Thiết kế bộ điều khiển hòa lưới cho máy phát điện sức gió sử dụng máy điện cảm ứng nguồn kép DFIG

Lại Khắc Lãi và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 86(10): 219 - 225

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 219 http://www.lrc-tnu.edu.vn

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN HÒA LƯỚI CHO MÁY PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ

SỬ DỤNG MÁY ĐIỆN CẢM ỨNG NGUỒN KÉP DFIG

Lại Khắc Lãi1

*, Dương Quốc Hưng2

, Trần Thị Thanh Hải2

1Đại học Thái Nguyên,

2

Trường ĐH Kỹ Thuật Công nghiệp - ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Với sự xâm nhập ngày càng tăng của năng lượng gió vào lưới điện. máy phát điện sức gió DFIG

(Doubly-Fed Induction Generator) đang ngày càng được triển khai. Bài báo trình bày kết quả

nghiên cứu của việc nối máy phát điện DFIG với lưới điện, trên cơ sở thiết kế các bộ điều khiển

cho các bộ biến đổi độ rộng xung PWM phía Roto và phía lưới. Phương pháp điều khiển vectơ từ

thông được áp dụng cho cả hai bộ biến đổi phía Stato (phía lưới) và phía Roto, để điều khiển độc

lập tốc độ, dòng điện, điện áp, công suất tác dụng và công suất phản kháng đồng thời giữ cho điện

áp một chiều (DC – link) bằng hằng số.

Từ khóa: Máy phát điện sức gió; Hoà lưới điện; DFIG generator; PID controller, control wind generator;

Variable-speed wind turbine, Doubly-Fed induction generator; back-to-back PWM converter.

MỞ ĐẦU

Hiện nay nguồn năng lượng sạch bao gồm:

Năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng

lượng địa nhiệt, năng lượng sinh khối… khá

dồi dào, có khả năng thay thế nguồn năng

lượng hóa thạch, giảm thiểu tác động tới môi

trường. Trong những năm gần đây đã có

nhiều nghiên cứu sản xuất ra các nguồn năng

lượng sạch, chủ yếu dựa trên năng lượng mặt

trời và năng lượng gió [2], [3], [4]. Nhằm

mục đích xây dựng một mạng lưới điện thông

minh, đảm bảo yêu cầu: Phụ tải sử dụng năng

lượng sạch, nếu thừa sẽ phát lên lưới, nếu

thiếu sẽ sử dụng năng lượng từ lưới. Hệ thống

máy phát điện sức gió lợi dụng gió để làm

quay tuabin máy phát tạo ra điện đang được

ứng dụng nhiều trong thực tế.

Với loại tuabin gió tốc độ thay đổi có bộ biến

đổi nối trực tiếp giữa stator và lưới thì hệ

thống sẽ cồng kềnh, tốn kém, do bộ biến đổi

cũng phải có công suất bằng công suất của

toàn tuabin.

Loại tuabin gió sử dụng máy điện cảm ứng

nguồn kép DFIG, với Roto dây quấn và Roto

được nối với lưới điện thông qua một bộ Back￾to-Back Converter. Còn Stato của DFIG được

nối trực tiếp với lưới điện, điều khiển DFIG



Tel: 0913 507464

thông qua điều khiển bộ Back-to-Back

Converter này. Vì bộ điều khiển nằm phía Roto

nên công suất thiết kế chỉ bằng 1/3 công suất

Stato, dẫn đến giá thành rẻ hơn nhiều. Đã có

những nghiên cứu nhằm thiết kế ra bộ điều

khiển để điều khiển dòng roto máy phát dựa

trên các bộ điều khiển PID hoặc điều khiển mờ

[5], [6]. Tuy nhiên các bộ điều khiển này chưa

tập trung triệt để điều khiển cùng lúc điện áp,

dòng điện, công suất cả phía stato, roto. Dạng

dòng điện, điện áp phát ra chưa đạt dạng sin

chuẩn, tần số dòng điện chưa ổn định, thời gian

xác lập khi tốc độ gió thay đổi còn lớn.

Bài báo đưa ra phương án thiết kế bộ điều

khiển cho bộ biến đổi Back-to-Back

Converter dựa trên bộ điều khiển kinh điển

PI. Tổng hợp dòng, áp. Đo công suất (P, Q)

của lưới, của máy phát để đưa ra phương pháp

điều khiển dòng kích từ Rotor máy phát DFIG,

nhằm ổn định điện áp, tần số, công suất máy

phát và phát năng lượng này lên lưới điện quốc

gia trong khoảng thời gian ngắn nhất.

MÔ TẢ TOÁN HỌC HỆ THỐNG MÁY

PHÁT DFIG

Hệ thống máy phát DFIG được mô hình hoá

trong hệ tọa độ dq như hình 1.