Máy phát điện và điện năng cho tuốc bin gió

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 mộtxu 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 Loạiα 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 Tuabin, bởi nhà sản xuất Loạiα Tính năng điều khiển năng lượng và tốc độ Bình luận GE Wind, USA: GE 104, 3.2MW GE 77, 1.5MW Loại C1 Góc nghiêng giới hạn Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát stator/rotor WRIG (loại DFIG ) :3,3kV/690V Phạm vi tốc độ rotor:7.5-13.5rpm Phạm vi tốc độ máy phát:1000-1800rpm Loại C1 Góc nghiêng giới hạn Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát WRIG:690V Phạm vi tốc độ rotor:10.-20.4rpm Phạm vi tốc độ máy phát:1000-2000rpm Bonus, Denmark: Bonus 82, 2.3MW Bonus 76, 2MW Loại A2 Góc nghiêng tối đa Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát SCIG:690V Hai máy phát tốc độ: 1000rpm và 1500rpm Hai rotor tốc độ: 11rpm và 17rpm Loại A2 Góc nghiêng tối đa Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát SCIG:690V Hai máy phát tốc độ: 1000rpm và 1500rpm Hai rotor tốc độ: 11rpm và 17rpm Nordex, Germany: N80, 2.5MW S77, 1.5MW Loại C1 Góc nghiêng giới hạn Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát WRIG (loại DFIG ):660V Phạm vi tốc độ rotor:10.9-19.1rpm Phạm vi tốc độ máy phát:700-1300rpm Loại C1 Góc nghiêng giới hạn Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát WRIG (loại DFIG ):690V Phạm vi tốc độ rotor:9.9-17.3rpm Phạm vi tốc độ máy phát:1000-1800rpm Made, Spain: Made AE-90, 2MW Made AE-61, 1.32MW Loại D1 Góc nghiêng tối đa Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát WRSG: 1000V Phạm vi tốc độ máy phát:747-1495rpm Phạm vi tốc độ rotor:7.4-14.8rpm Loại A0 Thất tốc cố định Điện áp máy phát SCIG:690V Hai máy phát tốc độ: 1010rpm và 1519rpm Hai rotor tốc độ: 12.5rpm và 18.8rpm Tuabin, bởi nhà sản xuất Loạiα Tính năng điều khiển năng lượng và tốc độ Bình luận Repower, Germany: MM 82, 2MW MD 77, 1.5MW Loại C1 Góc nghiêng giới hạn Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát WRIG (loại DFIG ) :690V Phạm vi tốc độ rotor:10-12rpm Phạm vi tốc độ máy phát: :900-1800rpm Loại C1 Góc nghiêng giới hạn Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát WRIG (loại DFIG ) :690V Phạm vi tốc độ rotor:9.6-17.3rpm Phạm vi tốc độ máy phát: :1000-1800rpm Ecotecnia, Spain: Ecotecnia 74, 1.67MW Ecotecnia 62, 1.25MW Loại C1 Góc nghiêng giới hạn Tốc độ thay đổi Điện áp máy phát WRIG (loại DFIG ) :690V Phạm vi tốc độ rotor:10-19rpm Phạm vi tốc độ máy phát: :1000-1950rpm Loại A0 Thất tốc cố định Điện áp máy phát SCIG: 690V Hai máy phát tốc độ: 1012rpm và 1518rpm Hai rotor tốc độ: 12.4rpm và 18.6rpm α cho định nghĩa loại máy phát, trong bảng 4.1 và phần 4.2.3 kết quả, cho thấy được khả năng lắp đặt bởi 13 nhà cung cấp mỗi năm tương ứng hơn 90% tổng công suất lắp đặt trong những năm qua. Điều này làm cho phân tích này rất đáng tin cậy. Những dữ liệu này bao gồm khoảng 76% công suất trên toàn thế giới tích lũy được lắp đặt vào cuối năm 2002. do đó nó rất toàn diện và thực tế.   Bảng 4.5 trình bày một cái nhìn tổng quan chi tiết về thị phần của từng loại tuabin gió từ 1998-2002. Ta thấy rõ ràng rằng thị phần của loại tuabin gió tốc độ cố định (loại A) giảm trong giai đoạn này, với loại DFIG (loại C) trở thành loại chi phối. Loại tốc độ thay đổi toàn diện(loại D) tăng nhẹ thị phần của nó, do đó trở thành loại quan trọng thứ ba trong năm 2001 và 2002. Bảng 4.5 Thị trường thế giới các loại tua-bin gió nắm giữ từ năm 1998 và 2002 Loại Thị phần(%) 1998 1999 2000 2001 2002 Type A 39.6 40.8 39.0 31.1 27.8 Type B 17.8 17.1 17.2 15.4 5.1 Type C 26.5 28.1 28.2 36.3 46.8 Type D 16.1 14.0 15.6 17.2 20.3 Tổng số lắp đặt (MW) 2349 3788 4381 7058 7248 Tỷ lệ phần trăm thị phần của các thị trường thế giới 92.4 90.1 94.7 97.6 97.5   Vị trí thị trường của loại OptiSlip (loại B) là gần như không đổi trong suốtba năm đầu của thời kỳ này phân tích, nhưng trong hai năm qua, nó giảm, chia sẻ thị trường với Loại C. Từ xu hướng mô tả trong Bảng 4.5, loại B có khả năng mất thị trường của nó hoàn toàn. Điều này chủ yếu là do phạm vi tốc độ biến đổi của loại B là hạn chế hơn nhiều so với phạm vi tốc độ biến đổi của loại C.   Bảng 4.5 cũng cung cấp thông tin về tổng công suất lắp đặt hàng năm của 13 nhà cung cấp. Nó cho thấy rằng cài đặt tổng công suất vào năm 2002 đã ba lần vào năm 1998, chủ yếu là do gia tăng các tuabin gió được đánh giá cao. 4.3/ Loại máy phát điện Về cơ bản, một tua bin gió có thể được trang bị với bất kỳ loại máy phát điện ba pha. Ngày nay, để cho dòng điện tương thích với lưới điện có thể được đáp ứng bằng cách kết nối bộ chuyển đổi tần số, ngay cả khi máy phát điện cung cấp dòng điện xoay chiều (AC) của tần số biến đổi hoặc dòng điện một chiều (DC). Khái quát một số máy phát điện có thể được sử dụng trong tua-bin gió: - Máy phát điện không đồng bộ (cảm ứng): + Máy phát điện cảm ứng lồng sóc (SCIG); + máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn (WRIG): . máy phát điện cảm ứng OptiSlip (OSIG) (tuabin gió hạn chế biến đổi tốc độ bằng sự thay đổi điện trở rotor máy phát điện), . máy phát điện cảm ứng (DFIG). - Máy phát điện đồng bộ: + máy phát điện rotor dây quấn (WRSG); + máy phát điện nam châm vĩnh cửu (PMSG).    - Các loại tiềm năng khác: - Máy phát điện cao áp (HVG); - máy phát điện chuyển đổi từ hóa(SRG); - máy phát điện ngang dòng (TFG).  Trong phần này, chúng tôi sẽ tóm tắt các đặc tính chủ yếu của các loại máy phát điện chung. Để phân tích chi tiết các loại máy phát điện, xem các tài liệu tiêu chuẩn về lĩnh vực này (Heier, năm 1998; Krause, Wasynczuk và Sudhoff, 2002).4.3.1 máy phát điện không đồng bộ (cảm ứng)    Các máy phát điện phổ biến nhất được sử dụng trong các tua-bin gió là máy phát điện cảm ứng. Nó có nhiều ưu điểm, chẳng hạn như độ chắc chắn và tính cơ khí đơn giản, và nó được sản xuất hàng loạt, vì thế nó cũng có một mức giá thấp. Nhược điểm chính là stator của nó cần dòng từ hóa phan kháng. Các máy phát điện không đồng bộ không có nam châm vĩnh cửu và không được kích thích độc lập. Vì vậy, nó đã nhận được dòng kích thích từ một nguồn khác và tiêu thụ công suất phản kháng. Công suất phản kháng có thể được cung cấp bởi lưới điện hoặc bằng một hệ thống điện điện tử. Từ trường của máy phát điện được thành lập chỉ khi nó được kết nối với lưới điện.  Trong trường hợp dòng kích thích xoay chiều, từ trường quay ở một tốc độ được xác định do số lượng cực trong các cuộn dây và tần số dòng điện, tốc độ đồng bộ. Vì vậy, nếu cánh quạt quay với tốc độ vượt quá tốc độ đồng bộ, một điện trường được cảm ứng giữa rotor và chuyển động tương đối của stator (trượt), gây ra một dòng điện trong cuộn dây rotor. Sự tương tác từ trường liên kết của rotor với stator tạo mô-men tác động lên rotor.  Các rotor của một máy phát điện cảm ứng có thể được thiết kế như là ngắn mạch (rotor lồng sóc) hoặc như là rotor cuộn cảm ứng. 4.3.1.1 Máy phát điện cảm ứng lồng sóc(Squirrel cage induction generator)    Cho đến nay, các SCIG có được sự lựa chọn phổ biến vì tính đơn giản cơ học, hiệu quả sử dụng cao và các yêu cầu bảo trì thấp (cho một danh sách liên quan đến SCIGs, LH Hansen và cộng sự, 2001.).   Như minh họa trong hình 4.1, SCIG của loại cấu hình A là ướng lưới điện kép. SCIG tốc độ thay đổi chỉ vài % vì dộ trượt máy phát điện gây ra bởi những thay đổi trong tốc độ gió. Vì vậy, máy phát điện này được sử dụng cho các tuabin gió tốc độ không đổi (loại A). Các máy phát điện và các cánh quạt tua-bin gió được kết hợp thông qua hộp số, vì các rotor tối ưu và phạm vi tốc độ máy phát điện khác nhau.   Tuabin gió dựa trên một SCIG thường được trang bị với một cơ chế khởi động mềmvà một hệ thống cho đền bù công suất phản kháng, như SCIGs tiêu thụ công suất phản kháng. SCIGs có một đặc tính tốc độ mô-men xoắn dốc và do đó sự biến động của năng lượng gió được truyền đi trực tiếp vào lưới điện. Những quá độ này là đặc biệt quan trọng trong kết nối mạng lưới các tua-bin gió, nơi dòng điện có thể tăng lên đến 7-8 lần dòng định mức. Trong một mạng lưới yếu, trong dòng tăng cao có thể gây ra rối loạn điện áp nghiêm trọng. Vì vậy, các kết nối của các SCIG lưới điện được thực hiện từng bước để hạn chế dòng này Trong quá trình hoạt động bình thường và kết nối trực tiếp với một mạng điện AC ổn định, SCIG là rất mạnh mẽ và ổn định. Độ trược thay đổi và tăng nếu tải trọng ngày càng tăng. Vấn đề chính là, bởi vì dòng từ hóa cung cấp từ lưới điện đến cuộn dây stato, hệ số công suất tải đầy đủ là tương đối thấp. Điều này đã được đặt trong mối quan hệ với thực tế là hầu hết các tiện ích phân phối điện phạt khách hàng công nghiệp có tải với các yếu tố điện năng thấp. Rõ ràng, thế hệ một số máy phát điện công suất thấp có thể không được phép sử dụng ở đây. Hệ số công suất quá thấp được bù đắp bằng cách nối các tụ điện song song với máy phát điện.   Trong SCIGs có một mối quan hệ duy nhất giữa công suất tác dụng, công suất phản kháng, thiết bị đầu cuối điện áp và tốc độ rotor. Điều này có nghĩa rằng khi gió lớn, tua-bin gió có thể tạo ra nhiều công suất tác dụng chỉ khi máy phát điện thu hút nhiều công suất phản kháng hơn. Đối với một SCIG, số lượng công suất phản kháng tiêu thụ là không thể kiểm soát được bởi vì nó thay đổi theo hướng điều kiện gió. Nếu không có bất kỳ thành phần điện nào cung cấp công suất phản kháng, công suất phản kháng cho máy phát điện phải được lấy trực tiếp từ lưới điện. Công suất phản kháng cung cấp bởi lưới điện gây ra tăng tổn thất truyền tải và trong những tình huống nhất định, có thể làm cho lưới điện không ổn định. Bộ tụ điện hoặc bộ chuyển đổi điện tử hiện đại có thể được sử dụng để giảm tiêu thụ công suất phản kháng. Những bất lợi chính là sự qus độ điện áp xảy ra trong quá trình chuyển đổi trong.   Trong trường hợp lỗi, SCIGs mà không có bất kỳ hệ thống đền bù công suất phản kháng có thể dẫn đến tình trạng mất ổn định điện áp trên lưới điện (Van Custem và Vournas, 1998). Các rotor tua-bin gió có thể tăng tốc độ (độ trược tăng), ví dụ, khi một lỗi xảy ra, tạo ra sự mất cân đối giữa các mô-men xoắn cơ học và điện áp. Vì vậy, khi lỗi được xóa bỏ, SCIGs rút ra một số lượng lớn công suất phản kháng từ lưới điện, dẫn đến làm giảm hơn nữa trong điện áp. SCIGs có thể được sử dụng trong cả hai tuabin gió tốc độ cố định (loại A) và trong các tua-bin gió tốc độ thay đổi đầy đủ (loại D). Trong trường hợp thứ hai,bộ chuyển đổi tần số điện của động cơ được chuyển đổi sang tần số cố định bằng cách sử dụng một công cụ chuyển đổi năng lượng đầy tải hai chiều. 4.3.1.2 Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn(Wound rotor induction generator) Trong trường hợp aWRIG, các đặc tính điện của rotor có thể được điều khiển từ bên ngoài, và do đó điện áp rotor có thể được đưa vào. Các cuộn dây của dây quấn rotor được kết nối bên ngoài thông qua các vòng trượt và chổi than hoặc bằng thiết bị điện điện tử, mà có thể có hoặc không có yêu cầu các vòng trượt và chổi than Bằng cách sử dụng thiết bị điện tử điện, năng lượng có thể được lấy ra hoặc đưa vào dòng ngắn mạch rotor và máy phát điện có thể được từ hóa từ dòng ngắn mạch rotor hoặc dòng ngắn mạch stator. Điều đó cũng có thể xảy ra nhờ phục hồi năng lượng trượt từ dòng ngắn mạch rotor và nạp vào từ đầu ra của stator. Những bất lợi của WRIG là nó đắt tiền hơn và không phải là mạnh mẽ như SCIG. Các ngành công nghiệp tuabin gió sử dụng phổ biến nhất là các cấu hình WRIG sau đây: (1) máy phát điện cảm ứng OptiSlip_ (OSIG), được sử dụng trong các khái niệm loại B và (2) loại máy phát điện hai lần cảm ứng (DFIG) , được sử dụng trong cấu hình Loại C (xem hình 4.1).. OptiSlip cảm ứng máy phát điện Các tính năng OptiSlip_ đã được giới thiệu bởi các nhà sản xuất Đan Mạch Vestas để giảm thiểu tải trên các tuabin gió trong những cơn gió giật. Các tính năng OptiSlip_ cho phép máy phát điện có sự thay đổi độ trược (phạm vi hẹp) và lựa chọn độ trược tối ưu, kết quả là những biến động nhỏ hơn trong kiểm soát mô-men xoắn và công suất đầu ra. Thay đổi độ trược là một cách rất đơn giản, đáng tin cậy và chi phí hiệu quả để đạt được giảm tải so với các giải pháp phức tạp hơn như tua-bin gió có tốc độ thay đổi bằng cách sử dụng chuyển đổi tỉ lệ đầy đủ. OSIGs là WRIGs với một sự thay đổi điện trở ngoài rotor gắn liền với cuộn dây rotor (xem hình 4.1). Độ trượt của máy phát điện được thay đổi bằng cách thay đổi tổng trở rotor bằng phương tiện của một công cụ chuyển đổi, được gắn trên trục cánh quạt. Bộ chuyển đổi này là bộ điều khiển quang học,điều đó có nghĩa rằng không có vòng trượt là cần thiết. Stato của máy phát điện được kết nối trực tiếp vào lưới điện. Những lợi thế của loại máy phát điện này là cấu trúc liên kết mạch điện đơn giản, không cần các vòng trược và hoạt động một phạm vi tốc độ được cải thiện so với các SCIG. Để một mở rộng nhất định, loại này có thể làm giảm tải trọng cơ học và dao động năng lượng gây ra bởi cơn gió giật. Tuy nhiên, nó vẫn đòi hỏi một hệ thống bù công suất phản kháng. Những khó khăn là: (1) phạm vi tốc độ thường được giới hạn 0-10%, vì nó phụ thuộc vào biên độ thay đổi điện trở rotor (2) chỉ điều khiển công suất phản kháng và tác dụng là rất nhỏ, và (3) độ trược mất đi khi điện trở giảm    . Doubly-fed induction generator( máy phát điện cảm ứng 2 lần) Như mô tả trong Bảng 4.5, loại DFIG là một lựa chọn thú vị với sựphát triển của thị trường. Các DFIG bao gồm một WRIG với cuộn dây statokết nối trực tiếp với lưới ba pha tần số không đổi và với các cuộn dây rotor gắn kết hai chiều qua lại công cụ chuyển đổi nguồn điện áp IGBT.  Thuật ngữ " doubly fed'đề cập đến một thực tế rằng điện áp trên stato được nhận từ lưới điện và điện áp trên rotor tạo ra bởi bộ chuyển đổi điện (power converter). Hệ thống này cho phép hoạt động tốc độ thay đổi trên một phạm vi lớn, nhưng hạn chế biên độ. Chuyển đổi bù đắp sự khác biệt giữa tần số cơ khí và điện bằng cách đưa một dòng rotor với một tần số biến đổi. Cả hai trong hoạt động bình thường và lỗi hành vi của máy phát điện là như vậy, chi phối bởi các công cụ chuyển đổi năng lượng và bộ điều khiển nó.  Bộ chuyển đổi năng lượng bao gồm hai bộ chuyển đổi, chuyển đổi phía rotor và chuyển đổi phía lưới điện, và được điều khiển độc lập với nhau. Nó vượt ra ngoài phạm vi của chương này để đi vào chi tiết liên quan đến sự kiểm soát của các bộ chuyển đổi (để biết thêm chi tiết, xem Leonhard, năm 1980, Mohan, Undeland và Robbins, năm 1989; Pena, Clare và Asher, 1996). Ý tưởng chính là bộ chuyển đổi phía rotor là điều khiển công suất phản kháng và tác dụng bằng cách điều khiển các thành phần dòng điện rotor, trong khi bộ chuyển đối phía đường dây điều khiển điện áp DC và đảm bảo bộ chuyển đổi họat động liên kết( không tiêu thụ công suất phản kháng ) Tùy thuộc vào điều kiện hoạt động của bộ truyền động, điện được đưa vào hoặc lấy ra khỏi rotor: trong trường hợp siêu đồng bộ (oversynchronous), nó chảy từ các rotor thông qua bộ chuyển đổi tới lưới điện, trong khi nó chảy theo hướng ngược lại trong trường hợp cộng hưởng dưới đồng bộ( subsynchronous). Trong cả hai trường hợp subsynchronous và oversynchronous stato đưa điện vào lưới điện.  DFIG có một số lợi thế. Nó có khả năng để kiểm soát công suất phản kháng vàtách riêng công suất phản kháng và tác dụng điều khiển bằng bộ kích từ độc lập. DFIG không nhất thiết phải được từ hóa từ ( magnetised )lưới điện, nó cũng có thể được từ hóa từ dòng ngắn mạch rotor. Nó cũng có khả năng tạo ra công suất phản kháng có thể được ccaaps từ các stato bằng bộ chuyển đổi phía lưới. Tuy nhiên, bộ chuyển đổi phía lưới thường hoạt động bằng điện áp riêng và không tham gia vào việc trao đổi công suất phản kháng giữa các tua-bin và lưới điện. Trong trường hợp của một mạng lưới yếu ( không ổn định), nơi mà các điện áp có thể dao động, DFIG có thể được ra lệnh sản xuất hoặc hấp thụ một lượng công suất phản kháng lên hoặc xuống từ lưới điện, với mục đích kiểm soát điện áp.  Kích thước của bộ chuyển đổi không liên quan với tổng điện áp của máy phát điện nhưng liên quan đến lựa chọn phạm vi tốc độ và do đó liên quan đến độ trượt. Do đó, chi phí cho bộ chuyển đổi tăng lên khi phạm vi tốc độ xung quanh tốc độ đồng bộ trở nên rộng hơn. Việc lựa chọn phạm vi tốc độ là dựa trên sự tối ưu hóa kinh tế của chi phí đầu tư và hiệu quả tăng lên. Một nhược điểm của DFIG là nhu cầu không thể tránh khỏi vòng trượt (slip rings).4.3.2 Các máy phát điện đồng bộ(The synchronous generator)Các máy phát điện đồng bộ đắt tiền và máy móc phức tạp hơn so với một máy phát điện cảm ứng có kích thước tương tự. Tuy nhiên, nó có một lợi thế rõ ràng so với các máy phát điện cảm ứng, cụ thể là, nó không cần dòng từ hóa phản kháng (reactive magnetising curent).  Từ trường trong các máy phát điện đồng bộ có thể được tạo ra bằng cách sử dụng thường nam châm hoặc với một cuộn dây thông thường. Nếu máy phát điện đồng bộ có phù hợp với số lượng cực ( nhiều cuộn WRSG hoặc nhiều cuộn PMSG), nó có thể sử dụng ổ đĩa trực tiếp các ứng dụng mà không có bất kỳ hộp số nào(gearbox).  Khi cơ cấu đồng bộ có lẽ là phù hợp nhất để điều khiển tổng điện áp cũng như kết nối với lưới điện thông qua một công cụ chuyển đổi năng lượng điện tử. Bộ chuyển đổi có hai mục tiêu chính: (1) hoạt động như một bộ đệm năng lượng cho các dao động năng lượng gây ra bởi vốn năng lượng gió giật và cho các ngắn mạch (transients) đến từ phía lưới, và (2) để kiểm soát từ tính và tránh các vấn đề còn lại đồng bộ với tần số lưới. Áp dụng một máy phát điện như vậy cho phép biến tốc độ hoạt động của tua-bin gió.  Hai loại cổ điển của máy phát điện đồng bộ thường được sử dụng trong công nghiệp tua-bin gió: (1) máy phát điện đồng bộ rotor dây quấn (WRSG) và (2)máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG).4.3.2.1 Máy phát điện đồng bộ rotor dây quấn(Wound rotor synchronous generator)  WRSG là Workhorse của ngành công nghiệp năng lượng điện. Cả hai trạng thái ổn địnhhiệu suất và hiệu suất lỗi cũng đã được công bố các tài liệu trong vô số nghiên cứu các giấy tờ trong những năm qua, (xem LH Hansen và cộng sự, 2001.).  Các cuộn dây stato WRSGs kết nối trực tiếp vào lưới điện và do đó tốc độ quay là cố định đúng tần số của lưới điện cung cấp. Các cuộn dây rôto được kích thích với dòng bằng cách sử dụng các vòng trượt và chổi than hoặc với một kích thích không chổi than với một bộ chỉnh lưu quay (rotating rectifier). Không giống như các máy phát điện cảm ứng, máy phát điện đồng bộ không cần thêm bất kỳ hệ thống bù công suất phản kháng nào. Các cuộn dây rôto, thông qua đó dòng điện trực tiếp, tạo ra các trường kích thích, quay với tốc độ đồng bộ. Tốc độ của máy phát điện đồng bộ được xác định bởi tần số của các trường quay và số cặp cực của rotor.  Các nhà sản xuất tuabin gió Enercon và Lagerwey sử dụng loại tuabin gióLoại D (xem hình 4.1) với một WRSG nhiều cực (tốc độ thấp) và không hộp số. Nó cólợi thế là không cần một hộp số. Nhưng giá mà phải trả cho một thiết kế không hộp số là một máy phát điện lớn và nặng và một công cụ chuyển đổi điện áp tỷ lệ tự nhiên(full scale) để xử lý điện áp đầy ( full power) của hệ thống. Các nhà sản xuất tuabin gió Made cũng áp dụng các tuabin gió Loại D, nhưng với bốn cực (tốc độ cao) WRSG và một hộp số (xem Bảng 4.4).4.3.2.2 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet synchronous generator)  Nhiều bài báo nghiên cứu đã đề nghị áp dụng PMSGs trong tua-bin gióbởi vì đăc tính tự kích thích của nó, cho phép hoạt động ở công suất cao và hiệu quả cao, (xem Alatalo năm 1996).  Trong cơ cấu (PM) nam châm vĩnh cửu, hiệu quả cao hơn cư cấu cảm ứng,cũng như kích thích không cần được cung cấp từ bất kỳ nguồn năng lượng nào. Tuy nhiên, các vật liệu được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu là đắt, và nó rất khó để làm việc trong quá trình sản xuất. Ngoài ra, việc sử dụng bộ kích thích PM đòi hỏi phải sử dụng một công cụ chuyển đổi điện tỷ lệ tự nhiên(full-scale) để điều chỉnh điện áp và tần số điện áp của máy phát điện và tần số truyền tương ứng. Đây là một khoản chi phí gia tăng. Tuy nhiên, lợi ích năng lượng có thể được tạo ra ở bất kỳ tốc độ để phù hợp với điều kiện dòng. Stator của PMSGs là dây quấn, và rotor được cung cấp với một hệ thống cực nam châm vĩnh cửu và có thể là cực lồi (salient poles )hoặc có thể là cực ẩn (cylindrical poles). Cực lồi là phổ biến hơn trong máy tốc độ chậm và có thể là phiên bản hữu ích nhất để ứng dụng cho máy phát điện gió. Loại máy phát đồng bộ tốc độ thấp điển hình của loại cực lồi và nó có nhiều cực.  Sự khác nhau về cấu trúc liên kết của các động cơ PM được trình bày trong tài liệu. Loại phổ biến nhất là radial flux machine (đống cơ theo hướng bán kính), động cơ ngang trục và dọc trục. Mô tả chi tiết của tất cả các loại được đưa ra trong Alatalo (1996). Bản chất đồng bộ của PMSG có thể gây ra vấn đề trong quá trình khởi động, đồng bộ hóavà điện áp điều chỉnh. Nó không dễ dàng cung cấp một điện áp không đổi (MitchamGrum, 1998). Các hoạt động đồng bộ cũng gây ra một đường đặc tính không trơn(stiff performance) trong trường hợp mạch ngắn bên ngoài, và nếu tốc độ gió không ổn định. Một bất lợi của PMSGs là vật liệu từ tính nhạy cảm với nhiệt độ, ví dụ, các nam châm có thể bị mất phẩm chất từ ​​của nó ở nhiệt độ cao. Do đó, nhiệt độ rotor của PMSG phải được giám sát và một hệ thống làm mát được đề xuất.  Ví dụ về các nhà sản xuất tuabin gió sử dụng loại cấu hình D với PMSGs Lagerwey, WinWind và Multibrid.4.3.3 Các loại máy phát điện khácTrong phần sau đây, chúng tôi sẽ trình bày ngắn gọn các loại máy phát điện là các loại có thể có trong tương lai trong ngành công nghiệp tua-bin gió. 4.3.3.1 Máy phát điện cao áp (Highvoltage generator)  Thông thường nhất, máy phát điện tuabin gió hoạt động tại 690V (xem Bảng 4.4) và do đó nó đòi hỏi một biến áp trong vỏ bọc động cơ hoặc ở dưới cùng của tháp. Chínhđộng lực tăng điện áp của máy phát điện là để giảm dòng điện và do đó làm giảm tổn thất và tổn hao nhiệt. Điều này có thể dẫn đến giảm kích thước của máy phát điện và tăng hiệu quả của tuabin gió, đặc biệt là ở tải cao hơn. Nếu điện áp của máy phù hợp với điện áp lưới điện, việc kết nối với lưới điện sẻ không cần biến áp.  HVGs được sản xuất như máy phát điện đồng bộ,và như máy phát điện không đồng bộ.HVGs là máy phát điện điện áp xoay chiều thú vị cho các tua-bin gió công suất lớn quá3MW. Những khó khăn chủ yếu là chi phí cao của toàn bộ hệ thống, nó không chắc chắnvề lợi ích dài hạn và yêu cầu an toàn, trong đó có nhiều phức tạp hơn so với các máy điện áp thấp. Giá của HVG, các thiết bị điện tử và thiết bị phụ trợ, chẳng hạn như bộ chuyển mạch(switchgears), tăng đáng kể với kích thước của máy phát điện. Giá có thể giảm trong tương lai nếu số lượng của tuabin gió với HVGs tăng đáng kể.  Cho đến nay, chỉ có rất ít nguyên mẫu tua-bin gió đã được thiết kế bởi các tiện ích hoặc các nhà sản xuất lớn của thiết bị điện đã áp dụng HVGs: TJ eborg, với 2MW áp dụng một máy phát điện cảm ứng với một điện áp đầu ra là 10 kV, và Growian, với 3MW, sử dụng một DFIG với một điện áp đầu ra là 6,3 kV. Các công ty khác nhau có khởi xướng, với thành công không lớn, dự án nghiên cứu khác nhau trên HVG tua-bin gió, trong vài năm qua. Lagerwey, là 1 ví dụ, đã bắt đầu sản xuất hàng loạt loại LW72 tua-bin 2MW có một máy phát điện đồng bộ với một điện áp đầu ra của 4 kV.Trái ngược với những gì đã được dự kiến, loại Windformer / ABB 3MW chưa được thành công. Tuy nhiên, hiện nay không có nhiều tua bin gió thương mại có sẵn với HVGs. Thay vì sử dụng HVGs, xu hướng đã được thay đổi theo hướng di chuyển biến áp vào vỏ bọc động cơ.4.3.3.2 Các máy phát điện từ hóa chuyển đổi (The switched reluctance generator)   Động cơ SRG đã xuất hiện trong những năm qua thì rất thiết thực và cơ cấu cơ khí đơn giản, hiệu quả cao, chi phí giảm và nó tạo điều kiện để loại bỏ các hộp số (Kazmierkowski, Krishnan và Blaabjerg, năm 2002). Nó rất hấp dẫn cho các ứng dụng hàng không vũ trụ vì nó có khả năng tiếp tục hoạt động tại giảm các đầu ra trong sự hiển thị của lỗi trong máy phát điện riêng của nó. Khảo sát của các thuộc tính tích cực và tiêu cực của SRGs nằm trong LH Hansen et al. (2001). Các tài liệu về SRGs liên quan đến tua-bin gió là không đáng kể, và nhiều nghiên cứu vẫn còn phải được thực hiện trước khi SRG được đưa ra ứng dụng trong gió tua-bin.  SRG là một máy phát điện đồng bộ với cấu trúc gấp đôi cực lồi, cực lồi trên stator và cả rotor. Kích thích của từ trường được cung cấp bởi dòng stato giống như cách nó được cung cấp trong máy phát điện cảm ứng. SRG được coi là kém hơn so với máy PMSG bởi vì mật độ điện năng thấp hơn. SRG đòi hỏi một công cụ chuyển đổi điện áp tỉ lệ tự nhiên(full-scale power converter )để hoạt động như một máy phát điện nối lưới. Hơn nữa, SRG có hiệu quả thấp hơn so với một PMSG và điện áp là thấp hơn so với máy phát điện không đồng bộ (Kazmierkowski, Krishnan và Blaabjerg, năm 2002).4.3.3.3 Máy phát điện ngang dòng(Transverse flux generator) Cấu trúc liên kết máy TFG là khá mới, nhưng có vẻ thú vị. Tuy nhiên, nhiềunghiên cứu là cần thiết trước khi các máy TFG được điều chỉnh để nó có thể được sử dụng như một máy phát điện năng lượng gió.  Nguyên tắc ngang dòng (TF) có thể được áp dụng cho một loạt các loại máy. Nó có thể được sử dụng trong máy phát điện nam châm vĩnh cửu và trong máy phát điện từ trở , ví dụ.Động cơ sẻ kế thừa những đặc điểm chung của các loại máy khác để được áp dụng , nhưng sẽ có những đặc điểm khác bị ảnh hưởng bởi thiết kế TF. Tỷ lệ chịu mô-men xoắn cao cho mỗi kg vật liệu tác động có vẻ rất hấp dẫn (Dubois, Polinder và Fereira, 2000).  Bản chất của hoạt động của nó giống 1 động cơ đồng bộ, và nó sẽ thực hiện các chức năng theo nguyên tắc một cách tương tự như với bất kỳ máy PM nào khác. Nó có thể bao gồm một số lượng rất lớn các cực, điều đó có thể làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng trực tiếp không dùng hộp số. Tuy nhiên, TFG có rò rỉ điện cảm tương đối lớn. Trong máy phát điện từ trở có thể tạo ra hệ số công suất rất thấp lúc hoạt động bình thường, và dòng ngắn mạch là không đủ lớn để tác động bộ phận bảo vệ. Vấn đề tương tự sẻ liên quan đến máy phát điện PM, nhưng ở PM sẽ không nghiêm trọng như vậy.  Một bất lợi của TFG là số lượng lớn các bộ phận riêng lẻ nên nó đòi hỏi sử dụng một công nghệ lắp ghép. Với sự tiến bộ của công nghệ năng lượng, tình trạng này sẻ được cải thiện. 4,4 Các khái niệm điện điện tử (Power Electronic Concepts) Điện tử công suất là một ngành công nghệ phát triển nhanh. Các linh kiện có thể xử lý ở dòng điện định mức và điện áp định mức cao hơn, làm giảm tổn thất điện và các thiết bị trở nên đáng tin cậy. Các thiết bị này cũng rất dễ dàng để điều khiển với một bộ khuếch đại điện áp tỉ lệ MV (megascale). Tỷ lệ giá / năng lượng vẫn đang giảm, và chuyển đổi điện áp đang ngày càng trở nên hấp dẫn hơn như một phương tiện để cải thiện hiệu suất của tua-bin gió. Trong phần này, chúng tôi sẽ trình bày các công cụ chuyển đổi điện áp cấu trúc liên kết được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng tua-bin gió, bao gồm cả ưu điểm và nhược điểm của nó.4.4.1 khởi động mềm  Khởi động mềm là một bộ phận điện đơn giản và rẻ tiền được sử dụng tua-bin gió tốc độ cố định trong quá trình kết nối vào lưới điện (xem hình 4.1 loại A và B). Các chức năng khởi động mềm là giảm tăng cao dòng điện, do đó hạn chế các rối loạn lưới điện. Nếu không có một khởi động mềm, khi dòng điện cao điểm có thể lên đến 7-8 lần dòng định mức, có thể gây ra rối loạn điện áp trên lưới điện nghiêm trọng. Khởi động  mềm có chứa hai thyristors như các thiết bị chuyển mạch trong từng pha. Nó kết nối nối tiếp với các pha. Các kết nối của máy phát điện với lưới điện được xác định trước trong chu kì thời gian điện áp lưới, đạt được bằng cách điều chỉnh góc mở (_) của thyristors. Mối quan hệ giữa góc mở (_firing angle) và khuếch đại các kết quả của các phần khởi động mềm là rất phi tuyến và bổ sung tính năng hệ số điện áp của các yếu tố kết nối. Sau khi mở dòng, các thyristors có thể bỏ qua để giảm các tổn thất của toàn bộ hệ thống. Tobe continued…. .4.4.2 Bộ tụ Ngân hàng tụ điện được sử dụng trong các tuabin gió tốc độ cố định hoặc giới hạn tốc độ thay đổi (xem Hình 4.1 Các loại A và B). Đây là một thành phần điện cung cấp công suất phản kháng để các máy phát điện cảm ứng. Do đó, công suất phản kháng hấp thụ bởi máy phát điện từ lưới điện được giảm thiểu.  Các máy phát điện tua-bin gió có thể phải bồi thường đầy tải, năng động, nơimột số lượng nhất định của tụ điện được kết nối hoặc ngắt kết nối liên tục, tùy thuộctrên nhu cầu điện trung bình phản ứng của máy phát điện trong khoảng thời gian định sẵnthời gian.  Các ngân hàng tụ điện thường được gắn ở dưới cùng của tháp hoặc các vỏ bọc động cơ(Ví dụ: ở phía trên của tuabin gió). Họ có thể là nặng tải và bị hư hại trong trường hợp quá áp trên lưới điện và do đó có thể làm tăng chi phí bảo trìhệ thống.4.4.3 chỉnh lưu và biến tầnMột công cụ chuyển đổi tần số truyền thống, còn được gọi là một ổ đĩa tốc độ có thể điều chỉnh, bao gồm:  . một bộ chỉnh lưu (là đơn vị chuyển đổi AC-DC) để chuyển đổi dòng điện xoay chiều vào trực tiếp hiện nay, trong khi năng lượng chảy vào hệ thống DC;  . lưu trữ năng lượng (tụ);  . một biến tần (DC-AC với tần số và điện áp kiểm soát) để chuyển đổi trực tiếphiện tại vào dòng điện xoay chiều, trong khi năng lượng dòng chảy phía AC.Điốt có thể chỉ được sử dụng trong chế độ cải chính, trong khi chuyển mạch điện tử có thể được sử dụng trong chấn chỉnh cũng như ở chế độ đảo ngược.  Các giải pháp chỉnh lưu phổ biến nhất là chỉnh lưu diode, vì đơn giản của nó, chi phí thấp và tổn thất thấp. Nó là phi tuyến trong tự nhiên, và do đó, nó sẽ tạo ra các dòng hòa (Kazmierkowski, Krishnan và Blaabjerg, 2002). Một khó khăn nữa là nó chỉ cho phép một dòng điện một chiều, nó không thể kiểm soát điện áp máy phát điện hoặc hiện tại. Vì vậy, nó có thể được sử dụng chỉ với một máy phát điện có thể kiểm soát điện áp và biến tần (ví dụ như một IGBT) có thể kiểm soát hiện tại. Thyristor (lưới mạch) giải pháp dựa trên biến tần là một biến tần giá rẻ, thấpthiệt hại và, như tên của nó cho thấy, nó cần được kết nối với lưới điện để có thểhoạt động. Thật không may, nó tiêu thụ điện năng phản ứng và tạo ra sóng hài lớn(Heier năm 1998). Nhu cầu ngày càng cao về chất lượng điện làm cho biến tần thyristor íthấp dẫn hơn so với mạch biến tần, chẳng hạn như biến tần và IGBTs GTO. Cáclợi thế của một biến tần GTO là nó có thể xử lý nhiều quyền lực hơn so với IGBT, nhưng điều nàyTính năng này sẽ ít quan trọng trong tương lai, do sự phát triển nhanh bất lợi IGBTs.The của GTOs là mạch điều khiển của van GTOphức tạp. Các máy phát điện và bộ chỉnh lưu phải được lựa chọn như là một sự kết hợp (tức là hoàn toàn giải pháp), trong khi biến tần có thể được lựa chọn gần như độc lập của các máy phát điện và bộ chỉnh lưu. Chỉnh lưu diode chỉnh lưu một thyristor có thể được sử dụng cùng nhau chỉ với một máy phát điện đồng bộ, vì nó không đòi hỏi một magnetising phản ứng hiện tại. Trái ngược với điều này, GTO và chỉnh lưu IGBT có được sử dụng cùng với máy phát điện cảm ứng tốc độ thay đổi, bởi vì họ có thể để kiểm soát công suất phản kháng. Tuy nhiên, mặc dù IGBTs là một sự lựa chọn rất hấp dẫn, họ có những nhược điểm của một mức giá cao và thiệt hại cao. Các máy phát điện đồng bộ với một bộ chỉnh lưu diode, ví dụ, có chi phí thấp hơn nhiều tổng số hơn so với máy phát điện cảm ứng tương đương với một biến tần IGBT hoặc chỉnh lưu (Carlson, Hylander và Thorborg, 1996).    Có nhiều cách khác nhau để kết hợp một bộ chỉnh lưu và biến tần vào tần sốchuyển đổi. Có năm công nghệ áp dụng cho tốc độ điều chỉnh:-to-back, đa, song song, ma trận và cộng hưởng. Một đánh giá của mỗi cấu trúc liên kết chuyển đổi quyền lực được bao gồm trong LH Hansen et al. (2001).4.4.4 Tần số chuyển đổiTrong những năm gần đây, công cụ chuyển đổi khác nhau cấu trúc liên kết đã được điều tra là liệu họ có thể được áp dụng trong các tua-bin gió:. chuyển đổi để trở lại;. đa chuyển đổi;. song song chuyển đổi;. ma trận chuyển đổi;. cộng hưởng chuyển đổi.  Một bài thuyết trình của mỗi công cụ chuyển đổi các cấu trúc liên kết và nguyên tắc làm việc của họ, bao gồm cả lợi thế và nhược điểm của họ, là vượt ra ngoài phạm vi của chương này. Đối với một mô tả chi tiết, xem L. H. Hansen et al. (2001). Rõ ràng là bộ chuyển đổi để trở lại là rất cao có liên quan để tuabin gió hiện nay. Nó tạo thành nhà nước của nghệ thuật và do đó có thể được sử dụng cho điểm chuẩn chuyển đổi các cấu trúc liên kết. Các phân tích trong L. H. Hansen et al. cho thấy rằng các ma trận và chuyển đổi đa là đối thủ cạnh tranh nghiêm trọng nhất để chuyển đổi back-to-back và do đó được khuyến nghị cho nghiên cứu sâu hơn.  Phần này tập trung chủ yếu vào các công cụ chuyển đổi trở lại để trở lại, như ngày nay nhiều nhất sử dụng rộng rãi công cụ chuyển đổi tần số ba pha. Tuy nhiên, chúng tôi cũng sẽ bao gồm một số ngắn gọn các góp ý liên quan đến chuyển đổi đa và ma trận.  Bộ chuyển đổi để trở lại là một công cụ chuyển đổi năng lượng hai chiều bao gồm haithông thường điều chế độ rộng xung (PWM) VSC chuyển đổi. Cấu trúc liên kết được hiển thị trong hình 4.3. Điện áp DC liên kết được tăng lên đến một mức độ cao hơn biên độ của lưới điện áp đường dây trực tuyến để đạt được toàn quyền kiểm soát của lưới điện hiện tại. Sự hiện diện của các điện cảm tăng làm giảm nhu cầu về các bộ lọc đầu vào hài hòa và cung cấp một số bảo vệ cho các công cụ chuyển đổi chống lại điều kiện bất thường trên lưới điện.  Các tụ giữa biến tần và bộ chỉnh lưu làm cho nó có thể tách riêngsự kiểm soát của hai biến tần, cho phép bồi thường không đối xứng trên cả haimáy phát điện và trình lưới điện, mà không ảnh hưởng đến phía bên kia của bộ chuyển đổi. Dòng chảy năng lượng tại bộ chuyển đổi phía lưới được điều khiển để giữ cho điện áp DC liên kết không đổi, và sự kiểm soát của bộ chuyển đổi máy phát điện-side được thiết lập để phù hợp với nhu cầu từ tính và rotor tốc độ mong muốn. Kiểm soát của bộ chuyển đổi trở lại để trở lại trong các ứng dụng tua-bin gió được mô tả trong một số giấy tờ (ví dụ như Bogalecka năm 1993; Pena, Clare và Asher, 1996). Kim và Sul (1993) đề cập đến sự hiện diện của các tụ điện DC liên kết trong một công cụ chuyển đổi trở lại-toback làm giảm tuổi thọ và hiệu quả tổng thể của hệ thống so với một công cụ chuyển đổi mà không có một tụ điện DC liên kết, chẳng hạn như ma trận chuyển đổi (Schuster, 1998) . Tuy nhiên, bảo vệ của bộ chuyển đổi ma trận trong một tình huống lỗi là không tốt như của bộ chuyển đổi back-to-back. Một khía cạnh khác của bộ chuyển đổi trở lại để trở lại là chuyển đổi các tổn thất cao so với tổn thất chuyển mạch của bộ chuyển đổi ma trận (Wheeler và cấp, năm 1993). Những nhược điểm của bộ chuyển đổi ma trận so với bộ chuyển đổi trở lại để trở lại là thua lỗ dẫn cao hơn và hạn chế của bộ chuyển đổi điện áp đầu ra (Wheeler và Grant, 1993).  Trong so sánh với bộ chuyển đổi điện áp DC liên kết liên tục và chỉ có hai đầu racấp, nội dung đầu ra hài hòa của bộ chuyển đổi ma trận là thấp hơn vì thực tế là điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi ma trận bao gồm ba cấp điện áp. Tuy nhiên, xem xét việc thực hiện hài hòa, vượt trội công cụ chuyển đổi đa được chuyển đổi với những nhu cầu thấp nhất trên các bộ lọc đầu vào và do đó với quang phổ tốt nhất về phía lưới và bên cạnh máy phát điện (Rodriguez et al, 1999).  Để tóm tắt những phát hiện trên các bộ chuyển đổi trình bày, đó là kết luận rằng chuyển đổi backto trở lại, chuyển đổi ma trận và chuyển đổi đa là những ngườiđề nghị cho nghiên cứu hơn nữa trong máy phát điện khác nhau cấu trúc liên kết.4,5 Giải pháp điện điện tử trong các trang trại gió  Ngày nay, và trong tương lai, tua-bin gió sẽ được bố trí ở nồng độ lớnhàng trăm MW công suất điện. Các trang trại gió có kích thước này thường sẽ đượckết nối trực tiếp vào lưới điện truyền tải và sẽ sớm hay muộn, thay thế các nhà máy điện thông thường. Điều này có nghĩa là các tua bin gió sẽ được yêu cầu có những đặc điểm nhà máy điện (AD Hansen, năm 2001; S ensen et al, 2000), cụ thể là, để có thể cư xử như các thành phần hoạt động kiểm soát trong hệ thống điện. Các trang trại gió lớn sẽ được dự kiến ​​sẽ đáp ứng nhu cầu kỹ thuật rất cao, chẳng hạn như để thực hiện tần số và kiểm soát điện áp, điều tiết năng lượng hoạt động và phản ứng và cung cấp phản ứng nhanh chóng trong tình huống thoáng qua và năng động trong hệ thống điện. Các tua-bin gió truyền thống, nơi mà sức mạnh đang hoạt động được điều khiển bởi một bày đơn giản của cánh quạt hoặc bằng cách sử dụng một thiết bị bán phá giá hoặc bằng cách ngắt kết nối các tua-bin gió, không có khả năng kiểm soát như vậy và không có thể đóng góp cho sự ổn định hệ thống điện sẽ được yêu cầu. Công nghệ lưu trữ có thể là một lựa chọn, nhưng tại các công nghệ như vậy hiện nay là khá tốn kém. Ngoài ra, họ không phải là một giải pháp thỏa đáng trong trường hợp của các trang trại gió lớn, bởi vì các vấn đề ổn định điện áp. Điện điện tử công nghệ sẽ ngày càng trở nên hấp dẫn hơn cho các trang trại gió lớn sẽ phải thực hiện đầy đủ các nhu cầu cao trong tương lai.  Hiện nay, có hoạt động nghiên cứu đáng kể để phát triển cách bố trí điều khiển điện của các trang trại gió như vậy với các loại khác nhau của năng lượng chuyển đổi điện tử để cho họ để có thể thực hiện theo các yêu cầu cao và giá rẻ nhất có thể để cài đặt. Nhiều kiểm soát cấu trúc liên kết đang bị điều tra và một số đã được thực hiện trong thực tế.  Tùy thuộc vào các thiết bị điện điện tử được sử dụng bên trong một trang trại gió,một số tùy chọn cấu trúc liên kết khác nhau, đặc biệt là với những lợi thế và nhược điểm của nó. Cấu trúc liên kết có thể bao gồm những điều sau đây.. Một cấu trúc điều khiển hoàn toàn phân cấp với một AC mạng nội bộ kết nốilưới điện chính, với mỗi tuabin trong các trang trại gió có tần số riêng của mìnhchuyển đổi và hệ thống kiểm soát của nó, có lợi thế mà mỗi tua-bin gió có thểhoạt động ở mức tối ưu của nó đối với điều kiện gió địa phương. Một thực tếthực hiện của cấu trúc này là 160MW Horns Rev ngoài khơi giótrang trại, dựa trên các tua-bin gió với máy phát điện cảm ứng kép ăn Loại C (xemHình 4.1).  . A, một phần tập trung một phần phân cấp kiểm soát cấu trúc bộ chuyển đổi năng lượng tách ra và đầu ra của mỗi tua-bin là địa phương sửa chữa và đưa vào một mạng DC, với toàn bộ trang trại vẫn còn kết nối thông qua một biến tần trung ương, đã được đề xuất bởi Dahlgren và cộng sự al. (2000), người đề nghị sử dụng một điện áp cao-đamáy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Tuy nhiên, giải pháp này vẫn chưađược thực hiện trong thực tế. Cấu hình này cung cấp tất cả các tính năng củabiến tốc độ khái niệm, vì mỗi tuabin gió có thể được kiểm soát độc lập.Các máy phát điện có thể được SCIGs là tốt, nếu VSC được sử dụng như là bộ chỉnh lưu.  . Một cấu trúc điều khiển hoàn toàn tập trung có một công cụ chuyển đổi năng lượng điện tử trung tâm kết nối tại điểm kết nối các trang trại gió. Các tua-bin hoặc có thể có SCIGs hoặc có thể có WRSGs. Ưu điểm của cấu trúc như là các hành vi nội bộcủa các tua-bin gió được tách ra từ hành vi lưới, và do đó các trang trại giómạnh mẽ để có thể thất bại của lưới điện. Những bất lợi của khái niệm này là rằng tất cả các tua-bin gió được quay với cùng một tốc độ góc trung bình và không có một tốc độ tối ưu cá nhân, do đó cho một số các tính năng của các khái niệm tốc độ thay đổi, mỗi tuabin gió cá nhân.  Một tùy chọn của khái niệm này là tập trung công suất phản kháng bồi thường cấu trúc liên kết với một đơn vị tiên tiến VAR tĩnh (ASVC) bồi thường. Công suất phản kháng bồi thường đơn vị được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điện để cung cấp công suất phản kháng sự cân bằng và cải thiện sự ổn định điện áp. ASVCs là biến tần dựa trên tự mạchthiết bị chuyển mạch (tức là có toàn quyền kiểm soát liên tục, công suất phản kháng). Họ có lợi thế mà, trong trường hợp của sự sụt giảm điện áp (ví dụ như trong một lỗi lưới)có sẵn công suất tối đa phản ứng giảm chậm hơn so với tĩnhĐơn vị VAR bồi thường (SVC). Trong Rejsby Hede, Đan Mạch, thử nghiệm thiết bị với một 8Mvar đơn vị ASVC đã được tích hợp vào một trang trại gió 24MW với 40 stallregulated tuabin gió. Trang thiết bị và kiểm tra kết quả được mô tả trong Sto? BER et al. (1998). Một lựa chọn khác là sử dụng một liên kết cao áp (HVDC) DC như truyền tải điện.Một cài đặt chạy trên Gotland, Thụy Điển (để biết thêm chi tiết, xem Chương 13).Tất cả các tua-bin gió được kết nối với cùng một bộ chuyển đổi năng lượng, và toàn bộ các trang trại gió được kết nối với lưới điện cung cấp công cộng thông qua một công cụ chuyển đổi quyền lực. Hai chuyển đổi kết nối với nhau thông qua một cáp liên kết HVDC dài. Việc áp dụng các công nghệ năng lượng điện tử trong các trang trại gió lớn có vẻ như vậy, để được rất hứa hẹn. Nó đóng một vai trò quan trọng trong việc tuân thủ các yêu cầu cao mà các công ty tiện ích áp đặt các trang trại gió. Công nghệ này do đó cần nghiên cứu bổ sung và phát triển đáng kể.4,6 Kết luậnChương này đã cung cấp một cuộc khảo sát ngắn gọn và toàn diện của máy phát điện và năng lượng khái niệm điện tử được sử dụng bởi các ngành công nghiệp tua-bin gió hiện đại. Một giới thiệu ngắn, trình bày cấu trúc liên kết các tua-bin gió cơ bản và chiến lược kiểm soát, tiếp theo là nhà nước của nghệ thuật của tua-bin gió, từ một điểm điện. Cũ và mới khái niệm có tiềm năng đầy hứa hẹn của các máy phát điện và các thiết bị điện tử điện dựa trên kỹ thuật khía cạnh và các xu hướng thị trường đã được trình bày.  Rõ ràng rằng việc giới thiệu có tốc độ thay đổi tùy chọn trong tua-bin gió làm tăng số lượng của các loại máy phát điện áp dụng và tiếp tục giới thiệu một vài độ tự do trong sự kết hợp của các loại máy phát điện và các loại công cụ chuyển đổi điện.  Một xu hướng rất quan trọng cho tua-bin gió là các trang trại gió lớn sẽ phải hành xử như các bộ phận tách rời của hệ thống điện và phát triển các đặc điểm nhà máy điện. Công suất thiết bị điện tử đang hứa hẹn giải pháp kỹ thuật để cung cấp lắp đặt năng lượng gió với khả năng kiểm soát hệ thống điện và nâng cao hiệu quả của họ về sự ổn định hệ thống điện.Tài liệu tham khảo[1] Alatalo, M. (1996) Máy Magnet thường trực với các cuộn dây Gap Air và răng tích hợp cuộn dây,kỹ thuật báo cáo 288, Đại học Công nghệ Chalmers, Thụy Điển.[2] Bogalecka, E. (1993) 'Power Control của một Máy phát điện cảm ứng Gấp đôi Fed mà không cần tốc độ hoặc vị tríCảm biến, trong Hội nghị EPE châu Âu lần thứ 5 về điện điện tử và ứng dụng, Volume 8, trang 224-228.[3] BTM tư vấn AP. (2003) Bộ Năng lượng gió quốc tế - Cập nhật thị trường từ năm 2002, dự báo2003-2007, www.btm.du.[4] Carlson, O., Hylander, J., Thorborg, K. (1996) "Khảo sát hoạt động tốc độ biến đổi của tuabin gió ',Liên minh châu Âu năm 1996 năng lượng gió Hội nghị, Thụy Điển, trang 406-409.[5] Dahlgren, M., Frank H., Leijon, M., Owman, F., Walfridsson, L. (2000) cúp điện gió quy mô lớn,ABB Review 3 31-37.[6] Dubois, MR, Polinder, H., Fereira, JA (2000) "So sánh của máy phát điện Topology cho ổ đĩa trực tiếpGió Turbines, IEEE NordicWorkshop về Điện và Điện tử công nghiệp, IEEE, New York, trang 22-26.[7] Hansen, AD, S? Ensen, P., Janosi, L., Bech, J. (2001) "Mô hình trang trại gió cho chất lượng điện", trongKỷ yếu của IECON'01, Denver.[8] Hansen, LH, Helle L., Blaabjerg F., Ritchie E., Munk-Nielsen S., Bindner, H., S? Ensen, P., Bak-Jensen,B. (2001) khái niệm Khảo sát Máy phát điện và Điện tử điện tuabin gió, Ris? R-1205 (EN)Ris Phòng thí nghiệm quốc gia, Đan Mạch.[9] Heier, S. (1998) lưới tích hợp năng lượng gió Chuyển đổi hệ thống, John Wiley & Sons Ltd, Chichester,Đại học Vương quốc Anh, và Kassel, Đức.Gió trong hệ thống điện 77[10] Kazmierkowski, MP, Krishnan, R., Blaabjerg, F. (2002) Kiểm soát Điện tử Điện - lựa chọnvấn đề, Academic Press, London và New York.[11] Kim, JS, Sul, SK (1993) "Đề án kiểm soát cho AC-DC-AC chuyển đổi mà không cần điện điện DC liên kếtTụ, IEEE, PESC'93, IEEE, New York, trang 300-306.[12] Krause, PC, Wasynczuk, O., Sudhoff, SD (2002) Phân tích máy móc điện và hệ thống ổ,John Wiley & Sons Inc, New York.[13] Larsson, A ˚. (2000) Các chất lượng điện tua-bin gió, luận án Tiến sĩ, Đại học ChalmersCông nghệ, Go teborg, Thụy Điển.[14] Leonhard, W. (1980) điều khiển của ổ điện, Springer, Stuttgart.[15] Mitcham, AJ, Grum, N. (1998) 'Một LP trục phát điện tích hợp cho máy bay điện hơn ",IEE Coloquium Tất cả các máy bay điện, Viện Kỹ sư Điện, London, trang 8/1-8/9.[16] N. Mohan, Undeland, TM, Robbins, WP (1989) Điện tử công suất: chuyển đổi, ứng dụng vàThiết kế, Clarendon Press, Oxford, Vương quốc Anh.[17] Novotny, DV, Lipo, hỗ trợ kỹ thuật (1996) Vector kiểm soát và Dynamics của ổ đĩa AC, Clarendon Press, Oxford.[18] Pena, R., Clare, JC, Asher, GM (1996) 'Gấp đôi Fed cảm ứng phát điện bằng cách sử dụng "Back-to-back PWMChuyển đổi và ứng dụng của nó để biến tốc độ gió, năng lượng thế hệ ", Kỷ yếu IEE điện tửCông suất ứng dụng 143 (3) 231-241.[19] Rodriguez, J. Moran, L., Gonzalez, A., Silva, C. (1999) 'High Voltage chuyển đổi đa cấp vớiKhả năng tái sinh ", IEEE, PESC của 99, Tập 2, IEEE, New York, trang 1077-1082.[20] Schuster, A. (1998) 'Chuyển đổi một ma trận mà không có yếu tố kẹp phản ứng cho một ổ động cơ cảm ứngHệ thống ', trong IEEE PESC, Volume 1, IEEE, New York, trang 714-720.[21] S ensen, P., Bak-Jensen, B., Kristian, J., Hansen, AD, Janosi, L., Bech, J. (2000) 'Nhà máy điệnCác đặc điểm của trang trại gió, điện gió cho thế kỷ 21, Kỷ yếu của quốc tếHội nghị Kassel, Đức.[22] Sto BER, R., Jenkins, N., Pedersen, JK, S? Sân, KH, Helgesen Pedersen, KO (1998) Chất lượng điện năngCải tiến các trang trại gió, Eltra, Fredericia, Đan Mạch.[23] Văn Custem, T., Vournas, C. (1998) điện áp ổn định của hệ thống điện điện, Kluwer AcademicCác nhà xuất bản, Boston, MA.[24] Wallace, AK, Oliver, JA (1998) 'Generation biến tốc độ kiểm soát bởi các yếu tố thụ động, giấytrình bày tại Hội nghị quốc tế trong Máy Điện, Thổ Nhĩ Kỳ.[25] Wheeler, PW, Grant, DA (1993) 'Mất thấp Matrix Converter cho AC biến tốc độ ổ đĩa,