Giải pháp chống lồng tốc rotor cho máy phát điện gió nối lưới

LỜI CAM ĐOAN

1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1. Các nghiên cứu liên quan

1.2. Mục tiêu của luận văn

1.3. Phương pháp thực hiện

1.4. Phạm vi của luận văn

1.5. Điểm mới của luận văn

1.6. Bố cục của luận văn

2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2.1. Công suất lý tưởng và định luật Betz

2.2. Lợi ích của điện gió

2.2.1. Xem xét về mặt kinh tế

2.2.2. An ninh năng lượng

2.2.3. Lợi ích môi trường của điện gió

2.2.4. Hoàn toàn vô tận và giảm thiểu nguy cơ

2.3. Tình hình phát triển năng lượng gió hiện nay

2.3.1. Tình hình phát triển năng lượng gió trên thế giới

2.3.2. Tình hình phát triển năng lượng gió tại Việt Nam

2.3.2.1. Nhà máy phong điện 1 Bình Thuận (REVN)

2.3.2.2. Nhà máy phong điện Phú Quý (PVN)

2.4. Những khó khăn của năng lượng gió

2.4.1. Sự thay đổi liên tục của gió

2.5. Điều khiển góc cánh quạt của turbine gió

2.6. Nguyên tắc chuyển đổi năng lượng gió

2.6.1. Hoạt động kết nối lưới trực tiếp

2.6.2. Kết nối lưới điện sử dụng các bộ chuyển điện tử công suất

3. CHƯƠNG 3: MÁY PHÁT GIÓ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU

3.1. Máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu

3.2. Mô hình máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu

3.2.1. Mô hình turbine gió

3.2.2. Mô hình máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu

3.2.3. Mô hình bộ điều khiển phía máy phát

3.2.4. Mô hình tụ DC

3.2.5. Mô hình bộ điều khiển công suất phía lưới

3.3. Các yêu cầu trong nối lưới máy phát điện gió

3.4. Các giải pháp vượt qua điện áp thấp cho tua bin gió PMSG

3.4.1. Hoạt động PMSM trong quá trình sụt áp

3.4.2. Các phương pháp nâng cao khả năng LVRT

3.4.2.1. Điều khiển góc cánh quạt

3.4.2.2. Tăng kích thước tụ trong liên kết DC

3.4.3. Mạch điện trở nối tắc chủ động

3.4.4. Mạch lưu trữ năng lượng bus DC

3.4.5. Sử dụng các thiết bị bù và thiết bị FACT

3.5. Hướng nghiên cứu được đề xuất trong luận văn

4. CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

4.1. Mô hình hóa mô phỏng PMSG

4.1.1. Khối đo lường và chuyển đổi tín hiệu

4.1.2. Sơ đồ chuyển đổi phía lưới

4.1.3. Mô hình bộ điều khiển bộ nghịch lưu phía máy phát

4.1.4. Mô hình bộ điều khiển máy phát PMSG

4.1.5. Liên kết trong hệ thống máy phát điện gió PMSG

4.1.6. Kết nối máy phát gió với lưới điện

4.2. Kết quả mô phỏng PMSG với các vận tốc gió khác nhau

4.2.1. Khi gió tăng từ 8 lên 10 m/s

4.2.2. Khi gió giảm từ 11 xuống 8 m/s

4.2.3. Khi gió tăng từ 10 lên 13 m/s

4.2.4. Khi gió giảm từ 14 xuống 11 m/s

4.3. Kết quả mô phỏng trong trường hợp vượt qua điện áp thấp

4.3.1. Khi vận tốc gió đạt 10 m/s

4.3.2. Khi vận tốc gió đạt 13 m/s

5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

5.1. Những vấn đề còn tồn tại

5.2. Kiến nghị hướng phát triển của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu

Năng lượng gió đã trở thành một nguồn năng lượng quan trọng trong bối cảnh hiện nay, khi nhu cầu giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng. Máy phát điện gió sử dụng công nghệ tuabin gió hiện đại, đặc biệt là máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG), đã chứng minh được hiệu quả cao trong việc chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất mà các hệ thống này phải đối mặt là hiện tượng chống lồng tốc rotor. Khi có sự cố trên lưới điện, tốc độ rotor có thể tăng đột ngột, dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp kỹ thuật để ngăn chặn hiện tượng này là rất cần thiết.

1.1. Tình hình phát triển năng lượng gió

Năng lượng gió đã được khai thác từ lâu, nhưng chỉ trong vài thập kỷ qua, công nghệ này mới thực sự phát triển mạnh mẽ. Các quốc gia như Đức, Mỹ và Trung Quốc đã đầu tư mạnh vào công nghệ năng lượng gió, dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong công suất lắp đặt. Theo thống kê, tổng công suất lắp đặt các nhà máy gió trên toàn thế giới đã đạt 486,8 GW vào năm 2016. Sự phát triển này không chỉ giúp giảm phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Tuy nhiên, sự gia tăng này cũng đặt ra nhiều thách thức, đặc biệt là trong việc duy trì hiệu suất máy phát điện gió khi có sự cố xảy ra trên lưới điện.

II. Tổng quan về máy phát điện gió

Máy phát điện gió sử dụng PMSG đã trở thành lựa chọn ưu tiên trong các hệ thống năng lượng gió hiện đại. Công nghệ năng lượng gió này không chỉ giúp giảm thiểu tổn thất mà còn nâng cao độ tin cậy và hiệu suất. Tuy nhiên, một trong những vấn đề lớn nhất là chống lồng tốc rotor. Khi có sự cố ngắn mạch hoặc sụt áp, tốc độ rotor có thể tăng đột ngột, gây ra áp lực lớn lên hệ thống cơ khí. Điều này không chỉ làm giảm hiệu suất máy phát điện mà còn có thể dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng. Do đó, việc phát triển các giải pháp kỹ thuật để kiểm soát tốc độ rotor là rất quan trọng.

2.1. Các giải pháp kỹ thuật

Để ngăn chặn hiện tượng chống lồng tốc rotor, một số giải pháp đã được đề xuất. Một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng điện trở xả và lưu lượng xả được điều khiển bằng bộ điều khiển PI. Giải pháp này không chỉ giúp kiểm soát tốc độ rotor mà còn đảm bảo rằng máy phát điện gió có thể duy trì kết nối với lưới điện trong trường hợp có sự cố. Việc mô phỏng và kiểm tra các giải pháp này bằng phần mềm Matlab đã cho thấy khả năng cải thiện đáng kể trong việc duy trì hiệu suất máy phát điện trong các tình huống khẩn cấp.

III. Kết quả mô phỏng và phân tích

Mô phỏng các tình huống khác nhau cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp kỹ thuật để chống lồng tốc rotor có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của máy phát điện gió. Các kết quả cho thấy rằng khi gió tăng hoặc giảm, hệ thống vẫn có thể duy trì hiệu suất ổn định mà không gặp phải hiện tượng lồng tốc. Điều này không chỉ giúp bảo vệ thiết bị mà còn đảm bảo rằng hệ thống điện gió có thể hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau. Việc sử dụng PMSG trong các mô hình này đã chứng minh được tính ưu việt của nó trong việc giảm thiểu tổn thất và nâng cao độ tin cậy.

3.1. Phân tích hiệu suất

Phân tích hiệu suất của hệ thống cho thấy rằng việc áp dụng các giải pháp chống lồng tốc rotor không chỉ giúp bảo vệ thiết bị mà còn nâng cao hiệu suất máy phát điện. Các mô hình mô phỏng cho thấy rằng trong các tình huống có sự cố, hệ thống vẫn có thể duy trì kết nối với lưới điện và cung cấp công suất phản kháng theo yêu cầu. Điều này cho thấy rằng các giải pháp kỹ thuật được đề xuất có thể đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe của các mã lưới hiện có, từ đó nâng cao tính khả thi của công nghệ năng lượng gió trong tương lai.

Luận văn thạc sĩ về chống lồng tốc rotor máy phát điện gió nối lưới