Luận văn thạc sĩ về điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phong điện

• Tác giả: Nguyễn Văn Hằng
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Phương
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công Nghệ TP.HCM
• Chuyên ngành: Điện – Điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phong điện
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN NĂNG LƯỢNG GIÓ
• 1.1. Hiện trạng về phát triển Điện gió trên thế giới
• 1.2. Giới thiệu chung tình hình năng lượng hiện nay
• 1.3. Tình hình phát triển năng lượng tái tạo
• 1.4. Kết quả nghiên cứu ngoài nước và trong nước
• 1.4.1. Những nghiên cứu ngoài nước
• 1.4.2. Kết quả nghiên cứu trong nước
• 1.5. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu
• 1.6. Phạm vi nghiên cứu
• 1.7. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: CẤU TẠO TURBINE GIÓ
• 2.1. Các loại turbine gió
• 2.2. Cấu tạo hệ thống máy phát điện gió
• 2.3. Cánh quạt và trục cánh quạt
• 2.4. Động cơ điều chỉnh cánh quạt và điều khiển hướng turbine
• 2.5. Hộp số chuyển đổi tốc độ và hệ thống điều khiển cánh quạt
• 2.6. Mô hình và nguyên lý vận hành của turbine gió
• 2.6.1. Mô hình điều khiển của turbine gió nguồn kép DFIG
• 2.6.2. Nguyên lý làm việc cơ bản của turbine gió
• 2.7. Phương pháp điều khiển và các mô hình hệ thống turbine gió
• 2.7.1. Phương pháp điều khiển hệ thống turbine gió cố định
• 2.7.2. Phương pháp điều khiển turbine gió thay đổi tốc độ
• 2.7.3. Turbine gió máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG)
• 2.7.4. Phương pháp nối lưới cho hệ thống máy phát điện gió
• 2.8. Điều khiển mờ
• 2.8.1. Cấu trúc điều khiển logic mờ
• 2.8.2. Phân loại bộ điều khiển mờ
• 2.8.3. Các bước tổng hợp bộ điều khiển mờ
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MÁY PHÁT KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP
• 3.1. Mô hình khối turbine gió
• 3.2. Biểu diễn các đại lượng pha sang đại lượng vector trong không gian
• 3.3. Quan hệ giữa hệ trục tọa độ tĩnh α-β và hệ trục tọa độ quay d-q
• 3.4. Quan hệ giữa hệ trục tọa độ quay abc và hệ trục tọa độ quay d-q
• 3.5. Mô hình toán của máy phát điện (DFIG) trong hệ trục tọa độ tĩnh α-β
• 3.6. Mô hình toán của máy phát điện (DFIG) trong hệ trục tọa độ quay d-q
• 3.7. Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng máy phát DFIG
• 3.7.1. Cơ sở lý thuyết của việc điều khiển
• 3.7.2. Điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng
• 3.8. Mô hình bộ chuyển đổi
• 3.9. Hệ thống điều khiển bộ biến đổi phía lưới (GSC)
• 3.10. Hệ thống điều khiển bộ biến đổi phía rotor (RSC)
• 3.11. Các đại lượng cơ bản
• 3.12. Thiết kế bộ PID mờ điều khiển máy phát không đồng bộ
• 3.12.1. Giới thiệu bộ PID kinh điển
• 3.12.2. Trình tự thiết kế bộ điều khiển PID mờ
• 3.12.3. So sánh kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID mờ khối
• 3.12.4. Mô hình và kết quả mô phỏng dùng bộ PID mờ điều khiển
• 3.13. Mô hình điều khiển máy phát điện nguồn kép DFIG
• 3.14. Sơ đồ mô hình mô phỏng trong Matlab/simulink
• 3.15. Mô hình hệ thống khối Wind turbine và Generator&Converters
• 3.16. Mô hình mô phỏng khối điều khiển bộ converter phía lưới
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH TỔNG THỂ CÁC KHỐI ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY PHÁT DFIG
• 5.1. Sơ đồ tổ máy phát và bộ chuyển đổi công suất
• 5.2. Mô hình mô phỏng khối điều khiển Wind DFIG - Grid và
• 5.3. Mô hình mô phỏng khối điều khiển bộ converter phía lưới
• 5.4. Mô hình mô phỏng khối điều khiển bộ converter phía rotor
• 5.5. Mô hình mô phỏng khối máy phát không đồng bộ
• 5.6. Mô hình mô phỏng khối Rotor của máy phát
• 5.7. Khối biến đổi dòng điện và công suất phía lưới
• 5.8. Khối bảo vệ hệ thống máy phát điện nguồn kép DFIG
• 5.9. Trình tự mô phỏng
• 5.10. Mô phỏng turbine gió đáp ứng với sự thay đổi vận tốc gió
• 5.11. Mô phỏng turbine gió đáp ứng với sự thay đổi vận tốc gió nhiều
• 5.12. Mô phỏng đáp ứng turbine gió khi xảy ra sự cố
• 5.13. Mô phỏng lưới B25 (25kV) bị chạm đất một pha
• 5.14. Mô phỏng lưới B120 (25kV) khi bị sụt áp
• 5.15. Kết luận và hướng phát triển của đề tài
• 5.15.1. Các kết quả đã đạt được trong đề tài
• 5.15.2. Hướng phát triển của đề tài
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép

Nghiên cứu điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG) trong hệ thống phong điện đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong ngành năng lượng tái tạo. Hệ thống này cho phép tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và giảm thiểu tác động đến môi trường. Việc điều khiển chính xác máy phát DFIG không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn đảm bảo tính ổn định cho lưới điện. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các phương pháp điều khiển hiện tại và tiềm năng ứng dụng trong tương lai.

1.1. Ứng dụng của máy phát không đồng bộ trong hệ thống phong điện

Máy phát không đồng bộ nguồn kép (DFIG) được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phong điện nhờ vào khả năng điều chỉnh công suất linh hoạt. Hệ thống này cho phép tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng gió, từ đó nâng cao hiệu suất năng lượng và giảm thiểu chi phí vận hành.

1.2. Lợi ích của việc nghiên cứu điều khiển máy phát DFIG

Nghiên cứu điều khiển máy phát DFIG mang lại nhiều lợi ích, bao gồm khả năng điều chỉnh công suất tác dụng và phản kháng độc lập. Điều này giúp cải thiện độ ổn định của lưới điện và tối ưu hóa hiệu suất năng lượng, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

II. Thách thức trong điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép

Mặc dù máy phát DFIG mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc điều khiển chúng cũng gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như biến động tốc độ gió, sự không ổn định của lưới điện và yêu cầu về hiệu suất cao đều đặt ra những thách thức lớn cho các kỹ sư và nhà nghiên cứu. Việc tìm ra giải pháp hiệu quả để giải quyết những vấn đề này là rất cần thiết.

2.1. Biến động tốc độ gió và ảnh hưởng đến hiệu suất

Tốc độ gió không ổn định có thể gây ra sự thay đổi lớn trong công suất phát điện của máy phát DFIG. Điều này đòi hỏi các phương pháp điều khiển phải có khả năng thích ứng nhanh chóng với các biến động này để duy trì hiệu suất tối ưu.

2.2. Tác động của lưới điện đến hoạt động của máy phát

Sự không ổn định của lưới điện có thể ảnh hưởng đến hoạt động của máy phát DFIG. Việc điều khiển công suất tác dụng và phản kháng một cách độc lập là cần thiết để đảm bảo rằng máy phát hoạt động hiệu quả trong mọi điều kiện.

III. Phương pháp điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép hiệu quả

Để giải quyết các thách thức trong việc điều khiển máy phát DFIG, nhiều phương pháp điều khiển đã được phát triển. Các phương pháp này bao gồm điều khiển mờ, điều khiển PID và các giải thuật điều khiển thông minh khác. Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Điều khiển mờ trong hệ thống DFIG

Điều khiển mờ là một trong những phương pháp hiệu quả nhất để điều khiển máy phát DFIG. Phương pháp này cho phép điều chỉnh công suất một cách linh hoạt và chính xác, giúp cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.

3.2. Ứng dụng của điều khiển PID trong DFIG

Điều khiển PID cũng được sử dụng rộng rãi trong việc điều khiển máy phát DFIG. Phương pháp này giúp duy trì ổn định cho hệ thống và đảm bảo rằng công suất phát điện luôn đạt yêu cầu.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về điều khiển máy phát DFIG đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Các mô hình mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có thể được áp dụng thực tiễn trong các dự án năng lượng gió.

4.1. Mô phỏng và phân tích kết quả

Các mô hình mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng điều khiển mờ và PID có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của máy phát DFIG. Kết quả cho thấy rằng điện áp VDC-link luôn giữ ổn định và công suất phát điện đạt yêu cầu.

4.2. Ứng dụng trong các dự án năng lượng gió

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong các dự án năng lượng gió thực tế, giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu chi phí vận hành. Điều này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu điều khiển máy phát không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phong điện đã mở ra nhiều hướng đi mới cho ngành năng lượng tái tạo. Việc áp dụng các phương pháp điều khiển hiện đại không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn đảm bảo tính ổn định cho lưới điện. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp sáng tạo và hiệu quả hơn.

5.1. Tương lai của công nghệ điều khiển DFIG

Công nghệ điều khiển máy phát DFIG sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các phương pháp điều khiển thông minh hơn. Điều này sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu tác động đến môi trường.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực năng lượng gió

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các giải pháp điều khiển mới, cải thiện khả năng thích ứng của hệ thống với các biến động của môi trường và lưới điện.