TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
NCS. NGUYỄN NGỌC ANH TUẤN
ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM
VĨNH CỬU ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ TỐC ĐỘ
THAY ĐỔI NỐI LƯỚI
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216
Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2024
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Giao thông vận tải Thành phố
Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn khoa học 1 : TS.
Phạm Công Duy
Người hướng dẫn khoa học 2 :
TS. Lưu Hoàng Minh
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng luận án cấp cơ sở tại: Trường Đại học Giao
thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh.
Vào hồi 8 giờ 30 ngày 29 tháng 5 năm 2023
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Nhu cầu năng lượng điện được dự đoán sẽ tăng nhanh vì sự tăng trưởng rất nhanh
của dân số toàn cầu và sự phát triển của ngành công nghiệp trên quy mô rộng lớn.
Trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, năng lượng gió được xem là nguồn năng lượng
sạch và đang thu hút sự quan tâm từ cả hai lĩnh vực công nghiệp và học thuật vì khả
năng cạnh tranh cao. Tại COP26, Việt Nam đã cam kết với một chương trình nhằm
xây dựng nền kinh tế các-bon thấp. Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển hệ thống năng
lượng điện gió là nhiệm vụ hết sức cần thiết và cấp bách hiện nay.
2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu
❖ Mục tiêu của luận án
Thiết kế bộ điều khiển nơ-ron kết hợp điều khiển dòng stator trục d cho hệ thống
biến đổi năng lượng gió dùng PMSG nhằm đạt công suất tối đa và đồng thời giảm
giá thành hệ thống.
❖ Nội dung của luận án
Đầu tiên, nghiên cứu và tìm hiểu các hệ thống máy phát điện gió trong thực tế.
Từ đó tìm hiểu và so sánh các ưu điểm và nhược điểm của từng loại. Thứ hai, xây
dựng mô hình toán mô tả hệ thống tuabin gió dùng PMSG và mô hình toán máy phát
PMSG. Thứ ba, nghiên cứu và đề xuất phương pháp điều khiển dòng điện stator trục
d cho bộ biến đổi phía máy trong PMSG dùng trong tuabin gió nhằm nâng cao hiệu
suất tối đa để cung cấp cho phía lưới hệ thống năng lượng gió dùng PMSG. Thứ tư,
nghiên cứu và đề xuất thuật toán điều khiển thông minh nhằm cải thiện chất lượng
bộ điều khiển bám điểm công suất tối đa cho phía máy hệ thống năng lượng gió dùng
PMSG. Cuối cùng, nghiên cứu và đề xuất bộ điều khiển kết hợp giữa bộ điều khiển
bám điểm công suất cực đại dùng mạng nơ-ron dựa trên các thuật toán điều khiển
thông minh và kỹ thuật điều khiển dòng stator trục d cho phía máy phát ở hệ thống
năng lượng gió dùng PMSG.
3. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
• Đối tượng nghiên cứu là tuabin gió dùng PMSG có công suất 2 MW đấu nối vào
lưới điện cục bộ.
• Phương pháp nghiên cứu gồm
Thứ nhất, phân tích và đánh giá tình hình nghiên cứu: Tìm hiểu các kết quả
nghiên cứu được công bố liên quan trong lĩnh vực điều khiển hệ thống tuabin gió.
2
Tiếp theo, xây dựng mô hình toán mô tả hệ thống tuabin gió và mô hình toán máy
phát PMSG. Ngoài ra, đề xuất phương pháp điều khiển: nghiên cứu các mô hình, các
công cụ toán học (phương pháp điều khiển dòng điện stator trục d, các giải thuật tìm
kiếm tối ưu, phương pháp điều khiển neuron). Cuối cùng, mô phỏng và đánh giá kết
quả: mô phỏng kiểm chứng và đánh giá tính hiệu quả thông qua việc so sánh các
phương pháp điều khiển tối ưu. Giải pháp đề xuất bộ điều khiển kết hợp giữa bộ điều
khiển bám điểm công suất cực đại dùng mạng nơ-ron dựa trên các thuật toán điều
khiển thông minh và kỹ thuật điều khiển dòng stator trục d cho phía máy phát ở hệ
thống năng lượng gió dùng PMSG.
4. Bố cục của luận án
Sau nội dung giới thiệu phần mở đầu như đã trình bày, luận án được chia thành
4 chương. Chương 1 là giới thiệu tổng quan về năng lượng gió. Chương 2 trình bày
các phương pháp điều khiển dòng điện stator trục d trong hệ thống điện gió, chương
3 giới thiệu các thuật toán thông minh cho bộ điều khiển bám điểm công suất cực
đại trong hệ thống năng lượng gió dùng PMSG. Chương 4 trình bày thiết kế bộ điều
khiển bám điểm công suất cực đại dùng RBFN cho PMSG trong hệ thống năng lượng
điện gió. Cuối cùng là phần kết luận và hướng phát triển của luận án.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu chỉ ra bộ điều khiển phía máy phát đạt được giá thành thấp (kinh tế),
đáp ứng tốt (kỹ thuật). Ngoài ra, là cơ sở nền tảng cho ứng dụng thực tiễn về điều
khiển hệ thống máy phát gió.
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ
1.1 Tổng quan về năng lượng gió
1.1.1 Tình hình phát triển năng lượng gió trên thế giới
Sản lượng điện gió trên thế giới trong gần mười năm trở lại đây đã tăng trưởng
rất nhanh với tốc độ 28%/năm, cao nhất trong tất cả các nguồn năng lượng hiện có.
Sự tiến bộ và phát triển về mặt công nghệ, công suất, hiệu quả và độ tin cậy của các
trạm điện gió đã không ngừng gia tăng, đồng thời giá thành điện gió được giảm
xuống nhiều lần.
1.1.2 Tình hình phát triển năng lượng gió ở Việt Nam
❖ Tiềm năng năng lượng điện gió
Một số nghiên cứu đánh giá chỉ ra rằng Việt Nam có tiềm năng về điện gió lớn
nhất so với các nước trong khu vực để phát triển các dự án điện gió quy mô lớn.
3
Những vùng có triển vọng cao trên toàn lãnh thổ là vùng ven biển và các tỉnh miền
Trung và miền Nam.
❖ Điểm mạnh và điểm yếu về phát triển điện gió
Việt Nam có nhiều vùng có gió, đặc biệt dọc bờ biển dài hơn 3.000 km. Ngoài
vùng ven biển có thể cả ở vùng núi, cao nguyên và nông thôn. Những nơi có năng
lượng gió tốt thường ở xa thành phố, nơi cần nhiều điện. Như vậy, vị trí xây dựng
ảnh hưởng nhiều đến việc nâng mức vốn đầu tư ban đầu. Ngoài ra, năng lượng gió
là một nguồn năng lượng không liên tục, không thể dự trữ với công suất lớn.
Hình 1.1 Cấu trúc của tuabin gió [1,2]
1.2 Cấu tạo hệ thống chuyển đổi năng lượng gió
Cấu tạo hệ thống chuyển đổi năng lượng gió bao gồm tháp đỡ, cánh quạt tuabin,
bộ phận điều hướng, hộp số, máy phát điện và bộ phận đo tốc độ gió được minh họa
như Hình 1.1
1.3 Các loại máy phát điện trong hệ thống chuyển đổi năng lượng gió
Có năm loại tuabin gió đã được phát triển dựa trên hoạt động với tốc độ cố định
hoặc tốc độ biến đổi, bao gồm 5 loại. Loại 1 dựa trên SCIG tốc độ cố định. Loại 2
dựa trên WRIG hoạt động ở tốc độ bán thay đổi. Loại 3 dựa trên DFIG hoạt động ở
tốc độ bán thay đổi. Loại 4 dựa trên WRSG/SCIG/PMSG hoạt động ở tốc độ bán
thay đổi. Loại 5 dựa trên WRSG/SCIG/PMSG hoạt động ở tốc độ thay đổi.