Đang tải... (xem toàn văn)
Nói đến việc đầu tư và khai thác các nguồn năng lượng tái tạo thì năng lượng mặt trời có xu hướng dẫn đầu trong nhiều năm. Tuy nhiên, theo như tốc độ sản xuất toàn cầu hiện nay, năng lượng gió đang bám sát năng lượng mặt trời về tốc độ tăng trưởng. Các công nghệ mới đang thúc đẩy sự đa dạng trong lĩnh vực năng lượng gió với tốc độ nhanh chóng. Nếu chúng ta cần đi tìm câu trả lời cho câu hỏi về an ninh năng lượng dựa trên một nguồn tài nguyên thiên nhiên, thì câu trả lời đó rất có thể là năng lượng điện gió.
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ & BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Đề tài: Thiết kế điều khiển MPPT cho hệ phát điện sức gió sử dụng máy phát PMSG, cấp nguồn cho tải địa phương kết hợp battery Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Mã lớp: Hà Nội, 2023 MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO GIĨ 1.1 Tình hình phát triển Hệ thống Turbine gió .3 1.1.1 Tình hình khai thác lượng từ Turbine gió tồn cầu 1.1.2 Tình hình phát triển Hệ thống Turbine gió Việt Nam 1.1.3 Chi phí sản xuất cho Wind Turbine 1.2 Cấu trúc chung Hệ thống Turbine gió .6 1.2.1 Hai loại Turbine gió 1.2.2 Cấu tạo Turbin gió 1.3 Nguyên lý hoạt động .9 1.4 Các toán điều khiển 1.4.1 Phân cấp điều khiển hệ thống 1.4.2 Phân tích cụ thể toán điều khiển .11 1.5 Các yêu cầu hệ thống điện sức gió nối tải địa phương 20 CHƯƠNG MƠ HÌNH THIẾT BỊ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG 22 2.1 Mơ hình Wind Turbine 22 2.2 Mơ hình máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (PMSG) 24 2.2.1 Mơ hình thay tương đương 24 2.2.2 Mơ hình thay đơn giản 26 2.3 Mơ hình biến đổi phía Battery 27 2.4 Bộ biến đổi DC/AC 29 Chương 3: Thiết kế điều khiển Lỗi! Thẻ đánh dấu khơng được xác định 3.1 Bài tốn MPPT .32 Pha 1: Tìm điểm cực đại 32 Pha 2: Điều khiển bám điểm cực đại .32 3.2 Bộ biến đổi phía Battery .36 3.3 Bộ biến đổi DC/AC 38 Chương 4: Kết mô Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định Chương 5: Kết luận Lỗi! Thẻ đánh dấu không được xác định DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO GIÓ Chương đề cập đến thông tin chung tầm quan trọng nguồn lượng sức gió sống, với vấn đề liên quan đến yếu tố kỹ thuật sử dụng loại lượng 1.1 Tình hình phát triển Hệ thống Turbine gió 1.1.1 Tình hình khai thác lượng từ Turbine gió tồn cầu Nói đến việc đầu tư khai thác nguồn lượng tái tạo lượng mặt trời có xu hướng dẫn đầu nhiều năm Tuy nhiên, theo tốc độ sản xuất toàn cầu nay, lượng gió bám sát lượng mặt trời tốc độ tăng trưởng Các công nghệ thúc đẩy đa dạng lĩnh vực lượng gió với tốc độ nhanh chóng Nếu cần tìm câu trả lời cho câu hỏi an ninh lượng dựa nguồn tài nguyên thiên nhiên, câu trả lời lượng điện gió Trên thực tế, lượng tạo từ trang trại Turbine gió tăng lên nhiều hai năm qua Theo Hội đồng Năng lượng gió tồn cầu (GWEC), cơng suất gió đạt 51.477 megawatt (MG) vào năm 2014, tăng 44% so với năm trước Hình 1.1 Tỷ trọng lượng gió tồn cầu qua năm Theo Hiệp hội Năng lượng gió giới (WWEA), Trung Quốc có tỷ trọng sản xuất lượng gió lớn nhất, với khoảng 114.763 MG cơng suất gió lắp đặt Điều quan trọng, phương pháp sản xuất điện thơng thường khó đáp ứng nhu cầu lượng tương lai đất nước với dân số 1,386 tỷ người Hoa Kỳ, chương trình lượng điện gió khởi xướng cách gần 10 năm để hợp tác với chuyên gia ngành, người muốn tăng hiệu suất độ tin cậy cơng nghệ gió đồng thời với việc giảm chi phí thi cơng, lắp đặt bảo trì Chương trình cần thiết để phát triển cơng nghệ mới, giúp cải thiện hiệu suất Turbin quy mơ lớn 1.1.2 Tình hình phát triển Hệ thống Turbine gió Việt Nam Trước thách thức tình trạng thiếu điện để ứng phó hiệu với biến đổi khí hậu năm kế hoạch phát triển “điện xanh” từ nguồn lượng tái tạo giải pháp khả thi nhằm đảm bảo an ninh lượng bảo vệ mơi trường Gần đây, Chính phủ Việt Nam xác định rõ mục tiêu định hướng phát triển dạng “điện xanh” Trong đó, lượng gió xem lĩnh vực trọng tâm Việt Nam xem nước giàu tiềm khu vực Đơng Nam Á Mục đích nghiên cứu đưa nhìn tình hình phát triển điện gió khả cung ứng tài tổ chức ngồi nước cho phát triển điện gió Việt Nam Việt Nam có tiềm gió để phát triển dự án điện gió với quy mơ lớn Bản đồ tiềm gió Ngân hàng Thế giới (Worldbank, 2001) xây dựng cho bốn nước khu vực Đông Nam Á (gồm: Việt Nam, Cam-pu-chia, Lào, Thái Lan) dựa phương pháp mơ mơ hình số trị khí Theo kết từ đồ lượng gió này, tiềm năng lượng gió độ cao 65 m Việt Nam lớn so với nước khác khu vực, với lý thuyết lên đến 513.360 MW Những khu vực hứa hẹn có tiềm lớn toàn lãnh thổ khu vực ven biển cao nguyên miền nam Trung Bộ Nam Bộ Những ưu đãi đầu tư xây dựng nhà máy giá bán điện cho Điện lực Việt Nam thu hút quan tâm nhà đầu tư ngồi nước Hiện nay, có hàng chục nhà máy điện gió hoạt động phạm vi toàn quốc gia Nhược điểm điện gió điện tạo có gió, cơng suất phát thay đổi theo mức gió Vùng thuận lợi cho đặt nhà máy thường cách xa vùng tiêu thụ Điều làm cho lưới điện phải bố trí dẫn truyền điện, có kế hoạch điều hịa nguồn phát thích hợp để đảm bảo lượng cho phụ tải tiêu thụ 1.1.3 Chi phí sản xuất cho Wind Turbine Các dự án điện gió đất liền dự án lượng mặt trời hiệu cung cấp điện với mức giá tương đương Cent (gần 700 đồng tiền Việt Nam) cho kWh, thấp vòng hai năm tới Báo cáo IRENA cho rằng, nhiều dự án điện gió đất liền vận hành thường xuyên với mức chi phí Cent/kWh Cạnh đó, hình thức sản xuất điện lượng tái tạo khác, dự án lượng sinh học, lượng địa nhiệt thủy điện cạnh tranh trực tiếp chi phí với lượng từ dạng nhiên liệu hóa thạch Các dự án lượng sinh học địa nhiệt đưa vào vận hành vào năm 2017 có mức chi phí trung bình tồn cầu khoảng Cent/kWh Hình 1.2 Đường kính vịng trịn biểu thị quy mơ dự án • Tâm vịng trịn tương ứng với chi phí dự án (trục tung) • Các đường thẳng đậm giá trị suất đầu tư nhà máy vận hành năm • Khoảng xanh thể chi phí sản xuất điện từ Các hoạt động mua sắm cạnh tranh với lên số lượng lớn nhà phát triển dự án vừa lớn có kinh nghiệm cạnh tranh hội toàn cầu coi động lực cho việc cắt giảm chi phí gần đây, bên cạnh tiến cơng nghệ IRENA trung tâm toàn cầu hợp tác lượng tái tạo trao đổi thông tin 154 thành viên (153 quốc gia Liên minh châu Âu) 26 quốc gia khác trình gia nhập tích cực tham gia vào hoạt động tổ chức IRENA thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi sử dụng hợp lý tất dạng lượng tái tạo hướng tới phát triển bền vững, tiếp cận lượng, an ninh lượng tăng trưởng kinh tế carbon thấp thịnh vượng 1.2 Cấu trúc chung Hệ thống Turbine gió Hệ thống Turbine gió hệ thống sử dụng lượng học từ gió để biến đổi thành điện cung cấp cho phụ tải điện cấp điện lên lưới, gồm khối thành phần bản: khối động học, khối khối điện Hình 1.3 Cấu trúc chung Hệ thống lượng gió với sơ đồ điều khiển Các thành phần sau xét đến nói đến cấu trúc chung Turbine gió : • Turbine gió • Tụ lọc chiều • Bộ chỉnh lưu ba pha phía nguồn • Máy biến áp cách ly • Bộ nghịch lưu phía lưới, tải • Lưới điện tải địa phương 1.2.1 Hai loại Turbine gió Người ta phân loại Turbine gió làm loại Turbine gió trục ngang Turbine gió trục đứng dựa theo hình dạng cấu tạo bên ngồi Hình 1.4 Turbin gió trục ngang trục đứng Turbine gió kiểu trục đứng có cánh quay quanh trục thẳng đứng Ưu điểm loại nhận gió từ hướng nên khơng cần hệ thống điều hướng hộp số hay thiết bị máy phát đặt trụ Tuy nhiên, Turbine gió trục đứng sử dụng có nhược điểm sau: • Hiệu suất khí động giảm có nhiều bề mặt cánh úp vào phía trụ Khi quay cánh gió mở bên có tác dụng hứng gió làm Turbin quay, bên cịn lại cản gió làm giảm tốc độ quay • Vì sức nặng giá trục truyền tải cao nên giá đỡ thường mức chuẩn nên không cho phép có hộp số với Turbine trục đứng lớn Tua bin gió kiểu trục ngang có cánh quạt quay quanh trục nằm ngang chúng phù hợp với việc khai thác nhiều lượng gió Nó có loại cánh quạt Ngày loại cánh quạt sử dụng rộng rãi 1.2.2 Cấu tạo Turbin gió Động Turbine điện gió xem máy phát điện sử dụng sức gió, bao gồm: • Anemometer: Bộ đo lường tốc độ gió, có trách nhiệm truyền liệu tốc độ gió tới phận điểu khiển • Blades: Đây cánh quạt, gió thổi tạo lực vào cánh quạt Làm quay trục động Turbine sau dẫn tới chuyển động liên hồn hệ thống Turbine điện gió • Controller: Bộ điều khiển • Brake: Bộ hãm (hay gọi phanh), dùng để dừng hoạt động motor trường hợp khẩn cấp • Rotor: Bộ phận bao gồm cánh quạt trục • Gear box: Bộ phận hộp số Trong phần này, phần bánh hệ thống nối với trục tốc độ cao trục tốc độ thấp Bánh thiếu chúng đắt tiền • Generator: Bộ phận máy phát để phát nguồn điện • High – speed shaft: Là trục chuyển động tốc độ cao máy phát • Low – speed shaft: Ngược với High – speed shaft trục chuyển động tốc độ thấp • Nacelle: Đây phần vỏ động Bao gồm lớp vỏ bọc vỏ Rotor Được dùng để làm lớp bảo vệ, che chở cho thành phần chi tiết cấu tạo bên động • Pitch: Đây phận giữ cho Rotor tạo điện chúng quay gió Trong Motor điện chiều chi tiết quan trọng Thiết bị dùng cánh quạt với nam châm để đón lấy gió Hình 1.5 Cấu tạo Turbine gió 1.3 Ngun lý hoạt động • Hệ thống turbine gió hoạt động, chuyển lượng gió thành lượng học phát điện • cánh quạt gắn vào đầu trục hướng gió, gọi rotor Rotor gắn với bánh gọi hộp số - hộp trượt (Gear Box) Có số trường hợp khơng gắn với hộp số mà gắn trực tiếp vào máy phát Hộp số có vai trị thay đổi tốc độ quay rotor cánh quạt với rotor máy phát • Trong trường hợp gắn liền trục tốc độ quay Trong đề tài nhóm, chúng em khơng nối với hộp số mà nối trực tiếp phần quay cánh quạt máy phát, tốc độ quay chúng Khi gió thổi, cánh quạt quay, làm cho trục quay thực biến đổi từ lượng gió thành lượng (cụ thể dạng rotor quay) • Tóm lại, rotor turbine gió quay làm cho rotor máy phát nối đằng sau quay theo, quay rotor máy phát tạo nên lượng điện, hay hiểu lượng chuyển đổi thành lượng điện • Wind Turbine có đầu vào đầu ra: đầu vào bao gồm tốc độ quay Rotor, tốc độ gió góc Pitch Đầu mo-men quay • Turbine gió đặt trụ cao để đón lượng gió giúp tốc độ quay nhanh bị luồng gió bất thường • Nguồn điện từ lượng gió nhằm phục vụ cho người để sử dụng cho tải địa phương nối trực tiếp lên lưới điện 1.4 Các toán điều khiển 1.4.1 Phân cấp điều khiển hệ thống Phần điều khiển hệ thống chia thành ba cấp sau: