lưới điện phân tán .pptx

Các nguyên tắc
Trong trang
trại gió

Phan Văn Đạt.
20154031
Bùi Lê Tân Khoa.
20154044
Vũ Sơn Tùng.
20154069
Lê Trọng Hiếu.
20154039
Nguyễn Đoàn Lợi.
20154048

01 Hoàn cảnh lịch sử
02 Kích thước của Tuabin gió.
03
04
05
06
07
08
09
Ứng dụng của Tuabin gió.
Linh kiện của Tuabin gió.
Công nghệ Tuabin gió.
Tính toán công suất gió.
Khảo sát đặc điểm năng lượng gió.
Điều khiển vùng dao động hoặc góc
nghiêng.
10 Mô hình toán học của máy phát điện
tuabine gió.
11 SCIG trong WEGS.
12
13
14
15
DFIG trong WEGS.
Yêu cầu về Grid Code (Mã lưới).
Máy phát điện đồng bộ Tuabine gió.
Tóm tắt.
Theo dõi điểm công suất tối đa.

Hoàn cảnh lịch sử
01
• Với sự xuất hiện của điện trong cuộc sống và sự gia tăng trong
việc sử dụng điện, đã phụ thuộc vào nhiên liệu truyền thống →
Tăng giá nhiên liệu và đồng thời gia tăng mức độ ô nhiễm.
• Khái niệm “năng lượng xanh” ra đời như một giải pháp bắt buộc
cho vấn đề ô nhiễm và sự gia tăng giá nhiên liệu.
• Gió là lựa chọn đầu tiên cho mục đích này. Ý tưởng chính là chuyển
đổi động năng lưu trữ trong gió chuyển động quay và sau đó
chuyển thành điện lực.

Kích thước của Tuabin
02
Sự gia tăng nhanh công suât gió trong 20
năm qua cho thấy điều đáng kinh ngạc
tiến bộ trong công nghệ hệ thống năng
lượng gió

Ứng dụng của Tuabin gió
03
• Các tuabin gió có thể được lắp đặt trong các trang trại điện gió trên đất liền hoặc trên biển.
• Trang trại gió trên bờ có đặc điểm là chi phí thấp, dễ bảo trì và dễ kết nối với lưới điện so với các
trang trại điện gió ngoài khơi.
Bảng 2.1 Kích thước và công suất của tuabin gió
• Những trang trại gió ngoài khơi có thể phù hợp
hơn cho các quốc gia có diện tích nhỏ với nhiều
nguồn nước hoặc các nước có mật độ dân số
cao.

Công nghệ Tuabin gió
04
Phân loại theo kiểu lắp đặt trục
• Nếu trục này song song với mặt đất, tuabine gió sẽ được gọi là turbine gió trục ngang.
• Nếu trục này vuông góc với mặt đất, tuabine gió sẽ được gọi là turbine gió trục đứng.
(A) Tuabine gió trục ngang (B) Tuabine gió trục đứng

04
Phân loại theo kiểu lắp đặt trục
Ưu điểm:
• Tuabine gió trục ngang: hiệu suất tốt hơn, tận dụng tối đa tốc độ gió, điều tiết công suất tốt.
• Tuabine gió trục đứng: chi phí thấp so với tuabin gió trục ngang, dễ bảo trì và hoạt động không
phụ thuộc vào hướng gió.
Nhược điểm:
• Tuabine gió trục ngang: giá thành cao so với tuabin gió trục đứng.
• Tuabine gió trục đứng: hiệu suất thấp

04
Phân loại theo tốc độ hoạt động của tuabine
Tuabin gió có thể được phân loại theo tốc độ turbine hoạt động: turbine gió tốc độ cố
định và turbine gió tốc độ thay đổi.
Sơ đồ dây chuyền của tuabin gió tốc độ cố định

04
Ưu điểm:
• Turbine gió tốc độ cố định: chi phí thấp, kết cấu đơn giản và dễ bảo trì
• Turbine gió tốc độ thay đổi: hiệu suất cao, chất lượng điện tốt và ứng suất cơ học thấp hơn
Nhược điểm:
• Turbine gió tốc độ cố định: sự dao động công suất, ứng suất cơ học cao và hiệu suất chuyển đổi
thấp hơn
• Turbine gió tốc độ thay đổi: xây dựng phức tạp và chi phí cao

Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn với khả năng kháng tốc độ thay đổi
• WRIGs là loại dành riêng cho loại tuabin gió này. Bộ biến đổi công suất được sử dụng để điều
chỉnh điện trở rôto và do đó điều khiển dòng điện rôto và đặc tính tốc độ mômen.

DFIG với bộ chuyển đổi rôtor
• WRIGs là loại dành riêng cho loại turbine gió
này. Sự khác biệt chính giữa loại này và loại
trước là giữa rôto và lưới điện được kết nối với
nhau.
• Ngoài ra, tuabin gió được kết nối với lưới điện
thông qua máy biến áp ba cuộn dây.

Turbine gió tốc độ thay đổi với bộ chuyển đổi công suất toàn phần
• Công nghệ này có thể được sử dụng với SCIG, DFIG và máy phát điện đồng bộ.
• Ưu điểm: Chất lượng điện năng tốt hơn khi công suất đầu ra được chuyển vào lưới điện thông
qua hệ thống chuyển đổi công suất toàn phần.

Rotor của một turbine gió
• Rotor của turbine gió bao gồm hai phần, một trung tâm
và một cánh quạt. Trung tâm ở phía trước turbine kết
nối cánh quạt với các bộ phận khác.
Khí động học của cánh turbine gió
Bước răng và bộ điều khiển
• Pitch (bước răng) là phần chuyển động của lưỡi và chức năng của nó rất giống với phần tương tự
của cánh máy bay.
• Controller (bộ điều khiển) sẽ khởi động động cơ ở tốc độ gió.

Hệ thống phanh
• The Brake System (Hệ thống phanh) là hệ thống phanh được sử dụng để hỗ trợ điều kiện phanh
khi cần làm chậm hoặc dừng tuabin gió ở tốc độ gió lớn hoặc trong thời gian bảo dưỡng.
Hộp số
• Gear box (hộp số) có chức năng chuyển đổi tốc độ
thấp của cánh quạt tuabin gió (ở trục tốc độ thấp)
thành tốc độ cao (ở trục tốc độ cao.
• Tỷ số giữa tốc độ của rôto tuabin và tốc độ của rôto
máy phát được gọi là tỷ số truyền hộp số (Gr), được
cho bởi:
Máy phát điện tuabine gió
• Wind Turbine Generator (Máy phát điện turbine) gió được sử dụng để chuyển đổi chuyển động
quay thành năng lượng điện. SCIG là loại IG đầu tiên được sử dụng để chuyển đổi chuyển động
quay thành năng lượng điện.

Hệ thống Yaw
• Chức năng của hệ thống Yaw là cung cấp sự linh hoạt
cho các turbine gió để giữ cho gió vuông góc với các
cánh turbine càng nhiều càng tốt.
• Hệ thống Yaw bao gồm một động cơ điện, bánh răng
ngàm, vành bánh răng, ổ trục, và các bộ phận bẻ
khớp.
Máy đo gió và cánh gạt gió
• Anemometer and Wind Vanes (Máy đo gió và cánh
gạt gió) được sử dụng để đo tốc độ và hướng gió
tương ứng.

Trụ đỡ
• Tower (Trụ đỡ) được làm bằng thép hình trụ hoặc
thanh dằn bằng thép.
• Biểu thức mô tả mối quan hệ giữa độ cao và tốc
độ gió
Turbine gió Chiều cao turbine gió Công suất tuabin gió (MW)
Nordex N43 40 m/50 m 0.6
Nordex N43 46 m/70 m 1.3
Vestaa V80 60 m/100 m 2
Gamesa G114 80 m/125 m 2.5
Ví dụ về turbine gió trên thị trường

Tính toán công suất gió
06
• Nó được biết đến là không khí có khối lượng (m) và chuyển động của khối lượng này theo tốc
độ gió (v) tạo ra một động năng (ke) có thể cho bởi:
• Khối lượng không khí có thể được biểu thị bằng mật độ không khí (ρ) và thể tích của khối
không khí (Vol) đi qua cánh tuabin, được biểu diễn bằng:

Tính toán công suất gió
06
• Điện năng tích (Pw) trong
không khí bằng độ biến
thiên của động năng cùng
với thời gian.

Khảo sát đặc điểm năng lượng gió
07
• Công suất đầu ra của turbine gió tỷ lệ với tốc độ gió,
đường kính rotor và hệ số công suất (Cp).
• Tốc độ gió đã thay đổi có nghĩa là công suất đầu ra sẽ
thay đổi. Vì vậy, có những giới hạn trên và dưới đối với
công suất đầu ra để duy trì sự an toàn của turbine gió.
• Hai chế độ hoạt động của tuabin gió được xác định là
chế độ dừng và chế độ vận hành. Các chế độ này phụ
thuộc vào việc đang xác định hoặc xác định ba giá trị
của tốc độ gió: tốc độ gió cắt đầu vào, định mức và tốc
độ gió cắt đầu ra.

Khảo sát đặc điểm năng lượng gió
07
• Tốc độ cắt đầu vào là giá trị thấp nhất của tốc
độ gió cho phép thùng quay gió hoạt động.
• Tốc độ cắt đầu ra là giá trị cao nhất của tốc độ
gió mà tuabin gió có thể hoạt động mà không bị
hư hỏng.
• Tốc độ định mức là giá trị của tốc độ gió mà
tuabin gió hoạt động và tạo ra công suất danh
định của nó.

Điều khiển vùng dao động hoặc góc nghiêng
08
• Góc nghiêng (ß) đóng một vai trò quan trọng
trong việc trích xuất năng lượng từ gió.
• Do đó, năng lượng gió có thể được kiểm soát
bằng cách điều khiển góc này.

08
Điều khiển dao động
• Cần hiểu rằng đình trệ là một hiện tượng; đây là một hiện tượng được sử dụng để cứu tuabin gió
khỏi bị hư hỏng.
• Với tốc độ gió cao (trên tốc độ định mức), lượng phân bố đồng đều sẽ biến mất, gây ra sự hỗn
loạn trong phân phối gió ở trên bề mặt của lưỡi dao.
• Bằng thiết kế tốt của cánh tuabin gió, hiện tượng ngừng hoạt động được sử dụng để giữ an
toàn cho tuabin gió khi tốc độ gió cực lớn.

08
Điều khiển góc cao độ
• Điều khiển góc độ cao có thể thực hiện bằng cách giảm góc ß.
• Khi tốc độ gió cao hơn giá trị định mức, góc ß sẽ được giảm xuống để giảm áp lực lên bề
mặt dưới của cánh và do đó giảm lực mô-men xoắn. Việc giảm mômen xoắn sẽ làm giảm
tốc độ rôto và do đó công suất phát ra để nó được giữ ở giá trị định mức của nó.
Tỉ lệ tốc độ đỉnh
• Công suất khai thác từ gió tỷ lệ với ba yếu tố, đó là bán kính rotor r, tốc độ gió v, và hệ số
công suất Cp.
• Phương trình toán học giữa v và ωT có thể được biểu diễn dưới dạng:

09

09
• Trong chế độ máy phát, tốc độ gió thay đổi từ tốc độ cắt đến tốc độ định mức (0,4–1 pu) và
do đó công suất được tạo ra. Công suất lớn nhất có thể được chiết xuất từ mỗi tốc độ gió có
thể đạt được tại các giá trị nhất định của tốc độ tuabin gió ωT.
• MPPT biểu diễn chế độ máy phát trong đường đặc tính công suất. MPPT phải được xác
định bởi các nhà vận hành manufac cho mỗi tuabin gió.
Mô hình MATLAB Simulink SCIG.

09
Tua bin gió.

09
Tác động của sự thay đổi tốc độ gió đến hoạt động của tuabin gió. (A)
Sự thay đổi tốc độ gió, (B) sự thay đổi góc độ và (C) sự thay đổi công
suất đầu ra.

Mô hình toán học của máy phát điện
tuabine gió.
10
• Để hiểu hoạt động của hệ thống năng lượng gió, cần phải biết được
mô hình toán học của máy phát tuabin gió. Máy phát điện được sử
dụng trong tuabin gió có thể được chia thành các phần như IG và SG.
Trong đó SCIG và DFIG là các phân loại chính của IG.

Có 2 phương pháp cho mô hình máy phát điện,
đó là mô hình vecto không gian và mô hình biến đổi d-q.
Mô hình toán học của IG
• Chuyển động quay là kết quả của sự tương tác từ thông giữa rôto
(φr) và stato (φs). φs và φr bao gồm 2 thành phần chính là tự cảm
của cuộn dây stato (Ls), rôto (Lr) và độ cảm từ hoá (Lm). Cuối cùng
là sự rò rỉ cảm kháng giữa 2 cuộn dây stato và rôto lần lượt là Lls
và Llr.
• Các phương trình không gian vectơ của liên kết từ thông stato và
rôto được viết lại như sau:

Có 2 phương pháp cho mô hình máy phát điện,
đó là mô hình vecto không gian và mô hình biến đổi d-q.
Chuyển đổi d-q của IG
Tất cả vectơ không gian như điện áp, dòng điện của IG sẽ được chia thành các thành phần
tương đương trên hệ quy chiếu d-q.
Điện áp stato Rò rỉ từ thông stato
Điện áp rôto Rò rỉ từ thông rôto

11 SCIG trong WEGS.
• Stato của SCIG được nối với lưới điện qua máy biến áp, ngoài ra còn có bộ tụ điện được sử dụng
cho việc tự kích thích. Bộ bù đồng bộ tĩnh (STATCOM) được kết nối tại điểm kết nối chung (PCC)
giữa tuabin gió và lưới điện.

11 SCIG trong WEGS.
Nguyên tắc hoạt động của STATCOM
• STATCOM bao gồm một nguồn DC cung cấp điện áp một chiều và bộ chuyển đổi điện áp VSC,
có khả năng đồng bộ điện áp một chiều với điện áp lưới.
• Nếu VPCC thấp hơn giá trị định mức, STATCOM sẽ đưa công suất phản kháng vào lưới điện để
điều chỉnh điện áp. Nhưng nếu VPCC cao hơn giá trị định mức, thì STATCOM sẽ hấp thụ công
suất phản kháng từ lưới điện để giữ điện áp ở giá trị định mức.

11 SCIG trong WEGS.
Hệ thống điều khiển STATCOM
• Quá trình chuyển đổi dq đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển năng lượng
gió, và được minh hoạ trong hệ thống điều khiển STATCOM.
• Dựa theo sơ đồ một vòng lặp khóa pha (PLL) được sử dụng để tạo ra góc θ là góc pha giữa điện
áp lưới (Vg) và dòng điện lưới (Ig) tương ứng. θ được sử dụng để tạo ra các thành phần dq của
Vg và Ig (Vgdq và Igdq).
Sơ đồ hệ thống điều khiển STATCOM

12 DFIG trong WEGS.
• Tua bin gió dựa trên DFIG có thể được phân loại là loại có tốc độ thay đổi rôto tuabin gió. Bởi vì đây là
loại rôto dây quấn, điện áp và giá trị của rôto DFIG đóng một vai trò quan trọng ảnh hưởng tới sự ổn
định trong hệ thống điều khiển.
• Hệ thống điều khiển của DFIG có thể được chia thành hai phần, cụ thể là hệ thống điều khiển phía
rôto phần và hệ thống điều khiển phía lưới. Hệ thống điều khiển phía rôto chịu trách nhiệm kiểm soát
công suất đầu ra, trong khi Hệ thống điều khiển phía lưới được sử dụng để điều chỉnh điện áp DC và
điều chỉnh điện áp lưới tại điểm kết nối chung PCC.

Máy phát điện đồng bộ Turbine gió.
13

• Ứng dụng nhiều nhất của máy phát điện đồng bộ turbine
gió(SGWT) là hệ thống năng lượng gió độc lập và các ứng dụng tại
nhà.
• Các loại SGWT được chia thành hai loại theo loại kích thích từ
trường nam châm vĩnh cửu và loại kích từ trường ngoài. Trong kiểu
kích từ trường ngoài rôto của SG là rôto quấn được kết nối với
nguồn điện DC (một chiều) thông qua chổi than.
• Trong kích thích từ trường nam châm vĩnh cửu từ trường được tạo ra bởi nam châm vĩnh cửu nên loại
này được gọi là PMSG (permanent magnet synchronous generator).
• Có hai loại: PMSG bề mặt và PMSG bên trong.
• PMSG bề mặt có thể bị tách ra do lực ly tâm nên loại này được sử dụng ở tốc độ thấp.
• Trái lại, ở PMSG bên trong nam châm vĩnh cửu được gắn ở bên trong do đó có thể hoạt động ở tốc độ
cao.

Chuyển đổi d-q của 1 SG.
• Chuyển đổi dq của SG dựa trên tham chiếu trang trại đồng bộ như cùng 1
cách của IG. Sự khác biệt chính là ở dòng điện rôto nơi có không có thành
phần bậc hai của dòng điện rôto.
ds r qs
qs s qs qs d
ds s d
s
s
r
v p
v R i p
R i   
  
 


    
 

 ( )
( )
ds dm f ls dm ds
qs ls qm qs
L I L L i
L L i


   


   

(2.44) (2.45)
• Để đơn giản, và ta có được phương trình (2.46) được viết như sau:
d ls dm
L L L
  q ls qm
L L L
 
0
ds dm f d ds
qs q qs
L I L i
L i


  


  

(2.46)

Chuyển đổi d-q của 1 SG.
Mạch tương đương của SG theo dq:
(A) Mạch tương đương trục d của SG.
(B) Mạch tương đương trục q của SG.

14 Yêu cầu về Grid Code (Mã lưới).
• Sự phát triển của công nghệ thu năng
lượng gió khuyến khích nhiều quốc gia
tăng cường sử dụng năng lượng gió bằng
cách mở rộng số lượng trang trại lắp đặt
turbine gió.
Yêu cầu LVRT của các mã lưới khác nhau.
Tất cả các GRD đều đồng ý với các khái niệm
cơ bản, đó là:
• Tính liên tục của kết nối.
• Đóng góp vào sự ổn định điện áp trong
LVRT.

15 Tóm tắt.
• Cơ sở lịch sử, sự phát triển của năng lượng gió, các loại tuabin gió, công suất trong gió, các
loại và cách đúc máy phát điện được sử dụng trong WEGS và hiệu suất tuabin gió tối đa
đã được giới thiệu trong chương này. Hệ thống điều khiển của WEGS được hình thành
dựa trên phép biến đổi d-q.

Cảm ơn mọi người đã lắng nghe.

lưới điện phân tán .pptx

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to lưới điện phân tán .pptx

Similar to lưới điện phân tán .pptx (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

lưới điện phân tán .pptx