I. Giới thiệu
Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát DFIG (Doubly Fed Induction Generator) trong hệ thống điện sử dụng năng lượng tái tạo. Nghiên cứu này nhằm mục đích tối ưu hóa hiệu suất của máy phát điện gió thông qua các kỹ thuật điều khiển tiên tiến như SFOC (Stator Flux Oriented Control) và DPC (Direct Power Control).
1.1. Bối cảnh nghiên cứu
Năng lượng gió đang trở thành một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng trong hệ thống điện hiện đại. Máy phát DFIG được sử dụng rộng rãi do khả năng điều khiển linh hoạt công suất tác dụng và công suất phản kháng. Tuy nhiên, việc điều khiển độc lập hai loại công suất này vẫn là thách thức lớn, đòi hỏi các kỹ thuật điều khiển hiệu quả.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận văn thạc sĩ là xây dựng và phân tích các mô hình điều khiển công suất cho máy phát DFIG, đặc biệt là phương pháp SFOC và DPC. Nghiên cứu cũng nhằm đánh giá hiệu quả của các phương pháp này trong việc tối ưu hóa hệ thống phát điện sử dụng năng lượng gió.
II. Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió
Chương này trình bày các khái niệm cơ bản về hệ thống chuyển đổi năng lượng gió, bao gồm cấu trúc và nguyên lý hoạt động của máy phát DFIG. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích các thành phần chính của hệ thống điện và vai trò của máy phát điện gió trong việc tạo ra năng lượng tái tạo.
2.1. Cấu trúc hệ thống
Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió bao gồm các thành phần chính như turbine gió, máy phát DFIG, và các bộ biến đổi công suất. Máy phát DFIG được kết nối với lưới điện thông qua các bộ biến đổi, cho phép điều khiển linh hoạt công suất tác dụng và công suất phản kháng.
2.2. Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của máy phát DFIG dựa trên việc điều khiển từ thông và điện áp rotor. Thông qua các kỹ thuật điều khiển như SFOC và DPC, máy phát DFIG có thể duy trì ổn định hệ thống điện và tối ưu hóa hiệu suất phát điện.
III. Mô hình toán học của máy phát DFIG
Chương này trình bày mô hình toán học của máy phát DFIG trong các hệ tọa độ khác nhau, bao gồm hệ tọa độ αβ và dq. Nghiên cứu cũng phân tích các phương trình vi phân biểu diễn trạng thái của hệ thống điện và ứng dụng của chúng trong việc mô phỏng máy phát điện gió.
3.1. Hệ tọa độ αβ
Mô hình toán học của máy phát DFIG trong hệ tọa độ αβ cho phép phân tích các thành phần điện áp và dòng điện một cách độc lập. Điều này giúp đơn giản hóa việc thiết kế các kỹ thuật điều khiển như SFOC và DPC.
3.2. Hệ tọa độ dq
Trong hệ tọa độ dq, máy phát DFIG được mô hình hóa dựa trên các thành phần trục d và q. Điều này cho phép điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng, đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa hệ thống phát điện.
IV. Điều khiển máy phát DFIG bằng phương pháp SFOC
Chương này tập trung vào việc áp dụng phương pháp SFOC để điều khiển máy phát DFIG. Nghiên cứu trình bày các bước thiết kế bộ điều khiển và kết quả mô phỏng, đánh giá hiệu quả của phương pháp này trong việc điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng.
4.1. Thiết kế bộ điều khiển
Phương pháp SFOC dựa trên việc định hướng từ thông stator để điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng. Bộ điều khiển được thiết kế với các vòng hồi tiếp để đảm bảo ổn định hệ thống điện.
4.2. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp SFOC có khả năng điều khiển hiệu quả máy phát DFIG, đặc biệt trong việc duy trì ổn định hệ thống điện và tối ưu hóa hiệu suất phát điện.
V. Điều khiển máy phát DFIG bằng phương pháp DPC
Chương này trình bày phương pháp DPC để điều khiển máy phát DFIG. Nghiên cứu tập trung vào việc phân tích các bảng đóng cắt tối ưu và ảnh hưởng của chúng đến sự biến thiên của công suất tác dụng và công suất phản kháng.
5.1. Bảng đóng cắt tối ưu
Phương pháp DPC sử dụng bảng đóng cắt tối ưu để điều khiển trực tiếp công suất tác dụng và công suất phản kháng. Điều này giúp giảm thiểu sự biến thiên của công suất và tăng hiệu suất của hệ thống phát điện.
5.2. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp DPC có khả năng điều khiển nhanh chóng và chính xác máy phát DFIG, đặc biệt trong các điều kiện vận hành thay đổi liên tục.
VI. Kết luận và hướng phát triển
Chương này tổng kết các kết quả nghiên cứu và đề xuất hướng phát triển cho các nghiên cứu tiếp theo. Luận văn thạc sĩ đã chứng minh hiệu quả của các phương pháp SFOC và DPC trong việc điều khiển máy phát DFIG, đồng thời mở ra các hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo.
6.1. Kết luận
Nghiên cứu đã chứng minh rằng cả hai phương pháp SFOC và DPC đều có khả năng điều khiển hiệu quả máy phát DFIG, đặc biệt trong việc tối ưu hóa công suất tác dụng và công suất phản kháng.
6.2. Hướng phát triển
Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải tiến các kỹ thuật điều khiển và ứng dụng máy phát DFIG trong các hệ thống năng lượng quy mô lớn.
