I. Tổng Quan Hệ Thống Mạng Phát Điện Sứ Giới Thiệu Chung
Từ xa xưa, con người đã biết khai thác năng lượng gió để tạo ra cơ năng thay thế sức lao động chân tay. Các tuabin buồm, cối xay gió xuất hiện từ thế kỷ 14 được sử dụng phổ biến từ thế kỷ 17, thịnh vượng nhất vào thế kỷ 18 đặc biệt ở Hà Lan với hàng ngàn cối xay. Từ thế kỷ 19 đến nửa đầu thế kỷ 20 với sự xuất hiện và phát triển của máy hơi nước và các loại động cơ đốt trong, các cối xay gió hầu như bị lãng quên. Tuy nhiên từ vài chục năm gần đây với nguy cơ cạn dần các nguồn nhiên liệu khai thác từ lòng đất và vấn đề ô nhiễm môi trường do việc đốt hàng loạt các nguồn nhiên liệu hóa thạch, việc nghiên cứu sử dụng các dạng năng lượng tái tạo của tự nhiên trong đó có năng lượng gió lại được nhiều nước trên thế giới kể cả các nước có nền công nghiệp năng lượng phát triển rất mạnh như Nga, Mỹ, Pháp, CHLB Đức, Hà Lan, Anh, Đan Mạch, Thụy Điển... đặc biệt quan tâm. Trên cơ sở áp dụng các thành tựu mới của nhiều nhà khoa học tiên tiến như thủ thuật khí động lực học, tự động điều khiển, cơ học kết cấu, truyền động thủy lực, vật liệu mới… việc nghiên cứu sử dụng năng lượng gió đã đạt được những tiến bộ rất lớn cả về chất lượng các thiết bị và quy mô ứng dụng. Từ các cối xay gió với các cánh gió đơn giản hiệu suất sử dụng năng lượng thấp chỉ khoảng 20%, đến nay các động cơ gió phát điện với các cánh quạt có biên dạng khí động học ngày một hoàn thiện hơn có thể đạt được hiệu suất sử dụng năng lượng cao tới 42%.
1.1. Tiềm năng và Lợi ích của Năng Lượng Gió tại Việt Nam
Năng lượng gió là một dạng của năng lượng mặt trời. Gió được sinh ra là do nguyên nhân mặt trời đốt nóng khí quyển, do trái đất xoay quanh mặt trời và do sự không đồng đều trên bề mặt trái đất. Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng gió. Các chuyên gia Ngân hàng Thế giới đã kết luận Việt Nam có khả năng tạo ra 513.360 MW hàng năm từ năng lượng gió, gấp 10 lần tổng công suất phát điện quốc gia dự kiến cho năm 2020. Đặc biệt các tỉnh Bình Thuận và Ninh Thuận ở ven biển được xem là có tiềm năng lớn nhất cho năng lượng gió tại những vùng đất lớn không cần và không phải là đất nông nghiệp màu mỡ.
1.2. Cấu Tạo và Nguyên Lý Hoạt Động của Điện Gió
Năng lượng gió được mô tả như một quá trình, nó được sử dụng để phát ra năng lượng cơ hoặc điện. Tua bin gió sẽ chuyển đổi từ động lực của gió thành năng lượng cơ. Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thể như là bơm nước hoặc các các máy nghiền lương thực hoặc cho một máy phát có thể chuyển đổi từ năng lượng cơ thành năng lượng điện. Tua bin gió sẽ chuyển đổi từ động lực của gió thành năng lượng cơ. Năng lượng cơ này có thể sử dụng cho những công việc cụ thể như là bơm nước hoặc các các máy nghiền lương thực hoặc cho một máy phát có thể chuyển đổi từ năng lượng cơ thành năng lượng điện.
II. Thách Thức và Vấn Đề Của Hệ Thống Mạng Điện Sứ Hiện Tại
Hiện nay, yêu cầu về chất lượng điện năng của hệ thống năng lượng điện ngày càng cao, đòi hỏi các hệ thống máy phát điện sử dụng sứ cách điện phải bám lưới khi lỗi lưới. Trong khi các tuabin gió hiện nay khi lỗi lưới với mức sụt điện áp lớn buộc phải cắt hệ thống ra khỏi lưới để bảo vệ bộ biến đổi khỏi quá dòng lớn. Các giải pháp điều khiển hiện nay đã cố gắng duy trì máy phát bám lưới bằng các hành chế độ lớn song phải điện động cảm ứng trong mạnh rotor. Tuy nhiên đều là các giải pháp điều khiển tuyến tính và chưa hoàn toàn phù hợp với bản chất phi tuyến của hệ thống nghịch lưu trong hệ thống phát điện sứ gió (PĐSG).
2.1. Độ Tin Cậy và Tuổi Thọ của Hệ Thống Điện Sứ
Độ tin cậy của hệ thống điện sứ là một yếu tố quan trọng. Vật liệu sứ cách điện phải chịu được các điều kiện môi trường khắc nghiệt và sự thay đổi điện áp truyền tải. Bảo trì hệ thống điện định kỳ giúp kéo dài tuổi thọ hệ thống điện. Các tiêu chuẩn IEC và IEEE đưa ra các hướng dẫn để kiểm tra định kỳ hệ thống điện.
2.2. Mất Mát Điện Năng và Các Sự Cố trong Hệ Thống
Mất mát điện năng là một vấn đề cần giải quyết. Điện áp quá độ và sóng hài có thể gây ra các sự cố. Phân tích sự cố hệ thống điện giúp tìm ra nguyên nhân và đưa ra giải pháp phòng ngừa. Tìm ra giải pháp giúp nâng cao hiệu quả hệ thống giảm chi phí vận hành.
2.3. Tác Động của Sét Lan Truyền Lên Hệ Thống Điện Sứ
Chống sét lan truyền là một yếu tố quan trọng để bảo vệ hệ thống điện khỏi các điện áp quá độ. Sét có thể gây ra hư hỏng nghiêm trọng cho các thiết bị điện và gây mất điện.
III. Phương Pháp Điều Khiển Thích Nghi Giải Pháp Nâng Cao Hiệu Quả
Luận văn này chọn đề tài: “ Nâng cao chất lượng điều khiển hòa đồng bộ hệ thống phát điện sứ gió sử dụng máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp điều khiển thích nghi”. Đối tương nghiên cứu hệ thống phát điện sứ gió sử dụng máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu - Bộ nghịch lưu hòa lưới. Mục đích nghiên cứu nâng cao chất lượng hệ thống phát điện chạy bằng sứ gió sử dụng máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trên cơ sở tổng hợp bộ điều khiển nghịch lưu phía lưới theo phương pháp điều khiển thích nghi.
3.1. Ứng Dụng Kỹ Thuật Điều Khiển Phi Tuyến
Đã thực hiện việc điều khiển hòa đồng bộ hệ thống nghịch lưu phía lưới và không lưới trên cơ sở bộ điều khiển phi tuyến và việc tính chọn các giá trị đặt. Với việc áp dụng phương pháp điều khiển phi tuyến, luận văn ngoài giải quyết các vấn đề mà các phương pháp tuyến tính đã đề cập như dao động điện áp lưới, đây là điểm mới và đóng góp mới của luận văn nhằm nâng cao chất lượng điều khiển của hệ thống khi lỗi lưới ngắn mạch ba pha.
3.2. Điều Khiển Chế Độ Bình Thường và Khi Có Sự Cố
Đã thực hiện điều khiển hệ thống nghịch lưu công suất tác dụng và phản kháng lên lưới ở chế độ bình thường. Kết quả nghiên cứu của luận văn đã chứng minh được chất lượng điều khiển hệ thống nghịch lưu trong hệ thống PĐSG khi lỗi lưới ngắn mạch ba pha đối xứng tốt hơn so với phương pháp điều khiển tuyến tính thông thường.
IV. Ứng Dụng Thực Tiễn và Kết Quả Nghiên Cứu Điện Gió Sứ
Luận văn đã góp phần làm sáng tỏ bản chất của phương pháp thích nghi Backstepping trên cơ sở của lý thuyết ổn định Lyapunov khi áp dụng cho hệ thống PĐSG sử dụng máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu, đó là: bản chất của phương pháp là kết hợp của phương pháp điều khiển thích nghi Backstepping (bản chất là chuyển hệ tọa độ trạng thái) mô hình đối tượng và tổng hợp bộ điều khiển cho đối tượng trên cơ sở lý thuyết ổn định Lyapunov, đồng thời đưa ra biện pháp để nâng cao chất lượng tính và động của hệ thống.
4.1. Triển Vọng và Xu Hướng Phát Triển Của Điện Gió
Năng lượng gió đóng vai trò quan trọng trong việc giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường. Các chính sách hỗ trợ của chính phủ và sự phát triển của công nghệ sẽ thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp điện gió. Nghiên cứu và phát triển các hệ thống lưu trữ năng lượng sẽ giúp giải quyết vấn đề tính không ổn định của năng lượng gió.
4.2. Điện Gió Trong Tương Lai Lưới Điện Thông Minh
Công nghệ lưới điện thông minh sẽ giúp tích hợp năng lượng gió vào hệ thống điện một cách hiệu quả. Hệ thống giám sát điện năng sẽ giúp quản lý và tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng gió. Các tiêu chuẩn IEC và IEEE tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo an toàn và hiệu suất của hệ thống điện.
V. Bí Quyết Bảo Trì và Kéo Dài Tuổi Thọ Mạng Phát Điện Sứ
Bảo trì định kỳ là yếu tố then chốt giúp tăng độ tin cậy và kéo dài tuổi thọ của hệ thống phát điện sứ. Việc kiểm tra và thay thế các bộ phận hao mòn, cùng với việc vệ sinh vật liệu sứ cách điện, giúp ngăn ngừa các sự cố tiềm ẩn. Áp dụng các phương pháp bảo trì hệ thống điện tiên tiến giúp tối ưu hóa hiệu quả và giảm chi phí vận hành.
5.1. Kiểm Tra Điện Trở Cách Điện Định Kỳ
Việc kiểm tra điện trở cách điện định kỳ là cần thiết để phát hiện sớm các dấu hiệu suy giảm chất lượng của vật liệu sứ cách điện. Sử dụng các thiết bị đo chuyên dụng để đảm bảo độ chính xác. Thay thế các bộ phận cách điện khi phát hiện các dấu hiệu hư hỏng.
5.2. Vệ Sinh và Bảo Dưỡng Vật Liệu Sứ Cách Điện
Bụi bẩn và các chất ô nhiễm có thể làm giảm hiệu quả cách điện của vật liệu sứ. Vệ sinh định kỳ bằng các phương pháp phù hợp giúp duy trì khả năng cách điện. Kiểm tra và khắc phục các vết nứt hoặc hư hỏng trên bề mặt vật liệu sứ.
VI. Cách Tối Ưu Hóa Hiệu Suất Hệ Thống Điện Gió Hướng Dẫn Chi Tiết
Tối ưu hóa hiệu suất hệ thống điện gió đòi hỏi sự kết hợp giữa các yếu tố kỹ thuật và quản lý. Lựa chọn vị trí đặt tuabin gió phù hợp, áp dụng các công nghệ điều khiển tiên tiến, và thực hiện bảo trì định kỳ là những yếu tố quan trọng. Bên cạnh đó, việc giám sát và phân tích dữ liệu vận hành giúp phát hiện các vấn đề và đưa ra các giải pháp cải thiện hiệu suất.
6.1. Lựa Chọn Vị Trí Đặt Tuabin Gió Tối Ưu
Vị trí đặt tuabin gió ảnh hưởng lớn đến hiệu suất phát điện. Nghiên cứu và phân tích dữ liệu gió tại các vị trí tiềm năng để lựa chọn vị trí có tốc độ gió trung bình cao và ít nhiễu loạn. Xem xét các yếu tố địa hình và môi trường xung quanh để đảm bảo tuabin gió hoạt động hiệu quả.
6.2. Ứng Dụng Công Nghệ Điều Khiển Tiên Tiến
Các công nghệ điều khiển tiên tiến giúp tối ưu hóa hiệu suất phát điện của tuabin gió. Sử dụng các thuật toán điều khiển để điều chỉnh góc cánh và tốc độ quay của tuabin gió theo điều kiện gió thực tế. Áp dụng các hệ thống giám sát và điều khiển từ xa để quản lý và vận hành hệ thống điện gió một cách hiệu quả.
