Mô phỏng ảnh hưởng của nhà máy phát điện chạy bằng sức gió ở bình định đến lưới điện quốc gia sử dụng phần mềm Matlab - Simulink

TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 71 - 2009 
41 
MÔ PHỎNG ẢNH HƢỞNG CỦA NHÀ MÁY PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ 
Ở BÌNH ĐỊNH ĐẾN LƢỚI ĐIỆN QUỐC GIA 
SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB - SIMULINK 
TO MODELS THE INFLUENCE OF WIND-POWER STATION IN BINH DINH 
ON THE NATIONAL ELECTRICITY GRID USING MATLAB-SIMULINK 
Bùi Đình Tiếu, Trần Văn Thịnh 
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 
Nguyễn Duy Khiêm 
Trường Đại học Quy Nhơn 
TÓM TẮT 
Đối với các hệ thống phát điện chạy bằng sức gió, việc hòa lưới là bài toán rất quan trọng. Bởi 
vì tốc độ gió luôn luôn thay đổi làm cho tần số và công suất phát của hệ thống này thay đổi rõ rệt. Có 
nhiều phương pháp cấp điện lên lưới khác nhau, trong bài báo này các mô phỏng sẽ được tiến hành 
trên mô hình cấp điện sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn kép. Đây là một trong những mô hình 
có nhiều ưu điểm, hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống phát điện chạy bằng sức gió và 
cũng là mô hình mà dự án nhà máy điện gió Phương Mai 3 - Bình Định đang áp dụng. Kết quả mô 
phỏng tập trung vào việc: khảo sát ảnh hưởng của tốc độ gió tới chất lượng điện áp và công suất của 
nhà máy khi phát lên lưới thông qua độ méo hài và đường cong công suất phát thực của nhà máy 
theo tốc độ gió; mô phỏng và phân tích các trường hợp nhà máy cung cấp công suất cho phụ tải và 
cho hệ thống quốc gia khi phát chưa đạt hết công suất và phát hết công suất định mức theo thiết kế. 
ABSTRACT 
In wind-power systems, the integration of these systems to the national grid is an important 
aspect as the wind speed always causes significant changes of frequency and capacity of these 
systems. There are many ways of generating electricity to the national gird, in this article simulations 
will be carried out based on the model of a double-fed asynchronous generator. This model has many 
advantages and is being applied in many wind power plants such as the wind power station in Phuong 
Mai 3-Binh Dinh. The simulation results mainly focus on surveying the influence of the wind speed on 
the voltage quality and power generated to the grid by evaluating the harmonic distortion and active 
power curve of the plant according to the wind speed; imitating and analyzing cases in which the plant 
distributes power to loads and the national grid when it is operated with the partial capacity and with 
the full capacity. 
I. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Đối với một turbine gió, kh n ng ph t 
 i n th hi n số ng su t thu ó t nh 
 n giới h n v k thu t v kinh t Nó 
th ng m t ới ng một th ng 
su t ph t - tố ộ gió, g i th ng 
su t t ng 1, 2 Đ th ng su t t ng 
bi u th tr n 3 v ng nh ng tố ộ gió kh 
nh u h nh 1 1 ng I v ng tố ộ gió th p, 
 ng su t sinh r th p h n ng su t ho t ộng 
 i v y m ti u ph t i n v ng I thu 
nh n to n bộ n ng ng sinh r o ó ng 
 ong ng su t t ng trong v ng I i theo 
một ng p r bo b 3 nh h nh 1 1 M t 
kh , m ti u ph t i n trong v ng tố ộ gió 
 o v ng III giới h n ng su t ph t r 
 ới ng su t ho t ộng tr nh hi n t ng 
qu t i rong v ng n y, ng su t v t qu 
 ng su t ho t ộng, o ó turbine gió ph i m 
vi với hi u su t th p uối ng v ng II 
v ng huy n ti p gi ng ong ng su t tối 
 u v ng I v ng ng su t kh ng i 
 v ng III rong v ng n y, tố ộ turbine 
gió giới h n uy tr m ộ ti ng n 
 ới m ho ph p v gi ho i t m ới 
gi tr h u ng rotor 
H nh 1 1 Đường cong c ng su t tưởng 
I II III 
Vmi
n 
Vma
x 
Vm (m/s) 
PN 
VN 
P
o
w
er
(k
W
) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 71 - 2009 
42 
Ngo i r , h t ng ng su t ph t 
một turbine gió theo một h n o ó ó nh 
h ng n hi ph n ng ng N u h t ng 
 ng su t th p s m t ng hi ph ho vi 
truy n t i n ng ng, ho giới h n vi t o r 
 ng su t ung p ho ới h t ng ng 
su t n nh b i s n nh t n số v i n 
 p u r i m nối với ới i n h ng 
th ng, t n số một gi tr n nh bi n 
 i t n số trong một m ng i n o s 
kh ng n b ng ng su t gi m y ph t v 
 ới 2,3 
II. CÁC ĐƢỜNG CONG CÔNG SUẤT THU 
ĐƢỢC ỨNG VỚI NHỮNG PHƢƠNG 
PHÁP ĐIỀU KHIỂN KHÁC NHAU VÀ SƠ 
ĐỒ KHỐI MÔTẢ VIỆC KẾT NỐI NHÀ 
MÁY VỚI LƢỚI ĐIỆN QUỐC GIA 
2.1 Các đƣờng cong công suất thu đƣợc dẫn 
chứng từ một số tài liệu đã đƣợc công bố 
[1,4] 
Nghi n u tr ng h p tố ộ m y 
ph t kh ng i, th y i ng với gó ắt kh ng 
 i, th y i Gó ắt ộ nghi ng nh 
h p với m t phẳng theo ph ng thẳng ng , 
 ng với nh ng ng ong th hi n qu n h 
 ng su t P với tố ộ tr n h nh 2 1, 2 2, 
2.3 
H nh 2 1 Đường cong c ng su t thực tế thu 
được (nét đậm), khi tốc độ kh ng đổi góc cắt 
kh ng đổi 
H nh 2 2 Đường cong c ng su t thu được khi 
điều khiển mở hết góc cắt và ngưỡng chủ động 
H nh 2 3 Đường cong c ng su t thu được bằng 
phương pháp điều khiển tốc độ thay đổi góc cắt 
kh ng đổi với điều chỉnh ngưỡng thụ động 
Đ ng ong ng su t thu khi i u 
khi n với tố ộ th y i v gó ắt th y i 
g n nh t ng ng với ng ong ng su t 
 t ng th hi n n t nh t tr n h nh 2 3 
2.2 Sơ đồ khối mô tả việc kết nối nhà máy 
điện gió Phƣơng Mai 3- Bình Định với lƣới 
điện quốc gia 
Nh m y phong i n Ph ng M i 3- nh 
Đ nh ó t ng ng su t 21 MW b o g m 14 
turbine gió ng su t 1 5 MW, qu 14 m y bi n 
 p 0,69/22k i n p n ng n 22k v 
 ung p ng su t v o ới i n quố gi với 
 p i n p 110k b ng h ph t ng su t n 
tr m bi n p 110k Ph ng M i 3, s u ó k t 
nối n r m 110k Ph t th ng qu ng 
 y 110k Một ph t i 10MW v một bộ 
 ó ng su t ph n kh ng Q=50 Mv r nối 
v o th nh i t i u m y ph t với p i n 
 p 690 H thống quố gi p 110k ó 
t ng ng su t 2500M A ung p ho ph t i 
to n nh Đ nh v ho khu kinh t Nh n Hội 
trong tr ng h p nh m y ngừng ho t ộng 
2.3 Khảo sát ảnh hƣởng của tốc độ gió tới 
các thông số của hệ thống 
 k t qu m phỏng b ng ph n m m 
Matlab-Simulink [5] nh s u: 
1 Ch t ượng điện áp 
+ n số v ộ ớn i n p th nh 
 i 0,69k g n nh n nh v t nh h ng 
 n ới o u i m m y ph t kh ng 
 ng bộ ngu n k p nối ới từ h i ph 
 ho n n, khi v n h nh tố ộ gió th y i h 
thống t ộng n nh b ng h u n gi ho 
tố ộ ng bộ u n kh ng i 
Vmin Vmax VE 
F 
E 
D 
G 
Vm (m/s) 
P(kW) PN 
E 
B 
A 
C D 
G 
G/ PN P(kW) 
Vm (m/s) 
Vmax VN Vmin 
P(kW) 
VE VN 
Vm (m/s) 
Vmax Vmin 
F 
E 
D G PN 
TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 71 - 2009 
43 
H nh 2 4 hỉ r i u n y, n u t gi n 
 i n p tr n h nh 2 4 h ng n nh u th ó 
th th y húng g n tr ng với nh u 
Tốc độ gió 7m/s 
Tốc độ gió 25m/s Tốc độ gió 20m/s 
Tốc độ gió 14m/s 
H nh 2 4 Các cửa sổ m tả ch t ượng điện áp 
phát 
+ Độ m o h i 
 Kh o s t ho th y r ng khi th y i tố 
 ộ gió từ 3m/s n 25m/s, ộ m o h i th y i 
trong ph m vi nhỏ h nh 2 5 Độ m o h i trung 
b nh H tb = 0 013 Gi tr ộ m o h i thu 
 n y th p v t y u u 
H nh 2 5 Đường cong độ méo hài theo tốc độ gió 
2 Đường cong c ng su t 
Đ ng ong ng su t ã kh o s t g n 
nh b m s t ng ong ng su t t ng m 
nh ung p r 4 
 rong kho ng tố ộ gió 0-3m/s nh m y 
kh ng ho t ộng, bắt u tố ộ gió tr n 3m/s 
 ho n ới 14m/s th ng ng su t ph t 
 nh m y t ng n theo ng ong A 
 h nh 2 6 Khi tố ộ gió t i 14m/s th nh m y 
ph t ng su t tối v kh ng th y i trong 
khi tố ộ gió t ng từ 14m/s-20m/s theo ng 
thẳng Qu n s t tr n h nh 2 6 t th y với 
v n tố tr n 20m/s ho n 25m/s v n tố 
 i th ng ng su t gi m n theo ng 
 Đi u n y ph h p với thuy t ã 
nhi u t i i u ng bố 1 
H nh 2 6 Đường cong c ng su t phát thực của 
nhà máy theo tốc độ gió 
3 Kết nối nhà máy với hệ thống 
 Theo s tr n h nh 2 7, t y thuộ v o 
 h ộ v n h nh h thống m ph t i với 
 ng su t 10MW p ho từ nh m y 
ho từ h thống ho h thống v nh m y 
H nh 2 7 Sơ đồ khối m tả việc kết nối nhà máy điện gió Phương Mai 3- B nh Định với ưới điện quốc gia [5] 
A 
B C 
D 
TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 71 - 2009 
44 
Nh k t qu m phỏng tr n h nh 2 8 v 2 9 
khi tố ộ gió 7m/s th ng su t ph t P = 4 8 
MW khi ó t i nh n ng su t từ ới v từ m y 
ph t th y r ng òng i n từ ới Ia,b,c-22 = 
0,9 pu v òng i n từ m y ph t Ia,b,c-0,69 = 0,1 
(pu). 
a) 
b) 
H nh 2 8 Trị số dòng điện, c ng su t tại thanh 
cái 0,69 kV; a) Khi nhà máy chưa phát hết c ng 
su t; b) Phát hết c ng su t 
a) 
H nh 2 9 Trị số dòng điện, điện áp tại thanh cái 
22 kV; a) Ở tốc độ gió 7m/s; b) Ở tốc độ gió 
14m/s 
 ng ng tố ộ gió 14m/s qu n s t 
tr n h nh 2 8b v 2 9b , khi ó ng su t ph t 
 nh m y P = 20MW ớn h n ng su t 
 t i Lú n y m y ph t p n ng ng ho 
t i, ph n ng su t òn i ph t v o h 
thống Đi u n y th hi n tr số òng i n 
 ph nh m y Ia,b,c-0,69 = 0,4 pu v tr số 
 òng i n ph ới Ia,b,c-22 = 0,2 (pu) 
Khi tố ộ ới 3m/s h nh 2 10 th 
t h nh m y r khỏi h thống, tố ộ gió tr n 
25m/s h nh 2 10b ừng m y nh m tr h qu 
t i K t u n n y ph h p với thi t k 
nh m y m nh ung p r tố ộ kh i 
 ộng 3m/s v tố ộ ừng m y 25m/s 4 
a) 
b) 
H nh 2 10 Cửa sổ quan sát ở tốc độ gió hoạt 
động và dừng máy; a) tốc độ dưới 3 m/s; b) tốc 
độ 25 m/s 
III. KẾT LUẬN 
 nghi n u n y nh gi s 
ph h p gi thuy t v th t k t qu 
qu n tr ng b o g m: 
- M h nh hó h thống k t nối ới 
nh m y i n gió Ph ng M i 3- nh Đ nh 
b ng too box imu ink v im Power 
Systems M t b 5 ử ng m h nh 
khối ã ó sẵn trong imu ink gh p nối 
th nh một h thống; 
- X nh v nh gi nh h ng t n 
số nh m y khi k t nối với ới th ng qu ộ 
b) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ CÁC TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT  SỐ 71 - 2009 
45 
m o h i Đối với h thống k t nối nh tr n, 
nghi n u ho th y khi tố ộ gió th y i 
trong v ng từ 3m/s ho n 25m/s th ộ m o 
h i trung b nh 0,013; 
- hống k k t qu ho ph p nh gi m 
h nh ho t ộng một nh m y i n gió 
th từ k t qu m phỏng n y t ã x y 
 ng ng ong ng su t nh m y 
ph h p với nội ung thuy t ã nhi u 
t i i u ng bố 1 ; 
- rong tr ng h p ng su t ph t 
nh m y nhỏ h n ng su t ph t i th ú 
n y ph t i nh n n ng ng từ ới quố gi 
Khi ng su t nh m y ớn h n ng su t ph 
t i th ph t i p từ nh m y, ph n ng 
su t òn i ph t v o h thống 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Fernando D.Bianchi, Hernan De Battista and Ricardo J. Mantz; Wind Turbine Control Systems; 
Springer; London 2007; 205 pages 
2. Thomas Ackerman; Wind Power in Power Systems; John Wiley &Sons, Ltd; 2005; 742 pages 
3. E. Acha, V G Age idí, O Anaya-Lara, T. J. E. Miler; Power electronics control in Electrical 
Systems; Newnes; 2002; 443 pages 
4. n x y ng nh m y Phong i n Ph ng M i 3- nh Đ nh b ng số i u v th ng số k 
thu t urbine gió; ng ty ph n phong i n Mi n trung, 2008 
5. Sim Power Systems Matlab- imu ink; Ph n m m M t b-Simulink 2008, The Mathworks; 
toolbox library Simulink. 
Địa chỉ iên hệ: r n n h nh - Tel: 0913.017.150, Email: tvthinh@mail.hut.edu.vn 
 ộ m n hi t b i n - Đi n tử, r ng Đ i h h kho H Nội