Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương III: Cơ sở khoa học và thực tiễn

Chương III: Cơ sở khoa học và thực tiễn

Tải bản đầy đủ - 0trang

3.1 Thiết lập mơ hình mơ phỏng tốc độ gió

Gió là sự chuyển dịch tuần hồn của khơng khí trong khí quyển gây ra do

sự nung nóng khơng đều trên bề mặt Trái đất bởi Mặt trời. Trong những điều

kiện thuận lợi nhất định có thể sử dụng nguồn năng lượng này phục vụ nền kinh

tế quốc dân nói chung và để phát điện nói riêng.

Đặc tính quan trọng nhất đánh giá động năng của gió là vận tốc, nên có

thể coi tốc độ gió là nguồn lực của tua bin gió. Do các tuabin gió thường tiếp

nhận năng lượng gió ở độ cao H (tốc độ gió trên cao lớn hơn nhiều dưới mặt đất)

với vận tốc v khác nhiều so với vận tốc gió



đo được ở độ cao



(do các trạm



quan trác đo được), nên trong tính tốn người ta thường dùng biểu thức sau để

xác định tốc độ gió :

V=



(3.1)



Trong đó :

là vận tốc gió đo được ở độ cao



gần với mặt đất



v là vận tốc gió đo được ở độ cao H

là hệ số hiệu chỉnh vận tốc gió ở độ cao H so với vận tốc gió ở độ cao

thơng thường hệ số này được chọn là 1/7

Để mơ tả chính xác hơn đặc điểm ngẫu nhiên và liên tục của tốc độ

gió. Đồ án dựa trên 4 mơ hình thường dùng để phân tích đánh giá tốc độ gió

hiện nay , đó là : mơ hình gió cơ bản, mơ hình trận gió, mơ hình gió thay đổi từ

từ và mơ hình gió ngâu nhiên.

3.1.1 Gió cơ bản

Gió cơ bản được biểu thị bằng tốc độ gió trung bình



theo Weibull tốc



độ gió cơ bản được xác định theo biểu thức :

(3.2)



31



Trong đó :

là vận tốc gió trung bình

tương ứng là hệ số kích thước và hình dạng Weibull

còn gọi là hàm Weibull

Trong thực tế tốc độ gió cơ bản có thể coi là hằng số và bằng với vận tốc

gió trung bình đo được

3.1.2 Trận gió

Mơ tả đặc tính tốc độ gió thay đổi đột ngột ( gió giật), thơng thường trận

gió được biểu hiện bằng biểu thức :



(3.3)

Trong đó :

là tốc độ trận gió tại thời điểm t, nó được xác định theo biểu thức :

(3.4)

là tốc độ trận gió (m/s);

là thời gian bắt đầu có trận gió ( gió giật ) ( s);

là chu kỳ trận gió ( thời gian tồn tại của trận gió ) (s).

3.1.3 Gió có tốc độ thay đổi từ từ

Tốc độ gió của trận gió có tốc độ thay đổi từ từ được xác định từ tốc độ

gió trung bình cộng thêm phần thay đổi

gió ). Trong đó



của tốc độ gió trong trận gió ( cơn



được xác định theo biểu thức :

32



(3.5)

Trong đó:

phần tốc độ gió tăng thêm trong trận gió có tốc độ gió thay đổi từ từ,

(m/s);

maxR tốc độ gió lớn nhất trong trận gió có tốc độ gió thay đổi từ từ,

(m/s);

tương ứng thời gian bắt đầu, tồn tại kết thúc của trận gió ,(s);

phần vận tốc gió tăng thêm trong thời gian tồn tại trận gió có tốc độ

gió thay đổi từ từ được xác định theo biểu thức:

-



)



( 3.6)



3.1.4 Gió thay đổi ngẫu nhiên

Tính ngẫu nhiên của tốc độ gió thường được biểu thị bằng phân lượng

tiếng gió ồn ,nó được xác định theo biểu thức:

(3.7)

(3.8)



(3.9)

Trong đó:

là tần số góc ở đoạn thứ i;

là biến lượng ngẫu nhiên của phân bố đều nó nằm trong khoảng 0~2 ;

hệ số biểu thị tính nhấp nhô;

33



F là phạm vi tồn tại nhiễu loạn

là tốc độ gió trung bình khảo sát (m/s);

N là số điểm lấy mẫu phổ tần .

Mơ hình tốn học của tốc độ gió được xác định tổ hợp từ 4 cơng thức xác

định vận tốc gió ở trên cụ thể là:

V=



(3.10)



Sử dụng phần mềm mơ phỏng Matlab/Simulinhk thiết lập mơ hình mơ

phỏng tốc độ gió được thể hiện trên hình 3.1



Hình 3.1 Mơ hình mơ phỏng tốc độ gió

Trong mơ hình mơ phỏng,vận tốc gió

bình



thời gian



= 3(s) ;



được lấy bằng vận tốc gió trung

= 3 (s); maxG= 4(m/s);



= 9(s);



= 3(s) và maxR= 2(m/s) và tốc độ gió thay đổi ngẫu nhiên được thay bằng

khối Band-Limited White Noise có trong Matlab/Simulink( đặc tính ngẫu nhiên

của khối này tương tự như đặc tính thay đổi ngẫu nhiên của tốc độ gió ). Kết quả

được hiển thị trên khối Scope.[3]

34



3.2 Thiết lập mơ hình mơ phỏng động học tuabin gió

Cơng suất tuabin gió được tính theo cơng thức:

( 3.11)

Trong đó: Pm: Cơng suất đầu ra của tuabin (W)

Cp(λ,β): Hệ số biến đổi năng lượng (là tỷ số giữa tốc độ đầu cánh λ và

góc cánh β)

A: Tiết diện vòng quay của cánh quạt (



)



ρ: Mật độ của khơng khí, ρ = 1.255 (kg/



).Từ biểu thức (3.11) ta



thấy vận tốc gió là yếu tố quan trọng nhất của công suất; công suất đầu ra tăng

theo lũy thừa 3 của vận tốc.

Hệ số biến đổi năng lượng Cp(λ, β) của biểu thức (3.11) được tính như

sau:

(3.12)



Với

Như ta đã biết tỷ số tốc độ đầu cánh tuabin gió và tốc độ là:

(3.13)

trong đó : ω tốc độ quay của tuabin;

R bán kính của tuabin;

v vận tốc của gió.

Do vậy mơmen của tuabin gió được tính như sau:

(3.14)



35



Mặt khác tua bin gió có thể vận hành theo các quy tắc điều khiển khác

nhau tùy thuộc vào tốc độ của gió. Đường cong biểu diễn mối quan giữa







tốc độ gió, như hình 3.2. Từ các biểu thức (3.11), (3.12), (3.13), (3.14) đã phân

tích ở trên, mơ hình tua bin gió được xây dựng trên Matlab/Simulink với thông

số đầu vào tốc độ gió, tốc độ của máy phát điện và thơng số đầu ra mơmen, như

hình 3.4.



Hình 3.2 Đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa



Hình 3.3 Đường cong mối quan hệ giữa







và tốc độ gió



36



Hình 3.4 Mơ hình động học tuabin gió trên phần mềm Matlab/Simulink

Nhận xét:

+ Nếu rotor quay q chậm: gió sẽ dễ dàng đi qua mà khơng có tác động

lên cánh quạt.

+ Nếu rotor quay quá nhanh: cánh quạt như bức tường chắn gió và tốc độ

gió phía sau cánh quạt gần như bằng khơng nên hiệu suất rotor gần bằng khơng.

Từ đó ta thấy hiệu suất rotor còn phụ thuộc vào tốc độ máy phát. [4]

3.3 Thiết lập mơ hình mơ phỏng máy phát Diesel

Ta có động cơ Diesel là đối tượng cấp 2 khi mô tả tốn học:



(3.15)

Trong đó:

-



hằng số thời gian cấp 1



-



hằng số thời gian cấp 2



-Kd là số truyền động cơ

-



,



đặc trưng cho quán tính và khả năng khuếch đại của thiết bị cung



cấp nhiên liệu;

- x,y lần lượt là sự thay đổi tương ứng của lượng cấp nhiên liệu và vòng

quay động cơ.

Chia cả hai vế của (3.15) cho Kdta có mơ tả ở dạng tốn tử:

Y(s)(T2s2 + T1s + 1) = K(1+ T3s)X(s)



(3.16)



37



Với K=



, T1 =



, T2 =



, T3 =



Ta được hàm truyền điều khiển :



(3.17)

Hàm truyền bộ truyền động (actuator):



(3.18)



Trong đó:



Do đó ta có động cơ Diesel và hàm truyền như sau:



Hình 3.5 Hệ thống động cơ Diesel và hàm truyền

Trong Hình 3.5:

- wref, w là tốc độ đáp ứng và tốc độ thực tế

- Hệ thống điều khiển (Control system) có hàm truyền điều khiển



được xác định:

Động cơ Diesel được mơ phỏng theo sơ đồ Matlab/Simulinkss như hình

3.6 dưới đây:



38



Hình 3.6 Sơ đồ mơ phỏng động cơ Diesel

Khi ta để hệ số khuếch đại K = 20 và các thơng số khác như hình 3.6

Bảng 3.1 Các thơng số điều khiển động cơ Diesel

T1

=0.01(s)

T4

=0.25(s)



K =20

T2

T3

=0.02(s)

=0.2(s)

T5

T6=0.0

=0.009(s)

Td = 0.024(s) 384(s)

Tm

Tmax = 1pu

Pm0 = 0.000270147pu



Hình 3.7 Các thơng số điều khiển động cơ Diesel trên phần mềm

Matlab/Simulink

Ta sẽ nhận được dạng đồ thị tốc độ của động cơ diesel như sau:

Dạng đồ thị tốc độ của động cơ Diesel khi K = 20



39



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương III: Cơ sở khoa học và thực tiễn

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×