I. Giới thiệu chung
Luận văn Thạc sĩ này tập trung vào việc điều khiển công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện năng lượng gió. Điện năng đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế và đời sống xã hội. Tuy nhiên, nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá đang dần cạn kiệt, đặt ra yêu cầu cấp thiết về việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế. Năng lượng gió được xem là một giải pháp tiềm năng do tính sạch và vô tận. Việt Nam, với hơn 3.200 km bờ biển, có tiềm năng lớn trong việc khai thác nguồn năng lượng này. Luận văn nhằm mục đích nghiên cứu và đề xuất các giải pháp điều khiển công suất hiệu quả trong hệ thống điện năng lượng gió, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và phát triển bền vững.
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Thế kỷ 21 đặt ra nhiều thách thức toàn cầu, trong đó vấn đề năng lượng là cấp thiết nhất. Năng lượng hóa thạch đang dần cạn kiệt, kéo theo giá thành tăng cao và nguồn cung không ổn định. Việc sử dụng quá nhiều năng lượng hóa thạch cũng gây ra các vấn đề môi trường nghiêm trọng như biến đổi khí hậu và ô nhiễm. Năng lượng gió, với ưu điểm sạch và tái tạo, trở thành giải pháp quan trọng. Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng gió, đặc biệt là khu vực ven biển. Nghiên cứu điều khiển công suất trong hệ thống điện năng lượng gió là cần thiết để tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo ổn định hệ thống.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chính của luận văn là nghiên cứu và đề xuất các giải pháp điều khiển công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện năng lượng gió. Luận văn tập trung vào việc phân tích các mô hình toán học của máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG), đề xuất các giải thuật điều khiển hiệu quả, và mô phỏng hệ thống để đánh giá hiệu suất. Kết quả nghiên cứu sẽ góp phần nâng cao hiệu quả vận hành của hệ thống điện năng lượng gió, đảm bảo ổn định và tối ưu hóa công suất đầu ra.
II. Tổng quan về hệ thống điện năng lượng gió
Hệ thống điện năng lượng gió bao gồm các thành phần chính như tuabin gió, máy phát điện, và hệ thống điều khiển. Tuabin gió chuyển đổi động năng của gió thành cơ năng, sau đó máy phát điện chuyển đổi cơ năng thành điện năng. Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG) là một trong những công nghệ phổ biến nhất trong hệ thống điện năng lượng gió do khả năng điều khiển linh hoạt công suất tác dụng và phản kháng. Luận văn phân tích các đặc tính kỹ thuật của DFIG và các phương pháp điều khiển hiện đại để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
2.1. Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép DFIG
Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG) là công nghệ tiên tiến được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện năng lượng gió. DFIG cho phép điều khiển độc lập công suất tác dụng và phản kháng, giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống. Luận văn trình bày mô hình toán học của DFIG trong các hệ trục tọa độ khác nhau, bao gồm hệ trục tĩnh αβ và hệ trục đồng bộ dq. Các mô hình này là cơ sở để thiết kế các giải thuật điều khiển hiệu quả.
2.2. Phương pháp điều khiển công suất
Luận văn đề xuất các phương pháp điều khiển công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện năng lượng gió sử dụng DFIG. Các phương pháp bao gồm điều khiển bộ chuyển đổi công suất phía lưới (GSC) và điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor theo phương pháp SFOC. Các giải thuật này được thiết kế để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tối ưu hóa công suất đầu ra trong các điều kiện vận hành khác nhau.
III. Mô phỏng và kết quả
Luận văn tiến hành mô phỏng hệ thống điện năng lượng gió sử dụng DFIG để đánh giá hiệu quả của các giải thuật điều khiển công suất tác dụng và phản kháng. Các kịch bản mô phỏng bao gồm tốc độ gió không đổi, tốc độ gió thay đổi, và tốc độ gió thay đổi lớn. Kết quả mô phỏng cho thấy các giải thuật đề xuất đạt được hiệu suất cao trong việc điều khiển công suất, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tối ưu hóa công suất đầu ra.
3.1. Mô phỏng với tốc độ gió không đổi
Trong kịch bản tốc độ gió không đổi, các giải thuật điều khiển công suất tác dụng và phản kháng đạt được hiệu suất cao. Hệ thống duy trì ổn định và đáp ứng nhanh chóng các thay đổi trong công suất tham chiếu. Kết quả mô phỏng cho thấy DFIG hoạt động hiệu quả trong việc điều khiển công suất tác dụng và phản kháng, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.
3.2. Mô phỏng với tốc độ gió thay đổi
Trong kịch bản tốc độ gió thay đổi, các giải thuật điều khiển công suất vẫn đạt được hiệu suất cao. Hệ thống đáp ứng nhanh chóng các thay đổi trong tốc độ gió, đảm bảo công suất đầu ra ổn định. Kết quả mô phỏng cho thấy khả năng thích ứng cao của DFIG trong các điều kiện vận hành khác nhau.
IV. Kết luận và hướng phát triển
Luận văn đã nghiên cứu và đề xuất các giải pháp điều khiển công suất tác dụng và phản kháng trong hệ thống điện năng lượng gió sử dụng DFIG. Các kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các giải thuật đề xuất trong việc tối ưu hóa công suất và đảm bảo ổn định hệ thống. Trong tương lai, nghiên cứu có thể mở rộng sang các công nghệ mới như máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) và tích hợp hệ thống điện năng lượng gió với các nguồn năng lượng tái tạo khác để tạo thành hệ thống năng lượng tổng hợp.
