Máy phát điện và điện năng cho
tuốc bin gió
Anca D. Hansen
4.1Giới thiệu
Ngày nay, tua-bin gió trên thị trường hòa trộn và so khớp với một loạt các khái niệm
sáng tạo với các công nghệ đã được chứng minh cho cả hai máy phát điện và điện tử công
suất. Chương này trình bày từ một điểm điện xem trạng thái hiện tại của máy phát điện và
năng lượng thiết bị điện tử trong các khái niệm tuabin gió. Nó mô tả các khái niệm cổ điển
và mới của các máy phát điện và các thiết bị điện tử điện dựa trên các khía cạnh kỹ thuật
và xu hướng thị trường.
4.2 Công nghệ tiên tiến
Phần này sẽ mô tả tình trạng hiện tại về máy phát điện và điện tử năng lượng cho các tua-
bin gió. Để cung cấp một bức tranh hoàn chỉnh, chúng tôi đầu tiên sẽ mô tả vắn tắt kiểm
soát quyền lực phổ biến cấu trúc liên kết các tua bin gió
4.2.1 tổng quan về cấu trúc tuốc bin gió
Tua-bin gió có thể hoạt động với một tốc độ cố định hoặc tốc độ biến đổi.
4.2.2.1 tuốc bin gió có tốc độ không đổi
Trong đầu những năm 1990 tiêu chuẩn cài đặt các tua-bin gió là hoạt động ở tốc độ cố
định.Điều đó có nghĩa là bất kì tốc độ gió nào, tốc độ cánh quạt của tuabin gió là cố định
và xác định bởi tần số của lưới điện cung cấp, tỷ số truyền và thiết kế máy phát điện.
Đó là đặc trưng của tua-bin gió tốc độ cố định mà chúng được trang bị máy phát điện
cảm ứng (rotor lồng sóc hoặc rôto quấn dây) kết nối trực tiếp với lưới điện, với một phần
mềm khởi động và bộ tụ để giảm mức tiêu hao công suất phản kháng.Chúng được thiết
kế để đạt được hiệu quả tối đa tại một tốc độ gió cụ thể. Để tăng cường sản xuất điện, máy
phát điện của một số tua-bin gió có tốc độ cố định có hai bộ dây: một là sử dụng tốc độ
gió thấp (thường là 8 điện cực) và tốc độ gió trung bình ,cao (thường 4-6 điện cực).
Tua bin gió có tốc độ cố định có lợi thế là đơn giản, mạnh mẽ và đáng tin cậy và cũng đã
được kiểm chứng. Và tổn thất điện năng của nó là thấp. Nhược điểm của nó là không kiểm
soát được tiêu thụ công suất phản kháng, ứng suất cơ học và chất lượng điện năng bị giới
hạn. Do hoạt động tốc độ cố định , tất cả các biến động ở tốc độ gió tiếp
tục truyền như các biến động trong mô-men xoắn cơ khí và sau đó là sự biến động của

năng lượng điện trên lưới điện. Trong trường hợp lưới yếu, dao động năng lượng cũng có
thể dẫn đến các biến động điện áp lớn, điều này, lần lượt, sẽ cho kết quả mất đường
dây quan trọng (Larsson, 2000).
4.2.1.2 tuabin gió tốc độ biến đổi
Trong những năm qua tua-bin gió có tốc độ thay đổi đã trở thành loại ưu thế trong
số các tua-bin gió được cài đặt.
Tua-bin gió biến tốc được thiết kế để đạt được tối đa hiệu quả khí động học trên một
phạm vi rộng của tốc độ gió. Với hoạt động biến tốc nó có thể liên tục thích ứng (tăng
tốc hay giảm tốc) tốc độ quay của tuabin gió với tốc độ gió v. Bằng cách này, tốc
độ đầu tỷ lệ được giữ không đổi ở một giá trị được xác định trước tương ứng với hệ
số công suất tối đa .Trái ngược với một hệ thống tốc độ cố định, một hệ thống biến tốc
giữ mô-men xoắn máy phát điện tương đối ổn định và các thay đổi gió được hấp thu bởi
những thay đổi trong tốc độ máy phát điện.
Hệ thống điện của một tua-bin gió có tốc độ thay đổi phức tạp hơn một tuabin
gió tốc độ cố định. Nó thường được trang bị với máy phát điện cảm ứng hoặc máy phát
điện đồng bộ và kết nối với lưới điện thông qua một công cụ chuyển đổi năng lượng. Việc
chuyển đổi năng lượng kiểm soát tốc độ máy phát điện, đó là, dao động năng lượng gây ra
bởi sự thay đổi gió được hấp thu chủ yếu bởi những thay đổi tốc độ trong rotor máy phát
điện và cực từ trong rotor tua-bin gió.
Những lợi thế của tua-bin gió có tốc độ thay đổi là nắm bắt được sự tăng năng lượng,
cải thiện chất lượng điện và giảm áp lực cơ khí trên các tua-bin gió.Nhược điểm là gây
tổn thất trong phần điện tử công suất, sử dụng nhiều bộ phận hơn và
tăng chi phí thiết bị vì là các thiết bị điện tử công suất.
Việc giới thiệu các loại tuabin gió có tốc độ thay đổi làm tăng số lượng ứng dụng của các
loại máy phát điện và cũng giới thiệu một vài bậc tự do trong sự kết hợp của các loại máy
phát điện và các loại công cụ chuyển đổi điện
4.2.2 Tổng quan về khái niệm điều khiển điện năng
Tất cả các tua-bin gió được thiết kế với một số loại điều khiển điện năng. Có nhiều cách
khác nhau để kiểm soát sức động lực học trên các rôtor tua-bin gió và do đó hạn chế sức
mạnh của gió khi gió lớn để tránh hỏng hóc cho tuabin gió.

phương pháp điều khiển hiệu quả nhất và rẻ tiền nhất là điều khiển trạng thái thất tốc (thụ
động điều khiển), nơi mà các cánh quạt được bắt vít vào trung tâm ở một góc cố
định. Thiết kế khí động lực học rotor làm cho rotor thất tốc (mất điện) khi tốc độ gió vượt
quá một mức nhất định. Như vậy,lực khí động học trên các cánh quạt bị hạn chế. Kiểm
soát lực khí động học chậm gây ra những biến động năng lượng ít hơn so với việc điều
chỉnh góc nghiêng cánh quạt. Một số hạn chế của phương pháp này là hiệu quả thấp hơn ở
tốc độ gió thấp, không có hỗ trợ khởi động và sự thay đổi lớn trong ổn định điện do sự
thay đổi trong tỷ trọng không khí và tần số lưới điện (cho một ví dụ, hãy xem Chương 15).
Một loại hình điều khiển khác là điều khiển độ cao (điều khiển chủ động),ở đó những
cánh quạt có thể tạo ra sản lượng điện đầu ra cao hay thấp,tương ứng. Nói chung, những
ưu điểm của loại hình điều khiển này là điều khiển điện tốt, hỗ trợ khởi động và dừng
khẩn cấp. Từ một điểm điện cho thấy, kiểm soát năng lượng tốt có nghĩa là ở tốc độ gió
cao, giá trị trung bình của sản lượng điện được giữ gần với công suất định mức của máy
phát điện. Một số nhược điểm là sự phức tạp phát sinh từ cơ cấu truyền động ở độ cao và
dao động năng lượng cao hơn ở tốc độ gió cao. Năng lượng chỉ là tức thời, bởi vì cơn gió
giật và tốc độ hạn chế của cơ cấu truyền động ở độ cao, dao động xung quanh giá trị trung
bình của điện năng.
Cách điều khiển thứ 3 có thể là điều khiển trạng thái thất tốc chủ động. Như tên ngụ ý, sự
thất tốc của những cánh quạt được điều khiển 1 cách chủ động bằng góc nghiêng của cánh
quạt. Ở tốc độ gió thấp cánh quạt nghêng giống như loại tuabin gió điều khiển góc
nghiêng, để đạt được hiệu quả tối đa. Ở tốc độ gió cao,cánh quạt đi vàotrạng thái thất tốc
bằng cách xoay nhẹ vào hướng đối diện với tua-bin điều khiển góc nghiêng. hoạt động của
các trạng thái thất tốc tuabin gió đạt được sự hạn chế năng lượng 1 cách trơn tru, không có
dao động năng lượng cao như trong trường hợp của tua-bin gió điều khiển góc nghiêng.
Loại điều khiển này có lợi thế là có thể bù đắp sự thay đổi về tỷ trọng không khí. Sự kết
hợp với cơ chếthay đổi góc nghiêng làm cho nó dễ dàng hơn khi thực hiện điểm dừng khẩn
cấp và khởi động tua-bin gió
4.2.3 Máy phát điện hiện đại
Trong phần sau đây, phổ biến nhất ứng dụng cấu hình tua-bin gió được phân loại
cả hai khả năng là điều khiển tốc độ và điều khiển năng lượng .

Áp dụng điều khiển tốc độ như một tiêu chuẩn, tua-bin gió có bốn loại khác nhau , như
minh họa trong hình 4.1.
Cấu hình tuabin gió có thể được tiếp tục phân loại đối với các loại điều khiển năng
lượng(hay cánh quạt): thất tốc, gó nghiêng, thất tốc chủ động. Bảng 4.1 cho thấy các
loại khác nhau của các cấu hình tuabin gió, cả hai tiêu chuẩn (kiểm soát tốc độ và kiểm
soát năng lượng) vào 1 bảng. Mỗi sự kết hợp của hai tiêu chí này nhận được một kí hiệu, ví
dụ, loại A0 biểu thị tuabin gió tốc độ thất tốc cố định. Các khu vực màu xám trong
Bảng 4.1 cho thấy sự kết hợp không được sử dụng trong ngành công nghiệp tua-
bin gió hiện nay (ví dụ như loạiB0).
Hình 4.1 cấu hình gió tuabin tiêu biểu. Lưu ý: SCIG = máy phát điện lồng sóc cảm
ứng; WRIG = dây quấn rotor máy phát điện cảm ứng, PMSG = nam châm vĩnh cửu máy
phát điện đồng bộ; WRSG = dây quấn rotor máy phát điện đồng bộ. Các dòng nét đứt xung
quanh hộp số Loại D cấu hình cho thấy rằng có thể có hay không có hộp số

Trong chương này, chúng tôi sẽ xem xét chủ yếu là các loại tua bin gió tiêu chuẩn,
được mô tả trong hình 4.1 và Bảng 4.1. Khác thay thế, hơi khác nhau, tua bin gió
thiết kế sẽ không được thảo luận. Vì vậy, chỉ có cấu hình tuabin gió điển hình và lợi thế
cũng như nhược điểm của nó sẽ được trình bày thảo luận sau đây.
Điều khiển tốc độ Điều khiển năng lượng
Thất tốc Góc nghiêng Thất tốc chủ
động
Tốc độ cố định Loại A Loại A0 Loại A1 Loại A2
Tốc độ thay đổi Loại B Loại B0 Loại B1 Loại B2
Loại C Loại C0 Loại C1 Loại C2
Loại D Loại D0 Loại D1 Loại D2
4.2.3.1 Loại A: tốc độ cố định
Cấu hình này biểu thị các tuabin gió tốc độ cố định với một máy phát điện cảm ứng
không đồng bộ rotor lồng sóc (SCIG) kết nối trực tiếp với lưới điện thông qua một biến áp
(xem Hình 4.1). SCIG luôn lấy công suất phản kháng từ lưới điện nên cấu hình này sử
dụng một bộ tụ để bù công suất phản kháng. Để kết nối tốt với lưới điện thường sử dụng

một phần mềm khởi động.
Bất kì nguyên tắc điều khiển năng lượng trong một tua-bin gió cố định nào cũng là tốc độ
gió biến động được chuyển đổi thành các dao động cơ khí và do đó thành dao động năng
lượng điện. Trong trường hợp của một mạng lưới yếu, chúng có thể tạo ra biến động điện
áp tại các điểm kết nối. Vì những dao động điện áp, tuabin gió tốc độ cố định sẽ lấy lượng
công suất phản kháng khác nhau từ các lưới điện (trừ khi có một bộ tụ điện), làm tăng các
biến động điện áp và tổn hao dòng. Vì vậy, những hạn chế chính của khái niệm này là nó
không hỗ trợ bất kỳ điều khiển tốc độ nào, nó đòi hỏi một mạng lưới cứng và kết cấu cơ
khí của nó phải có khả năng chịu lực cơ học cao.
Tất cả ba phiên bản (loại A0, Loại A1 Loại A2) của tuabin gió tốc độ cố định
Loại A được sử dụng trong ngành công nghiệp tua-bin gió, và họ có thể được mô tả như
sau.
Loại A0: Điều khiển độ thất tốc
Đây là loại thông thường được áp dụng bởi nhiều nhà chế tạo tuabin gió của Đan Mạch
trong những năm 1980 và năm 1990 (tức là khi ngược gió điều chỉnh độ thất tốc bởi ba
cánh tua bin gió). Nó rất phổ biến vì giá tương đối thấp của nó, đơn giản và hiệu quả. Tua-
bin gió điều khiểnthất tốc không thể thực hiện hỗ trợ khởi động, mà ngụ ý rằng sức mạnh
của tuabin không thể được kiểm soát trong mạng lưới.
Loại A1: Điều khiển góc nghiêng
Loại này cũng có mặt trên thị trường. Các ưu điểm chính của một tuabin Loại A1
là nó tạo điều kiện thuận lợi điều khiển năng lượng, điều khiển khởi động và dừng khẩn
cấp. Tuy nhiên mặt hạn chế chính của nó là ở tốc độ gió cao, thậm chí biến đổi nhỏ trong
tốc độ gió cũng dẫn đến thay đổi lớn trong sản lượng điện. Cơ chế góc nghiêng là không
phù hợp để tránh những dao động năng lượng. Bố trí cánh quạt, các biến đổi chậm trong
gió có thể được bù lại, nhưng điều này là không thể trong trường hợp của cơn gió giật.
Loại A2: Điều khiển thất tốc chủ động
Loại này gần đây đã trở nên phổ biến. Cấu hình này về cơ bản duy trì tất cả các đặc
tính chất lượng điện của hệ thống thất tốc quy định. Những cải tiến trong ứng dụng tốt hơn
của hệ thống tổng thể, như một kết quả ứng dụng của điều khiển thất tốc chủ động. Các
khớp nối linh hoạt của cánh quạt trung tâm cũng tạo điều kiện dừng khẩn cấp và khởi

động. Một nhược điểm là mức giá cao hơn phát sinh từ cơ chế lắp đặt và bộ điều khiển của
nó.
Như minh họa trong hình 4.1 và Bảng 4.1, khái niệm biến tốc được sử dụng bởi tất cả ba
cấu hình, loại B, loại C và D. Do cân nhắc loại giới hạn năng lượng, khái niệm biến tốc
được sử dụng trong thực tế hiện nay chỉ cùng với cơ chế góc nghiêng nhanh. Tốc độ thay
đổi thất tốc hoặc sự thay đổi tốc độ thất tốc chủ động của tuabin giókhông bao hàm ở đây
như là có khả năng nó thiếu điện dung để giảm nhanh chóng năng lượng. Nếu các tuabin
gió đang chạy ở tốc độ tối đa và có một cơn gió mạnh, mô-men xoắn khí động học đạt độ
tới hạn cao và có thể gây ra tình huống mất ổn định. Do đó, như minh họa trong bảng 4.1
Loại B0, Loại B2, Loại C0, Loại C2, Loại D2 ,Loại D0 không được sử dụng trong ngành
công nghiệp tua-bin gió hiện nay.
4.2.3.2 Loại B: thay đổi tốc độ hạn chế
Cấu hình này tương ứng với tuabin gió hạn chế biến đổi tốc độ bằng sự thay đổi điện trở
rotor máy phát điện, được gọi là OptiSlip.Sử dụng một máy phát điện cảm ứng rotor dây
quấn (WRIG) và đã được sử dụng bởi các nhà sản xuất Đan Mạch Vestas kể từ giữa những
năm 1990. Máy phát điện trực tiếp kết nối với lưới điện. Một bộ tụ điện thực hiện việc bù
công suất phản kháng. Kết nối lưới điện tốt hơn đạt được bằng cách sử dụng một phần
mềm khởi động. Các tính năng độc đáo của loại này là nó có thể thay đổi điện trở rotor bởi
một công cụ chuyển đổi quang học điều khiển gắn trên trục cánh quạt. Vì vậy, điện trở
rotor là kiểm soát hoàn toàn. Khớp nối quang học này giúp loại bỏ sự cần thiết cho vòng
trượt tốn kém cần chổi than và bảo trì. Điện trở rotor có thể được thay đổi và do đó kiểm
soát độ trượt. Bằng cách này, sản lượng điện trong hệ thống được kiểm soát. Phạm vi của
điều khiển tốc độ động phụ thuộc vào dải biến đổi điện trở rotor. Thông thường, phạm vi
tốc độ là 0-10% so với tốc độ đồng bộ. Năng lượng đến từ các đơn vị chuyển đổi năng
lượng bên ngoài là mất đi do sự mất nhiệt.
Wallace và Oliver (1998) mô tả một khái niệm thay thế bằng cách sử dụng các thành phần
thụ động thay vì một công cụ chuyển đổi năng lượng điện tử. Điều này đạt được độ trược
10%, nhưng nó không hỗ trợ điều khiển độ trược.
4.2.3.3 Loại C: thay đổi tốc độ với tần số chuyển đổi một phần quy mô
Cấu hình này, được gọi là khái niệm máy phát điện cảm ứng nạp gấp đôi (DFIG),

tương ứng giới hạn biến đổi tốc độ của tuabin gió với vòng dây rotor máy phát điện cảm
ứng (WRIG) và một phần tỉ lệ tần số chuyển đổi (đánh giá khoảng 30% công suất định
mức) trên mạch rotor (phần 4, trong Chương 2 cho thấy vỏ bọc của một tuabin Loại C).
Phần tỉ lệ tần số chuyển đổi thực hiện bù công suất phản kháng và kết nối lưới điện tối ưu
hơn. Nó có một phạm vi rộng lớn hơn của điều khiển tốc độ động so với các OptiSlip_, tùy
thuộc vào kích thước của bộ chuyển đổi tần số.
Thông thường, phạm vi tốc độ bao gồm tốc độ đồng bộ _40% đến þ30%. Tần số
chuyển đổi nhỏ hơn làm cho khái niệm này hấp dẫn đối với quan điểm kinh tế. Hạn chế
chính của nó là việc sử dụng các vòng trượt và bảo vệ trong trường hợp sự cố lưới điện.
4.2.3.4 Loại D: Biến tốc với bộ chuyển đổi tần số đầy đủ tỉ lệ
Cấu hình này tương ứng với tuabin gió tốc độ biến đổi đầy đủ, với các máy phát điện kết
nối với lưới điện thông qua một công cụ chuyển đổi tần số đầy đủ tỉ lệ. Bộ chuyển đổi tần
số thực hiện đền bù công suất phản kháng và kết nối lưới điện tối ưu hơn. Máy phát điện
có thể được kích thích bằng điện [dây quấn rotor máy phát điện đồng bộ (WRSG) hoặc
WRIG) hoặc bằng một nam châm vĩnh cửu [nam châm vĩnh cửu máy phát điện đồng bộ
(PMSG)].
Một số tuabin gió tốc độ biến đổi đầy đủ không có hộp số (xem các đường nét đứt hộp số
trong hình 4.1). Trong những trường hợp này, điều khiển trực tiếp nhiều cực máy phát điện
với một đường kính lớn được sử dụng, (nhìn phần 3, tại ví dụ Chương 2). Các tuốc bin gió
công ty Enercon, Made và Lagerwey là những ví dụ của các nhà sản xuất sử dụng cấu hình
này.
4.2.4 Điện tử công suất hiện đại
Sự thay đổi tốc độ tua bin gió đòi hỏi một hệ thống điện tử công suất có khả năng
điều chỉnh tần số máy phát điện và điện áp lưới điện. Cường độ dòng điện trong điện tử
công suất nhỏ nên nó là lý do tại sao nó lại hấp dẫn để sử dụng các thiết bị điện tử trong
các tua-bin gió trong tương lai: Bảng 4.2 minh họa
Bảng 4.2 Ưu điểm và nhược điểm của việc sử dụng thiết bị điện tử công suất trong hệ
thống tuabin gió
Tính chất Điện tử công suất Ưu điểm Nhược điểm
Điều khiển tần số

(quan trọng đối với tuabin gió)
Năng lượng hoạt động tối ưu
Hệ thống truyền động mềm
Dễ điều khiển
Truyền động không bánh răng
Giảm tiếng ồn
Thêm các
chi phí
Các thiệt hại
Đặc điểm Nhà máy điện
(quan trọng đối với lưới điện)
-Điều khiển công suất tác dụng và
phản kháng
- Nguồn công suất phản kháng cục
bộ
- Cải thiện mạng lưới (điện áp) ổn
định
- Cải thiện chất lượng điện
+ Giảm độ mấp mô
+ Lọc các sóng hài bậc thấp
+ Hạn chế ngắn mạch
Có sóng hài
bậc cao
ý nghĩa của việc sử dụng các thiết bị điện tử công suất trong tua-bin gió là lưới điện và
tuabin gió được kết nối.
Điện tử công suất có hai tính năng cơ bản:
Điều khiển tần số: Điện tử công suất thực sự có thể áp dụng để tốc độ thay đổi, và do đó
nó được xem là một điểm quan trọng đối với tuabin gió. Tính năng này kết quả làm cho
tua-bin gió đạt được những lợi ích trực tiếp sau đây: (1) tối ưu năng lượng hoạt động, (2)
giảm tải trên ổ bánh răng và ổ đĩa, cũng như tốc độ gió biến đổi được hấp thụ bởi các thay

đổi tốc độ rotor (3) kiểm soát tải, cũng như có thể tránh được tổn hao tải, (4) một giải pháp
thực tế cho các tua-bin gió gearless(không bánh răng),cũng như bộ chuyển đổi điện hoạt
động như một hộp số điện; và (5) giảm tạo ra tiếng ồn ở tốc độ gió thấp. Đối với các tua
bin gió, những nhược điểm của thiết bị điện tử công suất là những tổn thất điện năng và chi
phí gia tăng cho các thiết bị bổ sung.
. Đặc điểm nhà máy điện: Điện tử công suất cung cấp khả năng cho các trang trại gió
trở thành một phần hoạt động trong hệ thống điện (S ensen et al, 2000.). Dối với lưới điện,
kết quả này sở hữu một số lợi thế: (1) công suất phản kháng và tác dụng của một trang trại
gió là điều khiển được, (2) bộ chuyển đổi năng lượng trong một trang trại gió có thể được
sử dụng như một nguồn công suất phản kháng địa phương (ví dụ như trong trường hợp
lưới điện yếu); (3)trang trại gió có ảnh hưởng tích cực vào sự ổn định mạng lưới, và (4) bộ
chuyển đổi điện áp giúp nâng cao chất lượng điện của trang trại gió bằng cách giảm các
mức độ mấp mô cũng như nó lọc ra các sóng hài thấp và hạn chế các dòng mạch ngắn.
Liên quan tới lưới điện , điện tử công suất có nhược điểm tạo ra hài bậc cao hòa vào lưới
điện.
Điện tử công suất bao gồm các thiết bị như khởi động mềm (và các bộ tụ điện), chỉnh
lưu, biến tần và bộ chuyển đổi tần số. Có một loạt lý thuyết thiết kế khác nhau để chỉnh
lưu, biến tần và chuyển đổi tần số (Novotny và Lipo, 1996).
Các thành phần cơ bản của bộ chuyển đổi năng lượng là điốt (van không kiểm soát được)
và chuyển mạch điện tử (van kiểm soát), chẳng hạn như thyristors thường hoặc đóng ngắt
được và transistor. Diodes cho dòng đi qua theo 1 hướng nhất đinh và khong cho phép
dòng đi qua theo chều ngược lại. Thiết bị chuyển mạch điện tử cho phép lựa chọn thời
điểm chính xác khi các điốt bắt đầu dẫn dòng (Mohan, Undeland và Robbins, 1989).
Thyristor thông thường được đóng và sẽ chặn chỉ khi dòng bằng 0 (tức là khi hướng dòng
điện là đảo ngược), trong khi thyristors đóng ngắt được và transistor có thể tự do sử dụng
các cổng làm gián đoạn dòng điện. Được biết đến rộng rãi nhất thyristors đóng ngắt được
và transistor cổng đóng-ngắt (GTO) thyristors, thyristors cổng mạch tích hợp (IGCTs),
transistor tiếp giáp lưỡng cực (BJTs), transistor với chất bán dẫn oxit kim loại hiệu ứng
trường (MOSFETs) và transistor cổng cách điện lưỡng cực (IGBTs) . Bảng 4.3 so sánh các
đặc điểm và xếp hạng của năm trong số các thiết bị chuyển mạch. Các giá trị điện áp, dòng

điện và điện áp đầu ra là điện áp tối đa. Chuyển đổi tần số xác định phạm vi tần số hoạt
động.
Thyristors thông thường có thể điều khiển công suất tác dụng, trong khi thyristors đóng
ngắt được và transistor có thể điều khiển cả hai công suất phản kháng và tác dụng (để biết
thêm chi tiết, Mohan, Undeland và Robbins, 1989).
Ngày nay, hệ thống máy phát điện tua bin gió có tốc độ thay đổi có thể sử dụng nhiều loại
bộ chuyển đổi khác nhau. Chúng có những tính chất như hoặc là chuyển đổi lưới mạch
hoặc chuyển đổi tự mạch (Heier, 1998). Các loại phổ biến của lưới điện-mạch chuyển đổi
là một thyristor.
Nó là giá rẻ và đáng tin cậy, nhưng nó tiêu thụ công suất phản kháng và tạo các dòng hài
rất khó để lọc ra. Mạch tự chuyển đổi điển hình bao gồm của một trong hai thyristors GTO
hoặc transistor. Tự mạch chuyển đổi thú vị bởi vì nó có tần số chuyển mạch cao. Hài có thể
được lọc ra dễ dàng hơn và do đó độ nhiễu củ nó vào mạng có thể được giảm đến mức
thấp. Ngày nay, các transistor phổ biến nhất là IGBT. Như minh họa trong Bảng 4.3, tần số
chuyển đổi điển hình của một IGBT nằm trong khoảng 2 đến 20kHz. Ngược lại, tần số
chuyển đổi GTO không thể cao hơn 1kHz, do đó nó không phải là một lựa chọn tốt trong
tương lai.
Tự mạch chuyển đổi là hoặc chuyển đổi nguồn điện áp (VSCs) hoặc chuyển đổi nguồn
dòng (CSCS, xem hình 4.2). Nó có thể điều khiển tần số và điện áp.
Bảng 4.3 Thiết bị chuyển mạch: giá trị cao nhất và đặc điểm
Các dạng thiết bị đóng ngắt
GTO IGCT BJT MOFET IGBT
Điện áp
α
(V) 6000 6000 1700 1000 6000
Dòng điện
α
(A) 4000 2000 1000 28 1200
Tần số đóng ngắt
β

(Khz) 0.2-1 1-3 0.5-5 5-100 2-20
Yêu cầu điều khiển cao Thấp Trung bình Thấp Thấp
α
điện áp đầu ra cực đại
β
phạm

vi hoạt động
chú ý: GTO=gate turn-off thyristor; IGCT=integrated gate commutated thyristor;
BJT=bipolar junction transistor; MOSFET=metal oxide semiconductor field effect
transistor; IGBT=insulated gate bipolar transistor.Nguồn: L. H. Hansen et al., 2001.
Hình 4.2 Các loại chuyển đổi năng lượng tự-mạch cho tua-bin gió: (a)một mã nguồn
hiện tại chuyển đổi và (b)một công cụ chuyển đổi nguồn điện áp. Sao chép từ S. Heier năm
1998,mạng lưới tích hợp hệ thống chuyển đổi năng lượng gió, bởi John Wiley & Sons.
Ltd
Nguồn VSCs và CSCS tương đối dễ xác định chuyển đổi sang dạng sóng điện áp và dạng
sóng dòng điện, tương ứng, các thiết bị đầu cuối của máy phát điện và lưới điện. Trong
trường hợp của VSC, điện áp (dạng DC) được giữ ổn định bởi một tụ điện lớn. Trong một
CSC, nó ngược lại, dòng điện (dạng DC) được giữ ổn định bởi một cuộn cảm lớn. Nó phải
được nhấn mạnh rằng nguồn điện áp chuyển đổi và nguồn chuyển đổi dòng điện là những
khái niệm khác nhau. Chúng có thể được thực hiện bằng nhiều cách: sáu bước, xung điều
chế biên độ (PAM) hoặc điều chế độ rộng xung (PWM). Bằng cách sử dụng kỹ thuật
PWM, các sóng hài tần số thấp được loại bỏ và tần số của sóng hài bậc cao đầu tiên nằm ở
khoảng chuyển đổi tần số của các biến tần hoặc bộ chỉnh lưu.
4.2.5 Xâm nhập thị trường hiện đại
Bảng 4.4 chứa một danh sách top-10 nhà cung cấp hàng đầu thế giới tuabin gió cho năm
2002 (BTM tư vấn AP, năm 2003.). Bảng này bao gồm hai tua-bin gió lớn nhất (tức là mới
nhất) được sản xuất bởi top-10 nhà sản xuất hàng đầu. Các cấu hình được áp dụng, cách
điều khiển, loại máy phát điện, điện áp máy phát điện và máy phát điện hoặc phạm vi tốc
độ rotor cho mỗi tua-bin gió đã được đánh giá bằng cách sử dụng các dữ liệu công khai có

sẵn trên Internet hoặc dựa trên thư email với các nhà sản xuất.
công ty Đan Mạch Vestas Wind Systerms A / S là nhà sản xuất tua-bin gió lớn nhất
trên thế giới, tiếp sau là nhà sản xuất Đức Enercon. Đan Mạch NEG Micon và Tây Ban
Nha Gamesa đang ở vị trí thứ ba và thứ tư, tương ứng. Tất cả các nhà sản xuất top-10 sản
xuất tua-bin gió trong khoảng megawatt. Đối với thời gian đầu ,khái niệm hấp dẫn nhất
dường như là tuabin gió có tốc độ thay đổi bằng điều khiển góc nghiêng. Trong số các nhà
cung cấp hàng đầu, nhà sản xuất Đan Mạch Bonus thường xuyên sử dụng cách thất tốc chủ
động để tốc độ cố định. Tất cả các nhà sản xuất khác sản xuất ít nhất một trong hai tua-bin
gió lớn nhất của mình dựa trên loại tốc độ thay đổi. Các loại máy phát điện được sử dụng
phổ biến nhất là máy phát điện cảm ứng (WRIG và SCIG). Chỉ có hai nhà sản xuất,
Enercon và Made, sử dụng máy phát điện đồng bộ. Tất cả các nhà sản xuất hàng đầu sử
dụng biến áp tăng áp để nối máy phát điện vào lưới điện. Chỉ có một, Enercon, cung cấp
một tua-bin gió thay đổi tốc độ không hộp số.
So sánh Bảng 4.4 với phân tích của LH Hansen et al. (2001), có một
xu hướng rõ ràng đối với cấu hình sử dụng một DFIG (loại C1) với biến tốc và điều khiển
thay đổi góc nghiêng. Chúng tôi muốn minh họa cho xu hướng này bằng cách tìm kiếm tại
thị phần cụ thể và do đó thực hiện nghiên cứu thị trường chi tiết về thâm nhập thị trường
của các loại tua bin gió khác nhau 1998-2002. Các phân tích được dựa trên dữ liệu thị
trường nhà cung cấp cung cấp bởi BTM tư vấn AP. Và đánh giá loại của từng loại tuabin
gió các nhà cung cấp riêng lẻ được xem xét trong vòng 5 năm. Thông tin này đã được thu
thập từ thông tin Internet. điều tra xử lý trên tổng số khoảng loại 90 tuabin gió từ 13 nhà
sản xuất khác nhau nằm trong những nhà cung cấp hàng đầu tua-bin gió từ năm 1998 và
2002: Vestas (Đan Mạch), Gamesa (Tây Ban Nha), Enercon (Đức), NEG Micon (Đan
Mạch), Bonus (Đan Mạch), Nordex (Đức và Đan Mạch), GE-Wind/Enron (Mỹ),
Ecotechnia (Tây Ban Nha), Suzlon (Ấn Độ), Dewind (Đức), Repower (Đức), Mitsubishi
(Nhật Bản) và Made (Tây Ban Nha). Bảng 4,5 trình bày
Bảng 4.4 các loại được áp dụng bởi các nhà sản xuất top-10 tua-bin gió (được cài đặt trong
năm 2002), trong đó có hai tua-bin gió lớn nhất (tức là mới nhất) từ mỗi nhà sản xuất
Tuabin, bởi nhà sản
xuất

Loại
α
Tính năng điều khiển
năng lượng và tốc độ
Bình luận
Vestas,Denmark:
V80, 2.0MW
V80, 1.8MW
Loại C1 Góc nghiêng giới hạn
Tốc độ thay đổi
Điện áp máy phát WRIG (loại
DFIG ) : 690V
Phạm vi tốc độ máy phát:905-
1915rpm
Phạm vi tốc độ rotor:9-19rpm
Loại B1 Góc nghiêng giới hạn
Tốc độ thay đổi
Điện áp máy phát WRIG: 690V
Phạm vi tốc độ máy phát:1800-
1980rpm
Phạm vi tốc độ rotor:15.3-16.8rpm
Enercon, Germany:
E112, 4.5MW
E66, 2MW
Loại D1 Góc nghiêng tối đa
Tốc độ thay đổi
Điện áp máy phát điện có nhiều
WRIG: 440V
Phạm vi tốc độ máy phát và rotor:
8-13rpm

Loại D1 Góc nghiêng tối đa
Tốc độ thay đổi
Điện áp máy phát điện có nhiều
WRIG:440V
Phạm vi tốc độ máy phát và
rotor:10-12rpm
NEG Micon,
Denmark:
NM80, 2.75MW
NM72, 2MW
Loại C1 Góc nghiêng giới hạn
Tốc độ thay đổi
Điện áp máy phát stator/rotor
WRIG (loại DFIG ) :960/690V
Phạm vi tốc độ máy phát:756-
1103rpm
Phạm vi tốc độ rotor:12-17.5rpm
Loại A2 Thất tốc chủ động
Tốc độ thay đổi
Điện áp máy phát SCIG: 960V
Hai máy phát tốc độ: 1002.4rpm và
1503.6rpm
Hai rotor tốc độ: 12rpm và 18rpm
Gamesa, Spain:
G83, 2.0MW
G80, 1.8MW

Loại C1 Góc nghiêng giới hạn
Tốc độ thay đổi
Điện áp máy phát WRIG: 690V

Phạm vi tốc độ máy phát:900-
1900rpm
Phạm vi tốc độ rotor:7.5-13.5rpm
Loại B1 Góc nghiêng giới hạn
Tốc độ thay đổi
Điện áp máy phát WRIG(loại
optislip): 690V
Phạm vi tốc độ máy phát:1818-
1944rpm
Phạm vi tốc độ rotor:15.1-16.1rpm