M CL C
NHI M V LU NăVĔNăTH CăSƾ ........................................................................... i
L I C Mă N ........................................................................................................... iv
TÓM T T ...................................................................................................................v
ABSTRACT .............................................................................................................. vi
L IăCAMăĐOAN .................................................................................................... vii
LÝ L CH KHOA H C ........................................................................................... viii
M C L C ...................................................................................................................x
DANH SÁCH CÁC B NG .................................................................................... xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH .......................................................................................xv
Ch

ngă1T NG QUAN .............................................................................................1

1.1

Đặt v năđ ......................................................................................................1

1.2

Các k t qu nghiên c uătrongăvƠăngoƠiăn

1.3

Các v năđ nghiên c u c aăđ tài ..................................................................5

c ................................................3

1.3.2

ụănghƿaălu năvĕn .....................................................................................6


ngăphápăgi i quy t .................................................................................7

ngă2C S LÝ THUY T ..................................................................................9

x


2.1

B i c nh l ch sử phát tri n : ...........................................................................9

2.2

T ng quan v nĕngăl

ng gió ......................................................................12

2.2.1

Thực tr ngănĕngăl

ngăvƠămôiătr

2.2.2

Thực t i phát tri n c aănĕngăl

2.2.3


3.2.3

B ph năđi uăh

3.2.4

B ph năđi u khi n t căđ ....................................................................29

3.3

ng ..............................................................................28

Các lo i máy phát trong h th ngănĕngăl

ng gió ......................................29

3.3.1

Máyăphátăđi năđ ng b .........................................................................29

3.3.2

Máyăphátăđi n c m ng ........................................................................30

3.3.3

Máyăphátăđi n c m ng rotor l ng sóc .................................................31

3.3.4



Ch

3.5.3

H th ngăđi u khi n b chuy năđ i phía rotor .....................................37

3.5.4

H th ngăđi u khi n b chuy năđ iăphíaăl

3.5.5

H th ngăđi u khi n góc xoay c a cánh qu t gió .................................41

ngă4THI T B BỐăTƾNHăSVCă(StaticăVARăCompensator) ............................42

4.1

Thi t b bùătƿnhăSVCă(StaticăVarăCompensator) .........................................42

4.1.1

Nguyên t c ho t đ ng ...........................................................................42

4.1.2

K t n i...................................................................................................43

4.1.3

Gi i thi u m ngăn ron .................................................................................48

5.1.1

M ngăn ronănhơnăt o ............................................................................48

5.1.2

Các ch đ h c trong m ngăn ronănhơnăt o .........................................50

5.1.3

M ngăn ronătruy n thẳng......................................................................51

5.1.4 M ngăn ronăh i quy ................................................................................53
5.1.5
5.2

B đi u khi n tuy n tính hoá ph n h i NARMA-L2 ...........................53
ng d ng b đi u khi n NARMA-L2 vào b đi u khi n SVC ..................57

5.2.1

S ăđ đi u khi n SVC v i b đi u khi n PI .........................................57

5.2.2

S ăđ đi u khi n SVC v i b đi u khi n NARMA-L2 ........................58

5.3

B ng 1. 1: Sự phát tri n c a tuabin gió trong 1985-2004...........................................2
B ng 2.1: L ch sử tuabin gió………………………………………………………...9
B ng 2.2: Ho tăđ ng c a các tuabin gió lo i công su t l n .....................................11
B ng 2.3: T ng công su t l păđặt B căMƿă(MW)ăvƠoăcu iănĕmă2005ăậ đầuănĕm2006ă
ậ cu iănĕmă2006 ........................................................................................................16
B ng 2.4: T ng công su t l păđặtăNamăvƠăTrungăMƿă(MW)ăvƠoăcu iănĕmă2005ăậ
đầuănĕmă2006ăậ cu iănĕmă2006 ................................................................................18
B ng 2.5: T ng công su t l păđặt Châu Á (MW) vào cu iănĕmă2005ăậ đầuănĕmă
2006 ậ cu i nĕmă2006 ...............................................................................................19
B ng 2.6: T ng công su t l păđặtăTrungăĐôngăvƠăChơuăPhiă(MW)ăvƠoăcu iănĕmă
2005 ậ đầuănĕmă2006ăậ cu iănĕmă2006 ....................................................................20
B ng 2.7: Ti mănĕngănĕngăl

ng gió

ĐôngăNamăÁă[8] ........................................21

xiv


DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1:ăTopă10ăn

c có công su t l păđặtătíchălũy ...............................................13

Hình 2.2:ăTopă10ăn

c có công su t l păđặt m i .....................................................13

Hình 2.3: T ng công su tănĕngăl


Hình 3.5:L uăl
Hình 3.6:ăĐ

ng công su t DFIG .......................................................................37

ngăđặc tính công su t-t căđ [11] ......................................................38

Hình 3.7:ăS ăđ đi u khi n b chuy năđ i phía rotor ..............................................38
Hình 3.8: Đ

ngăđặcătr ngăV-I [11] ........................................................................39

Hình 3.9:ăS ăđ đi u khi n b chuy năđ iăphíaăl

i ................................................40

Hình 3.10:ăS ăđ đi u khi n góc xoay cánh qu t gió ...............................................41
Hình 4.1: C u trúc c a h th ng nghiên c u………………………………………44
Hình 4.2: S đ kh i c a SVC ..................................................................................45
Hình 4.3: S ăđ đi u khi n c a SVC .......................................................................45
Hình 4.4:ăĐápă ngăquáăđ c a h th ng nghiên c u khi x y ra ng n m ch3 pha ....47
Hình 5.1:M ngăn ronănhơnăt o d ng t ng quát…………………………………....48
Hình 5.2: Mô hình m ngăn ronăbi u di n

d ng khác ............................................49

Hình 5.3: H c có giám sát ........................................................................................50

xv

ngă1

T NG QUAN
Đặt v năđ

1.1

Đi nănĕngăđóngăvaiătròăr t quan tr ng đ i v i s n xu t s n ph m hàng hóa và c i
thi nă đ i s ng c aă conă ng

i. Chính vì v y,ă nhƠă n

c luôn quan tâm t i sự phát

tri n c aăngƠnhăđi n, t oăđi u ki năchoăngƠnhăđi n tr thành m t ngành công nghi p
mũiănh n ph c v sự nghi p Công nghi p hóa ậ Hi năđ iăhóaăđ tăn
Xuăh

ng chuy n d ch từ h th ngăđi năđ c quy năc ăc u theo chi u d c sang th

tr

ngăđi n c nhătranhăđƣăvƠăđangădi n ra m nh m

tr

ngăđi n v iăc ăch m đƣăđemăl i hi u qu

đi mă v


c sử d ngăcáchăđơyă3000ănĕm.ăĐ năđầu th k 20,ănĕngăl

cădùngăđ cung c pănĕngăl

ngăc ăh cănh ăb măn

đầu k nguyên công nghi p hi năđ i, ngu nă nĕngăl
th nĕngăl

ng, ch tăl

ng

căhayăxayăngũăc c. Vào

ngăgióăđ

c sử d ngăđ thay

ng hóa th ch hay h th ngăđi n nhằm cung c p ngu nănĕngăl

ng thích

h păh n.
Đầu nhữngă nĕmă 1970,ă doă kh ng ho ng giá dầu, vi c nghiên c uă nĕngă l
đ

c quan tâm. Vào th iăđi m này, m cătiêuăchínhălƠădùngănĕngăl

nĕngăl


c phát tri n từngăb

c phát tri năvƠoăđầu th k 20.ăKƿăthu t

c m t từ đầu nhữngănĕmă1970.ăCu i nhữngănĕmă1990,ă

ng gió tr thành m t trong những ngu nă nĕngă l

Trong những th p k cu i c a th k 20, t ngănĕngăl

ng gió trên toàn th gi iătĕngă

x p x g păđôiăsauăm iă3ănĕm.ăChiăphíăđi n từ nĕngăl
so v i chi phí c aăđầu nhữngănĕmă 1980, và xuăh
chuyên gia dự đoánărằng t ngă nĕngăl

ng quan tr ng nh t.

ng gió gi m xu ng còn 1/6

ng gi m này v n ti p t c. Các

ng tíchălũyătrênătoƠnăth gi i hằngănĕmăs

tĕngăkho ng 25% m tănĕmăvƠăchiăphíăs gi m kho ng 20% - 40%.
Kƿ thu tănĕngăl

ng gió phát tri n r t nhanh v m i mặt. Cu iănĕmă1989,ăvi c ch


lai gần. B ng 1.1 cho ta cái nhìn v sự phát tri n c a tuabin gió từ nĕmă1985ăđ n
nĕmă2004.
B ng 1.1: Sự phát tri n c a tuabin gió trong 1985-2004
Nĕm

Công su t

Đ

ng kính rotor (m)

(kW)
1985

50

15

1989

300

30

1992

500

37



ngăđi n gió giúp ta từngăb

ng cung ng cho h th ngăđi n.ăRõărƠngănĕngăl

c cân bằng

ng gió là ngu n

ng tự nhiên và vô t n vi c t n d ng m t cách hi u qu ngu nănĕngăl

ng

này vào h th ng đi n qu c gia s mang l i r t nhi u l i ích kinh t điăkèmălƠăcácă
gi i pháp ti t ki mănĕngăl

ng. Nh ngăkhiăđ aăngu n gió vào h th ng s có những

daoăđ ng, hoặc khi sự c x y ra thì chúng ta cần có những bi năphápăđ kh c ph c
nhanh và giúp h th ng tr l i ho tăđ ngăbìnhăth

ng.

Trênăc ăs những k t qu c a các công trình nghiên c uătr
c aănĕngăl

ngăgióăđƣăđ tăđ

c,ăđ tƠiăđ xu tătênăắNơngăcaoăđ



c các yêu cầu truy n t i

đi nănĕngătừ cácănhƠămáyăđi n cho các ph t i,ăđ m b o cung c păđi n ph c v cho
nhu cầu phát tri n kinh t - xã h i và nhằm gi m t n th tăđi nănĕngădoătruy n t i.
Tuy nhiên, h th ng v năch aăcóăkh nĕngăcungă ng dự phòng, vi c nghiên c uăđ aă
vào sử d ng các ngu nănĕngăl
cũngănh ănĕngăl

ng m i là v năđ c p thi tă đápă ng nhu cầuăđi n

ng qu căgia.ăChínhăvìăđi uăđó,ăvi c nghiên c u tính toán và thi t

k h th ngănhƠămáyăđi năgióăđóngăvaiătròăquanătr ng trong vi c phát tri n h th ng
đi n qu c gia. Hi nănay,ănhƠăn

c ta có nhi u công trình ng h nghiên c u phát

tri năđi n gió, c th là:

3


 Ch

ngă trìnhă dự ánă nĕngă l

ngă gióă GIZă ắTìnhă hìnhă phátă tri nă đi n gió và

kh nĕngăcungă ng tài chính cho các dự án


ng dự phòng s ch. C th là:

 Transient Analysis of Grid-Connected Wind Turbines with DFIG After an
External Short-Circuit Fault, Tao Sun, Z Chen, Frede Blaabjerg, NORDIC
WIND POWER CONFERENCE, 1-2 March, 2004, CHALMERS Chalmers
university of [4].
 Renewable and Efficient Electric Power Systems, Gilbert M. Masters,
Stanford University; Wiley [5].
 Control and Stability Analysis of a Doubly Fed Induction Generator. Toufik
Bouaouiche, Mohamed Machmoum IREENA-LARGE, Saint Nazaire cedex,
France [6].
 Novel Power Electronics Systems for Wind Energy Application: Final
Report; Erickson, Al-Naseem, University of Colorado[7].
Bằngă ph

ngăphápă đoă đ c,ă chúngă taă đƣă l pă đ

c bi uă đ quang khí h u t i nhi u

vùng c a Vi t Nam. B năđ quang khí h u mà c th là t căđ gió s cho cái nhìn
chínhăxácăh năv đi u ki năphátăđi n bằngănĕngăl

4

ng gió.


V i sự tr giúp ngày càng nhi u và càng m nh c aămáyătính,ăcácăch
toánăđ

thángă01ănĕmă2006,ăphêăduy t l trình,ăcácăđi u ki n hình thành và phát tri n
các c păđ th tr

ngăđi n lực.

 Quy tă đ nhă 24/2011/QĐ-TTg c a Th t
bánăđi nătheoăc ăch th tr

ng Chính ph v đi u ch nh giá

ng.

 Quy tăđ nh 37/2011/QĐ-TTg v c ăch h tr phát tri n các dự ánăđi n gió
t i Vi t Nam.
 Quy tă đ nhă 18/2008/QĐ-BCT v bi uă giáă chiă phíă tránhă đ

c và h pă đ ng

muaăbánăđi n m u áp d ngăchoăcácănhƠămáyăđi n nh sử d ngănĕngăl

ng tái

t o.
Doăđặc thù tính không năđ nh c a gió tự nhiên nên khi tính toán thi t k h th ng
đi năgió,ăng

i ta ph i t n d ng m t s thi t b đi n tử công su t trong h th ng.

Tuy nhiên, gió tự nhiên có nhữngă uă đi mă nh ă tínhăkinhă t caoă nênă th


Vi c dự đoánăm t m ngăđi n gió t i uăđemăl i k t qu thực ti n cho các gi i pháp
v cung c păđi năcũngănh ăh th ng truy n t i và phân ph iăđi nănĕng.ăK t qu c a
vi c nghiên c u này giúp thi t k những h th ngăđi n gió n iăl

i phù h p thực t

d v n hành mang l i hi u qu v c tính kƿthu t và kinh t .
1.3.2 ụănghƿaălu năvĕn
Vi căđ aăthêmăvƠoăsử d ng ngu nănĕngăl
l i ngu nănĕngăl
nĕngăl

ngăđi n gió giúp ta từngăb

ng cung ng cho h th ngăđi n.ăRõărƠngănĕngăl

c cân bằng

ng gió là ngu n

ng tự nhiên và vô t n vi c t n d ng m t cách hi u qu ngu nănĕngăl

ng

này vào h th ngăđi n qu c gia s mang l i r t nhi u l i ích kinh t điăkèm là các
gi i pháp ti t ki mănĕngăl

ng. Khiăđ aăngu n gió vào h th ng s có những dao

đ ng, hoặc khi sự c x y ra thì chúng ta cần có những bi nă phápă đ kh c ph c


tr giúpăđỡ từ chính ph , các t ch cănĕngăl

6

ngăgió,ăđ ng th iăđ

c sự h

ngăđi n gió, s giúpătaăcóăc ăs đ


quy ho ch phát tri n,ă đầuă t ă xơyă dựng các h th ngă đi n gió

các vùng có ti m

nĕngăv gió t i Vi t Nam.
Doăđó,ăvi c nơngăcaoăđ

năđ nhăđ ng c a h th ngămáyăphátăđi n gió sử d ng SVC

s giúp h th ng ho tăđ ng năđ nh.
1.4

M c tiêu và nhi m v
 Tìm hi u các lo i máy phát đi n gió
 Tìm hi u máyă phátă đi n khôngă đ ng b

ngu nă đôi DFIG (Doubly-Fed



iătruy năt i,ăkhôngă

xétăđ năc uăt oăvƠănguyênălỦăđi uăkhi năc aă máyăphátăđi năkhôngăđ ngăb ăngu nă
đôiăDFIG.
1.7

Đi m m i c a lu năvĕn

Xây dựng mô hình nghiên c u các nhă h
ngu năđôiăDFIG lênăl

ng c a máyă phátă đi nă khôngă đ ng b

iăđi n có thông s thực t .

Sử d ng m ngăn ronăđ thi t k b đi u khi n cho SVC.

7


1.8

Ph m vi ng d ng


ng d ngăchoăcácămôăhìnhăhayăl




C ăS LÝ THUY T

Ch

ngă3:ă

H TH NGăMÁYăPHÁTăĐI N GIÓ

Ch

ngă4:

THI T B BỐăTƾNHăSVCă(STATIC VAR COMPENSATOR)

Ch

ngă5:ă

THI T K B ĐI U KHI N M NGăN RONăCHOăSVCăĐ

NỂNGă CAOă Đ

Nă Đ NH Đ NG C A H

THU N
Ch

ngă6:

K T LU N VÀ KI N NGH

iă Mƿă

PalmerăPutnamăđƣăch t o tuabin gió kh ng l choăcôngătyăMƿăMorganăSmithăCo.,
cóăđ

ng kính 53 m. Tuabin gió này không ch khác

ch t oă cũngă khácă bi t.ă Kƿă thu t c aă ng

kíchăth

c to l nămƠăkƿăthu t

iă Đană M chă c ă b n dựa trên cánh qu t

theo chi uăgióăđangăth i v i sự đi u khi n ngừng quay, ho tăđ ng
thu t c a Putnamăc ăb n dựa trên cánh qu tătheoăh

t căđ ch m.ăKƿă

ng gió th i v i b đi u ch nh

t căđ . Tuy nhiên tuabin gió c a Putnam v năch aăthƠnhăcông.ăNóăđ

c dỡ b vào

nĕmă1945.ăB ng 2.1 s cho ta cái nhìn t ng quát v l ch sử c a tuabin gió.
B ng 2.1: L ch sử tuabin gió
Tuabin và
n

cao

ra

(m)

(m2)

(kW)

riêng

qu t

tháp

đ i

(kW/m2)
Poul LaCour,

(m)

23

408

18

0.04


17

237

50

0.21

3

24

1941

24

456

70

0.15

3

24

1942

24

Gedser,ăĐană
M ch
Hutter,ăĐ c

Sau chi n tranh th gi i th hai,
c aăng

ĐanăM ch Johannes Juul c i ti n kƿăthu t thi t k

iăĐanăM ch. Tuabin gió c aăanhăta,ăđ

căđặt

Gedser ậ ĐanăM ch, phát

2.2 tri u kWh từ nĕmă 1956ă vƠă 1967.ă VƠoă cùngă th iă đi mă đó,ă giaă đìnhă Germană
Hutterăđƣăphátătri n m tăkƿăthu t thi t k m i. Tuabin gió g m 2 cánh m ng bằng
nhựa đónătheoăh

ng gió th i c a tháp trên tr c quay. Tuabin gió này n i ti ng v

hi u su t cao.
Trái l i sự thành công c a tuabin gió Juul và Huuter, vi c nghiên c u tuabin gió
công su t l n b ng ngăsauăchi n tranh th gi i th hai. Ch có lo i tuabin gió công
su t nh cho h th ng công su t

vùng sâu vùng xa hay s căpinălƠăcònăđ

tâm. Vi c kh ng ho ng giá dầuă đầu nhữngă nĕmă 1970,ă nĕngă l


ng

Di n

Công

Gi

kính

tich

su t

ho t

(m)

quét

(MW)

đ ng

(m2)

Công

Th i



34

1981 ậ 87

Smith ậ

53

2236

1.25

695

0.2

1941 ậ 45

WTS ậ 4, USA

78

4778

4

7200

16


91

6504

2.5

8658

15

1982 ậ 88

Nasudden I,

75

4418

2

11400

13

1983 ậ 88

38

1141


12

1987 ậ 93

Mod ậ 5B, USA

98

7466

3.2

20561

27

1987 ậ 92

Putnam, USA

M ch
WEG LS ậ 1,
GB

Th y Đi n
Mod ậ OA,
USA
Tjæreborg,ăĐană
M ch

54

2290

2

50000

14

1978 ậ 93

3, Th yăĐi n
NibeăB,ăĐană
M ch
Tvind,ăĐană
M ch

T ng quan v nĕngăl

2.2

2.2.1 Thực tr ngănĕngăl
Nĕngăl

ng gió
ngăvƠămôiătr

ng



nĕmă1990ăkhiăxétăv t l phầnătrĕmăsự phát tri n công su t l păđặt so v i ngu năkƿă
thu t. Tuy nhiên, sự phát tri n c a ngu nănĕngăl

ng gió không phân ph iăđ u trên

toàn th gi i (Hình 2.1, Hình 2.2).
 Châu Âu
Giữa cu iănĕmă1995ăvƠăcu iănĕmă2003,ăkho ng 76% tr măphátănĕngăl
k t n i vào m ngă l
n

iă đi n trên th gi i đ

c có công su t gió l păđặt l n nh t

c l pă đặt

ng gió m i

Châu Âu (Hình 2.3).ă Đ t

ChơuăỂuălƠăĐ c,ăĐanăM ch, Tây Ban Nha

(Hình2.4).

12


Hình 2.1: Topă10ăn

ng gió. Lo i thu nuôi c đ nh

căđ nhănghƿaăb i chính ph nh ălƠăgiáămuaănĕngăl

ng mà sự phân ph i

ngăhayăcôngătyătruy n t i ph i tr cho sự s n sinhănĕngăl

ng tái t oăđ

c

đ aăvƠoăh th ng m ng. Thu nuôi c đ nhăđi u ch nh gây nguy hi m tài chính cho
nhƠăđầuăt ănĕngăl

ngăgióăkhiăgiáămuaănĕngăl

kho ng t i thi uă 10ă đ nă 15ă nĕm.ă

ng là m tăgiáăc ăb n c đ nh trong

Đ c,ă c ă quană nĕngă l

ng m i (EEG ậ

Renewableă Energyă Sourcesă Act)ă xácă đ nh giá mua (thu nuôi c đ nh)ă choă nĕngă
l

ng gió l păđặtătrongănĕmă2004ănh ăsau:ă 8.8ăeurocentsăchoă1ăkWhătrongă5ănĕmă



thêmăh nă800ăMWănhƠămáyănĕngăl

ng gió m iăđ

c l păđặt

g m kho ngă120ăchoăđ n 250 MW c a sự phát tri nănĕngăl
tr i gió California. M t sự phát tri năt

Mƿ.ăĐi u này bao

ng tái t o

vài nông

ngătự x y ra vào cu iănĕmă2001,ăđóălƠăthêmă

1600 MW vào kho ng giữaănĕmă2001ăvƠăthángă11ăậ 2001ăcũngănh ăvƠoăcu iănĕmă
2003, v i vi că thêmă 1600ă MW.ă Đầuă nĕmă 2004,ă PTCă đƣă giữ l i lần nữa và sự

15


pháttri n c aă nĕngă l

Mƿă gi m xu ng. Tuy nhiên, 9 ậ 2004ă PTCă đƣă h i

ng gió



776

1,459

Total

9,832

3,230

13,062

Công su tăđặcătr ngăc a tuabin gió

B căMƿăvƠoăcu i nhữngănĕmă1990ăvƠoăkho ng

500ăđ nă1000ăkW.ăNĕmă1999,ătuabin megawattăđầuătiênăđ

c dựng lên và từ nĕmă

2001, nhi u dự ánăđƣăsử d ng tuabin megawatt. Tuy nhiên khi so sánh v i Châu Âu,
nóiăchungăkíchăth
nông tr iăgióăth
MW.

c c a nông tr iăgióăth

ng vào kho ngă20ăđ n 50 MW. Nguyên nhân là



đơyăr t ch m, b i vì thi u nhữngăchínhăsáchănĕngăl

h păcũngănh ăgiáăđi n th p. Nhi u dự án gió
b iăcácăch

ng gió phù

NamăMƿăcóăngu n tài chính h tr

ngătrìnhătr giúp qu c t .ăTuyănhiên,ăArgentinaăđƣăgi i thi u chính sách

m i vào cu iănĕmă1998ăquaăđóăcungăc p tài chính h tr nhƠămáyănĕngăl

16

ng gió,


nh ngăthƠnhăcôngă r t ít.

Brazil, thực ti n chính quy n m tăvƠiăvùngăđƣăb tăđầu

cung c p thu nuôiă uăđƣiăchoănĕngăl

ng gió. Công su tăđặcătr ngăc a tuabin gió

vùng này vào kho ngă300ăkW.ăKíchăth

c gió l năh năr t khó l păđặt do h n ch


Cu iănĕmă2006

Brazil

29

208

237

Mexico

3

85

88

Costa Rica

71

3

74

Caribbean (w/o

35


7

-

7

Total

212

296

508

Jamaica)

 ChơuăÁăvƠăTháiăBìnhăD
năĐ đƣăđ tăđ

c sự tĕngătr

ng
ng năt

nhữngănĕmă1990,ăt oănênăắSự ki n

ng trong vi c l păđặt tuabin gió vào giữa

năĐ ”.ăNĕmă1992/93,ăchínhăph


ngă trìnhă chínhă

ngătrìnhăc ỡi trên gió c a y ban k

Nh t, sự phát tri n n i tr i b i các dự án minh ch ng ki m tra v i nhi u

18