Mẫu: BÌA LUẬN VĂN CÓ IN CHỮ NHŨ (Khổ 210 x 297 mm)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÍCH
TỪ CHO MÁY PHÁT ĐIỆN TURBIN GIÓ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
Mã số ngành: 60520202
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM
DƯƠNG VĂN KHUÔN NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÍCH
TỪ CHO MÁY PHÁT ĐIỆN TURBIN GIÓ

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM
PHÒNG QLKH – ĐTSĐH
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày … tháng … năm 20… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ và tên: Dương Văn Khuôn Giới tính: Nam
Sinh ngày: 19/05/1982 Nơi sinh: Kiên Giang
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV:
1241830014
I. TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG KÍCH TỪ CHO MÁY PHÁT
ĐIỆN TUABIN GIÓ.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Xây dựng bộ điều khiển hệ thống kích từ nhằm mục đích xác định mô
hình toán học và chỉ định một chiến lược điều khiển dựa trên mô hình này sao cho
tần số và đáp ứng ngõ ra của hệ thống điều khiển là tốt nhất.
- Mô phỏng trên Matlab-Simulink để kiể
m nghiệm sự đúng đắn của thuật
toán nêu ra.

Xin cám ơn anh Lê Hoàng Hải nhà máy điện gió Bạc Liêu đã cung cấp tài
liệu điện gió rất hữu ích để em tham khảo các thông số kỹ thuật.
Xin cám ơn trường Đại Học Công Nghệ Tp. HCM, Khoa Cơ – Điện – Điện
Tử
, Phòng Quản Lý Khoa Học - Đào Tạo Sau đại học, Tập thể lớp 12SMĐ11, đã
tạo cơ hội cho em thực hiện Luận văn này.
Xin cám ơn cơ quan và các đồng nghiệp đã giúp đỡ cho em năng cao trình độ
chuyên môn.
Cuối cùng, Xin cám ơn Ba Mẹ, Người đã nuôi con khôn lớn, cho con đủ nghị
lực và trí khôn. Học viên thực hiện Dương Văn Khuôn

iii

TÓM TẮT

Nghiên cứu thiêt kế hệ thống kích từ cho máy phát điện tuabin gió, đang và
đã là vấn đề nóng trong nghiên cứu nhà máy điện gió. Các công trình nghiên cứu
trong và ngòai nước đã thực hiện rất nhiều. Tuy nhiên, khi nguồn gió không ổn định

genenrator of wind energy systems.
Chapter 3: Apply Matlab/Sumulink for coil-rotor inductive genenrator.
Chapter 4: Conclusion and expansion of thesis.
v

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
TÓM TẮT iii
MỤC LỤC v
DANH SÁCH KÝ HIỆU – VIẾT TẮT xii
DANH MỤC CÁC BẢNG xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
CHƯƠNG 0: MỞ ĐẦU 1
0.1 Đặt vấn đề 2
0.2 Giới thiệu đề tài 3
0.3 Phạm vi nghiên c
ứu 4
0.3.1 Đối tượng nghiên cứu 4
0.3.2 Phạm vi nghiên cứu 4
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN GIÓ VÀ
CÁC LOẠI MÁY PHÁT ĐIỆN TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ 5
1.1. Tổng quát 6
1.1.1. Gió 6
1.1.2. Tốc độ và hướng gió 7
1.1.3. Sự phát triển của công nghệ tuabin điện gió 9
1.1.4. Nguyên tắc kỹ thuậ
t cấu hình tuabin điện gió trục ngang dùng hộp số 12
1.2. Các loại máy phát điện trong hệ thống năng lượng gió 12
1.2.1. Máy phát điện đồng bộ 12

ả mô phỏng 43
3.2.4.1. Trường hợp ở tốc gió 5m/s 43
3.2.4.2. Trường hợp ở tốc gió 6m/s 46
3.2.4.3. Trường hợp ở tốc gió 7m/s 49
3.2.4.4. Trường hợp ở tốc gió 8m/s 52
3.3. Thống kê kết quả 54
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 55
4.1. Kết luận 56
4.2. Hướng phát triển đề tài 56
TÀI LIỆ
U THAM KHẢO 57
vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
NTĐ Nhà máy thủy điện
MTĐ Nhà máy nhiệt điện
NNT Nhà máy điện nguyên tử
NĐG Nhà máy điện gió
TĐK Tự động điều chỉnh kích từ
BCN Biến đổi chức năng
ĐKTĐ Điều kiện ổn định cần thiết của hệ thống
TSR Tip – speed – ratio
MF Máy phát
KT Kích từ
viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

αβ 28
Hình 2.2: Mô hình điều khiển PID 36
Hình 2.3: Sơ đồ bộ điều khiển PI ứng dụng vào máy điện động cảm ứng rotor dây
quấn 36
Hình 3.1: Mô hình mô phỏng hệ thống tuabin gió hoạt động ở chế độ xác lập 40
Hình 3.2: Sơ đồ khối tuabin gió 41
Hình 3.3: Sơ đồ khối máy phát 41
Hình 3.4: Sơ đồ khối chỉnh l
ưu 42
Hình 3.5: Sơ đồ khối nghịch lưu 42
x

Hình 3.6: Sơ đồ khối hồi tiếp điều khiển từ thông 43
Hình 3.7: Đồ thị điện áp ngõ ra của máy phát ở tốc gió 5m/s 43
Hình 3.8: Đồ thị điện áp 1 chiều ở tốc gió 5m/s 44
Hình 3.9: Đồ thị dạng sóng điện áp ngõ ra khi không tải ở tốc gió 5m/s 44
Hình 3.10: Đồ thị điện áp điều khiển và sóng mang ở tốc gió 5m/s 45
Hình 3.11: Đồ thị dạng sóng dòng ở t
ốc gió 5m/s 45
Hình 3.12: Đồ thị điện áp ngõ ra của máy phát ở tốc gió 6m/s 46
Hình 3.13: Đồ thị điện áp 1 chiều ở tốc gió 6m/s 47
Hình 3.14: Đồ thị dạng sóng điện áp ngõ ra khi không tải ở tốc gió 6m/s 47
Hình 3.15: Đồ thị điện áp điều khiển và sóng mang ở tốc gió 6m/s 48
Hình 3.16: Đồ thị dạng sóng dòng ở tốc gió 6m/s 48
Hình 3.17: Đồ thị điện áp ngõ ra của máy phát ở tố
c gió 7m/s 49
Hình 3.18: Đồ thị điện áp 1 chiều ở tốc gió 7m/s 50
Hình 3.19: Đồ thị dạng sóng điện áp ngõ ra khi không tải ở tốc gió 7m/s 50
Hình 3.20: Đồ thị điện áp điều khiển và sóng mang ở tốc gió 7m/s 51
Hình 3.21: Đồ thị dạng sóng dòng ở tốc gió 7m/s 51
2

0.1 Đặt vấn đề
Trong chiến lược phát triển năng lượng của nhiều quốc gia có tiềm năng về
Phong điện, năng lượng gió được xem như là nguồn năng lượng sơ cấp vô hạn. Ưu
điểm của năng lượng gió là dễ khai thác, công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư và chi
phí vận hành tương đối thấp. Tuy nhiên nếu muốn đẩy mạnh việc khai thác nguồn
n
ăng lượng này trong tương lai, công nghệ phải ngày càng hoàn thiện, năng suất
chuyển đổi gió thành điện ngày càng cao.
Vì tốc độ gió luôn thay đổi theo thời gian, để tuabin vận hành tối ưu với vận
tốc gió nhất định thì hệ thống turbin và máy phát điện phải có chức năng tự điều
chỉnh theo sự thay đổi của vận tốc và hướng gió. Tuy nhiên đối với hệ thống máy
phát điện công su
ất lớn thì việc điều chỉnh này rất khó khăn. Vì vậy đối với hệ
thống máy phát điện gió công suất lớn, người ta thường thay đổi từ thông trong hệ
thống kích từ của máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn.
Chính vì lẽ đó, ở Việt Nam đã có nhiều đề tài nghiên cứu điều khiển máy
phát điện cảm ứng và DFIG, và gần đây nhất là luậ
n văn Thạc Sĩ Võ Xuân Hải
(2009); Phạm Trung Hiếu (2011); Tôn Long Đại (2011); Nguyễn Anh Hùng (2012)
v.v…
- Nghiên cứu điều khiển máy phát điện cảm ứng và DFIG đã được các nhà
khoa học như Jeong –Ik Jang (2006); Lie Xu (2007); Jiabing Hu (2007) Muarli
M.Baggu (2007); Lingling Fan (2009); Yi Zhou, Paul Bauer (2009); Sol-Bin Lee

Năng lượng là một vấn đề cực kỳ quan trọng trong xã hội ta. Ở bất kỳ quốc
gia nào, nă
ng lượng nói chung và năng lượng điện nói riêng luôn luôn được coi là
nghành công nghiệp mang tính chất xương sống cho sự phát trển của nền kinh tế.
Việc sản xuất và sử dụng điện năng một cách hiệu quả luôn được coi trọng một cách
đặc biệt. Ý nghĩa quan trọng và cũng là mục tiêu cao cả nhất của nghành công
nghiệp then chốt này là nhằm nâng cao đời sống của mỗi người dân.
Xã hội không ngừng phát tri
ển, sinh hoạt của nhân dân không ngừng
được nâng cao nên cần phải phát triển xây dựng các nhà máy phát điện tận dụng các
nguồn tài nguyên vốn có như năng lượng mặt trời, năng lượng gió Trong đó, vấn
đề đáng quan tâm là hiệu suất và chất lượng điện năng.
Máy phát điện rotor dây quấn đóng một vai trò quan trọng trong hệ thống
điện, nơi mà tính ổn định luôn được đòi hỏi cao. Trong đ
ó, vấn đề đáng quan tâm là
hiệu suất và chất lượng điện năng. Bộ điều khiển ổn định điện áp máy phát quan
trọng nhất là bộ điều khiển kích từ đi vào máy phát . Vì thế, đề tài của em “nghiên
4

cứu thiêt kế hệ thống kích từ cho máy phát điện tuabin gió’’ sẽ đi sâu vào tính toán,
thiết kế bộ kích từ cho nhà máy phát điện gió.
0.3 Phạm vi nghiên cứu
0.3.1 Đối tượng nghiên cứu
Tìm hiểu nguyên lý hoạt động, mô hình hóa và xây dựng giải thuật điều
khiển máy phát điện rotor dây quấn được ứng dụng trong các hệ thống chuyển đổi
năng lượng gió WECS (Wind Energy - Conversion System).
0.3.2 Phạm vi nghiên cứu
Luận vă
n tập trung vào các giải thuật điều khiển máy phát điện cảm ứng
rotor dây quấn. Và ba giải thuật được trình bày trong luận văn này là:

1.1. Tổng quát [1]

Hình 1.1: Các dạng năng lượng tái tạo
1.1.1. Gió
Tia nắng mặt trời chiếu vào mặt đất thay đổi không đồng đều làm nhiệt độ
trong bầu khí quyển, nước và không khí luôn khác nhau, trái đất luôn quay trong
quỹ đạo xung quanh mặt trời và tự quay quanh trục nên tạo ra mùa, ngày, đêm.
Chính vì sự thay đổi nhiệt độ của khí quyển làm không khí chuyển động. Sự chuyển
động của không khí được gọi là gió.
Ngoài ra vào ban đêm, một nửa bề mặt c
ủa trái đất, bị che khuất không nhận
được tia nắng mặt trời, nửa bề mặt kia là ban ngày nên cường độ tia nắng cao hơn,
thêm vào đó nhiệt độ ở Bắc bán cầu, Nam bán cầu và đường xích đạo cũng như
nhiệt độ ở biển và trên đất liền luôn khác nhau.
7

Từ sự quay quanh trục của trái đất nên không khí chuyển động xoáy theo
những chiều khác nhau giữa Bắc bán cầu và Nam bán cầu làm nhiệt độ của khí
quyển thay đổi phát sinh những vùng áp cao và áp thấp.
1.1.2. Tốc độ và hướng gió
Đơn vị của tốc độ gió được tính theo kilomet trên giờ (km/h) hoặc mét trên
giây (m/s) hoặc knot (kn: hải lý trên giờ) hoặc Mile trên giờ (mph) tại Mỹ.
• 1 kn = 1 sm/h = 1,852 km/h = 0,514 m/s
• 1 m/s = 3,6 km/h = 1,944 kn = 2,237 mph
• 1 km/h = 0,540 kn = 0,278 m/s = 0,621 mph
• 1 mph = 1,609344 km/h = 0,8690 kn = 0,447 m/s
Hướng gió là hướng mà từ đó gió thổi tới
điểm quan trắc. Hướng gió được
biểu thị bằng phương vị đông, tây, nam, bắc hoặc theo góc là lấy hướng bắc làm
mốc ở vị trí 00 hoặc 3600 và tính theo chiều kim đồng hồ.

(IEC)
I
(vùng có
gió mạnh)
II
(vùng có
gió khá mạnh)
III
(vùng có
gió trung bình)
IV
(vùng có
gió yếu)
Tốc độ gió tiêu biểu
của 50 năm v REF
50 m/s 42,5 m/s 37,5 m/s 30 m/s
Tốc độgió trung
bình trong năm v
TB
10 m/s 8,5 m/s 7,5 m/s 6 m/s
Tốc độgió cao nhất
trong 50 năm 1.4v
REF
70 m/s 59,5 m/s 52,5 m/s 42 m/s
Tốc độgió cao nhất
trong 1 năm
1.05vREF
52,5 m/s 44,6 m/s 39,4 m/s 31,5 m/s
1.1.3. Sự phát triển của công nghệ tuabin điện gió
Công nghệ điện gió gồm hai loại: loại trục đứng Savonius, Darieus và loại