intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển hệ máy phát điện sức gió kiểu DFIG trong điều kiện lưới mất cân bằng

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:83

30
lượt xem
7
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Điều khiển hệ máy phát điện sức gió kiểu DFIG trong điều kiện lưới mất cân bằng" tập trung nghiên cứu giải pháp điều khiển các biến đổi điện tử công suất hệ thống máy phát kiểu DFIG khi lưới điện mất cân bằng nhằm đối phó với hiện tượng lưới mất cân bằng thông qua khả năng loại bỏ ảnh hưởng của các thành phần dao động trong mô men điện tử và các công suất đầu ra.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Điều khiển hệ máy phát điện sức gió kiểu DFIG trong điều kiện lưới mất cân bằng

  1. NGUYỄN THỊ THÀNH BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------- NGUYỄN THỊ THÀNH ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN HỆ MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ KIỂU DFIG TRONG ĐIỀU KIỆN LƢỚI MẤT CÂN BẰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA KHÓA: 2013 - 2015 Hà Nội – Năm 2016
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------- NGUYỄN THỊ THÀNH ĐIỀU KHIỂN HỆ MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ KIỂU DFIG TRONG ĐIỀU KIỆN LƢỚI MẤT CÂN BẰNG U KHIN VÀ T NG HÓA LU THK THUT U KHIN VÀ T NG HÓA NG DN KHOA HC TS. ĐÀO PHƢƠNG NAM Hà Nội – Năm 2016
  3. i LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyn Th Thành  Hc viên lp cao hc khóa 13  u khin và t ng hoa  ng i Hc Bách Khoa Hà Ni. Hin  i hc Kinh t K thut công nghip.       Điều khiển hệ máy phát điện sức gió kiểu DFIG trong điều kiện lưới mất cân bằngy giáo TS. Đào Phương Nam ng dn là công trình nghiên cu ca riêng tôi. Tt c các tài liu tham khu có ngun gc, xut x rõ ràng. Các s liu, kt qu trong luc và c ai công b trong bt k  công trình nào khác. Nu sai tôi xin hoàn toàn chu trách nhim. Hà Ni, ngày tháng  Tác gi Nguyễn Thị Thành
  4. ii LỜI CẢM ƠN Sau mt thi gian nghiên cu, làm vic khc s ng viên và  tn tình ca thng dn TS. Đào Phƣơng Nam, lu Điều khiển hệ máy phát điện sức gió kiểu DFIG trong điều kiện lưới mất cân bằng”  Tác gi xin bày t lòng bin: Thng dn tình ch d tác gi hoàn thành lu    i hc, các thy giáo, cô giáo Vi n  i hc Bách Khoa Hà N  tác gi trong sut quá trình hc tp và nghiên cu thc hin lu Toàn th ng nghip, bng  tác gi trong sut quá trình hc tp và hoàn thành bn lu Tác gi Nguyễn Thị Thành
  5. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Các ký hiệu: STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 1 ird , irq Các thành phn dòng rotor trên h t ti 2 isd , isq Các thành phn dòng stator trên h t ti 3 ir , is , i N n phía rotor, stator vi 4 iNd , iNq Các thành phi thuc h t dq 5 Ts , Tr Các hng s thi gian mch stator và rotor 6 Lm H cm gia stator và rotor 7 Ls , Lr n cm stator và rotor 8 Ls , Lr n cm tn phía stator và rotor 9 Rs , Rr n tr stator và rotor Lr Tr  Rr 10 Hng s thi gian rotor và stator Ls Ts  Rs 11 urd , urq Các thành phn áp rotor trên h t ti Các thành ph n áp stator trên h t  t  n áp 12 usd , usq i 13 ur , us , uN i 14 r ,  Vn tc góc mn rotor, vn tc ca rotor 15 ψ s ,ψ r Vector t thông  sd , sq Các thành phn t thông stator trên h t  t n áp 16 i L2m  1  17 Lr Ls H s tn tng
  6. iv 18 Te Mômen máy phát 19 fs Tn s mn stator 20 Ps , Qs Công sut tác dng và công sut phu ra ca stator 21 Pr , Qr Công sut tác dng và công sut phu ra ca rotor 22 Pg , Q g Công sut tác dng và công sut phu ra ca PGSC 23 Pseries , Qseries Công sut tác dng và công sut phn kháng ca SGSC Công sut tác dng và công sut phn kháng ca h thng DFIG 24 Ptotal , Qtotal vi SGSC 25 udc n áp mt chiu 26 s  t Chữ viết tắt STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ 1 DFIG Doubly-Fed Induction Generator n ngun kép) 2  ng b 3 pha ngun kép 5 RSC Rotor side converter (b bii phía rotor) 6 GSC Grid side converter (b bii) 7 SGSC Series Grid-Side Converter (B bii ni tii) 8 PGSC Parallel Grid-Side Converter (B bii) 9  u ch vector không gian 10 PWM u ch  rng xung 11  n sc gió 12 + và - Thành phn th t thun và th t nghch 13 av Thành phn trung bình 14 sin và cos Thành phng sin và cos 15 s, r Stator và rotor 16 * Giá tr t
  7. v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Số hiệu Nội dung Trang 1.1 H thn sc gió 1 1.2 Turbine gió vi t c nh [10] 7 Turbine gió vi t i có b bii ni trc tip 1.3 7 gii [10] 1.4 Turbine gió s dn cm ng ngun kép [10] 8 Các ch  vn hành và dòng chng. (a) 1.5 các ch  vn hành, (b) ng chy  ch  i 9 ng b, (cng chy  ch  ng b [5] 2.1 H thn sc gió 11 2.2 ng cong s dng trong giu khin turbine [3] 14 2.3  ma DFIG [10] 15 2.4 Dòng chng ca DFIG khi b qua tn tht [10] 17 2.5 Nguyên lý vector không gian [10] 18 2.6  khi mn mô t h thng DFIG 19  thay th i ca DFIG trong h to  không gian 2.7 20 vector 2.8 Mô hình b li trong h to  không gian vector 21 2.9 Mô hình DCLink 22 2.10  khu khin phía máy phát 24 2.11 Cu khin phía máy phát 25 2.12 u khin máy phát s dng DFIG [1] 26 2.13  khu khii 27 2.14 Cu khii 29 Hình dng các h thn áp ba pha [11]. n áp cân 3.1 bng, n áp mt cân bng, n áp mt cân bng và b 31 bin dng 3.2 Mi quan h gia h t c nh  và h t dq+ và dq- 43 3.3 Ma DFIG trong t dq+ 45 3.4 Ma DFIG trong t dq- 45
  8. vi Cu khin b bii phía rotor (RSC) khi h thng 3.5 46 DFIG làm vic vi mt cân bng [13]   kh u khin h thng DFIG vi RSC b  3.6 46 u ch vector [13] C u khin b bi   i (GSC) khi h thng 3.7 47 DFIG làm vic vi mt cân bng [14]   kh u khin h thng DFIG vi GSC b  3.8 47 u ch vector [14] Cu trúc h      i mt cân bng vi 3.9 48 SGSC [12]  khu khin h thng DFIG vi SGSC b 3.10 59 u ch vector [14] 4.1  mô phng u khin sc gió kiu DFIG 57 Mô hình máy phát DFIG và h thn t công sut mch 4.2 58 lc 4.3 Khu khin turbine gió 58 4.4 Khu khii 59 4.5 Khu khin phía rotor 59 4.6 Các khi mô phng bên trong ca khu khii 60 4.7 Các khi mô phng bên trong ca khu khin phía rotor 61 u ra ci 4.8 62 sp 50% vi thi gian mô phng 0.4s ng công sut tác dng, công sut phn kháng, t rotor 4.9  n áp mt chiu (udc ) c      i sp 63 50% DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu Nội dung bảng biểu Trang 4.1 Thông s 1 máy phát DFIG 57
  9. vii MỤC LỤC Li Li cii Danh mc các ký hiu, các ch vit ttiii Danh mc các hình v  thv Danh mc các bng biuvi Mc lcvii M U1 NG QUAN H THN SC GIÓ 1.1. Khái quát v h thng gió ..........................................................4 1.1.1. ng gió ....................................................................................4 1.1.2. Trn .................................................................................5 1.2. Khái quát v h th n sc gió s d n cm ng ngun kép DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) .............................................6 1.2.1. Mt s h thn sc gió thông dng ...................................6 1.2.2. H thn sc gió s dng b ngun kép .............................................................................................................8 1.3. Ch  làm vic ca h thng máy phát DFIG vi mt cân bng .........9        U KHIN H MÁY N SC GIÓ KIU KII CÂN BNG 2.1. Các thành phu khin ca h thn sc gió s dng DFIG 11 2.1.1. u khin turbine .............................................................................12 2.1.2. u khin h thng máy phát ngun kép (DFIG) ............................14 2.2. n cm ng ngun kép DFIG ...........................................................15 2.2.1.  ma DFIG .........................................15
  10. viii 2.2.2. Công sut ca DFIG ..........................................................................17 2.2.3. Vector không gian .............................................................................18 2.2.4. Công sut tác dng và công sut phn kháng trong vector không gian ...........................................................................................................19 2.3. Mô hình hóa h thng DFIG .......................................................................19 2.3.1. n DFIG ............................................................20 2.3.2. Mô t hình hóa b li ........................................................21 2.3.3. Mô hình hóa b DC-Link ..................................................................22 2.3.4. Tng kt .............................................................................................22 2.4. u khin phía máy phát ............................................................................23 2.4.1. Cu khin............................................................................23 2.4.2. t k h thu khin phía mát phát .................26 2.5. u khii ....................................................................................27 2.5.1. Cu khin............................................................................27 2.5.2. Thit k h thu khin .............................................................28     U KHIN H   N SC GIÓ KIU KII MT CÂN BNG CÂN BNG 3.1. Khái nim v h thn mt cân bng ...........................................30 3.2. Lý thuyt công sut tc thi ........................................................................31 3.2.1. Nn tng ca lý thuyt công sut tc thi .........................................31 3.2.2. Phép bii Clarke .........................................................................31 3.2.3. Lý thuyt công sut tc thi theo thành phn Clarke........................33 3.2.4. Lý thuyt công sut tc thi theo nguyên lý p-q ...............................34 3.3. Tr i xng s dng b u khin vi thành phi xng .34 3.3.1. Bii Park ca h thi xng..........................35
  11. ix 3.3.2. nh các thành phi x t tc thi ...........................................................................................................39 3.4. Mô hình hóa h thng DFIG .......................................................................42 3.4.1. Phép bii h t .....................................................................42 3.4.2. Mô hình hóa máy phát DFIG ............................................................43 3.5. u khin h n DFIG .............................................................46 3.5.1. Khu khin h n DFIG làm viu kii mt cân bng .............................................................46 3.5.2. u khin h n DFIG làm viu kii mt cân bng vi SGSC .....................................................................48 3.5.3. ng ca h thu kii mt cân bng ...........................................................................................................49 3.5.4. u khin phi hp SGSC, PGSC và RSC ......................................52 3.5.5. u ch vector không gian cho khi SGSC và PGSC .....................57 3.6. Phân bit h thng máy phát kiu DFIG làm vic vn cân bng và vn không cân bng ................................................................................58 NG H THN SC GIÓ DFIG S DNG CÔNG C MATLAB - SIMULINK 4.1.  mô phng h thn sc gió DFIG làm vic vi mt cân bng s dng cu trúc truyn thng.........................................................61 Thông s máy phát: ...............................................................................................61 4.2. Chng ca h thu khin ............................................................66 KT LUN VÀ KIN NGH TÀI LIU THAM KHO
  12. u khin & T ng hóa MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Hin nay ngu  ng sch khá di dào, có kh  b sung cùng ngun  ng hóa thch, gim thi  ng t  ng. Ngu  ng mt trn phát trin và mi ch c thc hin vi công sut nh. Do vy vic s dng ngung tái to t  c quan tâm và phát trin  nhiu quc gia trên toàn cu. Các h thng bing gió hing có s dn ng b ngun kép DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) vi rotor dây quc ni vn thông qua mt b back-to-back converter, còn c ni trc tip v u khi   u khin b back-to-back converter phía rotor. Vì thit b n t công sut t  phía rotor nên công sut thit k bng 1/3 công sut toàn b n, cho phép gim giá thành ch còn 1/3 so vi các h thn sc gió s dn khácu này rt hp dn v mt kinh t, nht là khi công suc dù v u khin có phn phc tp. Các h thng cung cp và truyn tn ngày càng có yêu cu kh v chng ngun. Vì vy, các thit b n u v h th n sc gió vn ngày càng chim t tr trong tng a nhiu quc gia  m bo các yêu cu v cht  ra. Mt trong nhng yêu cu ca nhà qun tr h thn là kh i phó vi trng thái b ng c    i xng, l n áp, ngn m i vi h th  n sc gió, khi xy ra hi  i mt cân bng, theo [1] máy phát phi ct ra khi hoc chuyn sang ch  vn hành s c.  ch  u v tr i ca máy phát ph thc hin  u này, g   t s công trình nghiên cu. Tuy nhiên vi u Nguyn Th Thành 1 -
  13. u khin & T ng hóa khii mt cân bc nghiên cu m và tri. Bi vy tác gi ch tài nghiên cu: “ Điều khiển hệ máy phát điện sức gió kiểu DFIG trong điều kiện lưới mất cân bằng” nhm hoàn thin các v còn b ng hoi quyt tri  trên. Mục đích nghiên cứu  tài tp trung nghiên cu giu khin các b bin t công sut h thng máy phát kin mt cân bng nhi phó vi hin i mt cân bng thông qua kh  loi b ng ca các thành phn ng trong n t và các công suu ra. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ng nghiên cu là h thn sc gió s dn ng b ngun kép DFIG. Phm vi nghiên cu chính ca lucu khin phi hp gia các b bin t công sung hi mt cân bng. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cu lý thuy     h th i xoay chiu ba pha khi mi xng. Tng hp các công trình nghiên cu h tr h n si mt cân bng. Xây dng cu tu khin phi hp các b bin t công sut i (PGSC) và ni tii (SGSC). Mô phng Offline trên Matlab  Simulink. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài c ca lu xut mt gii u khin phi hp gia các b bi  n t công sut trong h th  n sc gió s dng DFIG. Nguyn Th Thành 2 -
  14. u khin & T ng hóa c tin ca lu  ng do và trin khai trong h thi mm. Những đóng góp của luận văn H thng hóa các v  lý thuy u khin h th  n sc gió ng hi mt cân b phi hu khin các b bii n t công sut. Mô phng kim chng h thng s dng Matlab  Simulink mt s trng thái làm vic ca h thn sc gió s dng DFIG. Cấu trúc của luận văn Lu: Chương 1: Tổng quan hệ thống phát điện sức gió. Gii thiu tng quan h thng hin nay và h thng  s dng DFIG. Chương 2: Tổng quan các phương pháp điều khiển hệ máy phát sức gió kiểu DFIG trong điều kiện lưới cân bằng. Trình bày các thành phu khin h thng n sc gió, mô hình toán hc và các biu khin phía máy phát, phía i ca h thng máy phát DFIG. T u trúc và thit k b u khin cho h thng khi làm vic vi cân bng. Chương 3: Phương pháp điều khiển hệ máy phát sức gió kiểu DFIG trong điều kiện lưới mất cân bằng. Trình bày khái nii mt cân bng, lý thuyt công sut tc th  thit k b u khin cho h thng máy phát làm vic khi i li bu khin phi hp gia các b bin t công sut  loi b ng ca các thành phng trong mô men và các công suu ra. Chương 4: Mô phỏng hệ thống DFIG sử dụng Matlab – Simulink. Mô phng kim chng các trng thái làm vic ca h th   n sc gió s dng DFIG. Phn cui cùng là các kt lun và kin ngh. Nguyn Th Thành 3 -
  15. u khin & T ng hóa CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ 1.1. Khái quát về hệ thống năng lƣợng gió 1.1.1. Năng lƣợng gió Hin nay ngung tái to khá di dào, có kh  ngun ng hóa thch, gim thing tng. Trong nhn u nghiên cu nhm sn xut ra các ngung sch, ch yu dng mt trng gió. H th n sc gió li d  làm quay turbine máy phát tc ng dng nhiu trong thc t. Hi  m nhiu turbine gió ni mng v th xây dng trên bin ho  t li    ng công sut mà các o ra có th n hàng chc MW. Hình 1.1: Mt lin gm nhiu máy phát ni mng vi nhau  im d thy nht ca h thn sc gió là không tiêu tn nhiên liu, không gây ô nhim môi trng  nhà máy nhit in, d chn a im và tit kit xây dng, khác hn vi các nhà máy thy in ch có th xây dng gn dòng nc mnh vi nhng u kin c bit và cn din tích rt ln cho h cha nc. Các trm phong n có th t gn  tiêu th i vy s Nguyn Th Thành 4 -
  16. u khin & T ng hóa tránh c chi phí cho vic xây dng ng dây ti in. Tr y, khi công ngh phonn còc ng dng, vic xây dng mt trm phong in rt tn kém, chi phí cho thit b và xây lp u rt t nên ch c áp dng trong mt s trng hp tht cn thit. Ngày nay phong in   nên rt ph bin, thit b c sn xut hàng lot, công ngh lp ráp ã hoàn thin nên chi phí cho vic hoàn thành mt trm phong in hin nay ch bng 1/4 so vi  1986. Phong in  tr thành mt trong nhng gii pháp nng lng quan trng  nhiu nc, và cng rt phù hp vi iu kin c có chiu dài b bin ln, có nhiu h  ng gió thi t bit lin, hi o l     ng gió  c ta rt ln, vì vy cn thit phi tin hành các nghiên cu ng dng nhm khai thác tri ngung tái to t gió. 1.1.2. Trạm phong điện n li dng sc s dng nhiu  c Châu Âu, M c công nghip phát triu th gii v công ngh n. Ti nay hu ht là các trn trc ngang, gm mn có trc quay nm ngang, vi rotor (phn quay)  gia, liên h vi mt turbine 3 cánh t trên mt tháp cao hình côn. Trn kiu này mang dáng dp nhng ci xay gió  châu Âu t nhng th k t thanh nhã và hii. Các tr  n tr ng gm m   n có trc quay thng ng, rotor nc ni vt thng. Trm phong n trng có th hong vi mng gió nên hiu qu  li có cu t  n, các b ph    c không quá ln nên vn chuyn và lp ráp d  bn cao, duy tu bn. Loi này mi xut hin t c nhi dng. Nguyn Th Thành 5 -
  17. u khin & T ng hóa Hin có các lon vi công sut rt khác nhau, t 1 kW ti hàng chc ngàn kW. Các trn có th hoc lp ho th ni vi mn quc gia. Các trc lp cn có mt b np, b c-quy và b n. Khi dùng không hc tích tr vào c-quy. Khi không có gió s s dn phát ra t c-quy. Các trm ni vi mn quc gia thì không cn b np và c-quy. Các trn có th n khi t gió t 6 m/s (22 km/h), và t ngn khi t t quá 25 m/s (90 km/h). T gió hiu qa t 10 m/s ti 17 m/s, tùy theo tng thit b n [3]. 1.2. Khái quát về hệ thống máy phát điện sức gió sử dụng máy điện cảm ứng nguồn kép DFIG (Doubly-Fed Induction Generator) 1.2.1. Một số hệ thống phát điện sức gió thông dụng Hin nay, có hai loc s dng trong h thng máy phát n sc gió ó là: turbine gió t c nh và turbine gió vi t i [10]. Loi turbine gió vi t c  ng b c ni trc tip vi. Tuy nhiên h thc m chính là do t c nh nên không th ng ci t gió. Hình 1.2: Turbine gió vi t c nh [10] Loi turbine gió t i (variable-speed wind turbine) khc phc m trên ca turbine gió vi t c  c t Nguyn Th Thành 6 -
  18. u khin & T ng hóa nên có th ng ci t gió. Bt li ca các turbine loi này là h thn phc tp, vì cn có b bin t công su to ra kh t ng vi t  i ln  vi các turbine t c nh. Turbine gió vi t i có hai loi: Turbine gió vi t i có b bii ni trc tip gii và turbine gió s dn cm ng ngun kép (DFIG). + Loi turbine gió vi t thi có b bii ni trc tip gia mch stator c i, do dó b bi  c tính toán vi công su nh mc ca toàn turbine. Máy phát   là long b rotor lng sóc hong b. ~ ~ Hộp số G ~ ~ Máy phát Các bộ biến đổi công suất Máy biến áp Hình 1.3. Turbine gió vi t i có b bii ni trc tip gii [10] Ngày nay vng ngày càng phát trin vic s dng ngung sch tái to t gió, trên th gi   to các loi turbine gió vi công sut ln trên 7MW, nu dùng loi turbine gió t i có b bii ni trc tip gii thì h thng s cng knh, tn kém, do b bii có công sut bng công sut ca toàn turbine. + Loi turbine gió s dn cm ng ngun kép DFIG (Doubly-Fed Induction Generator), vi rotor dây qun và rotor c ni v  n thông Nguyn Th Thành 7 -
  19. u khin & T ng hóa qua mt b back-to-back converter. Còn stator cc ni trc tip vi u khiu khin b back-to-back converter phía rotor. Máy biến áp Hộp số DFIG ~ ~ ~ ~ Các bộ biến đổi công suất Hình 1.3: Turbine gió s dn cm ng ngun kép [10] Vi s phát trin ca h thn gió  tt c  gii, các turbine gió d n kic s dng rng rãi cho h thng th h n gió. Bi vì, không gin khác thit b u khin ca DFIG t  phía rotor nên ch cn thit k bng 1/3 công sut toàn b máy phát. Dn giá thành r u so vi ng b 3 ng b 3 pha rotor lng sóc là loi cn thit b u khin nm gii nên có công sut bng chính công sut ca h thng máy phát [3]. 1.2.2. Hệ thống phát điện sức gió sử dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép  các h thn chy sc gió s dng b ta phi to t thông kích t      ng t gió. Vic kích t  hoc thc hin nh ngun t ng hp vi), hoc nh  to kích t, hoc nh t n vu kin có t n ng b.  các h thn s n cm ng ngun   c g     ng b ngun kép) vi công sut c ln c5 thit k vn hành  ch  hoà lng thng do turbine Nguyn Th Thành 8 -
  20. u khin & T ng hóa ly t ngun gió có th u khin ch  c, nh h th u khin góc c li t quay. c tính ca DFIG trong các ch  làm vic khác nhau và dòng ch c minh ha trên hình 1.4. n -1     -< s
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2