I. Tổng quan
Năng lượng gió là một nguồn năng lượng tái tạo, sạch và vô tận. Sự phát triển của công nghệ đã giúp năng lượng gió trở thành một trong những nguồn năng lượng chính trong việc cung cấp điện cho lưới điện. Hệ thống máy phát điện gió, đặc biệt là máy phát không đồng bộ cấp nguồn hai phía (DFIG), đã được chứng minh là có hiệu suất cao trong việc chuyển đổi năng lượng gió thành điện năng. Việc áp dụng kỹ thuật MPPT (Maximum Power Point Tracking) giúp tối ưu hóa công suất phát điện từ năng lượng gió, từ đó nâng cao hiệu suất của hệ thống. Theo nghiên cứu, việc sử dụng DFIG cho phép giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng cường khả năng điều khiển công suất trong các điều kiện gió thay đổi.
1.1. Mục đích nghiên cứu
Mục đích chính của nghiên cứu này là đề xuất một kỹ thuật mới cho việc tìm kiếm điểm cực đại công suất phát (MPPT) trong hệ thống máy phát năng lượng gió DFIG. Kỹ thuật này không chỉ đơn giản mà còn hiệu quả, giúp tối ưu hóa công suất phát điện từ năng lượng gió. Kết quả đạt được sẽ được so sánh với các sản phẩm thực tế để chứng minh tính đúng đắn của phương pháp đề xuất.
1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này tập trung vào việc khảo sát nguyên lý hoạt động của hệ thống máy phát DFIG, đề xuất thuật toán điều khiển MPPT và xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống. Phạm vi nghiên cứu sẽ giới hạn trong việc đánh giá tính ổn định và bền vững của hệ thống điều khiển khi có sự thay đổi tham số mô hình, đồng thời so sánh kết quả đạt được với số liệu thực tế từ các hệ thống đã triển khai.
II. Cơ sở lý thuyết về năng lượng gió
Năng lượng gió được tạo ra từ sự chuyển động của không khí, và có thể được chuyển đổi thành điện năng thông qua các turbine gió. Hiệu suất của turbine gió phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm tốc độ gió, thiết kế cánh quạt và góc nghiêng của cánh. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa các thông số này có thể giúp tăng cường hiệu suất phát điện. Hệ thống DFIG cho phép điều chỉnh tốc độ quay của rotor, từ đó tối ưu hóa công suất phát điện trong các điều kiện gió khác nhau. Việc áp dụng các thuật toán MPPT giúp theo dõi và điều chỉnh công suất phát điện một cách hiệu quả, đảm bảo rằng hệ thống luôn hoạt động ở mức công suất tối đa.
2.1. Hiệu suất năng lượng gió
Hiệu suất của turbine gió được xác định bởi tỷ lệ giữa công suất thực tế thu được và công suất lý thuyết tối đa có thể đạt được từ năng lượng gió. Các yếu tố như mật độ không khí, tốc độ gió và thiết kế cánh quạt đều ảnh hưởng đến hiệu suất này. Nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa thiết kế cánh quạt và điều chỉnh góc nghiêng có thể cải thiện đáng kể hiệu suất phát điện.
2.2. Các cấu hình hệ thống biến đổi năng lượng gió
Có nhiều cấu hình khác nhau cho hệ thống biến đổi năng lượng gió, bao gồm hệ thống biến đổi tốc độ cố định và tốc độ thay đổi. Hệ thống DFIG là một trong những cấu hình phổ biến nhất, cho phép điều chỉnh công suất phát điện một cách linh hoạt. Việc sử dụng DFIG giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng và tăng cường khả năng điều khiển công suất, đặc biệt trong các điều kiện gió thay đổi.
III. Kỹ thuật MPPT
Kỹ thuật MPPT là một phương pháp quan trọng trong việc tối ưu hóa công suất phát điện từ năng lượng gió. Thuật toán MPPT giúp theo dõi và điều chỉnh công suất phát điện dựa trên sự thay đổi của tốc độ gió và các yếu tố khác. Nghiên cứu đã đề xuất một thuật toán mới cho việc tìm kiếm điểm cực đại công suất phát, dựa trên sự khác biệt giữa tốc độ quay tối ưu và tốc độ quay thực tế của rotor. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng thuật toán này có thể cải thiện hiệu suất phát điện đáng kể, đồng thời giảm thiểu tổn thất năng lượng.
3.1. Nguyên lý hoạt động của MPPT
Nguyên lý hoạt động của MPPT dựa trên việc theo dõi và điều chỉnh công suất phát điện từ turbine gió. Khi tốc độ gió thay đổi, công suất phát điện cũng sẽ thay đổi. MPPT giúp xác định điểm cực đại công suất phát bằng cách điều chỉnh tốc độ quay của rotor, từ đó tối ưu hóa công suất phát điện. Việc áp dụng MPPT trong hệ thống DFIG giúp tăng cường hiệu suất và khả năng điều khiển công suất.
3.2. Ứng dụng MPPT trong hệ thống DFIG
Trong hệ thống DFIG, MPPT được sử dụng để điều chỉnh công suất phát điện một cách linh hoạt. Việc áp dụng thuật toán MPPT giúp theo dõi và điều chỉnh công suất phát điện dựa trên sự thay đổi của tốc độ gió. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng MPPT có thể cải thiện hiệu suất phát điện và giảm thiểu tổn thất năng lượng, từ đó nâng cao tính bền vững của hệ thống.
