Nghiên cứu hệ thống điều khiển năng lượng gió

- 17 Bảng 1.2: Tổng công suất điện gió đã lắp đặt trên thế giới tính đến năm 2007.
- 37 Bảng 2.1: Đường kính cánh quạt turbine gió tương ứng với công suất.
- 55 Hình 2.11: Hệ thống nối lưới thông qua bộ biến đổi điện tử công suất.
- 63 Hình 3.3: Đồ thị mô tả công suất tối đa thu được.
- 70 Hình 3.9 : Đường cong công suất lý tưởng.
- 73 Hình 3.10: Đồ thị mật độ công suất theo tốc độ gió.
- 78 Hình 3.12: Momen và công suất thay đổi theo tốc độ rotor ứng với các góc cắt.
- 81 Hình 3.14: Phương pháp ngưỡng thụ động cho giới hạn công suất.
- 84 Hình 3.16: Phương pháp pitch-to-feather giới hạn công suất.
- 86 Hình 3.17: Phương pháp pitch-to-stall giới hạn công suất.
- 98 Hình 4.5: Sơ đồ phân bố chiều công suất máy phát điện với mô hình DFIG.
- 99 Hình 4.6: Đặc tính công suất – tốc độ của turbine gió.
- 101 Hình 4.7: Sơ đồ điều khiển điện áp và điều khiển công suất phản kháng.
- Đảm bảo chất lượng công suất.
- Công suất phát định mức là 12kW.
- Ngành công nghiệp này dự báo sẽ phát triển Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 24 Khóa tốt trong những năm tiếp theo với công suất lắp đặt mới có thể đạt 3000 MW.
- Với tốc độ tăng trưởng hơn 46% đã nâng công suất của Châu Á đạt gần 7000 MW.
- Máy phát điện PH 500, công suất 500W của trường Đại học bách khoa Hà Nội.
- Máy phát điện gió công suất 150W của Trung tâm nghiên cứu SOLALAB Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh.
- Mô hình phát điện gió cho gia đình Mô hình này sử dụng kết hợp máy phát gió công suất 150-300W cùng với dàn năng lượng mặt trời.
- Công suất máy phát điện gió 800 kW.
- Công suất máy phát Diezel (2 chiếc) 2 x 400 kVA + Lưới điện 10kV ngầm.
- Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 38 Khóa Thực tế chỉ mới lắp đặt được khoảng 1.500 máy phát điện gió mà chủ yếu cỡ công suất nhỏ hơn 150W.
- Máy phát điện gió công suất lớn hơn 500W chỉ được chế tạo thử với số lượng không đáng kể.
- Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu được năng lượng gió nhiều hơn và phát ra điện có công suất lớn hơn.
- Phương pháp này chủ yếu là điều khiển công suất của hệ khí động học.
- Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 55 Khóa Hình 2.10: Đặc tính momen của máy điện SCIG Nhược điểm của cấu trúc này là cho giới hạn công suất không bằng phẳng và có những dao động công suất lớn.
- Ngoài ra có thể điều khiển để thu được công suất tối đa của gió.
- Trong thực tế công suất của bộ biến đổi này lên đến 120% công suất định mức của máy phát.
- Sự biến thiên công suất của các máy phát turbine gió nối với hệ thống điện.
- Điều khiển tối ưu công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống máy phát điện dùng sức gió.
- Với các lí do này, các turbine gió điều khiển pitch tốc độ biến đổi hiện đang được sử dụng, đặc biệt với máy phát có công suất trung bình đến lớn.
- Khi tốc độ gió thay đổi trong một dải nào đó người ta dùng một thiết bị điện tử công suất để nối máy phát với lưới điện.
- Với tính linh hoạt của thiết bị làm cho các phương pháp điều khiển trở nên tin cậy và hiệu quả hơn khi mà công suất hoặc tốc độ bị giới hạn.
- Ta có thể thấy trên hình 3.9, đường cong công suất lý tưởng là không đổi trong dải tốc độ gió trên VN.
- Hình 3.9 : Đường cong công suất lý tưởng Hình 3.10: Đồ thị mật độ công suất theo tốc độ gió Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 74 Khóa Đồ thị công suất lý tưởng biểu thị trên 3 vùng với mục đích phát điện khác nhau.
- Vùng I là vùng tốc độ thấp, công suất sinh ra thấp hơn công suất hoạt động.
- Bởi thế, việc thiết kế hệ thống điều khiển cũng phải tính đến chất lượng công suất.
- Mặt khác, những biến thiên chậm của điện áp xảy ra khi công suất phát ra bởi hệ WECS thay đổi so với tốc độ gió trung bình.
- Một cách để làm giảm sự biến động điện áp này mà không làm ảnh hưởng đến sự biến đổi công suất là điều khiển dòng công suất Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 77 Khóa phản kháng.
- Trong trường hợp hệ WECS hoạt động với tốc độ thay đổi, ta điều khiển công suất tác dụng bằng các bộ biến đổi điện.
- Chế độ này được sử dụng chẳng hạn trong trường hợp cần đạt đến điểm làm việc có công suất tối đa với tốc độ gió biến đổi dưới một giá trị giới hạn.
- Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 79 Khóa Hình 3.12: Momen và công suất thay đổi theo tốc độ rotor ứng với các góc cắt Hình 3.11 cũng cho thấy điểm làm việc thay đổi thế nào khi tốc độ gió là không đổi.
- Như vậy, tốc độ của máy phát phụ thuộc hoàn toàn vào tần số, công suất.
- Điểm này xác định rõ công suất tối đa có thể tạo ra từ turbine gió.
- Bởi thế, tốc độ gió cao hơn sẽ dẫn đến công suất khí động học thấp hơn.
- Hình 3.14 giúp ta hiểu được phương pháp ngưỡng thụ động để giới hạn công suất.
- Kết quả là momen khí động học và công suất giảm.
- Hình 3.14: Phương pháp ngưỡng thụ động cho giới hạn công suất a) Lực tác dụng lên một thành phần cánh.
- Hình 3.15 mô tả thành phần công suất thu nhận về trong phương pháp điều khiển FS-FP đã được biểu diễn trong hình 3.13.
- Có thể thấy giới hạn công suất chỉ đạt được ở một tốc độ gió (điểm D) và công suất giảm với tốc độ Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 84 Khóa gió cao hơn hoặc thấp hơn tại điểm đó.
- Công suất đầu ra.
- Chế độ tốc độ không đổi đồng nghĩa với việc đạt được công suất chuyển đổi tối đa chỉ xảy ra ở một tốc độ gió.
- Trong dải tốc độ gió cao hơn, công suất bị giới hạn bởi việc điều chỉnh góc cắt liên tục.
- Giới hạn công suất bởi phương pháp pitch-to-feather (mở hết góc cắt).
- Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 86 Khóa Hình 3.16: Phương pháp pitch-to-feather giới hạn công suất a.
- Giới hạn công suất bởi phương pháp pitch-to-stall.
- Góc Φ tăng khi tốc độ gió tăng.
- Điều thú vị là, phương pháp này đòi hỏi một nỗ lực điều khiển nhỏ đến điều chỉnh công suất.
- Hình 3.17: Phương pháp pitch-to-stall giới hạn công suất.
- Trên tốc độ gió định mức, bộ điều khiển sẽ quyết định góc tới để điều chỉnh công suất khí động học ở giá trị định mức.
- Hình 3.19a so sánh sự khác nhau giữa đường cong công suất lý tưởng và thực tế, hình 3.19b biểu thị quan hệ hiệu suất chuyển đổi-tốc độ gió.
- Trên tốc độ gió định mức, việc thực hiện điều chỉnh công suất lý tưởng không liên quan gì đến sự điều chỉnh góc cắt.
- Công suất đầu ra b.
- Quan hệ hệ số công suất-tốc độ gió.
- Với sự phổ biến sâu rộng của năng lượng gió ngày nay, yêu cầu cải thiện công suất đã trở thành yếu tố thúc đẩy có tính quyết định đối với phương pháp điều khiển tốc độ thay đổi.
- Do đó, phương pháp điều khiển VS về cơ bản là khác ở cách công suất bị giới hạn ở tốc độ gió trên định mức.
- Trên hình 3.21a so sánh đường cong công suất thực tế (đen) và lý tưởng (xám).
- Hình 3.21: Đặc tính công suất thu về và hệ số công suất - tốc độ gió cửa phương pháp điều khiển VS-FP với điều chỉnh ngưỡng thụ động (AEDG và điều chỉnh ngưỡng có sự tham gia của tốc độ (ABCDG’) a.
- Công suất thu về b.
- Hệ số công suất-tốc độ gió.
- Với tốc độ gió cao hơn định mức, điểm làm việc dịch Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 93 Khóa chuyển dọc theo đường hyperbol công suất định mức tới ngưỡng.
- Có thể thấy phương pháp điều khiển này đã đạt tới đường cong công suất lý tưởng trên hình 3.9.
- Kết quả là công suất khí động học có xu hướng tăng theo.
- Ở tốc độ gió thấp turbine gió làm việc trên đường cong công suất cực đại giữa điểm A và điểm B.
- Hình 3.22: Phương pháp điều khiển cơ bản VS-VP theo kiểu (Pitch-to-feather) Tốc độ thay đổi làm tăng năng lượng thu được tại những tốc độ gió thấp trong khi thay đổi góc cắt ta sẽ điều chỉnh được hiệu suất công suất tại những tốc độ gió cao hơn.
- Chú ý rằng phương pháp điều khiển này cũng đạt được đường cong công suất lý tưởng như hình 3.9.
- Phương pháp điều khiển này cùng với phương pháp VS-FP đặc biệt dùng cho những turbine gió có công suất lớn.
- Khảo sát đường cong công suất theo tốc độ gió.
- Khi tốc độ gió tăng lên trên vùng tốc độ làm việc thì công suất phát ra sẽ bằng 0.
- Hệ thống lưới điện ở cấp điện áp 120kV có tổng công suất là 2500MVA.
- Năng lượng thu được từ turbine gió được chuyển sang năng lượng điện nhờ máy phát điện cảm ứng để truyền tải công suất lên lưới điện.
- Hệ thống điều khiển phát tín hiệu độ dốc góc pha (Vr) và tín hiệu điện áp (Vgc) tới bộ chuyển đổi Cgrid và Crotor để điều khiển năng lượng của turbine gió, điện áp thanh cái (nút) một chiều và công suất phản kháng hoặc điện áp của lưới điện.
- Ps: Công suất điện đầu ra của stator.
- Pr: Công suất điện đầu ra của rotor.
- Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 100 Khóa Pgc: Công suất điện đầu ra của Cgrid.
- Qs: Công suất phản kháng đầu ra của stator.
- Qr: Công suất phản kháng đầu ra của rotor.
- Qgc: Công suất phản kháng đầu ra của Cgrid.
- Ωr : Tốc độ quay rotor.
- Ωs : Tốc độ đồng bộ.
- Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 101 Khóa Crotor và Cgrid có khả năng phát hoặc tiêu thụ công suất phản kháng và có thể dùng để điều khiển công suất phản kháng hoặc điện áp lưới.
- Từ điểm tốc độ 0 đến điểm tốc độ A thì tham chiếu tương ứng công suất bằng 0.
- Hình 4.6: Đặc tính công suất – tốc độ của turbine gió Hệ thống điều khiển phía rotor: Luận văn Thạc sĩ HV: Nguyễn Phú Hưng 102 Khóa Một vòng lặp điều khiển công suất tổng quát được biểu diễn trên hình 4.7 gọi là hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi rotor.
- (2) Hiển thị đặc tính công suất turbine.
- (6) Hệ số khuếch đại điều chỉnh công suất.
- Win (m/s): Tốc độ gió.
- Qref: Công suất phản kháng đầu ra.
- Khi hệ thống năng lượng gió phát công suất định mức thì hệ thống này tiêu thụ 0.68MVAr (Q.
- Khi tốc độ gió đạt giá trị 14m/s (giá trị đỉnh của đường đặt tính hình 4.6) thì tốc độ turbine đạt được là 1pu và công suất phát của hệ thống năng lượng gió đạt được là 5MW (nhỏ hơn giá trị định mức)

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt