LỜI CẢM TẠ Đề tƠiănƠyăđ ợc th c hiệnătheoăch ngătrìnhăđƠoătạo thạcăsĩătạiăTr ờngăĐại học s ăphạm kỹ thu t Tp Hồ Chí Minh Xin cảm năqăthầyăcơăđƣăt nătìnhăh ớng dẫn tạoăđiều kiện thu n lợiăđể em nghiên ću th c lu năvĕnănƠy Xin chân thành cảm năs h ớng dẫn tr c tiếp c̉a thầy PGS TS Nguyễnă H ̃ uăPhuc đƣ t nătìnhă giúpăđ̃,ăđóngăgópănh ng ý kiến qú báuăvƠăh ớng dẫn em hoàn thiệnăđề tài nƠy.ăEmăcũngăxinăg i lờiăcámă nătới quý thầyăcôăkhoaăđiện ậ điện t Tr ờngăĐại họcăs ăphạm kỹ thu t Tp Hồ Chí Minh đƣăkhíchălệ,ăđơnăđốc giám sát tiếnăđộ suốt trình th c lu năvĕn Rất cảm nătr ớc s cộng tác nhiệt tình c̉a anh chị bạn học viên lớp cao học ngành Thiết bị, mạngăvƠănhƠămáyăđiện khóa 2010B,ăcámă năvìăs đóngă góp nh ng ý kiến bổ ích qua nh ng thảo lu n c̉a t p thể lớp Xin g i lờiătriăơnăđếnă giaăđìnhăvƠănh ngăng ờiăthơnă vìăđƣălnă ̉ng hộ động viên tơi suốt q trình học,ăđặc biệt thời gian th c hiệnăđề tài Kính chúc śc khỏe q thầy bạn Học viên ωhơuăMinhăĐa ̣o iii TÓM TẮT Trongăluơ ̣năvĕnănƠyăcác vùng làm việc khác c̉aămáyăphátăkhơngăđồng cơpăngnăhaiăphiaă(DFIG) c̉aăturbineăgióă(WT),ătrênăquanăđiểm tốcăđộ rơto, cơng suất phát, tỉ số tơcăđơ ̣ă đầu cánh (tip speed ratioăTSR)ăλăvƠăgócănghiêngăβăc̉a cánh quạtă WT,ă đƣă đ ợc khảoăsátăvƠăgi iăthiê ̣u ă Sauă đó,ă thu tă tốnă điều khiển mớiăđ ợcăđề xuất nhằm lấyăđ ợc cơng suất c căđại có t nĕngăl ợng gió, d a s khác biệt gi aătơcăđơ ̣ăquayăt ốiă uăvƠătốcăđộ quay th c tế c̉a trục turbine Thu t toánăđ ợc th c hiệnătrongăcácăch Các kết c̉aăph ngătrìnhămơăphỏng s dụng phần mềm PSCAD ngăphápăđề xuấtăsauăđóăđ ợc so sánh với số liệu th c tế c̉a máy Nordex N80/2500 KW cho thấyătínhăđúngăđ năvƠăcácă uăđiểm c̉aăph ng phápăđề xuất ABSTRACT In this thesis In this paper, different operational regions of doubly fed induction generator (DFIG)- based wind turbine (WT), from the viewpoints of rotor speed,ăgeneratedăpower,ătipăspeedăratioă λăandăangleăofăbladesăβăofătheă WT's rotor, are studied and classified Then a new control algorithm for maximum wind power point tracking (MPPT) and extraction, based on the difference between optimum and current rotational speed of the shaft of WT, will be proposed The algorithm is implemented in control schemes and carried out in terms of various operational conditions of wind speed in PSCAD software environment The results obtained are then compared with the actual data of Nordex N80/2500 KW for validation of the proposed method This comparison is done based on the speed of operation and quality of generated power and the results show the advantages of the proposed method iv MỤC LỤC TRANG QuyếtăđịnhăgiaoăđềătƠi Ĺălịchăcáănhơnă i Lờiăcamăđoană ii ωảmătạă iii Tómăt t iv Mụcălụcă v Danhăsáchăcácăch ăviếtăt tă ix Danh sách hình xi Danhăsáchăcácăbảngă xii ̉ ωh ng 1: TÔNGăQUAN 1.1 ̉ GI IăTHIÊ ̣UăTÔNGăQUAN 1.2 ṂωăĐ́ωHăNGHIÊNăώU 1.3 Đ́IăT ̣NGăNGHIÊNăώU 1.4 PḤMăVIăNGHIÊNăώU 1.5 PH 1.6 KÊăHOẠωHăTH ̣ωăHIÊN ̣ 1.7 GÍăTṚăTH ωăTỈNăω̉AăĐ̀ăT̀I 1.8 PH́ωăTH̉OăṆIăDUNGăLỤNăVĔN ωh NGăPHAPăNGHIÊNăω U ngă2: ω ăS ̉ ăLYăTHUYÊTăVÊăNĔNGăL NGăGIO ̣ 2.1 NĔNGăL NGăGIO ̣ 2.1.1 Hiê ̣uăchinhătheoănhiê ̣tăđô ̣ăchoămơ ̣tăđô ̣ăkhôngăkhi ̉ 2.1.2 Hiê ̣uăchỉnhătheoăđộăcaoăsoăvớiăm ớc biể năchoămơ ̣tăđô ̣ăkhôngăkhi 2.2 ̉NHăH 2.3 HIÊ ̣UăSUÂTăVA ωÔNGăSUÂTăωỦAăωANHăQUA ̣T 12 2.3.1 Hiê ̣uăsuơtăl nănhơtăcủaăcanhăqua ̣t 12 2.3.2 Đ ờngăcongăcơngăsuấtăturbineăgióăĺăt ởng 17 2.4 KIỂMăSOATăTÔω Đ̣ăωHOăωÔNGăSÚTăω ωăĐ̣I 19 ̉ NGăωỦAăĐỘăωAOăTHAP 10 2.4.1 S ặ ảnhăh ̉ ngăcủaătốcăđộăcánhăquạtăthayăđổi 19 2.4.2 ωácăgiảiăphapăkiể măsoatătôcăđô ̣ 21 v 2.4.2.1 Thayăđổ iăsôăc cămayăphat 21 ̣ 2.4.2.2 Hô ̣păsôănhiêuăcơp 21 2.4.2.3 Máyăphátăcảmắngăhệăsốătr ợtăthayăđổi 21 2.4.2.4 ωácăhệăthốngăkêtănôiăl iăgianătiêp 21 2.5 CÔNG SUÂTăTRUNGăψINHăTRONGăGIO 21 2.5.1 ψiể uăđôătơnăsôăgio khôngăliênătu ̣c 22 2.5.2 HƠmăsốăm tăđộăxácăsuấtăvơ ̣nătơcăgió 23 2.5.3 ThôngăkêăWeibullăvaăRayleigh 24 2.5.4 ωơngăsuơtătrungăbinhătrong gióăvớiăthốngăkêăRayleigh 26 2.6 ̉ ώωăώUăH̀NHăḤăTH́NGăψIÊNăĐÔIăNĔNGăL 2.6.1 Hê ̣ăthơngăbiênăđở iănĕngăl 2.6.2 Hê ̣ăthơngăbiênăđở iănĕngăl ợngăgióătốcăđộăthayăđổi 28 NGăGIO 27 ̣ ̣ngăgioătôcăđô ̣ăcôăđinh 27 2.6.2.1 Hê ̣ăthôngăbiênăđổ iătoanăbô ̣ăcôngăsuơt (FRC-fully rated converter) 28 2.6.2.2 Hê ̣ăthôngăbiênăđổ iănĕngăl ωh ̣ngăgioătôc đô ̣ăthayăđổ iăs ̉ ădu ̣ngăDFIG 28 ngă3: MÔăHINHăTOANăHỌωăDFIG 3.1 GI IăTHỊUă 30 3.2 UăĐỈMăω̉AăVỊωăS ăḌNGăDFIG 30 3.3 VECTOR KHÔNG GIAN 31 3.3.1 Vector không gian 31 3.3.2 ψiể uădiễnăcông suơtătheoăvectorăkhôngăgian 32 3.4 ̉ ώωăPH́PăωHUYỂNăĐÔIăHỆăQUIăωHIÊU 33 3.4.1 Ph́păchuyểnătrụcăt ăhệăquiăchiếuăabcăsangăhê ̣ăquiăchiêuăαβ 34 3.4.2 Ph́păchuyểnătrụcăt ăhệăquiăchiếuăcốăđịnhăαβ sangăhê ̣ăquiăchiêuăquayădq 35 3.4.3 Ph́păchuyểnăđổiăParkă 36 3.5 MÔăHINHăTOANăHỌωăDFIG 38 3.5.1 Môăhinhătoanăho ̣căDFIGătrongăhê ̣ătru ̣căto ̣aăđô ̣ătinhăαβ 38 ̃ 3.5.2 Môăhinhătoanăho ̣căDFIGătrongăhê ̣ătru ̣căto ̣aăđô ̣ădq 42 ωh ngă4: K̃ăTHỤTăT̀MăKÍMăĐỈMăω ωăĐ̣IăωÔNGăSÚTăPH́Tă (MPPT) 4.1 GI IăTHIỆU 45 4.2 ωÔNGăSUÂTăKHIăĐỘNGăHỌω 46 4.3 ώωăV̀NGăL̀MăVỊω 48 vi 4.3.1 V̀ngăI 48 4.3.2 V̀ngăII 49 4.3.3 V̀ng III 50 4.3.4 V̀ngăIV 50 4.4 Đ̀ăXÚTăTHỤTăTÓNăMPPT 51 4.4.1 V̀ngăI 52 4.4.2 V̀ngăII 52 4.4.3 V̀ngăIII 52 4.4.4 V̀ngăIV 53 ωh ̉ ̉ ngă5: S ăĐÔăMÔăPHONGăTRONGăPSωADăVAăKÊTăQUA 5.1 S ăĐÔăHỆăTHÔNGăTURψINEăGIOăKÊTăNÔIăL IăĐIỆN 54 5.2 XÂYăD ̣NGăMÔăH̀NHăTURψINEăGÍ 54 5.2.1 KhôiăWINDăPARK 54 5.2.1.1 Môătảăch cănĕng 54 5.2.1.2 ωácătínăhiệuăng̃ăvƠo 55 5.2.1.3 ωácătínăhiệuăra 55 5.2.2 KHÔIăMAYăPHAT 57 5.2.2.1 Môătả 57 5.2.2.2 ωácăthôngăsốăng̃ăvƠo 58 5.2.2.3 ωácăthôngăsốăng̃ăra 58 5.2.3 KHÔIăVSω 59 5.2.3.1 Rotor side converter (bô ̣ăchuyể năđổ iăphiaărotor) 59 5.2.3.2 Gride side converter (bô ̣ăchuyể năđổ iăphiaăl i) 62 5.3 ̉ KÊTăQUẢ ăMÔăPHONG 65 5.3.1 Gi iăthiê ̣uătổ ng quan WT Nordex N80/2500Kw 65 5.3.2 Vơ ̣nătơcăgióătĕngăthêm 2m/s 66 5.3.3 Vơ ̣nătôcăgioăgiảmăđiă2m/s 67 5.3.4 Kêtăquảătổ ngăh ̣păchoăvơ ̣nătôcăgioăt ăcutăinăđênăcutăoutăvaăsoăsanhăv iăNordexă N80/2500Kw 67 5.3.5 ωh 6.1 Nhơ ̣năxetăkêtăquảămôăphỏng 72 ngă6: KÊTăLUẬN ώωăV́NăĐ̀ăĐ̃ăGỈIăQUÝTăTRONGăLUẬNăVĔN 73 vii 6.2 Đ̀ăXÚTăNH NGăH NGăNGHIÊNăω UăTIÊPăTHEO 73 T̀IăLỊUăTHAMăKH̉O 74 viii THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ώωăT ăVÍTăT T DFIG Doubly Fed Induction Generator DFIM Doubly Fed Induction Machine FOC Field Oriented Control FRC Fully Rated Converter GSC Grid Side Converter IG Induction Generator MPPT Maximum Power Point Tracking PI Proportional Integral p.u Per Unit PWM Pulse Width Modulation RMS Root Mean Square RSC Rotor Side Converter SG Synchronuos Generator TSR Tip Speed Ratio VSC Voltage Source Converter WECS Wind Energy Convertion System ωhỉăsốătrên s, e Hệ trục tọaăđộ tĩnhăαβăvà hệ trụcăđồng dq T Chuyển vị c̉a ma tr n,ăv́ct ωhỉăsốăd ới max, maximum, minimum ref, Giá trị điều khiển giá trị đặt KÝăHỊU vas, vbs, vcs, var, vbr , vcr điện áp pha stator rotor ix dòngăđiện stator rotor ias, ibs, ics, iar , ibr , icr as, bs, cs, ar, br, cr t thông stator rotor vαs, vβs, vαr, vβr điện áp stator rotor theo trục α,β iαs, iβs, iαr, iβr dòng stator rotor theo trục α,β αs, βs, αr, βr t thông stator rotor theo trục α,β vds, vqs, vdr, vqr điện áp stator rotor theo trục d,q ids, iqs, idr, iqr dòng stator rotor theo trục d,q ds, qs, dr , qr t thông stator rotor theo trục d,q Udc điện áp dc-link Rs, Rr điện trở dây quấn stator rotor Lls, Llr điện cảm tản stator rotor Ls, Lr điện cảm stator rotor Lm �g rated điện cảm t hóa �g tốcăđộăđồngăbộăc̉aămáyăphát kT tỷ số vịng dây stator rotor Te,Tm mômenăđiện t vƠămômenăc p số cặp c c t J,H mơmen qn tính hệ số qn tính rotor v, vd v n tốcăgióătr ớc, sau cánh quạt vb vơ ̣nătôcăquaămĕ ̣tăphĕ̉ ngăcanhăqua ̣t R, A bán kính diện tích quét cánh quạt tuabin ρ, Cρ m tăđộ khơng khí hiệu suất rotor λ, β Tip speed ratio góc pitch r lƠătốcăđộălƠmăviệc c̉aămáyăphát tốcăđộ cánhăquạt x DANH ŚCH ĆC BẢNG BẢNG B̉ng 2.1: Mơ ̣tăđô ̣ăkhôngăkhiătheoănhiê ̣tăđô ̣ B̉ng 2.2: Mơ ̣tăđô ̣ăkhôngăkhiătheoăapăsuơtă(đô ̣ăcaoăsoăv iăm căbiể n ) ̣ B̉ng 2.3: Hê ̣ăsơămaăsatătheoăđiaăhinh ̣ B̉ng 2.4: Đặcătínhăgồăghềăd̀ngăchoăbiểuăth́că(2.16) B̉ng 5.1: ThơngăsơăWTăNordexăN80(2,5MW) B̉ng 5.2: Kếtăquảămôăphỏng B̉ng 5.3: SoăsánhăkếtăquảămôăphỏngăvớiăsốăliệuăNordexăN80/2500KW xi TRANG 10 11 66 69 69 DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH ◦ TRANG Hình 2.1: ωơngăsuấtăgió m mặtăc tăngangătạiă15 C atm Hình 2.2: Mốiăquanăhệăgi aăápăsuấtăkhơngăkhíăvƠăđộăcaoăsoăvớiămặtăbiển Hình 2.3: (a) tỷăsốăv nătốcăgióătheoăđơ ̣ăcaoăvƠă(b)ătỷăsốăcơngăsuấtăsoăvớiăđộăcao 11 Hình 2.4: Đặtătínhăgióăđiăquaăcánhăquạt 13 Hình 2.5: Đặcătínhăhiệuăsuấtăcánhăquạt 15 Hình 2.6: ĐặcătínhăhiệuăsuấtăcánhăquạtătheoăTSR 16 H̀nh 2.7: Gócănghiênăcủaăcanhăqua ̣t 17 H̀nh 2.8:ăHiệuăsuất Cp (λ,ăβ) 17 H̀nh 2.9: ωơngăsuấtăWT phụăthuộcăv n tốcăgióăvƠătốcăđộătuabin 18 H̀nh 2.10: Đ ờngăcongăcơngăsuấtăĺăt ởngăc̉aătuabinăgió 19 Hình 2.11: Đặcătínhăhiệuăsuấtăωp theoătơcăđơ ̣ăquayăcủaăcanhăqua ̣t 20 Hình 2.12: Đặcătínhăcơngăsuấtăthuăđ ợcătheoătốcăđộăquayăcánhăquạt 20 Hình 2.13: ψiể uăđơăvơ ̣nătơcăgioătinhătheoăgi ătrênănĕm 23 Hình 2.14: HƠmăsốăm tăđộăxácăsuấtăv nătốcăgióă(pdf) 24 Hình 2.15: Hàm m tăđộăxácăsuấtăWeibull 25 Hình 2.16: HƠmăm tăđộăxácăsuấtăvớiăthamăsốătỷălệăcăthayăđổi 26 Hình 2.17: Hệăthốngăbiếnăđổiănĕngăl ợngăgióătốcăđộăcốăđịnh 27 Hình 2.18: Hệăthốngăbiếnăđổiănĕngăl ợngăgióătốcăđộăthayăđổi,ăbiếnăđổiătoƠnăbộăcơngăsuấtă phát 28 Hình 2.19: Hệăthốngăbiếnăđổiănĕngăl ợngăgióăđ ợcătrangăbịăvớiăDFIG 29 Hình 3.1: Ngunăĺăc̉aăv́ct ăkhơngăgian 31 Hình 3.2: ωácăđạiăl ợngăc̉aăhệătrụcăabcăbiểuădiễnătrongăhệătrụcăαβ 35 Hình 3.3: Mốiăliênăhệăgi aăhệătrụcăαβ hệătrụcădq 36 Hình 3.4:ăMốiăliênăhệăgi aăhệătrụcăabcăvƠăhệătrụcădq 37 Hình 3.5: ωấuăhìnhăkếtănốiăstatorăvƠărotor,ăYăậ Y 38 Hình 3.6: S ăđồăt ngăđ ngăRLăc̉aăstatorăvƠărotor 39 Hình 3.7: Mơăhìnhăĺăt ởngăc̉aămáyăđiệnăkhơngăđồngăbộăbaăpha 40 Hình 3.8: Mạchăđiệnăt ngăđ ngămơăhìnhăđộngăDFIGătrongăhệătrụcăαβ 41 Hình 3.9: Trụcăc̉aădơyăquấnăstatorăvƠărotorătrongăhệătrụcădq 43 Hình 3.10: Mạchăđiệnăt ngăđ ngămơăhìnhăđộngăDFIGătrongăhệătrụcăđộăthamăchiếuădqă quayăvớiătốcăđộăđồngăbộ 43 H̀nh 4.1: ωấuăhìnhăđiểnăhìnhăc̉aăWTăDFIG 46 Hình 4.2:ăHệ sốăcơngăsuấtăωp(λ, β) 47 Hình 4.3:ăωácăv̀ngăđiềuăkhiểnăDFIG 49 Hình 4.4:ăĐặcătínhăcơngăsuấtăWT 51 H̀nh 5.1: HệăthốngăturbineăgióăvƠămáyăphátăDFIG 54 Hình 5.2: Mơ hình wind park 55 H̀nh 5.3: Xácăđịnhămomenăc ăTm 56 Hình 5.4: Khốiăxácăđịnhătốcăđộăthamăchiếu 56 Hình 5.5: Khốiăđiềuăkhiểnăgócănghiêng β 57 H̀nh 5.6: Mơăhinhămayăđiê ̣năcảmă ngărotorădơyăquơn 57 Hình 5.7: ωácăbiếnăng̃ăraăc̉aămáyăphát 58 Hình 5.8: Xácăđịnhăvịătríăc̉aăvectorăt ăthơng 60 xii Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B Hình 5.15 trìnhă bƠyă b ă uă nă PWMă sină thôngă th ờng,ă trongă đ́ă m iă năápăphaăđ căsoăsánhăv iăd ngăśngătamăgiácătầnăs ăcaoăđ ăxácăđ nhăm uăxung kích Hình 5.15: Bơ ̣ăphatăxungăPWMăsin ̉ ̉ 5.3 KểTăQUA MƠăPHONG 5.3.1 Gi iăthiê ̣uătở ngăquanăWTăNordexăN80/2500Kw Nordex lƠăm tătrongănh ngănhƠăs năxu tăWTăhƠngăđầuătrênătoƠnăth ăgi iăv iă h nă2500ănhơnăviên.ăTr ăsửăchínhă Parent Company Nordex SE t i Langenhorner Chaussee 600, 22419 Hamburg Germany Mô ̣tăsôăsảnăphở măWT nh ăN77(1,5MW),ă N80(2,5MW), N90(2,5MW), N100(2,5MW), N117(2,4MW) Trongăluơ ̣năvĕnănayă s ̉ ădu ̣ngăsôăliê ̣uăWTă Nordex N80(2,5MW) đ ̣cătrốnhăbayătrongăBảngă 5.1 vƠăB ngă 5.3 CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 65 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B B̉ng 5.1: ThôngăsôăWTăNordexăN80(2,5MW) Cánhăqu t: Sôălaăcanhă Tôcăđô ̣ăcanhăqua ̣t 10,8 đ nă18,9 vịng/phút Đ ờngăkínhăcánhăqu t 80 m Diê ̣nătốchăcanhăqua ̣t 5,026 qm Điêuăchố̉nhăcôngăsuơt Pitch Vơ ̣nătôcăgioăCut-in m/s Vơ ̣nătôcăgioăCut-out 25 m/s Vơ ̣nătôcăgioăđinhăm că ̣ 15 m/s Hô ̣păsô: Lo i Planetary Tỷăs ăh păs : 68.7 Máyăphát: Côngăsuơtă 2,500 kW Điê ̣năap 660 V Lo iă Asynchronous double-fed, liquid-cooled Tơcăđơ ̣ 740-1300 vịngă/phút 5.3.2 Vơ ̣nătôcăgioătĕng thêm 2m/s Gi ăthi tăbanăđầuăv năt căgíălƠă 10m/s, tôcăđô ̣ărotorămayăphatăở năđinhăta ̣i ̣ 1,045±0,001pu (1044±1 vịng/phút) v iătơcăđơ ̣ăthamăchiêuă 1,0405pu Sauăđoătĕngă vơ ̣nătôcăgioălênă 12m/s, tôcăđô ̣ărotorămayăphatăổ năđinhăta ̣iă ̣ 1,249±0,001pu (1249±1 vịng/phút) v iătơcăđơ ̣ăthamăchiêuă1,248puăvaăsauă15sănh ăHình 5.16 H̀nh 5.16: Đapă ngătôcăđô ̣ăkhiăvơ ̣nătôcăgioătĕng CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 66 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B 5.3.3 Vơ ̣nătôcăgioăgiảm điă2m/s T ăgiaătriăở năđinhănh ă Hình 5.16, sauăđoăgiảmăvơ ̣nătơcăgioăxngă 10m/s tơcă ̣ ̣ ̣ărotorămayăphatăở năđinhăta ̣iă 1,040±0,001pu (1040±1 vịng/phút) v iătơcăđơ ̣ă tham ̣ chiêuă1,0405puăvaăsauă13sănh ăHình 5.17 H̀nh 5.17: Đapă ngătôcăđô ̣ăkhiăvơ ̣nătôcăgioăgiảm 5.3.4 Kêtăquảătổ ngăh ̣păchoăvơ ̣nătôcăgioăt ăcutăinăđênăcutăout vƠăsoăsánhăv iăNordexă N80/2500Kw T ăkêtăquảămơăphỏngănh ă Hình 5.16 vƠă5.17 choăthơyătơcăđơ ̣ămayăphatăđapă ngăt tăkhiăćăs ăthayăđ iăv năt căgí Cácătr ờngăh pă ngăv iăđ ăthayăđ iăv năt că gíăcaoăh năthìăkh́ăx yăraătrongăth căt ăvƠăm tăs ăk tăqu ănghiênăc uăđƣăđ căcôngă bôănh ă[6] ch ămôăph ngăv iăđ ăthayăđ iăv năt căgíă1m/s Để ăsoăsanhăv iăsôăliê ̣uăcủaăWTăNordexăN 80/2500Kw, t căđ ăgíăđ căthayă đ iătừăt căđ ăcutinălƠă4m/săđ năt căđ ăcutoutălƠă25m/s,ăm iălầnăthayăđ iătĕngăthêmă 1m/sănh ăHìnhă5.18.ăT căđ ărotorămáyăphátă năđ nhătrongăthờiăkho ngă10săv iăsaiăs ă kho ngă 0,003puă nh ă Hìnhă 5.19.ă Đ ờngăcongă Cp đa ̣tăgiaătriăl nănhơtătrongăkhoảngă ̣ vơ ̣nătơcăgioăt ă 7m/săđênă 12m/sănh ăHìnhă5.20 góc nghiêng βăđ vơ ̣nătơcă13m/săminhăḥaătrongăHình 5.21 K tăqu ămơăph ngăđƣăđ b ngă vƠăk tăqu ămôăph ngănƠyăđ căkốchăhoa ̣tăta ̣iă căth ngăkêătrongă căsoăsánhăv iăs ăli uăth căt ăc aămáyă N80/2500KWătrìnhăbƠyătrongăb ngă2 vƠăHìnhă5.22 CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 67 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B Hình 5.18: T căđ ăgíă(m/s) Hình 5.19: Đápă ngăt căđ ăc aărotorămáy phát (Wref_pu t căđ ăthamăchi u,ă Wpu lƠăt căđ ăth căc aărotor) Hình 5.20: H ăs ăCp Hình 5.21: Ǵcănghiêngăc aăcánhăqu tăβ CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 68 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B B̉ng 5.2: K tăqu ămôăph ng T́c đ̣ gió (m/s) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 25,1 T́c đ̣ rotor (v/p) 740 740 740 740 832 936 1040 1144 1248 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 1310 H ś Cp 0,132 0,317 0,407 0,437 0,438 0,438 0,438 0,438 0,438 0,390 0,314 0,255 0,205 0,175 0,147 0,125 0,107 0,092 0,080 0,070 0,062 0,056 Góc nghiêng β (deg) 0 0 0 0 1,84 7,6 12,5 16,2 19,2 21,7 23,8 25,7 27,3 28,7 30 31,2 32 45 PG (KW) 20 113 250 438 645 918 1263 1688 2200 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 2500 B̉ng 5.3: So sánhăk tăqu ămôăph ngăv iăs ăli uăNordexăN80/2500KW T́c đ̣ gió (m/s) 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 25,1 K t qủ mô ph ng Hiêu suơt WT PG (KW) ̣ 0,102 20 0,292 113 0,376 250 0,414 438 0,409 645 0,409 918 0,410 1263 0,412 1688 0,414 2200 0,370 2500 0,296 2500 0,241 2500 0,198 2500 0,165 2500 0,139 2500 0,118 2500 0,102 2500 0,088 2500 0,076 2500 0,067 2500 0,059 2500 0,052 2500 0 Trongăbảngă2, hiê ̣uăsuơtăWTăđ CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc Nordex N80 Hiêu suơt WT PG (KW) ̣ 0,076 15 0,314 121 0,377 251 0,410 433 0,423 667 0,434 974 0,428 1319 0,409 1675 0,377 2004 0,337 2281 0,292 2463 0,241 2500 0,198 2500 0,165 2500 0,139 2500 0,118 2500 0,102 2500 0,088 2500 0,076 2500 0,067 2500 0,059 2500 0,052 2500 0 ̣cătốnhănh ăsau: 69 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Hiê ̣uăsuơtăWTă= Kh́aă2010-2012B PG P Gio =1 PG Av H̀nh 5.22: SoăSoăsánhăk tăqu ămơăph ngăv iăs ăli uăNordexăN80/2500KW Hìnhă5.22 choăthơyăđ c aăk tăqu ămôăph ngăt ngăđ ngăcongăcôngăsuơtăphatăvaăhiê ̣uăsuơtătheoăvơ ̣nătôcăgioă ngăv iămáyăNordexăN 80 ̉ăk tăqu ămôăph ng , máyăđ tăđ nhăm căt iăv năt căgíăth păh nămáyăNordexăN 80 vƠăđi uănƠyălƠăm tă uă điể măquanătro ̣ng Máyăs ăsinhăraăl ngăcôngăsu tăhƠngănĕmăl năh năt iănh ngăkhuă v căcoămơ ̣tăđô ̣ăxacăsuơtăgioăcoăvơ ̣nătôcăt ă11m/săđênă15m/săcaoăh n ̣ CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 70 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B Hình 5.23: K tăqu ăcácăvùngălƠmăvi căc aăDFIG Hình 5.23 mơătảăla ̣iăcacăvungălamăviê ̣cătheoăkêtăquảămơăphỏngăchoăth yă khơngăćăvùngăIIIăvìăt iăt căđ ăgíă13m/s,ăt căđ ărotorămáyăphátăđ tăgiáătr ăchoăphépă l nănh tăđ ngăthờiăcôngăsu tăphátăPG cũngăđ tăđ nhăm c CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 71 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B 5.3.5 Nhơ ̣năxetăkêtăquảămôăphỏng Ph mă viă ho tă đ ngă c aă WTă sửă d ngă máyă phátă DGIFă r ng,ă t că đ ă gíă từă 4m/săđ nă25m/s.ăCơngăsu tăsinhăraăc aăthu tătốnăđ ăxu tăbằngăphẳngăvƠăl su tăsinhăraăthìăt ngăcơngă ngăđ iăv iăNordex N80/2500KW,ătuyănhiênămáyăđ tăđ nhăm căt iă t căđ ăgíă13m/săsoăv iăNordex N80/2500KW 15m/săvaăl ̣ngăcôngăsuơtăsinhăraă hƠngănĕmăcũngăl năt iănh ngăkhuăv căth ờngăxuyênăxu tăhi năgíăćăv năt căth pă t ă11m/săđênă15m/s CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 72 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B Ch ng KẾT LUẬN 6.1 CỄCăV NăĐ ăĐ̃ăGI IăQUY TăTRONGăLU NăVĔN Lu năvĕnăđƣăgi iăquy tăcácăv năđ ăsau: Tìmă hi uă ngă d ngă vƠă nguyênă lỦă ho tă đ ngă c aă DFIGă trongă c uă hìnhă h ă th ngăbi năđ iănĕngăl ngăgíăt căđ ăthayăđ i Mô hình hóa DFIG đ ăxu tăđ căthu tătốnă m i, đ năgiảnăchoăviê ̣că tìmă kiêmăđiể măc căđa ̣iăcơngăsuơtăphatăMPPT ̣ Ch ngăminhăđ ̣că tínhăđúngăđắnăvƠăcácă uăđi măc aăph quaăsoăsanhă k tă qu ă c aă ph ngăphápăđ ăxu t ngă phápă đ ă xu tă v iă cácă s ă li uă th că t ă c aă máyă Nordex N80/2500 KW 6.2 Đ ăXU TăNH̃NGăNGHIểNăC UăTI PăTHEO Luơ ̣năvĕnăch aătơ ̣pătrungăvaoăphơnăđiêuăkhiể nămayăphatănênăcacăkhôiăđiêuă khiể năchốăs ̉ ăsu ̣ngăbô ̣ăđiêuăkhiể năPIăvaăcacăhê ̣ăsôăcủaăbô ̣ăđiêuăkhiể nănayăđ ̉ đinhătheoăkinh nghiê ̣m Để ănơngăcaoăchơtăl ̣ ̣căxacă ̣ngăđiêuăkhiể n , đ ăxu tăthayăth ăcácăb ă điêuăkhiể năPIăbĕngănh ̃ ngăbô ̣ăđiêuăkhiể năkhacăhoĕ ̣căbô ̣ăđiêuăkhiể năPIăv iăcacăthôngă sôăđ ̣cătinhăchố̉nhătr cătiêpăbĕngăbô ̣ăđiêuăkhiể năm ̣ Luơ ̣năvĕnăchốăđêăcơ ̣păvơnăđêăWTăkêtănôiăl ̉ mƠăch aăk tăn iăv iă môăhốnhăl kêtănôiăl iăđiê ̣năta ̣iămô ̣tănutănguônăvôăha ̣nă iăđiê ̣năth cătê Để ăthơyărõăảnhăh ̉ ngăcủaăWTăkhiă ̣ i , đ ăxu tăxơyăd ngămơăhìnhăl iăđi năth căt ăvƠăxétăm căđ ă nhăh ng c aăWTăkhiăv năhƠnhăv iăngu năgíăthayăđ iăliênăt c CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 73 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B TÀI LI U THAM KHẢO TI NGăVI T [1] PGS.TS NguyễnăH ̃ uăPhuc , “K̃ thụt địn 2”, NhƠăxu tăb năĐa ̣iăho ̣căQuôcă giaăTPăHôăChốăMinh [2] D ngă HoƠiă Nghĩaă “Điều Khiển Ḥ Thống Đa Biến” NXBă ĐHQGă Tp.HCM-2007 TI NGăN CăNGOÀI [3] Gilbert M Masters, “Renewable and Efficient Electric Power Systems” John Wiley & Sons, Inc- 2005 [4] B.Rabelo, W.Hofmann “Optimised Power Flow on Doubly-Fed Induction Generators for Wind Power Plants” Proceedings of PEMC'2000, pp.275-282, Kosice [5] J.T.G Pierik (ECN) J Morren (TUD), E.J Wiggelinkhuizen (ECN), S.W.H de Haan (TUD), T.G van Engelen (ECN) , J Bozelie (Neg-Micon), “Electrical and Control Aspects of Offshore Wind Farms II (Erao II)”, Volume 1: Dynamic models of wind farms [6] Shabani, A Deihimi, “A New Method of Maximum Power Point Tracking for DFIG Based Wind Turbine”, Power system conference 2010 [7] T Ackermann, “Wind Power in Power Systems”, New York, UK: John Wiley &Sons, 2005 [8] Hee-Sang Ko, Gi-Gab Yoon, and Won-Pyo Hong, Active Use of DFIG“Based Variable-Speed Wind-Turbine for Voltage Regulation at a Remote Location”, IEEE Trans, Power systems, VOL 22, NO 4,pp 1916-1925, NOVEMBER 2007 [9] Olimpo Anaya-Lara, Nick Jenkins, Janaka Ekanayake, Phill Cartwright, Mike Hughes, “Wind energy generation Modelling and Control”, John Wiley & Sons Ltd, 2009 [10] Siegfried Heier, “Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems”, John Wiley & Sons Ltd, 1998, ISBN 0-471-97143-X [11] Magdi Ragheb and Adam M Ragheb, “Wind Turbines Theory - The Betz Equation and Optimal Rotor Tip Speed Ratio” [12] B Beltran, M.E.H Benbouzid and T Ahmed-Ali, “High-Order Sliding Mode Control of a DFIG-Based Wind Turbine for Power Maximization and Grid Fault Tolerance”, Electric Machines and Drive Conference, 2009 CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 74 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B [13] Brice Beltran, Tarek Ahmed-Ali, and Mohamed El Hachemi Benbouzid, “Sliding Mode Power Control of Variable-Speed Wind Energy Conversion Systems”, IEEE transactions on energy conversion, vol 23, No 2, June 2008 [14] Changhong Shao, Xiangjun Chen and Zhonghua Liang, “Application Research of Maximum Wind-energy Tracing Controller Based Adaptive Control Strategy in” WECS, IPEMC 2006 [15] Dr Ani Gole, “Vector Controlled Doubly Fed Induction Generator for Wind Applications”, Dept of Electrical and Computer Eng., University of Manitoba CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 75 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B CHƯƠNG - 1 ́ 1.1 GIƠI THIỆU TỔNG QUAN - 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 1.6 KẾ HOẠCH THỰC HIỆN - 1.7 GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI - 1.8 PHÁC THẢO NỘI DUNG LUẬN VĂN - CHƯƠNG - 2.1 NĂNG LƯỢNG GIÓ 2.1.1 HIệCHỉNHàTHENHIệT ĐộàCHMậTàĐộàKHƠNGàKHÍ 2.1.2 HIệCHỉNHàTHEĐộàCáSVớIàMựCàNƯớCàBIểNàCHMậTàĐộàKHƠNGàKHÍ - ̉ 2.2 ẢNH HƯƠNG CỦA ĐỘ CAO TH́P 10 2.3 HIỆU SUẤT V̀ CÔNG SÛ́T CỦA CÁNH QUẠT. - 12 ́ ́ 2.3.1 HIỆUàSUÂTàLỚ NàNHÂTàCỦ áàCá́ NHàQUạ́T 12 2.3.2 ĐỪNGàCONGàCÔNGàSÚTàTURBINEàGIÓ àLÝàTỬNG. - 17 2.4 KIỂM SOÁT TỐC ĐỘ CHO CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI 19 2.4.1 SựàảNHàHƯởNGàCủáàTốCàĐộàCÁNHàQUạTàTHáYàĐổI 19 2.4.2 CÁCàGỈIàPHÁPàKỈMàSOá́TàTỐCàĐỘ - 21 2.4.2.1 Thayàđ ̉ iàs ́ ự ủ aà áyàphát 21 2.4.2.2 Hộpàsốà hiềuà ấp 21 2.4.2.3 M yàph tà ả àứ gàhệàsốàtrượtàthayàđổi 21 2.4.2.4 C àhệàthố gàkếtà ốiàlướiàgi àtiếp - 21 2.5 CƠNG SUẤT TRUNG BÌNH TRONG GIĨ - 21 2.5.1 BIểĐồàTầNàSốàGIĨàKHƠNGàLIÊNàTụC 22 2.5.2 HÀMàSốàMậTàĐộàXÁCàSUấTàVẬ NàTỚCàGIĨ - 23 2.5.3 THốNGàKÊàWEIBULL VÀ RAYLEIGH 24 2.5.4 CƠNGàSUấTàTRUNGàBÌNHàTRONGàGIĨàVớIàTHốNGàKÊ RAYLEIGH - 26 CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 76 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B 2.6 CÁC CẤU HÌNH HỆ THỐNG BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIĨ - 27 2.6.1 HệàTHốNGàBIếNàĐổIàNĂNGàLƯợNGàGIÓàTốCàĐộàCốàĐịNH 27 2.6.2 HệàTHốNGàBIếNàĐổIàNĂNGàLƯợNGàGIĨàTốCàĐộàTHáĐỞI - 28 2.6.2.1 Hệàthố gà iế àđổiàto ộà gàsuấtà(FRC- fully rated converter) 28 2.6.2.2 Hệàthố gà iế àđổià ă gàlượ gàgi àtố àđộàthayàđổiàsửàdụ gàDFIG 28 CHƯƠNG - 30 30 ́ 3.1 GIƠI THIỆU 30 ̉ 3.2 ƯU ĐIÊM CỦA VIỆC SỬ DỤNG DFIG 30 3.3 VÉCTƠ KHÔNG GIAN. 31 3.3.1 VECTOR KHÔNG GIAN - 31 3.3.2 BIểUàDIễNàCÔNGàSUấTàTHEOàVÉCTƠàKHÔNGàGIáN - 32 ̉ ́ 3.4 ĆC PHÉP CHUYÊN ĐỔI HỆ QUI CHIÊU 33 ́ 3.4.1 PHÉPàCHUỶNàTṚCàT̀àḤàQUIàCHÍUàáBCàSáNGàHỆàQUIàCHIÊU ΑΒ 34 3.4.2 PHÉPàCHUYểNàTRụCàTừàHệàQUYàCHIếUàCốàĐịNHàΑΒ SáNGàHệàQUYàCHIếUàQUAY DQ. 35 3.4.3 PHEPàCHUYểNàDổIàPARK ( PARK TRANSFORMATION) - 36 3.5 MÔ H̀NH TÓN ḤC DFIG. - 38 3.5.1 MƠàHÌNHàTỐNàHọCàDFIG TRONGàHệàTRụCàTọáàĐộ TĨNHàΑΒ - 38 3.5.2 MƠàHÌNHàTỐNàHọCàDFIG TRONGàHệàTRụCàTọáàĐộ ĐồNGàBộàDQ 42 CHƯƠNG - 45 45 ́ 4.1 GIƠI THIỆU. - 45 4.2 CƠNG SÛ́T KHÍ ĐỘNG ḤC. - 46 4.3 ĆC V̀NG L̀M VIỆC 48 4.3.1 V̀NGàI 48 4.3.2 VÙNG II 49 4.3.3 V̀NGàIII - 50 4.3.4 V̀NGàIV - 50 4.4 ĐỀ XÛ́T THỤ̂ T TÓN MPPT - 51 4.4.1 VÙNG I - 52 4.4.2 V̀NGàII 52 CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 77 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o Luơ ̣năvĕnăcaoăḥc Kh́aă2010-2012B 4.4.3 V̀NGàIII - 52 4.4.4 V̀NGàIV - 53 CHƯƠNG - 54 54 ́ ́ 5.1 SƠ Đ̀ HỆ THỐNG TURBINE GÍ KÊT NỐI LƯƠI ĐIỆN - 54 5.2 XÂY DƯNG MÔ H̀NH TURBINE GÍ - 54 ̣ 5.2.1 KHỐIàWIND PARK - 54 5.2.1.1 Mô tảà ă g 54 5.2.1.2 C à́ àhiệuà g àv o 55 5.2.1.3 C à́ àhiệuàra 55 5.2.2 KHỐI MÁY PHÁT - 57 5.2.2.1 M àtả - 57 5.2.2.2 C àth gàsốà g àv o. - 58 5.2.2.3 C àth gàsốà g àra - 58 5.2.3 KHỐI VSC 59 5.2.3.1 Rotor side converter ( ̣ huyể àđ ̉ iàphíầrotor) 59 5.2.3.2 Gride side converter ( ̣ hủ àđ ̉iàphíầlướ i) 62 ́ 5.3 KÊT QUẢ MÔ PH̉NG - 65 5.3.1 GIỚ IàTHIỆUàTỔNGàQUAN WT NORDEX N80/2500KW - 65 5.3.2 ṾNàT́CàGIÓàTĂNGàTHÊM 2M/S - 66 5.3.3 ṾNàT́CàGIÓàGỈMàĐIà2M/S - 67 5.3.4 ḰTàQỦàT̉NGàḤPàCHOàVẬ NàTỐCàGIÓ àT̀àCUTàINàĐ́NàCUTàOUTàVá̀ àSOàSá́ NHàVỚ I NORDEX N80/2500KW 67 ́ 5.3.5 NHẬ NàXÉTàKÊTàQUá̉ àMÔàPHỎ NG 72 CHƯƠNG - 73 73 ́ 6.1 ĆC V̂́N ĐỀ Đà GIẢI QUYÊT TRONG LỤ̂ N VĂN - 73 ́ ̃ 6.2 ĐỀ XÛ́T NHƯNG NGHIÊN CỨ U TIÊP THEO - 73 CBHD: PGSăTSăNguyễnăH ̃ uăPhuc 78 HVTH: ChơuăMinhăĐa ̣o ... ăkhơngăgian 31 Hình 3.2: ωác? ?đại? ?l ợngăc̉a? ?hệ? ?trụcăabcăbiểuădiễn? ?trong? ?hệ? ?trụcăαβ 35 Hình 3.3: Mốiăliên? ?hệ? ?gi a? ?hệ? ?trụcăαβ hệ? ?trụcădq 36 Hình 3.4:ăMốiăliên? ?hệ? ?gi a? ?hệ? ?trụcăabcăvƠ? ?hệ? ?trụcădq 37 Hình 3.5:... ợng? ?gió? ?tốcăđộăcốăđịnh 27 Hình 2.18: Hệ? ?thống? ?biếnăđổiănĕngăl ợng? ?gió? ?tốcăđộăthayăđổi,ăbiếnăđổiătoƠnăbộăcơng? ?suất? ? phát 28 Hình 2.19: Hệ? ?thống? ?biếnăđổiănĕngăl ợng? ?gió? ?đ ợcătrangăbị? ?với? ?DFIG 29 Hình 3.1: Ngunăĺăc̉aăv́ct...TĨM TẮT Trong? ?luơ ̣năvĕnănƠyăcác vùng làm việc khác c̉a? ?máy? ?phát? ?khơngăđồng cơpăngnăhaiăphiaă(DFIG) c̉aăturbine? ?gió? ?(WT),ătrênăquan? ?điểm tốcăđộ rơto, cơng suất phát, tỉ số tơcăđơ ̣ă