i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Lưu Tuấn Kiệt ii LỜI CÁM ƠN Trong trình thực đề tài Luận văn, em dẫn tận tình q Thầy, Cơ Bộ mơn tham gia giảng dạy lớp chuyên ngành thiết bị mạng nhà máy điện, Phịng quản lý khoa học cơng nghệ nghành Thiết bị điện trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh đặc biệt hướng dẫn tận tình Thầy TS Huỳnh Châu Duy, người giúp đỡ hướng dẫn tận tình định hướng đề tài để em hoàn thành luận văn Điều giúp em hoàn thành luận văn tiến độ tiếp thu nhũng kiến thức quý giá LƯU TUẤN KIỆT iii TÓM TẮT Do gia tăng khí thải gây từ hiệu ứng nhà kính, lượng tái tạo ý nhiều Gió dạng lượng tái tạo Đó nguồn lượng phong phú, sản xuất điện khơng có khí thải, khí gây nhiễm Máy phát điện cảm ứng, máy phát điện cảm ứng nguồn kép máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu loại máy phát điện, sử dụng rộng rãi cho dạng điện gió, đặc biệt vùng sâu vùng xa Mỗi máy phát điện có số ưu điểm khuyết điểm riêng Luận án nghiên cứu dạng máy phát Mô thực cách sử dụng Matlab / Simulink luận văn iv Abstract Due to an increase in greenhouse gas emissions, more attention is being given to renewable energy Wind is a renewable energy It is a clean and abundant resource that can produce electricity virtually with no emission of pollutant gases Induction generators, doubly-fed induction generators and permanent magnet synchronous generators are generator types, widely used for wind powered electric generation, especially in remote and isolated areas Each generator has some advantanges and disadvantanges This thesis researches for each generator The simulation is implemented using Matlab/Simulink in this thesis v vi MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH TỪ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ, SƠ ĐỒ, HÌNH ẢNH x CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu 1.2 Cấu trúc luận văn 13 1.3 Kết luận .13 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 14 2.1 Giới thiệu 15 2.2 Tổng quan nghiên cứu phân tích máy phát điện 15 2.3 Kết luận .18 2.4 Tài liệu tham khảo 18 CHƯƠNG 3: HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 20 3.1.Giới thiệu 21 3.2 Sự hình thành gió tự nhiên 21 3.3 Năng lượng gió 21 3.4 Sự phân bố vận tốc gió 22 3.5 Sự chuyển đổi nãng lượng gió hiệu suất rotor 3.6 Ðường cong cơng suất tuabin gió 26 3.7 Các mơ hình sản xuất điện từ lượng gió 27 3.7.1 Mơ hình hệ thống điện gió khơng lưu trữ khơng nối lưới 27 3.7.2 Mơ hình hệ thống điện gió khơng lưu trữ nối lưới 28 vii 3.7.3 Mơ hình hệ thống điện gió có lưu trữ nối lưới 29 3.7.4 Mô hình hệ thống điện gió có lưu trữ, máy phát dự phịng khơng nối lưới 30 3.8 Tuabin gió 31 3.8.1 Cấu tạo tuabin gió 31 3.8.2 Các loại tuabin gió 33 3.8.3 Trụ tháp 34 3.8.4 Máy phát điện 36 3.8.5 Bộ chỉnh lưu nghịch lưu 37 3.8.5.1 Bộ chỉnh lưu 37 3.8.5.2 Bộ nghịch lưu 38 3.8.6 Điều chỉnh tốc độ tuabin gió 39 3.8.6.1 Điều chỉnh giảm tố 39 3.8.6.2 Điều chỉnh theo độ nghiêng cánh tuabin 40 3.8.7 Các loại hệ thống máy phát điện tuabin gió 41 3.8.7.1 Hệ thống máy phát tuabin gió tốc độ cố định 41 3.8.7.2 Hệ thống máy phát tuabin gió tốc độ thay đổi 41 3.9 Hịa đồng máy phát điện tuabin gió vào lưới điện 43 3.9.1 Bộ khởi động mềm sử dụng thyristor 43 3.9.2 Bộ khởi động sử dụng tụ điện 43 3.10 Kết luận 43 3.11 Tài liệu tham khảo 44 CHƯƠNG 4:NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ 46 4.1 Giới thiệu 47 4.2 Tuabin gió tốc độ cố định với máy phát điện không đồng 48 4.3 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng rotor lồng sóc ………………………………………………………………………………….49 4.3.1 Giới thiệu .49 4.3.2 Cấu tạo máy phát điện khơng đồng rotor lồng sóc 50 viii 4.3.2.1 Phần stator 51 4.3.2.2 Phần rotor .53 4.3.3 Mô tả tốn học máy phát điện khơng đồng 55 4.4 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện không đồng nguồn kép 59 4.4.1 Giới thiệu .59 4.4.2 Mơ hình tốn học máy phát điện không đồng nguồn kép 62 4.5 Tuabin gió tốc độ thay đổi với máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu bên 64 4.5.1 Giới thiệu .64 4.5.2 Mơ hình tốn học máy phát điện khơng đồng nam châm vĩnh cửu bên 64 4.6 Nhận xét đánh giá 66 4.7 Kết luận 68 4.8 Tài liệu tham khảo 68 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 69 5.1 Giới thiệu 70 5.2 Mô hệ thống phát điện gió với máy phát điện khơng đồng 70 5.3 Mô hệ thống phát điện gió với máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu 75 5.4 Mô hệ thống phát điện gió với máy phát điện khơng đồng nguồn kép …………………………………………………………………………… 77 5.5 Kết mô phỏng…………………………………………………………82 5.5.1 Trường hợp sử dụng máy phát điện không đồng bộ…………… 82 5.5.2 Trường hợp sử dụng máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu 84 5.5.3 Trường hợp sử dụng máy phát điện không đồng nguồn kép….86 5.6 Kết luận 88 5.7 Tài liệu tham khảo .88 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI 89 6.1 Kết luận 90 ix 6.2 Hướng phát triển tương lai 90 x DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT IG: Induction generatorMáy phát điện không đồng DFIG : Doubly fed induction generator – Máy phát điện không đồng nguồn kép IPMSG : Interior permanent magnet synchronous generator Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cữu bên SPMSG: Surface permanent magnet synchronous generator Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu bên ngồi 5.4 Mơ hệ thống phát điện gió với máy phát điện không đồng nguồn kép Xét hệ thống điện gió với máy phát điện khơng đồng nguồn kép hình 5.13 Khi ấy, sơ đồ mô cho hệ thống mô tả hình 5.14 Máy biến áp 575V/22kV MVA Máy biến áp 22kV/110kV 47 MVA Đường dây ~ Hệ thống điện 110kV 2500 MVA Hệ thống điện tuabin gió với máy phát điện không đồng nguồn kép 1,5 MW; 575 V Hình 5.13 Sơ đồ hệ thống điện với máy phát điện khơng đồng nguồn kép Hình 5.14 Sơ đồ mơ cho hệ thống điện gió với máy phát điện không đồng nguồn kép Trong mơ này, thơng số tuabin gió khai báo hộp thoại, hình 5.15 sau: Hình 5.15 Hộp thoại khai báo thông số cho tuabin gió Trong trường hợp này, đặc tính cơng suất tuabin gió biểu diễn hình 5.16 Hình 5.16 Đặc tính cơng suất tuabin gió Hình 5.17 Hộp thoại khai báo thông số cho máy phát điện khơng đồng nguồn kép Hình 5.18 Hộp thoại khai báo thông số cho máy biến áp 575V/22kV, MVA Hình 5.19 Hộp thoại khai báo thơng số cho đường dây truyền tải 10 km Hình 5.20 Hộp thoại khai báo thông số cho đường dây truyền tải 20 km Hình 5.21 Hộp thoại khai báo thơng số cho máy biến áp 110kV/22kV, 46MVA Hình 5.22 Hộp thoại khai báo thông số cho nguồn hệ thống điện 5.5 Kết mơ Vận tốc gió mơ giả sử là: vgió = (m/s) với t  (0, 2s) vgió = 11 (m/s) với t  (2s, 10s) Vận tốc gió cho trường hợp mơ biểu diễn sau: Hình 5.23 Vận tốc gió mơ cho trường hợp 5.5.1 Trường hợp sử dụng máy phát điện không đồng Hình 5.24 Điện áp dây, Vab(đvtđ) sau qua chỉnh lưu nghịch lưu hệ thống điện gió Hình 5.25 Điện áp dây, Vab(V) sau qua chỉnh lưu nghịch lưu hệ thống điện gió phóng đại Hình 5.26 Điện áp cường độ dòng điện pha A, [Va (đvtđ), Ia (đvtđ)] B1 sau máy biến áp Hình 5.27 Điện áp cường độ dịng điện pha A, [Va (đvtđ), Ia (đvtđ)] B1 sau máy biến áp phóng đại Hình 5.28 Công suất tác dụng, P (kW) công suất phản kháng, Q (kVAr) phát hệ thống điện gió với máy phát điện không đồng Kết luận: Từ kết mơ hệ thống điện gió sử dụng máy phát điện không đồng ta nhận thấy Điện áp, dòng điện sau qua chỉnh lưu nghịch lưu có dạng sóng hình sin ổn định Điện áp dịng điện có dạng sóng hình sin ổn định Cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng máy phát hồn tồn ổn định, Máy phát điện khơng đồng sử dụng cho hệ thống điện lượng gió, Cấu tạo máy phát điện không đồng thương đối đơn giản, giá thành thấp, sử dụng cho hệ thống lương gió cơng suất nhỏ tốc độ gió cố định 5.5.2 Trường hợp sử dụng máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu Hình 5.29 Điện áp dây, Vab(đvtđ) sau qua chỉnh lưu nghịch lưu hệ thống điện gió Hình 5.30 Điện áp dây, Vab(V) sau qua chỉnh lưu nghịch lưu hệ thống điện gió phóng đại Hình 5.31 Điện áp cường độ dịng điện pha A, [Va (đvtđ), Ia (đvtđ)] B1 sau máy biến áp Hình 5.32 Điện áp cường độ dòng điện pha A, [Va (đvtđ), Ia (đvtđ)] B1 sau máy biến áp phóng đại Hình 5.33 Cơng suất tác dụng, P (kW) công suất phản kháng, Q (kVAr) phát hệ thống điện gió với máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu Kết luận: Từ kết mơ hệ thống điện gió sử dụng máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu ta nhận thấy Điện áp, dòng điện sau qua chỉnh lưu nghịch lưu có dạng sóng sin ổn định Điện áp dịng điện có dạng sóng hình sin ổn định Cơng suất tác dụng cơng suất phản kháng máy phát hồn tồn ổn định, Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu sử dụng cho hệ thống điện lượng gió, cấu tạo phức tạp nên loại máy phát sử dụng cho hệ thống điện gió cơng suất nhỏ 5.5.3 Trường hợp sử dụng máy phát điện khơng đồng nguồn kép Hình 5.34 Các đặc tuyến mơ hệ thống điện gió máy phát điện nguồn kép kết nối lưới điện Hình 5.35 Các đặc tuyến hệ thống tuabin gió với máy phát điện khơng đồng nguồn kép Kết luận: Từ kết mô hệ thống điện gió sử dụng máy phát điện khơng đồng nguồn kép ta nhận thấy Điện áp dòng điện có dạng sóng sin ổn định Cơng suất tác dụng công suất phản kháng máy phát hồn tồn ổn định hịa lưới Máy phát điện khơng đồng nguồn kép sử dụng cho hệ thống điện lượng gió cơng suất lớn cấu tạo phức tạp, chi phí đầu tư cho hệ thống sử dụng máy phát tương đối cao nên việc lựa chọn loại máy phát cần xem xét 5.6 Kết luận Từ kết mô thu cho thấy việc lựa chọn loại máy phát điện cho hệ thống điện gió ngồi việc phụ thuộc vào vị trí địa lý nơi lắp đặt tuabin gió vận tốc gió Sự lựa chọn cịn phụ thuộc vào chi phí đầu tư cho dự án hệ thống điện gió yêu cầu nhà đầu tư dựa yếu tố công nghệ kỹ thuật 5.7 Tài liệu tham khảo [5.1] T Burton, D Sharpe, N Jenkin and E Bossanyi, Wind energy handbook, Wiley, 2001 [5.2] H J Wagner and J Mathur, Introduction to wind energy systems: Basics, Technology and Operation, Springer, 2009 [5.3] Introduction to Simpowersystems in Matlab/Simulink Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TƯƠNG LAI 6.1 Kết luận Hiện nay, nguồn lượng truyền thống giới cạn kiệt, yêu cầu cấp bách cho tất nước cần tìm kiếm nguồn lượng tái tạo để thay cho nguồn lượng truyền thống Trong số nguồn lượng tái tạo nghiên cứu phát triển lượng gió nguồn lượng tái tạo nhiều nhà khoa học quan tâm Tiềm lượng gió Việt Nam lớn mà Chính phủ Bộ ngành nghiên cứu khai thác phát triển Các công nghệ hệ thống điện gió phát triển mạnh mẽ số quốc gia Đan Mạch, Hoa Kỳ, Đức, Tây Ban Nha, … Và Việt Nam số quốc gia khác bước triển khai sử dụng phát triển nguồn lượng tái tạo Luận văn trình bày nghiên cứu từ tổng quan chi tiết hệ thống điện gió Các phân tích hệ thống điện gió với dạng máy phát điện khác máy phát điện không đồng bộ, máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu, máy phát điện khơng đồng nguồn kép trình bày Để làm rõ cho phân tích lý thuyết, mô việc sử dụng phần mềm Simulink/Matlab thực 6.2 Hướng phát triển tương lai Do hạn chế thời gian, tài liệu khả nghiên cứu, luận văn đạt nghiên cứu phân tích kết sơ cho dạng máy phát điện mà sử dụng rộng rãi hệ thống gió Hướng phát triển tương lai luận văn tập trung chủ yếu vào: - Nghiên cứu phân tích chi tiết cho dạng máy phát điện triển khai sử dụng để khai thác nguồn lượng gió cách hiệu - Nghiên cứu dạng máy phát điện khác mà đưa vào khai thác sử dụng cho hệ thống điện gió ... tạo việc nghiên cứu phân tích mơ hình loại máy phát điện gió mục tiêu việc thực đề tài Chương TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU VÀ PHÂN TÍCH MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ 2.1 Giới thiệu Hệ thống phát điện gió người... nghiên cứu phân tích thời gian gần Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu phân tích loại máy phát điện sử dụng khai thác hệ thống điện gió Hệ thống chuyển đổi lượng gió Máy phát điện gió Hình 1.5... toàn hệ thống phát điện gió Các kết mơ nghiên cứu cho thấy rằng, hệ máy phát điện gió cơng suất lớn máy phát điện không đồng nguồn kép phù hợp So với máy phát điện đồng bộ, máy phát điện khơng đồng