Nhà máy phát năng lượng gió với kỹ thuật tìm kiếm điểm công suất cực đại MPPT trong hệ thống điện

Trong bài viết sau, các vùng làm việc khác nhau của máy phát không đồng bộ cấp nguồn hai phía (DFIG) của turbine gió đã được khảo sát trên quan điểm về tốc độ rotor, công suất phát, hệ số đầu cánh λ (tip speed ratio- TSR) và góc nghiêng β của cánh quạt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nhà máy phát năng lượng gió với kỹ thuật tìm kiếm điểm công suất cực đại MPPT trong hệ thống điện PHÂN BAN NGUỒN ĐIỆN | 225 NHÀ MÁY PHÁT NĂNG LƯỢNG GIÓVỚI KỸ THUẬT TÌM KIẾM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI MPPT TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN Nguyễn Hữu Phúc, Châu Minh Đạo Đại học Bách khoa TPHCM, TT Ứng dụng Tiến bộ KH&CN Đồng Nai Tóm tắt: Trong bài báo sau, các vùng làm việc khác nhau của máy phát không đồng bộ cấp nguồn hai phía (DFIG) của turbine gió đã được khảo sát trên quan điểm về tốc độ rotor, công suất phát, hệ số đầu cánh λ (tip speed ratio- TSR) và góc nghiêng β của cánh quạt. Thuật toán điều khiển dựa trên sự khác biệt giữa tốc độ quay tối ưu và tốc độ quay thực tế của trục turbine được đề xuất và thực hiện trong PSCAD nhằm tận thu công suất cực đại có từ năng lượng gió. Các kết quả của phương pháp đề xuất được áp dụng trong mô hình các nhà máy gió trên lưới điện của Tổng công ty Điện lực miền Nam (EVN-SPC) để tính toán về phân bố công suất, khả năng phục hồi điện áp tại các điểm nút LVRT khi khi có sự cố ngắn mạch. Các kết quả nhận được cho thấy tính đúng đắn và các ưu điểm của phương pháp đề xuất.1. GIỚI THIỆU Việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch ngày càng tăng cùng với mối quan tâm ngàycàng cao về ô nhiễm môi trường đã dẫn đến một sự thúc đẩy mạnh mẽ cho kỉ nguyênphát triển sắp đến của hệ thống phát điện từ năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượnggió. Các nhà máy phát điện gió (PĐG) đã bắt đầu là một phần thiết yếu của các mạnglưới điện tại các nước và ngay tại Việt Nam [9-15]. Cùng với các chủng loại khác nhaucủa máy phát điện gió, máy phát không đồng bộ cấp nguồn hai phía DFIG (Doubly- FedInduction Generator) đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy gió do các ưuđiểm có thể hoạt động trong dãi tốc tốc gió khá rộng, cũng như chi phí sản xuất thấphơn, so với PĐG sử dụng máy phát đồng bộ [1-8]. Đối với DFIG theo sơ đồ đối song(back-to-back) với bộ biến đổi công suất nằm giữa lưới điện và mạch điện rotor nhưtrình bày trong Hình 1 sử dụng kỹ thuật điều khiển vector, công suất tác dụng và phảnkháng do máy phát ra có thể được điều khiển độc lập. Nhiều bài báo đã sử dụng cácphương pháp khác nhau cho thuật toán tìm kiếm điểm công suất cực đại MPPT(Maximum Power Point Tracking), trong số đó sử dụng phương pháp điều khiển phứctạp như phương pháp trượt [6, 7] và điều khiển thích nghi [8]. Những hạn chế của các phương pháp này là tính phức tạp của chúng và khó khăntrong các áp dụng thực tế. Thêm nữa, các phương pháp điều khiển trên chưa được sử226 | HỘI NGHỊ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐIỆN LỰC TOÀN QUỐC 2017dụng đầy đủ trong tất cả các vùng làm việc của turbine gió (TG). [1] đã đề nghị một giảithuật điều khiển, áp dụng cho 3 vùng làm việc I, II, III, nhưng trong khu vực dưới củavùng I chưa tận dụng được nguồn gió có tốc độ tương đối khá, mà trong khu vực nàyvẫn có thể tận dụng phát năng lượng. Trong bài báo này, phương pháp điều khiển cho 4vùng hoạt động I, II, III, IV đề nghị cho DFIG được trình bày và một thuật toán MPPTđơn giản được đề xuất và sau đó, mô hình DFIG được áp dụng trong tính toán các chếđộ làm việc khác nhau trong sơ đồ các nhà máy gió trên lưới điện do Tổng công ty Điệnlực miền Nam (EVN-SPC) quản lý. Hình 1: Cấu hình điển hình của DFIG Hình 2: Hiệu suất Cp (λ, β)2. CÁC VÙNG LÀM VIỆC KHÁC NHAU CỦA DFIG Công suất cơ học PM trong rotor DFIG phụ thuộc tốc độ gió Vw, góc nghiêng βcủa cánh của TG: P = . ρ . π. R . C (β, λ)V (1) Trong đó PM là công suất cơ học có được từ gió (W), ρair là mật độ không khí(1,225 kg/m3), Vw là tốc độ gió (m/s) và R là bán kính của cánh quạt (m). Cp là hiệu suấtcủa TG với biểu thức (2) phụ thuộc vào cấu tạo của cánh quạt, góc nghiêng của cánhquạt β và tỉ số tốc độ đầu cánh λ. Cp được cho bởi biểu thức [5]: C (λ , β) = c −c β−c exp +c λ (2) Trong đó: , = − (3) , . Với λ= (4) Các hệ số c1 đến c6: c1 = 0.5176, c2 = 116, c3 = 0.4, c4 = 5, c5 = 12,5 vàc6 = 0,0068, với ωr là tốc độ quay của cánh quạt. Đặc tính Cp-λ đối với các giá trị khácnhau của góc nghiêng cánh quạt β được cho trong Hình 2. Thực tế, ứng với các hệ sốc1 = 0.22, c2 = 116, c3 = 0.4, c4 = 5, c5 = 12,5 và c6 = 0, giá trị lớn nhất của Cp (Cpmax =0.438) đạt được đối với β = 0 và λ = 6.4 được gọi là giá trị tối ưu [1]. ...