Đồ án Tổng quan về tình hình phát triển phong điện trên Thế Giới và Việt Nam

công suất phản kháng, công suất phản kháng cho máy phát điện phải được lấy trực tiếp từ lưới điện. Công suất phản kháng cung cấp bởi lưới điện gây ra tăng tổn thất truyền tải và trong những tình huống nhất định, có thể làm cho lưới điện không ổn định. Bộ tụ điện hoặc bộ chuyển đổi điện tử hiện đại có thể được sử dụng để giảm tiêu thụ công suất phản kháng. Những bất lợi chính là sự qus độ điện áp xảy ra trong quá trình chuyển đổi trong.   Trong trường hợp lỗi, SCIGs mà không có bất kỳ hệ thống đền bù công suất phản kháng có thể dẫn đến tình trạng mất ổn định điện áp trên lưới điện (Van Custem và Vournas, 1998). Các rotor tua-bin gió có thể tăng tốc độ (độ trược tăng), ví dụ, khi một lỗi xảy ra, tạo ra sự mất cân đối giữa các mô-men xoắn cơ học và điện áp. Vì vậy, khi lỗi được xóa bỏ, SCIGs rút ra một số lượng lớn công suất phản kháng từ lưới điện, dẫn đến làm giảm hơn nữa trong điện áp. SCIGs có thể được sử dụng trong cả hai tuabin gió tốc độ cố định (loại A) và trong các tua-bin gió tốc độ thay đổi đầy đủ (loại D). Trong trường hợp thứ hai,bộ chuyển đổi tần số điện của động cơ được chuyển đổi sang tần số cố định bằng cách sử dụng một công cụ chuyển đổi năng lượng đầy tải hai chiều.  3.3.1.2 Máy phát điện cảm ứng rotor dây quấn ( Wound rotor induction generator )   Trong trường hợp aWRIG, các đặc tính điện của rotor có thể được điều khiển từ bên ngoài, và do đó điện áp rotor có thể được đưa vào. Các cuộn dây của dây quấn rotor được kết nối bên ngoài thông qua các vòng trượt và chổi than hoặc bằng thiết bị điện điện tử, mà có thể có hoặc không có yêu cầu các vòng trượt và chổi than Bằng cách sử dụng thiết bị điện tử điện, năng lượng có thể được lấy ra hoặc đưa vào dòng ngắn mạch rotor và máy phát điện có thể được từ hóa từ dòng ngắn mạch rotor hoặc dòng ngắn mạch stator. Điều đó cũng có thể xảy ra nhờ phục hồi năng lượng trượt từ dòng ngắn mạch rotor và nạp vào từ đầu ra của stator. Những bất lợi của WRIG là nó đắt tiền hơn và không phải là mạnh mẽ như SCIG. Các ngành công nghiệp tuabin gió sử dụng phổ biến nhất là các cấu hình WRIG sau đây: (1) máy phát điện cảm ứng OptiSlip_ (OSIG), được sử dụng trong các khái niệm loại B và (2) loại máy phát điện hai lần cảm ứng (DFIG) , được sử dụng trong cấu hình Loại C (xem hình 3.1).. OptiSlip cảm ứng máy phát điện Các tính năng OptiSlip_ đã được giới thiệu bởi các nhà sản xuất Đan Mạch Vestas để giảm thiểu tải trên các tuabin gió trong những cơn gió giật. Các tính năng OptiSlip_ cho phép máy phát điện có sự thay đổi độ trược (phạm vi hẹp) và lựa chọn độ trược tối ưu, kết quả là những biến động nhỏ hơn trong kiểm soát mô-men xoắn và công suất đầu ra. Thay đổi độ trược là một cách rất đơn giản, đáng tin cậy và chi phí hiệu quả để đạt được giảm tải so với các giải pháp phức tạp hơn như tua-bin gió có tốc độ thay đổi bằng cách sử dụng chuyển đổi tỉ lệ đầy đủ.   OSIGs là WRIGs với một sự thay đổi điện trở ngoài rotor gắn liền với cuộn dây rotor (xem hình 3.1). Độ trượt của máy phát điện được thay đổi bằng cách thay đổi tổng trở rotor bằng phương tiện của một công cụ chuyển đổi, được gắn trên trục cánh quạt. Bộ chuyển đổi này là bộ điều khiển quang học,điều đó có nghĩa rằng không có vòng trượt là cần thiết. Stato của máy phát điện được kết nối trực tiếp vào lưới điện. Những lợi thế của loại máy phát điện này là cấu trúc liên kết mạch điện đơn giản, không cần các vòng trược và hoạt động một phạm vi tốc độ được cải thiện so với các SCIG. Để một mở rộng nhất định, loại này có thể làm giảm tải trọng cơ học và dao động năng lượng gây ra bởi cơn gió giật. Tuy nhiên, nó vẫn đòi hỏi một hệ thống bù công suất phản kháng. Những khó khăn là: (1) phạm vi tốc độ thường được giới hạn 0-10%, vì nó phụ thuộc vào biên độ thay đổi điện trở rotor (2) chỉ điều khiển công suất phản kháng và tác dụng là rất nhỏ, và (3) độ trược mất đi khi điện trở giảm    . Doubly-fed induction generator( máy phát điện cảm ứng 2 lần) Như mô tả trong Bảng 3.5, loại DFIG là một lựa chọn thú vị với sự phát triển của thị trường. Các DFIG bao gồm một WRIG với cuộn dây stato kết nối trực tiếp với lưới ba pha tần số không đổi và với các cuộn dây rotor gắn kết hai chiều qua lại công cụ chuyển đổi nguồn điện áp IGBT.   Thuật ngữ " doubly fed ” đề cập đến một thực tế rằng điện áp trên stato được nhận từ lưới điện và điện áp trên rotor tạo ra bởi bộ chuyển đổi điện (power converter). Hệ thống này cho phép hoạt động tốc độ thay đổi trên một phạm vi lớn, nhưng hạn chế biên độ. Chuyển đổi bù đắp sự khác biệt giữa tần số cơ khí và điện bằng cách đưa một dòng rotor với một tần số biến đổi. Cả hai trong hoạt động bình thường và lỗi hành vi của máy phát điện là như vậy, chi phối bởi các công cụ chuyển đổi năng lượng và bộ điều khiển nó.   Bộ chuyển đổi năng lượng bao gồm hai bộ chuyển đổi, chuyển đổi phía rotor và chuyển đổi phía lưới điện, và được điều khiển độc lập với nhau. Nó vượt ra ngoài phạm vi của chương này để đi vào chi tiết liên quan đến sự kiểm soát của các bộ chuyển đổi (để biết thêm chi tiết, xem Leonhard, năm 1980, Mohan, Undeland và Robbins, năm 1989; Pena, Clare và Asher, 1996). Ý tưởng chính là bộ chuyển đổi phía rotor là điều khiển công suất phản kháng và tác dụng bằng cách điều khiển các thành phần dòng điện rotor, trong khi bộ chuyển đối phía đường dây điều khiển điện áp DC và đảm bảo bộ chuyển đổi họat động liên kết( không tiêu thụ công suất phản kháng ) Tùy thuộc vào điều kiện hoạt động của bộ truyền động, điện được đưa vào hoặc lấy ra khỏi rotor: trong trường hợp siêu đồng bộ (oversynchronous), nó chảy từ các rotor thông qua bộ chuyển đổi tới lưới điện, trong khi nó chảy theo hướng ngược lại trong trường hợp cộng hưởng dưới đồng bộ( subsynchronous). Trong cả hai trường hợp subsynchronous và oversynchronous stato đưa điện vào lưới điện.   DFIG có một số lợi thế. Nó có khả năng để kiểm soát công suất phản kháng vàtách riêng công suất phản kháng và tác dụng điều khiển bằng bộ kích từ độc lập. DFIG không nhất thiết phải được từ hóa từ ( magnetised )lưới điện, nó cũng có thể được từ hóa từ dòng ngắn mạch rotor. Nó cũng có khả năng tạo ra công suất phản kháng có thể được ccaaps từ các stato bằng bộ chuyển đổi phía lưới. Tuy nhiên, bộ chuyển đổi phía lưới thường hoạt động bằng điện áp riêng và không tham gia vào việc trao đổi công suất phản kháng giữa các tua-bin và lưới điện. Trong trường hợp của một mạng lưới yếu ( không ổn định), nơi mà các điện áp có thể dao động, DFIG có thể được ra lệnh sản xuất hoặc hấp thụ một lượng công suất phản kháng lên hoặc xuống từ lưới điện, với mục đích kiểm soát điện áp.   Kích thước của bộ chuyển đổi không liên quan với tổng điện áp của máy phát điện nhưng liên quan đến lựa chọn phạm vi tốc độ và do đó liên quan đến độ trượt. Do đó, chi phí cho bộ chuyển đổi tăng lên khi phạm vi tốc độ xung quanh tốc độ đồng bộ trở nên rộng hơn. Việc lựa chọn phạm vi tốc độ là dựa trên sự tối ưu hóa kinh tế của chi phí đầu tư và hiệu quả tăng lên. Một nhược điểm của DFIG là nhu cầu không thể tránh khỏi vòng trượt (slip rings). 3.3.2 Các máy phát điện đồng bộ ( The synchronous generator )  Các máy phát điện đồng bộ đắt tiền và máy móc phức tạp hơn so với một máy phát điện cảm ứng có kích thước tương tự. Tuy nhiên, nó có một lợi thế rõ ràng so với các máy phát điện cảm ứng, cụ thể là, nó không cần dòng từ hóa phản kháng (reactive magnetising curent).   Từ trường trong các máy phát điện đồng bộ có thể được tạo ra bằng cách sử dụng thường nam châm hoặc với một cuộn dây thông thường. Nếu máy phát điện đồng bộ có phù hợp với số lượng cực ( nhiều cuộn WRSG hoặc nhiều cuộn PMSG), nó có thể sử dụng ổ đĩa trực tiếp các ứng dụng mà không có bất kỳ hộp số nào(gearbox).   Khi cơ cấu đồng bộ có lẽ là phù hợp nhất để điều khiển tổng điện áp cũng như kết nối với lưới điện thông qua một công cụ chuyển đổi năng lượng điện tử. Bộ chuyển đổi có hai mục tiêu chính: (1) hoạt động như một bộ đệm năng lượng cho các dao động năng lượng gây ra bởi vốn năng lượng gió giật và cho các ngắn mạch (transients) đến từ phía lưới, và (2) để kiểm soát từ tính và tránh các vấn đề còn lại đồng bộ với tần số lưới. Áp dụng một máy phát điện như vậy cho phép biến tốc độ hoạt động của tua-bin gió.   Hai loại cổ điển của máy phát điện đồng bộ thường được sử dụng trong công nghiệp tua-bin gió: (1) máy phát điện đồng bộ rotor dây quấn (WRSG) và (2)máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG). 3.3.2.1 Máy phát điện đồng bộ rotor dây quấn ( Wound rotor synchronous generator )   WRSG là Workhorse của ngành công nghiệp năng lượng điện. Cả hai trạng thái ổn định hiệu suất và hiệu suất lỗi cũng đã được công bố các tài liệu trong vô số nghiên cứu các giấy tờ trong những năm qua, (xem LH Hansen và cộng sự, 2001.).   Các cuộn dây stato WRSGs kết nối trực tiếp vào lưới điện và do đó tốc độ quay là cố định đúng tần số của lưới điện cung cấp. Các cuộn dây rôto được kích thích với dòng bằng cách sử dụng các vòng trượt và chổi than hoặc với một kích thích không chổi than với một bộ chỉnh lưu quay (rotating rectifier). Không giống như các máy phát điện cảm ứng, máy phát điện đồng bộ không cần thêm bất kỳ hệ thống bù công suất phản kháng nào. Các cuộn dây rôto, thông qua đó dòng điện trực tiếp, tạo ra các trường kích thích, quay với tốc độ đồng bộ. Tốc độ của máy phát điện đồng bộ được xác định bởi tần số của các trường quay và số cặp cực của rotor.   Các nhà sản xuất tuabin gió Enercon và Lagerwey sử dụng loại tuabin gióLoại D (xem hình 3.1) với một WRSG nhiều cực (tốc độ thấp) và không hộp số. Nó cólợi thế là không cần một hộp số. Nhưng giá mà phải trả cho một thiết kế không hộp số là một máy phát điện lớn và nặng và một công cụ chuyển đổi điện áp tỷ lệ tự nhiên(full scale) để xử lý điện áp đầy ( full power) của hệ thống. Các nhà sản xuất tuabin gió Made cũng áp dụng các tuabin gió Loại D, nhưng với bốn cực (tốc độ cao) WRSG và một hộp số (xem Bảng 3.4). 3.3.2.2 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu ( Permanent magnet synchronous generator )   Nhiều bài báo nghiên cứu đã đề nghị áp dụng PMSGs trong tua-bin gióbởi vì đăc tính tự kích thích của nó, cho phép hoạt động ở công suất cao và hiệu quả cao, (xem Alatalo năm 1996).    Trong cơ cấu (PM) nam châm vĩnh cửu, hiệu quả cao hơn cư cấu cảm ứng,cũng như kích thích không cần được cung cấp từ bất kỳ nguồn năng lượng nào. Tuy nhiên, các vật liệu được sử dụng để sản xuất nam châm vĩnh cửu là đắt, và nó rất khó để làm việc trong quá trình sản xuất. Ngoài ra, việc sử dụng bộ kích thích PM đòi hỏi phải sử dụng một công cụ chuyển đổi điện tỷ lệ tự nhiên(full-scale) để điều chỉnh điện áp và tần số điện áp của máy phát điện và tần số truyền tương ứng. Đây là một khoản chi phí gia tăng. Tuy nhiên, lợi ích năng lượng có thể được tạo ra ở bất kỳ tốc độ để phù hợp với điều kiện dòng. Stator của PMSGs là dây quấn, và rotor được cung cấp với một hệ thống cực nam châm vĩnh cửu và có thể là cực lồi (salient poles )hoặc có thể là cực ẩn (cylindrical poles). Cực lồi là phổ biến hơn trong máy tốc độ chậm và có thể là phiên bản hữu ích nhất để ứng dụng cho máy phát điện gió. Loại máy phát đồng bộ tốc độ thấp điển hình của loại cực lồi và nó có nhiều cực.   Sự khác nhau về cấu trúc liên kết của các động cơ PM được trình bày trong tài liệu. Loại phổ biến nhất là radial flux machine (đống cơ theo hướng bán kính), động cơ ngang trục và dọc trục. Mô tả chi tiết của tất cả các loại được đưa ra trong Alatalo (1996). Bản chất đồng bộ của PMSG có thể gây ra vấn đề trong quá trình khởi động, đồng bộ hóavà điện áp điều chỉnh. Nó không dễ dàng cung cấp một điện áp không đổi (MitchamGrum, 1998). Các hoạt động đồng bộ cũng gây ra một đường đặc tính không trơn(stiff performance) trong trường hợp mạch ngắn bên ngoài, và nếu tốc độ gió không ổn định. Một bất lợi của PMSGs là vật liệu từ tính nhạy cảm với nhiệt độ, ví dụ, các nam châm có thể bị mất phẩm chất từ ​​của nó ở nhiệt độ cao. Do đó, nhiệt độ rotor của PMSG phải được giám sát và một hệ thống làm mát được đề xuất. Ví dụ về các nhà sản xuất tuabin gió sử dụng loại cấu hình D với PMSGs Lagerwey, WinWind và Multibrid. 3.3.3 Các loại máy phát điện khác  Trong phần sau đây, chúng tôi sẽ trình bày ngắn gọn các loại máy phát điện là các loại có thể có trong tương lai trong ngành công nghiệp tua-bin gió. 3.3.3.1 Máy phát điện cao áp ( Highvoltage generator )   Thông thường nhất, máy phát điện tuabin gió hoạt động tại 690V (xem Bảng 3.4) và do đó nó đòi hỏi một biến áp trong vỏ bọc động cơ hoặc ở dưới cùng của tháp. Chínhđộng lực tăng điện áp của máy phát điện là để giảm dòng điện và do đó làm giảm tổn thất và tổn hao nhiệt. Điều này có thể dẫn đến giảm kích thước của máy phát điện và tăng hiệu quả của tuabin gió, đặc biệt là ở tải cao hơn. Nếu điện áp của máy phù hợp với điện áp lưới điện, việc kết nối với lưới điện sẻ không cần biến áp.   HVGs được sản xuất như máy phát điện đồng bộ,và như máy phát điện không đồng bộ.HVGs là máy phát điện điện áp xoay chiều thú vị cho các tua-bin gió công suất lớn quá 3MW. Những khó khăn chủ yếu là chi phí cao của toàn bộ hệ thống, nó không chắc chắn về lợi ích dài hạn và yêu cầu an toàn, trong đó có nhiều phức tạp hơn so với các máy điện áp thấp. Giá của HVG, các thiết bị điện tử và thiết bị phụ trợ, chẳng hạn như bộ chuyển mạch(switchgears), tăng đáng kể với kích thước của máy phát điện. Giá có thể giảm trong tương lai nếu số lượng của tuabin gió với HVGs tăng đáng kể.   Cho đến nay, chỉ có rất ít nguyên mẫu tua-bin gió đã được thiết kế bởi các tiện ích hoặc các nhà sản xuất lớn của thiết bị điện đã áp dụng HVGs: TJ eborg, với 2MW áp dụng một máy phát điện cảm ứng với một điện áp đầu ra là 10 kV, và Growian, với 3MW, sử dụng một DFIG với một điện áp đầu ra là 6,3 kV. Các công ty khác nhau có khởi xướng, với thành công không lớn, dự án nghiên cứu khác nhau trên HVG tua-bin gió, trong vài năm qua. Lagerwey, là 1 ví dụ, đã bắt đầu sản xuất hàng loạt loại LW72 tua-bin 2MW có một máy phát điện đồng bộ với một điện áp đầu ra của 4 kV.Trái ngược với những gì đã được dự kiến, loại Windformer / ABB 3MW chưa được thành công. Tuy nhiên, hiện nay không có nhiều tua bin gió thương mại có sẵn với HVGs. Thay vì sử dụng HVGs, xu hướng đã được thay đổi theo hướng di chuyển biến áp vào vỏ bọc động cơ. 3.3.3.2 Các máy phát điện từ hóa chuyển đổi (The switched reluctance generator)   Động cơ SRG đã xuất hiện trong những năm qua thì rất thiết thực và cơ cấu cơ khí đơn giản, hiệu quả cao, chi phí giảm và nó tạo điều kiện để loại bỏ các hộp số (Kazmierkowski, Krishnan và Blaabjerg, năm 2002). Nó rất hấp dẫn cho các ứng dụng hàng không vũ trụ vì nó có khả năng tiếp tục hoạt động tại giảm các đầu ra trong sự hiển thị của lỗi trong máy phát điện riêng của nó. Khảo sát của các thuộc tính tích cực và tiêu cực của SRGs nằm trong LH Hansen et al. (2001). Các tài liệu về SRGs liên quan đến tua-bin gió là không đáng kể, và nhiều nghiên cứu vẫn còn phải được thực hiện trước khi SRG được đưa ra ứng dụng trong gió tua-bin.  SRG là một máy phát điện đồng bộ với cấu trúc gấp đôi cực lồi, cực lồi trên stator và cả rotor. Kích thích của từ trường được cung cấp bởi dòng stato giống như cách nó được cung cấp trong máy phát điện cảm ứng. SRG được coi là kém hơn so với máy PMSG bởi vì mật độ điện năng thấp hơn. SRG đòi hỏi một công cụ chuyển đổi điện áp tỉ lệ tự nhiên(full-scale power converter )để hoạt động như một máy phát điện nối lưới. Hơn nữa, SRG có hiệu quả thấp hơn so với một PMSG và điện áp là thấp hơn so với máy phát điện không đồng bộ (Kazmierkowski, Krishnan và Blaabjerg, năm 2002). 3.3.3.3 Máy phát điện ngang dòng (Transverse flux generator) Cấu trúc liên kết máy TFG là khá mới, nhưng có vẻ thú vị. Tuy nhiên, nhiềunghiên cứu là cần thiết trước khi các máy TFG được điều chỉnh để nó có thể được sử dụng như một máy phát điện năng lượng gió.   Nguyên tắc ngang dòng (TF) có thể được áp dụng cho một loạt các loại máy. Nó có thể được sử dụng trong máy phát điện nam châm vĩnh cửu và trong máy phát điện từ trở , ví dụ.Động cơ sẻ kế thừa những đặc điểm chung của các loại máy khác để được áp dụng , nhưng sẽ có những đặc điểm khác bị ảnh hưởng bởi thiết kế TF. Tỷ lệ chịu mô-men xoắn cao cho mỗi kg vật liệu tác động có vẻ rất hấp dẫn (Dubois, Polinder và Fereira, 2000).   Bản chất của hoạt động của nó giống 1 động cơ đồng bộ, và nó sẽ thực hiện các chức năng theo nguyên tắc một cách tương tự như với bất kỳ máy PM nào khác. Nó có thể bao gồm một số lượng rất lớn các cực, điều đó có thể làm cho nó phù hợp cho các ứng dụng trực tiếp không dùng hộp số. Tuy nhiên, TFG có rò rỉ điện cảm tương đối lớn. Trong máy phát điện từ trở có thể tạo ra hệ số công suất rất thấp lúc hoạt động bình thường, và dòng ngắn mạch là không đủ lớn để tác động bộ phận bảo vệ. Vấn đề tương tự sẻ liên quan đến máy phát điện PM, nhưng ở PM sẽ không nghiêm trọng như vậy.   Một bất lợi của TFG là số lượng lớn các bộ phận riêng lẻ nên nó đòi hỏi sử dụng một công nghệ lắp ghép. Với sự tiến bộ của công nghệ năng lượng, tình trạng này sẻ được cải thiện. 3.4 Các loại điện tử công suất (Power Electronic Concepts) Điện tử công suất là một ngành công nghệ phát triển nhanh. Các linh kiện có thể xử lý ở dòng điện định mức và điện áp định mức cao hơn, làm giảm tổn thất điện và các thiết bị trở nên đáng tin cậy. Các thiết bị này cũng rất dễ dàng để điều khiển với một bộ khuếch đại điện áp tỉ lệ MV (megascale). Tỷ lệ giá / năng lượng vẫn đang giảm, và chuyển đổi điện áp đang ngày càng trở nên hấp dẫn hơn như một phương tiện để cải thiện hiệu suất của tua-bin gió. Trong phần này, chúng tôi sẽ trình bày các công cụ chuyển đổi điện áp cấu trúc liên kết được sử dụng phổ biến nhất trong các ứng dụng tua-bin gió, bao gồm cả ưu điểm và nhược điểm của nó. 3.4.1 Khởi động mềm (Soft-starter)  Khởi động mềm là một bộ phận điện đơn giản và rẻ tiền được sử dụng tua-bin gió tốc độ cố định trong quá trình kết nối vào lưới điện (xem hình 3.1 loại A và B). Các chức năng khởi động mềm là giảm tăng cao dòng điện, do đó hạn chế các rối loạn lưới điện. Nếu không có một khởi động mềm, khi dòng điện cao điểm có thể lên đến 7-8 lần dòng định mức, có thể gây ra rối loạn điện áp trên lưới điện nghiêm trọng. Khởi động  mềm có chứa hai thyristors như các thiết bị chuyển mạch trong từng pha. Nó kết nối nối tiếp với các pha. Các kết nối của máy phát điện với lưới điện được xác định trước trong chu kì thời gian điện áp lưới, đạt được bằng cách điều chỉnh góc mở (_) của thyristors. Mối quan hệ giữa góc mở (_firing angle) và khuếch đại các kết quả của các phần khởi động mềm là rất phi tuyến và bổ sung tính năng hệ số điện áp của các yếu tố kết nối. Sau khi mở dòng, các thyristors có thể bỏ qua để giảm các tổn thất của toàn bộ hệ thống. 3.4.2 Bộ tụ (Capacitor bank) Bộ tụ điện được sử dụng trong các tuabin gió tốc độ cố định hoặc giới hạn tốc độ thay đổi (xem Hình 3.1 Các loại A và B). Đây là một thành phần điện cung cấp công suất phản kháng cho các máy phát điện cảm ứng. Do đó, công suất phản kháng hấp thụ bởi máy phát điện từ lưới điện được giảm .  Các máy phát điện tua-bin gió có thể phải bù tải trọng động(load dynamic), ở đómột số lượng nhất định tụ điện được kết nối hoặc ngắt kết nối liên tục, tùy thuộctheo nhu cầu công suất phản kháng trung bình của máy phát điện trong khoảng thời gian định sẵn.   Các bộ tụ điện thường được gắn ở dưới cùng của tháp hoặc các vỏ bọc động cơ(Ví dụ: ở phía trên của tuabin gió). Họ có thể là tải nặng và bị hư hại trong trường hợp quá áp trên lưới điện và do đó có thể làm tăng chi phí bảo trì hệ thống. 3.4.3 Bộ chỉnh lưu và bộ biến điện - nghịch lưu (Rectifiers and inverters) Một công cụ chuyển đổi tần số truyền thống, còn được gọi là một ổ đĩa (hay bộ truyền động) tốc độ có thể điều chỉnh, bao gồm:  . một bộ chỉnh lưu (như bộ chuyển đổi AC-DC) để chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện 1 chiều, trong khi năng lượng chảy vào hệ thống DC;  . lưu trữ năng lượng (tụ);  . một biến điện (DC-AC với tần số và điện áp kiểm soát) để chuyển đổi dòng điện DC thành dòng điện xoay chiều, trong khi năng lượng dòng chảy phía AC. Điốt có thể chỉ được sử dụng trong chế độ chỉnh lưu, trong khi chuyển mạch điện tử có thể được sử dụng trong chỉnh lưu cũng như ở chế độ nghịch lưu.   Các giải pháp chỉnh lưu phổ biến nhất là chỉnh lưu diode, vì đơn giản của nó, chi phí thấp và tổn thất thấp. Nó có đặc tính phi tuyến, và do đó, nó sẽ tạo ra các dòng hài (Kazmierkowski, Krishnan và Blaabjerg, 2002). Một khó khăn nữa là nó chỉ cho phép một dòng điện một chiều, nó không thể điều khiển điện áp hoặc dòng điện máy phát điện. Vì vậy, nó chỉ có thể được sử dụng với một máy phát điện có thể điều khiển điện áp và bộ nghịch lưu (ví dụ như một IGBT) có thể điều khiển dòng điện.   Thyristor giải pháp dựa trên bộ biến đổi điện là một loại van giá rẻ, ít tổn thất và, như tên của nó cho thấy, nó cần được kết nối với lưới điện để có thể hoạt động. Thật không may, nó tiêu thụ công suất pản kháng và tạo ra sóng hài bậc cao (Heier năm 1998). Nhu cầu ngày càng cao về chất lượng điện làm cho thyristor ít hấp dẫn hơn so với các lọai khác, chẳng hạn như các loại van GTO và IGBTs. Các lợi thế của GTO là nó có thể chuyển đổi điện áp hơn so với IGBT, nhưng tính năng này sẽ ít quan trọng trong tương lai, do sự phát triển nhanh của IGBTs.Nhược điểm của GTOs là mạch điều khiển của van GTO phức tạp.   Các máy phát điện và bộ chỉnh lưu phải được lựa chọn một cách thích hợp (tức là giải pháp tốt), trong khi bộ đổi điện có thể được lựa chọn gần như độc lập của các máy phát điện và bộ chỉnh lưu. Chỉnh lưu diode hoặc chỉnh lưu thyristor có thể được sử dụng cùng nhau chỉ với một máy phát điện đồng bộ, vì nó không đòi hỏi một dòng điện từ hóa tác dụng (reactive magnetising current). Trái ngược với điều này, GTO và chỉnh lưu IGBT được sử dụng cùng với máy phát điện cảm ứng tốc độ thay đổi, bởi vì nó có thể điều khiển công suất phản kháng. Tuy nhiên, mặc dù IGBTs là một sự lựa chọn rất hấp dẫn, nó có những nhược điểm là giá cao và tổn thất cao. Các máy phát điện đồng bộ với một bộ chỉnh lưu diode, ví dụ, có chi phí thấp hơn nhiều so với máy phát điện cảm ứng tương đương với một van IGBT hoặc chỉnh lưu (Carlson, Hylander và Thorborg, 1996).   Có nhiều cách khác nhau để kết hợp một bộ chỉnh lưu và bộ biến đổi điện vào tần sốchuyển đổi. Có năm công nghệ áp dụng cho điều chỉnh tốc độ:back-to-back(chuyển đổi 2 chiều), nhiều mức, song song, ma trận và cộng hưởng. Đánh giá của mỗi bộ chuyển đổi điện áp nằm trong LH Hansen et al. (2001). 3.4.4 Chuyển đổi tần số - biến tần ( Frequency converters ) Trong những năm gần đây, các bộ chuyển đổi cấu trúc khác nhau đã được điều tra là liệu nó có thể được áp dụng trong các tua-bin gió: . chuyển đổi hai chiều( back-to-back); . chuyển đổi nhiều bậc; . chuyển đổi song song ; . chuyển đổi ma trận; . chuyển đổi ma trận .   Một bài thuyết trình của mỗi cấu hình chuyển đổi (converter topologies) và nguyên tắc làm việc của nó, bao gồm cả ưu điểm và nhược điểm của nó, là vượt ra ngoài phạm vi của chương này. Để mô tả chi tiết, xem L. H. Hansen et al. (2001). Rõ ràng là bộ chuyển đổi 2 chiều là thiết thực rất cao đến tuabin gió hiện nay. Nó tạo thành công nghệ tiên tiến và do đó có thể được sử dụng cho điểm định chuẩn các cấu hình chuyển đổi. Các phân tích trong L. H. Hansen et al. cho thấy rằng các bộ chuyển đổi ma trận và nhiều mức là đối thủ cạnh tranh lớn nhất với chuyển đổi 2 chiều ( back-to-back ) và do đó được khuyến nghị để nghiên cứu sâu hơn.   Phần này tập trung chủ yếu vào bộ chuyển đổi 2 chiều, như ngày nay sử dụng rộng rãi nhất công cụ chuyển đổi tần số ba pha. Tuy nhiên, chúng tôi cũng sẽ tóm tắt ngắn gọn các ý kiến liên quan đến nhiều mức và chuyển đổi ma trận.   Bộ chuyển đổi back-to-back là một công cụ chuyển đổi năng lượng hai chiều bao gồm hai bộ chuyển đổi VSC thông thường điều chế độ rộng xung (PWM). Cấu trúc liên kết được hiển thị trong hình 3.3. Điện áp DC được tăng lên đến một biên độ cao hơn biên độ của điện áp lưới để đạt được điều khiển toàn bộ dòng điện lưới. Sự hiện diện của các điện cảm tăng làm giảm nhu cầu về các bộ lọc đầu vào hài hòa và cung cấp một số bảo vệ cho các công cụ chuyển đổi chống lại điều kiện bất thường trên lưới điện.   Các tụ giữa bộ biến đổi điện và bộ chỉnh lưu làm cho nó có thể tách riêng sự kiểm soát của hai bộ chuyển đổi, cho phép bù không đối xứng trên cả máy phát điện và lưới điện, mà không ảnh hưởng đến phía bên kia của bộ chuyển đổi. Năng lượng tại bộ chuyển đổi phía lưới được điều khiển để giữ cho điện áp DC không đổi, và sự điều khiển của bộ chuyển đổi phía máy phát điện được thiết lập để phù hợp với hệ số từ tính và tốc độ rotor như mong muốn. Sự điều khiển của bộ chuyển đổi 2 chiều ( back to back) trong các ứng dụng tua-bin gió được mô tả trong nhiều tài liệu (ví dụ như Bogalecka năm 1993; Pena, Clare và Asher, 1996). Bộ đổi điện dòng DC Chỉnh lưu Hình 3.3: Cấu trúc của bộ chuyển đổi tần số 2 chiều ( back- to- back) Kim và Sul (1993) đề cập đến sự hiện diện của các tụ điện DC liên kết trong bộ chuyển đổi 2 chiều làm giảm tuổi th