ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------

NGUYỄN QUANG THẮNG

MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN MPPT MÁY
PHÁT ĐIỆN GIÓ PMSG CÓ KẾT NỐI LƯỚI

Chuyên ngành : THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số:

605250

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2014


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hƣớng dẫn khoa học:

TS Hồ Phạm Huy Ánh

Cán bộ chấm nhận xét 1:………………………………………………………………..
Cán bộ chấm nhận xét 2:………………………………………………………………..
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại Học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM,
ngày…..tháng…..năm……
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1…………………………………………………….
2…………………………………………………….
3..…………………………………………………...
4…………………………………………………….
5…………………………………………………….

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Bộ môn quản lý chuyên ngành

Trang 1


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên:

NGUYỄN QUANG THẮNG

Ngày, tháng, năm sinh:
Chuyên ngành:

10 – 01 – 1989

Thiết Bị, Mạng Và Nhà Máy Điện

MSHV:

12186022

Nơi sinh:

Nghệ An

Mã số :

605250

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Mơ hình hóa và điều khiển MPPT máy phát điện gió PMSG có kết nối lƣới
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:


Giới thiệu về năng lƣợng gió trên thế giới và tại Việt Nam




Tìm hiểu về máy phát điện gió PMSG



Mơ hình hóa máy phát điện gió PMSG sử dụng phần mềm Matlab/Simulink.



Thiết lập bộ điều khiển để máy phát PMSG bám điểm công suất cực đại theo
đƣờng cong cho trƣớc.



Kết nối với lƣới điện.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :

07/07/2014

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:

07/12/2014

V.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN :


TS HỒ PHẠM HUY ÁNH

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƢỞNG KHOA

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 2


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, Xin gởi lời cảm ơn chân thành đến Thầy TS. HỒ PHẠM HUY ÁNH,
Ngƣời đã từng bƣớc giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Xin cảm ơn các Thầy Cô
trong khoa Điện-Điện tử trƣờng ĐH Bách Khoa HCM đã cho em những nền tảng kiến
thức – tri thức quý báu.
Xin cảm ơn các anh chị khóa trƣớc đã có những cơng trình hữu ích giúp tơi
tham khảo cho luận văn này. Xin cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã giúp
đỡ tôi bằng nhiều cách khác nhau để tơi hồn thành tốt luận văn này.
Xin Cám ơn Trƣờng ĐH Bách Khoa TP.HCM; Khoa Điện- Điện Tử; Phòng
Quản Lý Sau Đại Học, Tập thể anh chị em lớp Thiết bị, mạng và nhà máy điện khóa

K2012; đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi thực hiện luận văn này.

Tuy nhiên, do còn hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm và thời gian thực hiện đề
tài nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Thầy hƣớng dẫn, các q
thầy cơ, cùng các bạn đọc góp ý để luận văn ngày càng đƣợc hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Tp. Hồ Chí Minh, ngày…..tháng….năm………
Học viên thực hiện

Nguyễn Quang Thắng

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 3


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

LỜI CAM ÐOAN
Tơi xin cam đoan luận văn này là cơng trình do tôi nghiên cứu và tổng hợp.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực
hiện luận văn này đã đuợc cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đã đƣợc
chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn

HVTH: Nguyễn Quang Thắng


Trang 4


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Luận văn đã thể hiện đƣợc tính cấp thiết của vấn đề đang đƣợc quan tâm hiện
nay, đó là nguồn năng lƣợng thay thế cho các nguồn năng lƣợng hóa thạch (dầu mỏ,
than đá, khí thiên nhiên) đã và đang gây ra ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trƣờng
sống của toàn nhân loại trên Trái Đất.
Luận văn đã giới thiệu về tình hình năng lƣợng trên thế giới hiện nay cũng nhƣ
của Việt Nam, qua đó để có cái nhìn khái qt hơn về nguồn năng lƣợng, năng lƣợng
hóa thạch chỉ có thể khai thác với trữ lƣợng có hạn trong tƣơng lai không xa, và đang
tập trung hƣớng đến các nguồn năng lƣợng mới, nổi bật nhất là nguồn năng lƣợng gió.
Đối với lĩnh vực năng lƣợng tái tạo, mà đặc biệt là năng lƣợng gió khơng phải là vấn
đề mới của thế giới, nhƣng đối với Việt Nam chúng ta đây là lĩnh vực thực sự mới chỉ
đƣợc quan tâm và ứng dụng trong những năm gần đây. Dựa trên phân tích những ƣukhuyết điểm cũng nhƣ tiềm năng năng lƣợng gió ở Việt Nam đã đƣợc các chuyên gia
trong và ngoài nƣớc đánh giá với tiềm năng rất lớn. Đó là thuận lợi để chúng ta xây
dựng nền cơng nghiệp điện gió trong tƣơng lai, nhƣng cần phải có những bƣớc đột
phá trong lĩnh vực này để khai thác hết tiềm năng của nó đem lại.
Đề tài cũng đã khái quát chung về năng lƣợng gió, giới thiệu về turbine gió,
phân loại và cấu tạo chính của turbine gió trục ngang hiện nay. Trong các loại máy
phát điện gió hiện nay, loại máy phát PMSG mang những ƣu điểm nổi bật nhƣ: cơ cấu
không hộp số, loại bỏ hệ thống kích từ DC, kiểm sốt tồn bộ hệ thống để khai thác
tối đa năng lƣợng gió và giao tiếp lƣới, dễ dàng vƣợt qua lỗi (Fault ride through) và hỗ
trợ lƣới điện, đề tài cũng trình bày mơ hình tốn và cấu trúc điều khiển cho hệ thống
turbine gió PMSG. Điều khiển MPPT cho hệ thống turbine gió để cơng suất nhận
đƣợc là tối ƣu ứng với mỗi vận tốc gió

Mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống turbine gió sử dụng máy phát PMSG trên
phần mềm Matlab/Simulink, và kết nối lƣới. Mô phỏng cho ra kết quả tốt, đáp ứng
yều cầu đề ra.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 5


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

ABSTRACT
This thesis presents the urgency of the issues of concern today, which is an
energy source to replace fossil energy sources (oil, coal, natural gas) has been causing
pollution environmental serious of all human life on Earth.
This thesis introduce the energy situation in the world today as well as in
Vietnam, to have an overview about energy, fossil fuels can exhaust in the near future,
and is focused towards new energy sources, special wind energy.
In the field of renewable energy, wind energy is not a new issue of the world,
At Vietnam, this is an field really only be interested and applications in those years
recently. Based on the analysis advantage-disadvantage as well as wind energy
potential in Vietnam has been evaluated by experts with great potential. It is
convenient for us to build wind energy industry in the future, but need a breakthrough
in this field in order to exploit the full potential it offers.
The theme also overview of wind energy, wind turbine introduction,
classification and structure of the horizontal axis wind turbine. Among the wind
turbine, PMSG generator brings outstanding advantages such as gearless structure,
eliminating DC excitation system, control the entire system for maximum exploitation

of wind energy and communication network, fault ride through and support grid. The
thesis presents mathematical modeling and control structure for PMSG wind turbine
system. MPPT control for wind turbine system to get optimal power for each wind
speed.
Modeling and simulation PMSG wind turbine system using Matlab / Simulink
software, and connect to grid. Simulation for good results, meet the requirements.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 6


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

MỤC LỤC
CHƢƠNG 0: MỞ ĐẦU ............................................................................................ 13
1.

Đặt vấn đề ...................................................................................................... 13

2.

Giới thiệu đề tài .............................................................................................. 14

3.

Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 15


4.

Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................ 15

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIĨ ............................................ 17
1.1

Tình hình năng lƣợng gió trên thế giới ............................................................ 17

1.2

Giới thiệu tiềm năng điện gió tại Việt Nam..................................................... 18

1.3

Tìm hiểu về các turbine gió ............................................................................ 20

1.4

Những thuận lợi và khó khăn của việc sử dụng năng lƣợng gió: ..................... 21

1.5

Cấu tạo của turbine gió ................................................................................... 21

1.6

Hệ thống phát điện gió điển hình .................................................................... 27

1.6.1 Máy phát điện khơng đồng bộ kiểu lồng sóc ................................................... 28

1.6.2 Máy phát điện không đồng bộ kiểu dây quấn .................................................. 29
1.6.3 Máy phát điện khơng đồng bộ kích từ kép ...................................................... 30
1.6.4 Máy phát điện đồng bộ tự kích ....................................................................... 32
1.6.5 Máy phát điện đồng bộ từ trƣờng vĩnh cửu ..................................................... 33
1.7

So sánh giữa các loại máy phát điện gió ......................................................... 35

1.8

Một số yêu cầu khi kết nối lƣới điện cho máy phát điện gió............................ 36

1.9

Hiện trạng và xu hƣớng phát triển kỹ thuật phát điện gió. ............................... 38

1.10

Cấu hình hệ thống và ngun lí hoạt động của máy phát điện gió PMSG ....... 39

CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH TỐN CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ PMSG .................. 42
2.1

Phƣơng trình tốn của mạch điện sau chuyển đổi máy phát điện gió PMSG ... 42

2.1.1 Mơ hình máy phát điện gió PMSG trong hệ tọa độ abc. .................................. 42
2.1.2 Mơ hình máy phát điện gió PMSG trong hệ tọa độ dq..................................... 43
2.2

Công suất và mômen của máy phát điện gió PMSG ........................................ 44


CHƢƠNG 3: CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT ..................................................... 47
3.1

Giới thiệu về IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ................................. 47

3.2

Bộ biến đổi công suất ..................................................................................... 49

3.3

Phân loại......................................................................................................... 49

3.4

Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung Sin (Sin PWM) ...................................... 50

CHƢƠNG 4: XÂY DỰNG BÀI TOÁN MPPT ........................................................ 55
4.1

Điề u khiể n góc cắt .......................................................................................... 55

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 7


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh


Luận văn tốt nghiệp

4.2

Phƣơng pháp tìm kiếm giá trị đỉnh (Hill Climb Search – HCS) ....................... 58

4.3

Tỉ số bờ rìa cánh quạt trên tốc độ (Tip Speed Ratio - TSR ratio) ..................... 58

4.4

Giá trị công suất nhận đƣợc (Power Signal Feedback - PSF) .......................... 59

4.5

Kết luận: ......................................................................................................... 60

CHƢƠNG 5: MƠ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIĨ PMSG TRUYỀN ĐỘNG TRỰC
TIẾP ............................................................................................................... 64
5.1

Các cấu trúc điều khiển................................................................................... 64

5.2

Bộ biến đổi phía máy phát (Machine–Side Converter–MSC) .......................... 65

5.2.1 Nguyên lý ....................................................................................................... 66
5.2.2 Sơ đồ điều khiển ............................................................................................. 69

5.3

Bộ biến đổi phía lƣới (Grid–Side Converter–GSC) ......................................... 70

5.3.1 Nguyên lý ....................................................................................................... 70
5.3.2 Sơ đồ điều khiển ............................................................................................. 74
CHƢƠNG 6: MÔ PHỎNG HỆ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ PMSG ĐƢỢC KẾT NỐI
LƢỚI .............................................................................................................. 78
6.1

Mơ phỏng máy phát điện gió PMSG 1.5 MW: ................................................ 78

6.2

Khối điều khiển. ............................................................................................. 82

6.3

Khối lọc tín hiệu và đo lƣờng (Filtering and measurements): .......................... 82

6.4

Khối PLL (phase-locked loop): ....................................................................... 83

6.5

Khối tính cơng suất thực và cơng suất kháng. ................................................. 85

6.6


Khối chuyển hệ tọa độ (DQ transformation). .................................................. 86

6.7

Khối biến đổi phía lƣới (Grid-Side Converter Control System)....................... 88

6.8

Khối biến đổi phía máy phát (Machine Side Converter Control System). ....... 88

6.9

Khối tính tốn momen điều khiển. .................................................................. 91

6.10

Khối turbine gió nhƣ sau. ............................................................................... 92

6.11

Kết quả mô phỏng .......................................................................................... 94

CHƢƠNG 7: KẾT LUẬN ....................................................................................... 102
7.1

Nhận xét về định hƣớng lấy công suất tối ƣu ................................................ 102

7.2

Những thuận lợi, khó khăn và định hƣớng trong việc phát triển điện gió tại ......

Việt Nam ...................................................................................................... 103

7.3

Kết luận về đề tài và hƣớng phát triển tƣơng lai ............................................ 104

7.4

Lời kết .......................................................................................................... 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 106

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 8


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
u
i
a,b,c
, 
d, q
Cp





R
L
T
P
Q
PMSG

SCIG
DFIG
WRIG
EESG
MPPT
FOC
VOC
PWM

Điện áp
Dòng điện
Trong hệ tọa độ abc
Trong hệ tọa độ Stator
Trong hệ tọa độ Rotor
Hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng gió
Tỉ số bờ rìa cánh quạt trên tốc độ
Từ thơng
Điện trở
Điện cảm
Mơmen
Cơng suất thực

Công suất kháng
Máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet Synchronous
Generators)
Máy phát điện không đồng bộ(KĐB) lồng sóc (Squirrel Cage Induction
Generator)
Máy phát điện KĐB kích từ kép (Doubly Fed Induction Generator)
Máy phát điện KĐB kiểu dây quấn (Wound Rotor Induction Generator)
Máy phát điện ĐB tự kích (Electrically Excited Sychrous Generator)
Maximum Power Point Tracking - Bám điểm công suất cực đại
Điều khiển định hƣớng trƣờng (Field Oriented Control)
Điều khiển định hƣớng theo điện áp (Voltage Oriented Control)
Điều chế độ rộng xung (Pulse With Modulation)

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 9


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Cơng suất gió trên thế giới trong thời gian 1996-2008
Hình 1.2 Biểu đồ phân bố gió Việt Nam ở độ cao 80m (tài liệu Điện gió)
Hình 1.3: Cấu trúc của một turbine gió
Hình 1.4: Kết cấu của một máy phát điện gió
Hình 1.5: Đƣờng cong hiệu suất rotor
Hình 1.6: Đặc tính quan hệ Cp= f(λ) của turbine gió
Hình 1.7: Đƣờng đặc tính Cơng suất – Tốc độ góc của Turbine gió

Hình 1.8: Hệ thống phát điện gió sử dụng máy phát SCIG
Hình 1.9: Hệ thống phát điện gió sử dụng máy phát WRIG.
Hình 1.10: Hệ thống phát điện gió sử dụng máy phát DFIG.
Hình 1.11: Turbine gió tốc độ biến đổi sử dụng bộ bộ biến đổi tần số tỉ lệ cho nguồn
kích từ.
Hình 1.12: Hệ thống phát điện gió sử dụng máy phát EESG.
Hình 1.13: Hệ thống phát điện gió sử dụng máy phát PMSG.
Hình 1.14: Hệ thống các loại turbine gió
Hình 1.15: Sơ đồ tổng thể máy phát điện gió PMSG
Hình 1.16: Chuyển đổi năng lƣợng gió thành năng lƣợng điện trong máy phát turbine
gió PMSG.
Hình 1.17: Hệ thống nghịch lƣu cơng suất của máy phát điện gió PMSG
Hình 2.1: Hình ảnh mặt cắt của một máy phát PMSG 2 cực
Hình 2.2:Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng của một PMSG trong hệ tọa độ dq
Hình 3.1: Ký hiệu và mạch tƣơng đƣơng của IGBT
Hình 3.2: Sơ đồ cho phƣơng pháp Sin-PWM
Hình 3.3 Giản đồ xung của phƣơng pháp Sin-PWM
Hình 3.4 Bộ nghịch lƣu 3 pha
Hình 3.5 Các dạng sóng của bộ nghịch lƣu khi điều chế Sin-PWM
Hình 4.1 : Quan hệ giữa cơng suất cơ và cơng suất máy phát, điểm cực đại Cp
Hình 4.2: Các vùng vận hành cho điều chỉnh góc cắt của turbine gió.
Hình 4.3: Đồ thị cho phƣơng pháp tìm kiếm giá trị đỉnh HCS
Hình 4.4: Đƣờng cong cơng ś t cực đại của turbine gió (màu đỏ) và các đƣờng cong
đặc tính của cơng suất turbine gió ở các vận tớ c gió khác nhau.
Hình 4.5: Sơ đồ khối phƣơng pháp PSF
Hình 4.6: MPPT dựa trên đƣờng cong đặc tính cơng suất P-s
Hình 4.7:Các vùng hoạt động PMSG dựa trên vận tốc gió
Hình 4.8: Cấu hình cho hệ thống điều khiển máy phát điện gió PMSG
Hình 5.1: Cấu trúc của hệ thống máy phát điện gió PMSG
Hình 5.2: Hệ thống turbine gió PMSG truyền động trực tiếp

Hình 5.3: Đặc tính cơng suất của turbine - tốc độ gió
Hình 5.4: Đặc tính hệ số công suất
HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 10


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

Hình 5.5: Giản đồ cho phƣơng pháp FOC
Hình 5.6: Sơ đồ điều khiển Generator-side Converter
Hình 5.7: Cấu trúc của hệ thống máy phát PMSG kết nối lƣới
Hình 5.8: Sơ đồ khối của phƣơng pháp điều khiển VOC
Hình 5.9: Giản đồ vector VOC, biến đổi dòng, áp lƣới và điện áp đầu vào bộ chỉnh
lƣu trong các hệ trục tọa độ    và d-q
Hình 5.10: Điều khiển tách dịng điện đầu vào bộ PWM
Hình 5.11: Sơ đồ điều khiển Grid-side converter
Hình 5.12: Sơ đồ tổng thể hệ thống
Hình 6.1: Sơ đồ mơ phỏng máy phát điện gió PMSG 1,5 MW trong hệ thống điện.
Hình 6.2: Sơ đồ mơ phỏng máy phát điện gió PMSG 1.5MW
Hình 6.3: Khối điều khiển hệ thống
Hình 6.4: Khối lọc tín hiệu và đo lƣờng.
Hình 6.5: Khối lọc thơng thấp
Hình 6.6: Sơ đồ cho hệ thống kiểm sốt PLL
Hình 6.7: Khối PLL (phase-locked loop)
Hình 6.8: Chi tiết bên trong khối PLL
Hình 6.9: Khối tính cơng suất thực và cơng suất kháng
Hình 6.10: Chi tiết bên trong khối tính cơng suất thực và kháng

Hình 6.11: Khối chuyển hệ tọa độ abcdq0
Hình 6.12: Chi tiết bên trong khối chuyển hệ tọa độ abcdq0
Hình 6.13: Khối chuyển hệ tọa độ abc  dq
Hình 6.14: Chi tiết bên trong khối chuyển hệ tọa đơ abc dq
Hình 6.15: Khối điều khiển bộ biến đổi phía lƣới
Hình 6.16: Chi tiết bên trong khối điều khiển phía lƣới
Hình 6.17: Khối điều khiển bộ biến đổi phía máy phát
Hình 6.18: Chi tiết bên trong khối điều khiển phía máy phát
Hình 6.19: Khối kiểm sốt điện áp DC
Hình 6.20: Khối điều khiển mơmen
Hình 6.21: Khối Turbine gió
Hình 6.22: Chi tiết bên trong khối turbine gió
Hình 6.23: Đặc tính C p &  ứng với các giá trị góc pitch 
Hình 6.24: Đặc tính cơng suất-Tốc độ gió
Hình 6.25: Khối điều khiển góc pitch
Hình 6.26: Khối tạo lỗi cho hệ thống
Hình 6.27: Biều đồ vận tốc gió
Hình 6.28: Điện áp DC của hệ thống
Hình 6.29: Cơng suất thực và cơng suất kháng
Hình 6.30: Tốc độ rotor của máy phát
Hình 6.31: Dịng điện trục d và trục q của máy phát
HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 11


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp


Hình 6.32: Mơmen của máy phát
Hình 6.33: Biểu đồ vận tốc gió, tốc độ rotor và cơng suất khi tốc độ gió thay đổi
Hình 6.34: Điện áp thanh cái và góc pha trong trƣờng hợp lƣới bị sự cố
Hình 6.35: Cơng suất P, Q trong trƣờng hợp lƣới bị sự cố
Hình 6.36: Điện áp DC trong trƣờng hợp lƣới bị sự cố
Hình 7.1: Đƣờng đặc tính bám cơng suất đỉnh lý thuyết của mơ hình máy phát gió cho
bởi các vận tốc gió khác nhau.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 12


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

CHƢƠNG 0: MỞ ĐẦU
1.

Đặt vấn đề
Thế kỷ 20 đã trải qua với bao tiến bộ vƣợt bậc của loài ngƣời. Một thế kỷ trong

đó con ngƣời đã làm nên những điều kỳ diệu, phát minh ra vơ vàn những cơng cụ máy
móc giúp nâng cao năng suất lao động, giúp đáp ứng những nhu cầu không ngừng của
con ngƣời. Nhƣng bên cạnh sự phát triển và tiến bộ đó thì con ngƣời cũng phải đối
mặt với những mặt trái của sự phát triển không bền vững của kinh tế thế giới. Môi
trƣờng bị hủy hoại, tài nguyên thiên nhiên cạn kiệt, áp lực công việc ngày càng lớn
với mỗi ngƣời và hàng loạt những mặt trái khác. Trong thế kỷ 21 con ngƣời phải đối
diện với một loạt các thách thức mang tính tồn cầu, chẳng hạn nhƣ: năng lƣợng, mơi

trƣờng sống bị hủy hoại, bùng nổ dân số, chiến tranh, y tế,…vv. Trong đó vấn đề năng
lƣợng vẫn là vấn đề đƣợc xem là quan trọng nhất và cấp thiết nhất trong thế kỷ 21.
Năng lƣợng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, tranh chấp lãnh thổ, tạo ảnh hƣởng để duy
trì nguồn cung cấp năng lƣợng là những mối họa tiềm ẩn nguy cơ xung đột. Năng
lƣợng hóa thạch khơng đủ cung cấp cho cỗ máy kinh tế thế giới đang ngày càng phình
to làm kinh tế trì trệ, dẫn đến những cuộc khủng hoảng, và suy thoái kinh tế. Bất ổn
chính trị rất có thể sẽ xảy ra tại nhiều nơi trên thế giới. Bên cạnh đó việc sử dụng quá
nhiều năng lƣợng hóa thạch khiến một loạt các vấn đề về mơi trƣờng nảy sinh. Trái
đất có thể ấm lên, đất canh tác bị thu hẹp, môi trƣờng bị thay đổi, dịch bệnh xuất hiện
khó lƣờng và khó kiểm sốt hơn, thiên tai ngày càng mạnh hơn và khó lƣờng hơn,
mùa màng thất thu ảnh hƣởng đến vấn đề lƣơng thực. Tất cả những điều đó tiềm ẩn
một thế giới hỗn độn, tranh chấp, khơng kiểm sốt.
Từ những vấn đề trên, để duy trì một thế giới ổn định, khơng cách nào khác là
chúng ta phải tìm ra những nguồn năng lƣợng tái sinh thay thế cho nguồn năng lƣợng
hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt. Chúng ta – những con ngƣời thế kỷ 21 – phải thực
hiện một loạt những hành động nhƣng quan trọng nhất vẫn là tìm ra một nguồn năng
lƣợng có thể thay thế cho năng lƣợng hóa thạch, để đáp ứng cho nhu cầu của thế giới.
Hàng loạt các năng lƣợng mới hứa hẹn trong thế kỷ 21 này nhƣ: năng lƣợng
mặt trời, năng lƣợng gió, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng sinh khối và những nguồn
năng lƣợng khác. Bằng những tiến bộ khoa học kỹ thuật, và xu hƣớng tất yếu của thế

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 13


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp


giới, các năng lƣợng tái sinh đang đƣợc nghiên cứu và sử dụng ngày càng nhiều. Với
việc đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về năng lƣợng (xét đến yếu tố bảo vệ mơi trƣờng
và tính kinh tế), những nguồn năng lƣợng sạch đã và đang đƣợc thế giới quan tâm
nhiều hơn, và là một trong những lựa chọn cho ngành năng lƣợng thay thế trong tƣơng
lai. Nguồn năng lƣợng sạch đang đƣợc quan tâm nhƣ năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt
trời, năng lƣợng địa nhiệt, năng lƣợng sóng biển, năng lƣợng thủy triều…Tất cả
những loại năng lƣợng sạch này góp phần rất lớn vào việc thay đổi cuộc sống nhân
loại, cải thiện thiên nhiên, mơi trƣờng... Năng lƣợng gió là một trong những nguồn
năng lƣợng tái sinh quan trọng nhất đang và sẽ đóng góp ngày càng lớn vào sản lƣợng
năng lƣợng của thế giới.
Trong chiến lƣợc phát triển năng lƣợng của nhiều quốc gia có tiềm năng về
phong điện, năng lƣợng gió đƣợc xem nhƣ là nguồn năng lƣợng sơ cấp dồi dào. Ƣu
điểm của năng lƣợng gió là dễ khai thác, cơng nghệ đơn giản, chi phí đầu tƣ và chi phí
vận hành tƣơng đối thấp. Tuy nhiên nếu muốn đẩy mạnh việc khai thác nguồn năng
lƣợng này trong tƣơng lai, cơng nghệ phải ngày càng hồn thiện, tăng cƣờng hơn nữa
hiệu suất chuyển đổi năng lƣợng gió thành năng lƣợng điện.
2.

Giới thiệu đề tài
Với dân số 87 triệu ngƣời, nếu mức độ tăng trƣởng GDP của Việt Nam duy trì

vào khỏang 7.1 %/mỗi năm, thì nhu cầu điện cần thiết sẽ là 200.000 GWh vào năm
2020 và 327.000 GWh vào năm 2030. Trong khi đó thì sản lƣợng điện truyền thống
sử dụng ƣớc lƣợng vào khoảng 165.000GWh và 208.000GWh cho những năm này.
Thế nên sẽ có sự thiếu hụt về mức độ điện tiêu dùng và những nguồn năng lƣơng khác
– trong đó có điện gió- trở thành cần thiết để lấp vào lỗ hổng năng lƣợng trên.Tại Việt
Nam, tình trạng thiếu hụt điện vẫn diễn ra nhiều năm qua. Các dự án xây dựng nguồn
cấp không theo kịp nhu cầu tiêu thụ điện gia tăng quá nhanh, tại một quốc gia đang
phát triển nhƣ Việt Nam. Trong khi nguồn điện năng chủ yếu của nƣớc ta là thủy điện
và nhiệt điện (than, khí và dầu).

Việc tìm kiếm các nguồn năng lƣợng mới là một trong những thách thức cho
chính Việt Nam. Hiện nay, giải pháp đƣợc các nƣớc phát triển sử dụng và phát triển là
"Điện gió" - một nguồn năng lƣợng an toàn, hiệu quả và dồi dào.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 14


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

Do đó luận văn này sẽ tập trung nghiên cứu về máy phát điện gió nói chung,
cấu tạo turbine gió và định hƣớng nhƣ sau: “ Mơ hình hóa và điều khiển MPPT máy
phát điện gió PMSG có kết nối lƣới”.
3.

Mục tiêu nghiên cứu
Định hƣớng của đề tài nghiên cứu điều khiển trên mơ hình các máy phát điện

gió PMSG và điều khiển công suất tác dụng, công suất phản kháng trên cơ sở đó định
lƣớng lấy cơng suất tối ƣu để hịa vào lƣới điện. Do đó đề tài sẽ tham khảo một số
luận văn của các tác giả nƣớc ngoài mới cập nhật gần đây nhằm có những thơng tin
mới nhất. Đồng thời tham khảo các luận văn trong nƣớc, các tài liệu giáo khoa của các
thầy cô trƣờng Đại học Bách Khoa TPHCM. Sau đó mơ phỏng trên cơng cụ Matlab
cho ra một định hƣớng điều khiển tốt cho các máy phát điện gió PMSG.
4.

Phạm vi nghiên cứu

-

Tìm hiểu về năng lƣợng gió và máy phát điện gió nói chung , các loại máy
phát điện gió SCIG - PMSG - DFIG

-

Lý thuyết về máy phát điện gió PMSG và điều khiển máy phát điện gió
PMSG. Phân tích bộ chuyển đổi AC/DC –DC/AC (back to back) trong máy
PMSG.

-

Định hƣớng lấy công suất tối ƣu cho PMSG đƣợc kết nối lƣới.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 15


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIĨ
1.1 Tình hình năng lƣợng gió trên thế giới
1.2 Giới thiệu tiềm năng điện gió tại Việt Nam
1.3 Tìm hiểu về các loại turbine gió
1.4 Những thuận lợi và khó khăn của việc sử dụng năng lƣợng gió
1.5 Cấu tạo của turbine gió

1.6 Hệ thống phát điện gió điển hình
1.7 So sánh giữa các loại máy phát điện gió

1.8 Một số yêu cầu khi kết nối lƣới điện cho máy phát điện gió
1.9 Hiện trạng và xu hƣớng phát triển kỹ thuật phát điện gió
1.10 Cấu hình hệ thống và nguyên lý hoạt động của máy phát điện gió
PMSG

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 16


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG GIĨ
1.1

Tình hình năng lƣợng gió trên thế giới
Nhận thức đƣợc tầm quan trọng của năng lƣợng tái sinh nói chung và năng

lƣợng gió nói riêng, chính phủ của nhiều quốc gia trên thế giới đang dốc tiền của,
nhân lực vào việc nghiên cứu và đƣa vào sử dụng thực tiễn năng lƣợng gió, giúp giảm
sự căng thẳng năng lƣợng ở các nƣớc.
Hình 1.1 trình bày cơng suất sản xuất từ điện gió trên thế giới trong khoảng
thời gian từ 1996 đến 2008. Tổng lƣợng công suất sản xuất trên thế giới vào năm 2009
là 159.2GW, với 340TWh năng lƣợng, xác nhận mức tăng trƣởng 31% mỗi năm, một
con số khá lớn giữa lúc nền kinh tế tịan cầu đang gặp nhiều khó khăn. Theo thống kê

trên thế giới, Đức, Tây Ban Nha, Hoa Kỳ, Đan Mạch và Ấn Độ là những quốc gia sử
dụng năng lƣợng gió nhiều nhất trên thế giới. Chẳng hạn vào năm 2009, điện gió
chiếm 8% tổng số điện sử dụng tại Đức; trong khi đó con số này lên đến 14% ở Ai len
và 11% tại Tây Ban Nha. Hoa Kỳ sản xuất nhiều điện gió nhất thế giới với công suất
nhảy vọt từ 6GW vào năm 2004 lên đến 35GW vào 2009 và điện gió chiếm 2.4% tộng
số điện tiêu dùng. Trung Quốc và Ấn Độ cũng phát triễn nhanh về nguồn năng lƣợng
sạch này với 22.5GW (Trung Quốc, 2009) và 10.9 25GW (Ấn Độ , 2009).

Hình 1.1 : Cơng suất điện gió trên thế giới trong thời gian 1996-2011

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 17


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

Trong số 20 thị trƣờng lớn nhất trên thế giới, riêng ở châu Âu đã có 13 nƣớc
với Đức là nƣớc dẫn đầu về công suất của các nhà máy dùng năng lƣợng gió với
khoảng cách xa so với các nƣớc cịn lại. Tại Đức, Đan Mạch và Tây Ban Nha, năng
lƣợng gió phát triển liên tục trong nhiều năm qua là nhờ sự nâng đỡ của chính phủ sở
tại . Nhờ vào đó mà một ngành cơng nghiệp mới đã phát triển tại 3 quốc gia này. Công
nghệ Đức (bên cạnh các phát triển mới từ Đan Mạch và Tây Ban Nha) đã đƣợc sử
dụng trên thị trƣờng nhiều hơn trong những năm vừa qua .
1.2

Giới thiệu tiềm năng điện gió tại Việt Nam
Theo các báo cáo của Đại học Harvard (Mỹ), tiềm năng điện gió trên thế giới là


rất lớn có thể tạo ra cơng suất điện nhiều gấp 40 lần điện năng tiêu thụ hiện nay.
Trong chƣơng trình đánh giá về năng lƣợng cho châu Á, Ngân hàng Thế giới (The
World Bank Asia Alternative Energy Program) đã có một khảo sát chi tiết về năng
lƣợng gió khu vực Đơng Nam Á, Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các
quốc gia lân cận (Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ đƣợc đánh giá có tiềm năng
từ “tốt” đến “rất tốt” để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn).

Hình 1.2: Biểu đồ phân bố gió Việt Nam ở độ cao 80m.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 18


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

Một nghiên cứu thực hiện của tổ chức năng lƣợng Greenpeace EG và Hiệp hội
năng lƣợng gió của Đức BWE, phối hợp cùng với các nhà nghiên cứu từ Quỹ Xanh
Đức (Green Budget Germany, GBG) thực hiện công bố vào 8/2012, cho rằng cần phải
tính phí mơi trƣờng và bảo vệ sức khỏe cộng đồng vào giá thành điện sản xuất. Theo
đó nghiên cứu có xét đến các chi phí phụ (hỗ trợ từ ngân sách, tác động tới môi trƣờng
và nguy cơ hạt nhân) thì giá thủy điện 7,6 cent một KWh, giá điện gió là 8,1 cent một
KWh, điện khí 9 cent một KWh, nhiệt điện từ than bùn và than đá (15,6 và 14,8 cent
một KWh) và điện hạt nhân 16,4 cent một KWh (nếu tính các chi phí khác, giá điện
hạt nhân 42,2 cent một KWh ). Từ đó có thể thấy điện gió là nguồn điện “xanh” rẻ
trên thế giới hiện nay.
Sự chênh lệch giữa giá điện gió và các năng lƣơng truyền thống (thủy điện,

điện gió) không lớn đối với nƣớc phát triển. Nhƣng đối với các nƣớc đang phát triển,
phụ thuộc công nghệ nhƣ Việt Nam, việc đầu tƣ phát triển điện gió khá khó khăn do
chi phí cơ sở hạ tầng, lƣới điện; chƣa làm chủ đƣợc cơng nghệ, phụ thuộc nhiều vào
nƣớc ngồi. Do đó, giá điện gió khi bán ra tƣơng đối cao (ví dụ nhƣ điện gió Bạc Liêu
đề nghị giá bán 12 UScents một kWh cho EVN trong 4 năm đầu). Ở đây chƣa xét tới
chi phí mơi trƣờng, tài nguyên. Trong khi giá điện EVN mua từ công ty tƣ nhân
700đ/KWh (3,33 cent một KWh).
Đa phần trang thiết bị điện gió có kích thƣớc lớn dẫn đến khó khăn trong việc
vận chuyển. Nhiều nơi có tiềm năng điện gió rất cao nhƣng việc chuyển vận thiết bị
gặp trở ngại đƣợc do đƣờng sá khó chịu đƣợc trong tải lớn. Việc thiếu nguồn đầu tƣ,
thiếu thông tin chƣa đầy đủ về tiềm năng gió,do đó ngành cơng nghiệp điện gió tại
Việt Nam chƣa phát triển. Các nhà đầu tƣ chƣa mạnh dạn đầu tƣ, sợ lỗ do thiếu cơ
chế, chính sách hợp lý giá mua của Nhà nƣớc.
Chính vì vậy, Chính phủ cần ban hành các chính sách thích hợp khuyến khích
đầu tƣ điện gió vào Việt Nam; trợ giá, hỗ trợ các doanh nghiệp Việt Nam phát triển
điện gió. Chúng ta cần nghiên cứu và xây dựng các turbine điện gió nội địa, từng bƣớc
phát triển và làm chủ cơng nghệ; khuyến khích ngƣời dân sử dụng điện gió. Mặt khác,
chúng ta nên xây dựng cơ chế để đảm bảo cơng bằng sân chơi cho năng lƣợng gió;
tăng cƣờng nghiên cứu khoa học về các ngành năng lƣợng mới; xây dựng các trang
trại điện gió ngồi biển, tận dụng tốt khơng gian và lƣợng gió.
HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 19


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh
1.3

Luận văn tốt nghiệp


Tìm hiểu về các turbine gió
Các kiểu turbine gió hiện nay đƣợc chia thành hai loại:
-

Một loại theo trục đứng giống nhƣ máy bay trực thăng.

-

Một loại theo trục ngang.Các loại turbine gió trục ngang là loại phổ biến có
thể có 2 hoặc 3 cánh quạt.

Turbine gió 3 cánh quạt hoạt động theo chiều gió với bề mặt cánh quạt hƣớng
về chiều gió đang thổi. Ngày nay, turbine gió 3 cánh quạt đƣợc sử dụng rộng rãi.
Cơng suất các loại turbine gió:
Dãy cơng suất turbine gió thuận lợi từ 50 kW tới cơng suất lớn hơn cỡ vài MW.
Để có dãy cơng suất turbine gió lớn hơn thì tập hợp thành một nhóm những turbine
với nhau trong một trại gió và nó sẽ cung cấp năng lƣợng lớn hơn cho lƣới điện.
Các turbine gió loại nhỏ có cơng suất dƣới 50 kW thì đƣợc sử dụng trong các
gia đình,viễn thơng hoặc bơm nƣớc. Đôi khi các loại tải này cũng sử dụng các nguồn
là máy phát điện diezen, pin và hệ thống quang điện. Kết hợp các hệ thống này đƣợc
gọi là hệ thống lai gió và điển hình là sử dụng cho các vùng sâu vùng xa, những địa
phƣơng chƣa có lƣới điện, những nơi mà mạng điện không thể nối tới các khu vực
này.
Nguyên lý hoạt động của các turbine gió:
Các turbine gió hoạt động theo một nguyên lý rất đơn giản. Năng lƣợng của gió
làm cho 2 hoặc 3 cánh quạt quay quanh 1 trục gọi là turbine. Mà turbine đƣợc nối với
trục chính và trục chính sẽ truyền động làm quay trục rotor của máy phát để tạo ra
năng lƣợng điện.
Các turbine gió đƣợc đặt trên trụ cao để thu đƣợc nhiều năng lƣợng gió hơn. Ở
độ cao 30 mét so với mặt đất thì các turbine gió có những thuận lợi nhƣ: tốc độ nhanh

hơn và ít bị các luồng gió bất thƣờng.
Các turbine gió có thể sử dụng cung cấp điện cho nhà cửa hoặc công trình xây
dựng, chúng có thể nối tới một mạng điện để phân phối mạng điện ra rộng hơn.
Nhìn từ phía ngồi vào một trang trại gió gồm nhiều turbine gió có thể thấy
đƣợc một nhóm các turbine làm việc nhƣ một nhà máy điện. Các máy biến áp và các
đƣờng dây truyền tải sẽ chuyển năng lƣợng đến các hộ tiêu thụ. Điện đƣợc truyền qua
dây dẫn phân phối từ các nhà dân, các cơ sở kinh doanh, các trƣờng học …
HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 20


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh
1.4

Luận văn tốt nghiệp

Những thuận lợi và khó khăn của việc sử dụng năng lƣợng gió:
a. Những thuận lợi:
- Năng lƣợng gió là nhiên liệu sinh ra bởi gió, vì vậy nó là nguồn nhiên liệu

sạch. Năng lƣợng gió khơng gây ơ nhiễm khơng khí so với các nhà máy nhiệt điện dựa
vào sự đốt cháy nhiên liệu than hoặc khí ga.
- Năng lƣợng gió có ở nhiều vùng. Do đó nguồn cung cấp năng lƣợng gió của
đất nƣớc thì rất phong phú.
- Năng lƣợng gió là một dạng năng lƣợng có thể tái tạo lại đƣợc mà giá cả lại
thấp do khoa học tiên tiến ngày nay. Khoảng 4 đến 6 cent/kWh.Điều đó cịn tuỳ thuộc
vào nguồn gió, tài chính của cơng trình và đặc điểm của cơng trình.
- Turbine gió có thể xây dựng trên các nơng trại, vì vậy đó là một điều kiện
kinh tế cho các vùng nông thôn, là nơi tốt nhất về gió mà có thể tìm thấy. Những

ngƣời nơng dân và các chủ trang trại có thể tiếp tục cơng việc trên đất của họ bởi vì
turbine gió chỉ sử dụng một phần nhỏ đất trồng của họ, chủ đầu tƣ năng lƣợng gió chỉ
phải trả tiền bồi thƣờng cho những nông dân và chủ các trang trại mà có đất sử dụng
việc lắp đặt các turbine gió.
b. Những khó khăn
- Năng lƣợng gió phải cạnh tranh với các nguồn phát sinh thông thƣờng ở một
giá cơ bản. Điều đó cịn phụ thuộc vào nơi có gió mạnh nhƣ thế nào.Vì thế nó địi hỏi
vốn đầu tƣ ban đầu cao hơn các máy phát điện chạy bằng nhiên liêu khác.
- Năng lƣợng gió là một nguồn năng lƣợng khơng liên tục và nó khơng ln
ln có khi cần có điện. Năng lƣợng gió khơng thể dự trữ đƣợc và khơng phải tất cả
năng lƣợng gió có thể khai thác đƣợc tại thời điểm mà có nhu cầu về điện.
- Những nơi có năng lƣợng gió tốt thƣờng ở những vị trí xa xơi cách thành phố,
nhƣng những nơi đó lại cần điện.
1.5

Cấu tạo của turbine gió
Các bộ phận chủ yếu của hệ thống phát điện gió điển hình gồm: Turbine gió

(bao gồm cánh gió và trục), hộp số (tăng tốc), máy phát điện (MFĐ), thiết bị điều
hƣớng gió, tháp đỡ v.v...: đƣợc thể hiện trên hình 1.3.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 21


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp


Hình 1.3: Cấu trúc của một turbine gió

1.

Blades: Cánh quạt. Gió thổi qua các cánh quạt làm cho các cánh quạt

chuyển động và quay.
2.

Rotor: Bao gồm các cánh quạt và trục.

3.

Pitch: Góc cắt đƣợc điều chỉnh nhờ các bánh răng hoặc cơ cấu thủy lực.

Cánh đƣợc xoay hoặc làm nghiêng một ít để giữ cho rotor quay trong gió
khơng q cao hay quá thấp để tạo ra điện.
4.

Brake: Bộ hãm (phanh). Dùng để dừng rotor trong tình trạng khẩn cấp

bằng điện, bằng thủy lực hoặc bằng động cơ.
5.

Low - speed shaft: Trục nối với cánh quạt quay tốc độ thấp.

6.

Gear box: Hộp số. Gồm các bánh răng đƣợc nối từ trục có tốc độ thấp


tới trục có tốc độ cao và tăng tốc độ quay từ 30 đến 60 vòng/ phút lên 1200 đến
1500 vòng/ phút. Ở tốc độ này là yêu cầu của hầu hết các máy phát điện sản
xuất ra điện. Bộ bánh răng này rất đắt tiền làm bằng hợp kim, nó là một phần
của bộ động cơ và turbine gió.
7.

Generator: Máy phát. Phát ra điện.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 22


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh
8.

Luận văn tốt nghiệp

Controller: Bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ khởi động động cơ ở tốc độ

gió khoảng 2 km/h đến 22 km/h và tắt động cơ khoảng 104 km/h bởi vì các
máy phát này có thể phát nóng.
9.

Anemometer: Phong kế: đây là bộ đo lƣờng tốc độ gió và truyền dữ liệu

tốc độ gió tới bộ điểu khiển.
10.

Wind vane: Để xử lý hƣớng gió và liên lạc với “yaw drive” để định


hƣớng turbine gió.
11.

Nacelle: Vỏ bọc ngồi, tồn bộ đƣợc dặt trên đỉnh trụ và bao gồm các

phần: gear box, low and high – speed shafts, generator, controller, and brake.
Vỏ bọc ngoài dùng bảo vệ các thành phần bên trong vỏ. Một số vỏ phải đủ rộng
để một kỹ thuật viên có thể đứng bên trong trong khi làm việc.
12.

High - speed shaft: Trục truyền động của máy phát điện ở tốc độ cao.

13.

Yaw drive: Bánh lái. Dùng để giữ cho rotor luôn ln hƣớng về hƣớng

gió chính khi có sự thay đổi hƣớng gió.
14.

Yaw motor: Động cơ cung cấp điện cho bánh lái định đƣợc hƣớng gió.

15.

Tower: Trụ đỡ Nacelle. Đƣợc làm bằng thép hình trụ hoặc thanh dằn

bằng thép. Bởi vì tốc độ gió tăng lên nếu trụ càng cao, trụ đỡ cao hơn để thu
đƣợc năng lƣợng gió nhiều hơn và phát ra điện nhiều hơn.
Do tổ máy phát điện gió có qn tính chuyển động lớn nên tốc độ quay của
turbine gió đƣợc thiết kế ở tốc độ thấp, thƣờng từ 20~30r/min nên để đạt đƣợc yêu

cầu tốc độ quay của MFĐ từ 1000~1500r/min thì giữa turbine gió và MFĐ có lắp
thêm hộp số tăng tốc; turbine gió có 2 loại là loại trục ngang và loại trục đứng.
Turbine gió trục ngang khi hoạt động u cầu bánh cơng tác turbine gió phải ln
hƣớng về phía hƣớng gió, bánh gió có thể đặt ở phía trƣớc hoặc phía sau tháp đỡ. Hiện
nay đại bộ phận hệ thống phát điện gió là loại trục ngang, bánh gió ở phía trƣớc tháp
đỡ và có 3 cánh; thiết bị điều hƣớng đồng thời vừa làm nhiệm vụ điều chỉnh turbine
gió theo hƣớng gió để thu đƣợc phong năng nhiều nhất, vừa có tác dụng giảm thiểu
mômen xoắn ảnh hƣởng đến tháp đỡ.

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 23


GVHD: TS. Hồ Phạm Huy Ánh

Luận văn tốt nghiệp

Hình 1.4: Kết cấu của một máy phát điện gió

Ngun lí làm việc
Vai trị của turbine gió là chuyển hóa hữu hiệu động năng của khơng khí thành
cơ năng trên trục quay của turbine, đây là thành phần quan trọng nhằm chuyển đổi
NLG thành điện năng và ảnh hƣởng trực tiếp đến công suất (CS) phát của hệ thống
phong điện. Với mật độ khơng khí là ρ , vận tốc gió là v, bán kính của bánh xe gió là
R , tiết diện chứa bánh cơng tác của turbine gió là A ( A   .R ) thì CS đầu vào của
2

turbine gió đƣợc xác định theo biểu thức:


1
1
P1  . A..v3  . .R 2 ..v3 (1.1)
2
2
Trong thực tế dòng năng lƣợng tồn phần của khí (gió) chỉ có một phần là hữu
ích, tức bánh cơng tác của turbine gió chỉ nhận đƣợc một phần trên tổng số năng
lƣợng của dịng khí đi qua tiết diện của bánh cơng tác để chuyển thành cơ năng. Tham
số đặc trƣng cho tính chất này của turbine gió đƣợc gọi là hiệu suất sử dụng NLG, nếu
ký hiệu là Cp thì Cp<1 và đƣợc xác định theo biểu thức:

C p  Pm / P1

(1.2)

Theo phân tích của Betz, ở điều kiện lý tƣởng thì giá trị lớn nhất của Cp là 59,3% và
cịn đƣợc gọi là giới hạn Betz. Tuy nhiên trong thực tế thì Cp có giá trị nhỏ hơn và
theo số liệu của các nhà sản xuất turbine gió cung cấp thì nó có giá trị khoảng 45% .
Hệ số Cp phụ thuộc vào cấu trúc hình học của turbine và đƣợc xác định theo biểu
thức:

HVTH: Nguyễn Quang Thắng

Trang 24