Ở dạng sóng đầu tiên cho thấy các bợ điều khiển duy trì hướng quay của Nacelle với hướng gió. Có thể thấy bợ điều khiển khơng tác đợng khi đợ lệc góc nhỏ hơn 30. Khi đợ lệch góc vượt q giá trị này, Nacelle sẽ quay với góc 50. Trong đồ thị tiếp theo, cho thấy công suất turbine gió giảm khi đợ lệch góc hướng gió khác khơng. Trong q trình thiết kế bợ điều khiển sao cho cơng śt khơng được giảm xuống 99% tồn hệ thống trong một khoảng thời gian dài, đồng thời Nacelle xoay các ít càng tốt. Nếu chúng ta cần phải thảo luận về kết quả theo quan điểm tối ưu liên quan đến chuyển động xoay của Nacelle thì khơng có tiêu chí nào đặt ra, thơng thường thì dựa vào sự thỏa thuận giữa sự tổn hao công suất điện và vòng xoay quá số vòng của Nacelle.
Chúng ta cần chú ý đến sự xoay của góc đợ lệch hướng từ 30 đến 50 sẽ gây ra tiếng ồn do chuyển động của Nacelle, phương chuyển đợng có thể khơng tương ứng với phổ gió của hướng gió. Điều này có thể bị ảnh hưởng bởi yếu tố thời tiết, giá trị của chúng có thể điều chỉnh dựa trên cơ sở các phép đo trong quá trình vận hành và thử nghiệm của nhà máy ở mợt vị trí cụ thể.
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
1. Kết luận
Đề tài nghiên cứu và mơ phỏng turbine gió có cơng śt 2 MW sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu kết nối lưới điện thơng qua các bợ chuyển đổi. Dựa theo mơ hình tốn học, các thành phần riêng lẻ của turbine gió được xây dựng và được dùng để mô phỏng nhà máy điện gió trong Matlab/Simulink. Trọng tâm của q trình nghiên cứu và phân tích là quản lý nhà máy điện gió và xem xét các yếu tố ảnh hưởng đến tối ưu hóa vận hành nhà máy. Do đó, nhiệm vụ là phải tối ưu hóa tồn bợ nhà máy để đưa ra công suất điện là lớn nhất chứ không phải là đi tối ưu các thành phần nhỏ trong khối điều khiển nhà máy. Công suất của máy phát thể hiện qua đường đặc tính cơng śt, và cơng śt của turbine gió gần bằng với giá trị định mức. Nhiệm vụ của hệ thống trong vùng hoạt động I thể hiện mối quan hệ của hệ Cpvới cơng śt cực đại (MPPT) của turbine gió. Do đó cần điều khiển chính xác tốc đợ quay của turbine theo tốc đợ gió hiện tại bằng mơ men điện từ. Có hai thuật tốn dùng để điều khiển trong trường hơp này, (1) là dùng bộ diều khiển I-PD được cải tiến từ PID và (2) là dùng bộ điều khiển LQ theo quỹ đạo tham chiếu cho trước. Kết quả mô phỏng của giai đoạn I cho hệ số Cpđạt mức cực đại theo lý thuyết và bộ điều khiển IPD cho kết quả tốt hơn đôi chút so với PI-LQ.
Trong vùng hoạt đợng II là duy trì dịng cơng śt định mức của máy phát điện gió và vùng II, III là duy trì cơng śt đầu ra ổn định của máy phát điện gió và điều chỉnh cơng śt, hiệu śt của turbine gió bằng cách xoay các cánh của turbine gió để cơng śt của máy phát điện gió khơng vượt q trị định mức. Từ quan điểm là duy trì dịng cơng śt lớn nhất, điều này là quan trọng khi có sự thay đổi ở vùng III sang I, khi đó các cánh quạt quay nhanh để nâng cao công suất và sau đó giảm dần giảm dần momen điện để cho cơng śt máy điện đạt cực đại, từ đó gây ra thất thốt mợt lượng điện năng lớn. Điều này chứng tỏ rằng, chỉ có bợ điều khiển tốc đợ quay của turbine gió bằng điều khiển góc pitch của cánh quạt. Khi tốc đợ nhỏ hơn định mức, turbine gió điều khiển góc pitch để tạo ra cơng śt tối ưu nhất. Khi tốc đợ gió trên định mức
cần điều khiển góc pitch để bảo vệ turbine gió. Hai bợ điều khiển IPD và PI-LQ đã thể hiện rõ điều này.
Vì cơng śt của turbine gió giảm theo đợ lệch của góc (góc pitch) đặt của cánh quạt và tốc đợ quay của turbine gió nên cần phải điều chỉnh tốc đợ quay cơng suất của turbine gió. Do hình thành các lực quay tác đợng trên các khối trục nên turbine gió khơng thể quay với tốc đợ cố định. Do đó, các vịng điều khiển được thiết kế sao cho turbine gió quay với tốc đợ khơng vượt q 3% trong thời gian dài. Tồn bợ q trình thiết kế bợ điều khiển sao cho công suất không giảm xuống dưới 99% của công suất định mức trong thời gian dài khi có sự thay đổi trực tiếp hướng gió.
Bợ điều khiển thiết kế đã đáp ứng được việc điều khiển công suất phản kháng, biên đợ điện, góc pha đối với việc hịa lưới điện. Bợ điều khiển có khả năng đáp ứng nhanh đến mức không nhận thấy được thay đổi của tốc đợ gió ở trang trại gió. Bợ điều khiển này có thể điều khiển được cơng śt phản kháng nên thiết bị bù công suất phản kháng trong hệ thống điện không được sử dụng nên hệ thống được vận hành dễ dàng.
2. Hướng phát triển đề tài.
Trong quá trình thực hiện đề tài, cịn gặp nhiều khó khăn và thiếu sót, do đó cần phải xây dựng thuật tốn điều khiển cơng śt phản kháng của turbine gió tác đợng lên cơng śt tác dụng. Đề xuất xem ảnh hưởng của lưới điện tác dụng lên turbine gió. Do đó, trong khn khổ kiến thức và thời gian nên bài viết còn nhiều hạn chế và thiếu xót. Do vậy rất mong q thầy/cơ đóng góp ý kiến để bài tiểu luận được hồn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Sathyajith, M. and G.S. Philip. Advances in wind energy conversion technology. Springer Science & Business Media, 2011.
[2] AChen, J. et al. "Modeling and simulation of directly driven wind turbine with
permanent magnet synchronous generator," IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies, pp. 1-5, 17 September 2012.
[3] ALi et al. "Conventional and novel control designs for direct driven PMSG wind turbines," Electric Power Systems Research, pp. 328-338, March 2010.
[4] Joyce Lee, F.Z., GWEC Global Wind Report 2019. 25 March 2020, 1000
Brussels, Belgium,.
[5] Pisanò, F. "Input of advanced geotechnical modelling to the design of offshore wind turbine foundations," European Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering Reykjavik (Iceland). 2019.
[6] From Wikipedia, Wikipedia.org. "List of most powerful wind turbines." Internet: https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_most_powerful_wind_turbines, January 2022; [7] Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam, "Thông tin thị trường điện tuần từ 2/3-8/3/2020." Internet: https://www.evn.com.vn/thu-vien-videos/Thong-tin-thi-truong-dien-tuan- tu-23-832020-1003-1090.aspx, 08 tháng 03 năm 2020.
[8] Điện lực Hà Nợi,"Tiềm năng phát triển điện gió." Internet: http://evnhanoi.vn/tin- tuc-evnhanoi/tiet-kiem-dien/5233-tiem-nang-phat-trien-dien-gio, 21 Tháng 2 2019. [9]. Hau, E., Wind Turbines: Fundamentals, Technologies, Application, Economics. 2 ed, Springer-Verlag Berlin Heidelberg. XVIII, p. 879, 2013.
[10]. Manwell et al. Wind energy explained: theory, design and application. John
[11] Betz, A. Wind Energie und ihre Ausnutzung durch Windmühlen. Vandenhoeck 1926.
[12] Fortmann, J. Modeling of wind turbines with doubly fed generator system.
Springer, 2014.
[13] Sun, T. et al. "Transient analysis of grid-connected wind turbines with DFIG after an external short-circuit fault," Nordic wind power conference, 2004.
[14] Bianchi et al. Wind turbine control systems: principles, modelling and gain
scheduling design. Springer Science & Business Media, 2006.
[15] Lov, F. et al. Wind turbine blockset in Matlab/simulink. General overview and
description of the Models. in Institute of Energy TechnologyAalborg University.
Aalborg University : Institut for Energiteknik, Aalborg Universitet, 2004.
[16] The MathWorks H.-Q. "Simplified Synchronous Machine," Sim Power Systems
For Use with Simulink®. Vol. 5, pp. 221-228, 2013.
[17] Sahdev, S. Electrical Machines. Cambridge University Press, 2017.
[18] Hamida, M.L. et al. "Control of separately excited DC motor with series multi- cells chopper using PI-Petri nets controller," Nonlinear Engineering. Vol. 8, no. 1, pp. 32-38.
[19] Van der Hoven, I. "Power Spectrum Of Horizontal Wind Speed In The Frequency Range From 0.0007 To 900 Cycles Per Hour," Journal of Meteorology. Vol. 14, 1957.
[20] Minorsky, N. "Directional stability of automatically steered bodies," Journal of
the American Society for Naval Engineers. Vol. 34, no. 2, pp. 280-309, 1922.
[21] Bennett, S. "Development of the PID controller," IEEE Control Systems Magazine. Vol. 13, no. 6, pp. 58-62, 1993.
[22] Wang, L. PID Control System Design and Automatic Tuning Using MATLAB/Simulink. Wiley-IEEE Press, 2020.
[23] Alfaro, V.M. and R. Vilanova. "Model-reference robust tuning of PID controllers," Advances in Industrial Control, ed. 1. Springer International Publishing. p. 192, 2016.
[24] Munteanu, I. et al. Optimal control of wind energy systems: towards a global
approach. Springer-Verlag London, 2008.
[25] Al-Mahturi A. and and H. Wahid. "Optimal tuning of linear quadratic regulator controller using a particle swarm optimization for two-rotor aerodynamical system,"
Int. J. Electr. Comput. Energ. Electron. Commun. Eng. Vol. 11, no. 2, pp. 184-190,
2017.
[26] Linder, A. et al. Model-based predictive control of electric drives. Cuvillier Verlag, 2010.
[27] Munteanu, I. et al. "Optimization of variable speed wind power systems based on a LQG approach," Control engineering practice. Vol.13, no. 7, pp. 903-912, 2005. [28] Ekelund, T. Modeling and linear quadratic optimal control of wind turbines.
Doktorsavhandlingar vid Chalmers Tekniska Hogskola, 1997.
[29] Tony Burton et al. "Wind energy handbook," Wind Energy. Vol. 2. 2011, Wiley Online Library.
[30] Jonkman, J. et al. "Definition of a 5-MW reference wind turbine for offshore system development," National Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO (United
States). 2009, doi: 10.2172/947422.
[31] Xue, D. and Y. Chen. System simulation techniques with MATLAB and Simulink. John Wiley & Sons, 2014.
PHỤ LỤC
Phụ lục 1- Thơng số của máy phát điện gió PMSG
Cơng suất tác dụng 2.0 MW
Đường kính Rotor 82 m
Số cực 3
Công suất biểu kiến 2.081 MVA
Hệ số cơng śt có thể điều chỉnh 1.0 Điện áp định mức 400 V Số cặp từ 32 Tần số 50 Hz Dòng ngắn mạch cực đại 4000 A Máy biến áp 0,4/22 kV
Công suất máy biến áp 2300 MVA
Tổn hao sắt từ 16 kW
Tổn hao không tải 2.25 kW
Tốc đợ gió ngắt của máy phát 22-28 m.s-1
Giớ hạn tốc đợ gió 6-19.5 Min.s-1
Tốc đợ gió định mức 12 m.s-1
Phụ lục 2 – Cấu trúc bộ điều khiển turbine gió
2.1 Mơ hình tua bin gió
2.3 Mơ hình Cp(λ, β)
2.6 Cấu trúc bộ điều khiển PI- LQ.
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ và tên: Trương Phi Sơn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 23/8/1984 Nơi sinh: Thái Bình Email:sontp.kdat@gmail.com Điện thoại: 0907278862
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Vừa học vừa làm
Nơi đào tạo: Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh Ngành học: Điện – điện tử
Nước đào tạo: Việt Nam Năm tốt nghiệp: 2008
2. Ngoại ngữ: Tiếng Anh Mức độ sử dụng: B1
III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN:
Thời gian Nơi cơng tác Công việc đảm nhiệm 11/2008-5/2011 Trung tâm kiểm định và Huấn
luyện kỹ thuật an tồn lao đợng TP
Nhân viên Giám sát an toàn
6/2011-đến nay Trung tâm kiểm định và Huấn luyện kỹ thuật an tồn lao đợng TP
nay là Viện Khoa học An tồn vệ sinh lao đợng TP.HCM
Kiểm định viên kỹ thuật an tồn lao đợng
TP. HCM, ngày tháng năm 2022