Bài giảng Máy phát điện gió và các vấn đề làm việc với lưới điện

1().,(...
2
1 32
ωβλπρ VCRP PR =
™ Trong đĩ :
™ PR là cơng suất của rotor (W)
™ Vω là vận tốc giĩ (m/s)
™ CP(λ, β) là hệ số làm việc (hiệu suất), đồng thời là hàm của tỉ s
ố tốc độ λ và gĩc điều chỉnh cánh quạt β.
™ ρ là mật độ khơng khí (Thơng thường ρ = 1,225 kg/m3).
™ R là bán kính vùng mà cánh quạt giĩ turbine giĩ quét qua (m)
™ Tỉ số tốc độ λ được định nghĩa bởi :
)2(.ωλ RR
Trong đĩ : ωR là vận tốc gĩc của cánh rotor
ωV
=
Điều đáng chú ý là cơng suất rotor máy phát tăng theo lũy thừa 3 của vận tốc giĩ 
và vì thế vận tốc giĩ là một trong những yếu tố quyết định khi muốn sử dụng năng 
lượng giĩ.
NGUYÊN LÝ VẬN HÀNH CỦA TURBINE GIĨ (tt)
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ(tt) 
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ(tt) 
NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ(tt) 
P Q stator
1
v2
v
v
prot
DFIG
, 
Wind turbine
Wind 
r
v
3
4
Gearbox
Ratio 1:n
AC DC
P, Q rotorm
DC AC
i h
Pitch 
Control
Wind 
speed
C
r
o
w
b
a
r
System Management 
P,Q 
generator
P tc 
system
Control
Ps
*Qs
*
Vdc
* Qs
meas
Ps
meas
Grid
VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 
TRONG HỆ THỐNG ĐỘC LẬP
HỆ THỐNG GIÓ ĐỘC LẬP
R: Bộ chỉnh lưu
I: Bộ nghịch lưu
Ắc Quy
Hệ thống gió độc lập cung cấp cho phụ tải nhỏ, cục bộ
HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL
Máy phát điện gió
C Lưu/N Lưu
Bộ điều khiển và đấu nối vào lưới điện
CÁC BỘ PHẬN CỦA
Tần số 
thay đổi
. .
Hệ 
thống 
60Hz 
hoặc 
50Hz
ù é
PCCU
-Máy nạp ắc quy và bộ 
điều khiển xả điện.
Các máy cắt bảo vệ và
Máy phát điện Diesel
Tải AC
Đong cat
& Bảo vệ
- 
công tắc chuyển nguồn. 
-Đồng hồ đo trào lưu côn
g suất. 
MC: Bộ điều khiển chế độ
Ắc Quy
-Bộ điều khiển chế độ. 
HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL (tt)
Hệ thống Turbine ghép nối với Diesel
HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL (tt)
ĐẶC ĐIỂM : 
¾ Hệ thống gió ghép với diesel đáp ứng nhu cầu phụ tải tại 
mọi thời điểm một cách liên tục bởi vì hệ thống sẽ sử dụng 
nhiều hơn một nguồn công suất để cung cấp cho lưới điện .
¾ Diesel sẽ cung cấp công suất trong trường hợp thiếu nguồn do 
công suất phát điện gió giảm (thời tiết xấu hoặckhông có gió). 
¾ Trong hệ thống ghép, ắc quy được sử dụng để cung cấp 
bổ sung công suất cho máy phát điện diesel.
¾ Ắc quy có thể đáp ứng được sự thay đổi tải ngắn hạn, máy 
phát diesel đảm nhận sư thay đổi dài han.ï ï
HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL (tt)
¾ Sự vận hành hệ thống ghép diesel/gió có thể được chia 
áthành các che độ như sau:
1. Chế độ a: Sự tiêu thụ công suất hoàn toàn được cung cấp 
bởi máy phát diesel do không có gió Trong trường hơp này . ï 
điện áp được điều chỉnh bởi bộ AVR của máy phát đồng bộ 
diesel và tần số được điều chỉnh bởi bộ điều tốc động cơ 
diesel.
2. Chế độ b: Sự tiêu thụ công suất một phần được cung cấp 
û à á ûbơi điện gió và một phan được cung cap bơi máy phát diesel. 
Trong trường hợp này điện áp cũng được điều chỉnh bởi bộ 
AVR của máy phát đồng bộ diesel và tần số được điều chỉnh 
bởi bộ điều tốc động cơ diesel.
HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL (tt)
3. Chế độ c: Sư tiêu thu công suất hoàn toàn đươc cung cấp bởi ï ï ï 
tua bin gió. Trong trường hợp này điện áp được điều chỉnh bởi 
bộ AVR của máy phát đồng bộ diesel hoạt động như là máy bù 
đồng bộ và tần số đươc điều chỉnh bởi bộ tải giả có thể thay đổi ï 
động.
4. Chế độ d: Khi tải tiêu thụ công suất vượt quá công suất phát
của các tua bin gió, lúc này động cơ diesel sẽ được khởi động
bổ sung công suất cho điện gió. Trong trường hợp này điện áp
và tần số đươc điều khiển giống như trường hơp bï ï .
ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG GIÓ GHÉP VỚI DIESEL (tt)
¾ Trong thời gian gió đủ công suất để cung cấp cho tải tiêu thu ï 
thì máy phát diesel được cách ly bằng một bộ ly hợp và ngừng 
máy phát để tiết kiệm nhiên liệu.
¾ Khi tải tăng hoặc điện gió giảm xuống, máy phát diesel sẽ 
tự động khởi động để bổ sung công suất cho điện gió.
¾ T à á lưới đươ d t ì bởi ät đi à khi å h h i ä âan so ïc uy r mo eu en n an v ec can 
bằng công suất giữa công suất điện gió thay đổi, tải giả và khách 
hàng tiêu thụ điện.
¾ Điện áp lưới được duy trì bởi bộ điều chỉnh điện áp tự động 
(AVR) của máy phát điện đồng bộ cũng như cung cấp công suất 
h û kh ù h ù h ùt û ứ t bi i ùp an ang c o may p a cam ng ua n g o
VẬN HÀNH MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 
TRONG HỆ THỐNG LỚN
SƠ ĐỒ MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ TRONG HỆ THỐNG LỚN
Chỉnh lưu
Máy cắt đồng bộ
Bộ DC
Nghịch lưu Lưới 
Điện
MBA tăng áp
Tốc độ máy 
phátTốc độ gió
Tần số chuẩn
ĐK. Nghịch 
lưu
ĐK. xoay
Điện áp chuẩn
ĐK. Công s
uất
Tỷ số tốc độ chuẩn
NHỮNG YÊU CẦU KHI KẾT NỐI VÀO HTĐ 
™ Đi à ki ä ù khi ù é đ à b ä h h ù đ ù heu en trươc may cat ong o c o p ep ong mạc 
vào lưới điện như sau:
¾ Tần số phải gần nhất có thể với tần số lưới điện , 
tốt nhất là sai lệch khoảng 1/5 Hz.
¾ Biên độ điện áp đầu cưc phải tương ứng với điện ï 
áp đầu cực lưới điện, tốt nhất là sai lệch khoảng một 
vài phần trăm.
¾ Thứ tự pha của điện áp 3 pha ở 2 đầu cực phải giống 
nhau.
ྠGóc pha giữa điện áp 2 đau cực không lệch quá 5 độ.
NHỮNG YÊU CẦU KHI KẾT NỐI VÀO HTĐ (tt)
¾ Điện áp được điều khiển bằng tỷ số vòng dây máy biến áp 
hoặc thay đổi góc kích bộ chỉnh lưu/nghịch lưu trong hệ thống 
điều khiển.
¾ Để đạt được yêu cầu tần số chính xác, gần bằng với tần số 
lưới điện thì biện pháp hiệu quả duy nhất là sử dụng tần số 
lưới điện như là tần số chuẩn cho tần số đóng cắt bộ nghịch lưu
¾ Trong hệ thống gió, các máy phát điện đồng bộ của hệ thống 
điện cung cấp dòng điện từ hóa cho máy phát điện không đồng 
b äo.
SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN
SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN
Phương pháp kết nối lưới của Turbine giĩ
SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN (tt)
¾ Sơ đồ đấu nối trực tiếp vào lưới điện :
f n f
Hộp sá KĐ
B
n Hộp s
ố
ĐB
Máy điện KĐB Máy điện ĐB
- Phương pháp trực tiếp: Sau khi được chuyển đổi thơng qua máy phát điện, 
điện sẽ đưa trực tiếp qua máy biến áp qua hệ thống bảo vệ và đưa lên lưới. Hệ 
thống giĩ độc lập thường cung cấp cho một tải cục bộ nào đĩ khí lưới điện chưa 
ầ ố ề ể ằ ề ể ốvươn tới được. T n s được đi u khi n b ng cách đi u khi n t c độ turbine. 
SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN (tt)
¾ Kết nối vào lưới điện thông qua 
mạch điện trung gian dòng điện 
một chiều
~- ~-Hộp 
số
KĐ
B
n fDC Hộp 
số
ĐB
n ~- ~-
fDC
¾ Sơ đồ đấu nối vào lưới điện 
thông qua mạch điện trung gian 
dòng điện một chiều (không có ĐB
n ~- ~-
fDC
hộp số)
SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN (tt)
Nhiệm vụ của bộ biến tần: Ở ngõ ra máy phát điện là tấn số thay đổi được trước 
hết được chỉnh lưu thành nguồn điện một chiều (DC) sau đĩ được nghịch lưu trở lại 
thành điện AC cĩ tần số cố định (f=50Hz hoặc f=60Hz). Trước khi nghịch lưu, sĩng 
hài chỉnh lưu được lọc ra khỏi nguồn DC bằng các tụ điện và các cuộn dây.
SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN (tt)
~Hộp 
số
KĐ
B
n f~¾ Đấu nối vào lưới điện thông 
qua bộ biến đổi AC trực tiếp
f¾ à á á Hộp 
số
KĐ
B
nSơ đo ket noi vào lưới điện 
với bộ điều khiển độ trượt động
SƠ ĐỒ NỐI LƯỚI MPĐ GIÓ VỚI LƯỚI ĐIỆN (tt)
~- ~-¾ Sơ đồ kết nối vào lưới điện với
Hộp 
số
KĐ
B
n fhệ thống Kraemer tĩnh quá đồng 
bộ
n
~
f
~
¾ Sơ đồ kết nối vào lưới điện
Hộp s
ố
KĐ
B
trong đó MPĐ đồng bộ được nuôi 
từ 2 nguồn
¾ Sơ đồ đấu nối vào lưới điện 
một chiều Hộp ĐB
n ~- U
DC
 số
BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ
BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ
1/ Bảo vệ stator (Stator protection)
2/ Bảo vệ Rotor (Rotor protection)
3/ Bả ệ h đất (G d f lt t ti )o v c ạm roun au pro ec on
4/ Các hệ thống bảo vệ khác (Other generator protection 
systems)
BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt)
Bảo vệ stator :
1/ Bảo vệ so lệch dọc (Longitudinal differential protection) 
2/ Bảo vệ so lệch ngang (Transverse differential protection)
3/ Bảo vệ quá nhiệt (Overheating protection )
4/ Bảo vệ chạm đất (Ground fault protection)
BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt)
Bảo vệ rotor : 
1/ Bảo vệ tổn hao kích từ (Loss of excitation protection)
2/ Bảo vệ cuộn dây nối đất (Grounded field winding protection)
3/ Bảo vệ quá nhiệt rotor (Overheating of the rotor from unbalanced 
stator currents)
BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt)
Các hệ thống bảo vệ khác :
1/ Bảo vệ quá áp (Over voltage protection)
2/ Bảo vệ quá tốc độ (Over speed protection)
3/ Bảo vệ động cơ MF (Generator motoring protection)
BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt)
Bảo vệ so lệch dọc
Typical differential (87) connection for the protection of wye generator
BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt)
Bảo vệ so lệch ngang
CBA
Op
R
R
R ROp
Op
R
Stator 
Windings
Grounding 
Impedance
T diff ti l t ti
87
ransverse eren a pro ec on
BẢO VỆ MÁY PHÁT GIÓ (tt)
50 59
51
(a) (b) 51
(c)
Ground fault protection
GIỚI THIỆU MÁY PHÁT ĐIỆN GIÓ 
ĐIỂN HÌNH
LOẠI TURBINE ĐIỂN HÌNH
Bộ điều khiển
Ổ bi cánh
Hệ thống điều 
Cánh rotor
Vỏ bao ngồi
Thiết bị đo giĩ
Hộp số
Bộ giảm sốc
Trục chính
chỉnh cánh 
bằng thủy lực
Nắp trùm trước
ắ
Máy phát điện
N p đậy cánh
Hệ thống thủy lựcĐiều chỉnh hệ thống lệch
Máy biến áp
Trục tốc độ cao
Tháp đỡ
Bộ phận hãm dạng đĩa
Vỏ với khung cứng
Phân bố cơng suất 
theo tốc độ giĩ
Đường đặc tính làm việc của Turbine