Điều khiển công suất của hệ thống điện gió

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

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

PHAN VĂN LƯU

ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG
ĐIỆN GIÓ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60 52 02 02

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 03. năm 2013


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

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

PHAN VĂN LƯU

ĐIỀU KHIỂN KHIỂN CÔNG SUẤT CỦA HỆ
THỐNG ĐIỆN GIÓ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60 52 02 02

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HUỲNH CHÂU DUY


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS. HUỲNH CHÂU DUY

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ
TP. HCM ngày 10 tháng 05 năm 2013
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 sĩ)
1. TS. Ngô Cao Cường
2. TS. Nguyễn Thanh Phương
3. TS. Nguyễn Thanh Phương
4. PGS.TS.Trần Thu Hà
5. TS. Nguyễn Hùng
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP. HCM
PHỊNG QLKH – ĐTSĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

TP. HCM, ngày..… tháng ….. năm …….

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: PHAN VĂN LƯU

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 06/12/1972

Nơi sinh: Long An

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện

MSHV: 1181031037

I- TÊN ĐỀ TÀI:
ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIĨ
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nghiên cứu điều khiển công suất phản kháng và tác dụng của máy phát điện
không đồng bộ nguồn kép .
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan của bài toán điều khiển cơng suất điện gió
Chương 3: Hệ thống điện gió
Chương 4: Thuận tốn điều khiển cơng suất điện gió
Chương 5: Kết quả mô phỏng
Chương 6: Kết luận và kiến nghị của đề tài
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21/6/2012
IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 28/03/2013
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. HUỲNH CHÂU DUY
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong
bất kỳ cơng trình nào khác.
Tơi 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.
Học viên thực hiện Luận văn

Phan Văn Lưu


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời học tập và nghiên cứu, làm việc khẩn trương, được
sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn
TS Huỳnh Châu Duy, luận văn với đề tài “ Điều khiển cơng suất cua3
hệ thống điện gió ” đã hồn thành.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn
TS Huỳnh Châu Duy đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận
văn này.
Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện
Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghệ TP. Hồ Chí Minh đã giúp đỡ tác giả

trong suốt q trình học tập cũng như quá trình nghiên cứu thực hiện luận
văn.
Tồn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan
tâm, động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt q trình học tập và hồn thành
bản luận văn.
Tác giả luận văn

Phan Văn Lưu


iii

TĨM TẮT
Năng lượng gió ngày nay được quan tâm như là một trong những nguồn
năng lượng tái tạo quan trọng nhất do xuất phát từ thiên nhiên, vô tận . Tuy
nhiên, bất lợi lớn nằm trong sự tạo gió và thay đổi tốc độ gió và bài viết này
đưa ra một nghiên cứu về điều khiển công suất của hệ thống điện gió thơng
qua máy phát điện cảm ứng khơng đồng bộ nguồn kép (ADFIG). Tốc độ trên
và dưới tốc độ đồng bộ được thu được bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi
nguồn điện hai chiều. Bằng cách điều khiển cơng suất tác dụng và phản kháng,
do đó hệ số cơng suất tổng thể của hệ thống có thể được lưu giữ duy nhất dưới
điều kiện tải trọng khác nhau. Bài viết này trình bày các kết quả mơ phỏng của
một ADFIG kết nối lưới. Một đại diện thông qua bộ chuyển đổi PWM dựa
trên điều chế PWM cho cả hai công cụ chuyển đổi rotor và stator, đề xuất.
phương pháp (VOC) điều khiển cơng suất cho cả hai phía chuyển đổi stator
và rotor để cung cấp và điều khiển công suất tác dụng và phản kháng. Một
máy phát điện 1.5 MW được thiết kế và hiệu quả của nó trong điều khiển được
xác nhận trong các điều kiện vận hành khác nhau ở tốc độ trên đồng bộ và tốc
độ dưới đồng bộ.
Luận văn thực hiện bao gồm 6 chương

Chương 1: Giới thiệu
Chương 1 đã giới thiệu được các vấn về nhu cầu điện năng trên thế giới
và việt nam, từ đó đưa ra lộ trình điện năng tại Việt Nam đến năm 2020.
Nhìn nhận sự cạn kiệt tài nguyên, thiếu hụt điện của thế giới nói chung
và Việt Nam nói riêng. Từ đó chỉ ra sự cần thiết của nguồn năng lượng mới đó
là năng lượng tái tạo đóng vai trị quang trong trong việc bảo vệ an ninh quốc
gia.
Chương 2: Tổng quan bài tốn điều khiển cơng suất điện gió
Chương này đưa ra giải pháp điều phối công suất phản kháng và tác dụng
của một trang trại gió. nghiên cứu sự điều khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ


iv

tối ưu hóa được sử dụng để điều khiển cơng suất phản kháng và tác dụng của
stato của một máy phát điện cảm ứng nguồn kép.
- Nghiên cứu một giải pháp khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ tối ưu hóa
được sử dụng để điều khiển cơng suất phản kháng và tác dụng của stato của
một máy phát điện cảm ứng nguồn kép.
- Nghiên cứu mơ hình trạng thái ổn định và tốc độ cố định của máy phát
điện tuabin gió tốc độ biến đổi về giới hạn ổn định điện áp và dự đoán sự sụp
đổ điện áp có thể xảy ra
Chương 3: Hệ thống điện gió
Chương này trình bài tóm tắc lịch sử của hệ thống điện gió qua các thời
kỳ và đưa ra những ưu điểm, nhược điểm của các loại máy phát điện gió thơng
dụng được sử dụng trong hệ thống điện gió hiện nay, từ đây chọn mơ hình
máy phát điện gió (DFIG) cho điểu khiển cơng suất hệ thống điện gió, đồng
thời nghiên cứu xây dưng mơ hình tốn học của hệ thống chuyển đổi năng
lượng gió.
Chương 4: Thuật tốn điều khiển cơng suất điện gió dựa trên mơ hình

máy phát điện khơng đồng bộ nguồn kép.
Trong chương này, sơ đồ điều khiển công suất tác dụng và phản kháng
của máy phát điện cảm ứng nguồn kép. Thuật toán điều khiển được đề xuất có
thể làm giảm các gợn sóng của cơng suất tác dụng và phản kháng một cách
độc lập. Kết quả mô phỏng cho thấy điều khiển công suất hiệu quả hơn. Các
thuật toán đề xuất cho thấy hiệu quả tốt hơn
Chương 5: Kết quả mô phỏng
Trong chương này đưa ra những xây dựng các sơ đồ mô phỏng trong
môi trường Matlab-Simulink. Đưa ra các kết quả mô phỏng về điều khiển công
suất tác dụng và phản kháng theo thời gian và vận tốc gió
Chương 6: Kết luận và kiến nghị


v

Chương này đưa ra những tìm hiểu như sau:
Tìm hiểu về lĩnh vực phát điện bằng sức gió, những thuận lợi và khó
khăn trong việc phát triển năng lượng gió, tiềm năng về năng lượng gió của
Việt Nam.
Tìm hiểu các hệ thống chuyển đổi năng lượng gió: sự phân bố gió, hiệu
suất của tua bin gió, vận hành hệ thống năng lượng gió tốc độ cố định và thay
đổi.
Tìm hiểu các loại máy phát điện sử dụng trong hệ thống chuyển đổi năng
lượng gió.
Tìm hiểu về mơ hình tốn học của máy phát điện không đồng bộ nguồn
kép (DFIG), mô phỏng mơ hình DFIG trên MATLAB/SIMULINK.
Tìm hiểu về phương pháp điều khiển VOC, ứng dụng vào điều khiển.


vi

ABSTRACT
Wind Energy is gaining interest now -a– days as one of the most important
renewable sources of energy due to its ecofriendly nature. But the major
disadvantage lies in variable speed wind generation and this paper gives a study
on control of Wind driven Asynchronous doubly fed Induction Generator
(ADFIG). The speeds above and below Synchronous speeds are obtained using a
bidirectional power flow converter. By using this reactive power is controlled and
hence the overall Power factor of system can be kept at unity under varying load
conditions. This paper presents simulation results of a Grid-connected ADFIG. A
switch-by-switch representation of the PWM converters with a carrier-based
Sinusoidal PWM modulation for both rotor- and stator-side converter has been
proposed. Stator-Flux Oriented vector control approach is deployed for both
stator- and rotor-side converters to provide independent control of active and
reactive power and keep the DC-link voltage constant. A 1.5 MW generator is
designed and its effectiveness in controlling is verified in different operating
conditions. above and below synchronous speeds.
The dissertation consists of 6 chapters
Chapter 1: Introduction
Chapter 1 has introduced the issue of energy demand in the world and
Vietnam, from which energy roadmap to 2020 in Vietnam.
Recognizing the depletion of natural resources, lack of power of the world
in general and Vietnam in particular. From that point out the need for new energy
sources such as renewable energy in the optical role in protecting national
security.
Chapter 2: Overview of the control problems of wind power capacity
This chapter gives solutions to the reactive power distribution and effects
of a wind farm. controlled study of variables associated with structural
optimization system is used to control reactive power and effect of stator of an
induction generator dual power.

vii

Research a control solution combined with system structure optimization
variables are used to control reactive power and effect of the stator of an
induction generator dual power.
To study the steady state model and the fixed speed wind turbine generator
speed limit change on voltage stability and predict voltage collapse can occur.
Chapter 3: Wind Power System
This chapter summarizes all the history of wind power systems over time
and give the advantages and disadvantages of various types of wind generators
are commonly used in the wind power system today, from here select models the
wind generator (DFIG) control for wind power systems, construction and study
mathematical models of systems convert wind energy.
Chapter 4: power control algorithm based on a model wind power generator
asynchronous dual source.
In this chapter, the control scheme works and reactive power of induction
generator dual power. Control algorithms have been proposed to reduce the
power of the ripple effect and resistance independently. Simulation results show
that power control more effective. The proposed algorithm shows better
performance
Chapter 5: Simulation Results
In this chapter make building simulation diagrams in Matlab-Simulink
environment. Given the simulation results for the power control and reactive over
time and wind speed
Chapter 6: Conclusions and Recommendations
This chapter gives the following understanding:
Learn about the field of wind power, advantages and difficulties in the
development of wind energy, wind energy potential of Vietnam.

Learn the system conversion of wind energy: wind distribution, effective
performance of wind turbines operating wind energy system fixed speed and
change.
Find out the type of generator used in power conversion systems Wind.


viii

Understanding mathematical model of asynchronous generator source
dual (DFIG), DFIG simulation model on MATLAB / SIMULINK. Learn about
VOC control method, the control application


ix

MỤC LỤC
Nội dungTrang
Lời cam đoan

i

Lời cảm ơn

ii

Tóm tắt luận văn

iii

Abstract

vi

Danh mục các hình vẽ và đồ thị

xii

Danh mục các bảng

xix

Danh mục ký hiệu và các từ viết tắt

xx

Chương 1:

GIỚI THIỆU

1

1.1.

Giới thiệu .

1

1.2.

1.3.

1.1.1. Nhu cầu điện năng thế giới

1

1.1.2. Tổng quan nhu cầu điện năng của Việt Nam

3

1.1.3. Lộ trình sử dụng điện năng 2020

5

Cấu trúc của luận văn
1.2.1. Chương 1: Giới thiệu

6

1.2.2. Chương 2: Tổng quan bài tốn điện gió

6

1.2.3. Chương 3: Điều khiển cơng suất hệ thống điện gió

7

1.2.4. Chương 4:Hệ thống điện gió

7

1.2.5. Chương 5: Kết q mơ phỏng

7

1.2.6. Chương 6: Kết luận và kiến nghị

7

Kết luận chương 1

Chương 2: TỔNG QUAN BÀI TỐN ĐIỆN GIĨ
2.1.

6

Các đề tài đã được nghiên cứu liên quan đến điều

7
8
8

khiển công suất tác dụng và phản kháng của hệ
thống điện gió trong nước và ngoài

2.2.

2.1.1. Trong nước

8

2.1.2. Ngoài nước

23

Kết luận chương 2

37


x

Chương 3:

HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ

39

3.1.

Sơ lược về lịch sử phát triển hệ thống điện gió

39

3.2.

Cấu trúc và đặt điểm chung của hệ thống điện gió

43

3.2.1. Cấu trúc turbin gió trục đứng

44

3.2.1. Cấu trúc turbin gió trục ngang

44

Những khó khăn và thuận lợi của hệ thống điện gió

3.3.

44

3.3.1. Thuận lợi

44

3.3.2. Khó khăn

44

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của hệ thống điện gió

3.4.

44

3.3.1. Cấu tạo

45

3.3.2. Nguyên lý và các thành phần chính của turbine gió

46

Đặt tính chung của các loại máy phát điện gió

47

3.5.1 Máy phát điện kiểu lịng sóc (Squirrel cage induction

47

3.5.

generator - SCIG)
3.5.2 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (permanent

48

magnet synchronous generator - PMSG)
Các mơ hình tốn học của hệ thống điện gió

3.6.

50

3.6.1. Mơ hình tốn học năng lượng gió

51

3.6.2. Mơ hình tốn học turbine

52

3.6.3. Mơ hình tốn học của trục và hộp số

64

3.7.

Kết luận chương 3

71

Chương 4:

THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT HỆ

72

THỐNG ĐIỆN GIĨ DỰA TRÊN MƠ HÌNH MÁY
PHÁT ĐIỆN KHƠNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP
4.1.

4.2.

Máy phát điện không đồng bộ cảm ứng nguồn kép

72

4.1.1. Cấu tạo Máy điện cảm ứng rotor dây quấn

72

4.1.2. Nguyên lý hoạt động của máy phát điện nguồn kép

75

Thuật điều khiển cơng suất của hệ thống điện gió
4.2.1. Điều khiển công suất tác dụng và phản kháng của DFIG
bằng phương pháp VOC

80
81


xi

4.2.2. Xây dựng các bộ điều khiển
4.3.

4.3.1.

85

Mơ hình máy phát điện không đồng bộ cảm ứng
nguồn kép DFIG trong MATLAB/SIMULINK

85

Sơ đồ vịng lập khép kín của DFIG bằng cách sử dụng

87

bộ chuyển đổi PWM
4.3.2.

Điều khiển bộ chuyển đổi bên rotor (RSC)

4.3.3.

Điều khiển phía lưới (GSC)

87

4.4.

Kết Luận chương 4

88

Chương 5: Kết quả mơ phỏng
5.1.

Cấu trúc mơ hình điều khiển cơng suất tác dụng và

89
89

phản kháng của máy phát điện gió khơng đồng bộ
nguồn kép trên phần mềm matlab/simulink.
5.2.

Kết quả mô phỏng
5.2.1. Trường hợp 1: thông số điều khiển Pset =150.000 (W)

92

và Qset = 100.000(W), tốc độ gió 10m/s
5.2.2. Trường hợp 2: Thông số điều khiển Pset =200.000 (W)

93

và Qset = 150.000(W), tốc độ gió 10m/s
5.2.3. Trường hợp 3: thơng số điều khiển Pset =250.000 (W)

94

và Qset = 200.000(W), tốc độ gió10m/s
5.2.4. Trường hợp 4: thông số điều khiển Pset =300.000 (W)

95

và Qset = 250.000(W), tốc độ gió 10m/s
5.2.5. Trường hợp 1: thông số điều khiển Pset =150.000 (W)

96

và Qset = 100.000(W), tốc độ gió 4m/s

5.2.6. Trường hợp 2: Thơng số điều khiển Pset =200.000 (W)

97

và Qset = 150.000(W), tốc độ gió 4m/s
5.2.7. Trường hợp 3: thông số điều khiển Pset =250.000 (W)

98

và Qset = 200.000(W), tốc độ gió4m/s
5.3 .

Kết luận chương 5

99


xii

Chương 6:

Kết luận và kiến nghị

100

6.1.

Kết luận

100

6.2.

Kiến nghị

101


xiii

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 1.1.

Biểu đồ phụ tải điển hình

3

Hình 1.2.

Bản đồ phân bố tốc độ gió Việt Nam ở độ cao 80 mét

4

Hình 1.3.

Minh họa kế hoạch phát triển các dạng năng lượng tái

5

tạo tại Việt Nam giai đoạn 2011-2030

Hình 1.4.

Minh họa điện năng dùng năng lượng gió

6

Hình 2.1.

Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto của máy phát 1

9

kết quả mô phỏng ở tốc độ dưới đồng bộ (n = 850
v/ph); m = -4Nm, cosφ nhảy bậc từ 0.9 lên 1 sau đó
nhảy về 0.7.
Hình 2.2.

Đáp ứng momen, cosφ, dịng điện roto của máy phát 2

9

kết quả mơ phỏng ở tốc độ dưới đồng bộ (n = 850 v/ph);
với m từ = -2Nm lên -4Nm, cosφ = 0.7
Hình 2.3.

Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto của máy phát 3

10

kết quả mô phỏng ở tốc độ dưới đồng bộ (n = 1050

v/ph); với m =-4Nm, cosφ = 0.7
Hình 2.4.

Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto của máy phát 4

10

kết quả mô phỏng ở tốc độ dưới đồng bộ (n = 1050
v/ph); với m từ = -2Nm lên -4Nm, cosφ = 0.7
Hình 2.5

Đáp ứng momen, cosφ, dịng điện roto của máy phát 5

11

kết quả mô phỏng ở tốc độ dưới đồng bộ (n = 950 v/ph);
với m từ = - 2Nm, -3Nm, và -4Nm, cosφ = 0.9 lên 1và
về 0.7
Hình 2.6

Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto của máy phát 6

11

kết quả mô phỏng khi tốc độ thay đổi nhảy từ 850v/ph
lên 1050v/ph; với m = -4Nm, cosφ = 0.72
Hình 2.7

Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện roto của máy phát

12

( sập lưới 10%)
Hình 2.8

Đáp ứng momen, cosφ, dịng điện roto của máy phát

12


xiv

( sập lưới 25%)
Hình 2.9

Đáp ứng momen, cosφ, dịng điện roto của máy phát

13

( sập lưới 50%)
Hình 2.10

Tốc độ máy phát, cơng suất phía Stato (Ps, Qs), Roto (Pr,

14

Qr) và công suất phát của hệ thống ( P,Q) khi tốc độ gió
chuyển từ 12.5m -10.5m/s
Hình 2.11

Dịng điện Roto (Ir), dịng Stato (Is), và điện áp Rotor

14

(Ur) khi Vwind 12m/s xuống 10m/s
Hình 2.12

Dịng điện Idc, điện áp một chiều Udc và công suất một

15

chiều Pdc của bộ DC – Link khi Vwind 12m/s xuống
10m/s
Hình 2.13

Tốc độ máy phát), cơng suất phía Stato (Ps, Qs), Roto

15

(Pr, Qr) và công suất phát của hệ thống ( P,Q) khi
Vwind =10.5m xuống 8m/s
Hình 2.14

Dịng điện Roto (Ir), dòng Stato (Is), và điện áp Rotor

16

Ur ) khi Vwind từ 10.5 m/s xuống 8m/s
Hình 2.15

Dịng điện Idc, điện áp một chiều Udc và công suất

16

một chiều Pdc của bộ DC Link khi Vwind = 10.5m/s
xuống 8m/s
Hình 2.16

Dịng điện Roto (Ir), dòng Stato (Is), và điện áp Rotor

17

Ur) khi Vwind=12m xuống 10.5m/s với thời gian mơ
phỏng 0,06m/s
Hình 2.17

Dịng điện Roto (Ir), dịng Stato (Is), và điện áp Rotor

17

Ur)
Hình 2.18

Thành phần d (a) và q (b) của dòng điện rotor đáp ứng

18

mơmen (c) và cơng suất phản kháng (d)
Hình 2.19

Các đáp ứng khi sập lưới

19

Hình 2.20

Lưới điện Ninh Thuận năm 2012

20


xv

Hình 2.21

Đặc tính cơng suất của máy phát DFIG (VESTAS)–

20

2MW
Hình 2.22

Chỉ số VCPI các nút của lưới điện Ninh Thuận

21

Hình 2.23

Ảnh hưởng của quá trình mất ổn định điện áp nút 100

21

đến nút 19
Hình 2.24

Miền ổn định nút 99 trên mặt phẳng cơng suất trong các

21

phương án
Hình 2.25

Sơ đồ khối hệ thống phát điện bằng sức gió

22

Hình 2.26

Mơ hình trạm phát điện bằng sức gió cơng suất nhỏ

23

Hình 2.27

Đường cong P-V của trường hợp chuẩn IEEE hệ thống

24

thanh cái 14
Hình 2.28

Đường cong P-V của hệ thống thanh cái 14 IEEE khi kết

24

nối SCIG
Hình 2.29

Đường cong P-V của hệ thống thanh cái 14 IEEE khi tốc

24

độ gió thay đổi
Hình 2.30

Mối quan hệ của tốc độ gió, LF tối đa và vị trí thanh cái

25

Hình 2.31

Đường cong P-V của hệ thống thanh cái 14 IEEE khi kết

25

nối DFIG
Hình 2.32

Đường cong P-V của hệ thống thanh cái 14 IEEE khi

25

tốc độ gió thay đổi
Hình 2.33

Đường cong P-V của hệ thống thanh cái 14 IEEE khi kết

26

nối tuabin gió và SVC
Hình 2.34

Đường cong P-V của hệ thống thanh cái 14 IEEE khi kết

26

nối tuabin gió và STATCOM
Hình 2.35

Đường cong P-V của hệ thống thanh cái 14 IEEE khi kết

26

nối tuabin gió với SVCI và STATCOM
Hình 2.36

Hệ thống phân phối 3 nhánh

Hình 2.37

Đường cơng tốc độ gióHình 2.38 Cơng suất tác dụng

của tua bin gió máy phát điện dị ứng nguồn kép

27
28


xvi

Hình 2.39

Tối đa cơng suất phản kháng của tuabin gió máy phát

28

điện dị ứng nguồn kép
Hình 2.40

Cơng suất tác dụng và phản kháng đạt được trong trang

28

trại gió
Hình 2.41

Tổn thất điện năng của hệ thống phân phối

Hình 2.42

Điện áp nút nhỏ nhất của hệ thống phân phối

Hình 2.43

Cơng suất phản kháng và tác dung cho bộ điều khiển

29
29
30

khơng tối ưu
Hình 2.44

Chức năng chi phí (tích hợp các lỗi) sự thay đổi trong

30

mỗi lần lặp lại PSO
Hình 2.45

Điều khiển tối ưu cơng suất phản kháng và tác dụng sử

30

dụng phép tính tích phân của lỗi ngõ ra.
Hình 2.46

Chức năng chi phí (tích hợp cộng với sự thay đổi dẫn

31

xuất của lỗi) trong lặp đi lặp lại PSO liên tiếp.
Hình 2.47

Cơng suất phản kháng và tác dụng startor cho bộ điều

31

khiển tối ưu bằng cách sử dụng tách rời cộng với phát
sinh lỗi đầu ra
Hình 2.48

Cơng suất phản kháng và tác dụng startor

31

Hình 2.49

Rotor d và dịng điện trục q

32

Hình 2.50

Rotor d và điện áp trục q

32

Hình 2.51

Tiêm hoạt cơng suất tác dụng của mỗi tuabin đối với

33

trường hợp a
Hình 2.52

Tiêm hoạt công suất phản kháng của mỗi tuabin đối với

33

trường hợp a
Hình 2.53

Tăng của tốc độ rotor tham chiếu đến phía máy phát do

33

giảm công suất tác dụng được bơm vào trong trường hợp
a.
Hình 2.54

Gốc pitch cho mỗi WT cho trường hợp a

33

Hình 2.55

Bơm cơng suất tác dụng cho mỗi turbine cho trường hợp

34

b


xvii

Hình 2.56

Bơm cơng suất phản kháng cho mõi tuabine cho trường

34

hợp b
Hình 2.57

Tốc độ rotor đã được tham chiếu đến phía máy phát điện

34

của mõi WT cho trường hợp b
Hình 2.58

Gốc pitch cho mỗi WT cho trường hợp a

34

Hình 2.59

Bên dạng tốc độ gió thay đổi 1 bậc

35

Hình 2.60

Tốc độ turbine theo MPPT

35

Hình 2.61

Bơm cơng suất tác dụng stator ở lưới điện theo MPPT

36

Hình 2.62

Cơng suất phản kháng stator

36

Hình 2.63

Dịng điện pha stator

36

Hình 2.64

Dịng điện pha rotor

36

Hình 3.1

Bánh xe gió trục đứng cánh đón gió bằng gỗ thiết kế bởi

39

Giáo sư Blyth được xây dựng ở London 1905
Hình 3.2

Cối xay gió Tây Ban Nha ở La Mancha

40

Hình 3.3

Một cối xay gió cánh thép dùng bơm nước ở gần thung

41

lũng Clare, Nam Úc
Hình 3.4

Turbine gió Charles Brush năm 1888

41

Hình 3.5

Cụm 3 turbine 7,5 megawatt Mod-2 ở ngọn đồi

42

Goodnoe Washington vào năm 1981
Hình 3.6

Kích thước tua-bin điện gió đã được sản xuất đến năm

43

2012
Hình 3.7

a)Turbin gió trục b)Turbin gió trục ngang

43

Hình 3.8

Mơ hình các thành phần chính của turbine gió

45

Hình 3.9

a) cột tháp thanh sắt chéo (Lattice Tower); b) Cột tháp

47

chằn giữ
Hình 3.10

Hệ thống máy phát điện nguồn kép

47

Hình 3.11

Máy phát điện kiểu lịng sóc

48

Hình 3.12

Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu

49

Hình 3.13

Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cữu

49

Hình 3.14

Hệ thống điện gió

50


xviii

Hình 3.15

Biên dạng gió dùng để mơ phỏng

52

Hình 3.16

Cơng suất có được từ b) Mối liên quan cơng suất,

53

tốc độ gió, chiều cao
Hình 3.17

Áp lực và sự thay đổi tốc độ trong một mơ hình lý tưởng

55

của một máy phát điện gió
Hình 3.18

Hệ số hiệu suất Cp và các nhân tố nhiễu b

59

Hình 3.19

Hệ số turbine gió

62

Hình 3.20

Mơ hình hộp số và trục

64

Hình 3.21

Sơ đồ khối biểu diển mơ hình máy phát điện cảm ứng

66

Hình 3.22

Vector khơng gian cho số lượng stator

67

Hình 3.23

Véc tơ khơng gian cho các đại lượng rotor

68

Hình 4.1

Máy phát điện cảm ứng nguồn kép loại turbine chạy

73

bằng sức gió
Hình 4.2

Chế độ hoạt động dưới đồng bộ của DFIG

76

Hình 4.3

Chế độ hoạt động trên đồng bộ của DFIG

78

Hình 4.4

Mơ hình hoạt động đồng bộ của DFIG

79

Hình 4.5

Sơ đồ mạch điện tương đương của DFIG (mạch trục q)

80

Hình 4.6

Sơ đồ mạch điện tương đương của DFIG (mạch trục d)

80

Hình 4.7

Mạch tương đương mỗi pha của máy phát điện nguồn

81

kép
Hình 4.8

Cơ cấu tổng thể điều khiển DFIG

83

Hình 4.9

Xây dựng bộ điều khiển vịng lặp bên trong dịng rotor

85

Hình 4.10

Xây dựng bộ điều khiển vịng lập bên ngồi cơng suất

85

tác dụng và phản kháng
Hình 4.11

Điều khiển cơng suất của DFIG

87

Hình 4.12

Cấu trúc của bơ điều khiển bên rotor

87

Hình 4.13

Cấu trúc biến đổi của bộ điều khiển phía lưới

88

Hình 5.1

Cấu trúc mơ hình điều khiển cơng suất tác dụng và phản

89

kháng của máy phát điện gió khơng đồng bộ nguồn kép

xix

Hình 5.2

Cấu trúc bộ điều khiển cơng suất tác dụng và phản

90

kháng của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (P,

90

Q CONTROLLER)
Hình 5.3

Cấu trúc các thành phần trong hệ thống điện phía lưới

90

kết nối với máy phát điện khơng đồng bộ nguồn kép
(POWER SYSTEMS)
Hình 5.4

Cấu trúc các thành phần trong khối biến đổi điện

91

áp phía lưới
Hình 5.5

Cấu trúc khối chuyển đổi (RECTIFIER) phía rotor

91

máy phát
Hình 5.6

Cấu trúc khối đo lường V-I

91

Hình 5.7

Cấu trúc máy phát điện khơng đồng bộ nguồn kép

92

Hình 5.8

Kết quả mơ phỏng cơng suất tác dụng P

92

Hình 5.9

Kết quả mơ phỏng cơng suất phản kháng q

93

Hình 5.10

Kết quả mơ phỏng cơng suất tác dụng P

93

Hình 5.11

Kết quả mơ phỏng cơng suất phản kháng q

94

Hình 5.12

Kết quả mơ phỏng cơng suất tác dụng P

94

Hình 5.13

Kết quả mơ phỏng cơng suất phản kháng q

95

Hình 5.14

Kết quả mơ phỏng cơng suất tác dụng P

95

Hình 5.15

Kết quả mơ phỏng cơng suất phản kháng q

96


xx

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1. So sanh máy phát điện dẫn động trực tiếp và máy phát điện

50

dẫn động bằng hộp số
Bảng 3.2. So sanh chi phí máy phát điện gió dẫn động bằng hộp số

50

DFIG, EESG dẫn động trực tiếp PMSG
Bảng 3.3. Hệ số hiệu suất Cp và các nhân tố nhiễu b

59

Bảng 3.4 Số cánh quạt và hệ số vận tốc gió tại đầu cánh với cấu hình

64


xxi

DANG MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Vas,Vbs, Vcs : Điện áp 3 pha a,b,c của stator
Var,Vbr, Vcr :

Điện áp 3 pha a,b,c của rotor

Vαs,Vβs

:

2 thành phần điện áp của stator trong hệ tọa độ αβ

Vαr,Vβr

:

2 thành phần điện áp của rotor trong hệ tọa độ αβ

Vdr,Vqr

:

2 thành phần điện áp của rotor trong hệ tọa độ dq

Vds,Vqs

:

2 thành phần điện áp của stator trong hệ tọa độ dq

ias,ibs, ics

:

Dòng điện áp 3 pha a, b, c của stator

iar,ibr, icr

:

Dòng điện áp 3 pha a, b, c của rotor

iαs,iβs

:

2 thành phần dòng điện của stator trong hệ tọa
độ αβ

iαr,iβr

:

2 thành phần dòng điện của rotor trong hệ tọa độ
αβ

idr,iqr

:

2 thành phần dòng điện của rotor trong hệ tọa độ dq

ids,iqs

:

2 thành phần dòng điện của stator trong hệ tọa độ dq

ψas, ψbs, ψcs : Từ thông 3 pha a,b,c của stator
ψαs, ψβs

:

2 thành phần từ thông của stator trong hệ tọa độ αβ

ψαr, ψβr

:

2 thành phần từ thông của rotor trong hệ tọa độ αβ

ψdr, ψqr

:

2 thành phần dòng điện của rotor trong hệ tọa độ dq

ψds, ψqs

:

2 thành phần dòng điện của stator trong hệ tọa độ dq

Ps, Qs

:

Công suất phản kháng và công suất tác dụng

Tm, Te

:

Mô men cơ và điện

β

:

Góc Pitch

λ

:

Góc picht

σ

:

Tip speed Ratio

ρ

:

Số cập cức

Cp

:

Hệ số hiệu suất của rotor

θr,θs

:

Góc vị trí của stator va rotor

Js

:

Mơ men qn tính hay hệ số trượt