TÓM TẮT
Tốc
độ quay của máy phát điện gió luôn luôn thay đổi theo tốc độ gió. Vì vậy, nếu
không có bộ biến tốc thì tần số của máy phát điện gió sẽ không giữ được ở tần
số ổn định. Trước đây người ta phải dùng các bộ biến tốc rất kồng kềnh hoặc các
thiết bị điều tốc điện tử phức tạp để giữ ổn định tần số máy phát điện gió.
Bài
báo này nghiên cứu chế độ làm việc của biến tần với máy phát điện gió. Bài báo chỉ nghiên cứu ổn định điện áp và tần số của đầu ra máy
phát điện nam châm vĩnh cửu có công suất nhỏ.
ABSTRACT
Rotational
speed of the wind generators are always changing as the wind speed. So, if you
do not have the frequency of the variable speed wind generators will not stay
in fixed frequency. Previously we had to use the variable speed kong very
cumbersome equipment or complex electronic speed regulator to keep a fixed
frequency of wind generators.
This paper studies the
working regime of the inverter with wind generators. This paper studies only
stable voltage and frequency output generator permanent magnet of small
capacity.
I. Giới thiệu
Cùng với sự phát triển của các
ngành công nghiệp, ngành công nghiệp năng lượng có thể là yếu tố quan trọng
nhất tác động đến phát triển chung của xã hội. Con người đã biết đến dầu mỏ cả ngàn năm,
nhưng dầu mỏ chỉ sử dụng nhiều ở thế kỷ XIX. Từ
đó đến nay chỉ gần 200 năm con người đã dùng phần lớn năng lượng hóa thạch như
dầu mỏ và than đã tích tụ cả chục triệu năm mới có được.
Hiện
nay ở các nước phát triển như Châu Âu, Châu Mỹ đang quan tâm nghiên cứu nguồn
năng lượng tái tạo như gió, mặt trời v.v… vì nguồn năng lượng này gần như không
gây ô nhiễm đến môi trường và có trữ lượng lớn. Đây cũng là vấn đề để giải
quyết nguồn năng lượng sắp cạn kiệt trong tương lai.
Tuy
nhiên nguồn năng lượng tái tạo thường không tập trung, nó phụ thuộc rất nhiều
vào kỹ thuật mới. Do đó chi phí sản xuất ra được một kilo
oát điện rất cao. Ngày nay với các ngành kỹ
thuật cao đang phát triển. Nó được ứng dụng ngày càng nhiều trong việc
sản xuất ra các thiết bị điện tử công suất. Vì vậy chi phí để sản xuất ra một kilo oát sẽ giảm, trong tương lai chi phí để sản xuất ra
một kilo oát điện từ năng lượng tái tạo sẽ giảm ngang bằng với chi phí sản xuất
ra một kilo oát điện từ năng lượng hóa thạch và nó sẽ có xu hướng thấp hơn
trong tương lai.
Bài báo này nghiên cứu và
ứng dụng biến tần trong máy phát điện gió.Vì máy phát
điện gió phụ thuộc vào vận tốc của gió, mà tốc độ gió luôn luôn thay đổi sẽ làm
cho tần số và điện áp biến động thường xuyên theo tốc độ gió. Trong phần
nghiên cứu này chỉ tập
trung vào việc ổn định điện áp và tần số của đầu ra máy phát điện gió có công
suất nhỏ khi gắn trực tiếp biến tần vào máy phát điện gió.
Hình 1 Mô hình máy phát điện gió
làm việc với biến tần
Hầu
hết các máy phát điện bằng turbin gió có đặc điểm chung là ổn định tốc độ máy
phát, Các loại máy phát điện bao gồm máy phát điện cảm ứng roto lồng sóc, máy
phát điện cảm ứng cung cấp nguồn đôi (DFIG) và kỹ thuật điều khiển trực tiếp
dùng trong máy phát đồng bộ sử dụng nam châm vĩnh cữu (PMSG). Điều quan trọng
nữa là loại bỏ hộp số và sử dụng máy phát
đồng bộ nam châm vĩnh cữu đa cực. Lợi ích của việc loại bỏ hộp số là
tiết kiệm về mặt kinh tế như không cần dầu bôi trơn hộp số, bảo dưỡng và lắp
đặt dễ dàng. Thêm vào đó cấu trúc điều khiển trực tiếp có thể vận hành với bất
cứ lượng công suất phản kháng nào và chất lượng điện năng của nó hòa vào lưới
điện được nâng cao khi các nhà máy phát điện khác nhau. Ngày nay với việc ứng
dụng biến tần trong công nghiệp turbin gió là giảm chi phí lắp đặt và vận hành một
cách an toàn. Nguyên tắc chung của việc sử dụng biến tần là tăng giá trị công
suất phát ra của turbin gió. Khi nâng cao công suất phát lớn hơn của turbin gió
thường dẫn đến nâng cao giá trị của điện áp một chiều trên thanh cái. Các giá
trị này được cung cấp bởi điện áp các tụ điện trên thiết bị công suất, Ngoài ra
cấu trúc điều khiển trực tiếp là chuyển đổi công suất hoàn toàn. Ngay cả nếu
công suất phát ra cao các chất bán dẫn này có thể được sử dụng nạp điện vào
bình acquy, Những linh kiện điện tử này có đặc tính là khả năng dẫn điện cao và
tổn thất công suất nhỏ. Vì vậy với kỹ thuật tích hợp bộ biến tần đa bậc trong
turbin gió cũng sẽ làm giảm sóng hài ngõ ra, bảo toàn biên độ ngỏ ra dv/dt và
cải thiện tất cả các đặc tính của điện từ trường.
III. Các khối công suất trong máy phát
điện gió làm việc với biến tần
3.1.
Khối turbin gió
Phương trình turbin gió
Trong đó
A: Diện tích cánh quạt gió (m2)
V:
Vận tốc gió (m/s)
Cp
là hiệu suất của cánh quạt tuabin
r: Mật độ không khí
3.2. Khối máy phát
Hệ
phương trình máy phát
3.3. Khối chỉnh lưu
Phương trình công suất chỉnh lưu
Trong
đó:
Va, Vb, Vc:
Điện áp các pha
da, db, dc:
Điện áp điều khiển bộ chỉnh lưu IGBT
Vdc: Điện áp một chiều
trên hai đầu tụ
Ta có
Ia + Ib
+ Ic = 0
Ip = [da db dc] [Ia Ib Ic]
(9)
(10)3.4. Khối
nghịch lưu
Biểu thức điện áp tải 3 pha
(11)
với:
(12)
Biểu thức áp nghịch lưu:
(13)
Hình 4. Khối nghịch lưu
IV. Các khối điều khiển
4.1. Khối điều khiển chỉnh lưu
Phương
trình điều khiển khối chỉnh lưu
Để điều
khiển hai dòng điện Id và Iq ta sử dụng hai bộ điều khiển
PI. Vòng điều khiển điện áp cũng sử dụng bộ điều khiển PI..
Phương
trình điện áp điều khiển là
Trong đó D là
tính hiệu đầu ra của bộ điều khiển dòng điện
(16)
Hình 5. Mô hình điều khiển bộ chỉnh lưu
4.2. Khối điều
khiển nghịch lưu
(17)
Hình 8. Đồ thị điện áp ngõ ra của máy phát
Hình 9. Đồ thị điện áp một chiều
Hình 10. Đồ thị điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu
- Khi qua bộ biến tần thì điện áp là 500V, f = 50Hz
VI. Kết luận
- Để ổn định điện áp đầu ra của máy phát điện gió, ta
chỉ cần ổn định điện áp một chiều.
- Vấn đề ổn định tần số cần phải qua bộ chỉnh lưu, bộ
nghịch lưu theo tần số của tín hiệu điều khiển chuẩn vc.
- Bài báo chỉ nghiên cứu việc ổn định điện áp, tần số
đầu ra của máy phát chưa nối với lưới được vì còn phụ thuộc vào góc pha của máy
phát với góc pha của lưới điện, do đó hướng phát triển của đề tài là nghiên cứu
vào quá trình kết nối lưới.
- Đặc trưng cơ bản của phương pháp nghịch lưu áp là
thành phần sóng hài của điện áp ra. Vì vậy có thể phát triển nghiên cứu các bộ
nghịch lưu áp bậc cao hơn để giảm sóng hài hòa vào lưới điện tốt hơn
TÀI LIỆU
THAM KHẢO
No comments:
Post a Comment