Đăng ký thành viên

Các phương pháp MPPT giữ cho cánh tuabin luôn quay

Dõi theo điểm công suất cực đại (MPPT) có thể tối đa hóa sản lượng năng lượng gió trong những điều kiện luôn thay đổi và khó có thể tiên đoán.

Việc phát triển và triển khai tuabin gió diễn ra với quy mô lớn trên toàn thế giới. Năng lượng gió là một trong những nguồn năng lượng tái tạo lớn nhất hiện nay, với số lượng tăng lên hàng năm. Tuy nhiên, tuabin gió hoạt động trong các môi trường có lượng gió thay đổi, tùy thuộc vào điều kiện thời tiết tại địa phương. MPPT là cần thiết để đảm bảo tuabin gió phát được nhiều điện nhất có thể trong các kịch bản luôn thay đổi này.

Tuabin gió trên sườn đồi (Ảnh st)

 Tại sao tuabin gió cần các MPPT

Tuabin gió biến gió thành cơ năng (Ảnh st)

Tuabin gió biến gió thành cơ năng. Hai thành phần chính là các cánh tuabin đón gió và máy phát điện tuabin gió (WTG), biến sự chuyển động cơ học của các cánh tuabin thành điện năng. Đầu ra của WTG kết nối với lưới điện hoặc cung cấp trực tiếp cho hộ tiêu thụ.

Các thuật toán MPPT nằm trong số các quy trình điều khiển quan trọng nhất trong sản xuất điện gió vì chúng cho phép các tuabin gió duy trì công suất đầu vào tối đa khi tốc độ gió thấp hơn tốc độ gió danh định. Tốc độ gió danh định là tốc độ mà tuabin bắt đầu phát điện từ ​​chuyển động quay. MPPT giúp cải thiện hiệu suất của tuabin gió ở các tốc độ gió khác nhau . 

MPPT giúp kiểm soát tốc độ quay của cánh tuabin khi tốc độ gió thay đổi để đảm bảo cung cấp điện tối đa. Khi tốc độ gió thấp hơn tốc độ gió danh định, việc sử dụng MPPT giúp tìm hệ số sử dụng năng lượng gió, liên quan đến góc nghiêng cánh và tỷ lệ tốc độ đầu cánh tuabin. MPPT sử dụng thông tin này để duy trì công suất đầu ra tối đa. Vì hệ số này liên quan đến góc nghiêng cánh và tỷ lệ tốc độ đầu cánh, nên việc đối chiếu các điểm công suất tối đa ở các tốc độ gió khác nhau có thể xác định tốc độ quay công suất tối đa. Sau đó, MPPT có thể điều chỉnh tốc độ quay của WTG dựa trên đường công suất tối ưu và duy trì công suất đầu ra tối đa. 

Các phương pháp MPPT

Có thể sử dụng nhiều phương pháp MPPT khác nhau để giữ cho cánh tuabin quay (Ảnh st)

Có thể sử dụng nhiều phương pháp MPPT khác nhau, bao gồm các phương pháp dành riêng cho tuabin gió, chẳng hạn như điều khiển tỷ lệ tốc độ đầu cánh tuabin (TSR), tìm kiếm leo dốc (HCS) và phương pháp điều khiển mômen xoắn tối ưu (OT).

Phương pháp kiểm soát tỷ lệ tốc độ đầu cánh tuabin (TSR)

Các phương pháp điều khiển TSR so sánh giá trị TSR tối ưu với giá trị thực tế của nó trong quá trình vận hành để đảm bảo tuabin luôn hoạt động tốt nhất. Bộ điều khiển quản lý đầu ra của bộ nghịch lưu dựa trên lỗi giữa giá trị TSR tối ưu và thực tế. Sau đó, MPPT thực hiện các điều chỉnh phản hồi bằng máy phát điện để thay đổi tốc độ và giữ TSR ở mức tối ưu. Sử dụng TSR vì quy trình đơn giản, thiết kế bộ điều khiển linh hoạt và tính năng theo dõi tốc độ dễ cải thiện.

Phương pháp tìm kiếm leo dốc (HCS)

HCS là phương pháp điều khiển MPPT để suy ra hướng tìm kiếm tốc độ quay của tuabin nhờ vào việc kiểm tra những thay đổi về công suất đầu ra từ các nhiễu được áp dụng làm thay đổi tốc độ quay của tuabin. Khi tốc độ gió tăng hoặc giảm, điểm vận hành thay đổi nhưng mômen xoắn điện từ vẫn giữ nguyên giá trị trước đó. Nhờ đó có thể suy ra độ leo của điểm vận hành. HCS không cần phải nắm bắt chính xác các tham số tuabin gió và đặc điểm thu năng lượng, do đó, phương pháp này linh hoạt và thích ứng với các tình huống thay đổi.

Phương pháp mômen xoắn tối ưu (OT)

Phương pháp OT cho phép mômen điện từ và tốc độ quay có mối quan hệ đặc biệt, giữ cho tốc độ quay ở giá trị tối ưu. Khi tốc độ gió thay đổi, việc theo dõi và điều chỉnh  mômen điện từ dựa trên giá trị tham chiếu của nó. Điều này cho phép kiểm soát tuabin tốt hơn đồng thời tránh phải thực hiện các phép đo tốc độ gió theo thời gian thực.

Kết hợp các phương pháp kiểm soát

Tốc độ gió có xu hướng ngẫu nhiên và không xác định, vì vậy việc chuyển đổi năng lượng của hệ thống điện phi tuyến tính là một quá trình phức tạp. Một phương pháp kiểm soát duy nhất thường không đủ để áp dụng chính xác hiệu quả kiểm soát dự kiến ​​và nhiều phương pháp thường được sử dụng đồng thời.

Nhìn về tương lai: MPPT thế hệ tiếp theo và gió

MPPT đảm bảo WTG phát công suất đầu ra tối đa trong các điều kiện gió khác nhau và khi tốc độ gió giảm xuống dưới tốc độ gió danh định. MPPT đã đóng một vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa các tuabin gió và cải thiện hiệu suất của chúng.  Việc tích hợp thế hệ các MPPT tiếp theo với tuabin gió sẽ là các MPPT thông minh sử dụng trí tuệ nhân tạo. Một số phương pháp có nhiều khả năng trở nên nổi bật hơn trong tương lai gần bao gồm điều khiển mạng thần kinh, các thuật toán thông minh bầy đàn, điều khiển mờ, điều khiển chuyên gia và các thuật toán MPPT kiểm soát hỗn loạn.

Biên dịch: Chu Hải Yến

Theo “Eepower”, số tháng 6/2024