Nghiên cứu khả năng trụ lưới không đối xứng của hệ thống phát điện chạy bằng sức gió

Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 126 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TRỤ LƯỚI KHÔNG ĐỐI XỨNG CỦA HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ Nguyễn Thị Mai Hương, Đinh Văn Nghiệp, Trần Thị Thanh Hải Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo này trình bày các kết quả nghiên cứu về biện pháp khắc phục lỗi lưới đối xứng và không đối xứng trong các hệ thống phát điện chạy sức gió. Khi xảy ra lỗi lưới thì bộ biến đổi phía máy phát được điều khiển ngừng làm việc, các dây quấn rotor được nối tắt qua một hệ thống điện trở tiêu tán để duy trì quá trình vận hành đồng bộ của máy phát với lưới phân phối. Trong khi đó bộ biến đổi phía lưới được điều khiển để phát công suất phản kháng hỗ trợ lưới. Các kết quả mô phỏng được thực hiện trong môi trường Matlab - Simulink - Plecs cho thấy việc áp dụng biện pháp khắc phục lỗi lưới đã giúp cho hệ thống có các đáp ứng quá độ tốt khi xảy ra lỗi lưới đối xứng và không đối xứng. Từ khóa: Hệ thống phát điện sức gió,máy phát không đồng bộ nguồn kép, khắc phục lỗi lưới, lỗi lưới không đối xứng, điều khiển thụ động. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, các hệ thống tuốc-bin gió hiện đại thường là các hệ thống có tốc độ thay đổi sử dụng các máy phát không đồng bộ nguồn kép (MFNK). Các máy phát này được nối với các bộ biến đổi ở cả hai phía rotor và lưới. Bên cạnh khả năng làm việc với dải biến thiên tốc độ lớn xung quanh tốc độ đồng bộ thì một ưu điểm quan trọng của các MFNK là ở chỗ các bộ biến đổi chỉ cần đảm bảo khả năng làm việc với khoảng 30% công suất tổng của máy phát. Điều này cho phép giảm được dung lượng của các bộ biến đổi và giá thành của hệ thống [1-3]. Tuy nhiên, các hệ thống máy phát sức gió sử dụng MFNK có nhược điểm là rất nhạy đối với các nhiễu loạn lưới, đặc biệt là khi điện áp lưới giảm từ 0.1 - 0.9 đơn vị tương đối của điện áp lưới danh định trong khoảng thời gian từ 0.5 chu kỳ cho đến 1 phút. Hiện tượng như vậy còn được gọi là sập lưới [4,5]. Một trong các giải pháp để bảo vệ hệ thống khi xảy ra sập lưới là cắt máy phát ra khỏi lưới. Trong trường hợp như vậy, hệ thống tuốc-bin gió không có khả năng khôi phục lại ngay lập tức tình trạng làm việc như lúc trước khi xảy ra sự cố và phải hòa đồng bộ lại. Mặt khác, khi tổng dung lượng của các máy phát sức gió  Tel: 0912479366 , Email:maihuongdhcn@gmail.com trong hệ thống phân phối ngày càng gia tăng thì việc cắt các máy phát ra khỏi lưới một cách không có kiểm soát có thể còn làm tồi tệ hơn tình trạng sập lưới do các máy phát ngừng cung cấp điện năng cho lưới. Thậm chí còn có thể dẫn đến việc làm mất ổn định hệ thống lưới phân phối [6,7]. Khi hệ thống phân phối bị sự cố sập lưới sẽ làm gia tăng mạnh dòng điện trong các cuộn dây của MFNK. Do liên hệ giữa từ trường stator và rotor, dòng điện lớn này sẽ tác động vào mạch rotor và bộ biến đổi có thể dẫn đến việc phá hỏng bộ biến đổi nếu không có các biện pháp bảo vệ bộ biến đổi. Một nghiên cứu trong [8] đã chỉ ra rằng khi MFNK chịu tác động của nhiễu điện áp lưới sẽ gây ra dao động của từ thông trong máy. Khi các nhiễu loạn đó xuất hiện bộ biến đổi sẽ gia tăng điện áp rotor để khống chế dòng điện của nó. Khi điện áp yêu cầu vượt quá khả năng giới hạn của bộ biến đổi thì việc điều khiển dòng sẽ không còn tác dụng [9,10]. Vì vậy, hệ thống điều khiển cần duy trì làm việc và giảm dao động càng nhiều càng tốt trong suốt thời gian có lỗi lưới. Mặt khác, hệ thống cần phải được tái lập ổn định càng sớm càng tốt khi hết lỗi lưới [11]. Các phương pháp điều khiển trụ lưới được trình bày trong các tài liệu [9, 12-14] thường sử dụng một bộ ngắt quá điện áp (BNQDA) là Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 127 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên các điện trở tiêu tán có điều khiển bởi các thyristor. Khi điện áp một chiều trung gian tăng cao hoặc khi điện áp lưới giảm xuống đến một mức nào đó thì BNQDA tác động. Bộ biến đổi phía máy phát sẽ ngừng làm việc và các dây quấn rotor của máy phát được nối kín mạch qua hệ thống điện trở tiêu tán này. Như vậy, trong quá trình lỗi lưới MFNK được sư dụng như một động cơ không đồng bộ rotor dây quấn. Trong khi đó bộ biến đổi phía lưới được đưa vào làm việc trong suốt thời gian lưới bị sự cố để hỗ trợ lưới. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này chưa đề cập đến việc điều khiển bộ biến đổi phía lưới (BBDPL) để bù lỗi lưới khi lưới bị sự cố không đối xứng. Vì vậy, việc nghiên cứu vấn đề trụ lưới khi xảy ra lỗi lưới không đối xứng là một yêu cầu bức thiết. MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG MÁY PHÁT SỨC GIÓ Mô hình máy phát Trong bài báo này mô hình của máy phát được mô tả trên hệ tọa độ dq tựa theo điện áp lưới. Trong hệ tọa độ này mô hình không gian trạng thái của máy phát không đồng bộ nguồn kép được viết như sau [15]: ( )r rc r rc rs r rc r x A x B u y C x      với T r rd rq sd sqx i i     ,   T rs s ru u u , T s sd squ u u    , T r rd rqu u u    , T r rd rqy i i    , 11 13 13 11 13 13 31 33 31 33 ( ) 0 0 s m s m s m m s rc s s a a T a a a a T A a a a a                        0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 m r m r rc a L a L a L a L B               , 1 0 0 0 0 1 0 0 rcC        ,  11 1 r sa a T a T    , 13 ma a L , 31 m sa L T , 33 1 sa T  , 1a    , s s sT L R và r r rT L R biểu thị hằng số thời gian của stator và rotor, sdu , squ , rdu , rqu , sdi , sqi , rdi , rqi là các thành phần điện áp và dòng điện tương ứng của stator và rotor trên các trục tọa độ d và q, sd và sq là các thành phần từ thông, sL , rL là các điện cảm của stator và rotor, mL là điện cảm hỗ cảm, sR , rR là các điện trở stator và rotor, 21 m s rL L L   là hệ số từ tản tổng, m s r    là tốc độ góc cơ của rotor, s và r là tốc độ góc điện của từ trường stator và rotor. Mô hình không gian trạng thái của lưới Mô hình không gian trạng thái của lưới có thể được biểu diễn như sau [15]: . n n n c c n n n n n x A x B u B u y C x      với T n nd nqx i i    , ndi và nqi là các thành phần của dòng điện lưới, T c cd cqu u u    , T n nd nqu u u    , c c s n s c c R L A R L          , nd nq n nq nd B             1 0 0 1 c c c L B L        , 1 0 0 1 nC        2 3 2 2 2 2 2 2 2 11 1 s f f s c f f s c f nd c s f f R C R R C L C L R C                , 3 2 2 2 2 1 1 s c f f s c f nq c s f f L R C R C L R C             cu và ci là các điện áp và dòng điện của bộ biến đổi phía lưới, nu và ni là điện áp và dòng lưới, cL , fC và fR là điện kháng, tụ điện và điện trở của mạch lọc, cR là điện trở của cuộn kháng cL và fi là dòng chảy qua nhánh song song của bộ lọc. CÁC CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN Cấu trúc điều khiển phía máy phát Bộ điều khiển phía máy phát có nhiệm vụ điều chỉnh công suất tác dụng thông qua điều chỉnh mômen điện Te và công suất phản kháng Qg. Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 128 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên PI Tính mômen và công suất phản kháng PWMBộ điều khiển phía Rotor Tính góc pha và điện áp stator PI + ¡ + ¡ DC-link RSC DFIM Lưới * eT * gQ * rdi * rqi rdu rqu rje  DC AC DCu n 3 2 rdi rqi r je  2 3 s sje  sdi sqi sdu squ rm Hình 1. Cấu trúc điều khiển phía máy phát [15] Cấu trúc điều khiển phía rotor của MFNK được trình bày trên hình 1 với hai mạch vòng. Mạch vòng trong với bộ điều khiển phía rotor được gọi là mạch vòng điều khiển dòng điện. Mục tiêu của việc thiết kế bộ điều khiển dòng phía rotor là để đạt được tính năng đáp ứng nhanh và bám theo tín hiệu đặt. Mạch vòng điều khiển ngoài với các bộ điều khiển kiểu PI được thiết kế để bám theo các giá trị của tín hiệu vào là mômen điện từ * eT và công suất phản kháng *gQ . Cấu trúc điều khiển phía lưới Hệ thống điều khiển phía lưới nhằm mục đích duy trì điện áp một chiều trung gian và công suất phản kháng ở các giá trị mong muốn. Tính góc pha lưới Bộ điều khiển phía lưới Tính hệ số công suất phía lưới +¡ + ¡ PI PI DCCDC u DC-link DC AC PWM 3 2 n ndu nqu ndi nqi * nqi * ndi * DCu * n n Lọc Biến áp Lưới nje  nje  Hình 2. Cấu trúc điều khiển phía lưới [15] Cấu trúc điều khiển phía lưới cũng tương tự như cấu trúc điều khiển phía stator và cũng bao gồm hai mạch vòng (xem hình 2). Mạch vòng trong với bộ điều khiển bộ điều khiển phía lưới được gọi là mạch vòng điều khiển dòng lưới. Mục tiêu của việc thiết kế bộ điều khiển dòng lưới là để đạt được đáp ứng bám nhanh theo các dòng điện lưới đặt trước * ndi và * nqi . Mạch vòng ngoài với bộ điều khiển kiểu PI được sử dụng để điều khiển điện áp một chiều trung gian theo tín hiệu đặt * DCu và công suất phản kháng giữa lưới và bộ biến đổi thông qua hệ số công suất * n . SÁCH LƯỢC ĐIỀU KHIỂN TRỤ LƯỚI Hành vi động học của MFNK khi sập lưới hoàn toàn Mục đích của phần này là để phân tích các hành vi động học của MFNK khi xảy ra sập lưới hoàn toàn, nghĩa là khi điện áp lưới giảm từ các giá trị định mức của chúng về 0. Các kết quả phân tích hành vi động học của MFNK khi sập lưới hoàn toàn sẽ là cơ sở cho việc nghiên cứu các hành vi động học của nó khi sập lưới một phần. Các phân tích sau đây dựa trên các nghiên cứu được đề cập trong [10]. Các từ thông stator và rotor của MFNK được cho bởi s s s m rL i L i   (1) r r r m sL i L i   (2) Từ các phương trình (1) và (2) có thể suy ra m r s r r s L L i L     (3) Từ các phương trình điện áp cơ bản của MFNK ta có r r r m r r d u R i j dt      (4) Từ các phương trình (3) và (4) ta suy ra được m r m s r r r r s L d d u j R L j i L dt dt                              (5) Điện áp rotor cho bởi (5) gồm có hai thành phần. Thành phần thứ nhất biểu diễn bởi ur 0 là thành phần phụ thuộc vào từ thông stator khi rotor hở mạch (i r = 0): 0 m r m s s L d u j L dt             (6) Thành phần còn lại chỉ tồn tại khi dòng điện rotor i r 6= 0. Đó là điện áp rơi trên cả điện trở rotor Rr và điện cảm quá độ của rotor ¾L r . Biểu thức điện áp stator s s s s d u R i dt    (7) Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 129 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Điện áp này cũng có thể được biểu diễn dưới dạng: sj t s su U e  (8) Trong đó, Us là biên độ điện áp stator. Nếu bỏ qua điện trở Rs thì từ (7) và (8) ta có thể suy ra được s sj t j ts s sf s U e e j        (9) Do đó, trong chế độ hoạt động bình thường, từ thông stator là một vector với biên độ là hằng số và tỷ lệ với điện áp lưới. Vector này quay với tần số đồng bộ và biểu diễn đáp ứng từ thông cưỡng bức stator ª sf . Thay phương trình (9) vào phương trình (6) ta có 0 sj tm m r r r s s s s s L L u j U e L L      . Vậy, thành phần điện áp rotor theo từ thông stator tỷ lệ với sự sai khác giữa tốc độ đồng bộ và tốc độ rotor. Hay nói cách khác, thành phần này tỷ lệ với tần số trượt. Biểu thức điện áp rotor (5) bây giờ trở thành m r s r r m s L d u u s R L j L dt               Trong đó thành phần điện áp rotor khi hở mạch là 0 (1 ) m m m r s s s s s L L u U s U L L      (10) Vì thế, nếu rotor hở mạch thì khi xảy ra sập lưới điện áp rotor tỷ lệ với 1 ¡ s. Còn khi rotor nối kín mạch thì điện áp này được nối nối tiếp với điện trở rotor Rr và điện cảm quá độ ¾L r : 0 .r r r r m r d u u R L j i dt               Để tránh mất điều khiển dòng, bộ biến đổi phải có khả năng cấp một điện áp bằng điện áp cực đại của nguồn. Điều này có nghĩa là bộ biến đổi phải có công suất tương tự như công suất của máy phát. Tóm lại, mức độ quá dòng phụ thuộc vào cả giá trị điện áp cực đại mà bộ biến đổi có khả năng cung cấp, điện cảm quá độ ¾L r và điện trở Rr của rotor. Trong thực tế, các thành phần này thường có giá trị nhỏ nên sẽ xảy ra hiện tượng quá dòng. Như vậy, để hạn chế dòng thì cần phải thiết kế bộ biến đổi có công suất lớn hoặc phải nối thêm điện kháng ngoài. Hành vi động học của MFNK khi sập lưới một phần Mục đích của phần này là để phân tích các hành vi động học của MFNK khi xảy ra sập lưới một phần, nghĩa là khi biên độ điện áp lưới giảm đột ngột từ giá trị 1 sU u xuống giá trị 2U tại thời điểm 0t 1 0 2 0 s s s j t j t s s j t U e u e khi t t u U e khi t t          Kết quả nghiên cứu đề cập trong [11] cho thấy khi sập lưới điện áp phía rotor khi rotor hở mạch được biểu diễn như sau:  0 2 1 2(1 )( ) m sr j t tj tmr s L u sU e s U U e e L       (11) Khi rotor nối kín mạch thì nếu độ sâu sập lưới là nhỏ thì điện áp sinh ra bởi từ thông stator sẽ không vượt quá giá trị cực đại mà bộ biến đổi có thể tạo ra làm cho các dòng điện rotor vẫn còn điều chỉnh được (không mất điều khiển). Trong trường hợp này, điện áp rotor không khác nhiều so với giá trị cực đại của điện áp rotor theo công thức (11). Khi sập lưới sâu hơn thì điện áp sinh ra bởi từ thông stator sẽ vượt quá giá trị cực đại mà bộ biến đổi có thể tạo ra làm mất khả năng điều khiển các dòng điện rotor. Trường hợp này mức độ quá dòng sẽ tăng theo độ sâu sập lưới. Sách lược điều khiển trụ lưới Phương pháp trụ lưới được đề xuất trong nghiên cứu này, về nguyên lý, cũng tương tự như các phương pháp được trình bày trong [9,12-14], nghĩa là trong quá trình xảy ra lỗi lưới bộ biến đổi phía rotor được khóa lại, các dây quấn rotor được nối tắt qua BNQDA, còn bộ biến đổi phía lưới được điều khiển để phát công suất phản kháng hỗ trợ lưới. Trên cơ sở đó tiến hành nghiên cứu các đáp ứng của hệ thống khi xảy ra lỗi lưới không đối xứng. CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Để kiểm tra và đánh giá chất lượng của thuật toán cũng như của hệ thống điều khiển ta sử Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 130 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên dụng phần mềm mô phỏng Matlab - Simulink - Plesc. Sơ đồ mô phỏng toàn bộ hệ thống được trình bày trên hình 3. Trong đó, đối tượng điều khiển là máy phát điện không đồng bộ nguồn kép với các thông số cho trong phụ lục. Bộ điều khiển phía lưới được thiết kế theo phương pháp kinh điển với các bộ điều khiển kiểu PI, còn bộ điều khiển phía máy phát được thiết kế theo phương pháp Passivity - Based. Chi tiết của phương pháp này được đề cập trong [16]. 1450 n_ref n mL Turbine Sine Wave Tr Tm Source K5 Sy nch Ti FaultA FaultB CPulse Load_thy Pul_rec Load_rec Udc Unetz Ustator IStator Enc Inetz Irotor I_f ault I_source i_rsc v dc_rec idc_rec Mo hinh MF1 v dc v nabc v sbac isabc inabc irabc if abc isource Measurement Rectifier controller [load_thy] [load_rec] omega_n indq_ist undq_ist theta_n udc_ist IF Tabc DC Check GSC [load_thy] [isource] [ifabc] [irabc] [inabc] [isabc] [n] [vdc] [vsabc] [load_rec] [pul_rec] [vnabc] FB FA u_dc u_netz u_stator i_stator enc i_netz i_rotor I_phu I_chinh i_rsc v dc_rec idc_rec theta_r omega_n indq_ist undq_ist theta_n udc_ist irdq_ist isdq_ist usdq_ist theta_s omega_s omega_m Chuan_hoa k_5 Rec Inv Sy nchout K5 Cac tin hieu dieu kien Sy nch IF udc_ist theta_n undq_ist omega_n irdq_ist isdq_ist usdq_ist theta_s omega_s omega_m f ault Tabc theta_r Bo dieu khien MF Hình 3. Nguyên lý mô phỏng hệ thống máy phát sức gió với MFNK Đáp ứng hệ kín với các mạch vòng điều khiển ngoài Đáp ứng quá độ của các thành phần d, q của dòng rotor, của mômen và công suất phản kháng được chỉ ra trên hình 4. Từ 0 đến 0.7s là khoảng thời gian các cuộn dây stato chưa được nối với lưới. Từ 0.7s đến 1s là khoảng thời gian thực hiện quá trình hoà đồng bộ vào lưới điện với mômen đặt * 3eT Nm  và công suất phản kháng đặt * 300 ArgQ V . 0 1 2 3 -2 0 2 4 Thanh phan d cua dong rotor Thoi gian (s) A m p e re Gia tri thuc Gia tri dat (a) 0 1 2 3 -8 -6 -4 -2 0 Thanh phan q cua dong rotor Thoi gian (s) A m p e re Gia tri thuc Gia tri dat (b) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -8 -6 -4 -2 0 Momen dien tu Thoi gian (s) N m Gia tri thuc Gia tri dat (c) 0 1 2 3 0 2000 4000 6000 Cong suat phan khang Thoi gian (s) V A R Gia tri thuc Gia tri dat (d) Hình 4. Thành phần d (a) và q (b) của dòng điện rotor đáp ứng mômen (c) và công suất phản kháng (d) Tại thời điểm 1.2s công suất phản kháng được tăng lên đến 700Var và giữ nguyên cho đến 2s. Sau đó được giảm về 500Var. Trong khi đó, mômen được tăng từ -3Nm đến -7.5Nm tại thời điểm 2.5s và giảm xuống còn -5Nm tại thời điểm 3s. Qua các kết quả mô phỏng cho thấy, sau quá trình quá độ sau khi hòa lưới các giá trị thực của các dòng điện rotor, của mômen và công suất phản kháng đã bám tốt theo các tín hiệu đặt của chúng. Điều này chứng tỏ thuật toán điều khiển dựa trên cơ sở Passivity - Based đã đảm bảo được chất lượng tốt của hệ thống điều khiển. Các đáp ứng điều khiển trụ lưới Các mô phỏng sập lưới sau đây được tiến hành trong cả hai trường hợp: Khi MFNK đang làm việc trong chế độ bình thường và không áp dụng biện pháp điều khiển trụ lưới. Dựa trên các kết quả mô phỏng này ta có thể đánh giá được mức độ ảnh hưởng của việc lỗi lưới đối với các thành phần khác nhau trong hệ thống điều khiển khi không có bất kỳ một biện pháp nào được áp dụng để bảo vệ bộ biến đổi. Áp dụng sách lược trụ lưới trong quá trình xảy ra lỗi lưới đối xứng và không đối xứng. Dựa trên các kết quả mô phỏng này ta có thể đánh giá được hiệu quả của sách lược điều khiển trụ lưới bằng cách so sánh với các kết quả mô phỏng trong trường hợp không có các biện pháp xử lý lỗi lưới. Các đáp ứng mô phỏng được thực hiện khi xảy ra lỗi lưới đối xứng tại thời điểm 1.5s và kéo dài trong khoảng 200ms với chiều sâu lỗi khoảng 70%. Sau đó, điện áp pha B và C của lưới lại bị giảm đột ngột tới 50% tại thời điểm 2.25s (lỗi lưới không đối xứng) và kéo dài trong 500ms trong khoảng thời gian từ 2.25s Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 131 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên đến 2.75s. Điện áp và dòng điện lưới trong trạng thái lỗi lưới được chỉ ra trên hình 5. Đáp ứng quá độ của các thành phần d, q của dòng rotor khi xảy ra lỗi lưới được chỉ ra trên các hình 5c, 5d, 5e và 5f. Các dòng điện pha chạy trong dây quấn rotor của MFNK và trong bộ biến đổi phía rotor khi sập lưới không có bảo vệ bộ biến đổi và có bảo vệ bộ biến đổi được chỉ ra trên các hình 5g, 5h, 5i và 5j. 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 -200 0 200 Dien ap luoi Thoi gian (s) (a) 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 -200 0 200 Dien ap luoi Thoi gian (s) (b) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -5 0 5 10 15 Thanh phan d cua dong rotor Thoi gian (s) A m p e re Gia tri thuc Gia tri dat (c) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -20 -10 0 10 Thanh phan d cua dong rotor Thoi gian (s) A m p e re Gia tri thuc Gia tri dat (d) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -15 -10 -5 0 5 10 Thanh phan q cua dong rotor Thoi gian (s) A m p e re Gia tri thuc Gia tri dat (e) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -20 -10 0 10 Thanh phan q cua dong rotor Thoi gian (s) A m p e re Gia tri thuc Gia tri dat (f) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -20 -10 0 10 20 Cac dong dien rotor Thoi gian (s) A m p e re (g) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -10 0 10 Cac dong dien rotor Thoi gian (s) A m p e re (h) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -10 0 10 Cac dong dien cua bo bien doi phia rotor Thoi gian (s) A m p e re (i) 1 1.5 2 2.5 3 3.5 -10 -5 0 5 10 Cac dong dien cua bo bien doi phia rotor Thoi gian (s) A m p e re (j) Hình 5. Các đáp ứng khi sập lưới. Các đáp ứng của hệ thống khi áp dụng sách lược điều khiển trụ lưới cho thấy rất rõ khả năng bảo vệ bộ biến đổi phía rotor khi lưới xảy ra sự cố. Dòng điện qua bộ biến đổi được giảm về 0 trong quá trình lỗi lưới và được phục hồi lại giá trị làm việc bình thường khi lỗi lưới kết thúc sau một quá trình quá độ. Dòng điện chạy qua bộ biến đổi phía rotor trong quá trình hồi phục cũng không vượt quá giá trị dòng điện làm việc lúc chưa có sự cố. KẾT LUẬN Việc nghiên cứu các đáp ứng của hệ thống máy phát điện chạy sức gió khi xảy ra sự cố đối xứng và không đối xứng với phương pháp trụ lưới trình bày ở trên chỉ ra rằng khi MFNK đang làm việc bình thường mà xảy ra lỗi lưới thì các thành phần dòng điện rotor và dòng điện lưới tăng rất nhanh, gấp khoảng 3 đến 4 lần dòng điện làm việc bình thường của MFNK tại thời điểm trước khi xảy ra lỗi lưới. Dòng điện tăng lớn như vậy có thể phá hỏng các bộ biến đổi nếu không có các biện pháp trụ lưới và bảo vệ các bộ biến đổi khi xảy ra sự cố. Sách lược trụ lưới được đề xuất trong nghiên cứu này cho phép giữ cho máy phát không bị ngắt ra khỏi lưới khi có sự cố và máy phát có thể cung cấp năng lượng trở lại cho lưới sau khoảng vài trăm mini giây khi hết lỗi. Do máy phát và bộ biến đổi phía rotor vẫn được nối với lưới nên việc vận hành đồng bộ vẫn được duy trì trong suốt quá trình lỗi lưới. PHỤ LỤC Các thông số của MDNK: Công suất định mức 4kW Điện áp stator định mức 230/400V ( ¢ /Y) Điện áp rotor định mức 950V Tốc độ định mức 1440 Vg/ph Mômen quán tính 0.032 kg/m2 Điện trở stator Rs = 1:070Ð Điện trở rotor Rr = 1:32Ð Điện cảm tản stator L¾s = 0:0066H Điện cảm tản rotor L¾r = 0:0098H Điện cảm hỗ cảm Lm = 0:1601H TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] R. Datta and V. T. Ranganathan. A method of tracking the peak power points for a variable speed wind energy conversion system. IEEE Transactions on Energy Conversion, 18:163 – 168, 2003. [2] T. Thiringer A. Petersson, L. Harnefors. Evaluation of current control methods for wind turbines using doubly fed induction machines. IEEE transactions on Power Electronics, 20:227– 235, 2005. [3] R. Datta and V.T. Ranganathan. Variable- speed wind power generation using doubly fed wound rotor induction machine-a comparison with alternative schemes. IEEE Transaction on Energy Conversion, 17:414–421, 2002. Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 132 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên [4] M. Bongiorno. On Control of Grid-connected Voltage Source Converters - Mitigation of Voltage Dips and Subsynchronous Resonances. PhD thesis, Chalmers University of Technology, 2007. [5] S. Khan, S. Khan, and G. Ahmed. Industrial Power Systems. CRC, 2007. [6] I. Erlich, H. Wrede, and C. Feltes. Dynamic behavior of dfig-based wind turbines during grid faults. Power Conversion Conference (PCC), Nagoya, Japan, pages 1195–1200, April 2007. [7] B. Xie, B. Fox, and D. Flynn. Study of fault ride-through for dfig based wind turbines. Electric Utility Deregulation, Restructuring and Power Technologies conference, 1:411– 416, 2004. [8] Andreas Petersson. Analysis, Modeling and Control of Doubly-Fed Induction Generators for Wind Turbines. PhD thesis, Chalmers University of Technology, 2005. [9] J. Morren and S. W. H. de Haan. Ridethrough of wind turbines with doubly-fed induction generator during a voltage dip. IEEE Transactions on energy conversion, 20:435–441, Jun 2005. [10] J. Lopez, P. Sanchis, X. Roboam, and L. Marroyo. Dynamic behavior of the doubly fed induction generator during three-phase voltage dips. IEEE Transactions on Energy Conversion, 22:709–717, 2007. [11] T. Sun, Z. Chen, and F. Blaabjerg. Voltage recovery of grid-connected wind turbines with dfig after a short-circuit fault. Power Electronics Specialists Conference, PESC, 3:1991 – 1997, 2004. [12] M. Rodriquez, G. Abad, I. Sarasola, and A. Gilabert. Crowbar control algorithms for doubly fed induction generator during voltage dips. European Conference on Power Electronics and Applications, page 10, 2005. [13] J. Arbi, I.S.-Belkhodja, and S. A. Gomez. Control of a dfig-based wind system in presence of large grid faults: analysis of voltage ride through capability. 9th International Conference on Electrical Power Quality and Utilisation, page 6, 2007. [14] G. Michalke and H. A. Daniela. Voltage grid support of dfig wind turbines during grid faults. European Wind Energy Conference & Exhibition, EWEC 2007, 2007. [15] H. Nguyen Tien. Control of the doubly-fed induction machine for wind turbine applications. PhD thesis, Delft University of Technology, PrePrint, 2009. [16] Đặng Danh Hoằng. Nghiên cứu cải thiện chất lượng hệ thống điều khiển máy phát điện không đồng bộ nguồn kép bằng phương pháp điều khiển phi tuyến. Đề tài NCKH cấp Bộ, 2009. Nguyễn Thị Mai Hương và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 65(03): 126 - 133 133 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên RESEARCH OF UNSYMMETRICAL GRID FAULT RIDE – THROUGH FOR A WIND TURBINE SYSTEM Nguyen Thi Mai Huong  , Dinh Van Nghiep, Tran Thi Thanh Hai Thai Nguyen University of Tecnology SUMMARY The paper presents the research results of symmetrical and unsymmetrical grid fault ride-through for a wind turbine system. When a fault occurs, the rotor side converter is set to be out of operation and the rotor windings of the generator is connected to resistors in order to maintain the synchronous operation with the grid. While the grid side converter is regulated so as to generate reactive power to support the grid during the grid fault. The simulation results in Matlab-Simulink- Plecs environment show that the presented fault ride-through method obtains good transient responses when the system is undergo the symmetrical and unsymmetrical fault. Key words: Wind turbine system, doubly-fed induction generator, grid fault ride-through, unsymmetrical grid fault, passivity-based control.  Tel: 0912479366, Email:maihuongdhcn@gmail.com