Lựa chọn thiết bị cho hệ thống

PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI CÓ MÁYPHÁT CHO TRANG TRẠI CHĂN NUÔI...11.1 Thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới có máy phát biogas cấp cho trang trại chăn nuôi...11.2 Giải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÀI TẬP LỚN

Lựa chọn thiết bị cho hệ thống PVnối lưới có máy phát dự phòng

BiogasNgành Kỹ thuật điện

Giảng viên hướng dẫn: TS.Hoàng Anh

Bộ môn: Thiết bị đóng cắt và bảo vệ Nguyễn Thị Kiều Anh - 20181082 Phan Văn Long - 20181209 Nguyễn Đức Hiếu - 20181154 Nguyễn Đức Thảo - 20181271 Nguyễn Hoàng Sơn - 20181260 Chu Hoàng Long - 20181197 Trần Trọng Nghĩa - 20181233 Phan Võ Thành Long - 20181210

HÀ NỘI, 6 /2021

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình học tập bọn em luôn được sự quan tâm, hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của các thầy, cô giáo trong khoa cùng với sự giúp đỡ của bạn bè

Lời đầu tiên bọn em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến ban giám hiệu trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Tiếp đó em muốn cảm ơn thầy Hoàng Anh đã tạo điều kiện giúp đỡ cho bọn em có cơ hội làm đề tài này, trong thời gian làm bài tập bọn em đã được học tập rất nhiều kiến thức bổ ích cũng như ứng dụng trong thực tế

Trong quá trình làm bài thảo luận không thể tránh khỏi những sai sót, rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy cô và các bạn để bài thảo luận được trở nên hoàn thiện hơn Em xin chân thành cám ơn

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI CÓ MÁY

PHÁT CHO TRANG TRẠI CHĂN NUÔI 1

1.1 Thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới có máy phát biogas cấp cho trang trại chăn nuôi 1

1.2 Giải thích về sơ đồ nguyên lý hệ thống: 1

CHƯƠNG 2 TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2

2.1 Thiết kế hệ thống PV có công suất 1MW: 2

3.2.3 Tính toán số lượng tấm pin 10

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN MÁY PHÁT BIOGAS 13

4.1 Lưu ý khi chọn máy phát điện 13

4.2 Tính toán các thông số 13

4.3 Lựa chọn máy phát điện theo sơ đồ đã cho 13

4.3.1 Theo sơ đồ và thông số thầy đưa ra 13

CHƯƠNG 5 THIẾT BỊ HÒA ĐỒNG BỘ 15

5.1 Chọn thiết bị hòa đồng bộ: 15

5.1.1 Đồng hồ đo dòng điện, áp và tần số Selec VAF36A 15

5.1.2 Bộ điều khiển cho hòa đồng bộ: AGC 150 – gói phần mềm, extended 15 CHƯƠNG 6 LỰA CHỌN DÂY DẪN 16

6.1 Dây dẫn DC 16

6.2 Dây dẫn AC 17

6.2.1 Các yếu tố chọn dây dẫn 17

6.2.2 Tính toán dây dẫn từ tủ AC chính lên trạm biến áp 18

6.2.3 Tính toán lựa chọn dây dẫn từ tủ AC Inverter đến tủ AC chính 22

6.2.4 Tính toán lựa chọn dây dẫn từ tủ AC chính về tải và từ đoạn chia của lưới (đoạn chia một dây vào thanh cái và dây vào breaker) 23

CHƯƠNG 7 CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VÊ 26

7.1 Thiết bị chống sét 26

7.2 Lựa chọn cầu chì 27

7.2.1 Cầu chì cho 1 giàn pin gồm 20 tấm pin PV 27

7.2.2 Cầu chì cho 14 giàn pin 27

7.3 Lựa chọn Aptomat tổng 28

7.4 Lựa chọn thiết bị bảo vệ cho máy phát biogas: 29

7.5 Lựa chọn thiết bị bảo vệ cho máy biến áp 31

7.6 Lựa chọn Aptomat cho 8 Inverter 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

Hình 6-5 Mô hình sắp xếp dây dẫn trên cột 22

Hình 6-6 Mô hình dây dẫn sắp xếp trên cột 24

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1 Thông số Kỹ thuật của tấm pin 2

Bảng 1-2 So sánh giá tấm pin 5

Bảng 2-1 Phân loại các hệ thống điện mặt trời 6

Bảng 2-2 So sánh các loại inverter với công suất khác nhau 8

Bảng 2-3 So sánh các loại inverter 9

Bảng 3-1 Thông số máy phát 13

Bảng 5-1 Thông số dây dẫn 16

Bảng 5-2 Giá tiền mỗi mét dây cửa công ty phân phối SOLAR TOP 16

Bảng 5-3 Bảng lựa chọn cáp trên không 23

Bảng 5-4 So sánh giữa hai hãng Cadisun và Cadivi 25

Bảng 6-1 Bảng thông số chi tiết của thiết bị chống sét 26

Bảng 6-2 Bảng so sánh thông số cầu chì cho một giàn pin 27

Bảng 6-3 Bảng thống số cầu chì cho 14 giàn pin 27

Bảng 6-4 Hệ số suy giảm khi lắp đặt 28

Bảng 6-5 Bảng thông số nhiệt độ môi trường 28

Bảng 6-6 Bảng so sánh các loại Aptomat tổng 29

Bảng 6-7 Bảng thông số kỹ thuật Aptomat 30

Bảng 6-8 Bảng thông số kỹ thuật của rơ-le tương ứng 30

Bảng 6-9 Bảng thông số của sản phẩm 33

CHƯƠNG 1 PHÂN TÍCH HỆ THỐNGĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI CÓ

MÁY PHÁT CHO TRANG TRẠICHĂN NUÔI

1.1 Thiết kế hệ thống điện mặt trời nối lưới có máy phát biogas cấp cho trang trại chăn nuôi

Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ thông

1.2 Giải thích về sơ đồ nguyên lý hệ thống:

Hệ thống hoạt động với hai nguồn chính đó là nguồn từ hệ thống điện mặt trời PV 1MW và nguồn từ máy phát Biogas 150kW Trang trại chăn nuôi sẽ được cung cấp điện từ 2 nguồn này và khi nguồn phát thừa lượng điện mà phụ tải tiêu thụ thì sẽ được đẩy lên lưới điện.

CHƯƠNG 2 TẤM PIN NĂNG LƯỢNGMẶT TRỜI

2.1 Thiết kế hệ thống PV có công suất 1MW:2.1.1Sơ đồ nguyên lý :

Hình 2-2 Sơ đồ nguyên lý

2.1.2 Giải thích về sơ đồ nguyên lý và cấu hình hệ thống nguồn PV:

Solar Panels: lấy từ năng lượng của dòng bức xạ điện từ xuất phát từ Mặt Trời được hấp thu trực tiếp qua tấm pin mặt trời chuyển hóa thành điện năng, nối trực tiếp vào hệ thống điện lưới có sẵn nên được gọi là hệ thống điện mặt trời hòa lưới hoặc nối lưới Công suất một tấm pin tạo ra không đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng cho một ngôi nhà hoặc một doanh nghiệp, do đó cần phải liên kết các tấm pin (PV) với nhau để tạo thành các chuỗi PV ta sử dụng nhiều Inverter để ghép nối các chuỗi pin (PV) lại với nhau và đưa về tủ điện tổng trước khi hòa lưới

Dãy 8 inverter SG110CX Sungrow chuyển đổi dòng điện một chiều ( DC ) thành dòng xoay chiều ( AC ) ghép nối với nhau đưa về tủ điện AC BOX trước khi hòa lưới , mỗi inverter có 9 MPPT, mỗi MPPT gồm 2 strings (kênh) Mỗi inverter có 14 string , số tấm pin mỗi 1 string là 20 tấm

2.1.3 Chọn tấm pin mặt trời :

- Ta chọn tấm pin LONGI LR4-72HPH 445M Hình ảnh sản phẩm :

Hình 2-3 Tấm pin LONGI LR4-72HPH 445M

Tấm pin năng lượng mặt trời LONGI LR4-72HPH 445M đến từ thương hiệu có tiếng hàng đầu thị trường Việt Nam cũng như nhiều nước Sở hữu các công nghệ tích hợp phù hợp cho các hệ thống năng lượng áp mái, dễ dàng lắp đặt và có tuổi thọ cao từ 25-30 đáp ứng hiệu suất trên 80% Với giá cả hợp lí cùng hiệu suất đảm bảo tấm pin sẽ trở nên phù hợp cho các hệ thống điện mặt trời hoặc mục đích thương mại.

Bảng 1-1 Thông số Kỹ thuật của tấm pin

Thông số điều kiện chuẩn

Điện áp tại điểm công suất đỉnh 49.1 V Dòng điện tại công suất đỉnh 11.53 A

Hiệu suất quang năng mô-đun 20.5% Ngưỡng nhiệt độ vận hành -40°C ~ +85°C

Ngưỡng điện áp cực đại 1500 V (IEC/UL)

* Trong điều kiện tiêu chuẩn, bức xạ mặt trời là 1000W/m2, áp suất khí quyển 1.5AM, nhiệt độ môi trường là 25 độ C, tốc độ gió 1m/s

Thông số kỹ thuật cơ khí

Loại tế bào quang điện Mono-crystalline, Half-cut

Kính mặt Một mặt kính 3.2 mm cường lực

Cáp điện 4 mm2, 300 mm, thay đổi theo yêu cầu Quy cách đóng gói 30 tấm trên 1 kiện hàng (pallet) Số tấm trong container 660 tấm/1 container

Chứng chỉ chất lượng

IEC61215 / IEC61730 / UL1703 ISO9001:2008 / ISO14001:2004 /

TS62941 /OHSAS18001:2007

- LR4-72HPH 445M là một sản phẩm cao cấp gồm 144 cell đơn tinh thể, cấu trúc vững chắc cho hiệu suất tối ưu đồng thời mang tính thẩm mỹ cao cho các thiết kế trong hộ dân cư.

- Được thông qua các quy trình sản xuất nghiêm ngặt để chất lượng sản phẩm là hoàn hảo trước khi đưa ra thị trường thông qua các kiểm tra chất lượng và đạt được các chứng nhận tiêu biểu như UL 1703, IEC 61215, IEC 61730 và chứng nhận ISO 9001/14001.

- Bề mặt tấm pin Longi 445W này được trang bị loại kính cường lực chắc chắn dày 3.2mm bảo vệ tốt các cell pin trong điều kiện thời tiết khắc nghiệp Đồng thời hạn chế khả năng bám bụi ở bề mặt làm ảnh hưởng đến quá trình sử dụng hệ thống.

- Được kiểm tra về sức chịu tải ở hai bề mặt tấm pin trước và sau là 5400Pa và 2400Pa Sử dụng công nghệ mono half cell cho hiệu suất quang điện cao hơn 22% đồng thời giảm nhiệt độ cho tấm pin trong quá trình hoạt động.

- Đặc điểm thiết kế theo kiểu kết nối song song tránh ảnh hưởng tới hiệu suất ở những khu vực có bóng râm so với các kiểu thiết kế thông thường.

- Hộp đựng mạch điện đạt tiêu chuẩn chống nước IP68 Các Diot chất lượng đảm bảo mô đun chạy an toàn, tản nhiệt tốt và tuổi thọ dài.

- Khung pin được thiết kế chắc chắn đáp ứng tốt thời gián sử dụng lâu dài và có hai màu sắc lựa chọn chính là màu bạc và đen.

- Được bảo hành kĩ thuật trong 12 năm.

KẾT LUẬN: Ta chọn tấm pin Longri do có hiệu suất cao, giá thành rẻ và dòng ngắn mạch nhỏ lựa chọn vật liệu giá thành rẻ tiết kiệm chi phí.

2.1.4 Tính toán lựa chọn thiết bị :Tính toán:

Để thiết kế được chi tiết và chuẩn hóa, chúng tôi xin được dùng tấm LONGI LR4-72HPH 445M (445W) và Inverter SG110CX Sungrow có công suất cực đại là 110K để minh họa

Với hệ thống điện mặt trời dưới 1MW, ta có: 1 Số lượng tấm pin: 445W x 2240 tấm= 996,8kW

2 Dãy 8 inverter SG110CX Sungrow, mỗi inverter có 9 MPPT, mỗi MPPT gồm 2 strings (kênh), được thiết kế như sau: Với khoảng làm việc hiệu quả của inverter là 200-1000V, mỗi tấm pin có V_mpp =49,1 vậy số tấm pin tối đa mỗi string là 20 tấm Để có tổng công suất từ 8 inverter là bé hơn 1MW thì mỗi inverter sẽ có số string là 14

CHƯƠNG 3 INVERTER3.1 Tìm hiểu về inverter

3.1.1Phân loại các hệ thống điện mặt trời

Bảng 2-3 Phân loại các hệ thống điện mặt trời điện năng dư thừa vào lưới điện nhưng vẫn duy trì sử dụng năng lượng từ lưới khi năng lượng từ lượng điện năng dư thừa, cho phép lưu trữ điện năng dư thừa để sử dụng khi cần thiết (ví dụ mất lưới), cho phép sử dụng trực tiếp điện từ lưới nếu như dự trữ, pin

điều khiển sạc Sau năng lượng cho thiết bị điện hoặc chuyển đến lưới nếu thừa năng lượng

trong nhà hay bán điện lên lưới.

Ưu điểm - Độc lập với lưới không phải tuân theo các điều khoản

- Chi phí đầu tư cao hơn nhiều so vưới

Bảng 2-4 So sánh các loại inverter với công suất khác nhau

Dải điện áp vào

nhất (AC)96A159A902A Hiệu suất khi

- Như bảng trên thì việc lựa chọn inverter 500kW là không nên vì giá tiền quá cao, kích thước lớn khó lắp đặt bảo dưỡng và sửa chữa phức tạp cũng như việc thay thế hỏng hóc thì thiết bị không có sẵn Tỷ lệ phần trăm công suất trên công suất tổng của inverter 500kW quá cao, việc ngừng hoạt động 1 inverter khiến cho rất nhiều tấm pin mặt trời phải ngừng hoạt động theo rất lãng phí.

- Với việc sử dụng Inverter 60kW thì ta tốn hơn 222.100.000 VNĐ tổng giá trị so với

Nhà sản xuất SMA Sungrow Huawei Dải điện áp đầu

Hiệu suất tối đa / Hiệu suất chuẩn

- Chúng ta không sử dụng hết tất cả các điểm MPPT của một inverter nên việc chênh lệch một hai đầu vào MPPT không quá quan trọng.

- Nhận thấy hiệu suất Inverter Sungrow là lớn nhất mà giá cả lại rẻ nhất →Do đó Inverter SG110CX được sử dụng

3.2.3Tính toán số lượng tấm pin

Dựa vào phần mềm Pvsyst [10] để tính toán đưa ra số lượng tấm pin hợp lý, ít nhất nhưng vẫn đảm bảo điều kiện vận hành.

Thông số cơ bản của tấm pin:

+

Công suất cực đại: 400Wp

- Điện áp tại công suất đỉnh (Vmp): 41,7 V - Dòng điện tại công suất đỉnh (Imp): 9,6 A - Điện áp hở mạch (Voc): 49,8V

Hình 3-5 Inverter Sungrow SG110CX

Hình 3-6 Tính đơn giản trên phần mềm Pvsyst

Thông số cơ bản của Inverter:

nhất: 1100V

- Số đầu vào điểm công suất cực đại: 9

- Số dãy trên một điểm bắt công suất cực đại: 2 - Dòng điện một chiều lớn nhất: 26A*9

- Công suất xoay chiều đầu ra lớn nhất: 110kVA - Dòng điện xoay chiều đầu ra lớn nhất: 158.8 A

Kết quả sau khi sử dụng Pvsyst tính toán số lượng tấm pin - Công suất đầu ra: 880 kWAC

Nhận xét: Lý do công suất lắp đặt 1 MWp mà chỉ thu được 880kWAC

- Nhiệt độ môi trường: Ví dụ tấm pin Longi LR4-72HPH 445M thì 445W là công suất đỉnh trong điều kiện thí nghiệm STC (điều kiện nguồn sáng 1000W/m² sẽ chiếu lên bề mặt tấm pin, nhiệt độ cell tấm pin là 25°C, môi trường là 5°C)[11].

Hình 3-7 Tấm pin Longi LR4-72HPH 445M

Hình 3-8 Inverter SG110CX

Nhưng trên thực tế Việt Nam biên độ nhiệt trung bình dao động từ 21-27°C (lớn hơn nhiều so với điều kiện STC), cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày trong năm ở miền Bắc là 3.69 kWh/m² hay 1.025W/m² (nhỏ hơn nhiều so với điều kiện STC) [12].

- Thời điểm bức xạ mặt trời đạt đỉnh vào buổi trưa (tấm pin nhận nhiều nắng nhất) lại là thời điểm nhiệt độ môi trường cao nhất (tấm pin suy hoa công suất nhiều nhất) Theo thông số bảng bên được lấy từ Datasheet của tấm pin Longi LR4-72HPH 445M thì của tấm pin sẽ giảm 0.35%/°C Giả sử nhiệt độ môi trường là 35°C suy ra nhiệt độ của cell khoảng 45°C (do nhiệt độ cell luôn cao hơn nhiệt độ môi trường 15°C) Tổn hao công suất sẽ là - Bụi bẩn làm giảm lượng ánh sáng tấm pin nhận được, suy giảm công suất phát

điện của tấm pin - Suy hao do dây dẫn

- Tổn hao của inverter (hiệu suất inverter chỉ đạt 98,7%/98,5%)

CHƯƠNG 4 LỰA CHỌN MÁY PHÁTBIOGAS

4.1 Lưu ý khi chọn máy phát điện

- Tính toán chi tiết công suất tiêu thu tổng  Tính công suất máy phát điện

- Nhằm tăng tuổi thọ và độ bền cho máy phát điện nên chọn mua máy phát điện có công suất cao hơn công suất tiêu thụ thực tế từ 10% đến 25%.

- Nên chọn mua máy có thời gian hoạt động liên tục dài, vì thời gian cúp điện ở nước ta thông thường từ vài giờ đến nửa ngày.

- Máy phát điện thường gây tiếng ồn lớn, ảnh hưởng đến gia đình có trẻ nhỏ và khu vực xung quanh  Cân nhắc về vấn đề tiếng ổn Hiện đã có một số loại có hệ thống giảm thanh khắc phục điều này

Hình 3-9 Hệ số nhiệt độ so với STC

4.2 Tính toán các thông số

- Công suất tải: 5x 10.5kW= 52.5kW/ 65.625kVA - Hệ số công suất: 0.8

4.3 Lựa chọn máy phát điện theo sơ đồ đã cho4.3.1Theo sơ đồ và thông số thầy đưa ra

- Công suất tải: 5x 10.5kW= 52.5kW/ 65.625KVA - Hệ số công suất: 0.8

- Công suất máy phát: 150KW

 Lựa chọn máy phát Biogas KDGH150-G do Camda sản xuất.

4.3.1.1 Một số hình ảnh của máy phát:Bảng 3-6 Thông số máy phát

Hình 4-10 Hình ảnh máy phát biogas 150kW

CHƯƠNG 5 THIẾT BỊ HÒA ĐỒNG BỘ5.1 Chọn thiết bị hòa đồng bộ:

5.1.1Đồng hồ đo dòng điện, áp và tần số Selec VAF36A

Lý do chọn:

- Đồng hồ có mức giá tốt hơn so với các đồng hồ khác dành cho tủ - Có khả năng đo được điện áp cao thế và trung thế

- Dòng điện chỉ thị cài đặt đc từ 5 -10000A

Hình 5-11 Hình ảnh thiết bị hòa đồng bộ

5.1.2Bộ điều khiển cho hòa đồng bộ: AGC 150 – gói phần mềm, extended

Lý do chọn:

- Bộ điều khiển cho phép hòa đồng bộ, điều khiển tích hợp hệ thống gồm nguồn điện từ lưới, nguồn điện từ PV và các nguồn điện máy phát.

- Có điều khiển bảo vệ: bảo vệ động cơ, bảo vệ thấp áp và công suất phản kháng, bảo vệ thanh cái, bảo vệ quá dòng có hướng AC, bảo vệ dòng thứ tự nghịch và thứ tự không,…

- Có các tính năng quản lí điện năng, quản lí tải,…

- Có tích hợp phần mềm cài đặt chế độ làm việc kết nối với máy tính nên dễ sử dụng, dễ làm việc

- Chọn gói phần mềm extended vì là gói có gần như đầy đủ các chức năng bảo vệ cơ bản cũng như quản lí điện năng, thêm vào đó với yêu cầu không quá cao về độ tin cậy của hệ thống nên chọn gói phần mềm này sẽ kinh tế hơn so với các

- Một vài thông số của dây dẫn

Bảng 5-7 Thông số dây dẫn

- Lý do lựa chọn:

+ Điện áp định mức = Điện áp inverter = 1000V Ngoài ra điện áp hoạt động tối đa cho phép lên đến 1200V

+ Nhiệt độ môi trường khi vận hành từ âm 40 độ lên đến 90 độ, tối đa lên đến 120 độ nên phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam và phù hợp để truyền dòng DC từ PV

+ Có quy chuẩn về cấp chống cháy Eca cùng với khả năng kháng nước, bền với điều kiện môi trường

+ Tính toán thiết diện dây dẫn: Theo công cụ DC Cable Sizing Tool [13] Các thông số cần nhập bao gồm: độ sụt áp cho phép của dây dẫn (khuyến nghị 2-3%), điện áp hệ thống/ Điện áp của string, dòng tối đa của cáp DC (thường là gấp đôi dòng ngắn mạch) , chiều dài tối đa dự kiến của cáp DC (khuyến nghị ngắn vì nếu quá dài sẽ tăng độ sụt áp nhiều) Nhập các thông số ta tính toán được tiết diện dây cần là 6 mm2.

Bảng 5-8 Giá tiền mỗi mét dây cửa công ty phân phối SOLAR TOP