Điều khiển công suất của hệ thống điện gió

31 37 0
  • Loading ...
1/31 trang

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 06/09/2017, 22:39

8 Chương TỔNG QUAN CỦA BÀI TOÀN ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ Hiện xu lượng phát triển mang tính toàn cầu Trong năm 70, kỷ XX, khủng hoảng lượng khiến cho nhân loại lo lắng thiếu hụt nguồn nhiên liệu nguồn lượng truyền thống (hoá thạch, thuỷ năng…) vốn coi nguồn lượng chủ yếu tại, sử dụng khoảng 4- thập kỷ cạn dần trở nên đắt đỏ Đây nguyên nhân dẫn đến chạy đua quốc gia lĩnh vực nghiên cứu, ứng dụng nguồn lượng tái tạo Năng lượng gió nguồn lượng tái tạo loài người nhắm đến cho nhu cầu lượng giới tương lai Hiện nay, lượng gió mang đến nhiều hứa hẹn Tuy nhiên muốn đẩy mạnh nguồn lượng nầy tương lai, người cần hoàn chỉnh thêm công nghệ này, làm để đạt suất điện cao để từ hạ giá thành sâu vào thị trường cạnh tranh với nguồn lượng khác Đó chủ đề đề tài nghiên cứu “ Điều khiển công suất hệ thống điện gió” hướng đến Sau số đề tài nghiên cứu liên quan đến điều khiển công suất hệ thống điện gió 2.1 Các đề tài nghiên cứu liên quan đến điều khiển công suất tác dụng phản kháng hệ thống điện gió nước nước 2.1.1 Trong nước Đề tài NCKH cấp “Nghiên cứu cải thiện chất lượng hệ thống điều khiển máy phát điện không đồng nguồn kép phương pháp điều khiển phi tuyến” Đặng Danh Hoằng (2008) Các kết mô đề tài thực sau: Hình 2.1 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát Kết mô tốc độ đồng (n = 850 v/ph); m = -4Nm, cosφ nhảy bậc từ 0.9 lên sau nhảy 0.7 Hình 2.2 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát Kết mô tốc độ đồng (n = 850 v/ph); với m từ = -2Nm lên -4Nm, cosφ = 0.7 10 Hình 2.3: Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát Kết mô tốc độ đồng (n = 1050 v/ph); với m =-4Nm, cosφ = 0.7 Hình 2.4 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát Kết mô tốc độ đồng (n = 1050 v/ph); với m từ = -2Nm lên -4Nm, cosφ = 0.7 11 Hình 2.5 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát Kết mô tốc độ đồng (n = 950 v/ph); với m từ = - 2Nm, -3Nm, -4Nm, cosφ = 0.9 lên 1và 0.7 Hình 2.6 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát Kết mô tốc độ thay đổi nhảy từ 850v/ph lên 1050v/ph; với m = -4Nm, cosφ = 0.72 12 Hình 2.7 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát ( sập lưới 10%) Hình 2.8 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát ( sập lưới 25%) 13 Hình 2.9 Đáp ứng momen, cosφ, dòng điện rotor máy phát ( sập lưới 50%) Tác giả Đặng Danh Hoằng đưa kết luận án sau: - Luận văn giải việc áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến tựa theo thụ động (Passivity - Based) cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng pha nguồn kép chế độ làm việc bình thường với tải đối xứng chế độ xảy cố lỗi lưới ngắn mạch pha đối xứng xa gây sụt điện áp lưới - Khi áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến Passivity - Based, luận án giải vấn đề dao động tốc độ máy phát (thay đổi tốc độ hệ thống làm việc với nguồn lượng gió), dao động tần số góc mạch rotor lỗi lưới (sập lưới phần) đối xứng đảm bảo làm việc ổn định bền vững - Khi sập lưới 50% với điều chỉnh phi tuyến Passivity - Based, hệ thống làm việc ổn định - Luận án đề xuất áp dụng phương trình Euler - Lagrange để kiểm tra đánh giá tính thụ động máy phát điện không đồng pha nguồn kép, làm sở để tổng hợp điều chỉnh dòng máy phát phương pháp điều khiển tựa theo thụ động có kiểm chứng mô offline mô thời gian thực 14 Tương tự luận văn thạc sĩ “ Bộ điều khiển hòa lưới cho máy phát điện sức gió sử dụng máy cảm ứng nguồn kép” tác giả Dương Quốc Hưng thuộc trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp cho kết sau: Hình 2.10 Tốc độ máy phát, công suất phía Stator (Ps, Qs), Rotor (Pr, Qr) công suất phát hệ thống ( P,Q) tốc độ gió chuyển từ 12.5m -10.5m/s Hình 2.11 Dòng điện Rotor (Ir), dòng Stator (Is), điện áp Rotor (Ur) Vwind 12m/s xuống 10m/s 15 Hình 2.12 Dòng điện Idc, điện áp chiều Udc công suất chiều Pdc DC – Link Vwind 12m/s xuống 10m/s Hình 2.13 Tốc độ máy phát), công suất phía Stator (Ps, Qs), Rotor (Pr, Qr) công suất phát hệ thống ( P,Q) Vwind =10.5m xuống 8m/s 16 Hình 2.14 Dòng điện Rotor (Ir), dòng Stator (Is), điện áp Rotor Ur ) Vwind từ 10.5 m/s xuống 8m/s Hình 2.15 Dòng điện Idc, điện áp chiều Udc công suất chiều Pdc DC Link Vwind = 10.5m/s xuống 8m/s 17 Hình 2.16 Dòng điện Rotor (Ir), dòng Stator (Is), điện áp Rotor Ur) Vwind=12m xuống 10.5m/s với thời gian mô 0,06s Hình 2.17 Dòng điện Rotor (Ir), dòng Stator (Is), điện áp Rotor Ur) Vwind=12m xuống 10.5m/s với thời gian mô 0,06s Luận văn tác giả đưa kết nghiên cứu giải nội dung sau: - Tìm hiểu hệ thống máy phát điện sức gió, bao gồm: Vai trò, tiềm năng lượng gió Cấu tạo nguyên lý làm việc turbine phong điện - Tìm hiểu máy phát điện cảm ứng nguồn kép: Cấu tạo, nguyên lý làm việc, phương trình sơ đồ thay máy điện - Tìm hiểu hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện cảm ứng nguồn kép DFIG, từ xây dụng mô hình toán học hệ thống - Tìm hiểu điều khiển kinh điển PID Đây điều khiển mà tác giả sử dụng để thiết kế cho hệ thống 24 Hình 2.27 Đường cong P-V trường hợp chuẩn IEEE hệ thống 14 Hình 2.28 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết nối SCIG Hình 2.29 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE tốc độ gió thay đổi 25 Hình 2.30 Mối quan hệ tốc độ gió, LF tối đa vị trí Hình 2.31 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết nối DFIG Hình 2.32 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE tốc độ gió thay đổi 26 Hình 2.33 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết nối turbine gió SVC Hình 2.34 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết nối turbine gió STATCOM Hình 2.35 Đường cong P-V hệ thống 14 IEEE kết nối turbine gió với SVCI STATCOM Trong báo tác giả đưa nghiên cứu sau: - Hiệu mô hình trạng thái ổn định tốc độ cố định máy phát điện turbine gió tốc độ biến đổi giới hạn ổn định điện áp, máy phát điện lồng sóc cảm ứng (SCIG) mô hình hóa PQ thông 27 thường cải thiện PQ tiêu chuẩn, phụ thuộc công suất phản kháng vào nút điện áp đưa vào bảng kê khai trong thời gian cho phép tải lặp lặp lại - Máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) mô hình hóa mô hình điều khiển PQ tiêu chuẩn, mô hình điều khiển điện áp PV với công suất phản kháng máy phát điện giới hạn cưởng bức, thiết bị FACTS chọn để cải thiện ổn định điện áp Các kết cho thấy STATCOM cải thiện yếu tố tải tối đa tốt SVC Cả hai loại máy phát điện trang trại gió Yếu tố tăng tải tối đa thiết lập STATCOM lên đến 56,33% 53,28% hệ thống kết nối máy phát điện lồng sóc cảm ứng máy phát điện cảm ứng nguồn kép turbine gió tương ứng Vì vậy, phương pháp tạo lợi trực tiếp việc nghiên cứu xây dựng hệ thống điện để đáp ứng thiết lập máy phát điện turbine gió ổn định điện áp Tương từ báo khoa học “ Thuật toán tối ưu hóa cho phần tái cấu hình mạng điều khiển công suất phản kháng trang trại gió hệ thống phân phối ” tác giả Jingjing Zhao, Xin Li, Jiping Lu, Congli Zhang, State Key Laboratory of Power Transmission Equipment & System Security and New Technology Chongqing University 400030 Chongqing, China Tác giả đưa kết nghiên cứu sau: Hình 2.36 Hệ thống phân phối nhánh 28 Hình 2.37 Đường công tốc độ gió Hình 2.38 công suất tác dụng tua bin gió máy phát điện dị ứng nguồn kép Hình 2.39 Tối đa công suất phản kháng tuabin gió máy phát điện dị ứng nguồn kép Hình 2.40 Công suất tác dụng phản kháng đạt trang trại gió 29 Hình 2.41 Tổn thất điện hệ thống phân phối Hình 2.42 điện áp nút nhỏ hệ thống phân phối Trong báo này, thuật toán tối ưu hóa điểm kết nối điều khiển công suất phản kháng kết hợp trang trại gió cấu hình mạng đề xuất Trong đề xuất thuật toán tối ưu hóa, sản lượng công suất phản kháng trang trại gió tình trạng thiết bị chuyển mạch sử dụng điều khiển biến đổi cho giảm thiểu tổn thất cải thiện chất lượng điện áp tối ưu hóa sản lượng điện trang trại gió tối ưu cấu trúc mạng thu hiệu cách thực giới hạn công suất phản kháng máy phát điện nguồn kép mô phỏng.Từ kết đạt mô phỏng, kết luận trại gió máy phát điện nguồn kép tạo thành nguồn công suất phản kháng liên tục quan trọng để hỗ trợ hệ thống điều khiển điện áp Các kết mô cho thấy để có kết giải pháp tốt cách sử dụng tối ưu hóa điều khiển công suất phản kháng Tương tự báo khoa học “Điều khiển công suất phản kháng công suất tác dụng DFIG Sử dụng kết hợp VSC với PSO” tác giả 30 1H Abdi, 2N Hashemnia and3 A Kashiha, 1faculty of Engineering, Razi University, Kermanshah, Iran Tác giả đưa kết nghiên cứu sau: Hình 2.43 Công suất phản kháng tác dung cho điều khiển không tối ưu Hình 2.44 Chức chi phí (tích hợp lỗi) thay đổi lần lặp lại PSO Hình 2.45 Điều khiển tối ưu công suất phản kháng tác dụng sử dụng phép tính tích phân lỗi ngõ 31 Hình 2.46 Chức chi phí (tích hợp cộng với thay đổi dẫn xuất lỗi) lặp lặp lại PSO liên tiếp Hình 2.47 Công suất phản kháng tác dụng startor cho điều khiển tối ưu cách sử dụng tách rời cộng với phát sinh lỗi đầu Hình 2.48 Công suất phản kháng tác dụng startor 32 Hình 2.49 Rotor d dòng điện trục q Hình 2.50 Rotor d điện áp trục q Tác giả nghiên cứu điều khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ tối ưu hóa sử dụng để điều khiển công suất phản kháng tác dụng stato máy phát điện cảm ứng nguồn kép Tham số điều khiển lựa chọn sử dụng phương pháp PSO Chức thích hợp khác xem xét để có đáp ứng đầu mong muốn liên quan đến tiêu chuẩn điều khiển Nó thể qua kết mô dao động lỗi trạng thái không ổn định đạt thông qua giảm thiểu lỗi đầu không tách rời phái sinh lúc Bài báo khoa học “Điều khiển sản lượng tối ưu hệ trang trại gió thực yêu cầu nhà điều hành hệ thống” tác giả Rogério G De Almeida, Edgardo D Castronuovo, Member, IEEE, and J A Peças Lopes, Senior Member, IEEE Tác giả đưa kết mô 33 Hình 2.51 Tiêm hoạt công suất tác dụng turbine trường hợp a Hình 2.52.Tiêm hoạt công suất phản kháng turbine trường hợp a Hình 2.53 Tăng tốc độ rotor tham chiếu đến phía máy phát giảm công suất tác dụng tiêm vào trường hợp a Hình 2.54 Gốc pitch cho WT cho trường hợp a 34 Hình 2.55 Bơm công suất tác dụng cho mõi turbine cho trường hợp b Hình 2.56 Bơm công suất phản kháng cho mõi turabine cho trường hợp b Hình 2.57 Tốc độ rotor tham chiếu đến phía máy phát điện mõi WT cho trường hợp b Hình 2.58 Gốc pitch cho WT cho trường hợp a 35 Trong báo tác giả đưa cách điều phối công suất phản kháng tác dụng trang trại gió phát triển, cho phép tối ưu hóa hoạt động trang trại gió lớn cụm trang trại gió Cách đối phó với giảm thiểu gió tổn thất lưới điện nội với yêu cầu từ nhà khai thác hệ thống giới hạn mức sản lượng đầu gió Phát triển xa cần thiết công cụ tối ưu hóa để đối phó với việc bắt đầu dừng máy phát điện gió để đáp ứng yêu cầu vận hành hệ thống liên quan đến cắt giảm lớn mức độ phát điện gió Tương tự báo khoa học “Điều khiển công suất phản kháng công suất tác dụng máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) với điều khiển điểm công suất tối đa (MPPT) để hệ thống chuyển đổi lượng gió tốc độ biến đổi sử dụng điều khiển mô hình trượt ” tác giả Youcef Bekakra, Djilani Benattous, tác giả đưa kết nghiên cứu sau: Hình 2.59 Bên dạng tốc độ gió thay đổi bậc Hình 2.60 Tốc độ turbine theo MPPT 36 Hình 2.61 Bơm công suất tác dụng stator lưới điện theo MPPT Hình 2.62 Công suất phản kháng stator Hình 2.63 Dòng điện pha stator Hình 2.64 Dòng điện pha rotor 37 Trong báo tác giả đưa cấu trúc điều khiển thay đổi dựa điều khiển mô hình trượt (SMC) máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) kết nối lưới với hệ thống chuyển đổi lượng gió, Cấu trúc sử dụng để theo dõi tài liệu tham khảo công suất phản kháng tác dụng trao đổi stator lưới điện cách điều khiển hệ thống chuyển đổi rotor Kết mô cho thấy tách công suất phản kháng tác dụng stator hiệu suất hoạt động tốt thu biến đổi tốc độ gió Các kết thu chứng minh hệ thống DFIG điều khiển hoạt động tốc độ biến đổi coi phương án đáng quan tâm cho vấn đề giải pháp khu vực lượng tái tạo 2.2 Kết luận Hiện Việt Nam ngành công nghiệp điện gió bước phủ quan tâm mời gọi nhà đầu tư lĩnh vực này, nên đề tài nước mang tính nghiên cứu định hướng phát triển tương lai ứng dụng phục vụ công tác giảng dạy, công nghệ, thiết bị dùng lắp đặt trang trại gió hay tháp gió Việt Nam toàn nhập nước Từ nước phát triển Mỹ, Hà Lan, Úc, CHLB Đức, Đan Mạch… Các đề tài báo khoa học nước đưa ứng dụng sau: - Thiết kế điều khiển cho hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng máy phát điện không đồng pha nguồn kép - Xây dựng điều khiển hòa lưới cho máy phát điện sức gió sử dụng máy cảm ứng nguồn kép - Đề xuất biện pháp khắc phục lỗi lưới đối xứng không đối xứng hệ thống phát điện chạy sức gió Khi xảy lỗi lưới biến đổi phía máy phát điều khiển ngừng làm việc - Xây dựng hệ thống phát điện nguồn phát lượng gió công suất nhỏ tương ứng với tiềm gió Việt Nam - Đề xuất biện pháp nâng cao chất lượng điện áp nhà máy điện gió có công suất lớn kết nối hệ thống điện 38 Hiện nước giới Mỹ, Hà Lan, CHLB Đức, Nga, Pháp, Ý, Bỉ, Đan Mạch, Tây Ban Nha, Ấn Độ, Anh quốc, Trung Quốc… nghành công nghiệp điện gió phát triển mạnh mẽ, đề tài, báo khoa học ngành lượng gió đời nhầm mục đích nghiên cứu, tìm giải pháp, thiết kế thiết bị điện gió ngày đại, tiến để ứng dụng thực tế cải thiện chất lượng điện đáp ứng nhu cầu chất lượng điện cạnh tranh giá thành với ngành lượng khác thỏa mãn nhu cầu người tiêu dùng Các đề tài báo khoa học nước đưa ứng dụng sau: - Giải pháp điều phối công suất phản kháng tác dụng trang trại gió nghiên cứu điều khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ tối ưu hóa sử dụng để điều khiển công suất phản kháng tác dụng stato máy phát điện cảm ứng nguồn kép - Nghiên cứu giải pháp khiển kết hợp cấu trúc biến với hệ tối ưu hóa sử dụng để điều khiển công suất phản kháng tác dụng stato máy phát điện cảm ứng nguồn kép - Nghiên cứu mô hình trạng thái ổn định tốc độ cố định máy phát điện tuabin gió tốc độ biến đổi giới hạn ổn định điện áp dự đoán sụp đổ điện áp xảy Hệ thống DFIG điều khiển hoạt động tốc độ biến đổi coi phương án đáng quan tâm cho vấn đề giải pháp Đề tài “ Điều khiển công suất hệ thống điện gió ” điều khiển công suất tác dụng p công suất phản kháng Q phát từ máy phát điện gió trước hòa lưới Nhầm mục đích đáp ứng nhu cầu chất lượng điện cạnh tranh giá thành với ngành lượng khác thỏa mãn nhu cầu người tiêu dùng Vì hy vọng với vấn đề nghiên cứu đề tài đóng góp phần nhỏ thiết thực vào việc điều khiển hệ thống điện gió nước nhà Để hiểu vấn đề nghiên cứu sang chương ... pháp điều khiển máy phát đồng điều khiển máy phát đồng kích thích vĩnh cửu - Thiết kế hệ thống phát điện sử dụng sức gió công suất nhỏ  Sơ đồ khối hệ thống phát điện sử dụng sức gió công suất. .. điện áp dự đoán sụp đổ điện áp xảy Hệ thống DFIG điều khiển hoạt động tốc độ biến đổi coi phương án đáng quan tâm cho vấn đề giải pháp Đề tài “ Điều khiển công suất hệ thống điện gió ” điều khiển. .. mức độ phát điện gió Tương tự báo khoa học Điều khiển công suất phản kháng công suất tác dụng máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) với điều khiển điểm công suất tối đa (MPPT) để hệ thống chuyển
- Xem thêm -

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

Từ khóa liên quan

Gợi ý tài liệu liên quan cho bạn

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