Khảo sát nghiên cứu mô hình máy phát gió dfig làm việc với lưới điện và vấn đề điều khiển công suất p và q

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM
KHOA ĐIỆN- ĐIỆN TỬ

NGUYỄN QUỐC AN

"KHẢO SÁT NGHIÊN CỨU MƠ HÌNH MÁY PHÁT GIĨ DFIG LÀM
VIỆC VỚI LƯỚI ĐIỆN VÀ VẤN ĐỀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT P VÀ Q"`
Chuyên ngành : Thiết bị, mạng và nhà máy điện.

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2011


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 6 tháng 7 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Nguyễn Quốc An

Phái:

Ngày, tháng, năm sinh: 04/12/1982

Nơi sinh: Đồng Nai

Nam

Chuyên ngành: Thiết bị , mạng và nhà máy điện
MSHV: 10180066
1- TÊN ĐỀ TÀI: Khảo sát nghiên cứu mơ hình máy phát gió DFIG làm việc với lưới điện và
vấn đề điều khiển công suất P và Q
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
-

Tổng quan năng lượng gió

-

Cơ sở lý thuyết về năng lượng gió

-

Vấn đề điều khiển cơng suất P và Q trong máy phát điện gió DFIG

-

Mơ hình máy phát điện gió DFIG

-

Thuật tốn điều khiển cơng suất cực đại cho turbine gió DFIG (MPPT)

-

Mơ phỏng các mơ hình máy phát gió DFIG làm việc với lưới điện

-

Kết luận và hướng phát triển

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 04/02/2011
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 05/07/2011
5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc
Nội dung và đề cương Luận văn thạc sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Kính thưa q thầy cơ!
Em xin được gửi lời cám ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu và
các thầy cô trong trường, đặc biệt là các thầy cô trong khoa Điện Điện tử trường Đại học Bách Khoa TPHCM, đã tận tình chỉ dạy, truyền
đạt kiến thức cũng như tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá
trình học tập vừa qua.
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Nguyễn Hữu Phúc dù
bận rất nhiều việc nhưng đã tận tình giúp đỡ, đóng góp những ý kiến
q báu , hướng dẫn, động viên và nhắc nhở em hoàn thành tốt luận

văn này.
Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn bè và
người thân xung quanh đã động viên, giúp đỡ em rất nhiều trong q
trình học tập.
Kính chúc sức khoẻ q thầy cô và các bạn.

TP.HCM, tháng 7 / 2011
Học viên
NGUYỄN QUỐC AN


MỤC LỤC
Chương 1: Giới thiệu đề tài
1.1 Khai triển ý tưởng đề tài nghiên cứu ..............................................1
1.2 Giới thiệu sơ lược về cấu tạo hệ thống máy phát gió ......................3
1.3 Máy phát điện gió nguồn kép DFIG .................................................4
1.4 Tính cấp thiết của đề tài..................................................................5
1.5 Nhiệm vụ và mục tiêu của luận văn ................................................5
1.6 Phạm vi nghiên cứu luận văn ..........................................................5
1.7 Ý nghĩa thực tiển của luận văn ........................................................6
1.8 Bố cục luận văn ...............................................................................6
1.9 Các cơng trình nghiên cứu có liên quan ..........................................7
Chương 2: Cơ Sở Lý Thuyết Về Năng Lượng Gió
2.1 Tốc độ gió và mối quan hệ với cơng suất .......................................9
2.2 Cơng suất lấy ra từ gió ....................................................................9
2.3 Diện tích vùng cánh quạt qt qua .................................................10
2.4 Mật độ khơng khí ............................................................................10
2.5 Sự phân bố tốc độ gió .....................................................................10
2.5.1 Hàm phân bố tốc độ gió Weibull .......................................11
2.5.2 Tốc độ trung bình ...............................................................11

2.5.3 Nghiệm thực của bậc 3 tốc độ trung bình ..........................12
2.5.4 Phân bố năng lượng ...........................................................12
2.5.5 Ảnh hưởng của độ cao .......................................................12
2.6 Sự chuyển đổi năng lượng gió và hiệu suất của rotor .....................12
2.7 Đường cong cơng suất turbine gió ..................................................16
2.8 Tầm quan trọng của việc thay đổi tốc độ máy phát ........................17
2.9 Các kỹ thuật máy phát gió ...............................................................17
2.9.1 Máy phát cảm ứng lồng sóc ...............................................18
2.9.2 Máy phát đồng bộ tốc độ biến đổi .....................................19
2.9.3 Máy phát cảm ứng nguồn kép DFIG với turbine tốc độ
thay đổi.......................................................................................20


Chương 3: Vấn Đề Điều Khiển Công Suất P và Q Trong Máy Phát Điện Gió
DFIG
3.1 Sơ đồ tương đương DFIG ở chế độ xác lập .....................................22
3.2 Phân bố công suất trong máy phát gió DFIG ...................................22
3.3 Điều khiển, vận hành turbine gió DFIG ............................................23
3.4 Điều khiển cơng suất turbine gió.....................................................25
3.4.1 Điều khiển tối ưu cơng suất ...............................................25
3.4.2 Điều khiển công suất máy phát bám công suất đỉnh ..........26
Chương 4: Mơ Hình Máy Phát Điện Gió DFIG
4.1 Mơ hình Turbine gió........................................................................28
a. Mơ hình về điện ......................................................................28
b. Mơ hình về cơ .........................................................................29
c. Mơ hình khí động lực ..............................................................30
4.2 Mơ hình tốn học DFIG ...................................................................30
4.2.1 Mơ hình tốn học DFIG trong hệ trục tọa độ tĩnh ..............30
4.2.2 Mơ hình tốn học DFIG trong hệ trục tọa độ đồng bộ dq...34
4.3 Điều khiển định hướng cơng suất máy phát gió DFIG .....................36

4.4 Tính tốn giá trị điều khiển cho dịng điện stator ............................38
Chương 5: Thuật Tốn Điều Khiển Cơng Suất Cực Đại Cho Turbine Gió DFIG
(MPPT)
5.1 Giới thiệu thuật tốn ......................................................................40
5.2 Thuật tốn Hill Climb Search (HSC) .................................................41
5.3 Bộ nhớ đáp ứng ..............................................................................42
5.4 Cấu trúc thuật toán .........................................................................43
5.5 Thực thi giải thuật ...........................................................................45
a. Vịng lặp dị tìm thay đổi (CDL)................................................46
b.Vịng lập điều chỉnh điểm hoạt động (OPAL) ...........................47
5.6 Điều chỉnh Hill Climb Search (HSC) ..................................................48
Chương 6: Mơ Phỏng Các Mơ Hình Máy Phát Điện DFIG Làm Việc Với Lưới
Điện
6.1 Giới thiệu ........................................................................................51
6.1.1 Các thành phần Pscad ........................................................51


6.1.2 Cơ sở lý thuyết ..................................................................53
6.1.3 Trình tự thực hiện mô phỏng .............................................57
6.2 Mạch mô phỏng ..............................................................................58
6.2.1 Mô phỏng và phân tích cơng suất tạo ra với tốc độ gió
khơng đổi (13m/s) và tải cố định ................................................58
6.2.2 Dùng bộ biến đổi AC/DC/AC...............................................66
6.2.3 Tác động của turbin gió lên lưới điện phân phối trong
trường hợp có sự cố trên lưới điện ............................................80
6.2.4 Mơ phỏng và phân tích cơng suất tạo ra với tốc độ gió
thay đổi và điểu khiển góc pitch động .......................................86
6.2.5 Sự khác biệt giữa 2 loại điều khiển góc pitch động và thụ
động ..........................................................................................92
6.2.6 Mơ hình trang trại gió (wind farm) và tác động của

trang trại gió kết nối trên mạng lưới phân phối .........................97
Chương 7: Kết Luận
7.1 Kết luận ...........................................................................................113
7.2 Hướng phát triển của đề tài ............................................................114
Tài liệu tham khảo..........................................................................................115


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Khai Triển ý Tưởng Đề tài Nghiên Cứu:
- Yêu cầu thực tế:
Nói năng lượng, là nói đến điện, than đá và đặc biệt là dầu và các sản phẩm từ mỏ
dầu. Cho đến nay, phần lớn các nguồn năng lượng mà chúng ta đang sử dụng bắt nguồn từ
năng lượng hóa thạch, loại năng lượng dưới dạng tài nguyên, đào lên rồi sử dụng. Mọi
chuyện có thể nào như thế mãi? Câu trả lời là khơng!
- Người ta cho rằng cịn có thể khai thác dầu trong 40 năm nữa. Số năm có thể khai
thác này được tính bằng cách chia trữ lượng đã biết cho sản lượng khai thác hàng năm hiện
nay.
Trữ lượng dầu là hữu hạn và nếu lượng tiêu thụ dầu của thế giới trong thời gian tới
vẫn tăng thì dần dần chúng ta sẽ phải phụ thuộc vào giá dầu cao.
Khi giá cả thị trường tăng lên,việc ứng dụng kỹ thuật khai thác tiên tiến hơn để lấy
được dầu từ những địa tầng sâu hơn được đẩy mạnh và như vậy trữ lượng đầu có khả năng
khai thác cũng sẽ tăng lên. Nhưng nếu khai thác đến một nữa trữ lượng của mỗi mỏ thì dù trữ
lượng cịn đó cũng sẽ dẫn đến suy giảm năng suất và có thể chuyển sang sụt giảm sản lượng
Do vậy, sản lượng dầu chất lượng tốt trên toàn thế giới sẽ chuyển sang khuynh hướng
giảm trong một thời kỳ sớm hơn so với số năm có thể khai thác, làm giảm khả năng duy trì
sản lượng theo nhu cầu
- Năng lượng truyền thống, rẻ hay không rẻ?
Năng lượng tự nhiên, mà đại diện của nó là dầu mỏ, than đá… hiện nay được đánh

giá là rẻ hơn các loại năng lượng tái tạo. Phần lớn các nhà đầu tư, các doanh nghiệp đều cho
rằng suất đầu tư và và giá điện sản xuất từ gió và mặt trời khá cao, khó cạnh tranh với điện
truyền thống (nhiệt điện và thủy điện) hiện nay.

Hình 1.1: Các nguồn năng lượng sản xuất điện năng.

Trang 1


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Suất đầu tư cho nhà máy điện từ than xấp xỉ 1 triệu USD/MW trong khi điện gió cao
gấp 1,2-1,7 lần, điện nguyên tử cao gấp 3-3,5 lần so với nhiệt điện. Ngoài ra, giá thành của
điện gió, điện mặt trời cũng đều cao hơn so với thủy điện, nhiệt điện…
Tuy nhiên, dưới cái nhìn của mơi trường bền vững, một số nhà kinh tế cho rằng khi
so sánh các loại năng lượng này, nhiều người đã “bỏ quên” nhiều yếu tố chi phí chưa được
tính đủ như: sản xuất điện từ than gây ô nhiễm lớn ảnh hưởng đến sức khỏe và mất nhiều
kinh phí để khắc phục ô nhiễm (1 nhà máy điện từ than công suất 1.000 MW, mỗi năm phải
thải 6 triệu tấn CO2, 44 ngàn tấn SO2, 22 ngàn tấn NOx và nửa triệu tấn thải rắn). Trong khi
đó, khi sử dụng năng lượng sạch tái tạo được sẽ giảm khí nhà kính. Chúng ta có thể “bán mơi
trường sinh thái” thu về nhiều triệu USD, giảm bớt sự chênh lệch chi phí giữa hai loại năng
lượng.
Tuy nhiên, cách tính này ít được áp dụng vào thực tế, vì nhiều quốc gia trên thế giới
khơng tính các loại phí “mơi trường” vào sản xuất năng lượng. Theo một số chuyên gia, thực
tế giá thành sản xuất than và điện hiện nay cao hơn giá bán, nếu tính đủ các chi phí ngành
điện không thể thu hồi được vốn để tái đầu tư nên vẫn cần Nhà nước bao cấp để bảo đảm
điện năng cho tiêu dùng xã hội. Hiện nay, ngành năng lượng được ưu đãi lớn, chỉ phải nộp
thuế môi trường, hạch tốn mơi trường vào giá thành. Một số chun gia cho rằng, nếu tính
đủ thuế sử dụng tài nguyên, thuế mơi trường, tính đủ các yếu tố chi phí hạch toán vào giá
thành, cắt bỏ các ưu đãi bao cấp của Nhà nước trong hạch tốn kinh doanh thì ngay cả các

năng lượng truyền thống như nhiệt điện, thủy điện chưa chắc đã rẻ hơn việc phát triển năng
lượng tái tạo, năng lượng mới.
- Năng lượng tái tạo:
Trong những năm gần đây, năng lượng gió đã trở thành một trong những nguồn năng
lượng tái tạo quan trọng nhất và là nguồn năng lượng có triển vọng, địi hỏi dung lượng
truyền dẫn bổ sung và các phương tiện tốt hơn cho việc duy trì độ tin cậy của hệ thống. Sự
phát triển của công nghệ liên quan đến hệ thống gió cơng nghiệp dẫn đến sự phát triển của
thế hệ các tuabin gió tốc độ thay đổi có lợi thế nhiều mặt so với các tuabin gió tốc độ cố định.
Các hệ thống chuyển đổi năng lượng gió được kết nối với lưới điện thông qua bộ chuyển đổi
nguồn điện áp (Voltage Source Converter-VSC) để biến tốc độ hoạt động tốt. Hệ thống
nghiên cứu ở đây là hệ thống máy phát gió tốc độ biến đổi dựa trên cảm ứng đôi (Doubly Fed
Induction Generator) (DFIG). Các stator của máy phát kết nối trực tiếp với lưới điện, trong
khi các cánh quạt được kết nối thông qua bộ chuyển đổi back-to-back .

Hình 1.3: Turbin gió tại Tây Ban Nha.
Trang 2


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Sự hiện diện của năng lượng gió sẽ là một đáp án rất khả thi cho cuộc khủng hoảng
năng lượng hóa thạch trong tương lai. Do đó việc nghiên cứu năng lượng gió là biện pháp rất
cần thiết nhằm hồn thiện hơn việc chuyển đó năng lượng gió thành điện.
Đối với nước ta là một nước có khí hậu nhiệt đới, với vị trí địa lý đặc trưng, phía
đơng là bờ biển kéo dài trên 300km, phía tây là dãi Trường Sơn với địa hình đồi núi cao. Vị
trí như vậy đã mạng lại nhiều thuận lợi để phát triển nguồi điện như: thủy điện, năng lượng
mặt trời, năng lượng điện gió.
1.2: Giới thiệu sơ lược về cấu tạo hệ thống máy phát gió:
Hệ thống máy phát gió thơng thường bao gồm các thành phần sau:
· Tháp (Tower)

· Cánh quạt (Blades)
· Trục cánh quạt (Hub)
· Hệ thống hãm (Brake)
· Bộ điều khiển (controller)
· Hệ thống bánh răng chuyển đổi tốc độ (Gear box)
· Các trục truyền động ( low-speed shaft và high-speed shaft)
· Máy phát điện (Generator)
· Hệ thống điều chỉnh hướng (Yaw drive)
· Động cơ điều chỉnh hướng (Yaw motor)
· Bộ đo hướng gió (Anemometer)
· Vỏ turbine (Nacelle)

Hình 1.4: Cấu tạo chung của một turbine gió
Trang 3


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

1.3 Máy phát điện gió nguồn kép DFIG:
Hệ thống biến đổi năng lượng gió bao gồm 2 phần chính là turbine gió để nhận năng
lượng gió đi qua và máy phát biến đổi năng lượng gió thành năng lượng điện. Hệ thống biến
đổi năng lượng có thể hoạt động ở tốc độ cố định hoặc tốc độ thay đổi. Việc sử dụng hệ
thống biến đổi năng lượng tốc độ thay đổi có nhiều ưu điểm so với tốc độ cố định, trong đó
nổi bật nhất là phạm vi thay đổi tốc độ rộng cho phép điều khiển tối ưu cơng suất nhận được
từ gió, điều khiển cơng suất phản kháng và công suất tác dụng, giảm ứng lực tác động lên kết
cấu cơ khí có sự thay đổi tốc độ gió độ ngột.
Máy phát điện gió nguồn kép DFIG là hệ thống biến đổi năng lượng gió tốc độ thay
đổi, stator được kết nối trực tiếp với lưới điện trong khi rotor nối thông qua bộ biến đổi công
suất, máy phát được điều khiển bởi thiết bị điện tử công suất đặt bên trong rotor. Ưu điểm nổi
bật khi sử dụng DFIG là thiết bị điện tử công suất chỉ biến đổi một tỉ lệ 20-30% tổng cơng

suất phát. Có nghĩa là giảm được chi phí đầu tư do sử dụng bộ biến đổi cơng suất có định
mức nhỏ hơn và giảm được tổn hao trong linh kiện điện tử cơng suất so với cấu hình phải
biến đổi tồn bộ cơng suất phát như hệ thống biến đổi năng lượng gió sử dụng máy phát đồng
bộ.
Xét về chất lượng điện năng, vì hệ thống máy phát nguồn kép DFIG, kết nối trực tiếp
với lưới điện, có khả năng điều khiển tiêu thụ hoặc phát công suất phản kháng giữ ổn định
điện áp cho lưới điện trong ngưỡng cho phép, góp phần nâng cao chất lượng điện năng và độ
tin cậy của hệ thống điện. Điều này có ý nghĩa quan trong hơn khi hệ thống kết nối với lưới
điện yếu thơng qua đường dây dài.
Xét về khía cạnh kinh tế, thiết kế và vận hành hệ thống máy phát gió cần phải đạt chỉ
tiêu về sản lượng điện hàng năm, nên cần tối ưu về công suất nhận được từ gió. Như vậy,để
thoả mãn đồng thời cả hai mục và công suất phản kháng để vừa thực hiện được mục tiệu tối
ưu năng lượng nhận được từ giị,đồng thời duy trì hệ số cơng suất ở mức cao theo mong
muốn bất chấp các điều kiện vận hành cơng suất thực.
Hệ thống biến đổi năng lượng gió của máy phát gió nguồn kép DFIG cho ta khả năng
điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng đầu cực stator máy phát
thông qua bộ biến đổi cơng suất được đặt bên phía rotor. Do bản chất phi tuyến, điều khiển
đối tượng DFIG phức tạp hơn nhiều so với điều khiển động cơ không đồng bộ thông thường.
Để điều khiển DFIG, thông thường hệ thống được định hướng từ trường theo vector điện áp
lưới hoặc từ thơng stator nhằm phân tích tính phi tuyến như được sử dụng trong các sơ đồ
điều khiển hệ thống phi tuyến.
Với các ưu điểm trên, máy phát nguồn kép DFIG được xem làm giải pháp cho các hệ
thống biến đổi năng lượng gió tốc độ thay đổi. Ngày nay, máy phát gió nguồn kép DFIG
được sử dụng rất phổ biến trong ngành cơng nghiệp biến đổi năng lượng gió cho các turbine
lớn với công suất lắp đặt lên đến 5MW.
Ngày nay với sự phát triển không ngừng của công nghệ máy tính, con người đã làm
ra những phần mềm mơ phỏng như Atp, Pscad, Emtp, Matlab,Psim… Để hổ trợ mô phỏng và
Trang 4

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

tính tốn những bài tốn về phương pháp số một cách nhanh chóng với độ chính xác cao.
Chính vì những lý do trên mà đề tài “Khảo sát nghiên cứu mơ hình máy phát gió DFIG làm
việc với lưới điện và vấn đề điều khiển công suất P và Q” đươc hình thành.
1.4 Tính cấp thiết của đề tài:
Việc sử dụng hệ thống biến đổi năng lượng gió DFIG có nhiều ưu điểm so với các hệ
thống biến đổi năng lượng khác cả về khía cạnh chất lượng điện năng lẫn khía cạnh kinh tế.
Khi sử dụng năng lượng gió hiệu quả ta có thể :
- Tiết kiệm nhiên liệu sản xuất điện năng như dầu ,than đá v.v..
- Có khả năng thay thế nhanh.
- Giảm các chất thải độc hại từ các cơng trình năng lượng vào mơi trường xung
quanh.
- Nếu nhìn ra thế giới thì việc phát triển điện gió đang là một xu thế lớn, thể hiện
ở mức tăng trưởng cao nhất so với các nguồn năng lượng khác. Khác với điện hạt
nhân vốn cần một quy trình kỹ thuật và giám sát hết sức nghiêm ngặt, việc xây lắp
điện gió khơng địi hỏi quy trình khắt khe đó. Với kinh nghiệm phát triển điện gió
thành cơng của Ấn Độ, Trung Quốc và Philippin, và với những lợi thế về mặt địa lý
của Việt Nam, chúng ta hồn tồn có thể phát triển năng lượng điện gió để đóng góp
vào sự phát triển chung của nền kinh tế.
1.5 Nhiệm vụ và mục tiêu của luận văn:
Với những tiềm năng như trên nên nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của luận văn là:
- Mô tả ba loại chính khác nhau của cơng nghệ máy phát điện gió
- Giới thiệu về các phương trình chuyển đổi năng lượng trong hệ thống phát điện gió
- Nghiên cứu các mơ hình máy phát đồng bộ nguồn kép DFIG và vấn đề điều khiển
công suất P và Q
- Sử dụng phần mềm Pscad/Emtp để mô phỏng sơ đồ hệ thống phát điện gió nguồn
kép DFIG kết nối với lưới điện dưới các điều kiện khác nhau.
- Nghiên cứu tác động của sự gia tăng cấp độ công suất gió và ảnh hưởng của máy
phát điện gió DFIG lên ổn định mạng khi thực hiện

- Đề xuất cách tốt nhất đối phó với sự mất ổn định gây ra bởi sự tích hợp của máy
phát điện gió.
1.6 Phạm vi nghiên cứu của luận văn:
- Báo cáo chỉ tập trung trên những sự nghiên cứu nhất thời. Ngoài ra các mơ hình sử
dụng trong mơ phỏng là phiên bản đơn giản hóa của các mơ hình máy thực tế
- Lịch sử phát triển và hiện trạng sử dụng năng lượng điện gió ở một số quốc gia trên
thế giới
- Mơ tả cấu tạo hệ thống phát điện gió và mơ hình máy phát gió DFIG.

Trang 5


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

- Giới thiệu về sự chuyển đổi năng lượng và các phương trình cơ bản trong hệ thống
phát điện gió.
- Ứng dụng phần mềm Pscad để mơ phỏng một số dạng turbine gió
1.7 Ý nghĩa thực tiển của luận văn:
Năng lượng gió hiện nay có mức độ ngày càng phát triển , dự kiến đến năm
2020 sẽ có 12% năng lượng trên thế giới được cung cấp từ năng lượng gió.
Máy phát nguồn kép DFIG được xem làm giải pháp cho các hệ thống biến đổi
năng lượng gió tốc độ thay đổi. Ngày nay, máy phát gió nguồn kép DFIG được sử dụng rất
phổ biến trong ngành cơng nghiệp biến đổi năng lượng gió
Năng lượng thay thế cho năng lượng hóa thạch cần phải phát triển và khai
thác để sử dụng.
Việt Nam là vùng có tiềm năng năng lượng gió chưa được điều tra đánh giá
đầy đủ. Có thể thấy rằng một số vùng thuộc các hải đảo và ven biển miền trung lại có tốc
độ gió khá cao,phù hơp với phát điện gió.
1.8 Bố cục luận văn:
Luận án này được tổ chức như sau:

-

Chương 1. Giới thiệu đề tài: giới thiệu luận án để cung cấp cho người đọc và làm
rõ các chủ đề nghiên cứu và tổ chức. Mô tả các bài đánh giá trên các nghiên cứu
đã được thực hiện trước đó và cung cấp một nền tảng các dựa trên kết quả và kết
luận của báo cáo

-

Chương 2. Cơ sở lý thuyết về năng lượng gió:Trình bày các phương trình năng
lượng gió, cơng suất nhận được và sự phân bố năng lượng của gió

-

Chương 3. Vấn đề điều khiển cơng suất P và Q trong máy phát gió DFIG: Nội
dung trình bày về sự phân bố công suất, điều khiển,vận hành và tối ưu công suất
trong máy phát nguồn kép DFIG.

-

Chương 4. Mô hình máy phát điện gió DFIG: Nội dung trình bày mơ hình,các
phương trình tốn học máy phát gió nguồn kép DFIG trong các hệ quy chiếu quay
và hệ quy chiếu cố định . Điều khiển định hướng máy phát gió DFIG.

-

Chương 5. Thuật tốn điều khiển cơng suất cực đại cho turbine gió DFIG (
Maximum Power Point Tracking- MPPT ) : Trình bày cấu trúc và thực thi giải
thuật của thuật toán điều khiển hệ thống hoạt động bám điểm công suất cực đại
MPPT sử dụng phương pháp HCS (Hill Climb Search)

-

Chương 6. Mơ phỏng các mơ hình máy phát điện DFIG làm việc với lưới
điện :Trình bày các kết quả mô phỏng cho các trường hợp nghiên cứu. Các kết
quả này được trình bày dưới đồ thị và bảng kết quả lưu lượng tải

Trang 6


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

-

Chương 7. Kết luận: Trình bày các kết luận đã được rút ra từ mô phỏng, so sánh
kết quả với lý thuyết được đưa ra.
1.9 Các Công Trình Nghiên Cứu Có Liên Quan:

Bài báo “Analysis, Modeling and Control of Doubly-Fed Induction
Generators for Wind Turbines” của tác giả Andreas Petersson nội dung đề cập đến:
Các mơ hình, phân tích và điều khiển máy phát điện turbine gió DFIG. Các phương
pháp điều khiển rotor hiện tại được nghiên cứu với mục tiêu loại bỏ ảnh hưởng của
lực điện trở lại (back electromotive force -EMF). Đáp ứng hệ thống turbine gió DFIG
với các rối loạn trên lưới, mơ phỏng và xác minh thực nghiệm.
“Modeling of Wind Turbine for Power System Studies” của tác giả Tomas
Petru nội dung đề cập đến : Chất lượng điện năng khi có máy phát turbine gió kết nối
với lưới điện và phân tích khi có sự cố trên lưới. Phản ứng của hệ thống turbine tốc
độ cố định và tốc độ thay đổi kết nối tới lưới điện , cấu trúc mơ hình đáp ứng với lưới
điện khi có sự cố.
“A Study Of Brushless Doubly-Fed (Induction) Machines” của tác giả Paul

Roberts , nội dung đề cập đến : mơ tả các phương trình lý thuyết và từ đó đưa ra kỹ
thuật điều khiển phi tuyến có sử dụng tín hiệu hồi tiếp để điều khiển máy phát DFIG.
“Stability Improvement of a Wind/Diesel System Using an Energy Storage
Unit” của tác giả Chung Der Chyuan , nội dung đề cập đến : phân tích và mơ phỏng
hệ thống máy phát gió/diesel dùng chương trình mơ phỏng Pscad/Emtdc . Phân tích
từng hệ thống máy phát riêng biệt sử dụng mơ hình tốn và mơ hình hóa chúng bằng
chương trình mơ phỏng. Phân tích ổn định động trong hệ thống turbine gió/diesel và
các kỹ thuật cải thiện ổn định hệ thống.
“Transient and Dynamic Stability on Wind Farms” của tác giả Aleksandar
Radovan Katancevic , nội dung đề cập đến : Sự ổn định tạm thời và ổn định động
trong các trang trại gió (wind farm) . Điều tra hiệu suất của mơ hình điển hình chi phí
thấp cho hai lại máy phát điện gió dựa trên các mơ hình chuẩn. Nghiên cứu phương
pháp để giữ cho chi phí dự án xuống thấp và để cung cấp các mơ hình nhà máy điện
tổng qt. Xem xét mơ hình điển hình của một trang trại gió điển hình bao gồm số
lượng lớn các đơn vị máy phát 2 MW kết nối với lưới điện thông qua đường truyền
duy nhất.
“Research On Graphical Modeling And Low Voltage Ride-Through Control
Strategies Of Doubly Fed Induction Wind Generator System” của tác giả Ling Feng ,
nội dung đề cập đến : mơ hình hóa và điều khiển turbine gió DFIG. Điều khiển vector
điện áp DFIG chống lại sự sụp đổ điện áp lưới. Cấu hình lại cho hệ thống máy phát
gió cơng suất cao.
“An Adaptive Control Algorithm For Maximum Power Point Tracking For
Wind Energy Conversion Systems” của tác giả Joanne Hui , nội dung đề cập đến : Đề
xuất thuật toán đáp ứng mới cho việc hiệu chỉnh công suất cực đại (Maximum Power
Point Tracking -MPPT) trong hệ thống năng lượng gió. Thuật tốn điều khiển được
đề xuất cho phép máy phát điều chỉnh điểm hoạt động công suất tối ưu dưới sự thay
đổi liên tục của gió. Thuật tốn khơng cần thơng tin về đặc tính cơ học turbine như là
đường cong hiệu suất công suất, đặc tính cơng suất hoặc đặc tính moment. Dùng tính
Trang 7

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

năng bộ nhớ để đáp ứng turbine gió bất kỳ (đáp ứng tốc độ gió đã lưu trong bộ nhớ)
và điều khiển tốc độ rotor tối ưu với tốc độ gió chưa hề xuất hiện dùng phương pháp
điều chỉnh Hill Climb Search (HSC). Mơ phỏng thuật tốn điều khiển hệ thống năng
lượng gió kết nối với lưới điện dùng phần mềm PSIM.

Trang 8


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG GIĨ:
2.1 Tốc độ gió và mối quan hệ với cơng suất:
Năng lượng gió là động năng của khơng khí chuyển động với vận tốc v. Khối lượng
đi qua một mặt phẳng hình trịn vng góc với chiều gió trong thời gian t là:

với ρ là tỷ trọng của khơng khí, V là thể tích khối lương khơng khí đi qua mặt cắt ngang hình
trịn diện tích A, bán kinh r trong thời gian t. Điều đáng chú ý là cơng suất gió tăng theo lũy
thừa 3 của vận tốc gió và vì thế vận tốc gió là một trong những yếu tố quyết định khi muốn
sử dụng năng lượng gió.
Động năng của khối lượng m khơng khí di chuyển với vận tốc v cho bởi:
En = m v2
Công suất luồng khơng khí di chuyển qua một diện tích A như sau:
P=

(ρAv)v2 = ρAv3 (W)

P : công suất cơ của luồng khơng khí chuyển động

ρ : mật độ khơng khí (kg / m3 )
A: Diện tích vùng cánh quạt của turbine qt qua (m2)
V: vận tốc của khơng khí (m/s)
Mật độ cơng suất do gió tạo ra:
P = ρAv3 (W/m2)
2.2 Cơng suất lấy ra từ gió:
Cơng suất nhận bởi cánh quạt roto là sự chênh lệch giữa hướng ngược và xi của nguồn
năng lượng gió:
P0 = ρAv3 Cp
Cp =
Trong đó:
P0 : cơng suất cơ nhận được từ roto
V: vận tốc ở ngõ vào cánh quạt roto
Trang 9


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

V0 : vận tốc ở ngõ ra cánh quạt roto
Xét về lý thuyết thì giá trị của Cp lớn nhất là 0,59
2.3 Diện tích vùng cánh quạt quét qua:
Đối với turbine gió truc ngang vùng này được tính:
A = D2

Do đó cơng suất phát của turbine gió thay đổi nhiều nếu vùng diện tích này thay đổi hay
chiều dài cánh quạt thay đổi.
2.4 Mật độ khơng khí:
Cơng suất gió biến thiên tuyến tính với mật độ khơng khí ở vùng cánh quạt qt qua. Mật độ
khơng khí ρ thay đổi theo áp suất và nhiệt độ phù hợp với quy luật khí như sau:
Ρ=

Trong đó

P : áp suất khơng khí
T : nhiệt độ khơng khí tại nơi cần xác định
R : hằng số khí

Mật độ khơng khí bình thường , áp suất 1 atm , 600F là 1,225 kg/m3 . Nhiệt độ và áp suất
thay đổi nhiều theo độ cao và được xác định theo phương trình sau:
ρ = ρ0
hay cũng có thể viết ρ = ρ0 – 1,194.10-4 Hm
Phương trình này đúng cho độ cao đến 6000m so với mực nước biển. Trong đó Hm là độ cao
cần xác định
Sự khác nhau về nhiệt độ cũng cho bởi công thức:
T = 15,5

0

C

2.5 Sự phân bố tốc độ gió:
Tốc độ gió có quan hệ tỉ lệ bậc 3 với cơng suất nên nó phải được đánh giá đúng mức
ở những vùng có tiềm năng , gió phụ thuộc vào thời tiết, vùng biển hay đất liền và độ cao so
với mặt nước biển do đó gió ln bất thường, khơng điều đặn. Tốc độ gió thay đổi theo từng
phút, giờ, ngày, mùa và năm. Nên tốc độ trung bình phải xác định trong 10 năm hoặc hơn
thế, việc xác định trong thời gian dài nhằm mục đích tăng độ tin cậy cho mức độ năng lượng
Trang 10


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

nơi cần xác định. Tuy nhiên việc đo đạc trong thời gian dài tỏ ra tốn kém mà có những cơng
việc khơng thể chờ đợi thời gian dài được. Ta có thể thực hiện việc đo đạc này trong 1 năm
và so sánh kết quả với nơi gần nhất đã được khảo sát trong thời gian dài. Việc đo đạc như
vậy được gọi là kỹ thuật “measure, correlate and predict (mcp)”
Sự thay đổi vận tốc gió thường được mô tả bởi hàm mật độ xác suất. Một trong những
hàm mật độ xác suất được sử dụng phổ biến nhất để mơ tả vận tốc gió là hàm Weibull.
2.5.1 Hàm phân bố tốc độ gió Weibull:
Sự khác nhau của tốc độ gió được miêu tả tốt nhất ở hàm khả năng phân bố. Weibull
‘h’ với 2 tham số, tham số hình dạng ‘k’ và tham số ‘c’, hàm khả năng được miêu tả theo
phương trình sau:
h(v) =
Trong đó k > 0, c > 0 lần lượt là hệ số dạng và hệ số tỷ lệ.Chỉ số k xác định hình dạng
của đường cong (xem hình dưới), với giá trị k cao hơn cho cho ta một phân phối tần số hẹp
hơn với ít giá trị tiêu cực. Giá trị của k thường nằm trong khoảng 1.5 – 3.0. Giá trị C xác định
độ lớn của đường cong và thường có giá trị xấp xỉ v 0.9. Các thơng số trong phương trình
được bắt nguồn bởi các đường cong phù hợp với dữ liệu tốc độ gió được tạo ra bởi mơ hình.

Hình 2.1: Hàm phân bố tốc độ gió Weibull với trị số k từ 1.5

3.5

2.5.2 Tốc độ trung bình:
Dạng tốc độ gió được xác định với tốc độ tại điểm tập trung hàm phân bố, ở dạng tốc
độ này gió thổi hầu hết thời gian. Tốc độ gió trung bình được xác định:
Vmean =

Trang 11


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Cho phân bố Rayleigh tốc độ trung bình xấp sỉ được tính như sau:
Vmean = 0,9 . c
2.5.3 Nghiệm thực của bậc 3 tốc độ trung bình:
Cơng suất gió tỉ lệ bậc 3 với tốc độ và năng lượng tập hợp cả năm tích phân của
h.v .dv cho nên nghiệm thực của bậc 3 tốc độ được xác định như sau:
3

Vrmc =
Tốc độ rmc được dùng cho việc tính nhanh trữ lượng năng lượng hàng năm của một
vùng và năng lượng trung bình hàng năm được tính:
Prmc = 0,25ρ

W/m2

2.5.4 Phân bố năng lượng:
Hàm phân bố năng lượng được xác định như sau:
e = [số KWh đóng góp trong năm với tốc độ gió từ v đến v + v]/ v
Hình vẽ bên dưới là dạng phân bố tốc độ rayleigh. Đường cong tốc độ gió ở kiểu
5,5m/s và tốc độ trung bình là 6,35m/s. Do quan hệ tỉ lệ bậc 3 với tốc độ, năng lượng lớn
nhất có thể đóng góp được ở tốc độ 9,45m/s, nếu cao hơn tốc độ này mặc dù v3 tiếp tục tăng
ở dạng bậc 3 nhưng số giờ ở tốc độ này giảm nhanh hơn v3 kết quả là năng lượng đóng góp
hàng năm giảm. Điều này tạo ra lợi thế cho việc thiết kế hệ thống năng lượng điện gió hoạt
động với tốc độ khác nhau ở cấp độ có thể lấy được năng lượng cực đại trong thời điểm tốc
độ gió cao.

Hình 2.2a.

Trang 12

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Hình 2.2b.
2.5.5 Ảnh hưởng của độ cao:
Khi di chuyển cao lên so với mặt đất thì tốc độ gió cũng tăng lên theo độ cao theo
biểu thức sau:

Trong đó:

v1 : tốc độ gió đo được ở độ cao h1
v2 : tốc độ gió đo được ở độ cao h2
: hệ số ma sát mặt đất. Giá trị

là giá trị phụ thuộc vào địa hình. Hệ số ma

sát là thấp ở những vùng bằng phẳng và cao ở những nơi gồ ghề.
2.6 Sự chuyển đổi năng lượng gió và hiệu suất của rotor:
Công suất cơ (hay năng lượng thực tế) lấy được từ gió PR bởi cánh quạt turbine bằng
sự chênh lệch giữa động năng tích trữ trong gió vùng trước cánh quạt có vận tốc v với động
năng của gió ở sau cánh quạt có vận tốc vd :
Pcơ = PR =
Với Cp được gọi là hiệu suất của cánh quạt turbine (hay cũng là hiệu suất rotor)
Cp =
trong đó

=

là tỉ số tốc độ gió sau cánh quạt với tốc độ gió đi vào cánh quạt.

Để tìm hệ số công suất lớn nhất ta lấy đạo hàm Cp theo

và cho đạo hàm này bằng 0

=

Trang 13


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Hệ số công suất cực đại Cpmax =
Giá trị lý thuyết Cpmax chỉ ra rằng turbine không thể lấy nhiều hơn 59,3% năng lượng từ gió,
đây cịn được biết đến như là giới hạn Betz. Đường cong hiệu suất rotor được cho ở hình bên
dưới:

Hình 2.3: đường cong hiệu suất rotor lý thuyết.
Ở công thức trên ta tìm được Cpmax , giới hạn cơng suất có thể nhận được nhưng công thức
này chưa nêu ra được mối quan hệ giữa hiệu suất rotor với cấu trúc hình học của từng loại
turbine cụ thể cũng như mối quan hệ giữa hiệu suất rotor với tốc độ quay của máy phát.
Nhận xét: nếu rotor quay q chậm thì gió sẽ dễ dàng đi xuyên qua mà không tác
động nhiều lên cánh quạt. Ngược lại nếu rotor quay quá nhanh thì cánh quạt sẽ giống như
một bức tường chắn và vận tốc gió phía sau cánh quạt gần như bằng 0, hệ quả là hiệu suất
rotor gần bằng 0. Như vậy với một vận tốc gió cho trước thị hiệu suất rotor còn phụ thuộc
vào tốc độ máy phát.
Hiệu suất rotor được biễu diễn theo tỉ số

(Tip Speed Ratio), là tỉ lệ giữa vận tốc tiếp

tuyến của đỉnh cánh quạt và vận tốc gió thổi theo hướng vng góc với mặt phẳng của cánh

quạt.

với

là tốc độ quay của turbine [rad/s] và Rb là bán kính của cánh quạt gió [m]

Trang 14


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Hình 2.4: cơng suất đầu ra phụ thuộc vào tốc độ turbine rotor và tốc độ gió.

Hình 2.5: Góc pitch của cánh quạt gió.
Hiệu suất rotor khơng chỉ phụ thuộc vào
của cánh quạt gió

mà cịn phụ thuộc vào góc pitch

[rad] xoay quanh trục của chính nó, bởi vì hầu hết các hệ thống chuyển

đổi năng lượng gió có trang bị thiết bị điều khiển góc pitch như hình trên. Cp là một hàm phi
tuyến và khá phức tạp, nhà chế tạo thường cho giá trị Cp đối với turbine như là hàm của và
góc . Cơng thức gần đúng tính tốn đường cong hiệu suất rotor như sau:
Cp( , ) = 0,22(
Giá trị

i

)

được cho bởi biểu thức:

Trang 15


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Hình 2.6: Đường cong hiệu suất rotor Cp (

)

Điều khiển công suất thực: công suất được điều khiển để đi theo đường đặc
tuyến công suất - tốc độ đã định trước ABCD.
2.7 Đường cong công suất turbine gió:
Một trong những thơng sồ kỹ thuật quan trọng nhất đối với từng loại turbine gió chính
là đường cong cơng suất, thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ gió và công suất đầu ra thường
được gọi là đường cong cơng suất lý tưởng và được biểu diễn như hình sau:

Trang 16


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Hình 2.7: đường cong cơng suất lý tưởng của turbine gió.
- Vận tốc gió cut-in (Vc) : là vận tốc gió tối thiểu cần có để thắng ma sát và tạo ra
cơng suất
- Vận tốc gió định mức (VR): Công suất đầu ra tăng theo lũy thừa bậc 3 của vận tốc
gió khi vận tốc gió tăng lên. Khi vận tốc gió đạt đến giá trị VR , công suất đầu ra bằng công
suất định mức đã thiết kế. Khi tốc độ gió lớn hơn VR thì cần phải điều chỉnh để hệ thống

turbine lượt bớt công suất nhằm tránh quá tải cho máy phát.
- Vận tốc gió cut-out (VF): khi tốc độ gió tiếp tục tăng và đạt đến ngưỡng VF thì hệ
thống turbine cần phải được ngưng hoạt động để bảo vệ máy phát và các cấu trúc cơ khí
khác, trong trường hợp này cơng suất phát ra bằng 0.
- Điều khiển góc pitch là phương pháp phổ biến nhất để điều khiển công suất cơ tạo
ra bởi turbine bằng cách thay đổi góc quay của canh quạt quanh trục của nó. Hầu hết các
turbine gió tốc độ thay đổi được trang bị bộ điều khiển góc pitch.
- Khi vận tốc gió lớn cần phải hạn chế công suất đưa vào turbine để giới hạn công
suất cơ bằng công suất định mức . Khi vận tốc gió dưới tốc độ định mức, turbine cần sản sinh
ra cơng suất lớn nhất có thể bằng cách điều khiển góc pitch để cực đại hóa năng lượng nhận
được
2.8 Tầm quan trọng của việc thay đổi tốc độ máy phát:
Hiệu suất rotor đạt giá trị cực đại ở mỗi trị số

nhất định phụ thuộc vào thiết kế động

học của từng loại turbine. Vì lý do kinh tế, thiết kế và vận hành hệ thống biến đổi năng lượng
gió cần đạt được sản lượng điện hàng năm tối đa. Để làm được như vậy, trong vận hành cần
phải liên tục thay đổi tốc độ rotor theo từng tốc độ gió để cho luôn bằng với giá trị yêu cần
tạo ra Cp max.
Theo lý thuyết cũng như vận hành thực tế cho thấy khi làm việc với rotor được điều
chỉnh tốc độ theo sự thay đổi của tốc độ gió để bám những điểm công suất cực đại sẽ đạt
nhiều hơn 20% đến 30% sản lượng điện năng so với vận hành với tốc độ cố định.
2.9 Các Kỹ Thuật Máy Phát Gió:
Turbine gió có thể vận hành ở tốc độ cố định (thường trong pham vi thay đổi 1% so
với tốc độ đồng bộ ) hoặc tốc độ thay đổi.
Đối với turbine gió tốc độ cố định, hệ thống máy phát được nối trực tiếp với lưới
điện, vì tốc độ làm việc được cố định theo tần số lưới nên hầu như khơng thể điều khiển và
do đó khơng có khả năng hấp thu cơng suất khi có sự dao động tốc độ gió, dẫn đến khi tốc độ
gió có sự dao động sẽ gây nên dao động công suất và làm ảnh hưởng đến chất lượng điện

năng của lưới điện.
Đối với turbine gió tốc độ thay đổi, vận tốc máy phát được điều khiển bởi thiết bị
điện tử công suất, do đó sự dao động cơng suất khi có sự thay đổi tốc độ gió có thể được hấp
Trang 17


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

thu bằng cách hiệu chỉnh tốc độ làm việc của rotor và sự dao động công suất gây nên bởi hệ
thống chuyển đổi năng lượng gió vì thế có thể được hạn chế. Như vậy chất lượng điện năng
do ảnh hưởng bởi turbine gió tốc độ thay đổi được cải thiện hơn so với turbine gió tốc độ cố
định.
Các kỹ thuật máy phát gió thường được sử dụng gồm:
- Máy phát cảm ứng lồng sóc (Turbine gió tốc độ cố định với máy phát không đồng
bộ)
- Máy phát đồng bộ tốc độ biến đổi (Turbine gió tốc độ thay đổi với máy phát đồng
bộ)
- Máy phát cảm ứng nguồn kép với Turbin gió tốc độ thay đổi (DFIG) (Turbine
gió tốc độ thay đổi với máy phát khơng đồng bộ cấp nguồn từ hai phía)
2.9.1 Máy phát cảm ứng lồng sóc (Squirrel Cage Induction Generator ) (SCIG)
Trước đây được gọi là máy phát tốc độ cố định hoặc tốc độ khơng đổi, tua bin gió tốc
độ cố định bao gồm một máy phát điện lưới trực tiếp cùng cảm ứng lồng sóc . Rotor turbin
gió được ghép thành đôi đối với máy phát qua một hộp số. Trong đa số những turbin tự nhiên
này, công suất nhận từ gió bị giới hạn bởi hiệu ứng stall trong thời gian tốc độ gió cao .
Rotor được thiết kế theo cách giảm tác động khí động học khi tốc độ gió cao, do đó ngăn
ngừa cơng suất cơ nhận được từ gió trở nên quá lớn . Hiệu ứng stall giảm thiểu việc sử dụng
các hệ thống điều khiển tích cực . Như đã đề cập trước , turbine gió tốc độ cố định không sử
dụng bất kỳ bộ biến đổi nào, nó được kết nối trực tiếp vào lưới thông qua 2 cuộn dây biến áp
khi điện áp DG thường thấp hơn nhiều so với điệp áp lưới. Khi máy phát tốc độ cố định cảm
ứng hơn,người ta hướng tới sự tiêu thụ công suất cảm kháng cao và cuối cùng hạ thấp điện áp

đầu cuối. Điều này thường được bù trừ bởi các tụ điện bằng cách kết nối đến rotor trước khi
kết nối với mạng lưới . Sơ đồ khối của tốc độ cố định và sự kết nối vào mạng lưới được hiển
thị trong hình dưới.

Hình 2.8 : sơ đồ máy phát cảm ứng lồng sóc

Trang 18


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

2.9.2 Máy phát đồng bộ tốc độ biến đổi (variable speed synchronous generator):
- Bao gồm 2 loại chính : Máy phát đồng bộ điều khiển trực tiếp (DDSG) (directdriven synchronous generator) và Máy phát đồng bộ điều khiển qua bộ biến tần (CDSG)
(Converter driven synchronous generator)
Máy phát đồng bộ có thể được điều khiển trực tiếp hay bộ biến tần điều khiển, trong
đó sau này hộp số kết nối máy phát đồng bộ thông qua bộ biến tần tới lưới điện.Loại turbine
gió này thường được gọi là máy phát đồng bộ đa cực (multipole synchronous generator ) với
sự ghép nối AC/DC/AC .
Điều khiển trực tiếp máy phát gió có thể dùng cuộn dây rotor hoặc được kích thích
dùng nam châm vĩnh cửu . Nó được ghép vào lưới thông qua bộ biến tần nguồn áp hồi tiếp
(back-to-back voltage source converter) hoặc 1 diode chỉnh lưu và bộ biến tần áp. Máy phát
đồng bộ là máy phát đa cực tốc độ thấp;do đó khơng cần thiết có hộp số (gear box). Tương tự
như ở doubly-fed, công suất thu được từ gió bị giới hạn bởi khoảng cách giữa cánh rotor ở
tốc độ gió cao .Cho việc biến đổi tốc độ, máy phát đồng bộ phải được kết nối tới lưới thông
qua bộ chuyển đổi tần số. Máy phát được kết nối tới một mạch DC trung gian bởi diode
chỉnh lưu .Bộ biến tần PWM được kết nối với mạng thơng qua 1 bộ lọc. Mức độ của sóng hài
trong điện áp tại điểm kết nối là rất thấp . Đây loại máy phát điện mà là hoàn toàn tách rời từ
mạng bộ biến đổi điện, cho phép các turbine gió nhanh chóng khơi phục hoạt động bình
thường và thậm chí hỗ trợ phục hồi điện áp bằng cách tạm thời giảm bớt cơng suất tích cực
để tạo thêm công suất phản kháng .

Sơ đồ máy phát đồng bộ điều khiển trực tiếp (DDSG) được trình bày ở Hình dưới:

Hình 2.9: Máy phát đồng bộ điều khiển trực tiếp
Một loại máy phát điện đồng bộ ngày càng được sử dụng trong lĩnh vực hệ thống điện là máy
phát đồng bộ bộ biến tần điều khiển (CDSG) như hình dưới.
Gần giống như điều khiển trực tiếp, nhưng khác ở chổ là có một hộp số duy nhất với tỷ lệ
thấp được dùng để cho phép một số lượng thấp các cực và do đó máy phát nhỏ hơn các máy
phát trực tiếp nguyên bản . Điện áp của hai loại máy phát có dạng tương tự .

Trang 19