Điều khiển công suất của hệ thống điện gió (1)

33 19 0
  • Loading ...
1/33 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 06/09/2017, 22:39

39 Chương HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ 3.1 Sơ lược lịch sử phát triển hệ thống điện gió Lịch sử phát triển giới nhân loại, từ sớm chứng kiến phát minh sử dụng lượng gió ứng dụng vào sống Từ việc đơn giản sử dụng lượng gió quay cối xay bột, làm thiết bị bơm nước hoạt động gió thổi vào cánh buồm giúp đưa thuyền xa Thiết kế biết đến sớm cối xay gió có cánh đón gió hình chữ nhật bố trí xung quanh trục đứng, xuất Ba Tư vào khoàng (500 – 700 AD) sau công nguyên Hình 3.1 Bánh xe gió trục đứng cánh đón gió gỗ thiết kế Giáo sư Blyth xây dựng London 1905 Vào năm (1300 - 1875 sau Công Nguyên), Cối xay gió trục ngang xuất giới phương Tây dựa theo mô hình cối xay gió trục dọc Ba tư 40 Hình 3.2 Cối xay gió Tây Ban Nha La Mancha Quá trình cải tiến, hoàn thiện cánh quạt cối xay gió làm gia tăng hiệu quả, thời gian khoảng 500 năm Cánh quạt cối xay gió thời gian tiền thân cho việc nghiên cứu thiết kế turbine gió có cánh đại ngày hôm Các tài liệu hệ thống phát điện sức gió lập vào năm 1887 người Scotland tên James Blyth, tài liệu biên soạn dựa việc nghiên cứu tạo lượng chiếu sáng cho nhà ông ta Ông xây dựng trục thẳng đứng có chiều cao 10 mét cánh quạt đón gió để tạo nguồn điện thấp sáng Cho đến đầu kỷ 19, với xuất máy nước, thiết bị chạy sức gió bị thay Lịch sử nhân loại bước sang thời kỳ với công cụ mới: máy chạy nước 41 Hình 3.3 Một cối xay gió cánh thép dùng bơm nước gần thung lũng Clare, Nam Úc Năm 1888, Charles F Brush chế tạo máy phát điện chạy sức gió đầu tiên, đặt Cleveland, Ohio Nó có đặc điểm sau: Cánh ghép thành xuyến tròn có đường kính vòng 17m Tỉ số truyền hộp số ghép cánh turbine với trục máy phát 50:1 Tốc độ định mức máy phát 500 vòng/phút Công suất phát định mức 12kW Hình 3.4 Turbine gió Charles Brush năm 1888 42 Đến kỷ 20 vào năm 1900 đến 1973, turbine gió cá nhân sử dụng để cạnh tranh với nhà máy nhiên liệu hóa thạch Năm 1920, Albert Bates nghiên cứu lập nguyên tắc vật lý mà sử dụng ngày hôm nay, để tận dụng lợi lượng gió tối ưu: Giảm tốc độ lưu lượng luồng gió thổi để phần ba tốc độ gió đồng diện tích cánh quạt, thực bề giảm chiều dài cánh quạt Năm 1931 turbine gió Darrieus phát minh Đặc điểm loại định hướng thẳng đứng nhận gió từ hướng mà không cần phải điều chỉnh Trong chiến tranh giới thứ hai, turbine gió loại nhỏ sử dụng để sạc pin tàu ngầm Đức biện pháp bảo tồn nhiên liệu Từ năm 1973-trở khủng hoảng giá dầu thúc đẩy mạnh nghiên cứu phát triển nguồn lượng gió Tại Mỹ từ năm 1974 đến năm 1980 cho thử nghiệm hoạt động 13 turbine gió, bốn mẫu thiết kế turbine gió lớn Đây chương trình phát triển nghiên cứu tiên phong công nghệ turbine nhiều megawatt sử dụng ngày Hình 3.5 Cụm turbine 7,5 megawatt Mod-2 đồi Goodnoe Washington vào năm 1981 Theo thông tin từ hội nghị lượng gió quốc tế Bonn diễn ngày 03 -07- 2012 có tổng cộng, 98 quốc gia khu vực 43 xác định toàn giới sử dụng lượng gió để phát điện, hôm turbine gió lớn có công suất định mức 10MW, đường kính 130 mét Hình 3.6 Kích thước turbine điện gió sản xuất đến năm 2012 3.2 Cấu trúc đặt điểm chung hệ thống điện gió Hiện turbine gió hệ thống điện gió có hai loại, loại turbine gió trục đứng loại turbine gió trục ngang Hình 3.7 a)Turbin gió trục đứng Hình 3.7 b)Turbin gió trục ngang 3.2.1 Cấu trúc Turbine gió trục đứng 44 Gồm máy phát điện có trục quay thẳng đứng, rotor nằm nối với cánh đón gió đặt thẳng đứng Loại hoạt động với gốc độ hướng gió nên hiệu cao hơn, có cấu tạo đơn giản, phận có kích thước không lớn nên vận chuyển lắp ráp dễ dàng, độ bền cao, tu bảo dưỡng đơn giản 3.2.2 Cấu trúc Turbine gió trục ngang Gồm máy phát điện có trục quay nằm ngang, với rotor (phần quay) giữa, liên kết với turbine cánh đón gió Máy phát điện đựợc đặt tháp cao hình côn Trạm phát điện kiểu mang dáng dấp cối xay gió châu Âu từ kỷ trước, mẫu mã đại 3.2.3 Đặt điểm chung turbine gió trục đứng ngang Hai loại có chung đặt điểm đặt tháp, trạm phát điện hoạt động độc lập nối với mạng điện quốc gia Các trạm độc lập cần có nạp, ắc quy đổi điện Khi dùng không hết, điện tích trữ vào ắc quy Khi gió sử dụng điện phát từ ắc quy Các trạm nối với mạng điện quốc gia không cần nạp ắc quy Các trạm phát điện dùng sức gió phát điện tốc độ gió từ m/s tự ngừng phát điện tốc độ gió vượt 25 m/s Tốc độ gió hiệu từ 10 m/s đến 17 m/s, tùy theo loại máy phát điện 3.3 Những thuận lợi khó khăn hệ thống điện gió 3.3.1 Thuận lợi Không tiêu tốn nhiên liệu, nguồn lượng vô tận, không gây ô nhiễm môi trường, dễ chọn địa điểm tiết kiệm đất xây dựng (xây dựng trạm biển, mỏm núi, đồi hoang không sử dụng cho công nghiệp, nông nghiệp Điện gió đặt gần nơi tiêu thụ điện, giảm chi phí cho việc xây dựng đường dây tải điện 3.3.2 Khó khăn Chi phí đầu tư lớn, giá bán điện chưa cạnh tranh với nguồn lượng khác 3.4 Cấu tạo nguyên lý làm việc hệ thống điện gió 45 3.4.1 Cấu tạo Hình 3.8 Mô hình thành phần turbine gió Thiết bị đo lường tốc độ gió (Anemometer): Dùng đo lường tốc độ gió truyền liệu tốc độ gió tới điểu khiển Cánh quạt (Blades): Gió thổi qua cánh quạt nguyên nhân làm cho cánh quạt chuyển động quay Trục cánh quạt (Hub): Dùng để kết nối cánh quạt lại với nối với trục Bộ hãm (Brake): Dùng để dừng rotor tình trạng khẩn cấp điện, sức nước động Ví dụ: tốc độ gió cao sinh công suất gió lớn làm ảnh hưởng đến độ bền hư hỏng turbine gió trường hợp khẩn cấp, hệ thống hãm điều khiển điện hay thủy lực để dừng rotor Bộ điều khiển (Controller): Bộ điều khiển khởi động động tốc độ gió khoảng đến 14 dặm/giờ tương ứng với 12 km/h đến 22 km/h tắc 46 động khoảng 65 dặm/giờ tương đương với 104 km/h máy phát phát nóng Hộp số máy phát điện (Gear box): Dùng để tăng tốc độ rotor với tốc độ quay theo yêu cầu máy phát điện để sản xuất điện từ 30 đến 60 vòng/phút lên 1200 đến 1500 v/p để có khả phát điện Đây phần yếu turbine gió giá thành phận chiếm 75% giá thành toàn hệ thống turbine Máy phát điện gió (Generator): Máy phát điện thành phần quan trọng thiếu turbine gió, có nhiệm vụ chuyển đổi turbine thành điện để điều khiển điện áp thông qua tốc độ quay turbine Trục tốc độ cao (High – speed shaft): Là trục truyền động tốc độ cao máy phát Trục tốc độ thấp (Low – speed shaft): Là trục trục quay tốc độ thấp máy phát Vỏ (Nacelle): Bao gồm rotor vỏ bọc ngoài, toàn đặt đỉnh trụ bao gồm phần như: hộp số, trục tốc độ thấp cao, máy phát điện gió, điều khiển, hãm Vỏ bọc dùng bảo vệ thành phần bên vỏ Vỏ phải đủ rộng để kỹ thuật viên đứng bên trong làm việc Bước (Pitch): Cánh xoay làm nghiêng để giữ cho rotor quay gió không cao hay thấp để tạo điện Rotor: Bao gồm cánh quạt trục Tháp (Tower): Được làm thép hình trụ dằn thép trụ đỡ cao để thu lượng gió nhiều phát điện nhiều 47 Hình 3.9 a) Cột tháp sắt chéo (Lattice Tower); b) Cột tháp chằn giữ (Guyed Tower); c) Cột tháp tiêu chuẩn tự (Free Tower) Đo hướng gió (Wind vane): Dùng để xử lý hướng gió liên lạc với “yaw drive” để định hướng turbine gió Truyền động hướng (Yaw drive): Dùng để giữ cho rotor luôn hướng hướng gió có thay đổi hướng gió Động truyền động hướng (Yaw motor): Động cung cấp cho “yaw drive” định hướng gió 3.4.2 Nguyên lý hoạt động thành phần turbine gió Năng lượng gió làm cho hai ba cánh quạt quay quanh rotor Mà rotor nối với trục trục truyền động làm quay trục quay máy phát để phát điện Dòng điện từ máy phát phát qua chỉnh lưu xoay chiều thành chiều sau nghịch lưu chiều thành xoay chiều có dạng sống hình sin tần số ổn định 50Hz giống tần số lưới điện để hòa vào lưới điện 3.5 Đặt tính chung loại máy phát điện gió 3.5.1 Máy phát điện cảm ứng nguồn kép (doubly fed induction generat or DFIG) Hình 3.10 Hệ thống máy phát điện nguồn kép 48 Máy phát điện cảm ứng nguồn kép loại máy phổ biến dùng cho loại máy phát điện turbine gió loại lớn 3.5.1.1 Ưu điểm DFIG Tốc độ thay đổi phạm vi ổn định với chi phí chuyển đổi giới hạn Có thể điều khiển công suất phản kháng tác dụng stator cách độc lập chuyển đổi dòng rotor điều khiển Có thể điều khiển công suất phản kháng máy phát điện độc lập phần chuyển đổi phía lưới Điều cho phép chất lượng điện áp cung ứng phía lưới điện 3.5.1.2 Nhược điểm Sự phát tán nhiệt ma sát hộp số, hộp số phải bảo trì thường xuyên, nghe tiếng ồn lớn từ hộp số, mô men xoắn đỉnh cao dòng máy lớn, vòng bàn trượt đưa điện tới rotor cần tu sửa chữa, để hạn chế dòng khởi động mạch bên phải đồng hóa stator lưới điện 3.5.2 Máy phát điện kiểu lòng sóc (Squirrel cage induction generator SCIG) Hình 3.11 Máy phát điện kiểu lòng sóc 3.5.2.1 Ưu điểm SCIG Công nghệ mạnh mẽ, máy phát điện sản xuất hàng loạt dễ dàng tương đối rẻ Hệ thống kết nối điện stator rotor Hơn nữa, cho phép máy điểu chỉnh để hoạt động tốc độ cố định kết nối với mạng lưới lớn cung cấp tần số điều khiển ổn định, loại phổ biến máy phát điện sử dụng cho turbine gió lưới kết nối 3.5.2.2 Nhược điểm SCIG 57 Điều cho thấy tốc độ gió rotor thực vận tốc gió trung bình đầu cánh quạt sau cánh quạt Nó có nghĩa turbine phải hoạt động phanh, giảm tốc độ gió từ V1 đến V2, không hoàn toàn làm giảm đến V = 0, lúc phương trình không hợp lệ Để thu lượng từ luồng gió, dòng chảy phải trì không ngăn chặn toàn 3.6.2.4 Mối liên quan lực, công suất khai thác nhân tố nhiễu Các biểu thức cho lực F công suất điện P vận tốc đầu cánh quạt sau cánh quạt cách thay cho giá trị V vào phương trình (3.13) có: F=ρSV.(V1 − V2 ) = ρ S (V12 − V22 ) ρ S (V1 + V2 ) (V1 − V2 ) = ρ S (V − V22 ) (V1 + V2 ) (3.22) F=ρSV (V1 − V2 ) = (3.23) gọi b nhân tố nhiễu lượng gió qua cánh quạt, nhân tố b tỷ lệ tốc độ đầu cánh quạt V1 chia tốc độ V2 sau cánh quạt b= V1 V2 (3.24) từ phương trình (3.22) lực F diển tả sau: F= ρ S V12 (1 − b ) (3.25) công suất khai thác P điều kiện nhân tố nhiễu b thể sau: ρ S (V12 − V22 )(V1 + V2 ) = ρ SV13 (1 − b )(1 + b) P= (3.26) 58 sản lượng điện gió công suất khai thác từ gió tỉ lệ với lập phương tốc độ gió đầu cánh quạt V1 nhiệm vụ nhân tố nhiễu b 3.6.2.5 Công suất bề mặt mật độ công suất Các "công suất bề mặt" tỷ lệ dòng lượng đơn vị diện tích, gọi "Mật độ công suất" xác định cách sử dụng phương trình (3.9) sau: P ρ SV Joules watts P= = = ρV ,( ),( ) S S m s m • (3.27) Thành phần điện động học luồng gió đầu cánh quạt không bị nhiễu với V = V1 diện tích mặt cắt ngang S trở thành: joules W= ρ SV13 ,( m ), watts m s (3.28) 3.6.2.6.Hệ số hiệu suất turbine Hệ số hiệu suất tỷ lệ thứ nguyên công suất khai thác P với công suất điện động học W có giá trị luồng gió không bị xáo trộn Cp = P W (3.29) Hệ số hiệu suất số đo không thứ nguyên hiệu suất turbine gió chiết xuất hàm lượng lượng luồng gió Thay biểu thức P từ phương trình (3.26) W từ phương trình (3.28) ta có: P ρ SV (1 − b )(1 + b) CP = = = (1 − b )(1 + b) W ρ SV13 (3.30) 59 Hình 3.18 Hệ số hiệu suất Cp nhân tố nhiễu b Bảng 3.3 Hệ số hiệu suất Cp nhân tố nhiễu b Cp 0.5 0.545 0.576 0.592 0.593 0.588 0.563 0.512 0.434 0.324 0.181 b 0.1 0.2 0.3 1/3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Khi b = 1, V1 = V2 luồng gió không bị xáo trộn, dẫn đến hiệu suất không Khi b = 0, V1 = 0, turbine dừng tất luồng không khí hiệu suất 0,5 Nó nhận thấy từ đồ thị hệ số hiệu suất đạt đến tối đa khoảng b = 1/3 3.6.2.7.Hệ số hiệu suất lớn nhất, giới hạn BETZ Trong định luật Bezt giá trị tối đa hệ số hiệu suất Cp tính theo quy tắc dây chuyền khác biệt: d dv du (u.v) = u + v dx dx dx lấy đạo hàm riêng phương trình (3.30) ta có 60 dC p d ( 1-b ) ( 1+b )   db db  = ( 1-b ) -2b ( 1+b )  = ( 1-b -2b-2b ) = ( 1-3b -2b ) = ( 1-3b ) ( 1+b ) = = (3.31) phương trình mang lại nghiệm thường: ( 1+b ) =0 b= V2 = -1, ⇒ V2 = -V1 V1 (3.32) nghiệm tự nhiên thực tế ( 1-3b ) =0 b= V2 1 = , ⇒ V2 = V1 V1 3 (3.33) Điều có nghĩa hoạt động tối ưu, vận tốc V2 sau cánh quạt phần ba vận tốc V1 đầu cánh quạt Giá trị tối đa hệ số hiệu suất Cp từ phương trình (3.30) trở thành: 1 − b2 ) ( + b ) ( 1   = 1 − ( ) ÷1 + ÷ 2   16 = = 0.59259 = 59.26 % 27 C P opt = (3.34) Đây gọi giới hạn Betz áp dụng cho tất thiết kế turbine gió Giới hạn Betz phần lý thuyết lượng chiết xuất từ luồng gió lý tưởng Máy phát điện gió đại hoạt động 61 luồng gió lý tưởng không thấp hệ số hiệu suất thực tế Nó thường cho khoảng: C p prac ≈ = 40 % (3.35) từ phương trình (3.30) (3.33) ta có kết sau: V= 1 V ( V1 +V2 ) =  V1 + ÷= V1 2 3 (3.36) từ phương trình liên tục (3.12) ta có kết sau: • m = ρ S1V1 = ρ SV = ρ S 2V2 = cons tan t V1 S1 V V S = S1 = 3S1 V2 S = S1 (3.37) Điều ngụ ý tiết diện hướng gió thổi luồng không khí sau cánh quạt turbine mở rộng gấp lần diện tích luồng gió đầu cánh quạt 3.6.2.8 Khai thác công suất turbine lý tưởng Công suất khai thác từ gió xác định theo hai cách khác Trong phương pháp tiếp cận đầu tiên, người ta xác định công suất khai thác turbine lý tưởng từ phương trình (3.36), (3.37) sau: Pideal = Pupwind − Pdownwind 1 ρS1V13 - ρS2 V23 2 1 = ρS1V13 − ρ 3S1 ( V1 )3 2 81 = ρ ( S1V ) = ρS1V13 92 = Trong đó: l Pideal Pupwind Công suất khai thác turbine lý tưởng Công suất trước cánh quạt Pdownwind Công suất sau cánh quạt (3.38) 62 Điều cho thấy giá trị 8/9 lượng luồng gió trước cánh quạt chiết xuất turbine Đó kết rối loạn kể từ luồng gió trước cánh quạt có tiết diện nhỏ tiết diện chắn turbine Phương pháp tiếp cận thứ hai mang lại kết xác cách xác định lại công suất khai thác turbine gió cách sử dụng diện tích turbine S = 3/2 S1 ρ ( S1V13 ) 82 = ρ( SV1 ) 93 16 = ρ ( S1V13 ) 27 16 = ρ SV13 27 Pideal = (3.39) hệ số Betz (Cp): CP = 16 = 0.592593 = 59.26% 27 (3.40) Điều cho thấy turbine gió trích xuất nhiều 59,3% lượng luồng gió không bị xáo trộn Xem xét tổn thất ma sát, độ nhám bề mặt cánh quạt khí không hoàn hảo, sản lượng công suất đạt 35-40% có sẵn gió theo điều kiện lý tưởng 3.6.2.9.Công suất điện đầu Hệ số hiệu suất phần nhỏ lượng gió chiết xuất turbine gió: Cp = Pm ρSV13 (3.41) vậy, công suất thực tế theo vòng quay cánh quạt là: Pm = CρSV =13C P p p w (3.42) 63 Hình 3.19 Hệ số turbine gió Công suất theo vòng quay cánh quạt nối với cấu truyền động hộp số đưa vào hiệu suất cấu truyền động hộp số, để truyền tải công suất cho : Pt =Cηp t ρSV 13= C ηp Pt w (3.43) Tải máy phát điện, máy bơm nước, máy nước nóng, máy nén điện phân để sản xuất hydro, giới thiệu thêm hiệu khác cho bởi: ρSV 13 =Cηp ηt P g w [watts(e) Pg = Cηp ηt g (3.44) ] Sản xuất điện thực tế tiếp tục bị ảnh hưởng với gián đoạn, nhà máy hệ số công suất, đó, công suất điện thực tế turbine gió tốc độ đánh giá là: ρSV 13 =CF.CηP ηt P g w [watts(e) Pe =CF.CηP ηt g ] (3.45) turbine gió tương tự gắn liền với kích cỡ cấu truyền dẫn máy phát điện khác sản xuất lượng điện khác 3.6.2.10 Hệ số vận tốc gió tại đầu cánh Trong thiết kế turbine điện gió, hệ số vận tốc gió đầu cánh λ tỉ lệ vận tốc vòng quay đầu cánh quạt vận tốc luồng gió thổi đến v Đây yếu tố quan trọng việc định số cánh quạt, công suất, độ bền kinh phí sản xuất Hệ số vận tốc gió đầu cánh λ λ= vtop v (3.46) 64 đó: vtop tốc độ cánh quạt (radian/s) v vận tốc gió (m/s) Nếu hệ số vận tốc gió đầu cánh nhỏ thường có nhược điểm momen xoắn α tăng, phận Turbine điện gió phải thiết kế phù hợp bị thất thoát nhiều Khi hệ số vận tốc gió đầu cánh tăng, số cánh quạt diện tích mặt đón gió giảm để tiếp nhận nguồn ổn định Bảng 3.4 Số cánh quạt hệ số vận tốc gió đầu cánh với cấu hình thường sử dụng Số cánh quạt n λ n hệ số Betz lý tưởng ≈ 15 ≈ 10 ≈ 6-8 Turbine điện gió ba cánh nhờ phân bố lực diện tích vòng quay nên họat động ổn định Turbine điện gió hai cánh có tỉ lệ công suất cao khoảng 3-4% so với Turbine điện gió hai cánh, ngòai độ rung hệ thống bị xáo động nên hạn chế ảnh hưởng chi tiết khác Turbine Việc nâng số cánh quạt Turbine điện gió lên bốn cánh nhiều đạt công suất thêm tối đa đến 2% so với Turbine điện gió ba cánh nên Turbine loại nhiều cánh tồn trình thử nghiệm không kinh tế 3.6.3 Mô hình toán học trục hộp số 65 Hình 3.20 Mô hình hộp số trục Turbine kết nối với cánh quạt máy phát điện thông qua hộp số Hộp số sử dụng để đẩy mạnh tốc độ góc thấp turbine (bình thường khoảng 25-30 rpm) đến tốc độ quay cao máy phát điện (thông thường khoảng 1800 rpm) Hình 2.5 cho thấy trục hộp số mô hình, với tất mômen xoắn tác động lên hệ thống vận tốc góc khối lượng khác (Tony et al 2001) Mô men xoắn turbine Tm (được sản xuất từ gió), quán tính turbine tăng nhanh cân đối mô men xoắn trục TS1 (sản xuất tác động xoắn trục tốc độ thấp) Tm − Tsl = J m d ωb dt (3.47) ωb Vận tốc góc turbine Jm Mô men quán tính turbine Tương tự, mô men xoắn trục sản xuất trục tốc độ cao (T S2) quán tính rotor tăng nhanh cân đối lại mô men xoắn điện (T e) sản xuất máy phát điện Vì Ts − Te = J r d ωr dt (3.48) 66 giả sử hộp số lý tưởng, sai số tổn thất giả định trục bền vững, Tsl ωr n1 = = Ts ωb n2 (3.49) n1/n2 tỷ lệ hộp số khử mômen xoắn trục từ phương trình (3.47) (3.48), (3,49)    n2    n   d ωr Tm  ÷− Te = J m  ÷+J r   n1    n1   dt   14 424 J eq (3.50) 43 3.6.3.1 Mô hình máy phát điện cảm ứng tiêu chuẩn Hình 3.21 Sơ đồ khối biểu diển mô hình máy phát điện cảm ứng 3.6.3.2 Chuyển đổi từ abc thành đại lượng dq Đối với stator, đại lượng khung tham chiếu tĩnh, ổn định stator (khung α-β) diễn tả vector không gian định V s(αβ) =  Vsa (t)+aVsb (t)+a Vsc (t)  (3.51) 67 V s(αβ) =Vsa +jVβ s (3.52) V s (αβ ) Vector không gian điện áp stator thời gian khác Vsa (t),Vsb (t),Vsc (t) V điện áp pha ứng dụng để tác động stator a j 2π ,( j = −1) Vas ,Vβ s Các phần thực ảo V s (α ,β ), tương ứng Các vector không gian hiển thị vector không gian điện áp stator khung tham chiếu thể hình (3.22) Hình 3.22 Vector không gian cho số lượng stator Các trục d-q thể tương ứng với khung tam chiếu quay đồng bộ, đại lượng khung tham chiếu chung stator rotor Kể từ trục dq tốc độ quay đồng bộ, góc θ diễn tả sau: t θ (t)=θ + ∫ ωs dτ (3.53) đó, 00 gốc ban đầu khung d-q khung (α-β) Thể khung tham chiếu d-q, vector không gian điện áp stator viết V = V s (αβ ) e s ( dq ) V s ( dq ) j (θαβ −θ ) = V s (αβ )e − jθ (3.54) (3.55) viết lại phương trình (3.55) hình thức ma trận, sử dụng V s ( dq ) = V ds + phép biến đổi sau đạt jV qs (3.56) 68 Vds   cos θ sin θ  Vα s  V  =     qs   − sin θ cosθ  Vβ s  (3.57) đại lượng rotor thể tương tự khung tĩnh cố định vào rotor, V r (α r β r ) = Vra (t ) + aVrb (t + a 2Vrc (t )  (3.58) V r (α r β r ) V véc tơ thông lượng rotor biến đổi thời gian khung (α-β) (t ),V rb(t ),V rc (t ) điện áp pha ứng dụng rotor Hình 3.3.23 hiển thị vector không gian điện áp rotor với khung tham chiếu rotor, khung tham chiếu d-q stator trục α (được sử dụng tài liệu tham khảo để đo góc) Hình 3.23 véc tơ không gian cho đại lượng rotor Vì rotor quay với tốc độ góc ωr stator t θ (t)=θ r + ∫ ωr dτ (3.59) 00 gốc ban đầu rotor khung trục α stator Véc tơ không gian điện áp rotor diễn tả khung tham chiếu d-q sau: 69 V = V r (α β ) e r ( dq ) jθ dq r r = V r (α β ) e j (θαβ +θ r −θ ) (3.60) r r V r ( dq ) = V r(α β )e r r − j ( θ −θ r ) (3.61) viết lại ký hiệu ma trận sau Vdr  cos(θ − θ r ) sin(θ -θ r )  V ar  V      qr   − sin(θ − θ cos((θ -θ r )  V β r  (3.62) 3.6.3.3 Tính toán thông lượng rotor stator Phương trình rotor stator tiêu chuẩn cho máy cảm ứng, thể khung tham chiếu quay tốc độ (ωk) là: Phương trình stator r r d λs Vs = Rs is + + jωk λ s dt r r (3.63) Phương trình rotor r r d λr Vr = Rr ir + + j (ωk − ωr ) λ r dt r r (3.64) r r r r V s ,V r Véc tơ không gian điện áp rotor stator λ s , λ r Véc tơ không gian liên kết từ thông điện áp stator r r i s , i r Véc tơ không gian dòng điện rotor stator ωr Tốc độ góc rotor Liên kết từ thông rotor stator thể giới hạn dòng rotor stator điện cảm tương hỗ chất như, r r r λ s = Ls i s + Lm i r r r r λ r = Lm i s + Lr i r (3.65) (3.66) 70 Ls Điện cảm stator, Lr Điện cảm rotor Lm Điện cảm tương hỗ giải phương trình (3.65) (3.66) cho dòng stator rotor thay phương trình (3.63) (3.64), có r r r r r d λs R = Vs − s ( Lr λs − Lm λr ) − jωk λs dt K (3.67) r r r r r d λr R = Vr − r ( Ls λr − Lm λs ) − j (ωk − ωr ) λr dt K (3.68) đó, K=Ls L r -L2m tách phương trình (3.67) (3.68) vào thành phần d q viết lại dạng không gian trạng thái, RL  Rs Lr ωk − s m − K K  λds   RL RL  λ   −ωk − s r − r m d  qs   K K    RL dt λdr  Rr Lm − r r − (ωk − ωr )   − K K  λ  qr   RL RL − r m − (ωk − ωr ) − r s   K K     λds  λds        λqs  λqs    λ  + λ  (3.69)   dr   dr    λqr  λqr     ma trận thay đổi theo thời gian (do điều kiện bao gồm ωr) Các liên kết từ thông đạt giải pháp cho vấn đề không gian trạng thái sử dụng để tính toán dòng cách sử dụng phương trình (3.65) (3.66) 3.6.3.4 Tính toán momen điện từ Mô-men điện từ (Te) sản xuất máy điện cảm ứng diễn tả sau: p Lm  r r*  Te = λs ir ÷ 2 Ls   (3.70) 71 P số cực máy phát điện cảm ứng 3.6.3.5 Mô hình máy phát điện cảm ứng nguồn kép Các máy cảm ứng nguồn kép có kích từ rotor điều khiển dòng Như vậy, phương trình điện áp rotor không cần thiết, yếu tố đầu vào điện áp stator dòng rotor Dòng stator thể sau: r r λ − Lm is is = s Ls r (3.71) sử dụng phương trình (3.65) thay phương trình (3.71) vào (3.63) có: r r r d λs r Rs  r = V s −  λs − Lm ir ÷− jωk λ s dt Ls   (3.72) phương trình diễn tả dạng không gian trạng thái sau RL  Rs    − ωk  Vds + s m idr    Ls  λds  d  λds   Ls   = λ  λ  +  Rs   qs   Rs Lm  dt  qs    −ωk − L  Vds + L iqr  s  s    (3.73) vậy, tất các dòng liên kết thông lượng tính cách tính vector không gian liên kết thông lượng stator 3.7 Kết luận Chương trình tóm tắc lịch sử hệ thống điện gió qua thời kỳ đưa ưu điểm, nhược điểm loại máy phát điện gió thông dụng sử dụng hệ thống điện gió nay, từ chọn mô hình máy phát điện gió (DFIG) cho điểu khiển công suất hệ thống điện gió, đồng thời nghiên cứu xây dưng mô hình toán học hệ thống chuyển đổi lượng gió ... học hệ thống điện gió Hình 3.14 Hệ thống điện gió 51 Hệ thống điện gió bao gồm thành phần cô sau: Mô hình lượng gió, mô hình turbine, mô hình trục hộp số, mô hình máy phát điện gió, mô hình điều. .. t điều đáng ý công suất gió tăng theo lũy thừa vận tốc gió vận tốc gió yếu tố định lượng gió Công suất gió muốn sử dụng 54 Hình 3.16 a) Công suất có từ gió Hình 3.16 b) Mối liên quan công suất, ... thước turbine điện gió sản xuất đến năm 2012 3.2 Cấu trúc đặt điểm chung hệ thống điện gió Hiện turbine gió hệ thống điện gió có hai loại, loại turbine gió trục đứng loại turbine gió trục ngang
- Xem thêm -

Xem thêm: Điều khiển công suất của hệ thống điện gió (1) , Điều khiển công suất của hệ thống điện gió (1) , Điều khiển công suất của hệ thống điện gió (1)

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

Nhận lời giải ngay chưa đến 10 phút Đăng bài tập ngay