Mô phỏng máy phát điện tuabin gió PMSG sử dụng phần mềm PSIM
Nghiên cứu của nhóm tác giả Phạm Đại Thắng, Trần Anh Nguyện, Đào Minh Trung và Quách Ngọc Thịnh thuộc Khoa Công nghệ, Trường Đại học Cần Thơ sẽ mô phỏng hoạt động của máy phát điện tuabin gió PMSG công suất 2 MW nhằm giúp cho các nhà nghiên cứu có thêm kiến thức về loại máy phát điện này.
.jpg)
Ngày nay, máy phát điện tuabin gió đã được phát triển và sử dụng ở nhiều nước trên thế giới. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay chưa có nhiều nghiên cứu về loại máy phát điện này, đặc biệt là máy phát điện tuabin gió không hộp số sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu (PMSG).
Máy phát tuabin điện gió đã có nhiều bước tiến lớn về công nghệ sau hơn 100 năm ra đời. Khởi đầu là máy phát điện DC công suất 12 kW và 144 cánh gỗ vào năm 1888. Đến giữa thế kỷ 20, máy phát điện tuabin gió được phát triển đạt đến mức công suất 1 MW, sử dụng hộp số tăng tốc và máy phát không đồng bộ rôto lồng sóc do cấu tạo đơn giản và giá thành thấp. Tuy nhiên, máy phát rôto lồng sóc có khoảng tốc độ quay rất hẹp nên tốc độ tuabin gần như không đổi, gây ảnh hưởng tới hiệu suất nhận công suất gió và khi tốc độ gió thay đổi sẽ gây ra các áp lực cơ khí lên các bộ phận và dao động trênlưới điện. Để khắc phục các điểm yếu nêu trên của máy phát rôto lồng sóc, máy phát không đồng bộ rôto dây quấn nối với biến trở được sử dụng. Tuy nhiên, loại máy phát này vẫn còn có các hạn chế như phải dùng bộ khởi động mềm và tụ điện bù công suất phản kháng. Cuối thập niên 1990, các nhà sản xuất bắt đầu dùng máy phát điện gió tốc độ thay đổi, máy phát điện không đồng bộ 2 nguồn cấp (DFIG) được sử dụng do nhiều ưu điểm phù hợp với việc phát điện gió như khả năng thay đổi tốc độ quay, tăng lượng điện năng thu được, đáp ứng chất lượng điện năng và độ ồn. Máy phát DFIG trở thành máy phát điện thông dụng nhất trong các tuabin gió hiện nay. Trong những năm gần đây, máy phát điện gió nam châm vĩnh cửu (PMSG) là một xu hướng mới trong công nghiệp điện gió do có nhiều ưu điểm vượt trội như có thể chế tạo với số cực từ lớn nên không cần hộp số, khoảng tốc độ quay rộng, hiệu suất và độ bền cao, không cần dòng kích từ và ít yêu cầu bảo trì thường xuyên. Tương tự với các loại máy phát điện gió khác, việc thiết kế bộ điều khiển là không thể thiếu trong hệ thống máy phát điện tuabin gió PMSG không sử dụng hộp số. Bộ điều khiển và bộ chuyển đổi điện phải được tối ưu để nâng cao hiệu suất và độ bền của hệ thống. Bên cạnh đó, bộ tìm điểm công suất cực đại cũng được kết hợp với bộ điều khiển để điều chỉnh công suất và giữ tốc độ quay tuabin ở giá trị tối ưu. Ngoài ra, bộ điều chỉnh góc lệch cánh cũng là một phần không thể thiếu để điều chỉnh tốc độ quay của tuabin. Tuy nhiên, ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa có nhiều nghiên cứu về điều khiển và mô phỏng hoạt động của máy phát điện gió PMSG. Do đó, bài báo này sẽ thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng hoạt động của máy phát điện tuabin gió PMSG 2 MW nhằm giúp cho các nhà nghiên cứu và vận hành có thêm những kiến thức về nguyên lý cơ bản cũng như quá trình điều khiển của máy phát điện tuabin gió PMSG.
Bài báo đã trình bày được cấu tạo cơ bản và nguyên lý hoạt động của hệ thống máy phát điện tuabin gió PMSG. Để thu được công suất cực đại từ một tốc độ gió cố định, bộ điều khiển tìm điểm công suất cực đại đã được thiết kế. Bên cạnh đó, bài báo cũng đã thiết kế được các bộ điều khiển dòng điện, bộ điều khiển công suất và bộ điều khiển điện áp liên kết DC cho bộ chuyển đổi AC-DC-AC. Nhằm kiểm tra hoạt động của hệ thống máy phát điện tuabin gió PMSG, kết quả mô phỏng trên phần mềm PSIM được thực hiện trong trường hợp tốc độ gió thay đổi tương ứng với điều kiện vận hành trong thực tế. Kết quả mô phỏng đã cho thấy rằng hệ thống điều khiển của máy phát điện tuabin gió PMSG hoạt động tốt và ổn định trong điều kiện tốc độ gió thay đổi. Đáp ứng của dòng điện, điện áp liên kết DC và công suất luôn bám theo giá trị tham chiếu của chúng. Điều này chứng minh được hiệu quả của hệ thống điều khiển máy phát điện tuabin gió PMSG được thiết kế.
Lttsuong
Theo Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, Tập 56, Số 1A (2020): 1-10