Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện sức gió tại tỉnh Thanh Hóa

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẶNG MAI HẢI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ

TẠI TỈNH THANH HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

THÁI NGUYÊN - 2022

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐẶNG MAI HẢI

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ

TẠI TỈNH THANH HÓA

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 852.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Đặng Danh Hoằng

Thái Nguyên - 2022

i

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên: Đặng Mai Hải

Học viên: Lớp cao học K22, Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại

học Thái Nguyên.

Nơi công tác: Công ty Điện lực Thanh Hóa

Tên đề tài luận văn thạc sĩ: “Nghiên cứu ứng dụng hệ thống phát điện

sức gió tại tỉnh Thanh Hóa”.

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Tôi xin cam đoan những vấn đề được trình bày trong bản luận văn này

là những nghiên cứu của riêng cá nhân tôi, dưới sự hướng dẫn của TS. Đặng

Danh Hoằng và sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Điện, Trường Đại học Kỹ thuật

Công Nghiệp - Đại học Thái Nguyên. Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn

này đã được ghi rõ nguồn gốc.

Tôi xin hòan toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 12 tháng 5 năm 2022

Học viên thực hiện

Đặng Mai Hải

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian nghiên cứu thực hiện luận văn này tôi luôn nhận

được sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của TS. Đặng Danh Hoằng, người trực tiếp

hướng dẫn luận văn cho tôi. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc

tới thầy.

Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, cán bộ, kỹ thuật viên trường

Đại học Kỹ thuật Công nghiệp - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện tốt nhất

để tôi có thể hòan thành đề tài nghiên cứu này. Tôi cũng xin chân thành cảm

ơn những đóng góp quý báu của các bạn cùng lớp động viên và giúp đỡ tôi

trong quá trình thực hiện đề tài. Xin gửi lời chân thành cảm ơn đến các cơ quan

xí nghiệp đã giúp tôi khảo sát tìm hiểu thực tế và lấy số liệu phục vụ cho luận

văn.

Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng

nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ khó khăn cùng tôi trong

suốt quá trình học tập và nghiên cứu hòan thiện luận văn này.

Thái Nguyên, ngày 12 tháng 5 năm 2022

Học viên

Đặng Mai Hải

iii

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan

Lời cảm ơn

Mục lục

i

ii

iii

vii

ix

x

Danh mục các ký hiệu và các chữ viết tắt

Danh mục các bảng biểu

Danh mục các hình vẽ, sơ đồ và biểu đồ

Mở đầu 1

Chương 1. TỔNG QUAN THỰC TRẠNG SỬ DỤNG

NGUỒN NĂNG LƯỢNG GIÓ TẠI TỈNH THANH HÓA

4

1.1. Tổng quan nguồn năng lượng gió của Việt Nam 4

1

1

1

.1.1. Điện gió ngoài khơi 10

11

12

.1.2. Điện gió trên đất liền

.1.3. Khả năng thay thế được các nguồn điện truyền thống

1.2. Thực trạng nguồn năng lượng gió tại khu vực tỉnh Thanh 14

Hóa

1.3. Kết luận chương 1 20

Chương 2 . XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ

THỐNG MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ

22

2.1. Khái quát về hệ thống năng lượng gió và lựa chọn đối tượng 22

điều khiển

.2. Nguyên lý điều khiển của hệ thống phát điện sức gió sử 26

dụng máy điện không đồng bộ nguồn kép

2

2

2

2

.2.1. Điều khiển turbine 27

29

30

.2.2. Điều khiển Crowbar hoặc Stator switch

.2.3. Điều khiển phía lưới và phía máy phát

iv

2.3. Cấu trúc điều khiển hệ thống máy phát điện sức gió 30

2.3.1. Mô hình điều khiển nghịch lưu phía máy phát 32

2

2

.3.1.1. Biểu diễn vectơ không gian các đại lượng 3 pha 32

.3.1.2. Mô hình trạng thái liên tục phía máy phát 34

2.3.2. Các biến điều khiển công suất tác dụng và phản 39

kháng phía máy phát

2.4. Kết luận chương 2 44

Chương 3. THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG MÁY

PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ BẰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI

45

3.1. Thiết kế bộ điều khiển PID cho phía máy phát 45

3.1.1. Tổng quan về bộ điều khiển PID 47

3.1.1.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ 48

h(t)

3

3

3

.1.1.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số

.1.1.3. Phương pháp thực nghiệm

50

54

54

54

.1.1.4. Phương pháp chọn điện trở tích cực [10]

3.1.2. Tổng hợp bộ điều khiển dòng PID

3.1.2.1. Cơ sở để áp dụng thiết kế bộ điều khiển dòng 54

PID

3.1.2.2. Thiết kế bộ điều khiển PID 57

3.1.3. Các bộ điều chỉnh số cho các mạch vòng điều khiển 59

ngoài

.1.4. Tính toán giá trị thực và giá trị đặt

.2. Thiết kế bộ điều khiển mờ lai

3 60

61

61

61

61

3

3.2.1. Tổng quan hệ logic mờ và điều khiển mờ [3]

3.2.2. Hệ Logic mờ

3.2.2.1. Khái niệm về tập mờ

v

3.2.2.2. Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ 62

70

70

71

3.2.3. Bộ điều khiển mờ

3

3

3

.2.3.1. Bộ điều khiển mờ động

.2.3.2. Điều khiển mờ thích nghi

.2.3.3. Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều 72

khiển PID

3.2.4. Thiết kế bộ điều khiển mờ lai 77

77

77

78

78

79

3

3

.2.4.1. Phương pháp thiết kế

.2.4.2. Mờ hóa

3.2.5. Luật và giải mờ

3

3

.3. Tổng hợp bộ điều khiển phía lưới

.4. Kết luận chương 3

Chương 4. MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ 80

THỐNG

4

4

.1. Mô phỏng hệ thống 80

80

80

.2. Đánh giá chất lượng bằng mô phỏng Matlab/Simulink

4

4

.2.1. Sơ đồ mô phỏng

.2.2. Kết quả mô phỏng và so sánh bộ điều khiển mờ lai 84

với bộ điều khiển PID kinh điển

.2.2.1. Khi máy phát làm việc ở tốc độ định mức 84

(950v/ph)

4

4.2.2.2. Khi máy phát làm việc ở tốc độ trên đồng bộ 87

(1100v/ph)

4.2.2.3. Khi máy phát làm việc ở tốc độ dưới đồng bộ 88

(800v/ph)

4.3. Kết luận chương 4 89

Kết luận và kiến nghị 90

vi

Tài li

ệ

u tham kh

ả

o 92

vii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Chữ viết tắt Thuật ngữ đầy đủ Chú thích

Phần mềm mô

phỏng về năng

lượng gió

WEST Wind Energy Simulation Toolkit

Giá so sánh tiêu

chuẩn của điện năng

LCOE levelized cost of electricity

EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam

Điều khiển nghịch lưu phía lưới

Điều khiển nghịch lưu phía máy phát

Điều chế véctơ không gian

NLPL

NLMP

ĐCVTKG

Bộ điều khiển vi

tích phân tỉ lệ

PID Proportional Integral Derivative

Điều khiển dòng

máy điện gió

không đồng bộ

nguồn kép

DFIG Doubly Fed Induction Generator

F-PID

ADC

Hệ mờ lai

Mạch chuyển đổi

tương tự ra số

Analog-to-Digital Converter

DSP

MF

Thiết bị điều khiển số

Máy phát

Máy điện không đồng bộ 3 pha

nguồn kép

MĐKĐBNK

MĐN

HS

Máy đóng ngắt

Hộp số

viii

IE Thiết bị đo tốc độ

MBA Máy biến áp

Phần mềm mô

phỏng

Matlab Matrix Laboratory

Công cụ trong

Matlab để mô

phỏng

Simulink

Công suất phản

kháng

Q Reactive power

P Potestas Công suất tác dụng

Hệ số

PF Power factor

công suất

Hz

W

Hertz Đơn vị đo tần số

Đơn vị đo công suất

Đơn vị đo vận tốc

Đơn vị

Watt

m/s Meet/second

Var Volt-ampere reactive công suất

phản kháng