Phát triển một bộ biến đổi công suất cho ứng dụng năng lượng gió và truyền động điện xoay chiều ba pha :Báo cáo đề tài nghiên cứu Khoa học cấp Trường

BỘ CÔNG THƯƠNG

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC

KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG

Tên đề tài: Phát triển một bộ biến đổi công suất cho ứng dụng năng lượng

gió và truyền động điện xoay chiều ba pha

Mã số đề tài: 182.Đ02

Chủ nhiệm đề tài: Phạm Công Duy

Đơn vị thực hiện: Khoa Công Nghệ Điện

Tp. Hồ Chí Minh, ........…

1

LỜI CÁM ƠN

Tôi gửi lời cảm ơn chân thành đến lãnh đạo Nhà trường, Phòng Quản lý Khoa học và Hợp

tác quốc tế, ban chủ nghiệm Khoa Công nghệ Điện của Đại Học Công nghiệp Tp.HCM đã

tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành đề tài này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Quý

Thầy Cô và Sinh Viên Khoa công Nghệ Điện của Đại Học Công nghiệp Tp.HCM đã đóng

góp những ý kiến quý báo cho tôi thực hiện đề tài này.

2

PHẦN I. THÔNG TIN CHUNG

I. Thông tin tổng quát

1.1. Tên đề tài: Phát triển một bộ biến đổi công suất cho ứng dụng năng lượng gió và

truyền động điện xoay chiều ba pha

1.2. Mã số: 182.Đ02

1.3. Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực hiện đề tài

TT

Họ và tên

(học hàm, học vị)

Đơn vị công tác Vai trò thực hiện đề tài

1 TS. Phạm Công Duy Khoa Công Nghệ Điện Chủ nhiệm

1.4. Đơn vị chủ trì:

1.5. Thời gian thực hiện:

1.5.1. Theo hợp đồng: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.5.2. Gia hạn (nếu có): đến tháng 06 năm 2019

1.5.3. Thực hiện thực tế: từ tháng 01 năm 2018 đến tháng 12 năm 2018

1.6. Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có):

(Về mục tiêu, nội dung, phương pháp, kết quả nghiên cứu và tổ chức thực hiện; Nguyên

nhân; Ý kiến của Cơ quan quản lý)

1.7. Tổng kinh phí được phê duyệt của đề tài: 75 triệu đồng.

II. Kết quả nghiên cứu

1. Đặt vấn đề

Hiện tại, nhiệt điện và thủy điện là hai nguồn năng lượng điện chủ yếu của Việt Nam.

Hai nguồn năng lượng này ẩn chứa những hiểm hoạ đối với các cộng đồng dân cư và ô

nhiễm môi trường. Để giảm những hiểm họa này, năng lượng tái tạo là một giải phát thay

thế. Nổi bật nhất của năng lượng tái tạo là phong điện hay điện gió được xem là nguồn điện

sạch, ít gây ô nhiễm môi trường, thân thiện và hiền hoà đối với con người. Mặc dù điện gió

bắt đầu được thế giới để ý đến từ 25 năm trước, nhưng chỉ trong gần 10 năm trở lại đây nó

mới khẳng định được vị trí trên thị trường năng lượng thế giới khi sản lượng điện gió tăng

trưởng một cách ngoạn mục với tốc độ 28%/năm, cao nhất trong tất cả các nguồn năng

lượng hiện có. Sự phát triển thần kỳ này của điện gió có được là nhờ vào sự phát triển của

linh kiện bán dẫn công suất và giải thuật điều khiển nâng cao. Một lý do quan trọng nữa giải

thích sự phát triển đột biến của điện gió trong 10 năm trở lại đây là nguy cơ khủng hoảng

năng lượng của các nước đã phát triển cũng như mối quan tâm ngày càng cao của các nước

này về bảo vệ môi trường, điều này đã tiếp thêm sức mạnh cho những nỗ lực tìm kiếm các

dạng năng lượng tái tạo thân thiện với môi trường.

Việt Nam có tiềm năng điện gió khá dồi dào, lĩnh vực này cũng được các nhà đầu tư

trong và ngoài nước rất quan tâm. Nếu chúng ta khai thác hết tiềm năng này, tổng công suất

điện gió có thể gấp 20 lần tổng công suất điện hiện tại của Việt Nam. Ngay trong quy hoạch

điện, điện gió cũng là lĩnh vực được ưu tiên phát triển với mục tiêu: “Ưu tiên phát triển

nguồn năng lượng tái tạo cho sản xuất điện, tăng tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn năng

3

lượng này lên mức 4,5% vào năm 2020 và 6% vào năm 2030”. Trong đó, đưa tổng công

suất nguồn điện gió từ mức không đáng kể hiện nay lên 1.000 MW vào năm 2020, khoảng

6.200 MW vào năm 2030.

Hiện nay nhu cầu phát điện chạy sức gió ở Việt Nam ngày càng trở nên có tính thực tiễn

cao, bởi nguồn tài nguyên than phục vụ cho các nhà máy nhiệt điện ngày càng cạn kiệt, thủy

điện cũng gần khai thác hết công suất của nguồn nước trên các con sông Việt Nam. Ngoài ra

nguồn năng lượng mặt trời vẫn ở giai đoạn nghiên cứu và mới chỉ dừng lại ở công suất nhỏ,

trong khi đó sức gió ở Việt Nam vẫn chưa được khai thác nhiều.

Trong một hệ thống năng lượng gió, bộ biến đổi điện năng hay được gọi là bộ biến đổi

công suất (năng lượng gió chuyển thành điện năng) phát cho lưới điện là rất quan trọng. Bộ

biến đổi công suất này là thiết bị có chức năng biến đổi tần số và điện áp của nguồn xoay

chiều có tần số thay đổi theo tốc độ gió thành nguồn điện xoay chiều có tần số bằng với lưới

điện.

Truyền động điện đặc biệt là truyền động điện xoay chiều ba pha được ứng dụng trong

lĩnh vực robot, CNC. Vì vậy, năng lượng tái tạo và truyền động điện góp phần thành công

của nền công nghiệp lần thứ 4.

Từ yêu cầu thực tiễn, Bộ Công Thương khuyến khích các doanh nghiệp tham gia đầu tư

vào năng lượng tái vào và truyền động điện.

Dựa vào tầm nhìn, sứ mạng và mục tiêu của Trường Đại học Công nghiệp TP.HCM

trong đó tầm nhìn: trở thành trường ĐH trọng điểm quốc gia…, nằm trong nhóm 10 trường

ĐH hàng đầu của VN theo hướng ứng dụng, sứ mạng: cung cấp nguồn nhân lực có trình độ

chuyên môn cao, có kỹ năng nghề nghiệp tiếp cận với thực tiễn…, nghiên cứu khoa học và

chuyển giao công nghệ… và mục tiêu: …điều kiện đáp ứng yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực

chất lượng cao đóng góp cho xã hội, tạo ra giá trị thực tiễn và hiệu quả từ hoạt động nghiên

cứu khoa học và chuyển giao công nghệ, hợp tác quốc tế. Hiện tại, Khoa Công Nghệ Điện

chưa có thiết bị dạy môn học truyền động điện và năng lượng tái tạo.

Tổng kết lại, từ yêu cầu thực tế của đất nước, tầm nhìn, sứ mạng và mục tiêu của Đại

Học Công Nghiệp Tp.HCM và những khó khăn của Khoa Công Nghệ Điện, nhóm thực hiện

đề tài đề xuất một giải pháp để giải quyết một phần khó khăn của Khoa Công Nghệ Điện

cho môn học năng lượng tái tạo và truyền động điện là thiết kế và chế tạo một bộ biến đổi

công suất cho ứng dụng năng lượng gió và truyền động điện xoay chiều. Giải pháp đề xuất

tiếp cận công nghệ của Hoa Kỳ (LabVIEW FPGA hoặc DSP) từ đó làm chủ công nghệ và

cải tiến sản phẩm cho ứng dụng các loại máy điện xoay chiều công nghiệp 3 pha điện áp

220V.

Tài liệu tham khảo

[1] B. Wu, Y. Lang, N. Zargari, and S. Kouro ‘Power conversion and control of wind

energy systems’, Wiley & IEEE Press, 2011.

[2] L. Pao and K. Johnson, “Control of wind turbines,” IEEE Control Syst., vol. 31, no. 2,

pp. 44–62, Apr. 2011.

[3] A. Z. Mohamed, M. N. Eskander, and F. A. Ghali, “Fuzzy logic control based

maximum power tracking of a wind energy system,” Renew. Energy, vol. 23, no. 2,

pp. 235–245, Jun. 2001.

[4] K. Johnson, L. Pao, M. Balas, and L. Fingersh, “Control of variable speed wind

turbines: Standard and adaptive techniques for maximizing energy capture,” IEEE

Control Syst., vol. 26, no. 3, pp. 70–81, Jun. 2006.

[5] M. Chinchilla, S. Arnaltes, and J. Burgos, “Control of permanent-magnet generators

applied to variable-speed wind-energy systems connected to the grid,” IEEE Trans.

4

Energy Conv., vol. 21, no. 1, pp. 130–135, Mar. 2006.

[6] F. Valenciaga and P. Puleston, “High-order sliding control for a wind energy

conversion system based on a permanent magnet synchronous generator,” IEEE

Trans. Energy Conv., vol. 23, no. 3, pp. 860–867, Sep. 2008.

[7] B. Beltran, T. Ahmed-Ali, and M. Benbouzid, “High-order sliding-mode control of

variable-speed wind turbines,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 9, pp. 3314–

3321, Sep. 2009.

[8] W. Qiao, L. Qu, and R. Harley, “Control of IPM synchronous generator for maximum

wind power generation considering magnetic saturation,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol.

45, no. 3, pp. 1095–1105, May–Jun. 2009.

[9] M. Singh and A. Chandra, “Application of adaptive network-based fuzzy inference

system for sensorless control of PMSG-based wind turbine with nonlinear-load￾compensation capabilities,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 26, no. 1, pp. 165–175,

Jan. 2011.

[10] M. L. Corradini, G. Ippoliti, and G. Orlando, “Robust control of variable speed wind

turbines based on an aerodynamic torque observer,” IEEE Trans. Control Syst.

Technol., vol. 21, no. 4, pp. 1199–1206, Jul. 2013.

[11] Yuan, L., Chen, M., Shen, J., Xiao, J., “Current harmonics elimination control method

for six-phase PM synchronous motor drives”. ISA Transactions, Elsevier ISA

Transactions., vol. 59, pp. 443-449, 2015.

[12] L. F. A. Pereira and A. S. Bazanella, “Tuning rules for proportional resonant

controllers,” IEEE Trans. Control Syst. Technol., vol. 23, no. 5, pp. 2010–2017, Sep.

2015.

[13] A. Bazanella, L. Pereira, and A. Parraga, “A new method for PID tuning including

plants without ultimate frequency,” IEEE Trans. Control Syst. Technol., vol. 25, no. 2,

pp. 637 - 644, Mar. 2017.

[14] www.festo-didactic.com.

[15] www.lucas-nuelle.com.

[16] www.ni.com.

[17] www.semikron.com/about-semikron/news-press/detail/semikron-granted-backing-for￾research-project.html

[18] Austin Hughes, Electric Motors and Drives: Fundamentals, Types and Applications,

3th Edition, Elsevier Press, 2006

[19] M. Godoy Simões, Felix A. Farret, Modeling and Analysis with Induction Generators,

3rd Edition, CRC Press, 2014

[20] Sang-Hoon Kim, Electric Motor Control: DC, AC, and BLDC Motors, Elsevier Press,

2017.

2. Mục tiêu

2.1 Mục tiêu tổng quát: Làm chủ công nghệ thiết kế và chế tạo bộ biến đổi công suất cho

ứng dụng năng lượng gió và truyền động xoay chiều ba pha

2.2 Mục tiêu cụ thể: Thiết kế, chế tạo và thử nghiệm bộ bộ biến đổi công suất.

Điều khiển tốc độ máy điện xoay chiều 3 pha (đồng bộ hay không đồng bộ) như bộ turbine

gió. Điều khiển tốc độ (hay tần số) hai máy điện xoay chiều 3 pha (đồng bộ hay không đồng

bộ) chạy song song.

3. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu tham khảo tài liệu, tính toán lý thuyết.