Đánh giá ảnh hưởng của nhà máy gió bình đại bến tre đến lưới điện tỉnh bến tre

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN THẾ PHONG

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY
ĐIỆN GIĨ BÌNH ĐẠI BẾN TRE ĐẾN LƯỚI
ĐIỆN TỈNH BẾN TRE
Chuyên ngành : Kỹ thuật điện
Mã ngành: 8520201

Người hướng dẫn: TS. Lê Cao Quyền


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 hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng bảo vệ cũng như
kết quả luận văn của mình.
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Thế Phong


LỜI CẢM ƠN
Tơi xin tỏ lịng biết ơn đến TS. Lê Cao Quyền đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ
tơi hồn thành luận văn này.
Tơi xin cảm ơn q Thầy/Cơ trong Phòng Quản lý khoa học và đào tạo sau đại
học và quý Thầy/Cô tham gia giảng dạy trong niên khóa 20 (2017-2019) Chun
ngành Kỹ thuật điện đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy, truyền đạt kiến thức cho tôi

trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu tại Trường Đại Học Quy Nhơn.
Tôi xin cảm ơn quý Thầy/Cô trong Hội đồng đánh giá Luận văn đã nhiệt tình
góp ý chỉnh sửa để luận văn được hồn chỉnh hơn.
Tơi xin cảm ơn các Anh, Chị học viên và đồng nghiệp đã hỗ trợ và đóng góp
ý
kiến để luận văn của tơi được hoàn thiện hơn. Chân thành cảm ơn và trân
trọng!
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

Nguyễn Thế Phong


1

MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài

Trong một thời gian dài, các nguồn năng lượng thơng thường như than,
dầu, khí tự nhiên, thủy điện và điện hạt nhân đã được sử dụng làm nhiên liệu
chính cho sản xuất điện. Cuộc khủng hoảng năng lượng ảnh hưởng đến thế
giới trong những năm 1970 và 1980 đã dẫn tới những thay đổi lớn trong mơ
hình năng lượng trong tương lai. Giảm sự phụ thuộc của thế giới vào nhiên
liệu hóa thạch đã trở thành ưu tiên.Nhu cầu đảm bảo tính đa dạng và độ tin
cậy của các nguồn năng lượng cùng với mối quan tâm ngày càng tăng về các
vấn đề môi trường cũng góp phần quan tâm nhiều hơn đến các nguồn năng
lượng thay thế.
Nhu cầu sử dụng một giải pháp lâu dài để đáp ứng nhu cầu năng lượng
ngày càng tăng trên thế giới, một giải pháp vừa thân thiện với mơi trường vừa

an tồn về mặt kinh tế đó là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo.
Năng lượng gió được coi là một trong những nguồn năng lượng tái tạo hứa
hẹn nhất, ưu điểm dễ thấy nhất của điện bằng sức gió là khơng tiêu tốn nhiên
liệu, khơng gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa
điểm và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể
xây dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích
rất lớn cho hồ chứa nước.
Tuy nhiên q trình vận hành của Nhà máy điện gió có ảnh hưởng rất
nhiều đến lưới điện đấu nối nếu khu vực nhà máy có những biến động thời tiết
làm thay đổi tốc độ gió. Bên cạnh đó các nhiễu loạn lưới điện sau khi loại trừ
ngắn mạch.. ảnh hưởng hài do Nhà máy điện gió vận hành sinh ra cũng góp
phần gây khó khăn cho cơng tác vận hành lưới điện có đấu nối nhiều Nhà máy
điện gió .


2

Do vậy cần có những nghiên cứu đánh giá các ảnh hưởng do tác động của
NMĐG lên lưới đấu nối. Đề tài “Đánh giá ảnh hưởng Nhà máy điện gió
Bình Đại Bến Tre đến lưới điện tỉnh Bến Tre” với các nghiên cứu nhằm
đánh giá các vấn đề trên.
2.

Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu của đề tài:
Trong những năm gần đây nền kinh tế nước ta đã chuyển mình và có tốc

độ tăng trưởng tương đối cao. Chính điều này đã thúc đẩy các ngành công
nghiệp mũi nhọn và tiền đề cho nền kinh tế phải liên tục thay đổi công nghệ
và kĩ thuật để theo kịp tốc độ tăng trưởng mạnh đó. Trong đó ngành cơng
nghiệp năng lượng đóng một vai trò đặc biệt quan trọng đã và đang được

quan tâm đầu tư phát triển .
Nhưng trên thực tế thì do các nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày
càng cạn kiệt và các nguồn năng lượng có thể sản xuất công suất lớn như năng
lượng nguyên tử lại tiềm ẩn một hiểm họa khơn lường .Trong khi đó nguồn
thủy điện được coi là rẻ hơn cả lại đang gặp nhiều khó khăn như: ảnh hưởng
lớn đến mơi trường, phụ thuộc quá nhiều vào lượng mưa hàng năm, các vị trí
có độ cao để xây đập chứa có rất ít….Vì vậy đòi hỏi chúng ta cần
phải xây dựng các phương án tìm thêm những nguồn năng lượng mới để cung
cấp thêm và đa dang hóa nguồn năng lượng.
Trong các nguồn năng lượng mới được thế giới biết đến thì năng lượng
gió đã được xây dựng và phát triển tương đối ở nhiều quốc gia như Đức , Ấn
độ , Đan Mạch …Điện gió là nguồn năng lượng tăng trưởng nhanh nhất trên
thế giới. Cơng suất hiện nay của tồn thế giới đang tiến gần tới 50.000
MegavWatt - xấp xỉ công suất của 50 nhà máy điện hạt nhân.
Ưu điểm dễ thấy nhất của điện bằng sức gió là khơng tiêu tốn nhiên liệu,
không gây ô nhiễm môi trường như các nhà máy nhiệt điện, dễ chọn địa điểm
và tiết kiệm đất xây dựng, khác hẳn với các nhà máy thủy điện chỉ có thể xây


3

dựng gần dòng nước mạnh với những điều kiện đặc biệt và cần diện tích rất
lớn cho hồ chứa nước.
Mặt khác do nước ta có đường bờ biển dài lượng gió thổi tương đối đều
điều này chính là một yếu tố rất quan trọng để đề ra phương án xây dựng các
trạm năng lượng mà nguồn là sức gió.
3.Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
3.1. Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu ảnh hưởng của Nhà máy điện gió Bình Đại tỉnh Bến Tre
đến lưới điện tỉnh Bến Tre vận hành qua đánh giá tiêu chuẩn điện áp,

tần số. Nghiên cứu tập trung:
+

Ảnh hưởng do thay đổi tốc độ gió

+
Ảnh hưởng do ngắn mạch lưới điện có đấu nối đến Nhà máy
điện gió
Bình Đại tỉnh Bến Tre.
3.2. Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu Nhà máy điện gió Bình Đại tỉnh Bến Tre (300MW) đấu
nối bằng cấp điện áp 220kV đến lưới điện tỉnh Bến Tre.
3.3. Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu năm 2020 trên cấu trúc lưới đấu nối 220kV, khu vực tỉnh
Bến Tre với công suất tổng nhà máy điện gió Bình Đại tỉnh Bến Tre là
300MW.
3.4. Phương pháp nghiên cứu:
Luận văn sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:


Phương pháp phân tích tổng hợp: Tìm hiểu ngun lý hoạt

động của nhà máy điện gió, mơ hình điều khiển của turbine nhà máy
điện gió .




Nghiên cứu ứng dụng phần mềm PSS/E để mô phỏng, khảo sát

trạng thái ổn định và trạng thái động của nhà máy điện gió đấu nối đến
lưới điện.


4

4. Tên và cấu trúc nội dung của luận văn
Căn cứ vào mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu luận văn được đặt tên là:
“Đánh giả ảnh hưởng Nhà máy điện gió Bình Đại tỉnh Bến Tre đến lưới
điện tỉnh Bến Tre”
Bố cục luận văn chia làm 3 chương như sau:
Chương 1: Năng lượng gió và điều khiển hệ máy phát dùng sức gió
Chương 2: Nghiên cứu mơ hình nhà máy điện gió trên phần mềm PSS/E;
Chương 3: Đánh giả ảnh hưởng Nhà máy điện gió Bình Đại tỉnh Bến Tre đến
lưới điện tỉnh Bến Tre.


5

CHƯƠNG I
NĂNG LƯỢNG GIÓ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ MÁY PHÁT
DÙNG SỨC GIĨ
1.1. Năng lượng gió:
Năng lượng gió chính là động năng của khối khơng khí trong khí
quyển. Động năng này xuất hiện do sự bức xạ không đều của mặt trời lên trái
đất. Do sự bức xạ không đều này mà sự làm ấm khác nhau của khí quyển,
nước và mặt đất sẽ bị tác động.
Do sự khác nhau về áp suất và nhiệt độ cũng như quá trình quay của
trái đất, khối khơng khí sẽ chuyển động và sẽ tạo ra những dịng khơng khí
khác nhau vào các thời gian khác nhau trong năm.

Có thể sử dụng động năng của khối khơng khí chuyển đơng này của các
thiết bị phát điện sử dụng năng lượng gió hay các máy chạy bằng sức gió.
1.1.1.Nguồn gió:
Bức xạ mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất khơng đồng đều làm cho
bầu khí quyển, nước và khơng khí nóng khơng đều nhau. Một nửa bề mặt của
Trái Đất, mặt ban đêm, bị che khuất không nhận được bức xạ của Mặt Trời và
thêm vào đó là bức xạ Mặt Trời ở các vùng gần xích đạo nhiều hơn là ở các
cực, do đó có sự chênh lệch về nhiệt độ. Điều này đẫn đến sự khác nhau về áp
suất làm cho khối không khí giữa xích đạo và 2 cực cũng như khơng khí giữa
mặt ban ngày và mặt ban đêm của Trái Đất di động tạo thành gió. Trái Đất
xoay trịn cũng góp phần vào việc làm xốy khơng khí và vì trục quay của
Trái Đất nghiêng đi (so với mặt phẳng do quỹ đạo Trái Đất tạo thành khi quay
quanh Mặt Trời) nên cũng tạo thành các dịng khơng khí theo mùa.
Ngồi các yếu tố trên gió cịn bị ảnh hưởng bởi cấu tạo của địa hình của
từng đia phương.


6

1.1.2.Năng lượng trong gió :
Động năng của một khối khí có khối lượng m (Kg) di chuyển với vận
tốc v (m/s) trong hệ SI :
K.E

Công suất là động năng trên một đơn vị thời gian, Công suất nhận được
của một khối khí di chuyển với vận tốc v qua một diện tích A vng góc với
chiều vận tốc :
Pw

K. E 1 M 2

t  2 . t v (W)

Trong đó Pw là cơng suất gió (W), M là khối lượng của khối khí đi qua
vùng diện tích A (kg) ,t thời gian (s) , v là vận tốc gió (m/s)
Ta có:

M

t. A.v

Từ các cơng thức trên ta có cơng suất của gió :
Trong đó :

Pw :cơng suất trong gió
ρ :mật độ khơng khí

W
Kg/m3

ở 15oC và 1 atm thì ρ = 1.225 Kg/m3
v :vận tốc gió qua diện tích A

m/s


7

Hình 1.1: Đường cong cơng suất gió

Trong turbine gió trục đứng thì : A

lớn nhất . H là chiều cao của vùng cánh quạt
Trong turbine trục ngang thì A R2
1.1.3.Hệ số cơng suất của Turbine gió:
Một vài khái niệm:

Hình 1.2: Minh hoạ định luật BEZT

Tốc độ gió : là tốc độ gió tự do tại vị trí khảo sát


8
Tốc độ gió mặt (UpWind) : v1=v: tốc độ gió ở khoảng cách đủ lớn đối
với cánh quạt
Tốc độ gió lưng (DownWind) : v2:tốc độ gió đủ lớn sau khi ra khỏi
cánh quạt
Trục rotor: trục quay của rotor
Bán kính rotor : chiếu dài của cánh gió Rb
Bán kính mặt cắt ngang của cánh gió: Khoảng cách từ mặt cắt ngang
của cánh gió đến trục của roto rb
Đường cung (chord line): Đường thẳng nối đỉnh và đuôi của mặt cắt
ngang của cánh gió
Mặt xoay (plane of rotation): Mặt phẳng được tạo ra bởi rìa của các
cánh gió khi cánh gió quay.
Góc Pitch (pitch angle): Góc giữa đường cung và mặt xoay

Hình 1.3: Minh hoạ một vài khái niệm của turbine gió

Với v1,v2là các hàm phụ thuộc thời gian v,v2 ≥0

9
Turbine gió lấy động năng của khối khi đi vào nên v>v2
Hệ số cơng suất turbine gió:(theo định luật Bezt)
P
b

( Tham khảo trang 324 sách Renewable and efficient electric power systemsG.M.Masters)
Gọi tỉ số giữa vận tốc gió lưng và mặt là

v

  v2

Kết hợp hai biểu thức trên:
1
Pb



2

Gọi hệ số công suất của turbine là:
CP

1

2 (1)(1 )
2

Viết lại biểu thức tính cơng suất:

Pb

1

3
2 Av .CP

Tìm hệ số cơng suất lớn nhất lấy đạo hàm CP theo biến λ và cho đạo hà
này bằng 0.
Giải phương trình trên tìm được


v

 v2

1

3

Từ đây có hệ số cơng suất lớn nhất của rotor là:
CPmax=16/27≈59,3%


10

Hình 1.4: Đặc tính của CP theo hệ số λ được vẽ:

1.1.4. Sự ảnh hưởng của cấu trúc hình học đến hế số công suất CP:
Nếu roto quay rất chậm thì gió có thể dễ dàng đi xun qua khe hở giữa

các cánh gió. Khi đó, v≈v2 . Ngược lại, khi rotor quay rất nhanh nó sẽ như
một bức tường chắn gió, khi đó v 2≈0 . Vì vậy, đối với một tốc độ gió mặt cho
trước v, tốc độ của roto sẽ có ảnh hưởng trực tiếp đến giá trị v2. Nói cách
khác, nó ảnh hưởng đến giá trị

. Vậy nên, giá trị của

là phụ thuộc vào

quan hệ giữa tốc độ gió và tốc độ của rotor (Turbine). Mối quan hệ này được
biểu diễn bằng một tỉ số giữa tốc độ tiếp tuyến ở rìa của cánh gió với tốc độ
gió mặt được gọi là TSR (Tip-Speed Ratio). Đó là một hệ số vô hướng được
định nghĩa như sau:

TSR=

v . D
r

60v

Trong đó :vr là vận tốc rotor rpm(v/ph) ; D : đường kính của rotor (m);
v: vận tốc gió mặt (m/s)
Với trường hợp Tuabin gió loại thay đổi tốc, khi tốc độ gió cao cơng
suất đầu ra của máy phát có thể được giới hạn bằng cách thay đổi góc θ Pitch
của cánh gió và giá trị của hệ số công suất C P cũng thay đổi (phụ thuộc vào
cấu trúc hình học của cánh gió). Vì vậy, ta có thể viết:


11

C p f ( ,)

Quan hệ CP(λ,θPitch ) có thể được xây dựng hoặc tính tốn dựa trên việc mơ
hình turbine gió

Hình 1.5: Đặc tính CP có sẵn với từng Tuabin gió được chế tạo trên thực tế.

1.2. Khái quát về các thành phần cấu tạo của hệ máy phát sử dụng sức
gió:
1.2.1. Mơ hình của một hệ máy phát điện sức gió :
Cánh gió : các tuarbine hiện nay thường có một , hai, 3 cánh gió
Pitch

: Thiết bị này nhằm làm cho cánh gió có thể lật ,xoay…để điều
chỉnh tốc độ
Thiết bị Yaw:có chức năng khi tốc độ gió nhỏ hơn tốc độ giới hạn khi
thiết kế thì nó giữ cho rotor đối điện với nguồn gió khi gió thay đổi.Ngược lại
khi tốc độ gió vượt quá giới hạn cho phép thì nó sẽ dịch chuyển rotor ra khỏi
hướng gió
Chong chóng gió : nhằm phát hiện hướng gió và kết hợp với thiết bị
Yaw để giữ cho turbine thay đổi với vận tốc gió phù hợp


12

Hình 1.6: Cấu tạo một Turbine gió

Bộ đo tốc độ gió :đo tốc độ gió và chuyển dữ liệu đến bộ điều khiển
Phanh hãm : dùng để hãm tốc độ và dừng trong trường hợp bảo trì hay
khẩn cấp.

Hộp số (gear box) : dùng để biến đổi vận tốc turbine gió từ 20-60v/p
lên 1500-1800v/p … để các máy phát có thể phát ra điện
Máy phát : chuyển hóa cơ năng thành điện năng
Tháp (Tower) : dùng để đỡ


13

1.2.2. Các loại turbine gió:

Hình 1.7: Turbine gió kiểu trục đứng

Hình 1.8: Turbine gió ngang

Hình 1.9: Turbine gió kiểu đứng


14

Loại turbine gió kiểu trục đứng VAWT : là loại có trục rotor cánh quạt
nằm vng góc với hướng gió loại này ít phổ biến
Loại turbine gió kiểu trục ngang HAWT: là loại có trục rotor song song
với hướng gió.
Kiểu turbine gió trục ngang được chia làm hai loại :
Trước gió (Upwind HAWT) : là kiểu phổ biến nhất, có cánh quạt
hứng trực tiếp nguồn gió sau đó mới đến bộ máy phát …
Sau gió (Downwind HAWT): là loại có máy phát và các bộ phận
nằm trước sau đó mới đến cánh gió
1.3. Máy phát trong hệ thống turbine gió :
Đây là bộ phận chuyển đổi năng lượng cơ năng thành điện năng. Các

loại máy phát có thể được sử dụng như : Máy điện một chiều, máy điện xoay
chiều đồng bộ, máy điện xoay chiều không đông bộ,...Do các đặc tính vượt
trội nên hiện nay đa số sử dụng máy điện xoay chiều làm máy phát cho hệ
biến đổi năng lượng gió thành điện năng
1.3.1. Máy phát đồng bộ :
Máy đồng bộ đơn giản hóa gồm cuộn dây phần ứng nằm trên stator
,cịn cuộn kích từ nằm trên rotor. Dây quấn kích từ được cấp điện một chiều
DC qua chổi than và vành trượt. Dây quấn cuộn phần ứng được nối ra ngoài
lưới xoay chiều 3 pha .Trục của rotor được nối với turbine gió thơng qua một
hộp số (gear box) để có thể đạt tốc độ mà máy phát đồng bộ có thể phát điện
thơng thường tốc độ của turbine gió vào khoảng 20-40 v/p.
Máy phát đồng bộ có thể dùng kích từ nam châm vĩnh cửu hay dùng
cuộn dây kích từ .


15

Hình 1.10: Minh hoạ máy phát đồng bộ

1.3.2. Máy phát không đồng bộ :
Do cấu tạo rotor người ta chia làm hai loại chính : loại rotor lồng sóc
(Squirrel Cage Rotor ) và loại rotor dây quấn .Về nguyên lí hoạt động thì hai
loại này như nhau .Với tần số lưới là f ,số cặp cực của máy là p thì tốc độ
đồng bộ là :
Ns= 60f/p vịng/phút
Vận tốc hoạt động của máy không đồng bộ luôn khác với vận tốc đồng bộ
Máy điện khơng đồng bộ rotor lồng sóc : dây quấn rotor gồm các thanh nhôm
dẫn đúc nằm trong các rãnh .Các thanh dẫn này được ngắn mạch hai
đầu bằng các vịng ngắn mạch.

Hình 1.11 a: Rotor dây quấn

Hình 1.11 b: Rotor lồng sóc

1.4. Các thành phần khác:
1.4.1. Bộ phận điện tử công suất :
Bộ biến đổi từ AC-DC (rectifier): đây là bộ chuyển đổi từ dòng điện
AC sau máy phát có tần số và điện áp thay đổi liên tục thành dòng điện DC


16

.Đây có thể dùng các diode cơng suất hay các thyristor được kết nối phù hợp
với chức năng của bộ biến đổi.
Bộ biến đổi từ DC-AC (inverter) có tác dụng ngược lại bộ biến đổi ACDC, Tức là chuyển dòng DC thành dịng AC có điện áp và tần số phù hợp để
có thể cung cấp lên lưới.
1.4.2. Bộ Soft-starter:
Đây là thành phần điện tử công suất được dùng trong loại turbine gió
có vận tốc cố định . Bộ phận này có tác dụng hạn chế dịng điện khởi động
của turbine gió –dịng này có thể gấp 7-8 lần dịng khi bình thường-khi nối kết
hệ thống với lưới.
Bộ phận này chỉ đơn giản gồm hai thyristor kết nối với nhau trên mỗi
pha.Bộ phận này kết nối linh động giữa máy phát và lưới và được điều khiển
góc kích trong mỗi chu kì nhằm hạn dịng .
1.4.3. Bộ Capacitor bank (Tụ điện):
Được dùng trong hệ thống turbine gió có vận tốc cố định hay giới hạn
vận tốc .Đây là thành phần cung cấp công suất phản kháng cho các máy phát
cảm ứng.Bộ phận này có thể kết nối với lưới hoặc là không kết nối trong
những điều kiện cụ thể .
1.5. Vấn đề khi điều khiển hệ thống biến đổi năng lượng gió:

Trong việc điều khiển hệ thống biến đổi năng lượng gió có rất nhiều
vấn đề được đặt ra :
+Các vấn đề liên quan đến turbine gió :
- Các phương pháp điều khiển dòng năng lượng trong hệ
thống biến đổi năng lượng gió.
- Sự biến thiên cơng suất của các máy phát turbine gió nối
với hệ thống điện.
- Điều khiển Pitch, turbine máy phát sức gió nhiều tốc độ.


17

- Thiết kế động lực học cánh gió.
- Các phương pháp thiết kế cho các Turbine gió xa
bờ
(offshore).
- Khai thác hiệu quả vốn đầu tư cho thiết kế…
+
gió

Các vấn đề liên quan đến điều khiển và mơ hình hóa hệ thống
- Mơ hình hóa động lực của máy phát điện sức gió.
- Điều khiển tối ưu cơng suất tác dụng và phản kháng
trong hệ máy phát sử dụng sức gió.
- Các phương pháp điều khiển máy phát điện sức gió.
- Hệ máy phát sức gió làm việc độc lập, kết hợp với hệ
máy phát sử dụng nguồn khác…

1.5.1. Điều khiển cực đại hóa cơng suất:
Trong thực tế, các hệ thống biến đổi năng lượng gió được thực hiện

theo hai chế độ vận hành. Chế độ vận hành thứ nhất là giữ cho công suất đầu
ra bằng hằng số và chế độ vận hành thứ hai là giữ cho công suất đầu ra lớn
nhất. Thuận lợi của chế độ vận hành thứ nhất là lưới được cung cấp một
nguồn năng lượng khơng đổi. Tuy nhiên, năng lượng gió lại được sử dụng
một cách không hiệu quả. Chế độ vận hành thứ hai là tối ưu hóa năng lượng
biến đổi từ năng lượng gió sang điện năng trong một khoảng thay đổi tốc độ
rộng. Vì vậy chế độ này thường được sử dụng ở các hệ thống công suất lớn
mặc dù điều này có thể tạo dịng năng lượng biến đổi đưa lên lưới.
Có hai phương pháp có thể được sử dụng để cực đại hóa cơng suất đầu
ra của máy phát sức gió:
1.5.2. Điều khiển tối ưu TSR:
Với phương pháp này, tốc độ gió được đo bởi phong kế (anemometer).
Trên cơ sở dữ liệu này, bộ điều khiển sẽ điều chỉnh tốc độ của rotor để tối ưu


18

hệ số TSR ở bất kỳ tốc độ gió nào. Vì vậy, có thể đạt được cơng suất đầu ra là
lớn nhất

Hình 1.12: Phương pháp điều khiển tối ưu TSR

1.5.3. Điều khiển bám công suất đỉnh:
Nguyên lý cơ bản của phương pháp này là tính đạo hàm của P b theo ω
nghĩa là:

dP b
d  0
Thuận lợi của phương pháp điều khiển bám công suất đỉnh (peak
power tracking control) là một sự thay đổi nhỏ của tốc độ Turbine sẽ không

làm thay đổi công suất của đầu ra. Hơn nữa, phương pháp này khơng u cầu
đo tốc độ gió.


19

Hình 1.13: Phương pháp điều khiển bán đỉnh cơng suất

Tóm lại để tối ưu các hệ số làm việc của turbine gió, tốc độ của rotor
phải được điều khiển phù hợp với mỗi vận tốc gió đầu vào cả hai phương
pháp trên đều nhằm đạt được mối quan hệ Pb – CP :
-

Khi tốc độ gió đầu vào nhỏ hơn một giá trị gọi là tốc độ cut-in,

Turbine được tắt để tránh hiện tượng quá dòng của máy phát.
-

Khi tốc độ gió đầu vào lớn hơn tốc độ cut-in và công suất ra

nhỏ hơn công suất định mức, tốc độ của rotor được điều chỉnh tùy
theo
sự biến đổi của tốc độ gió để làm việc với giá trị TSR , λ là hằng số
tương ứng với giá trị cực đại của CP. Vùng làm việc như vậy được
gọi là miền CPmax .
- Khi tốc độ gió tiếp tục tăng, cơng suất đầu ra đạt đến công suất
tới
hạn của máy phát điện. Khi đó tốc độ của rotor được điều chỉnh để
làm việc với hệ số TSR , λ tương ứng với giá trị C P nhỏ hơn giá trị
tối ưu CPtốiưu. Tuabin gió được vận hành ở cơng suất định mức để

tránh quá tải cho máy phát. Vùng làm việc này được gọi là miền
công suất ra bằng hằng số.


20

-

Khi tốc độ gió đầu vào quá cao, Turbine gió lại được tắt ra để

bảo vệ cánh gió, máy phát và các thành phần khác trong hệ thống.
Tốc
độ gió mà ở đó Turbine gió ngừng làm việc được gọi là tốc độ cutout.
Yêu cầu về điều chỉnh tốc độ có thể thực hiện dễ dàng bằng cách sử
dụng các máy điện một chiều. Tuy nhiên, các máy điện một chiều lại địi hỏi
các chuyển mạch cơ khí, chổi than và dịng một chiều để kích thích máy phát.
Chính vì vậy mà chúng chỉ được sử dụng trong các hệ thống biến đổi năng
lượng gió có cơng suất nhỏ.
Các máy điện đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy thủy
điện. Trong trường hợp này, tần số của máy phát có liên quan trực tiếp đến tốc
độ của nó và cũng cần phải có dịng điện một chiều để kích thích từ trường
rotor. Do đó, chúng khơng được phù hợp lắm cho các hệ thống máy phát mà
tốc độ biến thiên trong một phạm vi rộng.
Các máy điện không đồng bộ có thể loại bỏ những nhược điểm của cả
máy điện một chiều và máy điện đồng bộ.Máy điện loại này khơng cần các cơ
cấu chuyển mạch cơ khí và dịng điện một chiều để kích thích máy phát. Vì
vậy, có thể làm việc một cách tin cậy với giá thành và chi phí bảo dưỡng thấp.
Hơn nữa, các máy điện khơng đồng bộ rotor dây quấn có thể được điều chỉnh

tốc độ bằng cách điều chỉnh điện trở của rotor hoặc đưa thêm hay thu hồi
công suất, được gọi là công suất trượt, ở rotor .Các máy điện không đồng bộ
rotor dây quấn như vậy được gọi là máy điện không đồng bộ nguồn kép
(doubly-fed induction machine - DFIM). Chính vì những lý do này, việc
nghiên cứu các máy điện không đồng bộ làm việc với các hệ thống biến đổi
năng lượng gió cơng suất lớn thường là các máy điện không đồng bộ trong
các hệ thống biến đổi năng lượng gió với dạng đặc biệt của chúng - các máy
phát không đồng bộ nguồn kép (doubly-fed induction generator - DFIG).