Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:121

Thêm vào BST

Báo xấu

22
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon" nghiên cứu tổng quan tình hình khai thác và sử dụng nguồn năng lượng sóng biển; nghiên cứu tổng quan về các bộ biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện, nghiên cứu và phân tích một vài bộ biến đổi năng lượng sóng biển; nghiên cứu, phân tích và mô phỏng kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phần mềm Simulink/Matlab.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- NGUYỄN NGỌC SANG Đề tài: ĐIỀU KHIỂN P VÀ Q CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN WAVE DRAGON LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM --------------------------- NGUYỄN NGỌC SANG Đề tài: ĐIỀU KHIỂN P VÀ Q CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN WAVE DRAGON LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. BÙI XUÂN LÂM TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Bùi Xuân Lâm (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày … tháng … năm … Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 Chủ tịch 2 Phản biện 1 3 Phản biện 2 4 Ủy viên 5 Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Tp. HCM, ngày__tháng__năm 2018 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Ngọc Sang Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: Nơi sinh: Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: I- Tên đề tài: Điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon II- Nhiệm vụ và nội dung: - Nghiên cứu tổng quan tình hình khai thác và sử dụng nguồn năng lượng sóng biển. - Nghiên cứu tổng quan về các bộ biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện. - Nghiên cứu và phân tích một vài bộ biến đổi năng lượng sóng biển như: + Bộ biến đổi năng lượng sóng biển chìm Aschimedes Wave Swing (AWS). + Bộ biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon. - Nghiên cứu, phân tích và mô phỏng kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng cho hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu bằng phần mềm Simulink/Matlab. III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Xuân Lâm CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng đuợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đuợc cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã đuợc chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Nguyễn Ngọc Sang
LỜI CÁM ƠN Đầu tiên, xin chân thành cám ơn PGS. TS. Bùi Xuân Lâm đã tận tình đóng góp những ý kiến quý báu và hướng dẫn tôi thực hiện Luận văn này. Xin cám ơn quý Thầy, Cô đã trang bị cho tôi nền tảng kiến thức quý báu trong quá trình học tập mà đã giúp tôi đủ kiến thức để thực hiện Luận văn. Xin cảm ơn tập thể lớp 16SMĐ12 đã động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện Luận văn. Cuối cùng, xin cám ơn Trường Đại học Công nghệ Tp. HCM; Viện Khoa học Kỹ thuật HUTECH; Viện Đào tạo sau Đại học và Cơ quan công tác đã tạo cơ hội cho tôi thực hiện Luận văn này. Nguyễn Ngọc Sang
Tóm tắt Năng lượng của sóng biển đã được ghi nhận từ thời đại cổ xưa của loài người. So với các nguồn năng lượng tái tạo khác, năng lượng sóng biển có tính an toàn cao hơn, tạo được sự đồng tình trong xã hội lớn hơn, không cần một bộ máy điều hành lớn và phức tạp, mức độ ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường không nhiều. Một cách đơn giản hơn, trong số các nguồn năng lượng tái tạo, năng lượng sóng biển chưa được tận dụng nhiều, mặc dù các nhà khoa học đã nhận ra rằng hiệu suất chuyển hóa từ năng lượng sóng biển thành năng lượng điện của nguồn năng lượng này là cao. Mặt khác, khi đưa các hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển vào vận hành độc lập hoặc khi kết nối với lưới điện quốc gia thì những yêu cầu khắt khe đối với lưới điện là cần thiết, nó là một phần quy định của vận hành hệ thống điện. Những quy định này đưa ra những yêu cầu cho hệ thống biến đổi làm việc dưới điều kiện vận hành bình thường cũng như sự cố. Trong trường hợp này, việc điều chỉnh để phát công suất tác dụng và công suất phản kháng theo yêu cầu là một trong những bài toán quan trọng. Đề tài “Điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon” được lựa chọn và thực hiện trong luận văn này. Đề tài luận văn bao gồm các nội dung sau: - Chương 1: Giới thiệu chung - Chương 2: Cơ sở lý thuyết hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện - Chương 3: Điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon - Chương 4: Mô phỏng điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon - Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai
Abstract The wave energy has been recorded from the ancient times of humanity. Compared with other renewable energy sources, the wave energy is more secure, resulting in greater social consensus, without the need for a large and complex set of operating mechanisms that can affect the environment. The environment is not much. In a simpler way, among renewable energy sources, the wave energy has not been utilized much, although scientists have realized that the efficiency of converting wave energy into electrical energy is high. On the other hand, when the wave energy system is operated in standalone or connected to the national grid, the stringent requirements for the grid are needed. It is a regulated part of the operation regulation of the power system. These regulations set forth requirements for the conversion system to work under normal operating conditions as well as malfunction. In this case, the control for generating the active and reactive powers is one of the important problems. The thesis topic, of "P and Q control of a Wave Dragon wave energy system" is selected and implemented in this thesis. The thesis topic includes the following contents: - Chapter 1: Introduction - Chapter 2: Background to wave energy - Chapter 3: P and Q control of a Wave Dragon wave energy system - Chapter 4: Simulation results - Chapter 5: Conclusions and future works
i MỤC LỤC Mục lục ........................................................................................................... i Danh sách hình vẽ ......................................................................................... v Danh sách bảng............................................................................................. xi Chương 1 – Giới thiệu chung .................................................................... 1 1.1. Giới thiệu ............................................................................................... 1 1.2. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................ 7 1.3. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................ 7 1.4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 7 1.5. Mục đích và nội dung nghiên cứu .......................................................... 7 1.6. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 8 1.7. Tổng quan các nghiên cứu liên quan đến hệ thống điện năng lượng sóng biển ............................................................................................................... 8 1.8. Bố cục của luận văn ............................................................................. 13 1.9. Kết luận ............................................................................................... 13 Chương 2 - Cơ sở lý thuyết hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện ........................................................................................ 14 2.1. Giới thiệu ............................................................................................. 14 2.2. Phân loại sóng biển .............................................................................. 15 2.2.1. Phân loại sóng theo nguyên nhân và hiện tượng .............................. 15 2.2.2. Phân loại sóng theo độ cao ............................................................... 15 2.2.3. Phân loại sóng theo vùng sóng lan truyền và phát sinh ................... 16 2.2.4. Phân loại sóng theo tỷ số giữa độ cao, độ dài và độ sâu .................. 16 2.3. Năng lượng sóng và thông lượng năng lượng sóng ............................ 17 2.3.1. Năng lượng sóng .............................................................................. 17 2.3.2. Thông lượng năng lượng sóng ......................................................... 17 2.4. Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS ................................... 19
ii 2.4.1. Mô hình toán học cho sự chuyển động của hệ thống AWS ............. 20 2.4.1.1. Trong điều kiện sóng dao động bình thường ................................. 20 2.4.1.2. Trong điều kiện sóng dao động bất thường ................................... 21 2.4.2. Máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính trong hệ thống AWS 21 2.4.2.1. Cấu tạo ........................................................................................... 21 2.4.2.2. Nguyên lý hoạt động của máy phát nam châm vĩnh cửu tuyến tính22 2.4.2.3. Mô hình toán của máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính vận hành độc lập ................................................................................................ 23 2.4.2.4. Mô hình toán của máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính kết nối lưới điện trong khung tham chiếu a, b, c .............................................. 25 2.4.2.5. Mô hình toán của máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính kết nối lưới điện trong khung tham chiếu d-q .................................................. 29 2.4.3. Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống AWS ........................ 33 2.4.4. Đánh giá khả năng khai thác của hệ thống AWS ............................. 35 2.5. Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon ..................... 36 2.5.1. Giới thiệu .......................................................................................... 36 2.5.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển Wave Dragon .............................................................................................. 45 2.5.3. Mô hình toán học của hệ thống Wave Dragon ................................. 48 2.5.4. Mô hình toán mô tả máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) trong hệ thống Wave Dragon ..................................................................... 49 Chương 3 - Điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon ............................................................................................ 52 3.1. Giới thiệu ............................................................................................. 52 3.2. Điều khiển công suất tác dụng ............................................................ 52 3.3. Điều khiển công suất phản kháng ........................................................ 52 3.4. Các kỹ thuật điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng 53 3.4.1. Các hệ trục tọa độ ............................................................................. 53 3.4.2. Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu phía lưới ..................... 54 3.5. Điều khiển nghịch lưu theo định hướng vector điện áp ...................... 55
iii 3.6. Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển thành năng lượng điện Wave Dragon ................................................. 57 3.7. Các giải thuật xác định điểm công suất cực đại cho máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu ............................................................................... 58 3.7.1. Giải thuật P&O (Perturbation & Observation) ................................. 58 3.7.2. Giải thuật WSM (Wave Speed Measurement) ................................. 59 3.7.3. Giải thuật PSF (Power Signal Feedback) ......................................... 59 Chương 4 - Mô phỏng điều khiển P và Q của hệ thống điện năng lượng sóng biển Wave Dragon ...................................................................................... 61 4.1. Giới thiệu ............................................................................................. 61 4.2. Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG) ......................... 62 4.3. Bộ chỉnh lưu ........................................................................................ 64 4.4. Bộ nghịch lưu ...................................................................................... 65 4.5. Bộ chuyển đổi hệ trục tọa độ abc thành hệ trục tọa độ dq .................. 68 4.6. Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng .................... 68 4.7. Bộ phát tín hiệu điều khiển bộ nghịch lưu .......................................... 69 4.8. Kết quả mô phỏng điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của PMSG ........................................................................................ 70 4.8.1. Trường hợp 1 - Tốc độ rotor không đổi ........................................... 70 4.8.2. Trường hợp 2 - Tốc độ rotor thay đổi .............................................. 76 4.8.3. Trường hợp 3 – Công suất tác dụng Pref thay đổi ............................. 82 4.8.4. Trường hợp 4 – Công suất tác dụng, Pref và tốc độ rotor, r thay đổi ..................................................................................................................... 88 4.8.5. Trường hợp 5 – Công suất tác dụng, Pref; công suất phản kháng,Qref và tốc độ rotor, r thay đổi ......................................................................... 94 Chương 5 - Kết luận và hướng phát triển tương lai ........................... 101 5.1. Kết luận ............................................................................................. 101 5.2. Hướng phát triển tương lai ................................................................ 102
iv Tài liệu tham khảo .................................................................................. 103
vii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1. Bản đồ năng lượng sóng biển Việt Nam ...................................... 9 Hình 1.2. Mô hình hệ thống máy phát trong nghiên cứu của các tác giả Phùng Văn Ngọc, Nguyễn Thế Mịch và Đặng Thế Ba .............................. 10 Hình 1.3. Mô hình thiết bị chuyển đổi trong nghiên cứu của các tác giả Tống Đức Năng và Lê Hồng Chương ........................................................ 11 Hình 2.1. Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển AWS .......................... 19 Hình 2.2. Nguyên lý hoạt động của hệ thống AWS ................................... 20 Hình 2.3. Cấu tạo máy phát tuyến tính ....................................................... 21 Hình 2.4. Các thành phần của hệ thống AWS ............................................ 22 Hình 2.5. Sơ đồ thay thế máy phát điện nam châm vĩnh cửu tuyến tính ... 23 Hình 2.6. Trạng thái của AWS khi sóng biển nhô cao ............................... 25 Hình 2.7. Trạng thái của AWS khi sóng biển hụp xuống .......................... 28 Hình 2.8. Hệ tọa độ a, b, c và d, q .............................................................. 29 Hình 2.9. Công suất tỉ lệ với độ cao sóng biển ........................................... 35 Hình 2.10. Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển WD .......................... 37 Hình 2.11. Hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển WD đang được xây dựng và khai thác tại Nissum Bredning, Đan Mạch ................................... 37 Hình 2.12. Vùng biển Nissum Bredning, Đan Mạch ................................. 38 Hình 2.13. Các bộ phận cơ bản của hệ thống biến đổi năng lượng sóng biển WD ............................................................................................................. 39 Hình 2.14. Hệ thống WD với các kích thước tương ứng trong điều kiện sóng biển 24 kW/m ............................................................................................. 41 Hình 2.15. Đoạn đường dốc thực tế của hệ thống WD .............................. 42 Hình 2.16. Hệ thống neo của hệ thống WD ............................................... 43 Hình 2.17. Hệ thống neo của một tập hợp các hệ thống WD ..................... 43 Hình 2.18. Hệ thống tuabin của hệ thống WD ........................................... 44 Hình 2.19. Tuabin của hệ thống WD .......................................................... 44
viii Hình 2.20. Mô tả hoạt động của hệ thống WD với mặt cắt ngang ............. 45 Hình 2.21. Mô tả hoạt động của hệ thống WD với mặt bằng .................... 45 Hình 2.22. Nguyên lý hoạt động của hệ thống WD ................................... 46 Hình 2.23. Quá trình sản xuất năng lượng điện của hệ thống WD ............ 46 Hình 2.24. Hệ trục tọa độ d-q cho máy phát PMSG .................................. 50 Hình 3.1. Các phương pháp điều khiển nghịch lưu phía lưới .................... 55 Hình 3.2. Sơ đồ khối kết nối bộ nghịch lưu ............................................... 56 Hình 3.3. Sơ đồ điều khiển nghịch lưu PWM theo VOC ........................... 56 Hình 3.4. Sơ đồ điều khiển P và Q của hệ thống biến đổi WD .................. 57 Hình 3.5. Nguyên lý của giải thuật P&O ................................................... 58 Hình 3.6. Nguyên lý của giải thuật WSM .................................................. 59 Hình 3.7. Nguyên lý của giải thuật PSF ..................................................... 59 Hình 4.1. Sơ đồ điều khiển P và Q của hệ thống biến đổi WD .................. 61 Hình 4.2. Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện năng lượng sóng biển kết nối lưới và điều khiển công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q .................... 62 Hình 4.3. Khối máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu ...................... 63 Hình 4.4. Hộp thoại khai báo thông số cho máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu ............................................................................................ 63 Hình 4.5. Sơ đồ khối bộ chỉnh lưu ............................................................. 64 Hình 4.6. Cầu chỉnh lưu diode .................................................................... 64 Hình 4.7. Hộp thoại khai báo các thông số cho bộ chỉnh lưu .................... 65 Hình 4.8. Sơ đồ khối bộ nghịch lưu ........................................................... 65 Hình 4.9. Sơ đồ mô phỏng bộ nghịch lưu .................................................. 66 Hình 4.10. Sơ đồ kết nối bộ nghịch lưu với lưới điện ................................ 67 Hình 4.11. Sơ đồ khối biến đổi điện áp từ hệ trục tọa độ abc thành hệ trục tọa độ dq ..................................................................................................... 68 Hình 4.12 Sơ đồ khối mô phỏng tính toán công suất phát lên lưới ............ 69 Hình 4.13. Sơ đồ khối điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của PMSG của hệ thống WD ........................................................... 69
ix Hình 4.14. Sơ đồ tạo tín hiệu xung kích điều khiển bộ nghịch lưu ............ 70 Hình 4.15. Sơ đồ bộ điều chế độ rộng xung PWM .................................... 70 Hình 4.16. Tốc độ rotor, r không đổi ....................................................... 71 Hình 4.17. Công suất tác dụng tham chiếu, Pref = 250.000 (W) ................. 71 Hình 4.18. Công suất tác dụng của PMSG, P (W) ..................................... 72 Hình 4.19. Đánh giá khả năng điều khiển công suất tác dụng của PMSG theo công suất tham chiếu, Pref ................................................................... 72 Hình 4.20. Công suất phản kháng tham chiếu, Qref = 150.000 (VAr) ........ 73 Hình 4.21. Công suất phản kháng của PMSG, Q (VAr) ............................ 73 Hình 4.22. Đánh giá khả năng điều khiển công suất phản kháng của PMSG theo công suất tham chiếu, Qref ....................................................... 74 Hình 4.23. Điện áp của PMSG, vabc khi hòa lưới ....................................... 75 Hình 4.24. Cường độ dòng điện của PMSG, iabc khi hòa lưới ................... 75 Hình 4.25. Tần số của PMSG, f khi hòa lưới ............................................. 76 Hình 4.26. Tốc độ rotor, r thay đổi .......................................................... 77 Hình 4.27. Công suất tác dụng tham chiếu, Pref = -550.000 (W) ............... 77 Hình 4.28. Công suất tác dụng của PMSG, P (W) ..................................... 78 Hình 4.29. Đánh giá khả năng điều khiển công suất tác dụng của PMSG theo công suất tham chiếu, Pref ................................................................... 78 Hình 4.30. Công suất phản kháng tham chiếu, Qref = 150.000 (VAr) ........ 79 Hình 4.31. Công suất phản kháng của PMSG, Q (VAr) ............................ 79 Hình 4.32. Đánh giá khả năng điều khiển công suất phản kháng của PMSG theo công suất tham chiếu, Qref .................................................................. 80 Hình 4.33. Điện áp của PMSG, vabc khi hòa lưới ....................................... 81 Hình 4.34. Cường độ dòng điện của PMSG, iabc khi hòa lưới ................... 81 Hình 4.35. Tần số của PMSG, f khi hòa lưới ............................................. 82 Hình 4.36. Tốc độ rotor, r không đổi ....................................................... 83 Hình 4.37. Công suất tác dụng tham chiếu, Pref thay đổi ........................... 83 Hình 4.38. Công suất tác dụng của PMSG, P (W) ..................................... 84 Hình 4.39. Đánh giá khả năng điều khiển công suất tác dụng của PMSG theo công suất tham chiếu, Pref ................................................................... 84
x Hình 4.40. Công suất phản kháng tham chiếu, Qref = 150.000 (VAr) ........ 85 Hình 4.41. Công suất phản kháng của PMSG, Q (VAr) ............................ 85 Hình 4.42. Đánh giá khả năng điều khiển công suất phản kháng của PMSG theo công suất tham chiếu, Qref .................................................................. 86 Hình 4.43. Điện áp của PMSG, vabc khi hòa lưới ....................................... 87 Hình 4.44. Cường độ dòng điện của PMSG, iabc khi hòa lưới ................... 87 Hình 4.45. Tần số của PMSG, f khi hòa lưới ............................................. 88 Hình 4.46. Tốc độ rotor, r thay đổi .......................................................... 89 Hình 4.47. Công suất tác dụng tham chiếu, Pref ......................................... 89 Hình 4.48. Công suất tác dụng của PMSG, P (W) ..................................... 90 Hình 4.49. Đánh giá khả năng điều khiển công suất tác dụng của PMSG theo công suất tham chiếu, Pref ................................................................... 90 Hình 4.50. Công suất phản kháng tham chiếu, Qref = 150.000 (VAr) ........ 91 Hình 4.51. Công suất phản kháng của PMSG, Q (VAr) ............................ 91 Hình 4.52. Đánh giá khả năng điều khiển công suất phản kháng của PMSG theo công suất tham chiếu, Qref .................................................................. 92 Hình 4.53. Điện áp của PMSG, vabc khi hòa lưới ....................................... 93 Hình 4.54. Cường độ dòng điện của PMSG, iabc khi hòa lưới ................... 93 Hình 4.55. Tần số của PMSG, f khi hòa lưới ............................................. 94 Hình 4.56. Tốc độ rotor, r thay đổi .......................................................... 95 Hình 4.57. Công suất tác dụng tham chiếu, Pref ......................................... 95 Hình 4.58. Công suất tác dụng của PMSG, P (W) ..................................... 96 Hình 4.59. Đánh giá khả năng điều khiển công suất tác dụng của PMSG theo công suất tham chiếu, Pref ................................................................... 96 Hình 4.60. Công suất phản kháng tham chiếu, Qref .................................... 97 Hình 4.61. Công suất phản kháng của PMSG, Q (VAr) ............................ 97 Hình 4.62. Đánh giá khả năng điều khiển công suất phản kháng của PMSG theo công suất tham chiếu, Qref ................................................................. 98 Hình 4.63. Điện áp của PMSG, vabc khi hòa lưới ....................................... 99 Hình 4.64. Cường độ dòng điện của PMSG, iabc khi hòa lưới ................... 99 Hình 4.65. Tần số của PMSG, f khi hòa lưới ........................................... 100
xi DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1. Phân loại sóng theo nguyên nhân và hiện tượng ....................... 15 Bảng 2.2. Phân loại sóng theo vùng sóng truyền và phát sinh ................... 16 Bảng 2.3. Công suất phát theo độ cao sóng ................................................ 35 Bảng 2.4. Thông số chính của một số hệ thống WD tương ứng với các điều kiện sóng khác nhau ................................................................................... 40
1 Chương 1 Giới thiệu chung 1.1. Giới thiệu Năng lượng của sóng biển đã được ghi nhận từ thời đại cổ xưa của loài người. Các thử nghiệm chuyển đổi năng lượng sóng biển đã được tiến hành từ lâu, chuyển đổi sóng biển được bắt đầu với việc sử dụng sóng để phát tín hiệu cho các phao hàng hải; năng lượng sóng được sử dụng để nén khí trong một ống dọc giữa các phao tạo ra còi báo hiệu. Việt Nam có vị trí địa lý và khí hậu thuận lợi, cùng với nguồn tài nguyên năng lượng tái tạo khá dồi dào và đa dạng gồm: năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng sóng biển, nhiên liệu sinh học, địa nhiệt... Các nguồn năng lượng này được phân bố trải rộng trên nhiều vùng sinh thái. Với nhu cầu sử dụng năng lượng đang gia tăng nhanh ở Việt Nam việc sớm khai thác các nguồn năng lượng đó là rất cần thiết không những góp phần giảm gánh nặng về cung cầu năng lượng khi các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt mà còn có ý nghĩa to lớn trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Nhu cầu về điện năng trên thế giới đang gia tăng một cách mạnh mẽ cùng với sự phát triển của các nền kinh tế và sự tăng dân số trên phạm vi toàn cầu. Nhưng sự bùng nổ về nhu cầu điện này lại diễn ra đúng vào lúc nguồn năng lượng từ dầu và khí – vốn hiện tại cung cấp một nửa năng lượng cho toàn thế giới – lâm vào tình thế rất khó khăn [1]. Các số liệu cho thấy vào năm 2050, dân số thế giới sẽ tăng 50% với 9 tỷ người. Khi ấy, nhu cầu tiêu thụ dầu mỏ sẽ tăng khoảng 35% và nhu cầu năng lượng về tổng thể sẽ tăng tới 65% (tính cả dầu, khí, than đá, năng lượng hạt nhân, năng lượng tái tạo…). Và theo ước tính của các nhà địa chất học thì lượng dầu mỏ chỉ đủ cung cấp cho thế giới trong 60 năm tới. Lượng khí thiên nhiên chỉ đủ cho 70 đến 90 năm tới.
2 Chính vì sự cạn kiệt và khan hiếm nhiên liệu cho nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế đang trở thành mục tiêu và giải pháp chung của nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có Việt Nam. Với những ưu điểm như giá thành thấp, ít gây ảnh hưởng tiêu cực cho môi trường, các nguồn năng lượng xanh như năng lượng mặt trời, năng lượng gió hay đặc biệt là năng lượng sóng biển được xem là một nguồn năng lượng thay thế hữu ích, đang được nhiều nước chú trọng phát triển cho ngành sản xuất năng lượng điện Ở nước ta, vấn đề cung cấp năng lượng điện phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất chưa được đảm bảo liên tục, nhất là vào mùa hè. Tình trạng cắt điện luân phiên ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất của các nhà máy, xí nghiệp và sinh hoạt của người sử dụng điện. Từ đó, có thể nhận thấy rằng, nghiên cứu giải quyết an ninh năng lượng là vấn đề cấp bách ở nước ta hiện nay. Thêm vào đó, các nguồn năng lượng điện truyền thống cũng đang có các tác tiêu cực đến hệ sinh thái. - Thủy điện * Tác động đến thế giới động vật Hồ chứa nước của các công trình thủy điện chiếm một diện tích rất đáng kể đất ngập nước, đã làm mất đi hệ quần thể thực vật, vốn là thức ăn nuôi sống động vật. Hậu quả là nhiều loại động vật cũng bị tiêu diệt hoặc phải di cư đến nơi khác sinh sống. Vì vậy, khi thiết kế xây dựng hồ chứa nước bắt buộc phải có các tính toán về thiệt hại đối với thế giới động vật, tính toán thiệt hại về kinh tế. Và phải tính đến các biện pháp hoàn bù đất, cải tạo, tăng độ phì nhiêu của đất, cải thiện điều kiện cho thực vật phát triển và áp dụng các biện pháp công nghệ sinh học khác để cải tạo đất. * Tác động đến hệ sinh thái dưới nước Tác động của các hồ chứa nước và hoạt động của nhà máy thủy điện sẽ làm thay đổi hệ sinh thái dưới nước ở khu vực có công trình thủy điện. Hệ sinh thái sông sẽ phải nhường vị trí cho hệ sinh thái hồ tại khu vực hồ chứa nước.
3 Trong các dự án hiện nay về hồ chứa nước, người ta đều tiến hành dự báo chất lượng nước, trong đó phải tính đến các đặc điểm thoát nước tự nhiên, ảnh hưởng của các nguồn gây ô nhiễm môi trường, các quá trình lưu chuyển nước trong vùng. Kết quả dự báo chất lượng được trình bày dưới dạng các chỉ tiêu thủy hóa và thuỷ sinh học. Việc đánh giá chất lượng nước được thực hiện bằng cách so sánh kết quả dự báo với nồng độ giới hạn cho phép các thành phần khác nhau, quy định trong các tài liệu tiêu chuẩn – quy phạm. * Tác động của công trình thủy điện đến ngư trường Xây dựng công trình thủy điện sẽ hạn chế các luồng di cư, bán di cư của các loài cá, làm thay đổi điều kiện sinh sản, có nguy cơ làm kiệt quệ nguồn thức ăn của cá tại các công trình lấy nước tại nhà máy thủy điện. Kết quả là nguồn thủy sản bị giảm, đặc biệt là các loại cá quý hiếm, trong một số trường hợp còn bị tuyệt chủng. Để ngăn ngừa các hậu quả tiêu cực này, trong các dự án thủy điện hiện nay, người ta cho áp dụng các biện pháp đặc biệt, trong đó có biện pháp xây dựng công trình bảo vệ cá, cho cá qua lại và tạo lập cơ sở thức ăn cho cá. * Tác động của khí hậu Các hồ chứa nước lớn sẽ tác động đến vi khí hậu các vùng lân cận, có thể giảm nhiệt độ cực trị của khí quyển. Nhiệt độ cao nhất về mùa hè có thể giảm xuống 2-3oC, mùa đông tăng lên 1-20C, độ ẩm không khí cũng có thể thay đổi. * Tác động của xã hội Tác động của công trình thủy điện đến tình hình xã hội ở khu vực xây dựng công trình, trước hết là phải di dời dân ra khỏi khu vực công trình và vùng sẽ bị ngập nước. Tác động tiêu cực thứ hai là sự thay đổi điều kiện khí hậu, sinh thái sẽ gây ảnh hưởng đến sức khoẻ và hoạt động trong đời sống của nhân dân. Ngoài ra, có thể có những thay đổi điều kiện tác động của công trình thủy điện đến môi trường thiên nhiên.