Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
165
MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ
NAM CHÂM VĨNH CỬU DỰA TRÊN TUABIN GIÓ
Lê Trung Dũng1, Đỗ Duy Hiệp2
1Đại học Thủy lợi, email: dunglt@tlu.edu.vn
2Đại học Thủy lợi, email: hiepdd@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Năng lượng gió ngày càng trở nên quan
trọng và được sử dụng rộng rãi trong bối
cảnh khủng hoảng năng lượng và các vấn đề
về ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên việc sử
dụng hiệu quả năng lượng gió đòi hỏi phải
điều khiển hiệu quả hệ thống biến đổi năng
lượng gió thành điện. Báo cáo này hướng tới
việc mô hình hóa và mô phỏng hệ thống
tuabin gió-máy phát điện, là bước khởi đầu
quan trọng nhằm mục đích điều khiển tối ưu
hệ thống này.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Dựa trên các lý thuyết về tuabin gió, máy
phát điện, về mô hình hóa và mô phỏng
chúng tôi xây dựng mô hình toán học của hệ
thống và mô phỏng trên phần mềm
Matlab&Simulink.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
3.1. Mô hình tuabin gió
Phương trình động năng của gió:
2
k1
E mv
2
Trong đó
m vS t

là khối lượng không
khí và
v
là tốc độ gió,
là mật độ không khí,
2
SR
là diện tích của bề mặt tác dụng.
Từ đó có biểu thức công suất gió:
3 2 3
k
wdE 11
P Sv R v
dt 2 2

Công suất cơ học lấy ra từ gió thấp hơn
công suất này và đặc trưng bởi hệ số
m p w
P C P
1
p
C
là hàm của hệ số công suất
R
v
và góc cánh
.
max 0,593
p
C
được gọi là giới
hạn Betz. Bằng thực nghiệm người ta xây
dựng được đồ thị giá trị của
đối với các
loại cánh khác nhau như hình 1:
Hình 1: Đồ thị giá trị của Cp
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
166
Mô men cơ học của tuabin:
3
2 3 2
11
22
p
m
mp
C
Pv
T R C R v

3.2. Mô hình máy phát điện
Mô hình trong không gian dq:
1()
1(( ) )
ds d e qs ls q d
ds ls
qs q e ds ls d f q
qs ls
di R i L L i V
dt L L
di R i L L i V
dt L L

Sơ đồ mạch tương đương như Hình 2.
Mô men điện từ của máy phát:
3()
2
e ds qs d q q f
T p L L i i i
Phương trình động học của tốc độ:
re r m
d1
(T F T )
dt J
Lds+Lls
Rs
e(Lqs+Lls)iq
id
vd
Lqs+Lls
Rs
e(Lds+Lls)id
iq
vq
Hình 2. Mạch tương đương của máy phát điện
3.3. Mô phỏng hệ thống
Từ những phương trình đã có ta xây dựng
mô hình mô phỏng hệ thống bằng phần mềm
Matlab&Simulink như hình 3.
Hình 3. Sơ đồ mô phỏng hệ thống
3.4. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng khi cho tốc độ gió thay
đổi đột ngột ở thời điểm 0,5 s như Hình 4. Ta
thấy điện áp một pha cũng thay đổi tương
ứng cả về biên độ và tần số.
Hình 4. Kết quả mô phỏng tốc độ gió,
mô men và điện áp
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
167
4. KẾT LUẬN
Báo cáo đã nghiên cứu và xây dựng được
mô hình hệ thống tuabin-máy phát điện đồng
bộ nam châm vĩnh cửu, kết quả mô phỏng là
hợp lý.
Hướng mở rộng: từ đồ thị điện áp ta thấy
chưa thể sử dụng được ngay vì nó có biên độ
và tần số thay đổi, cần sử dụng thêm bộ biến
đổi công suất.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Adam Mirecki, Xavier Roboam, Frédéric
Richardeau. 2007. Architecture Complexity
and Energy Efficiency of Small Wind
Turbines. IEEE Transactions on industrial
electronics, vol. 54, no. 1, February
[2] S. Samanvorakjj, P. Kumkratug, . 2013.
Modeling and Simulation PNSG based on
Wind Energy Conversion in
Matlab/Simulink” in Proc. Of the Second
Intl. Conf. on Advances in Electronics and
Electrical Engineering – AEEE, ISBN: 978-
981-07-5939-1
[3] S. Vijayalakshmi, Saikumar.S, Saravanan.S,
R.V.Sandip, Vijay Sridhar, “Modeling and
control of a Wind Turbine using Permanent
Magnet Synchronous Generator” in
International Journal of Engineering
Science and Technology, ISBN: 978-981-
07-5939-1
[4] G. Ramtharan and N. Jenkins. 2007.
Modeling and control of Synchronous
Generators for Wide-Range Variable-speed
Wind Turbines”. Wind Energy, Wiley
Interscience, vol. 10, pp. 231-246.
[5] Richard C.Dorf, Robert H.Bishop, “Modern
Control Systems”, Twelfth edition, Prentice
Hall, ISBN-13: 978-0-13-602458-3.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
168