I. Tổng Quan Hệ Thống Phát Điện Gió Dùng Máy Điện Không Đồng Bộ
Năng lượng điện ngày càng trở nên quan trọng, thúc đẩy tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế. Các nguồn năng lượng truyền thống như thủy điện và nhiệt điện đang dần cạn kiệt, gây ra ô nhiễm môi trường. Điện hạt nhân có chi phí cao và rủi ro an toàn tiềm ẩn. Năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió, đang được phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu. Điện mặt trời cũng phát triển nhưng vẫn còn nhỏ lẻ. Hệ thống phát điện gió đang được quan tâm và phát triển rộng rãi. Hệ thống biến đổi năng lượng gió thường sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép (MPKĐBNK) để giảm chi phí, vì bộ biến đổi chỉ cần xử lý khoảng 1/3 công suất hệ thống. Khả năng hoạt động trong dải tốc độ rộng giúp MPKĐBNK có hiệu suất cao hơn so với các loại máy phát khác. Theo Nguyễn Thị Mai Hương trong luận án của mình, việc sử dụng nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời là một xu hướng đang được phát triển mạnh trên thế giới.
1.1. Ưu Điểm Của Máy Điện Không Đồng Bộ Nguồn Kép
Máy điện không đồng bộ nguồn kép (MPKĐBNK) được ưa chuộng nhờ chi phí thấp và khả năng điều khiển linh hoạt. Bộ biến đổi chỉ cần xử lý một phần công suất, giảm kích thước và giá thành. Hoạt động trong dải tốc độ rộng giúp tối ưu hóa việc thu năng lượng gió. Đây là một yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất của toàn hệ thống điện gió.
1.2. Ứng Dụng Thực Tế Của Hệ Thống Điện Gió
Hệ thống điện gió ngày càng đóng vai trò quan trọng trong cơ cấu năng lượng của nhiều quốc gia. Chúng không chỉ cung cấp nguồn điện sạch mà còn góp phần giảm thiểu tác động môi trường. Việc tích hợp các hệ thống này vào lưới điện đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật tiên tiến để đảm bảo sự ổn định và tin cậy.
II. Thách Thức Về Tính Bền Vững Trụ Lưới Điện Gió Hiện Nay
Yêu cầu về chất lượng điện năng ngày càng khắt khe. Các thiết bị phát điện nối lưới, bao gồm cả hệ thống phát điện gió, phải đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng. Khi các hệ thống này tập hợp thành các trang trại gió, vấn đề ổn định lưới điện trở nên cấp thiết. Lỗi lưới có thể gây ra sự cố nghiêm trọng, làm gián đoạn cung cấp điện. Các hệ thống phát điện không được phép ngắt kết nối khỏi lưới một cách không kiểm soát khi xảy ra lỗi, vì điều này có thể làm tình hình tồi tệ hơn. Hệ thống cần duy trì hoạt động song song với lưới khi có lỗi và phục hồi nhanh chóng sau khi sự cố được khắc phục. Theo nghiên cứu, các hệ thống này phải có khả năng hỗ trợ lưới trong suốt quá trình lỗi, bao gồm cả lỗi đối xứng và không đối xứng. Tính an toàn vận hành cũng phải được đảm bảo.
2.1. Ảnh Hưởng Của Lỗi Lưới Đến Hệ Thống Điện Gió
Lỗi lưới có thể gây ra nhiều vấn đề cho hệ thống điện gió, bao gồm mất ổn định, quá áp, quá dòng và thậm chí là hư hỏng thiết bị. Việc ngắt kết nối đột ngột khỏi lưới cũng có thể gây ra biến động lớn trong hệ thống điện, ảnh hưởng đến chất lượng điện năng và độ tin cậy hệ thống.
2.2. Yêu Cầu Về Khả Năng Trụ Lưới Của Hệ Thống Điện Gió
Khả năng trụ lưới là khả năng của hệ thống điện gió duy trì kết nối và hoạt động ổn định trong điều kiện lưới điện bị lỗi. Điều này đòi hỏi hệ thống phải có khả năng phát hiện và phản ứng nhanh chóng với các sự cố, đồng thời cung cấp hỗ trợ cho lưới điện để cải thiện sự ổn định lướ điện.
III. Cách Điều Khiển Trụ Lưới Hệ Thống Điện Gió Bằng MPKĐBNK
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện về khả năng trụ lưới trong hệ thống phát điện gió. Tuy nhiên, việc điều khiển trụ lưới khi có lỗi lưới không đối xứng vẫn chưa được nghiên cứu đầy đủ. Việc kết hợp hạn chế ảnh hưởng của sóng hài do tải phi tuyến cũng chưa được quan tâm triệt để. Nghiên cứu này tập trung vào xây dựng sách lược điều khiển trụ lưới cho hệ thống phát điện gió sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn kép nhằm nâng cao khả năng trụ lưới. Mục tiêu là hoàn thiện các vấn đề còn bỏ ngỏ hoặc chưa được giải quyết triệt để. Cần nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật tốt nhất.
3.1. Sách Lược Điều Khiển Cho Bộ Biến Đổi Phía Máy Phát
Đề xuất sách lược điều khiển trụ lưới cho bộ biến đổi phía máy phát. Khi có lỗi lưới, bộ biến đổi phía máy phát được điều khiển để đảm bảo quá trình vận hành đồng bộ, không cần cắt máy phát ra khỏi lưới điện. Điều này giúp duy trì sự ổn định và tránh các tác động tiêu cực đến hệ thống điện gió.
3.2. Ứng Dụng Công Suất Tức Thời Và Bộ Lọc Đa Biến
Áp dụng phương pháp công suất tức thời và bộ lọc đa biến để xác định các thành phần thứ tự thuận và ngược của điện áp và dòng điện. Điều này phục vụ cho việc điều khiển trụ lưới đối xứng và không đối xứng, giúp ổn định lưới điện và nâng cao chất lượng điện năng.
IV. Giải Pháp Kỹ Thuật Giảm Phát Thải Carbon Từ Điện Gió
Đề xuất phương pháp tổng hợp bộ điều khiển đối xứng để nâng cao khả năng trụ lưới không đối xứng bằng cách điều khiển riêng rẽ các thành phần thứ tự thuận và ngược của hệ thống ba pha không có dây trung tính. Các tín hiệu đặt của bộ điều khiển dòng phía lưới được tổng hợp từ các thành phần thứ tự thuận và ngược của dòng lưới trên các trục tọa độ quay tương ứng. Điều này góp phần vào việc giảm phát thải carbon và phát triển năng lượng sạch, giúp biến đổi khí hậu.
4.1. Tối Ưu Hóa Điều Khiển Thành Phần Thứ Tự Thuận Và Ngược
Phương pháp này cho phép điều khiển riêng biệt các thành phần thứ tự thuận và ngược của điện áp và dòng điện, giúp tối ưu hóa hiệu suất và khả năng đáp ứng của hệ thống trong điều kiện lưới điện không cân bằng. Điều này đặc biệt quan trọng trong việc nâng cao độ tin cậy hệ thống và an toàn vận hành.
4.2. Hỗ Trợ Điện Áp Lưới Và Cân Bằng Dòng Điện Các Pha
Bộ điều khiển tổng hợp đối xứng được thiết kế để hỗ trợ điện áp lưới và cân bằng dòng điện trong các pha khi có lỗi lưới. Điều này giúp giảm thiểu tác động của lỗi đến lưới điện và đảm bảo cung cấp điện ổn định cho người tiêu dùng. Góp phần vào phát triển bền vững.
V. Ứng Dụng Thực Tế Mô Hình Phát Điện Gió Và Kết Quả Nghiên Cứu
Xây dựng cấu trúc điều khiển cho toàn bộ hệ thống máy phát điện gió sử dụng máy phát điện nguồn kép. Ở chế độ xác lập, bộ điều khiển phía lưới đóng vai trò một bộ lọc tích cực để làm cho dòng điện lưới có dạng hình sin hơn khi làm việc với các tải phi tuyến. Khi lỗi lưới, bộ điều khiển tổng hợp đối xứng được đưa vào làm việc để hỗ trợ điện áp lưới và làm cân bằng dòng điện trong các pha. Lựa chọn phương pháp thiết kế phi tuyến dựa trên nguyên lý tựa theo thụ động để điều khiển bộ biến đổi phía máy phát. Kiểm chứng các thuật toán điều khiển thông qua các mô phỏng trong môi trường Matlab-Simulink-Plecs. Điều này là một bước tiến trong công nghệ điện gió.
5.1. Mô Phỏng và Kiểm Chứng Thuật Toán Điều Khiển
Việc sử dụng môi trường Matlab-Simulink-Plecs cho phép kiểm chứng các thuật toán điều khiển một cách chính xác và hiệu quả. Các kết quả mô phỏng cung cấp thông tin quan trọng về hiệu suất, độ ổn định và khả năng đáp ứng của hệ thống trong các điều kiện vận hành khác nhau. Nâng cao chất lượng điện năng và giảm chi phí vận hành.
5.2. Tích Hợp Bộ Lọc Tích Cực Để Cải Thiện Chất Lượng Điện
Bộ lọc tích cực giúp giảm thiểu ảnh hưởng của sóng hài và các thành phần không mong muốn khác trong dòng điện lưới, từ đó cải thiện chất lượng điện năng. Điều này đặc biệt quan trọng khi hệ thống điện gió làm việc với các tải phi tuyến, giúp đảm bảo sự ổn định và tin cậy của lưới điện.
VI. Kết Luận Về Tiềm Năng Phát Triển Năng Lượng Gió Bền Vững
Nghiên cứu đã xây dựng nền tảng lý thuyết cho sách lược trụ lưới khi xuất hiện lỗi lưới đối xứng hay không đối xứng mà luận án đề xuất. Hai ý nghĩa thực tiễn chính là mô phỏng thành công và chỉ ra tính khả thi của sách lược điều khiển trụ lưới và tích hợp chức năng lọc tích cực vào bộ điều khiển nghịch lưu phía lưới. Xây dựng và mô phỏng thành công sách lược điều khiển trụ lưới không đối xứng trên cơ sở phân tích các thành phần thứ tự thuận và ngược của hệ thống ba pha không có dây trung tính. Chứng minh khả năng tích hợp chức năng lọc tích cực vào hệ thống điều khiển máy phát sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép để cải thiện chất lượng điện năng khi làm việc với các tải phi tuyến. Điều này hứa hẹn tương lai phát triển bền vững cho ngành điện.
6.1. Đóng Góp Của Luận Án Về Điều Khiển Trụ Lưới
Luận án đã đóng góp vào việc giải quyết các vấn đề liên quan đến điều khiển trụ lưới, đặc biệt là trong điều kiện lưới điện không cân bằng. Các phương pháp điều khiển được đề xuất có thể giúp hệ thống điện gió duy trì kết nối và hoạt động ổn định trong các tình huống khác nhau.
6.2. Triển Vọng Phát Triển Và Nghiên Cứu Trong Tương Lai
Các kết quả nghiên cứu mở ra nhiều triển vọng cho việc phát triển các hệ thống điện gió thông minh và bền vững. Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển tiên tiến hơn để tối ưu hóa hiệu suất, độ tin cậy hệ thống và khả năng tích hợp của hệ thống điện gió vào lưới điện.
