BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ SỬ DỤNG
MÁY ĐIỆN CẢM ỨNG NGUỒN KÉP DFIG (DOUBLY-
FED INDUCTION GENERATOR)
Ngành: ĐIÊN – ĐIỆN TỬ
Chuyên ngành: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
Giảng viên hướng dẫn : BÙI MINH DƯƠNG
Sinh viên thực hiện : PHẠM TIẾN ĐẠT
MSSV : 1311020090
Lớp : 13DDC05
TP. Hồ Chí Minh, 2017
GVHD: BÙI MINH DƯƠNG i HVTH: PHẠM TIẾN ĐẠT
MỤC LỤC
MỤC LỤC .................................................................................................................. i
DANH SÁCH CÁC HÌNH ...................................................................................... iv
PHẦN MỞ ĐẦU ..................................................................................................... vii
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NGUỒN GIÓ .................................................... 1
1.1 Giới thiệu về sự hình thành của năng lượng gió: .............................................. 1
1.2 Tiềm năng năng lượng gió Việt Nam: ................................................................ 1
1.3 Mục tiêu của đề tài ............................................................................................... 3
1.4 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài .......................................................................... 3
1.5 Phương pháp nghiên cứu: ................................................................................... 4
1.6 Cấu trúc của luận văn .......................................................................................... 4
CHƯƠNG 2: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ ....................... 6
2.1 Cấu trúc tổng quan cảu hệ thống phát điện gió ................................................ 6
2.1.1 Tuabin – Cánh quạt ...................................................................................... 7
2.1.2 Trạm điều khiển ............................................................................................ 7
2.1.3 Rotor tuabin ................................................................................................... 7
2.1.4 Máy phát điện ................................................................................................ 7
2.1.5 Các công thức liên quan đến hệ thống phát điện gió ................................. 8
2.2 Tổng quan về DFIG: .......................................................................................... 10
2.2.1 Cấu tạo của máy phát điện cảm ứng nguồn kép (doubly-fed induction
Generators) DFIG: .................................................................................................... 10
2.2.2 Nguyên lý hoạt động của máy phát DFIG ................................................ 12
2.2.3 Điều khiển độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng stator 13
2.3 Tổng quan về bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu .................................................. 16
2.3.1 Bộ chỉnh lưu ................................................................................................. 16
2.3.2 Bộ nghịch lưu áp 3 pha ............................................................................... 22
CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN CỦA MÁY PHÁT KHÔNG
ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP ......................................................................................24
3.1 Mô hình toán của máy phát điện (DFIG) trong hệ trục tọa độ tĩnh α-β. ...... 24
GVHD: BÙI MINH DƯƠNG ii HVTH: PHẠM TIẾN ĐẠT
3.2 Mô hình toán của máy phát điện (DFIG) trong hệ trục tọa độ quay d-q. .... 28
3.3 Điều khiển công suất DFIG: ............................................................................. 32
..................................................................................................................................37
CHƯƠNG 4: MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN GIÓ SỬ
DỤNG DFIG ...........................................................................................................39
4.1 Tổng quan ........................................................................................................... 39
4.2 Thiết kế giải thuật điều khiển mô hình nội ...................................................... 42
4.1.1 Giới thiệu: .................................................................................................... 42
4.1.2 Nguyên lý điều khiển mô hình nội đối với máy phát điện DFIG ............ 43
4.1.3 Biểu diễn trạng thái của hệ thống DFIG ................................................... 44
4.3 Hệ thống điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của DFIG:
48
4.3.1 Mô hình chuyển đổi từ hệ a, b, c thành hệ 𝜶𝜷 ......................................... 48
4.3.2 Mô hình cho biết vị trí trục quay và góc trượt: ........................................ 50
4.3.3 Mô hình cho biết tốc độ gió tham chiếu .................................................... 50
4.3.4 Mô hình phát các dòng điện tham chiếu ................................................... 51
4.3.5 Phát hiện các thành phần d-q của dòng điện: .......................................... 53
4.3.6 Mô hình phát ra các điện áp tham chiếu .................................................. 53
4.3.7 Bộ điều khiển Id-Iq tách rời ......................................................................... 54
4.3.8 Mô hình tạo xung PWM ............................................................................. 54
4.3.9 Khối này chuyển đổi tốc độ gió thành mô men xoắn. .............................. 55
4.4 Mô hình máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) ..................................... 56
4.5 Mô hình máy biến áp 3 pha 2 cuộn dây nguồn AC và đồng hồ đo đa năng . 58
4.5.1 Máy biến áp.................................................................................................. 58
4.5.2 Multimeter ................................................................................................... 59
4.5.3 Nguồn điện áp 3 pha: .................................................................................. 60
CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ................................................................61
5.1 Chế độ làm việc bình thường của hệ thống phát điện gió .............................. 61
Khảo sát trong thời gian 15s ....................................................................................... 61
5.1.1 Điện áp tức thời: .......................................................................................... 61
5.1.2 Công suất đầu stator và đầu rotor ............................................................. 62
GVHD: BÙI MINH DƯƠNG iii HVTH: PHẠM TIẾN ĐẠT
5.1.3 Điện áp đo lường ở tụ DC ........................................................................... 64
5.1.4 Dòng điện đâu rotor và đầu stator............................................................. 67
5.1.5 Mômen xoắn................................................................................................. 69
5.1.6 Công suất ở bộ chuyển đổi tốc độ gió. ....................................................... 69
5.2 Xét trường hợp ngắn mạch: .............................................................................. 70
5.2.1 Điện áp tức thời: .......................................................................................... 70
5.2.2 Công suất đầu stator và đầu rotor ............................................................. 71
5.2.3 Dòng điện đầu rotor và đầu stator............................................................. 73
5.2.4 Điện áp đặt đo lường tụ DC ....................................................................... 75
5.2.5 Momen xoắn: ............................................................................................... 77
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN .....................................................................................78
6.1. Kết luận. ................................................................................................................. 78
6.1.1 Đề tài đã thực hiện được một số nội dung chính như sau. ........................... 78
6.1.2. Hạn chế. ........................................................................................................... 78
6.2. Hướng phát triển đề tài ........................................................................................ 78
Tài liệu tham khảo ....................................................................................................79
GVHD: BÙI MINH DƯƠNG iv HVTH: PHẠM TIẾN ĐẠT
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2. 1: Đường cong hiệu suất turbine ................................................................. 8
Hình 2. 2: Cấu tạo của DFIG .................................................................................. 10
Hình 2. 3 : Đặc tính momen, tốc độ làm việc của máy phát DFIG ........................ 11
Hình 2. 4: Mạch điện tương đương của DFIG trong hệ trục tọa độ tham chiếu d-p
................................................................................................................................ 13
Hình 2. 5: Bộ chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển .............................................. 16
Hình 2. 6: Dạng sóng xoay chiều nguồn ba pha ..................................................... 17
Hình 2. 7: Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển ................................................... 19
Hình 2. 8: Dạng sóng xoay chiều nguồn ba pha ..................................................... 20
Hình 2. 9: Bộ nghịch lưu áp 3 pha.......................................................................... 22
Hình 3. 1: Sơ đồ đấu dây của hai bộ dây quấn stator và rotor dạng Y-Y............... 24
Hình 3. 2: Trục của dây quấn stator và rotor trong hệ trục dq ............................... 29
Hình 3. 3: Mạch điện tương đương mô hình động cơ DFIG trong hệ trục tọa độ
tham chiếu dq quay với tốc độ đồng bộ ................................................................. 32
Hình 3. 4: Sơ đồ điều khiển dòng công suất trao đổi giữa stator DFIG và lưới điện
................................................................................................................................ 33
Hình 3. 5: Định hướng hệ trục tọa độ dq theo véctơ điện áp lưới .......................... 34
Hình 3. 6: Giản đồ véctơ điện áp lưới và véctơ từ thông stator ............................. 35
Hình 3. 7: Giản đồ véctơ dòng, áp và từ thông của DFIG ..................................... 37