Điều khiển máy điện gió DFIG có Sensor tốc độ trong các miền làm việc khác nhau

Download

ĐIỀU KHIỂN MÁY ĐIỆN GIÓ DFIG CÓ SENSOR TỐC ĐỘ TRONG CÁC MIỀN LÀM

VIỆC KHÁC NHAU

Nguyễn Hữu Phúc¹, Nguyễn Quốc Hưng²

quochung1804@gmail.com

¹Khoa Điện-Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam

²Học viên cao học Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, Việt Nam

Tóm tắt

Máy phát điện gió nguồn kép (DFIG) hiện nay đang được triển khai ứng dụng trong thực tế cho

những nhà máy phát điện có công suất gió lớn. Do vậy việc nghiên cứu điều khiển DFIG cung cấp

năng lượng cho lưới là rất quan trọng và được nhiều người quan tâm nghiên cứu. Với mục đích

nghiên cứu điều khiển DFIG để nâng cao hiệu quả hoạt động của chúng trong các vùng hoạt động

khác nhau, bài báo đề xuất phương pháp điều khiển DFIG dựa trên thông tin về vận tốc rotor được đo

tại đầu trục máy phát gió. Mô hình được thực hiện để đánh giá hiệu quả hoạt động của phương pháp

điều khiển được thực trên phần mềm Matlab/Simulink.

Từ khóa: Máy phát điện gió nguồn kép, Matlab/Simulink.

MODELING AND CONTROL OF DFIG-BASED VARIABLE-SPEED WIND-TURBINE

Abstract:

Currently, the doubly fed induction generator (DFIG) is being implemented to use in the power

plants with a high capacity of wind. Therefore, the research on controlling DFIG providing energy for

grid is very important and is interested by many people. For the purpose of studying DFIG control to

improve their performance in different operating areas, the paper proposes a DFIG control method

based on rotor velocity information measured at the end of the wind generator shaft. The proposed

model was built in Matlab / Simulink software to evaluate the performance of the implemented control

method

Keywords: Doubly fed induction generator (DFIG), MatLab/Simulink

1. Giới thiệu

Các máy phát điện gió (Wind generator-WG) hiện đại sử dụng các hệ thống chuyển đổi phức

tạp bao gồm các hệ thống điện tử và hệ thống điều khiển tiên tiến. Sự đa dạng của công nghệ WG trên

thực tế cho thấy sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ này và sẽ rất khó khăn để thu nhận các

dữ liệu kỹ thuật từ các nhà sản xuất WG bởi vấn đề sở hữu trí tuệ đã đưa đến kết quả là không có mô

hình WG tiêu chuẩn cho các nghiên cứu về hệ thống điện. Hơn nữa, các máy phát gió thường được

nhóm lại thành các nhà máy điện gió (wind power plant-WPP). Một WPP lớn điển hình có thể có được

vài chục WG kết nối với hệ thống thu gom bao gồm đường dây trên cao và cáp.

Do khả năng tính toán bị giới hạn, sẽ không thực tế nếu mô phỏng từng máy phát gió trong từng

nhà máy điện gió của một hệ thống điện. Yêu cầu đặt ra là phải có một mô hình tổng quan đơn giản

của cả nhà máy điện gió trong vấn đề nghiên cứu hệ thống điện. Mục tiêu nghiên cứu chính trên mô

hình máy phát điện gió cho nghiên cứu hệ thống điện được thực hiện với các mục tiêu phát triển mô

hình máy phát điện gió loại III cho nghiên cứu quá độ điện từ. Đây là loại máy phát gió thường được

trang bị cho các nhà máy gió công suất lớn bởi ưu điểm chỉ chuyển đổi một phần công suất (khoảng

30%) của máy phát lên lưới điện bằng các bộ chuyển đổi công suất.

Để đánh giá kết quả đạt được, mô hình máy phát điện gió trong phần mềm

MATLAB/SIMULINK được dùng để kiểm tra khả năng vận hành máy phát điện gió. Kết quả mô

phỏng được ghi nhận để đánh giá khả năng vận hành của hệ thống điện gió trong trạng thái xác lập

cũng như trạng thái quá độ.

2. Mô hình toán máy phát DFIG

2.1 Mô hình máy phát DFIG

Một DFIG được mô tả như trong hình 1.

C_rotor

Bộ chuyển đổi AC/DC/AC được chia thành hai phần: bộ chuyển đổi phía rotor

và bộ

C_grid

C_rotor

chuyển đổi phía lưới

và

là các bộ chuyển đổi kiểu nguồn áp. Các bộ chuyển đổi này

sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất (IGBT) để tạo nên nguồn điện áp AC từ một nguồn điện áp

DC. Các cuộn dây được dùng để nối điện áp nguồn với ^grid. Một tụ điện được kết nối giữa ^rotorvà

C_rotor

^gridcó nhiệm vụ như một nguồn áp DC. Các cuộn dây quấn ba pha của rotor được kết nối đến

thông qua vòng trượt và chổi than đồng thời các cuộn dây ba pha được nối trực tiếp vào nguồn điện

lưới.

Hình 1 Mô hình máy phát điện gió trang bị DFIG

Công suất cơ thu được trong tu bin gió được chuyển đổi thanh công suất điện thông qua máy

phát điện cảm ứng. Công suất điện này được truyền lên lưới nhờ vào các cuộn dây rotor và stator. Bộ

C_grid

điều khiển tạo yêu cầu về góc nghiên cánh quạt (góc β) và tín hiệu điện áp cần có cho ^rotorvà

lần lượt là ^rvà ^gvới mục đích điều khiển công suất tu bin, điện áp bus DC và điện áp tại điểm nối

lưới.

Mô hình trung bình của bộ chuyển đổi AC/DC/AC được dùng để mô phỏng theo thời gian thực.

Các linh kiện bán dẫn công suất trong mô hình trung bình được thay thế bằng các nguồn áp có thể điều

khiển được. ^rvà ^glà các tín hiệu điều khiển cho các mô hình nguồn áp này. Bus DC được mô

phổng thông qua một nguồn dòng có điều khiển cấp cho một tụ điện. Nguồn dòng được tính toán dựa

trên định luật bảo toàn công suất tức thời: công suất chạy vào trong hai đầu bộ chuyển đổi bằng chính

công suất thu được bởi tụ DC.

Lưu đồ dòng công suất được mô tả như trong hình 2 được dùng để biểu diễn nguyên lý hoạt

động của máy phát điện gió loại DFIG.

Công suất cơ và công suất điện phát ra bởi stator được tính theo phương trình sau:

giả sử bỏ qua tổn thất trong máy phát, phương trình về cơ được đưa ra như sau:

Trong trạng thái tĩnh, bỏ qua tổn hao, ta thu được:

Khi đó,

S được định nghĩa là hệ số trượt của máy phát. Thông thường giá trị tuyệt đối của hệ số trượt

nhỏ hơn nhiều so với 1 kéo theo ^rnhỏ hơn rất nhiều so với ^s. Trong trường hợp vận hành ở chế độ



máy phát, ^mlà số dương và ^scó giá trị dương đồng thời là tần số danh định của lưới điện thì dấu

của ^rsẽ là một hàm theo dấu của hệ số trượt. ^rsẽ dương khi hệ số trượt âm ứng với trạng thái vận

hành quá đồng bộ và nó sẽ âm cho trạng tháo hệ số trượt dương khi máy phát vận hành trong chế độ

dưới đồng bộ.

Ở trạng thái quá đồng bộ, công suất phát ra từ ^rsẽ đưa đến tụ điện tại bus DC và làm điện áp

trên tụ tăng lên. Lúc này bộ chuyển đổi phí lưới ^gridcó nhiệm vụ chuyển công suất từ tụ DC ra lưới

điện là ^gcđể ổn định điện áp trên tụ. Ngược lại, khi vận hành tại chế độ dưới đồng bộ, công suất tại tụ

DC sẽ được đưa vào phía rotor để cấp cho cuộn dây rotor, việc rút công suất ^gctừ tụ DC sẽ làm điện

áp trên tụ giảm đi. Nhằm ổn định điện áp trên tụ DC thì bộ chuyển đổi phí lưới sẽ đẩy công suất từ

lưới vào cấp cho tụ DC. Như vậy, cả hai bộ chuyển đổi phía rotor và phía lưới đều có khả năng chuyển

công suất theo hai chiều ngược nhau để duy trì trạng thái vận hành tối ưu cho máy phát điện gió DFIG.

Bộ chuyển đổi phía rotor có nhiệm vụ cung cấp hay thu hồi công suất từ các cuộn dây rotor, trong khi

bộ chuyển đổi phía lưới có nhiệm vụ ổn định điện áp đặt trên tụ DC.

Hình 2 Lưu đồ công suất phản kháng và công suất tác dụng trong DFIG

2.2. Phương trình toán của DFIG

Phương trình toán học của máy phát DFIG có thể được biểu diễn trong nhiều hệ trục tọa độ

khác nhau như hệ trục tọa độ abc kinh điển, hệ trục tọa độ αβ, hệ trục tọa độ quay rotor dq. Để nâng

cao khả năng điều khiển DFIG, hệ trục tọa độ quay dq được dùng để chuyển tín hiệu điều khiển ba

tham số abc xoay chiều về hệ trục tọa độ hai tham số một chiều dq đứng yên. Hình 3 miêu tả các đại

lượng điện của một DFIG trong hệ trục tọa độ dq.

Hình 3 Trục của dây quấn stator và rotor trong hệ trục dq

Phương trình toán của máy phát DFIG được biểu diễn trong hệ trục tọa độ dq như sau:

từ thông rotor và stator được biểu diễn theo

Mô men cơ và mô men điện từ được tính như sau:

Công suất tác dụng và công suất phản kháng tại đầu stator được tính theo phương trình dưới

Tương tự, công suất tác dụng và công suất phản kháng tại đầu rotor được tính như bên dưới

2.3. Hệ thống điều khiển phía rotor.

Bộ chuyển đổi phía rotor được dùng để điều khiển công suất ngõ ra tu bin gió. Công suất được

điều khiển để bám theo đường đặc tính công suất-vận tốc đã cho được gọi là đặc tính bám. đường đặc

tính này được biểu diễn qua đường gấp khúc ABCD như mô tả trong hình 4 thể hiện đặc tính cơ của tu

bin tại các vận tốc gió khác nhau. Vận tốc thực tế của tu bin đo được và đáp ứng công suất cơ của

đường đặc tính bám được dùng như là công suất tham chiếu cho vòng điều khiển công suất. Đường

đặc tuyến công suất được thể hiện qua bốn điểm A, B, C và D. Từ điểm có vận tốc gió bằng không đến

điểm A thì công suất ngõ ra bằng 0, hay nói cách khác là máy phát sẽ không khởi động được khi vận

tốc gió dưới giá trị tại điểm A. Từ điểm A đến điểm B, công suất tham chiếu của máy phát gió là một

đường thẳng. Từ điểm B đến điểm C, công suất tham chiếu là quỹ tích của các điểm công suất cực đại

của tu bin gió. Công suất này là công suất cực đại có thể thu được từ tu bin ứng với từng vận tốc gió

khác nhau. Từ điểm C đến điểm D công suất tham chiếu có quỹ đạo là một đường thẳng. Tại điểm D

là công suất cực đại 1 pu. Nếu vận tốc gió vượt hơn điểm D, lúc này máy phát sẽ lấy công suất tham

chiếu cố định là 1 pu.

Hình 4 Đường đặc tính tu bin gió và đặc tính bám theo công suất của DFIG

Vòng điều khiển công suất được mô tả như trong hình 5. Với bộ điều khiển phía rotor, trục d

của hệ trục tọa độ quay thu được sau biến đổi Park được xếp trùng với trục khe hở từ thông. Công suất

điện ngõ ra thực tế đo được tại điểm nối lưới được cộng với tổng công suất tổn thất máy phát (bao

gồm tổn thất phần điện và phần cơ) rồi so sánh với công suất tham chiếu thu được từ đường đặc tuyến

vận tốc-công suất đã xét ở phần trên. Một bộ điều chỉnh PI được dùng để giảm sai số công suất này về

không. Ngõ ra của bộ điều chỉnh là giá trị dòng điện tham chiếu trục q ( ^{qr _ref}), đây là giá trị dòng

điện trên trục q cần bơm vào rotor bởi bộ chuyển đổi phía rotor. Dòng điện này có nhiệm vụ tạo ra mô

men điện từ ^em. Thành phần dòng điện trục q rotor thực tế ^qrđược so sánh với ^{qr _ref}và sai số giữa

chúng được rút ngắn dần về 0 bằng cách dùng một bộ điều chỉnh dòng điện PI. Ngõ ra của bộ điều

chỉnh dòng điện chính là điện áp trên trục q ^qrđược tạo ra từ bộ chuyển đổi phía rotor.

điện áp tại điểm kết nối được điều khiển bằng cách tạo ra hay hấp thụ công suất phản kháng bởi

bộ chuyển đổi phía rotor. công suất phản kháng này được chuyển đổi qua lại giữa bộ chuyển đổi phía

rotor và lưới điện thông qua máy phát. Trong quá trình chuyển đổi, máy phát hấp thụ công suất phản

kháng để cung cấp cho sự tương hỗ trong nó và điện cảm dòng rò. Phần dư ra so với nhu cầu sử dụng

được trả về lưới hoặc bộ chuyển đổi phía rotor. Quá trình điều khiển tổng quát của bộ điều khiển phía

rotor được miêu tả cụ thể trong hình 5 như bên dưới.

Hình 5 Bộ điều khiển phía rotor

2.4. Hệ thống điều khiển phía lưới

Bộ chuyển đổi phía lưới có nhiệm vụ điều chỉnh điện áp trên tụ DC. Trong bộ điều khiển này,

trục d của hệ trục tọa độ dq thu được sau biến đổi Park được đặt trùng với thành phần thứ tự thuận của

điện áp lưới điện. Bộ điều khiển bao gồm:

− Hệ thống đo lường dòng diện AC được tạo ra và điện áp một chiều VDC trên hai đầu tụ DC.

− Một vòng điều chỉnh điện áp VDC bằng bộ điều chỉnh điện áp PI. Ngõ ra của vòng điều

I_{dgc_ ref}

chỉnh chính là giá trị dòng điện tham chiếu trên trục d (

) mà bộ điều khiển phía lưới

phải bơm ra (hay rút vào) lưới nhằm ổn định điện áp trên tụ DC.

− Hai bộ điều chỉnh điện áp PI nhằm điều chỉnh dòng điện trên trục d và q bơm vào lưới điện.

Bộ điều chỉnh dòng điện điều chỉnh điện áp và pha của điện áp được tạo ra bởi bộ chuyển đổi

I_{dgc_ ref}

phía lưới từ giá trị

được tạo ra bởi bộ điều chỉnh điện áp DC và giá trị dòng điện

tham chiếu trên cực q đã được chỉ định trước (thường là bằng 0).

Kết quả của bộ điều chỉnh dòng điện chính là giá trị của điện áp dự đoán phải bơm vào lưới điện

để đạt được yêu cầu ổn định điện áp trên lưới AC. Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển phía lưới

được tình bày chi tiết trong hình 6.

Hình 6 Bộ điều khiển phía lưới

2.5. Hệ thống điều khiển góc cánh quạt tu bin gió.

Khi vận tốc gió dưới giá trị vận tốc gió định mức, góc cánh quạt của tu bin gió (góc β) được giữ

bằng 0 để thu được công suất gió lớn nhất. khi vận tốc gió lớn hơn vận tốc gió định mức, nếu không

thay đổi góc β, lúc này công suất cơ mà tu bin gió thu được sẽ lớn hơn công suất định mức của máy

phát. Lúc này, để giữ ổn định công suất cơ thu được tại công suất định mức thì phải thay đổi giá trị

góc β để giảm hệ số công suất ^p, tức là giảm công suất cơ của tu bin gió.

Việc thay đổi góc β được thực hiện thông qua bộ điều chỉnh góc β. Quy trình thay đổi góc β

được thực hiện trong các trường hợp sau:

Khi công suất điện thu được lớn hơn công suất định mức, giá trị góc β sẽ tăng lên. Việc tăng giá

trị góc β sẽ được dừng lại khi khi công suất thu được bằng công suất định mức máy phát.

Khi công suất điện thu được nhỏ hơn công suất định mức, lúc này qua bộ so sánh sẽ hiệu chỉnh

giảm góc β để tăng giá trị hệ số công suất chuyển đổi của tu bin.

Nguyên tắc hoạt động được thể hiện cụ thể trong hình 7 như bên dưới. Qua sự hiệu chỉnh của bộ

điều chỉnh góc β, tu bin gió sẽ được phân vùng thành hai vùng rõ rệt. Vùng công suất cực đại là vùng

có vận tốc gió dưới tốc độ gió định mức. Lúc này, tu bin gió sẽ cố gắng thu được công suất cơ càng

nhiều càng tốc, góc β được hiệu chỉnh về 0 để hệ số công suất tu bin gió đạt được giá trị cực đại. Vùng

công suất định mức không đổi, khi vận tốc gió lớn hơn vận tốc gió định mức, góc kích β sẽ tăng lên để

giảm khả năng thu công suất của tu bin và giữ cho công suất này tại công suất định mức của máy phát.

Hình 7 Bộ hiệu chỉnh công suất máy phát và góc cánh tu bin

2.6. Mô hình hóa mô phỏng máy phát điện gió bằng phần mềm Matlab/Simulink

Từ các phương trình mô tả đặc tính máy phát nguồn kép DFIG và các nguyên tắc điều khiển

một DFIG đã được đề cập đến trong các phần trên, một mô hình hóa mô phỏng DFIG được xây dựng

trên phần mềm Matlab/Simulink. Để thuận tiện trong vấn đề kiểm tra, đánh giá và so sánh trong quá

trình mô phỏng, mô hình được thiết kế thành các mô hình con với các chức năng riêng biệt với nhau.

mỗi khối được xây dựng tương ứng với các phương trình toán hoặc các nguyên lý được trình bày cụ

thể bên trên. Mô hình hóa mô phỏng bao gồm các khối cụ thể như trong hình 8, 9, 10 và 11.

Hình 8 Mô hình khối máy phát gió DFIG

Hình 9 Mô hình điều khiển phía lưới của DFIG

Hình 10 Mô hình bộ điều khiển phía rotor

Hình 11 Mô hình điều khiển góc β và công suất tác dụng DFIG

3. Kết quả mô phỏng.

Nhằm đánh giá hiệu quả hoạt động của mô hình được thực thi, các vận tốc gió khác nhau trong

các vùng làm việc được mô phỏng trong trạng thái quá độ khi có sự thay đổi sức gió xuất hiện. Các kết

quả đạt ghi nhận được thể hiện trong các hình bên dưới.

3.1 Khi vận tốc thay đổi trong vùng dưới vận tốc gió định mức.

Kết quả mô phỏng hoạt động của hệ thống chuyển đổi năng lượng gió khi vận tốc gió thay đổi

từ 10 xuống 8 m/s được ghi nhận qua các hình bên dưới. Hình 12 thể hiện trào lưu công suất năng

lượng được sinh ra từ máy phát DFIG trong vận tốc gió thay đổi từ 10 xuống 8 m/s. Qua hình này cho

thấy hệ thống gió đã hoạt động ổn định trở lại sau một khoảng thời gian quá độ ban đầu khi khởi động

và khi có sự thay đổi vận tốc gió bên ngoài. Công suất bơm lên lưới ổn định suốt quá trình vận hành

hệ thống gió.

Mối quan hệ giữa vận tốc gió và vận tốc rotor khi vận tốc gió thay đổi từ 10 m/s sang 8 m/s

được thể hiện qua hình 13. Nhận thấy rằng với trường hợp gió thay đổi, sau qua trình quá độ khi khởi

động, vận tốc rotor được đưa về đến giá trị ổn định như trong trường hợp vận tốc gió không đổi. Khi

có sự biến thiên vận tốc gió, vận tốc rotor cũng sẽ thay đổi theo như thể hiện trong hình.

Mối quan hệ giữa vận tốc gió và góc beta khi vận tốc gió thay đổi từ 10 xuống 8 m/s được thể

hiện qua hình 14. Nhận thấy rằng với trường hợp gió dưới định mức thì sau quá trình quá độ, góc cánh

quạt gió được hiệu chỉnh về không và giữ ổn định trong suất khoảng thời gian mô phỏng còn lại. Điều

đó chứng tỏ giải thuật hoạt động ổn định tại vận tốc gió thay đổi từ 10 xuống 8 m/s.

Hình 12 Công suất của DFIG

khi gió thay đổi từ 10 xuống 8

m/s

Hình 13 Kết quả vận tốc rotor

khi gió thay đổi từ 10 xuống 8

m/s

Hình 14 Kết quả góc beta khi

gió từ 10 xuống 8 m/s

3.2 Khi vận tốc thay đổi trong vùng trên vận tốc gió định mức.

Kết quả mô phỏng hoạt động của hệ thống chuyển đổi năng lượng gió khi vận tốc gió thay đổi

từ 12 lên 14 m/s được ghi nhận qua các hình bên dưới. Hình 15 thể hiện trào lưu công suất năng lượng

được sinh ra từ máy phát DFIG trong vận tốc gió thay đổi từ 12 lên 14 m/s. Qua hình này cho thấy hệ

thống gió đã hoạt động ổn định trở lại sau một khoảng thời gian quá độ ban đầu khi khởi động và khi

có sự thay đổi vận tốc gió bên ngoài. Công suất bơm lên lưới ổn định suốt quá trình vận hành hệ thống

gió.

Mối quan hệ giữa vận tốc gió và vận tốc rotor khi vận tốc gió thay đổi từ 12 m/s sang 14 m/s

được thể hiện qua hình 16. Nhận thấy rằng với trường hợp gió thay đổi, sau qua trình quá độ khi khởi

động, vận tốc rotor được đưa về đến giá trị ổn định như trong trường hợp vận tốc gió không đổi. Khi

có sự biến thiên vận tốc gió, vận tốc rotor cũng sẽ thay đổi theo như thể hiện trong hình.

Mối quan hệ giữa vận tốc gió và góc beta khi vận tốc gió đạt thay đổi từ 12 lên 14 m/s được thể

hiện qua hình 17. Nhận thấy rằng với trường hợp gió trên định mức thì sau quá trình quá độ, góc cánh

quạt gió được hiệu chỉnh về một giá trị cố định khác không và giữ ổn định trong suất khoảng thời gian

mô phỏng còn lại. Điều đó chứng tỏ giải thuật hoạt động ổn định tại vận tốc gió thay đổi từ 12 lên 14

m/s.

Hình 16 Kết quả vận tốc rotor

khi gió thay đổi từ 12 lên 14

m/s

Hình 15 Công suất của DFIG khi

gió thay đổi từ 12 lên 14 m/s

Hình 17 Kết quả góc beta khi

gió từ 12 lên 14 m/s

3.3 Khi vận tốc thay đổi từ dưới lên trên vận tốc gió định mức.

Kết quả mô phỏng hoạt động của hệ thống chuyển đổi năng lượng gió khi vận tốc gió thay đổi

từ 10 lên 12 m/s được ghi nhận qua các hình bên dưới. Hình 18 thể hiện trào lưu công suất, năng lượng

được sinh ra từ máy phát DFIG trong vận tốc gió thay đổi từ 10 lên 12 m/s. Qua hình này cho thấy hệ

thống gió đã hoạt động ổn định trở lại sau một khoảng thời gian quá độ ban đầu khi khởi động và khi

có sự thay đổi vận tốc gió bên ngoài. Công suất bơm lên lưới ổn định suốt quá trình vận hành hệ thống

gió.

Hình 18 Công suất của DFIG khi

gió thay đổi từ 10 lên 12 m/s

Hình 20 Kết quả góc beta khi

Hình 19 Kết quả vận tốc rotor

khi gió thay đổi từ 10 m/s sang

12 m/s

gió từ 10 lên 12 m/s

Mối quan hệ giữa vận tốc gió và vận tốc rotor khi vận tốc gió thay đổi từ 10 m/s sang 12 m/s

được thể hiện qua hình 19. Nhận thấy rằng với trường hợp gió thay đổi, sau qua trình quá độ khi khởi

động, vận tốc rotor được đưa về đến giá trị ổn định như trong trường hợp vận tốc gió không đổi. Khi

có sự biến thiên vận tốc gió, vận tốc rotor cũng sẽ thay đổi theo như thể hiện trong hình.

Mối quan hệ giữa vận tốc gió và góc beta khi vận tốc gió đạt thay đổi từ 10 lên 12 m/s được thể

hiện qua hình 20. Tại vận tốc gió dưới định mức, sau thời gian quá độ thì góc beta được giữ bằng

không để thu được nhiều năng lượng hơn từ gió. Khi vận tốc tăng cao trên định mức, góc beta cánh

quạt gió được điều chỉnh đến vị trí khác không nhằm nhanh chóng giảm công suất máy phát về công

suất định mức. Như vậy, nhận thấy rằng sau một giai đoạn quá độ ngắn do thay đổi vận tốc gió gây ra

thì bộ điều khiển góc beta đã làm việc một cách hiệu quả.

3.4 Khi vận tốc thay đổi từ trên xuống dưới vận tốc gió định mức.

Kết quả mô phỏng hoạt động của hệ thống chuyển đổi năng lượng gió khi vận tốc gió thay đổi

từ 13 xuống 10 m/s được ghi nhận qua các hình bên dưới. Hình 21 thể hiện trào lưu công suất, năng

lượng được sinh ra từ máy phát DFIG trong vận tốc gió thay đổi từ 13 xuống 10 m/s. Qua hình này

cho thấy hệ thống gió đã hoạt động ổn định trở lại sau một khoảng thời gian quá độ ban đầu khi khởi

động và khi có sự thay đổi vận tốc gió bên ngoài. Công suất bơm lên lưới ổn định suốt quá trình vận

hành hệ thống gió.

Mối quan hệ giữa vận tốc gió và vận tốc rotor khi vận tốc gió thay đổi từ 13 m/s sang 10 m/s

được thể hiện qua hình 22. Nhận thấy rằng với trường hợp gió thay đổi, sau qua trình quá độ khi khởi

động, vận tốc rotor được đưa về đến giá trị ổn định như trong trường hợp vận tốc gió không đổi. Khi

có sự biến thiên vận tốc gió, vận tốc rotor cũng sẽ thay đổi theo như thể hiện trong hình.

Mối quan hệ giữa vận tốc gió và góc beta khi vận tốc gió đạt thay đổi từ 13 xuống 10 m/s được

thể hiện qua hình 23. Nhận thấy rằng với trường hợp gió trên định mức góc cánh quạt gió được hiệu

chỉnh về một giá trị cố định khác không và giữ ổn định trong suất khoảng thời gian mô phỏng. Khi vận

tốc gió giảm dưới định mức, góc beta sẽ được đưa về không theo nhu yêu cầu điều khiển hệ thống gió

DFIG dưới định mức. Điều đó chứng tỏ giải thuật hoạt động ổn định tại vận tốc gió thay đổi từ 13

xuống 12 m/s.

Hình 21 Công suất của DFIG khi

gió thay đổi từ 13 xuống 10 m/s

Hình 23 Kết quả góc beta khi

Hình 22 Kết quả vận tốc rotor

khi gió thay đổi từ 13 m/s sang

10 m/s

gió từ 12 xuống 10 m/s

4. Kết luận

Bài báo đã đề xuất một phương pháp điều khiển tối ưu công suất tác dụng bơm lên lưới điện

trong các vùng làm việc khác nhau dựa trên vận tốc góc rotor. Việc điều khiển công suất tác dụng bơm

vào lưới điện được thực hiện thông qua sự thay đổi góc beta trong miền gió trên định mức và thay đổi

tốc độ rotor trong miền gió dưới định mức. Qua kết quả nhận thấy giải pháp được đề xuất đã có kết

quả tốt khi bám theo được công suất gió trong các miền vận tốc gió khác nhau.

Tài liệu tham khảo

[1] P.F. Gale, B.Tech., Ph.D. Cable-fault location by impulse-current method. PROC. 1EE,

Vol. 122, No. 4, APRIL 1975

[2] Qinghai Shi, Olfa Kanoun. A New Algorithm for Wire Fault Location Using Time-Domain

Reﬂectometry. ieee sensors journal, vol. 14, no. 4, april 2014.

[3] Aurangzeb M., Crossley P.A., Gale P., Fault location using high frequency travelling waves

measured at a single location of a transmission line, Proceedings of the International Conference on

Developments in Power System Protection, No. 479. IEE (UK), 2001.

[4]Borghetti A, Bosetti M, Nucci CA, Paolone M. Continuous-wavelet transform for fault

location in distribution power networks: deﬁnition of mother wavelets inferred from fault originated

transients. IEEE Trans Power Syst 2008;23(2):380–8.

[5]Kang M, Bo Z. Based on the distribution network fault location simulation of wavelet

modulus maxima. In: The international conference on advanced power system automation and

protection (APAP), China; 2011. p. 1517–20.

[6]Wang Y, Zeng X, Qin X, Zhao Zh, Pan H. HHT based single terminal traveling wave fault

location for lines combined with overhead-lines and cables. In: International conference on power

system technology (PowerCon ‘2010), China; 2010.

[7]Pourahmadi-Nakhli M, Safavi AA. Path characteristic frequency-based fault locating in

radial distribution systems using wavelets and neural networks. IEEE Trans Power Deliv

2011;26(2):772–81.

[8] Cook V., Fundamental aspects of fault location algorithms used in distance protection, IEE

Proceedings, Vol. 133, Pt. C, No. 6, September 1986, pp. 359–368.

[9] Djuric M.B., Radojevic Z.M., Terzija V.V., Distance protection and fault location utilizing

only phase current phasors, Transactions on Power Delivery, Vol. 13, No. 4, October 1998, pp. 1020–

1026.

[10] Das R., Novosel D., Review of fault location techniques for transmission and sub-

transmission lines, Proceedings of Georgia Tech Conference, April 2000, pp. 1–16.

[11]Iżykowski J., Rosołowski E., Saha M.M., Post-fault analysis of operation of distance

protective relays of power transmission lines, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 22, No. 1,

January 2007, pp. 74–81.

[12]Jeyasurya B., Bath C.A., An accurate algorithm for transmission line fault location using

digital relay measurements, Electric Machines and Power Systems, No. 16, 1989, pp. 25–34.

[13]Saha M.M., Iżykowski J., Rosołowski E., A method of fault location based on

measurements from impedance relays at the line ends, Proceedings of IEE Eighth International

Conference on Developments in Power System Protection, Amsterdam, 2004, pp. 176–179.

[14]Takagi T., Yamakosi Y., Yamura M., Kondow R., Matsushima T., Development of new

type fault locator using the one–terminal voltage and current data, IEEE Transactions on Power

Apparatus and Systems, Vol. PAS–101, No. 8, August 1982, pp. 2892–2898.

[15]Zhang Q., Zhang Y., Song W., Yu Y., Transmission line fault location for phase-to-earth

fault using one-terminal data, IEE Proceedings – Generation Transmission Distribution, Vol. 146, No.

2, March 1999, pp. 121–124.

[16]Zimmerman K. Costello D., Impedance-based fault location experience, IEEE Rural

Electric Power Conference, April 2006, pp. 1–16.

[17] Bảng tra cứu thông số cáp ngầm cao áp của nhà sản xuất Prysmian

[18] André D. Filomena, Mariana Resener, Rodrigo H. Salim, Arturo S. Bretas. Distribution

systems fault analysis considering fault resistance estimation. Electrical Power and Energy Systems 33

(2011) 1326-1335.

[19] V.V. Terzija, H.-J. Koglin. NewApproach to Arc Resistance Calculation. 2001 IEEE

[20] Jing Ma, Xun Pei, Wei Ma, Zengping Wang. A New Transmission Line Pilot Differential

Protection Principle Using Virtual Impedance of Fault Component. Canadian journal of electrical and

computer engineering, vol. 38, no. 1, winter 2015

[21] Swagata Das, Surya Santoso, Anish Gaikwad, Mahendra Patel. Impedance-Based Fault

Location in Transmission Networks: Theory and Application. Access, IEEE Year: 2014, Volume: 2

Pages: 537 – 557

Thông tin người chịu trách nhiệm bài viết:

Họ và tên: Nguyễn Quốc Hưng

XÁC NHẬN CỦA GVHD

Đơn vị: Trường THCS Lạc Hồng, Q10, Tp.HCM.

Điện thoại: 0128 606 8288

Email: quochung1804@gmail.com

11 trang Mãnh Khiết 09/01/2024 26440 Free

Download

Bạn đang xem tài liệu "Điều khiển máy điện gió DFIG có Sensor tốc độ trong các miền làm việc khác nhau", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

dieu_khien_may_dien_gio_dfig_co_sensor_toc_do_trong_cac_mien.pdf