Nghiên cứu hệ thống máy phát gió trong lưới điện với kỹ thuật MPPT

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM TẠ

TÓM TẮT

1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. TỔNG QUAN

1.2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

1.3. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

1.4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.6. KẾ HOẠCH THỰC HIỆN

1.7. GIÁ TRỊ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.8. PHÁC THẢO NỘI DUNG LUẬN VĂN

2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ

2.1. NĂNG LƯỢNG GIÓ

2.1.1. Hiệu chỉnh theo nhiệt độ cho mật độ không khí

2.1.2. Hiệu chỉnh theo độ cao so với mực nước biển cho mật độ không khí

2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ CAO THÁP

2.3. SUẤT VÀ CÔNG SUẤT CỦA CÁNH QUẠT

2.3.1. Hiệu suất lớn nhất của cánh quạt

2.3.2. Đường cong công suất turbine gió lý tưởng

2.4. KIỂM SOÁT TỐC ĐỘ CHO CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI

2.4.1. Sự ảnh hưởng của tốc độ cánh quạt thay đổi

2.4.2. Các giải pháp kiểm soát tốc độ

2.4.2.1. Thay đổi số cực máy phát

2.4.2.2. Hộp số nhiều cấp

2.4.2.3. Máy phát cảm ứng hệ số trượt thay đổi

2.4.2.4. Các hệ thống kết nối lưới gián tiếp

2.5. CÔNG SUẤT TRUNG BÌNH TRONG GIÓ

2.5.1. Biểu đồ tần số gió không liên tục

2.5.2. Hàm số mật độ xác suất vận tốc gió

2.5.3. Thống kê Weibull và Rayleigh

2.5.4. Công suất trung bình trong gió với thống kê Rayleigh

2.6. CÁC CẤU HÌNH HỆ THỐNG BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG GIÓ

2.6.1. Hệ thống biến đổi năng lượng gió tốc độ cố định

2.6.2. Hệ thống biến đổi năng lượng gió tốc độ thay đổi

2.6.2.1. Hệ thống biến đổi toàn bộ công suất (FRC-fully rated converter)

2.6.2.2. Hệ thống biến đổi năng lượng gió tốc độ thay đổi sử dụng DFIG

3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC DFIG

3.1. ƯU ĐIỂM CỦA VIỆC SỬ DỤNG DFIG

3.2. VECTOR KHÔNG GIAN

3.2.1. Vector không gian

3.2.2. Biểu diễn công suất theo vector không gian

3.3. CÁC PHÉP CHUYỂN ĐỔI HỆ QUI CHIẾU

3.3.1. Phép chuyển trục từ hệ qui chiếu abc sang hệ qui chiếu αβ

3.3.2. Phép chuyển trục từ hệ qui chiếu cố định αβ sang hệ qui chiếu quay dq

3.3.3. Phép chuyển đổi Park

3.4. MÔ HÌNH TOÁN HỌC DFIG

3.4.1. Mô hình toán học DFIG trong hệ trục tọa độ tĩnh αβ

3.4.2. Mô hình toán học DFIG trong hệ trục tọa độ dq

4. CHƯƠNG 4: KỸ THUẬT TÌM KIẾM ĐIỂM CỰC ĐẠI CÔNG SUẤT PHÁT (MPPT)

4.1. CÔNG SUẤT KHÍ ĐỘNG HỌC

4.2. CÁC VÙNG LÀM VIỆC

4.2.1. Vùng II

4.2.2. Vùng III

4.2.3. Vùng IV

4.3. ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN MPPT

4.3.1. Vùng II

4.3.2. Vùng III

4.3.3. Vùng IV

5. CHƯƠNG 5: SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG TRONG PSCAD VÀ KẾT QUẢ

5.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG TURBINE GIÓ KẾT NỐI LƯỚI ĐIỆN

5.2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TURBINE GIÓ

5.2.1. Khối WIND PARK

5.2.1.1. Mô tả chức năng

5.2.1.2. Các tín hiệu ngõ vào

5.2.2. KHỐI MÁY PHÁT

5.2.2.1. Các thông số ngõ vào

5.2.2.2. Các thông số ngõ ra

5.2.2.2.1. Rotor side converter (bộ chuyển đổi phía rotor)

5.2.2.2.2. Gride side converter (bộ chuyển đổi phía lưới)

5.3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

5.3.1. Giới thiệu tổng quan WT Nordex N80/2500Kw

5.3.2. Vận tốc gió tăng thêm 2m/s

5.3.3. Vận tốc gió giảm đi 2m/s

5.3.4. Kết quả tổng hợp cho vận tốc gió từ cut in đến cut out và so sánh với Nordex N80/2500Kw

5.3.5. Nhận xét kết quả mô phỏng

6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN

6.1. CÁC VẤN ĐỀ ĐÃ GIẢI QUYẾT TRONG LUẬN VĂN

6.2. ĐỀ XUẤT NHỮNG HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về hệ thống máy phát gió và kỹ thuật MPPT

Hệ thống máy phát gió đã trở thành một phần quan trọng trong việc chuyển đổi năng lượng tái tạo thành điện năng. Kỹ thuật MPPT (Maximum Power Point Tracking) là một phương pháp tối ưu hóa công suất phát từ năng lượng gió. Việc áp dụng MPPT giúp tăng hiệu suất của hệ thống máy phát gió, đặc biệt trong điều kiện gió thay đổi. Nghiên cứu này sẽ đi sâu vào các khía cạnh của hệ thống máy phát gió và vai trò của MPPT trong việc tối ưu hóa năng lượng gió.

1.1. Khái niệm về hệ thống máy phát gió

Hệ thống máy phát gió bao gồm các thành phần chính như tuabin gió, máy phát điện và bộ điều khiển. Tuabin gió chuyển đổi năng lượng gió thành năng lượng cơ học, sau đó máy phát điện chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng. Bộ điều khiển đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và an toàn.

1.2. Kỹ thuật MPPT là gì

Kỹ thuật MPPT là một phương pháp điều khiển giúp tối ưu hóa công suất phát từ nguồn năng lượng tái tạo. MPPT theo dõi điểm công suất tối đa của hệ thống máy phát gió, đảm bảo rằng máy phát luôn hoạt động ở hiệu suất cao nhất, bất kể điều kiện gió thay đổi.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu hệ thống máy phát gió

Mặc dù hệ thống máy phát gió mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại nhiều thách thức trong việc tối ưu hóa hiệu suất. Các vấn đề như biến đổi khí hậu, sự không ổn định của nguồn gió và chi phí đầu tư ban đầu cao là những yếu tố cần được xem xét. Nghiên cứu này sẽ phân tích các thách thức chính và đề xuất giải pháp để vượt qua chúng.

2.1. Biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến năng lượng gió

Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi mô hình gió, ảnh hưởng đến khả năng phát điện của hệ thống máy phát gió. Việc dự đoán chính xác điều kiện gió trong tương lai là một thách thức lớn cho các nhà nghiên cứu và kỹ sư.

2.2. Chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống

Chi phí đầu tư ban đầu cho hệ thống máy phát gió thường cao, cùng với chi phí bảo trì định kỳ. Điều này có thể làm giảm tính khả thi kinh tế của dự án năng lượng gió, đặc biệt là trong các khu vực có nguồn gió không ổn định.

III. Phương pháp tối ưu hóa hiệu suất máy phát gió với MPPT

Để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống máy phát gió, nhiều phương pháp MPPT đã được phát triển. Các phương pháp này giúp theo dõi và điều chỉnh công suất phát theo điều kiện gió thực tế. Nghiên cứu này sẽ trình bày các phương pháp MPPT phổ biến và cách chúng được áp dụng trong thực tế.

3.1. Phương pháp P O Perturb and Observe

Phương pháp P&O là một trong những kỹ thuật MPPT phổ biến nhất. Nó hoạt động bằng cách thay đổi tốc độ quay của máy phát và quan sát sự thay đổi trong công suất phát. Nếu công suất tăng, phương pháp sẽ tiếp tục điều chỉnh cho đến khi đạt được công suất tối đa.

3.2. Phương pháp IC Incremental Conductance

Phương pháp IC sử dụng đạo hàm của công suất để xác định điểm công suất tối đa. Kỹ thuật này có thể hoạt động hiệu quả hơn trong điều kiện gió thay đổi nhanh chóng, giúp tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống máy phát gió.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống máy phát gió với MPPT

Hệ thống máy phát gió với kỹ thuật MPPT đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều dự án năng lượng tái tạo trên toàn thế giới. Các ứng dụng này không chỉ giúp tăng hiệu suất phát điện mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Nghiên cứu này sẽ trình bày một số ví dụ điển hình về ứng dụng thực tiễn của hệ thống máy phát gió.

4.1. Dự án năng lượng gió tại Việt Nam

Việt Nam đã đầu tư vào nhiều dự án năng lượng gió, trong đó có việc áp dụng kỹ thuật MPPT để tối ưu hóa hiệu suất. Các dự án này không chỉ cung cấp điện cho lưới điện quốc gia mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

4.2. Kết quả nghiên cứu và so sánh hiệu suất

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng MPPT có thể tăng hiệu suất phát điện lên đến 20% so với các phương pháp truyền thống. Điều này chứng tỏ rằng MPPT là một giải pháp hiệu quả cho các hệ thống máy phát gió.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống máy phát gió với MPPT

Hệ thống máy phát gió với kỹ thuật MPPT đang trở thành một phần quan trọng trong việc phát triển năng lượng tái tạo. Nghiên cứu này đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa hiệu suất không chỉ giúp tăng sản lượng điện mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường. Tương lai của hệ thống máy phát gió hứa hẹn sẽ còn nhiều tiềm năng phát triển.

5.1. Tương lai của công nghệ MPPT

Công nghệ MPPT đang được nghiên cứu và phát triển để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy. Các nghiên cứu mới sẽ tập trung vào việc phát triển các thuật toán thông minh hơn để tối ưu hóa công suất phát trong điều kiện gió thay đổi.

5.2. Định hướng phát triển năng lượng gió tại Việt Nam

Việt Nam đang hướng tới việc phát triển năng lượng gió như một nguồn năng lượng chính trong tương lai. Việc áp dụng các công nghệ mới như MPPT sẽ giúp tăng cường khả năng cạnh tranh của năng lượng gió trên thị trường năng lượng.

Luận văn thạc sĩ về hệ thống máy phát năng lượng gió và kỹ thuật MPPT