I. Giới thiệu tổng quan
Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp điều khiển máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép (DFIG) trong hệ thống nhà máy điện và thiết bị mạng. Với sự gia tăng nhu cầu năng lượng toàn cầu và sự cạn kiệt của các nguồn năng lượng hóa thạch, năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió, đang trở thành một giải pháp quan trọng. Công nghệ điện gió không chỉ giúp giảm thiểu khí thải mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao. Hệ thống điện gió sử dụng máy phát điện không đồng bộ nguồn kép được xem là một trong những công nghệ tiên tiến nhất hiện nay, đặc biệt trong việc điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng một cách độc lập.
1.1. Tầm quan trọng của năng lượng gió
Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng tái tạo có tiềm năng lớn nhất, đặc biệt ở các quốc gia có điều kiện địa lý thuận lợi như Việt Nam. Với hơn 3000 km bờ biển và 90% lãnh thổ là đồi núi, Việt Nam có tiềm năng năng lượng gió đáng kể. Hệ thống điện gió không chỉ giúp cung cấp điện cho các vùng xa xôi mà còn góp phần vào việc phát triển hệ thống điện quốc gia. Máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép (DFIG) là một trong những công nghệ tiên tiến nhất, cho phép điều khiển linh hoạt công suất tác dụng và công suất phản kháng, đồng thời giảm thiểu tổn hao năng lượng.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận văn thạc sĩ này là nghiên cứu và phát triển các giải pháp điều khiển máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép (DFIG) trong hệ thống điện gió. Cụ thể, luận văn tập trung vào việc mô hình hóa và xây dựng các giải thuật điều khiển để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện gió. Các giải pháp điều khiển được đề xuất bao gồm điều khiển định hướng điện áp lưới (VOC) và điều khiển định hướng từ thông (FOC), nhằm đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của hệ thống điều khiển.
II. Mô hình hóa và giải thuật điều khiển
Luận văn thạc sĩ này đề xuất một mô hình toán học chi tiết cho máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép (DFIG) trên hệ trục tọa độ dq. Mô hình này cho phép phân tích và điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng của hệ thống điện gió. Bên cạnh đó, luận văn cũng xây dựng một mô hình hoàn chỉnh cho bộ chuyển đổi công suất back-to-back, bao gồm Grid Side Converter (GSC) và Rotor Side Converter (RSC), sử dụng các khóa công suất IGBT/Diode.
2.1. Mô hình toán học DFIG
Mô hình toán học của máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép (DFIG) được xây dựng trên hệ trục tọa độ dq, cho phép phân tích và điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng. Mô hình này cũng giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện gió bằng cách điều khiển điện áp lưới và từ thông stator. Hệ thống điều khiển được thiết kế để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả trong các điều kiện vận hành khác nhau.
2.2. Giải thuật điều khiển
Luận văn đề xuất hai giải thuật điều khiển chính: điều khiển định hướng điện áp lưới (VOC) và điều khiển định hướng từ thông (FOC). VOC được sử dụng để điều khiển Grid Side Converter (GSC), trong khi FOC được áp dụng để điều khiển Rotor Side Converter (RSC). Các giải thuật này được cải tiến bằng phương pháp Hysteresis Current Control, giúp tăng cường hiệu suất và độ ổn định của hệ thống điều khiển.
III. Kết quả và ứng dụng thực tế
Luận văn thạc sĩ này đã đạt được những kết quả đáng kể trong việc điều khiển máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép (DFIG). Các giải pháp điều khiển được đề xuất đã được kiểm chứng thông qua mô phỏng, cho thấy khả năng điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng một cách hiệu quả. Hệ thống điều khiển cũng thể hiện tính ổn định cao trong các điều kiện vận hành khác nhau, bao gồm cả sự thay đổi tốc độ gió.
3.1. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống điều khiển được đề xuất có thể điều khiển máy phát điện gió không đồng bộ nguồn kép (DFIG) một cách hiệu quả trong cả hai chế độ vận hành: dưới và trên tốc độ đồng bộ. Hệ thống điều khiển cũng thể hiện khả năng thích ứng cao với sự thay đổi tốc độ gió, đảm bảo tính ổn định và hiệu quả của hệ thống điện gió.
3.2. Ứng dụng thực tế
Các giải pháp điều khiển được đề xuất trong luận văn thạc sĩ này có tiềm năng ứng dụng cao trong các nhà máy điện gió hiện đại. Hệ thống điều khiển không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống điện gió mà còn góp phần vào việc nâng cao chất lượng điện năng và độ tin cậy của hệ thống điện quốc gia. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển công nghệ điện gió tại Việt Nam và trên thế giới.
