Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép

Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> <br /> <br /> MÁY PHÁT ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ NGUỒN KÉP<br /> <br /> Tống Thị Hiếu*<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Máy phát điện không đồng bộ nguồn kép (DFIG - Doubly Fed Induction Generator) là máy<br /> điện không đồng bộ rotor dây quấn được cấp nguồn điện xoay chiều thông qua cả stator và rotor.<br /> Nó có khả năng điều chỉnh độc lập công suất phản kháng và công suất tác dụng, điều chỉnh được<br /> giá trị điện áp và tần số phát. Trong ngành công nghiệp điện, DFIG chủ yếu được sử dụng làm máy<br /> phát cho các hệ thống tuabin gió. Bài báo này phân tích cấu tạo, nguyên lý hoạt động và mô hình<br /> toán học của DFIG trong hệ thống tuabin gió – DFIG.<br /> <br /> Từ khóa: DFIG, hệ thống tuabin gió – DFIG, bộ biến đổi AC/DC/AC<br /> <br /> DFIG - DOUBLY-FED INDUCTION GENERATOR<br /> ABSTRACT<br /> DFIGs - Doubly -fed Induction Generators are basically electric machines that are<br /> fed ac currents into both the stator and rotor windings. It is capable to adjust independently<br /> reactive power and active/ real power, adjust the voltage value and transmission frequency. In<br /> electric power industry DFIGs is commonly used as generator for wind turbines. The article<br /> analyses the structure, operation principle and mathematical model of DFIGs in wind turbines<br /> system.<br /> <br /> Key words: DFIG, wird, turbine, system based on DFIG, AC/DC/AC converter<br /> <br /> <br /> <br /> 1. Đặt vấn đề nguồn kép DFIG có khả năng điều chỉnh độc<br /> Như chúng ta đã biết, máy điện không lập công suất phản kháng và công suất tác<br /> đồng bộ có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành dụng, điều chỉnh được điện áp và tần số phát<br /> và chi phí đầu tư thấp nhưng lại ít được sử của máy.<br /> dụng làm máy phát điện do không có khả a. Cấu tạo DFIG<br /> năng phát công suất phản kháng mà tiêu thụ DFIG có cấu tạo giống máy điện không<br /> công suất phản kháng khi nối với lưới, làm đồng bộ rotor dây quấn với các cuộn dây<br /> giảm hệ số công suất. Chính vì vậy, vấn đề stator được nối với lưới thông qua máy biến<br /> điều chỉnh công suất phản kháng của máy áp ba pha và các cuộn dây rotor được nối với<br /> phát điện không đồng bộ được đưa ra. Từ bộ biến đổi công suất AC/DC/AC thông qua<br /> đó phát triển máy phát điện không đồng bộ vành trượt và chổi than (xem hình 1).<br /> <br /> *<br /> ThS. GV. Khoa Kỹ thuật – Công nghệ, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Bình Dương<br /> <br /> <br /> 44<br />  Máy phát điện . . .<br /> <br /> Tuabin<br /> Công suất Stator MBA<br /> Hộp<br /> Gió Lưới<br /> số<br /> <br /> ấ<br /> ộ RSC C GSC Bộ lọc<br /> ố Lướ<br /> <br /> <br /> <br /> Công suất Rotor<br /> ộ ọ<br /> Bộ điều khiển và bảo vệ hệ thống<br /> <br /> Hình 1.Hệ thống tuabin gió - DFIG ấ<br /> ụ<br /> Bộ biến đổi AC/DC/AC thườngộtạo<br /> điề bởi ể các ảđiốtệmắcệ song<br /> ố song, có thể biến đổi công<br /> bộ biến tần nguồn áp sử dụng các IGBT với suất hai chiều (hình 2).<br /> <br /> RSC Tụ C GSC<br /> ộ ọ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Bộ lọc<br /> <br /> <br /> <br /> ộ ến đổ ồ ộ ến đổ ộ ến đổ<br /> phía lướ ) đượ ố ả ồ ớ ụ Ở đầ ủ<br /> ộ ến đổi phía lướ ộ ọc L để ố ể ấp vào lưới. Đồ ờ ộ<br /> ến đổ ộ ến đổi PWM cơ bả ử ụ ệ ả<br /> Hình 2. Bộ biến đổi AC/DC/AC trong DFIG<br /> đượ ộ ến đổ ồệ ố ộ ến đổ ộ ến đổ<br /> phía lướộ ến đổ ) đượxemốnhư ảbộ ồ ếnớđổ điề ụ(hoặc<br /> ểỞ đầ điệủ<br /> ộ Bộếnbiến<br /> đổi đổi gồm<br /> phía lướcó bộ biến đổi ộểphía<br /> được<br /> ọc rotor<br /> L để ố côngể suất tác dụng ồn ápstator<br /> phía<br /> ấp vào lưới. Đồ tốc độ ờ ộ<br /> ục đích chính của RSC là điề ỉ ấ ụ ặ ốc độ<br /> (RSC –ủ Rotor Side Converter)<br /> ến đổ ộấ ếnảđổivà bộ<br /> PWM biếncơ bảquayử củaụ rotor)<br /> ột cách độ ậvà côngệ suất phản kháng phía ả<br /> đượphía lưới (GSC ệ- Grid<br /> đổi ố Side Converter) stator một cách độc lập.<br /> GSC thườ ỉ điề ển điệ ộ ến đổ ũng có thể đượ ử ụng để<br /> được nối<br /> đảộ phản<br /> ến<br /> ả hồi<br /> đổ với nhau<br /> ấ ảthông ểqua<br /> đượctụ C.<br /> xem như<br /> ự ố -bộGSC ến thường chỉápđiều<br /> đổ ất lượng<br /> ồn điề khiển<br /> điện điệnlướ<br /> năngể của ápđiệ<br /> Ở đầu raục củađích chínhđổi<br /> bộ biến củaphía<br /> RSC là (GSC)<br /> lưới điề có ỉ nhánh ấDC. Bộụbiến đổi cũng có thể ặ được<br /> ốc độsử<br /> ủL để tối thiểu hóa sóng<br /> bộ lọcNăng ấ ả ột cách<br /> đảm độ ậ<br /> lượ ự ữ ụhài cấp vào dụngểđể đượ ếbảo công suất phản kháng khi<br /> GSC thườ<br /> lưới. Đồng ỉ điềđổi AC/DC/AC<br /> thời bộ biến ển điệ là có sự cốộ vàến đổ cao<br /> nâng ũngchất<br /> có thể<br /> lượngđượđiệnử năng<br /> ụng để<br /> <br /> bộ biếnđả  cơ bản<br /> ả<br /> đổi PWM ấ<br /> VDC2 ả<br /> sử dụng công nghệ ự ố<br /> của lưới [3], [4]. ất lượng điện năng của lướ<br /> PWM sóng sin nên giảm được sóng hài cho Năng lượng dự trữ trong tụ C (nhánh DC)<br /> TrongNăng<br /> đó: lượ ự ữ ụ ể đượ ế<br /> hệ thống. có thể được viết:<br /> -Bộ biến<br /> <br /> đổi phía rotor<br /> 2 có thể được xem<br /> VDC<br /> <br /> =<br /> EC ∫=<br /> như bộ biến đổi nguồn áp điều khiển dòng 1<br /> TrongMục<br /> điện. đó: đích chính của RSC là điều chỉnh PC dt CVDC<br /> 2<br /> (1)<br /> 2<br /> <br /> 45<br /> Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> Trong đó:<br /> y PC là công suất qua tụ C, PC = Pr – Pf,<br /> f s = r p (2)<br /> n .n<br /> Pr là công suất đầu vào rotor, Pf là công suất<br /> 120<br /> đầu ra lưới.<br /> y C là giá trị điện dung của tụ C. Trong đó: np là số cực của máy phát điện.<br /> y VDC là điện áp tụ C. Từ phương trình (2) ta nhận thấy rằng,<br /> 2. Nguyên lý hoạt động của DFIG khi tốc độ quay của rotor máy phát (nr) bằng<br /> Với máy phát điện đồng bộ, để làm việc với tốc độ quay đồng bộ của máy phát (ns)<br /> được thì ta cần có động cơ sơ cấp kéo rotor thì tần số của điện áp cảm ứng qua dây quấn<br /> của máy phát quay đồng thời cấp nguồn kích stator máy phát (fs) bằng với tần số (flưới) của<br /> từ DC cho cuộn dây rotor. Máy phát biến đổi mạng lưới.<br /> công suất cơ trên trục thành công suất điện Nguyên lý làm việc của DFIG tương tự<br /> để cung cấp cho lưới thông qua dây quấn như máy phát điện đồng bộ chỉ khác ở chỗ từ<br /> stator. Khi có động cơ sơ cấp kéo trục của trường tạo bởi dòng điện trong rotor không<br /> máy phát quay kéo theo rotor của máy phát phải là tĩnh mà là từ trường quay (vì nó được<br /> cũng quay, từ trường tĩnh được tạo bởi dòng tạo bởi dòng điện xoay chiều 3 pha với tần số<br /> điện DC cấp vào cuộn dây rotor máy phát fr) với tốc độ nΦ,rotor tỷ lệ với tần số dòng điện<br /> cũng quay với cùng tốc độ quay của rotor cấp vào cuộn dây rotor. Điều đó có nghĩa là từ<br /> (nr). Kết quả, sinh ra từ trường cắt qua các trường quay cắt qua cuộn dây stator không chỉ<br /> cuộn dây của stator, trong các cuộn dây của quay do sự quay của rotor máy phát mà còn do<br /> ừ phương tr ậ ấ ằ ốc độ ủ ằ<br /> stator xuất hiện một<br /> ớ ốc sức đồ<br /> độ quay điện ộđộngủ cảm ứng. ầ tác dụng<br /> ố ủa điệ quay ả bởi<br /> ứ dòng điện ấ AC cấp vào cuộn<br /> Mối quan hệ giữa tần số ằ f ớcủa ầ điện<br /> ố lướápủxoay<br /> ạng lướ dây rotor. Chính vì vậy, tần số sức điện động<br /> s<br /> ệ ủa DFIG tương tự như máy phát điện đồ ộ ỉ ở ỗ ừ<br /> chiều cảm ứngtrườ trong<br /> ạ ở dây quấn điệ stator máy ả cảm ĩnh ứng<br /> m trên<br /> ừ trườdây quấn stator đượ chịu<br /> ạ ảnh hưởng<br /> phát và tốc độở quayđiệcủa rotorề (nr) được ớ ầ thể<br /> ố ớ bởi<br /> ốc độ<br /> cả Φ,rotor<br /> tốc độ ỷ quay<br /> ệ ớ ầcủa ố rotorđiệ(nr)ấvà tẩn số dòng<br /> ộn dây rotor. Điều đó có nghĩa l ừ trườ ắ ộ ỉ<br /> hiện qua phương trình: ự ủ dòng<br /> ụ điện ởcấp cho điệ rotor ấ(fr ) (hình<br /> ộ 3).<br /> ậ ầ ố ức điện độ ả ứ ấ ị ảnh hưở<br /> bởi cả tốc độ quay của rotor (n ) và tẩn số dòng dòng điện cấp cho rotor (f ) (hình 3).<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> a. Từ trường tạo ra bởi rotor quay b. Từ trường tạo ra bởi rotor quay<br /> cùng chiều với rotor máy phát ngược chiều với rotor máy phát<br /> <br /> Sự tương tác giữa tốc độ quay của rotor với tần số từ trường quay tạo bởi<br /> HìnhHình<br /> 3. Sự3. tương tác giữađiệtốc độ quay của ấ<br /> rotorủ với tần số từ trường quay<br /> tạo bởi dòng điện trong dây quấn rotor của DFIG<br /> ừ trườ ạ ở điệ ấ ề ớ<br /> ốc độ ủ ổ ủ Φ,rotor ầ ố ủ ức điện độ ả<br /> ứ ấ ủ được tính theo phương tr<br /> <br /> fs  fr 46<br /> <br /> ừ trườ ạ ởi rotor quay ngượ ề ớ ốc độ ủ<br /> ệ ủ Φ,rotor ầ ố ủ ức điện độ ả ứ ấ<br /> ủa máy phát do đó được tính theo phương tr<br />  Máy phát điện . . .<br /> <br /> Khi từ trường tạo ra bởi dòng điện cấp Tần số fr của dòng điện xoay chiều cần<br /> vào rotor quay cùng chiều với rotor máy thiết để cấp nguồn cho cuộn dây rotor của<br /> phát,tốc độ quay của rotor là tổng của nr và DFIG nhằm duy trì tần số đầu ra fs bằng với<br /> nΦ,rotor (hình 3a). Tần số fs của sức điện động tần số flưới phụ thuộc vào tốc độ quay của rotor<br /> cảm ứng trong dây quấn stator của máy phát máy phát và được tính theo phương trình sau:<br /> được tính theo phương trình (3):<br /> =<br /> f r fluoi −<br /> nr .n p<br /> (5)<br /> = + fr<br /> nr .n p 120<br /> fs (3)<br /> 120<br /> Từ phương trình (5), nếu tốc độ quay<br /> Khi từ trường tạo ra bởi rotor quay ngược của DFIG bằng tốc độ đồng bộ ns, tần số fr<br /> chiều với rotor máy phát, tốc độ quay của rotor sẽ bằng 0 Hz, DFIG hoạt động như máy phát<br /> là hiệu của nr và nΦ,rotor (hình 3b). Tần số fs của điện đồng bộ.<br /> sức điện động cảm ứng trong dây quấn stator của Khi tốc độ quay của rotor nr giảm dưới tốc<br /> máy phát do đó được tính theo phương trình (4): độ đồng bộ (nr < ns), tần số fr cần phải tăng tương<br /> ứng và cùng cực tính để đảm bảo thứ tự pha của<br /> = − fr<br /> nr .n p<br /> fs (4) dòng điện xoay chiều 3 pha cấp cho dây quấn<br /> 120<br /> rotor tạo ra từ trường quay cùng chiều với tốc độ<br /> Nói tóm lại, tần số fs của sức điện động quay của rotor như minh họa trong hình 3a.<br /> cảm ứng trên dây quấn stator của DFIG tỷ lệ Khi tốc độ quay của rotor nr tăng trên tốc<br /> với tốc độ nΦ,stator của từ trường quay sinh ra độ đồng bộ (nr > ns), tần số fr cần phải tăng<br /> ả năng phát điệ ớ ầ ố ằ ố ầ ố đượ<br /> do dòngằ điện ầ ốtrong<br /> lướ ặ dây ố độquấn stator. Tốc ựđộ<br /> luôn thay đổ dao độ tương ứng<br /> ất cơ của độvà ngược cực tính để đảm bảo<br /> cơ sơ cấ ốc độ ủa tuabin gió). Để đạt đượ ục đích trên, tầ ố ủ điệ ấ<br /> nΦ,stator phụ thuộcấ vào<br /> ủ tốcả độ quay ục được rotor<br /> điề nrtương<br /> ỉnh (doứ ớ thứ ự thaytựđổ pha<br /> ốc độ của<br /> ủ dòng điện xoay chiều 3 pha<br /> rotor để ầ ố ều đầ ủ<br /> công suất cơầ trên ố trục<br /> ủ rotor)<br /> điệ và ềtầnầ sốết fđểr của ấ ồ cấp ộcho dây ủquấn rotor tạo ra từ trường quay<br /> ằ ầ ố đầ ằ ớ ầ ố ụ ộ ốc độ ủ<br /> dòng xoay chiều<br /> máy phát cấp<br /> và được vàophương<br /> tính theo rotor máy phát. lướ<br /> ngược chiều với tốc độ quay của rotor như<br /> DFIG cókhả năng  phát điện áp 3 pha với minh họa trong hình 3b.<br /> tần số fs là hằng số, trtần số ếfs được<br /> ừ phương ốc độ duy ủ trì bằng ằ ốc độ đồ 3.<br /> ộ Dòng<br /> ầ ố ẽ công suất của DFIG<br /> ằ ạt động như máy phát điện đồ ộ<br /> tần số lưới mặc ốcdùđộ tốc độ ủ<br /> rotor ảm nr dướ<br /> luônốc thay<br /> độ đồ<br /> đổi ộ<br /> Dòng ảicông<br /> ầ ố ầ tăng<br /> suất trong hệ thống tuabin gió<br /> do sự dao động<br /> tương ứ<br /> ấ<br /> côngạ<br /> suất cơ củaảđộng<br /> ực tính để đả<br /> ừ trườ<br /> ứ ự<br /> cơ sơ<br /> ề ớ ốc độ<br /> ủ<br /> cấpđiệủa rotor<br /> – DFIGề<br /> như minh họ<br /> được<br /> ấ<br /> thể hiện như hình 4 trong đó Ps,<br /> (tốc độ của tuabin gió). Để đạt được mục đích Qs là công suất tác dụng và công suất phản<br /> ốc độ ủ tăng trên tốc độ đồ ộ ầ ố ầ ải tăng<br /> trên, tầntương fấr của<br /> số ứng dòng<br /> và ngượ<br /> ạ<br /> điện<br /> ực tính để đảcấpả vào<br /> ừ trường quay ngượ<br /> ứ ự dâyủquấnđiệ<br /> ề ớ ốc độ<br /> kháng ề đầu ấ ra phía stator; P , Q là công suất<br /> ủa rotor như minh họ r r<br /> rotor của DFIG phải liên tục được điều chỉnh tác dụng và công suất phản kháng đầu ra phía<br /> ất của DFIG<br /> tương ứng với sự thay ấ đổi ệtốc ố độ của rotor DFIG đượđể ể ện như h Pf, Qfđólà công suất tác dụng và công<br /> rotor;<br /> duy trì tần số ụ<br /> dòng xoayấ<br /> ấ<br /> ụ<br /> chiều đầu ra của DFIG. ấsuấtụ phản kháng<br /> ản kháng đầ<br /> ấ ản kháng đầ ấ<br /> ấ<br /> đầu ra GSC.<br /> ản kháng đầ<br /> Hình 4. Dòng công suất trong<br /> hệ thống tuabin gió - DFIG<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Dòng công suất trong hệ thống tuabin gió - DFIG<br /> <br /> ấ ại vành trượ ể ảy theo hai hướ ừ 47 ớ ồ ặ ừ ồ<br /> vào rotor và do đó tốc độ ủ ể được điề ể ừ ả ặ<br /> ặc dướ ốc độ đồ ộ ế ả ể được điề ể ạt động như<br /> ộ ặc như một động cơ. Nếu dướ ốc động đồ ộ ở ế độ động cơ và<br /> ốc động đồ ộ ở ế độ ạt động như bộ ỉnh lưu và GSC<br />  Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> Công suất tại vành trượt có thể chảy theo Ở trạng thái xác lập, tốc độ quay của rotor<br /> hai hướng là từ rotor tới nguồn hoặc từ nguồn không đổi thì ta có:<br /> vào rotor và do đó tốc độ của máy phát có thể Tm= Te và Pm = Pr +Ps<br /> được điều khiển từ cả hai phía rotor hoặc stator, → Pr = Pm - Ps = -s.Ps (9)<br /> <br /> ωs − ωrố<br /> trên hoặc dưới tốc độ đồng bộ. Kết quả, DFIG<br /> = dướ<br /> ωs cơ,<br /> ạt động như<br /> có thểbộđượcịch lưu,<br /> điều và công<br /> khiển hoạt suấ<br /> động ại vành<br /> như mộttrượ<br /> máy ả ề stator.<br /> Trong Ngượ<br /> đó s ại, là hệ số trượt của<br /> động đồ ộ ở ế độ ốc động đồ ộ ở ế độ động<br /> phát hoặc như một<br /> ạt động như bộ<br /> động cơ. Nếu dưới tốc động DFIG.<br /> ịch lưu và GSC hoạt động như bộ ỉnh lưu, và công suấ ạ<br /> trượ đồng<br /> ấ bộ DFIGạở ốc chếđộđộ đồ độngộ cơ và trên tốcạt động như máy phát điện đồ ộ<br /> động đồng<br /> ất cơ bộ DFIG<br /> và công ở chếủ độ máyđượ<br /> suất điệ phát, RSCnhư Hệ số trượt thường nhỏ hơn 1 nên Pr chỉ<br /> hoạt<br /> .ω động như bộ chỉnh lưu và GSC hoạt động là một phần của Ps.<br /> như<br /> .ω bộ nghịch lưu, và công suất tại vành trượt Khi DFIG được vận hành trên tốc độ đồng<br /> ỏ<br /> trả ổvề stator.<br /> ấ<br /> Ngược lại, dưới tốc động đồng bộ bộ (s0) thì Pr là giá trị âm hay công suất Pr<br /> Ở ạ ậ ốc độ ủa rotor không đổ<br /> lưu, và công suất tại vành trượt cung cấp cho được lấy từ tụ C, làm giảm điện áp DC. GSC<br /> rotor. Tại tốc độ đồng bộ thì DFIG hoạt động được sử dụng để phát hoặc tiêu thụ công suất<br /> →P<br />  <br /> như máy phát điện đồng bộ. công suất Pf để giữ cho điện áp DC là hằng<br />  suất cơ vàệcông<br /> <br /> Trong đóCông ố trượsuấtủđiện của DFIG số. Ở trạng thái xác lập, bỏ qua các tổn thất<br /> được tính như sau: của bộ biến đổi công suất ta có Pr bằng Pf.<br /> ệ ố trượt thườ Pr = Tm.ωrỏ hơn 1 nên<br /> (6) ỉ ộ ầ ủ Từ đó ta có sơ đồ khối tương đương về<br /> Khi DFIG đượ ậ<br /> Ps = Te.ωs (7) ốc độ đồ ộ dòng côngị suấtdương<br /> thựchaycủa<br /> công<br /> hệ thống tuabin gió -<br /> ấ đượ ạ ụ C, làm tăng điện áp DC. Khi DFIG đượ ận hành dướ ốc độ đồ<br /> ộ Bỏ qua tổnị thất máy phátấ ta có: đượ ấ ừ ụ DFIG với 3 chế độ vận hành riêng biệt là chế<br /> ảm điệ<br /> <br /> ậ J dỏω=<br /> đượ ử ụng để ặ ụ ấ ấ để ữđộchovậnđiệhành dưới tốcằ độ đồng<br /> ố bộ, chế độ vận<br /> Ở ạ r<br /> Tm − Te<br /> ổ ấ ủ ộ<br /> (8) ến đổ ấ ằ<br /> hành với tốc độ đồng bộ và chế độ vận hành<br /> ừ đó ta có sơ đồdt ối tương đương về ấ trên<br /> ự ủtốc độ ệ đồng<br /> ố bộ như hình 5.<br /> ớ ế độ ậ ệ ế độ ận hành dướ ốc độ đồ ộ ế độ ậ<br /> ớ ốc độ đồ ộ ế độ ậ ốc độ đồ ộ như h<br /> Hình 5. Hướng dòng công<br /> Vận hành dưới tốc độ suất tác dụng của stator<br /> và rotor DFIG ở các tốc<br /> đồng bộ<br /> độ rotor khác nhau<br /> <br /> <br /> <br /> Vận hành với tốc độ<br /> đồng bộ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Vận hành trên tốc độ<br /> đồng bộ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 48<br />  Máy phát điện . . .<br /> <br /> Ở tốc độ dưới tốc độ đồng bộ, bộ biến đổi Trong đó:<br /> nhận công suất từ lưới qua vành trượt để cấp y Vqs, Vds, Vqr, Vdr: tương ứng là điện áp<br /> cho rotor. Do đó xảy ra dòng công suất khép stato và rotor theo trục q và trục d.<br /> kín qua stator và rotor nhưng vẫn đảm bảo y Iqs, Ids, Iqr, Idr: tương ứng là dòng điện<br /> cho công suất đầu ra là giá trị dương. stato và rotor theo trục q và trục d.<br /> Tại điểm vận hành với tốc độ đồng bộ, y Ψqs, Ψds, Ψqr, Ψdr: tương ứng là từ thông<br /> công suất tác dụng phía rotor bằng không và ở stato và rotor theo trục q và trục d.<br /> chỉ có stator cấp công suất cho lưới. y �s: là vận tốc góc của hệ tọa độ quay<br /> Khi vận hành ở tốc độ trên tốc độ đồng đồng bộ.<br /> bộ, công suất cơ từ trục chia thành hai phần, y s�s = �s - �r là độ lệch tốc độ đồng bộ<br /> phần lớn công suất cấp cho lưới thông qua và tốc độ của rotor.<br /> stator và một phần nhỏ qua bộ biến đổi cấp y �r: là vận tốc góc rotor.<br /> vào lưới. Lúc này ấtcả<br /> Ở ốc độ dướ ốc độ đồ<br /> cho rotor. Do đó xả<br /> ộ ộ ến đổ<br /> stator và rotor để cấp ả<br /> ậ ấ ừ lưới qua vành trượt để ấ<br /> khép kín qua stator và rotor nhưng vẫn đả<br /> y Rs, Rr: tương ứng là điện trở của mạch<br /> côngất đầ<br /> ại điể<br /> suất<br /> ậ<br /> cho lưới vàộ kết quả<br /> ị dương.<br /> ớ ốc độ đồ ấ<br /> tổng<br /> ụ<br /> côngằ suất stator<br /> ỉ<br /> và rotor.<br /> đầuấ ra sẽ ấtlớn nhất.<br /> cho lướ<br /> Từ thông trong các phương trình trên<br /> ậ ở ốc độ ốc độ đồ ộ ất cơ từ ụ ầ<br /> ầ ớ 4. ấMô hình<br /> ấp cho lướ DFIG ộ ầ ỏ ộ ến đổ ấ được tính bởi các công thức:<br /> lướ ả stator và rotor để ấ ất cho lướ ế ả ổ ất đầ ẽ<br /> ớ ấ<br /> Sơ đồ mạch điện thay thế của DFIG được<br /> thể<br /> Sơ đồhiện như hình<br /> ạch điệ 6 [2]:<br /> ế ủa DFIG đượ ể ện như h Ψ qs= Ls I qs + Lm I qr (14)<br /> <br /> Ψ ds= Ls I ds + Lm I dr (15)<br /> <br /> Ψ qr= Lr I qr + Lm I qs (16)<br /> <br /> Ψ dr= Lr I dr + Lm I ds<br /> a) Trục d<br /> (17)<br /> <br /> Trong đó:<br /> y Ls, Lr và Lm: tương ứng là điện cảm<br /> b) Trục q<br /> stator, rotor và hỗ cảm với Ls = Lls + Lm và Lr<br /> Hình 6. Sơ đồ mạch điện tương đương của DFIG<br /> Hình 6. Sơ đồ mạch điện tương đương của DFIG = Llr + Lm.<br /> y Lls và Llr tương ứng là điện cảm của<br /> độ ủa DFIG đượ ể ễ ệ ọa độ quay đồ ộ ệ ọa độ<br /> như sau:Mô hình động của DFIG được biển diễn<br /> <br /> <br /> trong   tọa<br /> hệ   độ quay đồng bộ (hệ tọa độ d-q)<br /> qs<br /> chính cuộn dây stato và rotor.<br /> dt<br /> như sau:  Giải hệ các phương trình (14) - (17) ta<br />     ds<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> d Ψ qs<br /> dt<br />  qr<br /> được các phương trình dòng điện như sau:<br /> V= Rs I qs dt+ ωs Ψ ds +<br />    <br /> (10)<br /> I qs= Ψ qs − m Ψ qr<br />  dr<br /> qs<br />     dt 1 L<br /> d Ψ ds σ Ls σ Ls Lr<br /> (18)<br /> V= Rs I ds − ωs Ψ qs +<br /> dt<br /> <br /> <br /> ds (11)<br /> dt<br /> d Ψ qr<br /> V= Rr I qr + sωs Ψ dr + I ds= Ψ ds − m Ψ dr<br /> 1 L<br /> σ Ls σ Ls Lr<br /> qr (12) (19)<br /> dt<br /> d Ψ dr<br /> V=<br /> dr Rr I dr − sωs Ψ qr + (13)<br /> dt<br /> <br /> 49<br /> Taïp chí Kinh teá - Kyõ thuaät<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> I qr =− Ψ qs + Ψ Qs =<br /> Lm 1<br /> σ Ls Lr σ Lr qr<br /> 3<br /> (20) [Vqs I ds -Vds I qs ] (23)<br /> 2<br /> <br /> Pr = [Vqr I qr +Vdr I dr ]<br /> 3<br /> (24)<br /> I dr =− m Ψ ds + Ψ<br /> L 1<br /> σ Ls Lr σ Lr dr<br /> 2<br /> (21)<br /> Qr = [Vqr I dr -Vdr I qr ]<br /> 3<br /> (25)<br /> 2<br /> Ls Lr − L2m<br /> Trong đó σ = = ( Ψ ds I qs − Ψ qs I ds )<br /> 3 np<br /> là hệ số tản. Te (26)<br /> Ls Lr 2 2<br /> <br /> Giả sử bỏ qua các tổn hao công suất trên Trong đó: np là số cực của máy phát.<br /> điện trở stator và rotor, công suất tác dụng Tổng công suất tác dụng và công suất<br /> và công suất phản kháng và mômen điện từ phản kháng sinh ra bởi DFIG là:<br /> ở đầu ra phía stato và rotor máy phát tương Pt = Ps + Pr (27)<br /> ứng là: Qt = Qs + Qr (28)<br /> Nếu Pt và/hoặc Qt là giá trị dương thì<br /> Ps =<br /> 3<br /> [Vqs I qs +Vds I ds ] (22) DFIG phát công suất vào lưới, nếu là giá trị<br /> 2<br /> âm thì DFIG sẽ tiêu thụ công suất của lưới.<br /> <br /> <br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> <br /> <br /> 1. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Cơ sở truyền động điện , NXB Khoa học và kỹ thuật, 2007.<br /> 2. Yu Zou, Malik Elbuluk, Yilmaz Sozer, A Complete Modeling and Simulation of Induction Generator<br /> Wind Power Systems, IEEE, 2010.<br /> 3. E. Tremblay, A. Chandra, and P.J. Lagacé, Grid-Side Converter Control of DFIG Wind Turbines to<br /> Enhance Power Quality of Distribution Network, IEEE, 2006.<br /> 4. E. Tremblay, A. Chandra and P.J. Lagacé, Grid-Side Converter Control of DFIG Wind Turbines to<br /> Enhance Power Quality of Distribution Network, Proc. IEEE Power Engineering Society General<br /> Meeting, Jun 2006.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 50<br />