Báo cáo Nghiên cứu thuật toán điều khiển nâng cao độ ổn định ðiện áp DC trong hệ thống máy phát điện gió nguồn đôi (DFIG) (Phần 1)

Nội dung text: Báo cáo Nghiên cứu thuật toán điều khiển nâng cao độ ổn định ðiện áp DC trong hệ thống máy phát điện gió nguồn đôi (DFIG) (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ÐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ÐỘ ỔN ÐỊNH ÐIỆN ÁP S K DCC 0 0 3 9 5 9 TRONG HỆ THỐNG MÁY PHÁT ÐIỆN GIÓ NGUỒN ÐÔI (DFIG) MÃ SỐ: T2015-40TÐ S KC 0 0 5 3 2 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 02/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DC TRONG HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ NGUỒN ĐÔI (DFIG) Mã số: T2015-40TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS. Tạ Văn Phương TP. HCM, 02/2016
3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DC TRONG HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ NGUỒN ĐÔI (DFIG) Mã số: T2015-40TĐ Chủ nhiệm đề tài: ThS. Tạ Văn Phương Thành viên đề tài: TS. Trương Đình Nhơn TS. Nguyễn Thị Mi Sa TP. HCM, 02/2016
4. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DC TRONG HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ NGUỒN ĐÔI (DFIG) Mã số: T2015-40TĐ C hủ nhiệm đề tài: ThS. Tạ Văn Phương Thành viên đề tài: TS. Trương Đình Nhơn TS. Nguyễn Thị Mi Sa I
5. TP. HCM, 02/2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG TRỌNG ĐIỂM NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DC TRONG HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ NGUỒN ĐÔI (DFIG) Mã số: T2015-40TĐ C hủ nhiệm đề tài: ThS. Tạ Văn Phương TP. HCM, 02/2016 II
6. Mục lục Chương 0: Mở đầu 1 1.Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước 1 2.Tính cấp thiết 1 3.Mục tiêu 2 4.Cách tiếp cận 2 5.Phương pháp nghiên cứu 2 6.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu. 2 Chương 1: Máy phát điện gió nguồn đôi 3 1.1.Tình hình phát triển năng lượng gió trong nước 3 1.1.1. Tiềm năng năng lượng gió 3 1.1.2. Các dự án điện gió hiện nay 5 1.1.3. Các nhà cung cấp thiết bị điện gió ở Việt Nam 6 1.2. Kỹ thuật hiện tại của tuabin gió 7 1.3. Mô hình toán học của máy phát điện gió nguồn đôi 8 1.3.1 Mômen trong DFIG 9 1.3.2. Bộ chuyển đổi phía Rôto (RSC) 9 1.3.3. Bộ chuyển đổi phía lưới (GSC) 10 1.3.4. Năng lượng trong DFIG 10 1.3.5. Mô hình tương đương của DFIG [3]: 11 1.3.6. Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 12 1.3.7. Hệ thống điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 15 1.3.8. Hệ thống điều khiển góc xoay của cánh quạt gió 16 III
7. 1.4. Ảnh hưởng của điện gió trong hệ thống điện 17 1.4.1. Hiện tượng sóng hài 18 1.4.2. Hiện tượng chập chờn 18 1.4.4. Ảnh hưởng nguồn điện gió đến điện áp lưới điện 21 Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển Fuzzy PI 24 3.1 Cơ sở lý thuyết mờ 24 3.2 Tính toán thiết kế bộ điều khiển logic mờ kết hợp với bộ điều khiển PI 26 3.1. Giới thiệu về hệ thống điện sử dụng trong nghiên cứu 28 3.2 Kết quả mô phỏng hệ thống 28 Chương 4: Kết luận và Kiến nghị 32 4.1. Kết luận 32 4.2. Kiến nghị 32 IV
8. Danh mục bảng biểu Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng gió ở Đông Nam Á 4 Bảng 3.1. Bảng tập luật của bộ điều khiển logic mờ 27 V
9. Danh mục hình Hình 1.1. Dự án điện gió Tuy Phong, Bình Thuận của công ty REVN 5 Hình 1.2. Sơ đồ hệ máy phát DFIG 9 Hình 1.3. Quan hệ giữa Pđiện và Pcơ khi tốc độ rôto lớn hơn tốc độ đồng bộ 11 Hình 1.4. Quan hệ giữa Pđiện và Pcơ khi tốc độ rôto nhỏ hơn tốc độ đồng bộ 11 Hình 1.5. Đường đặc tính công suất-tốc độ 13 Hình 1.6. Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía rotor 14 Hình 1.7. Đường đặc trưng V-I 15 Hình 1.8. Sơ đồ điều khiển bộ chuyển đổi phía lưới 16 Hình 1.9. Sơ đồ điều khiển góc xoay cánh quạt gió 16 Hình 1.10. Mô hình nguồn điện gió nối lưới và biểu đồ pha điện áp. 17 Hình 1.11. Biểu đồ pha điện áp 20 Hình 1.12. Đặc tính của nguồn điện gió phụ thuộc điện áp 22 Hình 3.1. Sơ đồ mạch điều khiển PI kết hợp logic mờ 26 Hình 3.1. Sơ đồ cấu trúc của hệ thống nghiên cứu 28 VI
10. Danh mục các chữ viết tắt STT Ký Hiệu Ghi Chú 1. ω Vận tốc góc 2. DFIG Máy phát điện nguồn đôi 3. RSC Bộ biến đổi phía rotor 4. GSC Bộ biến đổi phía lưới 5. FL Bộ điều khiển logic mờ 6. PI Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân 7. WT Tua bin gió VII
11. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ĐƠN VỊ Tp. HCM, Ngày 29 tháng 02 năm 2016 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 1. Thông tin chung: - Tên đề tài: NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP DC TRONG HỆ THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ NGUỒN ĐÔI (DFIG) - Mã số: T2015-40TĐ - Chủ nhiệm: ThS. Tạ Văn Phương - Cơ quan chủ trì: Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM - Thời gian thực hiện: 2. Mục tiêu: Nghiên cứu thiết kế thuật toán điều khiển PI kết hợp với logic mờ trong điều khiển ổn định động hệ thống máy phát điện gió nguồn đôi 3. Tính mới và sáng tạo: Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PI kết hợp với bộ điều khiển logic mờ để điều khiển ổn định cho hệ thống máy phát điện gió nguồn đôi. 4. Kết quả nghiên cứu: Đánh giá mức độ đáp ứng của hệ thống khi có bộ điều khiển PI kết hợp với bộ điều khiển logic mờ cho DFIG. 5. Sản phẩm: Báo cáo tổng kết và Chương trình mô phỏng trên Matlab 6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng: Làm cơ sở cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo và làm tài liệu tham khảo cho các học viên cao học và làm đề tài tốt nghiệp. Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ và tên) (ký, họ và tên) ThS. Tạ Văn Phương VIII
12. INFORMATION ON RESEARCH RESULTS 1. General information: Project title: Hybrid PI Plus Fuzzy Logic Damping Controller To Improve The Dynamic Stability of DFIG-Based Wind Turbine Generators Code number: T2015-40TĐ Coordinator: Ta Van Phuong, MsC Implementing institution: University of Technology and Education Hochiminh City Duration: from to 2. Objective(s): Study of designing hybrid fuzzy logic plus PI damping controller for DC link voltage regulator to enhance the dynamic stability of the wind connected power system. 3. Creativeness and innovativeness: Design a hybrid fuzzy logic plus PI damping controller for DC link voltage regulator to improve stability of the power system with wind power connected. 4. Research results: Estimating the effective of the studied system with and without the designed hybrid fuzzy logic plus PI damping controller for DC link voltage regulator 5. Products: Report and Matlab program. 6. Effects, transfer alternatives of reserach results and applicability: It can be used for master students to study renewable and application course and references for their thesis. IX
13. Chương 0: Mở đầu 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ở trong và ngoài nước Máy phát điện nguồi đôi (DFIG) hiện nay đang được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống điện gió do có nhiều ưu điểm như hiệu suất cao, có thể dễ dàng điều khiển tách biệt công suất phản kháng và công suất tác dụng nên dễ dàng tích hợp vào hệ thống điện [1]. Mô hình toán học của máy phát điện gió nguồn đôi kết nối với hệ thống nhiều máy phát được giới thiệu trong [2].Tuy nhiên, do phần stator được kết nối trực tiếp vào hệ thống điện nên dễ bị ảnh hưởng bởi các nhiễu từ hệ thống điện. Để giảm sự ảnh hưởng từ hệ thống điện đến máy phát cũng như tác động từ máy phát lên hệ thống điện đã có nhiều công trình nghiên cứu được đưa ra như sử dụng điện áp cao áp 1 chiều (HVDC) [3], sử dụng máy biến áp có tần số thay đổi [4]. Ngoài ra, máy phát điện gió nguồn đôi còn được sử dụng để kết nối với hệ thống điện 3 máy 9 bus để kiểm tra độ ổn định của điện áp tại bus kết nối cũng được nghiên cứu trong [5]. Trong hầu hết các công trình công bố trên, bộ điều khiển PI được dùng để điều khiển điện áp DC cho bộ biến đổi điện tử công suất. Tuy nhiên, bộ điều khiển PI chỉ làm việc ổn định trong các trường hợp có dao động nhỏ và dễ mất ồn định khi dao động lớn xãy ra. Do đó, việc nghiên cứu áp dụng các thuật toán mới để nâng cao ổn định của hệ thống máy phát điện gió nguồn đôi DFIG là cần thiết. Về tình hình nghiên trong nước thì hiện nay, các công trình nghiên cứu trong nước về máy phát điện gió nguồn đôi DFIG đã được thực hiện từ khá lâu. Từ việc nghiên cứu lý thuyết [6-9] cho đến đề tài về nghiên cứu chế tạo máy phát điện gió [10]. Tuy nhiên những nghiên cứu trên chủ yếu dựa vào phương pháp điều khiển PI cho các bộ điều khiển công suất của máy phát điện nguồn đôi. 2. Tính cấp thiết Năng lượng tái tạo đang là chủ đề nóng bỏng hiện nay. Trong đó năng lượng gió góp phần quan trọng trong việc cung cấp lượng lớn điện năng cho hệ thống điện. Chính phủ đã phê duyệt Quyết định số 1393/QĐ-TTg chiến lược quốc gia về tăng trưởng xanh [11], trong đó có nhóm giải pháp về nghiên cứu phát triển khoa học và công nghệ, nhấn mạnh khuyến khích nghiên cứu phát triển năng lượng tái tạo nhất là năng lượng gió, Quyết định số 37/2011/QĐ – TTg của Thủ tướng Chính phủ ngày 29/6/2011 về cơ chế hỗ trợ các dự 1
14. án điện gió tại Việt Nam, trong đó quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến năm 2030, qui hoạch tổng công suất nguồn điện gió khoảng 1.000 MW vào năm 2020, khoảng 6.200 MW vào năm 2030; điện năng sản xuất từ nguồn điện gió chiếm tỷ trọng từ 0,7% năm 2020 lên 2,4% vào năm 2030 [12]. Theo đề án phát triển năng lượng của Việt nam trong giai đoạn 2010 đến 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 thì năng lượng điện gió đã được chính phủ phê duyệt thì là nguồn năng lượng sạch và vô hạn. Hiện nay có rất nhiều các dự án điện gió đang đầu tư và triển khai ở Việt nam nhằm bổ sung điện cho hệ thống điện. Do đó, việc nghiên cứu thuật toán điều khiển để nâng cao độ ổn định của hệ thống máy phát điện gió nhằm duy trì tính liên tục cung cấp điện khi hệ thống xãy ra sự cố là cần thiết. Xuất phát từ thực tế trên, đề tài Nghiên cứu thuật toán điều khiển ổn định điện áp DC trong máy phát điện gió nguồn đôi (DFIG) được đề xuất. 3. Mục tiêu Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PI kết hợp logic mờ điều khiển bộ điều chỉnh điện áp DC trong máy phát điện gió nguồn đôi nhằm nâng cao tính ổn định của hệ thống. 4. Cách tiếp cận Dựa trên các công trình đã được công bố như sách chuyên ngành, bài báo khoa học. 5. Phương pháp nghiên cứu Dựa trên các công trình công bố trên các tạp chí và hội thảo chuyên ngành uy tín, tác giả tiến hành xây dựng mô hình toán học cho hệ thống và kiểm chứng bằng kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab. 6. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu, nội dung nghiên cứu. Nghiên cứu hệ thống máy phát điện gió nguồi đôi (DFIG) Nghiên cứu sự ảnh hưởng của hệ thống điện gió đến ồn định trong hệ thống điện Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển PI kết hợp với logic mờ điều khiển khâu điều chỉnh điện áp DC trong máy phát điện gió nguồn đôi nhằm nâng cao ổn định động của hệ thống điện. 2
15. Chương 1: Máy phát điện gió nguồn đôi 1.1. Tình hình phát triển năng lượng gió trong nước Trước những thách thức về tình trạng thiếu điện và ứng phó hiệu quả với biến đổi khí hậu trong những năm tiếp theo thì kế hoạch phát triển “Điện Xanh” từ các nguồn năng lượng tái tạo là một giải pháp khả thi nhằm đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Gần đây, chính phủ Việt Nam đã xác định rõ các mục tiêu trong định hướng phát triển dạng “Điện Xanh” này. Trong đó, năng lượng gió được xem như là một lĩnh vực trọng tâm, do Việt Nam được xem là nước có giàu tiềm năng nhất trong khu vực Đông Nam Á. 1.1.1. Tiềm năng năng lượng gió Một số nghiên cứu đánh giá cho thấy Việt Nam có tiềm năng gió để phát triển các dự án điện gió với quy mô lớn là rất khả thi. Bản đồ tiềm năng gió của Ngân hàng Thế giới (World Bank, 2001) được xây dựng cho bốn nước trong khu vực Đông Nam Á (gồm: Việt Nam, Cam-pu-chia, Lào, và Thái Lan) dựa trên phương pháp mô phỏng bằng mô hình số trị khí quyển (Bảng 1.1). Theo kết quả từ bản đồ năng lượng gió này, tiềm năng năng lượng gió của Việt Nam là lớn nhất so với các nước khác trong khu vực, với tiềm năng năng lượng gió lý thuyết lên đến 513.360 MW [8].Những khu vực được hứa hẹn có tiềm năng lớn trên toàn lãnh thổ là khu vực ven biển và cao nguyên miền nam Trung Bộ và Nam Bộ. Tuy nhiên, các kết quả môphỏng này được đánh giá là khá khác biệt so với kết quả tính toán dựa trên số liệu quan trắc của EVN, sự khác biệt này có thể là do sai số tính toán mô phỏng. 3
16. Bảng 1.1: Tiềm năng năng lượng gió ở Đông Nam Á [8] Năm 2007, EVN cũng đã tiến hành nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió, xác định các vùng thích hợp cho phát triển điện gió trên toàn lãnh thổ với công suất kỹ thuật 1.785 MW. Trong đó miền Trung Bộ được xem là có tiềm năng gió lớn nhất cả nước với khoảng 880 MW tập trung ở hai tỉnh Quảng Bình và Bình Định, tiếp đến vùng có tiềm năng thứ hai là miền Nam Trung Bộ với công suất khoảng 855 MW, tập trung ở hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận. Ngoài ra, Bộ Công thương và Ngân hàng Thế giới (2010) đã tiến hành cập nhật thêm số liệu quan trắc (đo gió ở 3 điểm) vào bản đồ tiềm năng gió ở độ cao 80 m cho Việt Nam. Kết quả cho thấy tiềm năng năng lượng gió ở độ cao 80 m so với bề mặt đất là trên 2.400 MW (tốc độ gió trung bình năm trên 7 m/s) . Cho đến nay chưa có một nghiên cứu đánh giá tiềm năng gió cho riêng Việt Nam một cách sâu rộng do thiếu số liệu quan trắc phục vụ phát triển điện gió. Gần đây, trong khuôn khổ hợp tác giữa Bộ Công thương (MoIT) và Dự án Năng lượng Gió GIZ (Hợp tác Phát triển Đức GIZ) (gọi tắt, Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT)[9], một chương trình đo gió tại 10 điểm trên độ cao 80m đang được tiến hành tại các tỉnh cao nguyên và duyên hải Trung Bộ (đo ở 3 độ cao 80, 60, và 40 m so với bề mặt đất). Áp dụng các tiêu chuẩn IEC 61400-12 trong suốt quá trình đo gió, dự án này được mong đợi sẽ cung cấp dữ liệu gió có tính đại diện cho các vùng có tiềm năng gió của Việt Nam để phục vụ cho phát triển điện gió trong thời gian tới. Ngoài ra, các báo cáo về quy trình và tiêu chuẩn lắp đặt cột đo gió cũng đang được hoàn thiện và sẽ là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà phát triển điện gió nói chung. 4
17. 1.1.2. Các dự án điện gió hiện nay Cho đến nay, có khoảng 48 dự án điện gió đã đăng ký trên toàn bộ lãnh thổ Việt Nam, tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Trung và Nam bộ, với tổng công suất đăng ký gần 5.000 MW, quy mô công suất của các dự án từ 6 MW đến 250 MW. Tuy nhiên, hiện nay do suất đầu tư của dự án điện gió vẫn còn khá cao, trong khi giá mua điện gió là khá thấp 1.614 đồng/ kWh (tương đương khoảng 7,8 UScents/ kWh) theo Quyết định số 37/2011/QĐ- TTg12, cao hơn 310 đồng/ kWh so với mức giá điện bình quân hiện nay là 1.304 đồng/ kWh, được xem là chưa hấp dẫn các nhà đầu tư điện gió trong và ngoài nước. Do vậy, cho đến nay mới chỉ duy nhất một dự án điện gió ở Xã Bình Thạnh, huyện Tuy Phong, tỉnh Bình Thuận là hoàn thiện giai đoạn 1 (dự kiến nâng tổng công suất lên 120 MW trong giai đoạn 2 từ 2011 đến 2015), với công suất lắp đặt 30 MW (20 tuabin gió x 1,5 MW mỗi tuabin).Chủ đầu tư dự án là Công ty Cổ phần Năng lượng Tái tạo Việt Nam (Vietnam Renewable Energy Joint Stock Company – REVN). Tổng mức đầu tư của dự án lên đến 1.500 tỷ đồng (tương đương khoảng 75 triệu USD), các thiết bị tuabin gió sử dụng của Công ty Fuhrlaender Đức. Dự án chính thức được nối lên lưới điện quốc gia vào tháng 3 năm 2011. Theo nguồn tin nội bộ, sản lượng điện gió năm 2011 đạt khoảng 79.000 MWh.Trên đảo Phú Quý, tỉnh Bình Thuận, dự án điện gió kết hợp với máy phát điện diesel (wind-diesel hybrid system), của Tổng Công ty Điện lực Dầu khí, thuộc Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (Petro Vietnam), có tổng công suất là 9 MW (gồm 3 tuabin gió x 2 MW mỗi tuabin + 6 máy phát diesel x 1,5 MW mỗi máy phát) đã lắp đặt xong và đang trong giai đoạn nối lưới. Hình 1.1. Dự án điện gió Tuy Phong, Bình Thuận của công ty REVN 5
18. Các tuabin gió sử dụng của hãng Vestas, Đan Mạch. Giá bán điện đang đề xuất thông qua hợp đồng mua bán điện với giá 13 US cents/kWh. Giá mua điện này được đánh giá là hấp dẫn do đặc thù dự án ở ngoài đảo. Tương tự, một dự án điện gió ở Côn Đảo, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu do Công ty EAB CHLB Đức làm chủ đầu tư, giá bán điện thoả thuận là 25 UScents/kWh. Dự án đang chuẩn bị tiến hành xây dựng. Tại tỉnh Bạc Liêu, vùng đồng bằng Sông Cửu Long một dự án điện gió khác thuộc công ty TNHH Thương mại và Dịch vụ Công Lý cũng đang trong giai đoạn lắp đặt các tuabin gió (1 tuabin gió đã được lắp đặt) với công suất 16 MW trong giai đoạn đầu (10 tuabin gió x 1,6 MW mỗi tuabin của hãng GE Mỹ). Dự kiến trong giai đoạn 2 của dự án công suất sẽ nâng lên 120 MW (từ năm 2012 đến đầu năm 2014). Ngoài ra, các dự án khác đang trong các giai đoạn tiến độ khác nhau của dự án và danh sách các dự án điện gió đang vận hành và đăng ký ở Việt Nam. 1.1.3. Các nhà cung cấp thiết bị điện gió ở Việt Nam Thị trường cung cấp tuabin gió ở Việt Nam: ngoài một số các nhà cung cấp đã góp mặt trong các dự án như Fuhrlaender (CHLB Đức), Vestas (Đan Mạch), và GE (Mỹ), còn có các nhà cung cấp khác cũng đang thể hiện sự quan tâm đến thị trường Việt Nam như Gamesa (Tây Ban Nha), Nordex (CHLB Đức), IMPSA (Agentina), Sany, Shanghai Electric và Gold Wind (Trung Quốc) Một tín hiệu đáng mừng cho thị trường điện gió Việt Nam, đó là sự góp mặt của một số nhà máy sản xuất tuabin gió và cột cho tuabin gió (wind tower) như: Tập đoàn GE Mỹ có nhà máy sản xuất máy phát cho tuabin gió đặt tại khu công nghiệp Nomura, thành phố Hải Phòng (vốn đầu tư lên tới 61 triệu USD); Công ty Fuhrlaender Đức cũng đang dự định xây dựng nhà máy sản xuất tuabin gió ở Bình Thuận (vốn đầu tư là 25 triệu USD); Công ty TNHH CS Wind Tower14 (100% vốn đầu tư của Hàn Quốc) ở khu công nghiệp Phú Mỹ 1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu, đang sản xuất và xuất khẩu tháp gió. Công ty TNHH Công nghiệp Nặng VINA HALLA15 (100% vốn đầu tư của Hàn Quốc) ở khu công nghiệp Mỹ Xuân B1, huyện Tân Thành, tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Năng lực sản xuất hàng năm của công ty là khoảng 400 tháp gió và được xuất khẩu đi các thị trường như Hàn Quốc, Nhật Bản, Ý, Bỉ, Brazil, Hoa Kỳ, cung cấp cho các dự án ở Hàn Quốc, Ả Rập Saudi, Ai Cập, Indonesia, Philippines, Hoa Kỳ, và Việt Nam; Công ty TNHH một thành viên tháp UBI16 (UBI Tower Sole Membe Co., Ltd.; 100% vốn của Việt Nam) đặt ở xã Kim Xuyên, huyện Kim Thành, tỉnh 6
19. Hải Dương. Năng lực sản xuất hàng năm của công ty là 300 cột tháp và được xuất khẩu ra các thị trường Đức (15 cột tháp năm 2011), Ấn Độ (35 cột tháp năm 2010 và 125 cột tháp năm 2011) và các nước khác. 1.2. Kỹ thuật hiện tại của tuabin gió Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió có thể chia thành loại phụ thuộc vào kéo động lực và loại nâng động lực. Vùng Persian (hay Trung Quốc) sớm sử dụng cánh quạt trục đứng theo quy tắc kéo. Tuy nhiên, thiết bị loại kéo có hệ số công suất rất thấp, với giá trị max đạt khoảng 0,16. Tuabin gió hiện đại dựa trên ưu thế của quy tắc nâng. Thiết bị loại nâng dùng cánh máy bay (cánh) tương tác với hướng gió đang tới. Lực là kết quả từ thân máy bay tương tác với dòng không khí lưu chuyển bao gồm không chỉ có thành phần lực kéo theo hướng trực tiếp dòng lưu chuyển mà còn có thành phần lực vuông góc với hướng kéo: lực nâng. Lực nâng là một bội số của lực kéo và do đó liên quan đến năng lượng quay rotor. Theo định nghĩa, nó vuông góc với hướng dòng khí lưu chuyển có nghĩa bị chắn bởi cánh rotor và thông qua lực đòn bẩy của rotor, nó là nguyên nhân gây momen quay cần thiết. Tuabin gió theo nguyên tắc nâng động lực có thể chia dựa theo hướng của trục quay thành loại tuabin trục ngang và trục đứng. Tuabin trục đứng nổi tiếng là tuabin Darrieus sau khi kĩ sư người Pháp phát minh ra chúng trong những năm 1920, sử dụng trục đứng thông thường hơi cong, cánh máy bay đối xứng. Tuabin Darrieus có ưu điểm là chúng có thể hoạt động độc lập hướng gió, hộp số và cơ cấu máy phát có thể đặt dưới đất. Moment quay lớn với cải tiến, không có khả năng tự vận hành tốt như thành phần hạn chế cho bộ đìều tốc khi sức gió lớn, đây là nhược điểm lớn. Tuabin trục đứng được phát triển và thương mại sản xuất trong những năm 1970 cho đến cuối những năm 1980, Tuabin gió trục đứng lớn nhất được lắp đặt ở Canada – Ecole C có công suất 4200 kW. Tuy nhiên, kể cuối những năm 1980 việc nghiên cứu và phát triển tuabin gió trục đứng hầu như ngưng trên toàn thế giới. Trục ngang, hay loại chân vịt, hiện tại chiếm ưu thế trong ứng dụng tuabin gió. Một tuabin gió trục ngang gồm tháp và bộ máy được đặt trên tháp. Bộ máy chứa máy phát, hộp số và rotor. Sự khác biệt về kĩ thuật là bộ máy hướng theo gió hay chuyển bộ máy ra khỏi hướng gió khi sức gió lớn. Ở tuabin nhỏ, rotor và bộ máy được hướng vào trong gió với đuôi chong chóng. Ở tuabin lớn, rotor và bộ máy tự động trệch hướng vào trong hay ngoài hướng gió, để đáp ứng tín hiệu từ đuôi chong chóng gió. 7
20. Đặc trưng tuabin gió trục ngang dùng số cánh quạt khác biệt, phụ thuộc vào mục đích sử dụng của tuabin. Loại hai cánh hay ba cánh được sử dụng nhiều nhất trong máy phát điện. Số lượng cánh ảnh hưởng gián tiếp tỉ số tốc độ λ, là tỉ số giữa bán kính cánh và tốc độ gió: ωR λ = (1.1) 푣 Trong đó ω: tần số quay (rad/s) R: bán kính của cánh quạt rotor (m) v: vận tốc gió (m/s) Tuabin gió có số cánh nhiều thì có tỉ số tốc độ thấp nhưng moment quay khởi động lớn. Tuabin gió có chỉ hai hay ba cánh có tỉ số tốc độ cao nhưng moment quay khởi động nhỏ. Những tuabin này có thể cần được khởi động nếu tốc độ gió đạt trong tầm hoạt động. Tuy nhiên, tỉ số tốc độ cao cho phép bộ hộp số nhỏ hơn nên nhẹ hơn để đạt tốc độ cao tại trục của máy phát. Hiện tại, tuabin gió ba cánh được dùng phổ biến trên thị trường cho ghép nối lưới. Loại này có ưu điểm là moment quán tính rotor dễ kiểm soát hơn so với tuabin gió loại hai cánh. Hơn nữa, loại tuabin ba cánh có tính thẫm mĩ tốt hơn và mức độ ồn ít hơn so ớv i loại hai cánh. Những vấn đề này rất quan trọng khi xem xét ứng dụng tuabin gió trong những vùng dân cư đông đúc. Loại tuabin gió hai cánh có ưu điểm trên tháp sẽ có trọng lượng nhỏ hơn và do đó cấu trúc hỗ trợ có thể xây nhẹ hơn và do đó giá thành liên quan sẽ thấp hơn. Tính thẩm mĩ và mức độ ồn không quan trọng khi xét ở ngoài khơi, giá thành thấp là điều thu hút, vì thế tuabin gió loại 2 cánh được phát triển cho thị trường ngoài khơi. 1.3. Mô hình toán học của máy phát điện gió nguồn đôi Do tính linh hoạt trong phạm vi thay đổi tốc độ và sức mạnh về giá thành thấp DFIG là lựa chọn hấp dẫn và phổ biến cho những hệ thống turbin gió quy mô lớn hiện nay . Rotô máy phát được điều khiển bởi bộ chuyển đổi 3 pha thông qua các vành trượt. Bộ chuyển đổi được mắc theo kiểu back – to – back và chỉ xử lý khoảng 30% công suất định mức. Stato được kết nối trực tiếp với lưới điện. 8
21. Hình 1.2. Sơ đồ hệ máy phát DFIG 1.3.1 Mômen trong DFIG Trong máy phát DFIG cuộn dây stato được kết nối trực tiếp với lưới, cuộn rôto kết nối với bộ biến đổi. Năng lượng từ lưới cấp cho cuộn stato sẽ tạo ra từ trường trên stato, năng lượng từ trường trên cuộn dây rôto được tạo ra thông qua bộ biến đổi. Mômen quay được tạo ra nhờ sự tương tác giữa từ trường stato và rôto, độ lớn của mômen quay phụ thuộc vào độ lớn và góc lệch pha của hai từ trường này. Khi stato nối với lưới, từ trường stato sẽ quay đồng bộ với tần số lưới, từ thông stato được xem như không đổi trong suốt quá trình hoạt động ở chế độ ổn định. Từ thông rôto phụ thuộc vào dòng điện trên cuộn dây rôto cái được điều khiển thông qua bộ biến đổi. Do đó mômen quay trong máy phát DFIG có thể được kiểm soát bằng cách điều khiển dòng trong cuộn dây rôto và góc lệch pha với từ thông stato 1.3.2. Bộ chuyển đổi phía Rôto (RSC) Bộ chuyển đổi phía rôto được dùng để điều khiển mômen quay của DFIG thông qua việc điều khiển dòng cuộn dây rôto. Bộ chuyển đổi RSC thực hiện điều này bằng cách đặt một điện áp vào cuộn dây rôto để được dòng tương ứng chạy trong cuộn dây rôto. RSC hoạt động với nhiều tần số khác nhau tương ứng với sự thay đổi tốc độ của rôto dựa trên sự thay đổi của tốc độ gió 9
22. S K L 0 0 2 1 5 4