Nghiên cứu khả năng trụ lưới không đối xứng của hệ thống phát điện chạy bằng sức gió

Nguyễn Thị Mai Hương và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> 65(03): 126 - 133<br /> <br /> NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRỤ LƯỚI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA<br /> HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ<br /> Nguyễn Thị Mai Hương, Đinh Văn Nghiệp, Trần Thị Thanh Hải<br /> Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu về biện pháp khắc phục lỗi lưới đối xứng và không<br /> đối xứng trong các hệ thống phát điện chạy sức gió. Khi xảy ra lỗi lưới thì bộ biến đổi phía máy<br /> phát được điều khiển ngừng làm việc, các dây quấn rotor được nối tắt qua một hệ thống điện trở<br /> tiêu tán để duy trì quá trình vận hành đồng bộ của máy phát với lưới phân phối. Trong khi đó bộ<br /> biến đổi phía lưới được điều khiển để phát công suất phản kháng hỗ trợ lưới. Các kết quả mô<br /> phỏng được thực hiện trong môi trường Matlab - Simulink - Plecs cho thấy việc áp dụng biện pháp<br /> khắc phục lỗi lưới đã giúp cho hệ thống có các đáp ứng quá độ tốt khi xảy ra lỗi lưới đối xứng và<br /> không đối xứng.<br /> Từ khóa: Hệ thống phát điện sức gió,máy phát không đồng bộ nguồn kép, khắc phục lỗi lưới, lỗi<br /> lưới không đối xứng, điều khiển thụ động.<br />  ĐẶT<br /> <br /> VẤN ĐỀ<br /> Ngày nay, các hệ thống tuốc-bin gió hiện đại<br /> thường là các hệ thống có tốc độ thay đổi sử<br /> dụng các máy phát không đồng bộ nguồn kép<br /> (MFNK). Các máy phát này được nối với các<br /> bộ biến đổi ở cả hai phía rotor và lưới. Bên<br /> cạnh khả năng làm việc với dải biến thiên tốc<br /> độ lớn xung quanh tốc độ đồng bộ thì một ưu<br /> điểm quan trọng của các MFNK là ở chỗ các<br /> bộ biến đổi chỉ cần đảm bảo khả năng làm<br /> việc với khoảng 30% công suất tổng của máy<br /> phát. Điều này cho phép giảm được dung<br /> lượng của các bộ biến đổi và giá thành của hệ<br /> thống [1-3].<br /> Tuy nhiên, các hệ thống máy phát sức gió sử<br /> dụng MFNK có nhược điểm là rất nhạy đối<br /> với các nhiễu loạn lưới, đặc biệt là khi điện áp<br /> lưới giảm từ 0.1 - 0.9 đơn vị tương đối của<br /> điện áp lưới danh định trong khoảng thời gian<br /> từ 0.5 chu kỳ cho đến 1 phút. Hiện tượng như<br /> vậy còn được gọi là sập lưới [4,5]. Một trong<br /> các giải pháp để bảo vệ hệ thống khi xảy ra<br /> sập lưới là cắt máy phát ra khỏi lưới. Trong<br /> trường hợp như vậy, hệ thống tuốc-bin gió<br /> không có khả năng khôi phục lại ngay lập tức<br /> tình trạng làm việc như lúc trước khi xảy ra<br /> sự cố và phải hòa đồng bộ lại. Mặt khác, khi<br /> tổng dung lượng của các máy phát sức gió<br /> <br /> <br /> trong hệ thống phân phối ngày càng gia tăng<br /> thì việc cắt các máy phát ra khỏi lưới một<br /> cách không có kiểm soát có thể còn làm tồi tệ<br /> hơn tình trạng sập lưới do các máy phát<br /> ngừng cung cấp điện năng cho lưới. Thậm chí<br /> còn có thể dẫn đến việc làm mất ổn định hệ<br /> thống lưới phân phối [6,7].<br /> Khi hệ thống phân phối bị sự cố sập lưới sẽ<br /> làm gia tăng mạnh dòng điện trong các cuộn<br /> dây của MFNK. Do liên hệ giữa từ trường<br /> stator và rotor, dòng điện lớn này sẽ tác động<br /> vào mạch rotor và bộ biến đổi có thể dẫn đến<br /> việc phá hỏng bộ biến đổi nếu không có các<br /> biện pháp bảo vệ bộ biến đổi. Một nghiên cứu<br /> trong [8] đã chỉ ra rằng khi MFNK chịu tác<br /> động của nhiễu điện áp lưới sẽ gây ra dao<br /> động của từ thông trong máy. Khi các nhiễu<br /> loạn đó xuất hiện bộ biến đổi sẽ gia tăng điện<br /> áp rotor để khống chế dòng điện của nó. Khi<br /> điện áp yêu cầu vượt quá khả năng giới hạn<br /> của bộ biến đổi thì việc điều khiển dòng sẽ<br /> không còn tác dụng [9,10]. Vì vậy, hệ thống<br /> điều khiển cần duy trì làm việc và giảm dao<br /> động càng nhiều càng tốt trong suốt thời gian<br /> có lỗi lưới. Mặt khác, hệ thống cần phải được<br /> tái lập ổn định càng sớm càng tốt khi hết lỗi<br /> lưới [11].<br /> Các phương pháp điều khiển trụ lưới được<br /> trình bày trong các tài liệu [9, 12-14] thường<br /> sử dụng một bộ ngắt quá điện áp (BNQDA) là<br /> <br /> Tel: 0912479366 , Email:maihuongdhcn@gmail.com<br /> <br /> 126<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Mai Hương và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> các điện trở tiêu tán có điều khiển bởi các<br /> thyristor. Khi điện áp một chiều trung gian<br /> tăng cao hoặc khi điện áp lưới giảm xuống<br /> đến một mức nào đó thì BNQDA tác động.<br /> Bộ biến đổi phía máy phát sẽ ngừng làm việc<br /> và các dây quấn rotor của máy phát được nối<br /> kín mạch qua hệ thống điện trở tiêu tán này.<br /> Như vậy, trong quá trình lỗi lưới MFNK được<br /> sư dụng như một động cơ không đồng bộ<br /> rotor dây quấn. Trong khi đó bộ biến đổi phía<br /> lưới được đưa vào làm việc trong suốt thời<br /> gian lưới bị sự cố để hỗ trợ lưới. Tuy nhiên,<br /> hầu hết các nghiên cứu này chưa đề cập đến<br /> việc điều khiển bộ biến đổi phía lưới<br /> (BBDPL) để bù lỗi lưới khi lưới bị sự cố<br /> không đối xứng. Vì vậy, việc nghiên cứu vấn<br /> đề trụ lưới khi xảy ra lỗi lưới không đối<br /> xứng là một yêu cầu bức thiết.<br /> MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG MÁY PHÁT<br /> SỨC GIÓ<br /> Mô hình máy phát<br /> Trong bài báo này mô hình của máy phát<br /> được mô tả trên hệ tọa độ dq tựa theo điện áp<br /> lưới. Trong hệ tọa độ này mô hình không gian<br /> trạng thái của máy phát không đồng bộ nguồn<br /> kép được viết như sau [15]:<br /> <br /> <br /> x r  Arc ( ) xr  Brc urs<br /> yr  Crc xr<br /> <br /> với<br /> <br /> xr  ird irq  sd  sq  , urs  us ur  ,<br /> T<br /> <br /> T<br /> <br /> T<br /> <br /> T<br /> <br /> T<br /> <br /> us  usd usq  , ur  urd urq  , yr  ird irq  ,<br /> s  m a13 Ts a13m <br />  a11<br />   <br /> a11<br /> a13m a13 Ts <br /> m<br /> Arc ( )   s<br />  a31<br /> 0<br /> a33<br /> s <br /> <br /> <br /> a31<br /> s<br /> a33 <br />  0<br /> 0<br /> a  1 Lr<br /> 0 <br />   a Lm<br />  0<br />  a Lm<br /> 0<br /> a  1 Lr  ,<br /> Brc  <br />  1<br /> 0<br /> 0<br /> 0 <br /> <br /> <br /> 1<br /> 0<br /> 0 <br />  0<br /> 1 0 0 0  ,<br /> Crc  <br /> <br /> 0 1 0 0 <br /> <br /> a11    a  1 Tr  a Ts  ,<br /> <br /> a33   1 Ts ,<br /> <br /> a13  a Lm , a31  Lm Ts ,<br /> <br /> a  1  ,<br /> <br /> Ts  Ls Rs<br /> <br /> 65(03): 126 - 133<br /> <br /> biểu thị hằng số thời gian của stator<br /> và rotor, usd , usq , urd , urq , isd , isq , ird , irq là các<br /> thành phần điện áp và dòng điện tương ứng<br /> của stator và rotor trên các trục tọa độ d và q,<br />  sd và sq là các thành phần từ thông, Ls , Lr là<br /> các điện cảm của stator và rotor, Lm là điện<br /> cảm hỗ cảm, Rs , Rr là các điện trở stator và<br /> rotor,   1  L2m Ls Lr là hệ số từ tản tổng,<br /> m  s  r là tốc độ góc cơ của rotor, s và<br /> r là tốc độ góc điện của từ trường stator và<br /> rotor.<br /> Mô hình không gian trạng thái của lưới<br /> Mô hình không gian trạng thái của lưới có thể<br /> được biểu diễn như sau [15]:<br /> .<br /> Tr  Lr Rr<br /> <br /> <br /> <br /> x n  An xn  Bc uc  Bn un<br /> yn  Cn xn<br /> T<br /> <br /> với xn  ind inq  , ind và inq là các thành<br /> T<br /> phần của dòng điện lưới, uc  ucd ucq  ,<br /> T<br /> <br /> un  und unq  ,<br /> s <br />  nd<br />  R L<br /> An   c c<br />  , Bn   <br /> <br /> <br /> R<br /> L<br /> s<br /> c<br /> c<br /> <br />  nq<br /> 0 <br /> 1 L<br /> 1 0 <br /> Bc   c<br />  , Cn  0 1 <br /> 0<br /> 1<br /> L<br /> <br /> <br /> c<br /> <br /> <br />  nd <br /> <br />  nq <br />  nd <br /> <br /> 2 3 2<br /> 2<br /> 2<br /> 2<br /> 1  1  s R f C f  s Rc R f C f  s Lc C f<br /> <br /> Lc <br /> s2 R 2f C 2f  1<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> uc và ic là các điện áp và dòng điện của bộ<br /> biến đổi phía lưới, un và in là điện áp và dòng<br /> lưới, Lc , C f và R f là điện kháng, tụ điện và<br /> điện trở của mạch lọc, Rc là điện trở của cuộn<br /> kháng Lc và i f là dòng chảy qua nhánh song<br /> song của bộ lọc.<br /> CÁC CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN<br /> Cấu trúc điều khiển phía máy phát<br /> Bộ điều khiển phía máy phát có nhiệm vụ<br /> điều chỉnh công suất tác dụng thông qua điều<br /> chỉnh mômen điện Te và công suất phản<br /> kháng Qg.<br /> <br />  nq <br /> <br /> 3<br /> 2<br /> 1  s Lc R f C f  s Rc C f<br /> <br /> Lc <br /> s2 R 2f C 2f  1<br /> <br /> <br />  ,<br /> <br /> <br /> và<br /> <br /> 127<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Mai Hương và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> RSC<br /> <br /> Te*<br /> + ¡<br /> <br /> Qg*<br /> <br /> ird*<br /> <br /> PI<br /> <br /> Bộ điều<br /> khiển phía<br /> Rotor<br /> <br /> irq*<br /> <br /> PI<br /> <br /> + ¡<br /> <br /> urd<br /> <br /> urq<br /> <br /> DC-link<br /> <br /> DC<br /> <br /> e jr<br /> <br /> uDC<br /> <br /> PWM<br /> AC<br /> <br /> ird<br /> irq e jr<br /> <br /> 2<br /> 3<br /> <br /> n<br /> <br /> m<br /> <br /> DFIM<br /> <br /> r<br /> isd<br /> <br /> isq e js<br /> <br /> Tính<br /> mômen và<br /> công suất<br /> phản<br /> kháng<br /> <br /> 3<br /> <br /> s<br /> <br /> usd<br /> <br /> usq<br /> <br /> 2<br /> <br /> Tính góc pha và<br /> điện áp stator<br /> Lưới<br /> <br /> Hình 1. Cấu trúc điều khiển phía máy phát [15]<br /> <br /> Cấu trúc điều khiển phía rotor của MFNK<br /> được trình bày trên hình 1 với hai mạch vòng.<br /> Mạch vòng trong với bộ điều khiển phía rotor<br /> được gọi là mạch vòng điều khiển dòng điện.<br /> Mục tiêu của việc thiết kế bộ điều khiển dòng<br /> phía rotor là để đạt được tính năng đáp ứng<br /> nhanh và bám theo tín hiệu đặt. Mạch vòng<br /> điều khiển ngoài với các bộ điều khiển kiểu<br /> PI được thiết kế để bám theo các giá trị của<br /> tín hiệu vào là mômen điện từ Te* và công suất<br /> phản kháng Qg* .<br /> Cấu trúc điều khiển phía lưới<br /> Hệ thống điều khiển phía lưới nhằm mục đích<br /> duy trì điện áp một chiều trung gian và công<br /> suất phản kháng ở các giá trị mong muốn.<br /> uDC<br /> <br /> CDC<br /> <br /> DC<br /> <br /> e<br /> <br /> PWM<br /> AC<br /> <br /> und<br /> unq<br /> <br /> j n<br /> <br /> DC-link<br /> <br /> ind*<br /> Bộ điều<br /> khiển phía<br /> lưới<br /> <br /> ind<br /> <br /> 3<br /> 2<br /> <br /> e  jn<br /> <br /> ¡<br /> <br /> *<br /> uDC<br /> <br /> +<br /> <br /> n*<br /> <br /> nhanh theo các dòng điện lưới đặt trước ind* và<br /> *<br /> . Mạch vòng ngoài với bộ điều khiển kiểu<br /> inq<br /> PI được sử dụng để điều khiển điện áp một<br /> *<br /> chiều trung gian theo tín hiệu đặt uDC<br /> và công<br /> suất phản kháng giữa lưới và bộ biến đổi<br /> thông qua hệ số công suất n* .<br /> SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN TRỤ LƯỚI<br /> Hành vi động học của MFNK khi sập lưới<br /> hoàn toàn<br /> Mục đích của phần này là để phân tích các<br /> hành vi động học của MFNK khi xảy ra sập<br /> lưới hoàn toàn, nghĩa là khi điện áp lưới giảm<br /> từ các giá trị định mức của chúng về 0. Các<br /> kết quả phân tích hành vi động học của MFNK<br /> khi sập lưới hoàn toàn sẽ là cơ sở cho việc<br /> nghiên cứu các hành vi động học của nó khi sập<br /> lưới một phần. Các phân tích sau đây dựa trên<br /> các nghiên cứu được đề cập trong [10].<br /> Các từ thông stator và rotor của MFNK được<br /> cho bởi<br />  s  Ls is  Lm ir<br /> <br /> (1)<br />  r  Lr ir  Lm is<br /> (2)<br /> Từ các phương trình (1) và (2) có thể suy ra<br /> L<br />  r  m  s   Lr ir<br /> (3)<br /> Ls<br /> Từ các phương trình điện áp cơ bản của<br /> MFNK ta có<br /> ur  Rr ir  jm r <br /> <br /> inq*<br /> <br /> PI<br /> <br /> ¡<br /> <br /> d<br /> r<br /> dt<br /> <br /> (4)<br /> <br /> Từ các phương trình (3) và (4) ta suy ra được<br /> <br /> PI<br /> <br /> Tính hệ số<br /> công suất phía<br /> lưới<br /> <br /> inq<br /> <br /> +<br /> <br /> 65(03): 126 - 133<br /> <br /> ur <br /> <br /> Lm   d<br />   <br /> d<br /> <br />    jm   s    Rr   Lr   jr   ir<br /> Ls   dt<br />   <br />  dt<br /> <br /> <br /> (5)<br /> <br /> n<br /> <br /> n<br /> Tính góc pha<br /> lưới<br /> Lọc<br /> Biến áp<br /> Lưới<br /> <br /> Điện áp rotor cho bởi (5) gồm có hai thành<br /> phần. Thành phần thứ nhất biểu diễn bởi ur 0<br /> là thành phần phụ thuộc vào từ thông stator<br /> khi rotor hở mạch ( i r = 0):<br /> ur 0 <br /> <br /> Hình 2. Cấu trúc điều khiển phía lưới [15]<br /> <br /> Cấu trúc điều khiển phía lưới cũng tương tự<br /> như cấu trúc điều khiển phía stator và cũng<br /> bao gồm hai mạch vòng (xem hình 2). Mạch<br /> vòng trong với bộ điều khiển bộ điều khiển<br /> phía lưới được gọi là mạch vòng điều khiển<br /> dòng lưới. Mục tiêu của việc thiết kế bộ điều<br /> khiển dòng lưới là để đạt được đáp ứng bám<br /> <br /> Lm   d<br />  <br />    jm   s <br /> Ls   dt<br />  <br /> <br /> (6)<br /> <br /> Thành phần còn lại chỉ tồn tại khi dòng điện<br /> = 0. Đó là điện áp rơi trên cả điện trở<br /> rotor i r 6<br /> rotor Rr và điện cảm quá độ của rotor ¾L r .<br /> Biểu thức điện áp stator<br /> us  Rs is <br /> <br /> d<br /> s<br /> dt<br /> <br /> (7)<br /> <br /> 128<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Nguyễn Thị Mai Hương và cs<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Điện áp này cũng có thể được biểu diễn dưới<br /> dạng:<br /> us  U s e js t<br /> <br /> (8)<br /> <br /> Trong đó, Us là biên độ điện áp stator.<br /> Nếu bỏ qua điện trở R s thì từ (7) và (8) ta có<br /> thể suy ra được<br /> s <br /> <br /> U s js t<br /> e   sf e js t<br /> js<br /> <br /> (9)<br /> <br /> Do đó, trong chế độ hoạt động bình thường,<br /> từ thông stator là một vector với biên độ là<br /> hằng số và tỷ lệ với điện áp lưới. Vector này<br /> quay với tần số đồng bộ và biểu diễn đáp ứng<br /> từ thông cưỡng bức stator ª sf .<br /> Thay phương trình (9) vào phương trình (6) ta<br /> có<br /> L<br /> L <br /> ur 0  jr m  s  m r U s e js t .<br /> Ls<br /> Ls s<br /> Vậy, thành phần điện áp rotor theo từ thông<br /> stator tỷ lệ với sự sai khác giữa tốc độ đồng bộ<br /> và tốc độ rotor. Hay nói cách khác, thành phần<br /> này tỷ lệ với tần số trượt.<br /> Biểu thức điện áp rotor (5) bây giờ trở thành<br /> <br /> ur  us<br /> <br /> Lm <br /> d<br /> <br /> s   Rr   Lr   jm  <br /> Ls <br />  dt<br /> <br /> <br /> Trong đó thành phần điện áp rotor khi hở<br /> mạch là<br /> ur 0 <br /> <br /> Lm m<br /> L<br /> U s  m (1  s )U s<br /> Ls s<br /> Ls<br /> <br /> (10)<br /> <br /> Vì thế, nếu rotor hở mạch thì khi xảy ra sập<br /> lưới điện áp rotor tỷ lệ với 1 ¡ s. Còn khi<br /> rotor nối kín mạch thì điện áp này được nối<br /> nối tiếp với điện trở rotor Rr và điện cảm quá<br /> độ ¾L r :<br /> <br /> <br /> d<br /> <br /> ur  ur 0   Rr   Lr   jm   ir .<br />  dt<br /> <br /> <br /> Để tránh mất điều khiển dòng, bộ biến đổi<br /> phải có khả năng cấp một điện áp bằng điện<br /> áp cực đại của nguồn. Điều này có nghĩa là bộ<br /> biến đổi phải có công suất tương tự như công<br /> suất của máy phát.<br /> Tóm lại, mức độ quá dòng phụ thuộc vào cả<br /> giá trị điện áp cực đại mà bộ biến đổi có khả<br /> năng cung cấp, điện cảm quá độ ¾L r và điện<br /> trở Rr của rotor. Trong thực tế, các thành<br /> phần này thường có giá trị nhỏ nên sẽ xảy ra<br /> hiện tượng quá dòng. Như vậy, để hạn chế<br /> <br /> 65(03): 126 - 133<br /> <br /> dòng thì cần phải thiết kế bộ biến đổi có công<br /> suất lớn hoặc phải nối thêm điện kháng ngoài.<br /> Hành vi động học của MFNK khi sập lưới<br /> một phần<br /> Mục đích của phần này là để phân tích các<br /> hành vi động học của MFNK khi xảy ra sập<br /> lưới một phần, nghĩa là khi biên độ điện áp<br /> lưới giảm đột ngột từ giá trị U1  us xuống giá<br /> trị U 2 tại thời điểm t 0<br /> <br /> U e jst  u e jst<br /> us   1 j t s<br />  U 2 e s<br /> <br /> khi t  t0<br /> khi t  t0<br /> <br /> Kết quả nghiên cứu đề cập trong [11] cho<br /> thấy khi sập lưới điện áp phía rotor khi rotor<br /> hở mạch được biểu diễn như sau:<br /> <br /> ur 0 <br /> <br /> <br /> <br /> Lm<br /> sU 2e jr t  (1  s)(U1  U 2 )e jmt et  s<br /> Ls<br /> <br /> <br /> <br /> (11)<br /> <br /> Khi rotor nối kín mạch thì nếu độ sâu sập lưới<br /> là nhỏ thì điện áp sinh ra bởi từ thông stator<br /> sẽ không vượt quá giá trị cực đại mà bộ biến<br /> đổi có thể tạo ra làm cho các dòng điện rotor<br /> vẫn còn điều chỉnh được (không mất điều<br /> khiển). Trong trường hợp này, điện áp rotor<br /> không khác nhiều so với giá trị cực đại của<br /> điện áp rotor theo công thức (11).<br /> Khi sập lưới sâu hơn thì điện áp sinh ra bởi từ<br /> thông stator sẽ vượt quá giá trị cực đại mà bộ<br /> biến đổi có thể tạo ra làm mất khả năng điều<br /> khiển các dòng điện rotor. Trường hợp này mức<br /> độ quá dòng sẽ tăng theo độ sâu sập lưới.<br /> Sách lược điều khiển trụ lưới<br /> Phương pháp trụ lưới được đề xuất trong<br /> nghiên cứu này, về nguyên lý, cũng tương tự<br /> như các phương pháp được trình bày trong<br /> [9,12-14], nghĩa là trong quá trình xảy ra lỗi<br /> lưới bộ biến đổi phía rotor được khóa lại, các<br /> dây quấn rotor được nối tắt qua BNQDA, còn<br /> bộ biến đổi phía lưới được điều khiển để phát<br /> công suất phản kháng hỗ trợ lưới. Trên cơ sở<br /> đó tiến hành nghiên cứu các đáp ứng của hệ<br /> thống khi xảy ra lỗi lưới không đối xứng.<br /> CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU<br /> Để kiểm tra và đánh giá chất lượng của thuật<br /> toán cũng như của hệ thống điều khiển ta sử<br /> <br /> 129<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br /> Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ<br /> <br /> Mo hinh MF1<br /> omega_n<br /> Tr<br /> <br /> Turbine<br /> 1450<br /> <br /> Udc<br /> <br /> omega_n<br /> <br /> u_dc<br /> <br /> n_ref<br /> mL<br /> <br /> [n]<br /> <br /> Tm<br /> <br /> Unetz<br /> <br /> u_netz<br /> <br /> indq_ist<br /> <br /> indq_ist<br /> <br /> undq_ist<br /> <br /> undq_ist<br /> <br /> theta_n<br /> <br /> theta_n<br /> <br /> udc_ist<br /> <br /> udc_ist<br /> <br /> irdq_ist<br /> <br /> IF<br /> <br /> Tabc<br /> <br /> n<br /> Source<br /> <br /> Ustator<br /> <br /> u_stator<br /> <br /> Sine Wave<br /> K5<br /> <br /> Sy nch<br /> <br /> IStator<br /> <br /> i_stator<br /> <br /> Enc<br /> <br /> enc<br /> <br /> Ti<br /> <br /> Inetz<br /> <br /> i_netz<br /> <br /> FaultA<br /> <br /> Irotor<br /> <br /> i_rotor<br /> <br /> DC Check<br /> <br /> FA<br /> <br /> FB<br /> FaultB<br /> <br /> I_f ault<br /> <br /> GSC<br /> <br /> I_phu<br /> isdq_ist<br /> <br /> Cac tin hieu dieu kien<br /> CPulse<br /> <br /> I_source<br /> <br /> I_chinh<br /> <br /> Rec<br /> usdq_ist<br /> Inv<br /> <br /> [load_thy]<br /> <br /> Load_thy<br /> <br /> i_rsc<br /> <br /> i_rsc<br /> <br /> k_5<br /> Sy nchout<br /> theta_s<br /> <br /> [pul_rec]<br /> <br /> Pul_rec<br /> <br /> v dc_rec<br /> <br /> v dc_rec<br /> <br /> Bo dieu khien MF<br /> <br /> K5<br /> <br /> Sy nch<br /> <br /> [load_rec]<br /> <br /> Load_rec<br /> <br /> idc_rec<br /> <br /> idc_rec omega_s<br /> IF<br /> <br /> Measurement<br /> <br /> udc_ist<br /> <br /> theta_r<br /> <br /> [load_thy]<br /> <br /> omega_m<br /> <br /> Tabc<br /> <br /> theta_n<br /> <br /> [vdc]<br /> <br /> v dc<br /> <br /> Chuan_hoa<br /> [vnabc]<br /> <br /> [load_rec]<br /> <br /> undq_ist<br /> <br /> v nabc<br /> omega_n<br /> <br /> [vsabc]<br /> <br /> v sbac<br /> <br /> [isabc]<br /> <br /> isabc<br /> <br /> [inabc]<br /> <br /> inabc<br /> <br /> [irabc]<br /> <br /> irabc<br /> <br /> [ifabc]<br /> <br /> if abc<br /> <br /> irdq_ist<br /> <br /> Rectifier<br /> controller<br /> <br /> isdq_ist<br /> usdq_ist<br /> theta_s<br /> <br /> theta_r<br /> <br /> omega_s<br /> omega_m<br /> <br /> [isource]<br /> <br /> isource<br /> <br /> f ault<br /> <br /> Hình 3. Nguyên lý mô phỏng hệ thống máy phát<br /> <br /> sức gió với MFNK<br /> <br /> Đáp ứng hệ kín với các mạch vòng điều<br /> khiển ngoài<br /> Đáp ứng quá độ của các thành phần d, q<br /> của dòng rotor, của mômen và công suất<br /> phản kháng được chỉ ra trên hình 4. Từ 0<br /> đến 0.7s là khoảng thời gian các cuộn dây<br /> stato chưa được nối với lưới. Từ 0.7s đến 1s<br /> là khoảng thời gian thực hiện quá trình hoà<br /> đồng bộ vào lưới điện với mômen đặt<br /> Te*  3Nm và công suất phản kháng đặt<br /> Qg*  300VAr .<br /> Thanh phan q cua dong rotor<br /> <br /> Thanh phan d cua dong rotor<br /> <br /> 0<br /> Gia tri thuc<br /> Gia tri dat<br /> <br /> 4<br /> Ampere<br /> <br /> Ampere<br /> <br /> -2<br /> <br /> 2<br /> <br /> -6<br /> <br /> 0<br /> <br /> -2<br /> <br /> -4<br /> <br /> Gia tri thuc<br /> Gia tri dat<br /> 0<br /> <br /> (a)<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> Thoi gian (s)<br /> <br /> -8<br /> <br /> 3<br /> <br /> (b)<br /> <br /> 0<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> Thoi gian (s)<br /> <br /> 3<br /> <br /> 65(03): 126 - 133<br /> <br /> Momen dien tu<br /> <br /> Cong suat phan khang<br /> 6000<br /> Gia tri thuc<br /> Gia tri dat<br /> <br /> Gia tri thuc<br /> Gia tri dat<br /> <br /> 0<br /> <br /> 4000<br /> <br /> -2<br /> <br /> VAR<br /> <br /> dụng phần mềm mô phỏng Matlab - Simulink<br /> - Plesc. Sơ đồ mô phỏng toàn bộ hệ thống<br /> được trình bày trên hình 3. Trong đó, đối<br /> tượng điều khiển là máy phát điện không<br /> đồng bộ nguồn kép với các thông số cho trong<br /> phụ lục. Bộ điều khiển phía lưới được thiết kế<br /> theo phương pháp kinh điển với các bộ điều<br /> khiển kiểu PI, còn bộ điều khiển phía máy<br /> phát được thiết kế theo phương pháp<br /> Passivity - Based. Chi tiết của phương pháp<br /> này được đề cập trong [16].<br /> <br /> Nm<br /> <br /> Nguyễn Thị Mai Hương và cs<br /> <br /> -4<br /> <br /> 2000<br /> <br /> -6<br /> 0<br /> <br /> -8<br /> <br /> 1<br /> <br /> 1.5<br /> 2<br /> 2.5<br /> Thoi gian (s)<br /> <br /> 3<br /> <br /> 3.5<br /> <br /> 0<br /> <br /> 1<br /> <br /> 2<br /> Thoi gian (s)<br /> <br /> 3<br /> <br /> (d)<br /> (c)<br /> Hình 4. Thành phần d (a) và q (b) của dòng điện rotor<br /> đáp ứng mômen (c) và công suất phản kháng (d)<br /> <br /> Tại thời điểm 1.2s công suất phản kháng được<br /> tăng lên đến 700Var và giữ nguyên cho đến<br /> 2s. Sau đó được giảm về 500Var. Trong khi<br /> đó, mômen được tăng từ -3Nm đến -7.5Nm<br /> tại thời điểm 2.5s và giảm xuống còn -5Nm<br /> tại thời điểm 3s. Qua các kết quả mô phỏng<br /> cho thấy, sau quá trình quá độ sau khi hòa lưới<br /> các giá trị thực của các dòng điện rotor, của<br /> mômen và công suất phản kháng đã bám tốt<br /> theo các tín hiệu đặt của chúng. Điều này chứng<br /> tỏ thuật toán điều khiển dựa trên cơ sở Passivity<br /> - Based đã đảm bảo được chất lượng tốt của hệ<br /> thống điều khiển.<br /> Các đáp ứng điều khiển trụ lưới<br /> Các mô phỏng sập lưới sau đây được tiến<br /> hành trong cả hai trường hợp:<br /> Khi MFNK đang làm việc trong chế độ bình<br /> thường và không áp dụng biện pháp điều<br /> khiển trụ lưới. Dựa trên các kết quả mô phỏng<br /> này ta có thể đánh giá được mức độ ảnh<br /> hưởng của việc lỗi lưới đối với các thành<br /> phần khác nhau trong hệ thống điều khiển<br /> khi không có bất kỳ một biện pháp nào được<br /> áp dụng để bảo vệ bộ biến đổi.<br /> Áp dụng sách lược trụ lưới trong quá trình<br /> xảy ra lỗi lưới đối xứng và không đối xứng.<br /> Dựa trên các kết quả mô phỏng này ta có thể<br /> đánh giá được hiệu quả của sách lược điều<br /> khiển trụ lưới bằng cách so sánh với các kết<br /> quả mô phỏng trong trường hợp không có các<br /> biện pháp xử lý lỗi lưới.<br /> Các đáp ứng mô phỏng được thực hiện khi<br /> xảy ra lỗi lưới đối xứng tại thời điểm 1.5s và<br /> kéo dài trong khoảng 200ms với chiều sâu lỗi<br /> khoảng 70%. Sau đó, điện áp pha B và C của<br /> lưới lại bị giảm đột ngột tới 50% tại thời điểm<br /> 2.25s (lỗi lưới không đối xứng) và kéo dài<br /> trong 500ms trong khoảng thời gian từ 2.25s<br /> <br /> 130<br /> <br /> Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên<br /> <br /> http://www.Lrc-tnu.edu.vn<br /> <br />