Đề tài tìm hiểu inverter và bộ hòa đồng bộ

Inverter hòa lưới là thiết bị biến đổi điện năng một chiều của giàn pin năng lượng mặt trời sang điện năng xoay chiều để cấp điện cho thiết bị sử dụng, là thành phần cực kỳ quan trọng tr

Đề Tài: Tìm hiểu inverter và bộ hòa đồng bộ

•Thành viên nhóm:  Trần Tiến Châu-20181093              Nguyễn Xuân Trường-20181289        Nguyễn Đức Hiếu-20181155

       Nguyễn Văn Lâm-20166336       Lê Xuân Trinh-20209514

INVERTER HÒA LƯỚI

Điện mặt trời là nguồn năng lượng xanh vô tận mà tạo hóa ban tặng cho chúng ta Hiện nay toàn thế giới đang có xu hướng đầu tư và phát triển nguồn năng lượng này Nó tạo ra nhiều lợi ích kinh tế to lớn với những ứng dụng trong thực tiễn Trong cấu tạo của hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới Ngoài các tấm pin năng lượng thì biến tần Inverter hòa lưới là bộ phận quan trọng không thể thiếu Vậy Inverter hòa lưới là gì?

1 Inverter hòa lưới là gì?

Inverter hòa lưới là thiết bị biến đổi điện năng một chiều của giàn pin năng lượng mặt trời sang điện năng xoay chiều để cấp điện cho thiết bị sử dụng, là thành phần cực kỳ quan trọng trong hệ thống điện mặt trời hòa lưới Khi các tấm pin

năng lượng mặt trời tiếp nhận ánh sáng mặt trời và chuyển thành dòng điện một chiều thì khi đó dòng điện này sẽ được

chuyển trực tiếp xuống bộ chuyển đổi điện hòa lưới (hay inverter hòa lưới) để tạo ra dòng điện một chiều, rồi được

inverter chuyển thành dòng điện xoay chiều, cung cấp nguồn điện cho các tải tiêu thụ. 

Inverter hòa lưới điện mặt trời

2 Nguyên lý hoạt động của Inverter hòa lưới (biến tần)

• Như đã biết, Inverter dạng hòa lưới có chức năng chuyển đổi toàn bộ nguồn năng lượng thu được từ pin mặt trời thành nguồn năng lượng điện để cung cấp cho các tải tiêu thụ Inverter có chế độ thông minh đó là tìm và đồng bộ pha giữa điện mặt trời và điện lưới làm một.

2 Nguyên lý hoạt động của Inverter hòa lưới (biến tần)

Inverter nói chung và loại hòa lưới nói riêng có nguyên lý hoạt động khá đơn giản Khi năng lượng mặt trời được hấp thụ bởi các tấm pin mặt trời, sau đó chuyển đổi thành dòng điện một chiều Dòng điện một chiều (DC) sẽ được Inverter chuyển thành dòng xoay chiều (AC) Sau đó, nó tự tìm và đồng bộ pha giữa điện mặt trời và điện lưới làm một thì nguồn điện mặt trời sẽ tự động hòa vào nguồn điện lưới để tiêu thụ Cụ thể:

 Đầu tiên, bộ chuyển đổi sẽ chuyển đổi điện xoay chiều vào thành điện áp một chiều sử dụng bộ chỉnh lưu (chuyển đổi điện xoay chiều thành một chiều) Điện đầu vào có thể là ba pha hoặc một pha, nhưng dòng điện sẽ ở mức điện áp và tần số cố định.

 Tiếp theo, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện(tụ điện là bộ phận điện thụ động được dùng để trữ năng lượng trong một trường điện) Điện áp một chiều này ở mức rất cao.

 Cuối cùng, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ viết tắt của Tranzito lưỡng cực có cổng, cách điện hoạt động giống như một công tắc tắt và mở cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của bộ chuyển đổi sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều ba pha

Sơ đồ hoạt động của bộ chuyển đổi điện Invertert

3 Các trường hợp xảy ra khi sử dụng Inverter

Trong quá trình sử dụng điện mặt trời hòa lưới có 3 trường hợp xảy ra:

 Nguồn điện do Inverter chuyển đổi bằng với nguồn điện tiêu thụ ở các tải Lúc này các tải tiêu thụ 100% năng lượng điện mặt trời.

 Nguồn điện do Inverter chuyển đổi nhỏ hơn với nguồn điện tiêu thụ ở các tải Lúc này các tải sẽ phải lấy thêm điện từ điện lưới để hoạt động.

 Nguồn điện do Inverter hòa lưới chuyển đổi lớn hơn với nguồn điện tiêu thụ ở các tải Lúc này số điện dư ra sẽ được trả ra điện lưới và có thể bán nó cho Nhà nước.

4 Các loại thiết bị Inverter hòa lưới

Có nhiều loại Inverter khác nhau dựa trên hình dạng của dạng sóng chuyển đổi, phổ biến là sóng vuông, sóng sin thuần và sóng sin biến đổi Chúng có cấu hình mạch khác nhau, hiệu quả, ưu điểm và nhược điểm khác nhau Đối với Inverter hòa lưới hiện nay, có 2 loại

hòa lưới điện năng lượng mặt trời phổ biến là: Inverter hòa lưới có lưu trữ và Inverter

hòa lưới không có lưu trữ.

4 Các loại thiết bị Inverter hòa lưới

 Inverter hòa lưới có lưu trữ:

Bộ inverter này có thêm một bình ắc quy đi kèm cùng với hệ thống Nguyên lý hoạt động của inverter này là khi Inverter chuyển đổi nguồn năng lượng mặt trời thành nguồn điện xoay chiều sẽ được nạp vào bình ắc quy để dự trữ rồi sau đó mới cung cấp cho các tải tiêu thụ.

4 Các loại thiết bị Inverter hòa lưới

Inverter hòa lưới không có lưu trữ

Inverter không lưu trữ này sẽ không có thêm bình ắc quy đi kèm cùng với hệ thống Nguyên lý hoạt động của Inverter này là khi năng lượng mặt trời được các tấm pin hấp thụ và chuyển đổi thành dòng điện DC thì Inverter sẽ chuyển đổi dòng DC này thành dòng AC Sau đó cung cấp cho các tải tiêu thụ và nếu số điện dư ra sẽ được trả ra điện lưới mà không có lưu trữ Do đó, nếu điện lưới bị cắt thì hệ thống cũng ngừng cung cấp điện cho các tải tiêu thụ.

5 Các thông số kỹ thuật quan trọng của Inverter hòa lưới khi lựa chọn

Trong quá trình thiết kế lựa chọn cần xem xét một số thông số quan trọng sau:

các inverter có thể phát ra công suất AC cao hơn công suất danh định trong trường hợp hệ số công suất PF=1.

thống pin mặt trời sinh ra sang công suất điện xoay chiều hòa vào lưới Hiệu suất càng cao càng tốt.

sát sản lượng điện từ xa mà không cần phải ở gần máy.

đạt hiệu suất đỉnh của inverter hòa lưới hoặc thuận tiện sử dụng các tấm pin có áp VOC (áp hở mạch) rất cao Đây thường là các tấm pin mặt trời cao cấp.

sớm hơn và buổi sáng và ngừng hoạt động muộn hơn vào buổi tối, giúp tăng sản lượng điện sản xuất bởi hệ thống.

tấm pin theo hướng khác nhau hoặc sử dụng các chuỗi tấm pin có công suất khác nhau hoặc công nghệ khác nhau.

5 Các thông số kỹ thuật quan trọng của Inverter hòa lưới khi lựa chọn

Trong các thông số trên ta cần chú trọng trong việc lựa chọn công suất Inverter Để lựa chọn công suất Inverter là tốt nhất, ta nên chọn công suất Inverter thấp hơn

công suất của giàn pin Như ta đã biết, Inverter hoạt động tối ưu nhất khi giá trị công suất bằng 0.8 lần công suất của giàn pin Bởi vì công suất hoạt động thực tế của giàn pin mặt trời chỉ khoảng 80% giá trị trong thông số ( VD: tấm pin 100W sẽ đạt ngưỡng công suất tối đa là 80W trong thực tế ) Do đó việc chọn công suất Inverter thấp hơn sẽ giúp tăng hiệu suất hoạt động ( Inverter hoạt động đầy tải, sáng khởi động sớm và

chiều tối ngưng hoạt động trễ hơn ), giảm giá thành đầu tư inverter

6 Lắp đặt Inverter hòa lưới

Để Inverter hoạt động hiệu quả chúng ta lắp đặt Inverter theo tiêu chí tối ưu hiệu suất hoạt động Đó không chỉ là lắp Inverter chắc chắn trên tường hay trên giàn khung, đấu nối Inverter chuẩn Mà tất cả đều quy về

một điểm quan trọng nhất đó là Nhiệt độ hoạt động của Inverter.

Khi hoạt động Inverter sinh ra lượng nhiệt rất lớn và ảnh hưởng đến hiệu suất chuyển đổi điện năng bên

trong Inverter Vì vậy mấu chốt khi lắp đặt Inverter, sao cho nhiệt độ hoạt động của Inverter được giảm xuống mức thấp nhất Điều này được đảm bảo bằng khoảng cách giữa Inverter và vật thể xung quanh, khu vực lắp đặt và cách lắp đặt Inverter.

6 Lắp đặt Inverter hòa lưới

• Khoảng cách giữa Inverter và các vật thể xung quanh

Khoảng này được quy định trong hướng dẫn sử dụng sản phẩm Lắp đặt theo khoảng cách này là bạn đang giúp cho Inverter có khả năng thoát nhiệt tốt hơn, hoạt động tốt hơn, tạo ra nhiều lợi nhuận hơn cho bạn Đương nhiên, khi vi phạm khoảng cách là chúng ta đã làm ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của inverter.

• Khu vực lắp đặt

Muốn Inverter phát huy 100% khả năng của

mình, hệ thống hoạt động hiệu quả, chúng ta nên chọn các khu vực thoáng gió, không gian rộng rãi để lắp đặt Inverter, tránh khu vực có ánh nắng mặt trời chiếu xuyên suốt trong ngày Vì ánh sáng mặt trời khiến màn hình hiển thị trên Inverter nhanh chóng bị lão hóa, làm tăng nhiệt độ bên trong Inverter và giảm nhanh tuổi thọ hoạt động của inverter theo thời gian.

6 Lắp đặt Inverter hòa lưới

• Cách lắp đặt Inverter

Inverter thoát nhiệt tốt nhất khi lắp đặt thẳng theo chiều dọc, tránh đặt nghiêng hoặc nằm ngang Bởi vì cơ chế thoát nhiệt của Inverter sẽ hoạt động tốt nhất khi Inverter lắp đặt theo chiều dọc.

7 Một số lỗi thường gặp trên Inverter và cách khắc phục

 Lỗi lưới AC

Nguyên nhân: Điện áp hoặc trở kháng của lưới tại điểm hòa lưới quá cao do đó Inverter dừng hoạt động.

Hướng dẫn kiểm tra : dùng đồng hồ kiểm tra điện áp tại điểm hòa lưới có nằm trong giới hạn cho phép của Inverter Nếu

điện áp vượt khỏi dãy giới hạn hãy liên hệ với điện lực để điều chỉnh lại điện áp.

 Lỗi tần số

Nguyên nhân: Tần số của lưới không nằm trong giới hạn cho phép của Inverter Do đó Inverter dừng hoạt động.

Hướng dẫn khắc phục: kiểm tra tần số của lưới và tần suất xảy ra hiện tượng trên,sau đó liên hệ với điện lực để được hỗ

 Lỗi nối đất

Hướng dẫn khắc phục : Inverter chưa được tiếp địa, kiểm tra dây PE kết nối với Inverter.

 Lỗi cách điện

Nguyên nhân: Inverter phát hiện sự cố chạm đất từ giàn pin mặt trời.

Hướng dẫn khắc phục: Dừng hệ thống và kiểm tra lại hệ thống dây dẫn trên giàn pin.

8 Vai trò cơ bản và mở rộng của Inverter hòa lưới điện mặt trời

Các công nghệ inverter hòa lưới đã tiến bộ đáng kể trong những năm gần đây, ngoài việc chuyển đổi DC thành AC, chúng còn cung cấp một số khả năng và dịch vụ khác để đảm bảo rằng Inverter hòa lưới có thể hoạt động ở mức hiệu suất tối ưu.

8 Vai trò cơ bản và mở rộng của Inverter hòa lưới điện mặt trời

 Giám sát và cung cấp dữ liệu chi tiết về hoạt động của hệ thống:

- Thống kê thông số hoạt động của hệ thống điện mặt trời hòa lưới

- Giám sát từ xa: báo cáo tình trạng hệ thống điện mặt trời hòa lưới từ xa qua mạng internet  Bảo vệ và xử lý sự cố phát sinh một cách hoàn hảo:

- Thông báo sự cố xảy ra với hệ thống giúp chúng ta làm chủ tình hình.

- Dừng hoạt động khi hệ thống rơi vào tình trạng nguy hiểm, bảo vệ hệ thống trước những hiểm họa nghiêm trọng.

 Điều khiển chức năng nâng cao

 Kết nối hệ pin lưu trữ năng lượng.

 Kết nối bộ DC Optimize.

TÌM HIỂU BỘ HÒA ĐỒNG BỘ

1 KHÁI NIỆM

• Các máy phát điện khi hoạt động ở chế độ làm việc song song với một máy khác, hoặc nhiều máy cùng nối chung vào một mạng lưới điện luôn đòi hỏi một số điều kiện Một trong các điều kiện đó là các máy phải hoạt động đồng bộ với nhau.

• Khi bắt đầu khởi động một máy phát điện, tốc độ của máy, tần số máy và điện áp của máy luôn bắt đầu từ 0 Sau khi thỏa các điều kiện tần số và điện áp của máy bằng với trị số định mức, phải có động tác đấu nối các

máy lại với nhau Động tác này gọi là Hòa đồng bộ

• Người ta có thể hòa đồng bộ

o Một máy phát điện với một máy khác

o Một máy phát điện với một lưới đang có điện o 2 lưới cùng đang có điện với nhau.

2 CÁC ĐIỀU KIỆN HÒA ĐỒNG BỘ

• Yêu cầu khi hòa đồng bộ trong hệ thống là: dòng điện cân bằng trong lúc hòa đồng bộ phải nhỏ nhất, giảm thiểu sụt áp và dao động công suất

o Điều kiện về điện áp o Điều kiện về tần số o Điều kiện về pha

•  Người ta cũng cho phép điện áp có sai biệt chút ít so với điện áp lưới Và thường người ta cũng chỉnh định sao cho điện áp máy phát bằng hoặc hơn điện áp lưới một chút, để khi đóng điện thì công suất vô công của máy nhỉnh hơn 0 một chút Đối với điện áp thì có thể điều chỉnh cho U máy = U lưới chính xác mà không có vấn đề gì.

b Điều kiện về tần số

• Tần số của 2 máy xấp xỉ bằng nhau.

• Sai biệt nằm trong khoảng Delta ∆f cho phép ∆f này là bao nhiêu tùy thuộc vào việc chỉnh định bộ điều tốc và rơ le hòa điện tự động, hoặc rơ le chống hòa sai.

• Thông thường, người ta điều chỉnh sao cho ∆f có trị số > 0, nghĩa là tần số máy cao hơn tần số lưới một chút Như vậy khi hòa vào lưới, máy phát sẽ bị tần số lưới ghì lại, nghĩa là máy phát sẽ phát một công suất bé ra lưới ngay thời điểm đóng máy cắt.

• Một số rơ le cho phép đóng cả khi tần số máy phát thấp hơn tần số lưới Nhưng vận hành viên thường vẫn điều chỉnh sao cho tần số máy cao hơn Nếu tần số máy thấp hơn lưới, thì sau khi đóng máy cắt, máy phát sẽ bị tần số lưới kéo cho chạy nhanh lên, công suất sẽ bị âm một ít, mát phát làm việc ở chế độ động cơ.

• Thông thường, các bộ điều tốc sẽ chỉnh định tốc độ FSNL (full speed no load) bằng 100,3% định mức Và đây cũng là tần số ban đầu để đưa hệ thống hòa đồng bộ vào vận hành Với ∆f nhỏ hơn ∆f cho phép, thì khi hòa đòng bộ, công suất phát ra hoặc thu vào rất bé, không ảnh hưởng gì đến hệ thống.

c Điều kiện về pha

• Đây là điều kiện bắt buộc, và phải tuyệt đối chính xác Thứ tự pha, thường chỉ kiểm tra một lần đầu tiên khi lắp đặt máy Từ đó về sau, không ai kiểm lại làm gì, ngoại trừ nếu có công tác gì đó phải tháo nhiều thứ ra và lắp lại.

• Vì phải điều chỉnh tần số, nên 2 tần số không bằng nhau Do đó góc pha sẽ thay đổi liên tục theo tần số phách bằng hiệu của 2 tần số Các rơ le phải dự đoán chính xác thời điểm góc pha bằng 0, biết trước thời gian đóng của máy cắt, và phải cho ra tín hiệu đóng MC trước thời điểm đồng bộ bằng đúng thời gian đó Thường khoảng dưới 100 ms đến vài trăm ms.

3 CÁC BIỆN PHÁP KIỂM TRA CÁC ĐIỀU KIỆN HÒA ĐỒNG BỘ

a Đồng vị pha trong máy phát

• Đối với máy phát được hòa đồng bộ vào hệ thống lưới, thứ tự pha phải hoàn toàn chính xác Như vậy chỉ cần một pha của máy phát có góc lệch so với pha tương ứng của lưới bằng không thì đã đạt điều kiện về đồng vị pha Trong trường hợp này, đồng vị pha sẽ được xác định khi máy phát đã quay đến đủ tốc độ định mức và điện áp cũng đạt đến giá trị định mức Khi đó, do tần số của máy phát và tần số của lưới thường luôn dao động trong phạm vi nhỏ, nên rất khó bằng nhau trong một thời gian dài, mà sẽ có sai lệch nhỏ Với sự khác biệt về tần số như thế, nên góc lệch pha giữa hai máy sẽ thay đổi liên tục.

• Vì thế các thao tác đóng máy cắt điện để hòa đồng bộ vào lưới rất có nhiều rủi ro không đúng góc pha Khi đóng máy cắt ở trạng thái góc pha không đúng, dòng điện máy phát sẽ rất lớn và có dạng xung Momen điện từ trong máy phát cũng thay đổi đột ngột, rất dễ gây hư hỏng cho máy, và gây mất ổn định cho lưới.

3 CÁC BIỆN PHÁP KIỂM TRA CÁC ĐIỀU KIỆN HÒA ĐỒNG BỘ

b Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới

• Đối với các hệ thống phân đoạn, hệ thống lưới mạch vòng, thì đồng vị pha đã được xác định ngay khi thiết kế Tuy nhiên do những sai lệch về điện áp giáng trên đường dây, trên tổng trở ngắn mạch của máy biến áp, do phối hợp các tổng trở các máy biến áp trong mạch vòng không tốt và do sự phân bố tải trước khi đóng, nên góc pha giữa hai đầu máy cắt có thể khác không Nhưng thường là ít thay đổi trong thời gian ngắn Trong trường hợp này, đóng máy cắt sẽ không gây ra ảnh hưởng gì lớn, ngoại trừ một vài điểm nào đó có khả năng quá tải.

• Đối với một số vùng liên kết với hệ thống lưới bằng một đường duy nhất, hoặc nhiều đường nhưng do sự cố đã rã toàn bộ, thì khi đóng lại, góc pha sẽ không còn bằng không nữa Khi đó, góc pha sẽ thay đổi liên tục, vì hai tần số lúc ấy sẽ không còn bằng nhau Đóng máy cắt lúc đó phải đầy đủ các điều kiện về tần số như hòa đồng bộ máy phát điện Và thường rất khó, khó hơn hòa đồng bộ máy phát Vì muốn thay đổi tần số của một trong hai hệ thì không thể tác động tại chỗ được, mà phải liên hệ từ xa.

4.CÁC PHƯƠNG PHÁP HÒA ĐỒNG BỘ

2.1 Hoà đồng bộ bằng bộ hoà đồng bộ kiểu ánh sáng đèn.

- Bộ hoà này dùng cho các máy phát điện có công suất nhỏ Có hai kiểu nối các đèn trong bộ hoà: kiểu nối “tối” (hình 13-6a) và kiểu ánh sáng đèn “quay” (hình 13-6b).