành: 60520202
TP. HCM, tháng …/2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM

---------------------

NGUYỄN CÔNG THỜI
“MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT
ĐIỆN CẢM ỨNG NGUỒN KÉP TRONG HỆ
THỐNG TUA BIN GIÓ”

LUẬN VĂN THẠC SỸ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã ngành: 60520202
HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG

TP. HCM, tháng .../2016


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương.
Luận văn Thạc sỹ được bảo vệ tại: Trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM
ngày … tháng… năm 2016.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm , học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sỹ)
T
T
1P
G
2T
S.
3T
S.
4P
G
5T
S.

Ch
ức

Ủ
viê

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

PGS.TS Trương Việt Anh


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày..… tháng….. năm 2016

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
H MSH
ọ
V
N Nơi
g
sin
C Mã
h
số
I. Tên đề tài: Mô hình hóa và điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép trong
hệ thống tua bin gió.
II. Nhiệm vụ và nội dung :
- Xây dựng mô hình và điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép trong hệ thống
tua bin gió thay đổi.
- Điều khiển máy phát điện cảm ứng nguồn kép với bộ chuyển đổi ba cấp và so sánh

với bộ chuyển đổi hai cấp truyền thống.
III. Ngày giao nhiệm vụ

: …/…/201…

IV. Ngày hoàn thành nhiệm vụ : …/…/201…
V. Cán bộ hướng dẫn
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương

: PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương
KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

PGS.TS. Nguyễn Thanh Phương


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào
khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Trong quá
trình thực hiện Luận văn Tôi luôn chấp hành tốt nội quy, quy định của tổ chức mà tôi
tham gia.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Công Thời

ii

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Thanh Phương, Người đã từng
bước giúp đỡ Em hoàn thành luận văn này.
Xin cảm ơn quý Thầy, Cô đã cho em những kiến thức nền tản quý báu.
Xin cảm ơn trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ; Khoa Cơ-Điện-Điện tử ;
P. Quản lý sau đại học, tập thể Anh, Chị lớp 13SMĐ11, đã tạo điều kiện cho Em thực
hiện luận văn này.
Cuối cùng, xin được cảm ơn Ba, Mẹ đã nuôi con khôn lớn.
Học viên thực hiện Luận văn

Nguyễn Công Thời


3

TÓM TẮT
Điều khiển tua bin gió DFIG, đã và đang là vấn đề nóng trong điều khiển tua bin
gió, các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã thực hiện rất nhiều. Tuy nhiên
điều khiển cho DFIG vẫn là một bài toán nóng cần giải quyết. Do đó, bài luận văn này sẽ
nghiên cứu chi tiết mô hình của hệ thống tuabin gió có kết nối lưới điện được trang bị
máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) gồm mô hình DFIG, các mô hình khí động
học của tuabin gió, hệ thống truyền động và mô hình bộ nghịch lưu PWM ba pha hai cấp
truyền thống, bộ nghịch lưu PWM ba pha ba cấp.
Để điều khiển tối ưu hóa hệ thống tua bin gió cũng như đạt được hiệu suất cao từ đầu ra
WTGS, cần phát triển những phương pháp điều khiển dựa trên các mô hình WTGS đã
có trước đây. Giải thuật điều khiển này bao gồm điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới,
điều khiển nghịch lưu phía máy phát, điều khiển bám điểm công suất cực đại và điều

khiển góc cánh. Bộ điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới được sử dụng để giữ cho điện áp
DC-link không đổi và tạo ra hệ số công suất của WTGS đồng nhất với lưới điện. Bộ điều
khiển bộ nghịch lưu phía máy phát có khả năng điều chỉnh mô-men cơ học, công suất tác
dụng và công suất phản kháng. Bộ điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đại
được sử dụng lấy giá trị tham chiếu cho công suất tác dụng tại các điểm đầu cuối stato.
Bộ điều khiển góc cánh được sử dụng để điều chỉnh góc đón gió của cánh tuabin, từ đó
ổn định được công suất danh định ở đầu ra, ngay cả trong trường hợp xuất hiện hiện
tượng gió giật, gió có tốc độ cao, hay tốc độ quá thấp.
Do đó, các mô hình và sơ đồ điều khiển định hướng từ thông cho bộ nghịch lưu kẹp
điểm trung tính ba cấp (NPC) cũng được nghiên cứu và áp dụng cho WTGS DFIG.


4

ABSTRACT
Wind farm control Asynchronous dual source - DFIG, is and has been a important
issues in the wind farm control. The research projects in the country and abroad have
done so much. However control for DFIG is still a hot problem to be solved. Therefore
this thesis will provide detailed models of a grid-connected wind turbine system
equipped with a doubly-fed induction generator (DFIG), which includes the aerodynamic
models of the wind turbine, the models of the mechanical transmission system, the DFIG
models and the three-phase two-level PWM voltage source converter models. In order to
obtain satisfying output power from the WTGS, control strategies are also necessary to
be developed based on the previously obtained WTGS models. These control schemes
include the grid-side converter control, the generator-side converter control, the
maximum power point tracking control and the pitch angle control. The grid-side
converter controller is used to keep the DC-link voltage constant and yield a unity power
factor looking into the WTGS from the grid-side. The generator-side converter controller
has the ability of regulating the torque, active power and reactive power. The maximum
power point tracking control is used to provide the reference values for the active power

at the stator terminals. The pitch angle control scheme is used to regulate the pitch angle
and thus keep the output power at rated value even when the wind speed experiences
gusts. Various studies in the literature have reported that two-level converters have
several disadvantages compared with three-level converters. Among the disadvantages
are high switching losses, high dv/dt, and high total harmonic distortion (THD). Hence,
the models and field oriented control schemes for three-level neutral-point-clamped
(NPC) converters are also investigated and applied to a WTGS. Besides, an advanced
modulation technology, namely, space vector PWM (SVPWM), is also investigated and
compared to traditional sinusoidal PWM in a WTGS DFIG.


5

MỤC LỤC
TÓM TẮT .................................................................................................................... i
ABSTRACT ............................................................................................................... iv
MỤC LỤC ................................................................................................................... v
DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT................................................................ viii
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. xvi
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. xx
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
1.1. Giới thiệu.............................................................................................................. 1
1.2. Đặc vấn đề ............................................................................................................ 2
1.3.Tổng quan tình hình nghiên cứu. .......................................................................... 3
1.3.1. Mô hình của hệ thống tua bin gió...................................................................... 3
1.3.2. Phương pháp điều khiển hệ thống máy phát điện tua bin gió ...........................
4
1.3.2.1. Điều khiển góc cánh (Pitch angle) ................................................................. 4
1.3.2.2. Điều khiển theo dõi, bám điểm công suất cực đại ......................................... 5
1.3.2.3. Điều khiển DFIG ............................................................................................ 6

1.3.3. Cấu trúc liên kết bộ nghịch lưu công suất của hệ thống máy phát tua bin gió . 7
1.4. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................... 8
1.5. Phạm vi nghiên cứu. ............................................................................................. 8
1.6. Bố cục của luận văn. ............................................................................................ 9
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG TUA BIN GIÓ DFIG .................................. 10
2.1. Giới thiệu............................................................................................................ 10
2.2. Cấu tạo tua bin gió. .......................................................................................... 12
2.3. Cấu hình hệ thống biến đổi năng lượng gió và vùng hoạt động của tua bin gió 13
2.3.1. Tua bin gió có tốc độ cố định (WT Loại A).................................................... 14
2.3.2. Tua bin gió có tốc độ thay đổi có Điện trở roto biến thiên (WT Loại B) .......
14
2.3.3. Tuabin gió có tốc độ thay đổi, bộ nghịch lưu công suất phạm vi cục bộ (WT
Loại C)....................................................................................................................... 14


6

2.3.4. Tuabin gió biến đổi có bộ nghịch lưu công suất bằng công suất máy phát (WT
Loại D): ..................................................................................................................... 15
2.3.5. Ưu nhược điểm của các loại tua bin gió.......................................................... 15
2.3.6. Vùng hoạt động của hệ thống tua bin gió ....................................................... 17
2.4. Mô hình DFIG .................................................................................................... 21
2.4.1. Mô hình DFIG biểu diễn trong hệ quy chiếu ABC ......................................... 21
2.4.2. Mô hình DFIG được biểu diễn trong Hệ quy chiếu DQO-dqo cố định trên
Roto ........................................................................................................................... 26
2.4.3. Mô hình DFIG được biểu diễn trong Hệ quy chiếu DQO-dqo gắn trên stato 30
2.4.4. Mô hình DFIG được biểu diễn trong Hệ quy chiếu quay đồng bộ DQO-dqo. 32
2.4.5. Mô hình rút gọn được biểu diễn trong Hệ quy chiếu Quay đồng bộ DQO-dqo
................................................................................................................................... 39
2.5. Bộ chuyển đổi Back To Back (VSC) hai cấp..................................................... 45

2.5.1. Mô hình bộ chuyển đổi nguồn điện áp ba pha (VSC) hai cấp được biểu diễn
trong hệ quy chiếu ABC ............................................................................................ 46
2.5.2. Mô hình bộ chuyển đổi nguồn điện áp ba pha (VSC) hai cấp được biểu diễn
trong hệ quy chiếu đồng bộ hóa DQ ......................................................................... 49
2.5.3. Kết quả mô phỏng cho Bộ chỉnh lưu nguồn điện áp ba pha hai cấp............... 50
CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN DFIG TRONG HỆ THỐNG TUABIN GIÓ TỐC ĐỘ
THAY ĐỔI ................................................................................................................ 53
3.1. Điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới điện, điều khiển ổn định điện áp DC-link 54
3.2. Điều khiển bộ chuyển đổi phía máy phát, điều khiển độc lập công suất P,Q .... 64
3.3. Theo dõi, điều khiển bám điểm công suất cực đại ............................................. 71
3.4. Điều khiển góc cánh (Pitch Angle Control) ....................................................... 72
CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH BỘ NGHỊCH LƯU BA TRONG HỆ THỐNG TUA BIN
GIÓ DFIG.................................................................................................................. 92
4.1. Giới thiệu............................................................................................................ 92
4.2. Mô hình hóa bộ nghịch lưu ba cấp kẹp điểm trung tính NPC............................ 93
4.3. Chất lượng điện của DFIG với bộ chuyển đổi 3 cấp.......................................... 97


vii

4.4. So sánh giữa Bộ chuyển đổi hai cấp và chuyển đổi ba cấp trong hệ thống máy
phát tua bin gió DFIG.............................................................................................. 104
4.4.1. Chỉ tiêu THD, đánh giá chất lượng kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu 2 cấp và
3 cấp. ....................................................................................................................... 104
4.4.2. Thảo luận các kết quả. ................................................................................... 111
4.4.3. Kết Luận ........................................................................................................ 111
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................... 112
5.1. Kết luận ............................................................................................................ 112
5.2. Xu hướng của tua bin gió trong tương lai. ....................................................... 113
5.3. Kiến nghị .......................................................................................................... 114

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 115


8

DANH SÁCH KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT
W
T
W
T
D
FI
T
H
P
W
D
P
V
S
S
V
P
M
M
P
F
O
D
T

I
G
N
P
V
SI
P
ωt

ρ

R
v
ω

C
p

β
λ
JB
1,
J
H

J

G

J

G

K
H

H
ệ
T
u
M
á
B
i
Đ
i
Đ
i
B
ộ
k
h
M
á
T
h
Đ
i
Đ
i

T
r
Đ
i
B
ộ
C
ô
M
ậ
B
á
V
ậ
H
ệ
G
ó
T
ỷ
Q
u
Q
u
Q
u
Q
u
H
ệ

9

K H
ệ
H
K H
G
ệ
D Đ
H
ộ
d G
H
iả
d G
G
iả
D T
B1 ự
D T
H
ự
D T
G
ự
D T
G
ự

T B
B1 a
T M
G
ô
θ V
B1 ị
, tr
θω V
B1 ậ
, n
ω
J Q
wt u
D gi
wt ả
T M
w
ô
θ vị
wt tr
ω V
wt ậ
J Q
u
K H
2m ệ
D T
ự
d2 G

m
iả
 V
ị
 V
ậ
S C
B
ô
ω V
ậ
0


10

P
N
G

'
B '

T
B

'
B '

J

K'
D
σ

'
'

ω
r

vA
,v
v
a

,v
iA
,i
i
a

,i
rsb
rr
Ls
s

Ls
m

Lr
r

Lr
m

Ls
rm

V

AB

V
ab

I

AB

I
ab



Số
c
T
số

Tố
c
M
ô
Tố
c
Qu
án
Hệ
số
Hệ
số
Gó
c
gi
Tố
c
Đi
ện
Đi
ện
Dò
ng
Dò
ng
Đi
ện
Đi
ện
Độ

tự
Đi
ện
Độ
tự
Đi
ện
Đi
ện
Vé
c
Vé
c
Vé
c
Vé
c
Vé
c


11



V
é
a
R M
a

R M
r
a
L M
a
s
L M
r
a
L M
s
a
T M
a
T M
a
v
Đ
Dr
i
o,
ệ
vvd Đ
ro
i
iD D
ò
ro,
iQ n
id

D
ro
ò
,
n
iqs M
T
st
a
Tr M
st
a
v
Đ
Ds
i
t,
ệ
vvd Đ
i
st,
vq ệ
iD D
ò
st,
iQ n
id
D
ò
st,

n
iq
 T
ố
M
sT
s
a
T
M
r
a


xii
v

D,

v
Q,
vd
,
vq
iD
,
iQ
id
,
iq


T
rm
de

P
s

Q
s

vd
s,
ids
vq
s,
iqs
,

vd
r,
idr
vq
r,
iqr
Ls

Đ
iệ
n

áp
Đ
iệ
n
D
ò
n
D
ò
n
T
ốc
M
a
C
ô
C
ô
Li
ên
kế
Li
ên
kế

t
Li
ên
kế
Li

ên
kế
Đ
iệ
Lr Đ
iệ
L
Đ
iệ
m
eat, ebt, ect

Nguồn áp của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

Rg

Điện trở phía AC của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

Lg

Điện cảm phía AC của bộ chỉnh lưu PWM ba pha


13

iag, ibg, icg

Dòng điện đầu vào của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

C

Tụ liên kết DC link của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

RL

Điện trở tải của bộ chỉnh lưu PWM ba pha

idc

Dòng điện liên kết DC-link

iL

Dòng điện tải cảm

vdc

Điện áp DC

Skka, b, c
pha k
va,0, vb,0, vc,0

Hàm chuyển mạch của
Điện áp phía AC của bộ chỉnh lưu PWM đến điểm trung
tính 0 nguồn điện

vN,0
PWM
va,N, vb N, vc N

N.
T

Điện áp điểm N đến điểm trung tính, 0 của bộ chỉnh lưu

Điện áp từ phía AC của bộ chỉnh lưu PWM đến điểm
Ma trận biến đổi của bộ chỉnh lưu PWM ba pha


đồng bộ
gs

Góc giữa hệ quy chiếu cố định đến hệ quy chiếu
Tốc độ đồng bộ của điện áp đầu vào ba pha hoặc điện áp phía lưới
điện Sd,Sq Hàm chuyển mạch biểu diễn trong hệ quy chiếu đồng bộ
DQ

idg, iqg

Dòng điện đầu vào biểu diễn trong hệ quy chiếu đồng bộ DQ

ed, eq

Điện áp đầu vào biểu diễn trong hệ quy chiếu đồng bộ DQ

m

Chỉ số điều biến

Pg

Công suất hiệu dụng của bộ nghịch lưu phía lưới điện

Qg

Công suất phản kháng của bộ nghịch lưu phía lưới điện


14



Góc giữa trục α của hệ quy chiếu cố định và trục D của hệ quy

chiếu
đồng bộ
e, e

Điện áp phía lưới điện biểu diễn trong hệ quy chiếu cố định

vd, vq

Tín hiệu điện áp điều khiển của bộ nghịch lưu phía lưới điện

VLa

Sụt điện áp tự cảm bên AC của pha a

V( a ,0)

Điện áp từ phía AC của bộ nghịch lưu phía lưới điện đến điểm trung
tính của nguồn điện, 0 của pha a

Em

Độ lớn điện áp đầu vào phía AC

Vm

Độ lớn của điện áp phía AC đến điểm trung tính của nguồn điện

Im

Độ lớn của dòng điện phía AC phía lưới điện của bộ nghịch lưu

vma

Tín hiệu điều biến cho pha-a

vr

Tín hiệu sóng mang của SPWM

Vma

Độ lớn của tín hiệu điều biến cho pha-a

VT

Độ lớn của tín hiệu sóng mang

va1

Thành phần cơ bản của điện áp từ phía AC của bộ chuyển đổi phía
lưới điện đến điểm trung tính của nguồn điện, 0

s, s
định α, β

Liên kết từ thông stato biểu diễn trong hệ quy chiếu cố

s
stato

Từ thông tổng

s
stato

Vị trí góc từ thông

is, is

Dòng điện stato trục α, β được biểu diễn trong hệ quy chiếu
cố định.


15

ir, i r

Dòng điện roto trục α, β được biểu diễn trong hệ quy chiếu
cố định

xs, ys

Liên kết từ thông stato trục DQ biểu diễn trong hệ quy chiếu từ
thông stato

ixr, iyr

Liên kết từ thông roto trục DQ được biểu diễn trong hệ quy chiếu
từ thông stato

ixs, iys

Dòng điện stato trục DQ được biểu diễn trong hệ quy chiếu từ thông
stato

ixr, iyr

Dòng điện roto trục DQ biểu diễn trong hệ quy chiếu từ thông stato

ims

Dòng điện từ hóa của máy phát

vxr, vyr

Điện áp đầu cực roto trục DQ được biểu diễn trong hệ quy chiếu từ

thông stato

s

Vận tốc góc của từ thông stato

vxr, vyr

Tín hiệu điều khiển của bộ nghịch lưu phía máy phát

Pmax

Giá trị công suất cực đại

βref

Góc cánh tham chiếu


V *

 
V0 ,V1
,...,V7

T0 ,
T1 ,...,T7
Sa

Véc tơ điện áp đầu ra tham chiếu



Véc tơ điện áp của bộ nghịch lưu hai bậc
 

Thời gian mở của vector V0 ,V1 ,...,V7

Trạng thái chuyển mạch của bộ chuyển đối ba cấp cho pha-


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1: Sơ đồ tuabin gió thay đổi (WTGS) và DFIG. .................................................. 11
Hình 2.2: Chiều của dòng năng lượng qua máy phát DFIG ở chế độ dưới đồng bộ hình
a), chế độ trên đồng bộ hình b) [2]................................................................................ 11
Hình 2.3: Thành phần Hệ thống máy phát điện tua bin gió. ............................................ 12
Hình 2.4: Đường cong công suất lý tưởng của tua bin gió. ............................................. 18
Hình 2.5: So sánh ba phương pháp khi góc cánh bằng không. ........................................ 20
Hình 2.6: Mặt cắt ngang máy phát điện cảm ứng nguồn kép. ......................................... 21
Hình 2.7: Biến đổi ABC đến DQO-dqo gắn trên roto. .................................................... 28
Hình 2.8: Biến đổi hệ quy chiếu tĩnh ABC đến DQO-dqo. ............................................. 30
Hình 2.9: Giản đồ biến đổi khung tham chiếu quay đồng bộ ABC đến DQO-dqo ......... 33
Hình 2.10: Mạch động lực bộ nghịch lưu PWM.............................................................. 46
Hình 2.11: Mô hình bộ nghịch lưu PWM ba pha hai cấp trong môi trường
Matlab/Simulink............................................................................................................... 51
Hình 2.12: Điện áp DC-link trong bộ chỉnh lưu PWM hai cấp. ...................................... 51
Hình 3.1: Mạch PWM phía lưới điện.............................................................................. 54
Hình 3.2: Sơ đồ véc tơ của hệ quy chiếu đồng bộ DQ cho bộ chuyển đổi phía lưới điện55
Hình 3.3: Biểu đồ pha của bộ chuyển đổi bên lưới điện. ................................................. 59
Hình 3.4: Điều biến dạng sóng SPWM. ........................................................................... 60
Hình 3.5: Mạch điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới điện. ............................................... 62

Hình 3.6: Mạch điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới điện ba pha trong môi trường
Matlab/Simulink............................................................................................................... 63
Hình 3.7: Điện áp đầu vào ba pha bộ chuyển đổi phía lưới điện. ................................... 63
Hình 3.8: Điện áp DC-link. .............................................................................................. 64
Hình 3.9: Vectơ không gian của hệ quy chiếu tĩnh và từ thông stato. ............................. 65
Hình 3.10: Chuyển đổi hệ quy chiếu quay đồng bộ ABC đến DQO-dqo........................ 66
Hình 3.11: Mô hình bộ điều khiển bộ chuyển đổi phía máy phát.................................... 70
Hình 3.12: Đường cong C p -λ........................................................................................... 72


xvii

Hình 3.13: Bộ điều khiển góc cánh .................................................................................. 73
Hình 3.14: Mô hình hệ thống tuabin gió DFIG 1,5 MW. ................................................ 77
Hình 3.15: Tốc độ gió thay đổi theo nấc. ......................................................................... 78
Hình 3.16: Quan hệ công suất với sự thay đổi tốc độ gió. ............................................... 78
Hình 3.17: công suất tác dụng. ......................................................................................... 79
Hình 3.18: Công suất phản kháng. ................................................................................... 79
Hình 3.19: Góc cánh. ....................................................................................................... 80
Hình 3.20: Dòng điện stato ngang trục (p.u) (hệ quy chiếu từ thông stato). ............
Error! Bookmark not defined.
Hình 3.21: Dòng điện dọc trục stato (pu) (hệ quy chiếu từ thông stato). ........................ 81
Hình 3.22: Dòng điện ngang trục roto (pu) (hệ quy chiếu từ thông stato). ..................... 82
Hình 3.23: Dòng điện dọc trục roto (pu) (khung tham chiếu từ thông stato). ................. 82
Hình 3.24: Dòng điện roto (pu) (Hệ quy chiếu ABC). .................................................... 82
Hình 3.25: Dòng điện stato (pu) (Hệ quy chiếu ABC). ................................................... 83
Hình 3.26: Mô-men điện từ (pu). ..................................................................................... 83
Hình 3.27: Điện áp DC-link. ............................................................................................ 84
Hình 3.28: Đường cong vận tốc gió. ................................................................................ 84
Hình 3.29: Công suất tác dụng (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin. ........................... 85

Hình 3.30: Công suất phản kháng (pu) với tốc độ gió thay đổi hình sin. ........................ 85
Hình 3.31: Dòng điện dọc trục stato (pu) với tốc độ gió thay đổi hình sin. ................... 86
Hình 3.32: Dòng điện ngang trục stato (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin............... 86
Hình 3.33: Dòng điện dọc trục roto (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin. .................... 87
Hình 3.34: Dòng điện ngang trục roto (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin. ................ 87
Hình 3.35: Dòng điện pha roto (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin. ........................... 88
Hình 3.36: Dòng điện pha stato (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin. .......................... 88
Hình 3.37: Mô-men với vận tốc gió thay đổi hình sin. ................................................... 89
Hình 3.38: Tốc độ quay (pu) với vận tốc gió thay đổi hình sin. .................................... 89
Hình 3.39: Điện áp DC-link với vận tốc gió thay đổi hình sin. ....................................... 90
Hình 4.1a: Mạch công suất chính của bộ nghịch lưu kẹp điểm trung tính ba cấp. .......... 93


18

Hình 4.1b: Mô hình, bộ điều khiển bộ nghịch lưu 3 pha 3 cấp........................................ 94
Hình 4.2: Tốc độ gió thay đổi theo nấc. ........................................................................... 97
Hình 4.3: Công suất tác dụng (pu).của WTGS DFIG dùng bộ nghịch lưu ba cấp. ......... 98
Hình 4.4: Công suất phản kháng (pu) WTGS DFIG dùng bộ nghịch lưu ba cấp. .......... 98
Hình 4.5: Dòng điện trục đứng stato WTGS (pu) dùng bộ nghịch lưu ba cấp (hệ quy
chiếu từ thông stato). ........................................................................................................ 99
Hình 4.6: Dòng điện stato (pu) WTGS trên bộ nghịch lưu ba cấp (hệ quy chiếu từ thông
stato). ................................................................................................................................ 99
Hình 4.7: Dòng điện dọc trục roto (pu) WTGS DFIG dùng bộ chuyển đổi ba cấp hệ quy
chiếu từ thông stato). ...................................................................................................... 100
Hình 4.8: Dòng điện truc thực roto (pu) WTGS DFIG dùng bộ chuyển đổi ba cấp (hệ
quy chiếu từ thông stato). ............................................................................................... 100
Hình 4.9: Dòng điện roto (pu) DFIG WTGS dùng bộ chuyển đổi ba cấp (hệ quy chiếu
ABC). ............................................................................................................................. 101
Hình 4.10: Dòng điện stato (pu) WTGS dùng bộ nghịch lưu ba cấp (hệ quy chiếu ABC).

........................................................................................................................................ 101
Hình 4.11: Điện áp 3 pha đầu cực roto DFIG (pu) trong WTGS dùng bộ ngịch lưu ba cấp
(hệ quy chiếu ABC). ...................................................................................................... 102
Hình 4.12: Điện áp dây roto DFIG (pu) trong WTGS dùng bộ ngịch lưu ba cấp (hệ quy
chiếu ABC)..................................................................................................................... 102
Hình 4.13: Mô-men điện từ (pu) WTGS dùng bộ nghịch lưu ba cấp. ........................... 103
Hình 4.14: Điện áp DC-link (V) của bộ nghịch lưu ba cấp. .......................................... 103
Hình 4.15: Ứng suất điện áp IGBT lên bộ chuyển đổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) bộ
chuyển đổi phía roto DFIG khi tốc độ gió bằng 12m/s................................................. 104
Hình 4.16: Dòng điện và thành phần sóng hài dòng điện roto với bộ chuyển đổi hai cấp
Hình a), ba cấp Hình b). ................................................................................................. 105
Hình 4.17: Điện áp và thành phần sóng hài điện áp DC-link với bộ chuyển đổi hai cấp
Hình a), ba cấp Hình b). ................................................................................................. 106


19

Hình 4.18: Dòng điện và thành phần sóng hài dòng điện stator với bộ chuyển dổi hai cấp
Hình a), ba cấp Hình b). ................................................................................................. 107
Hình 4.19: Điện áp và thành phần sóng hài điện áp stator với bộ chuyển dổi hai cấp Hình
a), ba cấp Hình b). .......................................................................................................... 108
Hình 4.20: Công suất tác dụng với bộ chuyển dổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b). .... 109
Hình 4.21: Công suất phản kháng với bộ chuyển dổi hai cấp Hình a), ba cấp Hình b) khi
tốc độ gió bằng 12m/s. ................................................................................................... 110


20

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Hệ số αi,j . ......................................................................................................... 20

Bảng 3.1: Dữ liệu mô phỏng bộ chuyển đổi bên lưới điện. ............................................. 63
Bảng 3.2: Các mô hình và giải thuật điều khiển trong WTG ......................................... 74
Bảng 3.3: Bảng thông số hệ thống máy phát điện tuabin gió. ......................................... 75
Bảng 4.1: Thời gian ổn định quá độ và THD của stato DFIG với hai bộ chuyển đổi. .. 109

.


1

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1. Giới thiệu.
Trong những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm môi trường đã trở thành mối quan
tâm lớn trong đời sống hàng ngày của mọi người và cuộc khủng hoảng năng lượng đã
khiến con người phát triển các công nghệ mới để tạo ra năng lượng tái tạo và sạch.
Năng lượng gió cùng với năng lượng mặt trời, thủy điện và thủy triều… là những giải
pháp tiềm năng để sản xuất năng lượng thân thiện môi trường. Trong số các nguồn
năng lượng tái tạo đó, năng lượng gió có tốc độ phát triển nhanh nhất (khoảng 20% mỗi
năm) trong ngành công nghiệp năng lượng. Với mối quan tâm đến ô nhiễm môi
trường, các cánh đồng gió đã và đang được xây dựng ở nhiều nước bằng các chính
sách cấp chính phủ. Theo thông báo đến năm 2020, 20% điện năng tiêu thụ được cung
cấp bởi các trang trại gió ngoài khơi quy mô lớn ở Châu Âu. Bên cạnh đó, Châu Âu
đang thực hiện kế hoạch cho việc mở rộng quy mô của các trang trại gió ngoài khơi lên
công suất hơn 30 GW đến cuối năm 2015 . Ngoài Châu Âu, các nước khác như Trung
Quốc và Mỹ cũng có nguồn tài nguyên năng lượng gió ngoài khơi đầy hứa hẹn cùng kế
hoạch tương tự để lắp đặt các tua bin gió, trang trại gió.
Nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa và bờ biển dài hơn 3200 km, hơn nữa còn có cả
gió mùa Tây Nam thổi vào mùa hè, tốc độ gió trung bình ở Biển Đông Việt Nam khá
mạnh. Vì vậy nhờ vào vị trí địa lý mà tiềm năng về năng lượng gió ở Việt Nam là rất

triển vọng. Theo đánh giá , Việt Nam có tiềm năng lớn nhất khu vưc Đông Nam Á về
năng lượng gió. Tổng tiềm năng năng lượng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360
MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công
suất dự báo của nghành điện năm 2020. Tuy nhiên công suất thu được từ năng lượng
gió ở một số điểm như Tuy Phong, Bình Thuận, ngoài khơi Bạc Liêu, đảo Phú Quý, …
vẫn chưa tương xứng với tiềm năng này, và sự kiện (21/11/2014) EVN mua điện
Trung Quốc với giá cao cho thấy một điều đang nóng và rất nóng là Việt Nam còn
đang thiếu