BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - LÊ NGỌC TUÂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỔNG QUÁT TRONG THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN KẾT NỐI LƯỚI DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - LÊ NGỌC TUÂN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỔNG QUÁT TRONG THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN KẾT NỐI LƯỚI DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CBHDKH: PGS, TS NGÔ CAO CƯỜNG THS LÊ ĐÌNH LƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2016 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS TS Ngô Cao Cường ThS Lê Đình Lương Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP HCM ngày 12 tháng 03 năm 2016 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ tên PGS TS Dương Hoài Nghĩa PGS TS Nguyễn Thanh Phương TS Đặng Xuân Kiên PGS TS Lê Minh Phương TS Võ Hoàng Duy Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày 15 tháng 01 năm 2016 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Ngọc Tuân Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 30/10/1980 Nơi sinh: Hà Nội Chuyên ngành: Kỹ thuật điện MSHV: 1441830027 I- Tên đề tài: NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP TỔNG QUÁT TRONG THIẾT KẾ TỐI ƯU BỘ ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN KẾT NỐI LƯỚI DÙNG CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI II- Nhiệm vụ nội dung: - Tìm hiểu nghiên cứu lượng mặt trời - Tìm hiểu pin mặt trời - T m hiểu giải thuật PSO hệ th ng điều khiển t động - Phân tích ảnh hưởng việc hòa hai nguồn điện - Xây d ng phương tr nh giải thuật để tính toán chuyển đổi lượng - Dùng phần mềm Matlab 7.0 mô hòa lượng mặt trời vào lưới điện - phân ph i III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/08/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/01/2016 V- Cán hướng dẫn: PGS TS Ngô Cao Cường - ThS Lê Đình Lương CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS TS Ngô Cao Cường KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Lê Ngọc Tuân ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS, TS Ngô Cao Cường, thầy ThS Lê Đình Lương thầy PGS, TS Nguyễn Thanh Phương người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Xin cám ơn trường quý Thầy Cô trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM, Khoa Cơ - Điện - Điện Tử, Phòng Quản Lý Khoa Học - Đào Tạo Sau đại học, tập thể lớp 14SMĐ11 tạo điều kiện cho thực Luận văn Tôi xin cảm ơn quý Thầy Cô Hội đồng đánh giá Luận văn nhiệt tình góp ý chỉnh sửa để luận văn hoàn chỉnh Tôi xin cảm ơn anh chị học viên đồng nghiệp hổ trợ đóng góp ý kiến để luận văn hoàn thiện Cuối xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè người thân bên động viên, giúp đỡ nhiều để hoàn thành khóa học Người thực luận văn Lê Ngọc Tuân iii TÓM TẮT Ngày nay, việc phát triển lĩnh vực lượng gió lượng mặt trời đạt nhiều thành tựu đáng kể, lĩnh vực lượng vô tận Trong tình hình nhu cầu lượng ngày cao việc đa dạng hóa nguồn lượng từ nguồn lượng vô tận giải pháp hiệu khuyến khích phát triển Các nguồn lượng giảm bớt phần gánh nặng từ áp lực cung cấp điện lưới điện, chủ yếu dựa vào nhiệt điện thủy điện Tuy nhiên, có số hạn chế công suất nhỏ phân tán Để sử dụng có hiệu cần phải kết nối nguồn lượng thông qua lưới điện phân phối có nghịch lưu có khả kết nối với lưới điện xoay chiều Trong trình hoạt động pin lượng mặt trời kết nối lưới điện phân phối, việc phải hoạt động điểm có công suất lớn th o thay đổi cường độ xạ mặt trời yêu cầu tối thiểu hóa tổng độ m o dạng sóng hài TH yêu cầu cần phải đạt để đảm bảo chất lượng điện lưới điện Để đạt yêu cầu này, giải thuật tối ưu hóa bầy đàn PS giới thiệu ứng dụng việc xác định hệ số điều khiển điều khiển dòng điện Luận văn tập trung xây dựng giải thuật điều khiển nghịch lưu kết nối lưới AC có khả tự động ổn định điều khiển dòng công suất tác dụng bơm vào lưới điện phân phối đạt giá trị cao thu từ pin lượng mặt trời Đồng thời, TH thấp dòng điện bơm vào lưới giữ mức iv ABSTRACT Nowaday, wind and solar energy have been developing successfully, both field are green and renewable resource More and more higher energy demand in our life need diversity of resource with enjoying of green and renewable is the effective aproach, which are always encouraged Those resource will redue demand of energy from hydroelectric plant and thermoelectricity plant on power system However, solar energy have low rate power and dispersion To increase efficiency of solar energy need to connect them with power network via invertor, which can link to power system The whole of operation of solar cell units link to power network, beside the requirement the solar cell units must operate at the maximum power point, the current was injected to power grid must have minimum total hamonic disturbance (THD) Solving this requirement, Particle Swarm Optimization (PSO) theory was introduced and implement in this thesis to determine controll factors of PI current regulator This thesis present a new approach for invertor link to power system They can control active and reactive power were inject to power grid Active power was remained at maximum power was supplied by solar cell units Reactive power was remained approximately zero It lead to power factor of device approximately In addition, THD of current is must remain in the minimum value v MỤC LỤC LỜI CAM Đ AN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v MỤC LỤC C C H NH viii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT xi CH ƠN I I THI 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Điểm luận văn 1.6 Giá trị thực tiễn luận văn 1.7 Nội dung luận văn CH ƠN T N Q AN .6 2.1 Tổng quan pin lượng mặt trời 1.1 Lịch sử phát triển pin mặt trời .6 Tình hình phát triển pin mặt trời .1 Trên giới .8 Thực tế iệt Nam 10 a Tiềm phát triển lượng mặt trời tai iệt Nam 10 b Hiện trạng ứng dụng lượng mặt trời iệt Nam 11 Phân loại pin mặt trời 13 1.4 Cấu tạo hoạt động pin mặt trời Silic .14 1.5 Cấu tạo hoạt động loại pin mặt trời kiểu 17 2.1.5.1 Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell) .17 2.2 Tổng quan kết nối lượng mặt trời với lưới điện phân phối 20 vi 2.2.1 Tính cần thiết việc kết nối pin mặt trời vào lưới điện phân phối 20 Hòa đồng hai máy phát 22 Hòa đồng hai nguồn áp 23 Phân tích điều kiện hòa 25 a Điều kiện điện áp .25 b Điều kiện tần số không thoả mãn 25 c Điều kiện thứ tự pha 27 d Điều kiện góc lệch pha 27 Hòa đồng nguồn dòng vào nguồn áp .28 2.3 Giải thuật tối ưu hóa bầy đàn 29 2.3.1 Giới thiệu thuật toán tối ưu hóa bầy đàn .29 Lịch sử phát triển giải thuật tối ưu hóa bầy đàn 29 Khái quát hóa giải thuật tối ưu hóa bầy đàn 30 2.3.4 Một số khái niệm giải thuật tối ưu hóa bầy đàn .32 CH ƠN KHẢ S T T NH T N 34 Pin lượng mặt trời phương trình toán pin lượng mặt trời 34 1.1 Phương trình tương đương pin lượng mặt trời 34 3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin lượng mặt trời 35 Phương trình tương đương pin lượng mặt trời 36 3.2 Mạch nghịch lưu kết nối lưới điện phân phối 38 3.2.1 Phân loại nghịch lưu .38 Phương pháp điều khiển khóa công suất nghịch lưu nguồn áp 38 Phương pháp điều khiển khóa công suất nghịch lưu nguồn dòng .42 Xây dựng giải thuật tối ưu hóa bầy đàn 45 Các bước việc xây dựng giải thuật PSO 45 Lưu đồ giải thuật PSO 46 3.3.3 Những vấn đề cần quan tâm xây dựng giải thuật PSO 47 Đặc điểm ứng dụng giải thuật PSO 51 69 Hình 17: Dạng sóng dòng điện NLBXMT đạt 300-500-600 W/m2 Khi khảo sát công suất tác dụng công suất phản kháng bơm vào lưới điện phân phối trường hợp với cường độ xạ mặt trời 300-500-600 W/m2 ta thu kết hình 4.18 bên Hình 4.18 cho ta thấy công suất tác dụng công suất phản kháng bơm vào lưới điện phân phối thay đổi nhanh theo thay đổi cường độ xạ mặt trời Sau thời gian dao động trình độ có thay đổi cường độ xạ mặt trời (khoảng chu kì điện áp lưới điện) công suất ổn định trở lại trì không đổi suốt thời gian thay đổi cường độ xạ mặt trời trình mô Điều cho thấy ổn định giải thuật đề Hình 4.18: Công suất NLBXMT 300-500-600 W/m2 70 Qua kết thu hình 4.1 , công suất tác dụng P, công suất phản kháng Q tổng độ méo dạng sóng hài (THD) dòng điện bơm vào lưới điện phân phối từ nghịch lưu thể hình 4.1 Phân tích ouri r cho dòng điện ngõ nghịch lưu, kết đưa hình 4.1 Qua hình 4.1 ta nhận thấy dạng sóng dòng điện ổn định có tổng nhiễu hài bậc cao mức cường độ xạ mặt trời 300-500-600 W/m2 , , 1.4 ới điều kiện để dòng điện kết nối lưới điện phải có THD