Đang tải... (xem toàn văn)
PV (Photovoltaic): Pin quang điện, biến quang năng thành điện năng. MPP (Maximum power point): Điểm làm việc mà tại đó công suất thu được cực đại. MPPT (Maximum power point tracking): Điều khiển bám điểm công suất cực đại. PO (Perturb Observe): Thuật toán quan sát và nhiễu loạn (biến đổi để đạt đến điểm cực đại), còn gọi là phương pháp “Hill climbing: Leo đồi”. DC (Direct Current): Điện một chiều AC (Alternating Current): Điện xoay chiều. DCDC: Bộ biến đổi điện áp một chiều DCAC: Bộ biến đổi điện áp một chiều thành xoay chiều. FF (Fill Factor): Là hệ số lấp đầy PWM: (Pulse Width Modution): phương pháp điều chế độ rộng xung.
LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học PGS.TS Ngô Văn Dưỡng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tác giả luận văn Đặng Mỹ Nhựt PHỤ LỤC MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên cứu .3 Bố cục đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI, CÁC GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN PIN MẶT TRỜI VÀ ĐIỀU KIỆN HÒA LƯỚI PHÂN PHỐI 1.1 Pin quang điện 1.1.1 Cấu tạo 1.1.2 Nguyên lý hoạt động 1.1.3 Sơ đồ mạch pin PV 1.1.4 Sơ đồ mạch pin PV có tính đến tổn hao 11 1.1.5 Module PV, Array PV 13 1.1.6 Các ảnh hưởng tác động pin PV 15 1.2 Các giải thuật điều khiển pin mặt trời 19 1.2.1 Giới thiệu chung 19 1.2.2 Nguyên lý cân tải 20 1.2.3 Thuật toán xác định điểm làm việc công suất lớn MPPT 21 1.2.3.1 Thuật toán nhiễu loạn quan sát P&O 22 1.2.3.2 Thuật toán P&O điều kiện dãy PV bị bóng che phần 26 1.2.4 Phương pháp điều khiển MPPT 26 1.2.5 Giới hạn MPPT 27 1.3 Lý thuyết hòa hệ thống điện mặt trời với lưới 27 1.3.1 Các điều kiện hòa đồng 28 1.3.2 Đồng vị pha hai hệ thống lưới 28 1.4 Kết luận chương 30 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU CÁC BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG ĐIỀU KHIỂN NGUỒN PIN MẶT TRỜI 31 2.1 Bộ chuyển đổi DC/DC 31 2.1.1 Bộ tạo xung DC 32 2.1.2 Bộ chuyển đổi Buck 34 2.1.3 Bộ chuyển đổi Boost 36 2.1.4.Bộ chuyển đổi Buck_Boost 38 2.2 Bộ biến đổi DC/AC 39 2.2.1 Khái quát chung 39 2.2.2 Bộ nghịch lưu áp pha 46 2.2.3 Bộ nghịch lưu áp pha 48 2.3 Bộ lọc phía lưới 53 2.4 Kết luận chương 53 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN HÒA ĐỒNG BỘ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VÀO LƯỚI ĐIỆN 54 3.1 Tính toán, thiết kế mô hình pin 54 3.2 Tính toán thiết kế nghịch lưu ba pha DC/AC 54 3.3 Mạch vòng khóa pha PLL 56 3.4 Điều khiển P, Q theo phương pháp độ trượt (độ dốc) 60 3.5 Điều khiển điện áp dòng điện 65 3.6 Kết luận chương 69 CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK 70 4.1 Xây dựng mô hình Matlab /Simulink 70 4.2 Kết mô Matlab/Simulink 73 4.3 Kết luận chương 80 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 MỤC LỤC 82 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT - PV (Photovoltaic): Pin quang điện, biến quang thành điện - MPP (Maximum power point): Điểm làm việc mà công suất thu cực đại - MPPT (Maximum power point tracking): Điều khiển bám điểm công suất cực đại - P&O (Perturb & Observe): Thuật toán quan sát nhiễu loạn (biến đổi để đạt đến điểm cực đại), gọi phương pháp “Hill climbing: Leo đồi” - DC (Direct Current): Điện chiều - AC (Alternating Current): Điện xoay chiều - DC-DC: Bộ biến đổi điện áp chiều - DC-AC: Bộ biến đổi điện áp chiều thành xoay chiều - FF (Fill Factor): Là hệ số lấp đầy - PWM: (Pulse Width Modution): phương pháp điều chế độ rộng xung - DCM: (Droop control method): Phương pháp điều khiển độ dốc - VSI: (Voltage source inverter): biến tần điều khiển nguồn áp - PLL: (Phase locked loop): vòng khóa pha - LPF:(low- pass filter): mạch lọc thông thấp - VCO: (voltage – controlled oscillator): tạo dao động điều khiển áp - DG ( Distributed Generation): nguồn phân tán - RMS (Root mean square): giá trị hiệu dụng - THD ( total Harmonic Distortion) : Tổng độ biến dạng sóng hài DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu hình 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 1-6 1-7 1-8 1-9 1-10 1-11 1-12 1-13 1-14 1-15 1-16 1-17 1-18 1-19 1-20 1-21 1-22 1-23 1-24 1-25 1-26 1-27 1-28 Tên hình Trang Cấu tạo pin mặt trời Mô tả Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Hệ thống mức lượng E1< E2 Các vùng lượng Các vùng pin mặt trời Sơ đồ nguyên lý hoạt động pin mặt trời Sơ đồ mạch đơn giản pin PV Dòng điện ngắn mạch điện áp hở mạch pin PV Đồ thị V-A công suất pin PV Đồ thị xác định điểm công suất cực đại (MPP) Mô hình pin PV thực tế có tổn hao Đường đặc tính pin PV có xét đến ảnh hưởng Rs RP Module PV Đường đặc tính Module PV Các modul PV mắc nối tiếp Các modul PV mắc song song Kết nối hỗn hợp để tăng áp dòng Đường đặc tính pin PV nhiệt độ cường độ chiếu sáng thay đổi Hiện tượng pin PV bị bóng râm Đặc tính PV pin bị bóng râm Đặc tính PV nhiều pin bị bóng râm Bảo vệ pin PV bị bóng Đặc tính PV có diode bypass bảo vệ Một Array PV 65V, có Diodebypass bảo vệ Ví dụ pin mặt trời mắc trực tiếp với tải trở đường đặc tính làm việc pin tải trở có giá trị điện trở thay đổi Sơ đồ khối điều khiển chọn điểm công suất cực đại 6 9 10 11 11 12 13 13 13 14 14 15 15 Sơ đồ pin nối với tải qua Boost 20 21 Đường đặc tính làm việc I – V pin cường độ xạ 16 16 17 17 18 18 19 19 thay đổi mức nhiệt độ 1-29 Đường đặc tính làm việc I – V pin nhiệt độ thay đổi mức cường độ xạ 22 1-30 1-31 1-32 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 2-6 2-7 2-8 2-9 2-10 Xác định điểm MPP phương pháp P&O Lưu đồ giải thuật thuật toán P&O Phương pháp P&O hoạt động không hiệu cường độ chiếu sáng liên tục thay đổi Bộ tạo xung DC Bộ tạo xung DC giảm áp Bộ tạo xung DC tăng áp Bộ biến đổi DC-DC Buck Bộ biến đổi DC-DC Boost Bộ biến đổi DC-DC Buck _ Boost Nguyên lý điều chế độ rộng xung hình sin quan hệ biên độ áp điều khiển biên độ sóng mang quan hệ biên độ áp điều khiển biên độ sóng mang cải biến biểu diễn điện áp us dạng vector không gian với phần 22 24 25 32 33 34 34 36 38 41 41 43 45 tử usα usβ hệ tọa độ us αβ 2-11 Biểu diễn vector không gian hệ tọa độ dq 46 2-12 Bộ nghịch lưu áp pha dạng bán cầu 47 2-13 Bộ nghịch lưu áp pha dạng mạch cầu 48 2-14 Bộ nghịch lưu áp ba pha 48 2-15 Các trạng thái đóng mở van nghịch lưu 52 2-16 Điện áp pha 52 2-17 Thứ tự phát xung mở tranzitor 52 2-18 Bộ lọc phía lưới 53 3-1 Sơ đồ tương đương pin mặt trời 54 3-2 Sơ đồ điều khiển nghịch lưu 55 3-3 Mô hình áp nghịch lưu 55 3-4 Sơ đồ khối PLL 56 3-5 Sơ đồ khối SRF-PLL 59 3-6 Sơ đồ mạch điện tương đương nghịch lưu 60 3-7 Mô hình tính toán công suất P, Q 62 3-8 Điều khiển P,Q theo độ trượt tần số điện áp 63 3-9 Chuyển đổi ω- E 63 3-10 Mô hình điều khiển công suất P, Q theo phương pháp 64 3-11 Sơ đồ điều khiển mạch vòng điện áp 67 3-12 Sơ đồ điều khiển mạch vòng dòng điện 67 3-13 4-1 4-2 4-3 4-4 4-5 4-6 4-7 4-8 4-9 4-10 4-11 4-12 4-13 4-14 4-15 4-16 4-17 4-18 4-19 4-20 4-21 4-22 4-23 4-24 4-25 4-26 4-27 Sơ đồ nguyên lý tổng thể pin mặt trời nối lưới Sơ đồ mô hệ thống pin mặt trời nối lưới phân phối Mô hình hệ thống pin mặt trời Mô hình điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT) Bộ biến đổi trạng thái DC/DC Bộ điều khiển hệ thống pin mặt trời nối vào lưới phân phối Điều khiển công suất Điều khiển điện áp Điều khiển dòng điện Điều khiển đồng lưới ( PLL) Các đặc tính làm việc pin mặt trời Công suất pin mặt trời (W) Dòng điện pin mặt trời (A) Điện áp pin mặt trời (V) Công suất ngõ Đáp ứng tần số Điện áp ngõ Dòng điện ngõ Tổng sóng hài dòng điện Tổng sóng hài điện áp Công suất ngõ Đáp ứng tần số Điện áp ngõ Đáp ứng tần số Điện áp ngõ Đáp ứng góc đồng lưới Tổng sóng hài dòng điện Tổng sóng hài điện áp 68 70 70 71 71 71 72 72 72 73 73 73 74 74 75 75 76 76 77 77 77 78 78 79 79 79 80 80 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Hiện nhu cầu sử dụng lượng người ngày tăng lượng điện Con người cần lượng điện để phục vụ cho nhu cầu đời sống sinh hoạt, sản xuất Từ nhu cầu đơn giản chiếu sáng sinh hoạt dây chuyền sản xuất đại Trong nguồn nhiên liệu truyền thống đứng trước nguy thiếu hụt lượng Ngoài dạng lượng gây ô nhiễm môi trường xung quanh làm tăng hiệu ứng nhà kính Việc khai thác nguồn lượng tái tạo dồi thân thiện với môi trường lượng gió, mặt trời, địa nhiệt, thủy triều pin nhiên nhiệu hướng quan trọng kế hoạch phát triễn lượng Theo báo cáo toàn cầu mạng lưới sách lượng tái tạo kỷ 21 ( REN 21) Năm 2005 có 15 quốc gia tham gia vào việc thúc đẩy lượng tái tạo đến năm 2013 có thêm 95 quốc gia, nước phát triễn lượng tái tạo: Trung Quốc, Mỹ, Brazin, Canada Đức Năng lượng tái tạo chiếm 19% tổng lượng tiêu thụ toàn cầu (năm 2012) Ở Việt Nam tổng công suất 1215 MW chiếm 3.4% lượng toàn quốc (năm 2015 – lượng Việt Nam) Năng lượng mặt trời nguồn lượng tái tạo quan trọng hành tinh chúng ta, đồng thời nguồn gốc loại lượng tái tạo khác như: lượng gió, lượng sinh khối việc nghiên cứu sử dụng lượng mặt trời hướng phát triển nhiều quan tâm có tính chất ưu điểm như: có sẵn, siêu vô tận Do lượng mặt trời nhiều nước giới khai thác sử dụng như: Đức tổng điện mặt trời 35.65 Gwp (Gigawatt) chiếm tỉ lệ 5.3% tổng điện quốc gia, Ý : 18Gwp chiếm tỷ lệ 9% tổng điện năng, Trung Quốc: 17.7Gwp chiếm tỷ lệ 0.1% tổng điện năng, Nhật: 11.86 Gwp chiếm tỷ lệ 0.8% Mỹ: 11.42Gwp chiếm tỷ lệ 0.3% ( theo báo cáo REN 21 năm 2013) Ở Việt Nam, lượng mặt trời có tiềm lớn, với cường độ xạ nhiệt trung bình 5kWh/m2, với khoảng 2000 ÷ 5000h nắng/năm khai thác MW chiếm tỷ lệ 0.008% lượng toàn quốc (năm 2015 – lượng Việt Nam) Con người biết khai thác sử dụng lượng mặt trời từ lâu để sản xuất điện theo hai công nghệ: công nghệ hội tụ lượng mặt trời CSP (concentrated solar power) công nghệ quang điện SPV (solar photovoltaic) + Công nghệ CSP hay gọi công nghệ nhiệt mặt trời STE (solar thermal enery) sử dụng hệ thống nhiều ống kính, gương phản chiếu hệ thống theo dõi nhằm tập trung ánh sáng mặt trời từ khu vực rộng lớn vào diện tích nhỏ, nước hay chất lỏng khác chứa ống hay bể làm nóng lên đến vài trăm độ tạo thành dòng nước làm quay tubin để sản xuất điện + Công nghệ SPV lượng ánh sáng chuyển thành dòng điện nhờ hiệu ứng quang điện qua tế bào quang điện hay pin mặt trời nhỏ ghép lại thành pin mặt trời lớn Ở ta tập trung lĩnh vực hai, tức biến đổi trực tiếp quang thành điện năng, nhiên lượng mặt trời thời kỳ đầu ứng dụng đòi hỏi vốn đầu tư ban đầu lớn hiệu suất lại thấp Hơn lượng mặt trời phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên như: trời nắng- trời mưa, ban ngày- ban đêm không ổn định, lượng thiếu không lấy từ lưới điện thừa chưa hòa lên lưới điện quốc gia Vì việc “nghiên cứu, tính toán hệ thống điều khiển đấu nối hệ thống pin mặt trời vào lưới phân phối” để khai thác lượng mặt trời cung cấp cho phụ tải hòa tối ưu nguồn lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia vấn đề cấp thiết Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu tính toán thiết kế điều khiển đấu nối hệ thống pin mặt trời vào lưới phân phối Mô phần mềm matlab simulink Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Hệ thống pin lượng mặt trời: Phương pháp sản xuất hòa lưới - Bộ điều khiển hòa đồng lưới điện: Tổng hợp dòng, áp, tính toán công suất (P,Q) , điều khiển độ dốc lưới phân phối nhằm hòa đồng lưới Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu điều khiển mạch vòng khóa pha PLL (phase –locked-loop), mạch lọc thông thấp, điều khiển theo độ dốc biến đổi dòng điện điện áp - Nghiên cứu mô hòa đồng lưới Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu báo, sách tạp chí cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống pin lượng mặt trời - Nghiên cứu lý thuyết tìm hiểu hệ thống điều khiển hòa đồng - Tìm hiểu đặc điểm lưới điện phân phối - Tính toán, thiết kế điều khiển đấu nối hệ thống điều khiển đấu nối hệ thống pin mặt trời vào lưới phân phối - Xây dựng mô hình mô phần mềm Matlab Simulik để chứng minh, đánh giá, rút kinh nghiệm kết luận Bố cục đề tài Bố cục đề tài tổ chức sau: - Mở đầu: Tính cấp thiết đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng phạm vi nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, bố cục đề tài - Chương 1: Tổng quan hệ thống pin mặt trời, giải thuật điều khiển pin mặt trời điều kiện hòa lưới phân phối - Chương 2: Nghiên cứu biến đổi điện tử công suất điều khiển nguồn pin mặt trời 72 Hình 4-6 Điều khiển công suất Hình 4-7 Điều khiển điện áp Hình 4-8 Điều khiển dòng điện 73 Hình 4-9 Điều khiển đồng lưới ( PLL) 4.2 Kết mô Matlab/Simulink 4.2.1 Mô mô hình pin mặt trời a) Đặc tính I - V b) Đặc tính P - V Hình 4-10 Các đặc tính làm việc pin mặt trời Qua kết mô mô hình pin mặt trời thấy rằng; hình 4.10 cường độ chiếu sáng thay đổi (từ 200 400 600 800 1000 W/m2) dòng PV thay đổi mạnh, áp PV thay đổi công suất PV phụ thuộc ảnh hưởng cường độ chiếu sáng 74 300 250 200 150 100 50 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.18 0.2 0.18 0.2 Hình 4-11 Công suất pin mặt trời (W) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 Hình 4-12 Dòng điện pin mặt trời (A) 100 80 60 40 20 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 Hình 4-13 Điện áp pin mặt trời (V) 0.16 75 Qua kết mô công suất pin mặt trời hình 4-11 thấy khoảng thời gian từ (t= - 0.02s) cường độ chiếu sáng thay đổi (0-200W/m2) nên công suất pin tăng từ đến 200W thời gian (t= 0.02- 0.1s) cường độ chiếu sáng không đổi 200W/m2 nên công suất pin giữ nguyên 200W, thời điểm t= 0.1s, cường độ chiếu sáng thay đổi từ (200 – 400 W/m2) (vì thời gian lấy mẫu matlab để thay đổi cường độ sáng t= 0.1s nên sau thời điểm t = 0.1s cường độ ánh sáng thay đổi) nên công suất pin tăng từ 200W lên 280W, thời gian (t= 0.1 – 0.2s) cường độ chiếu sáng không đổi 400W/m2 nên công suất pin giữ nguyên 280W Khi công suất mô hình pin thay đổi dẫn đến dòng điện điện áp pin thay đổi theo thể hình 4.12 hình 4.13 4.2.2 Hệ thống pin mặt trời vận hành độc lập với lưới Trong thực tế hệ thống điện sử dụng nguồn pin mặt trời có phương thức vận hành: (1) Hệ thống vận hành độc lập với lưới; (2) Hệ thống vận hành nối với lưới Cho dù hệ thống vận hành độc lập vận hành nối lưới tần số điện áp đưa nằm phạm vi cho phép chất lượng điện đảm bảo Bảng 4.1 Thông số điều khiển Tham số Ký hiệu Giá trị Đơn vị Bộ điều khiển Điện áplưới Vg 380 V Bộ điều khiển kvp, kvi điện áp 0.05,390 Tần số lưới fLưới 50 Hz Bộ điều khiển kip, kii dòng điện 10.5,16x 10-3 Điện cảm L 1.35 mH Tần số cắt Điện dung C 40 μF Hệ số độ dốc mp Điện áp chiều Vdc 700 V nq ωc 5x10-5 9,3x10-4 kHz 76 P (kW) Q (kVar) -1 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4-14 Công suất ngõ 50.01 fLưới flưới== 50Hz 50Hz 50.005 50 fpinfPin 49.995 49.99 49.985 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 t/ 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4-15 Đáp ứng tần số V Pin V g 380V 500 V 12V 400 300 200 100 -100 -200 -300 -400 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 t/ 0.12 0.14 Hình 4-16 Điện áp ngõ 0.16 0.18 0.2 77 60 40 20 -20 -40 -60 -80 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4-17 Dòng điện ngõ Qua kết mô hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với lưới: thể hình 4-14 thấy rằng: Trước thời điểm t = 0.02s (thời gian độ ban đầu hệ thống) nên hệ thống sử dụng nguồn pin mặt trời chưa phát công suất, sau thời điểm t = 0.02s giả sử hệ thống làm việc với công suất ngõ ổn định: công suất tác dụng 2kW; công suất phản kháng 1kVar; đồng thời lúc tần số điện áp bị sai lệch so với giá trị đặt (f = 50Hz, V=380v), thể hình 4.15 4.16 Tại thời điểm t = 0.1s, ta giả sử công suất tải thay đổi (có bốn trường hợp thay đổi: P,Q tăng, P,Q giảm, P tăng Q giảm P giảm Q tăng) nhằm mục đích: ta xem xét dù tải thay đổi điều khiển hệ thống điều khiển giá trị điện áp tần số giá trị đặt (f = 50Hz V = 380v) hệ thống làm việc ổn định, ta chọn trường hợp là: công suất tác dụng 4kW, công suất phản kháng 0kVar thể hình 4-14 Lúc sử dụng phương pháp điều khiển độ dốc để triệt tiêu sai lệch tần số điện áp Do tần số điện áp giá trị đặt, nghĩa fpin = fLưới = 50Hz; Vpin = Vg = 380V, thể hình 4-15 4-16 hệ thống làm việc ổn định 78 Fundamental (50Hz) = 38.13 , THD= 2.57% 0 10 12 Harmonic order 14 16 18 20 Hình 4-18 Tổng sóng hài dòng điện THD = 1.27% 0.2 0.15 0.1 g( 0.05 0 10 12 Harmonic order 14 16 18 20 Hình 4-19 Tổng sóng hài điện áp Qua kết mô hình 4-18 hình 4-19 thấy rằng: Lúc tần số lưới 50 Hz; tổng sóng hài dòng điện THDi = 2.57% Trong sóng hài bậc 1.1%, bậc 0.35%, bậc 11 0,3% vv Tổng sóng hài điện áp THDv = 1.27% Trong sóng hài bậc 0,2%, bậc 0,14%, bậc 11 0,09% vv 4.2.3 Hệ thống pin mặt trời vận hành nối lưới Hệ thống điều khiển đấu nối pin mặt trời vào lưới phân phối đưa công suất hình 4.20 20 15 P(kW) 10 Q(kVar) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 Hình 4-20 Công suất ngõ 0.16 0.18 0.2 79 Thông qua kết mô hình 4.20 thấy rằng, khoảng thời gian trước t= 0.02s (thời gian độ hệ thống) nên hệ thống chưa phát công suất, khoảng thời gian t = 0.02s đến 0.1s, giả sử hệ thống điều khiển pin mặt trời vào lưới phân phối đưa công suất tác dụng 9,5kW; công suất phản kháng 5kVar Tần số điện áp thể hình 4-21 4-22 50.04 50.02 fg 50 49.98 f 49.96 0.02 f Pin 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4-21 Đáp ứng tần số 400 200 -200 -400 -600 V 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4-22 Điện áp ngõ Qua kết mô hình 4-21 hình 4-22 thấy rằng: Trong khoảng thời gian t = 0.02s đến 0.1s Hệ thống điều khiển đấu nối pin mặt trời vào lưới phân phối đưa sai lệch tần số Δf; sai lệch điện áp ΔV Dựa vào tiêu chuẩn IEEE std 1547 – 2003, nguồn điện phân tán có dung lượng (0→500kVA) vận hành nối lưới sai lệch tần số nằm phạm vi cho phép 0.3Hz, sai lệch điện áp phạm vi cho phép 10% 80 Như qua kết mô hình 4.21 hình 4.22, sai lệch tần số sai lệch điện áp không vượt qua tiêu chuẩn, nghĩa thỏa mãn với điều kiện Sau khoảng thời gian t = 0.1s, giả sử công suất đưa lên lưới thay đổi kết mô phỏng: công suất tác dụng tăng lên 15kW công suất phản kháng giảm xuống 4kVar hệ thống điều khiển đấu nối pin mặt trời vào lưới phân phối đưa tần số hệ thống nguồn điện pin tần số nguồn điện lưới (fpin = fLưới = 50Hz); điện áp hệ thống nguồn điện pin điện áp nguồn điện lưới (Vpin = Vg = 380V) 50.04 50.02 fpin 50 fg 49.98 49.96 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4-23 Đáp ứng tần số 500 -500 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4-24 Điện áp ngõ Quá trình chuyển đổi trạng thái làm việc, từ chế độ vận hành độc lập sang chế độ vận hành nối lưới ngược lại, lúc tần số điện áp thể hình 4-23 hình 4-24 81 Qua kết mô hình 4.23 4.24 thấy rằng: Khi chế độ vận hành độc lập, điện áp đưa 365V; tần số 50Hz Khi chế độ vận hành nối lưới, điện áp đưa 380V; tần số 50Hz θg=θPin θPin θg 0 δθPLL 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 t/ 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 Hình 4-25 Đáp ứng góc đồng lưới Đáp ứng góc đồng lưới thể hình 4.25, Theo tiêu chuẩn IEEE std 1547 – 2003, nguồn điện phân tán có dung lượng (0→500kVA) vận hành nối lưới sai lệch góc điện áp nằm phạm vi cho phép 200 Như qua kết mô hình 4.25, sai lệch góc điện áp không vượt qua tiêu chuẩn, nghĩa thỏa mãn với điều khiện 0 10 12 14 16 18 20 Hình 4-26 Tổng sóng hài dòng điện 82 0 10 12 14 16 18 20 Hình 4-27 Tổng sóng hài điện áp Qua kết mô hình 4.26 hình 4.27 thấy rằng: Lúc tần số lưới 50 Hz; tổng sóng hài dòng điện THDi = 2,18% Trong sóng hài bậc 0,95%, bậc 0,89%, bậc 11 0,4% vv Tổng sóng hài điện áp THDv = 1,97% Trong sóng hài bậc 0,85%, bậc 0,66%, bậc 11 0,32% vv Dựa vào tiêu chuẩn IEEE std 1547 – 2006, nguồn điện phân tán có dung lượng (0→500kVA) vận hành nối lưới giới hạn dòng hài nằm phạm vi cho phép THD ≤ 5% giới hạn độ biến dạng điện áp sóng hài theo TCVN ≤ 6.5% Như qua kết mô hình 4-26 hình 4-27, giới hạn dòng hài giới hạn độ biến dạng điện áp không vượt qua tiêu chuẩn, nghĩa thỏa mãn với điều khiện 4.3 Kết luận chương - Xây dựng mô hình Matlab/Simulink: + Mô hình hệ thống pin mặt trời + Mô hình điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT) + Bộ biến đổi hai trạng thái DC/DC + Bộ điều khiển hệ thống pin mặt trời nối vào lưới phân phối - Kết mô Matlab/Simulink: + Mô mô hình pin mặt trời + Mô hệ thống pin mặt trời vận hành độc lập + Mô hệ thống pin mặt trời nối lưới 83 + Mô trạng thái vận hành từ hệ thống pin mặt trời vận hành độc lập sang nối lưới ngược lại 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Luận văn với đề tài “ Tính toán lựa chọn giải pháp điều khiển đấu nối hệ thống pin mặt trời vào lưới phân phối” có nhiệm vụ tính toán điều khiển hệ thống pin mặt trời vào lưới phân phối môi trường làm việc thay đổi Sau thời gian nghiên cứu đến luận văn hoàn thành thu kết sau: - Nghiên cứu đặc tuyến làm việc pin quang điện - Nghiên cứu mô pin quang điện MPPT phương pháp P&O - Nghiên cứu biến đổi điện tử công suất điều khiển nguồn pin mặt trời (bộ DC/DC DC/AC) - Tính toán, thiết kế điều khiển hòa đồng hệ thống pin mặt trời vào lưới - Xây dựng mô hình mô hòa đồng hệ thống pin mặt trời vào lưới KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỄN Qua kết trình bày luận văn, mạch điều khiển dừng lại mô phỏng, từ mở hướng nghiên cứu tiếp theo: Nội dung đề tài nghiên cứu hệ thống lượng mặt trời nối lưới nên phát triển theo hướng xây dựng kết hợp với nguồn lượng khác lượng gió, lượng pin quang điện… Nghiên cứu phát triển xây dựng mô hình hệ thống điện mặt trời nối lưới nhằm đáp ứng cách linh hoạt công suất lưới điện Vấn đề nhằm mang lại hiệu to lớn vấn đề khai thác nguồn lượng 85 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Lê Kim Anh , Ứng dụng cấu trúc phân tầng điều khiển nối lưới cho nguồn pin mặt trời Tạp chí khoa học công nghệ trường cao đẳng công nghiệp Tuy Hòa [3] Lê Kim Anh , Ứng dụng biến đổi điện tử công suất điều khiển nối lưới nguồn phân tán Tạp chí khoa học trường đại học Cần Thơ 2013 [4] Dương Quỳnh Nga, Thiết kế hệ thống điện sử dụng lượng mặt trời hòa lưới điện quốc gia, luận văn thạc sỹ kỹ thuật, đại học Thái nguyên năm 2012 Tiếng Anh: [5] Xiaochun Mou, Xue Zhao, Xin Zhao, Study on the Control Strategies of Low Voltage Microgrid, International Conference on Future Electrical Power and Energy Systems, 2012 [6] Yasser Abdel-Rady I Mohamed, Amr A Radwan, Hierarchical Control System for Robust Microgrid Operation and Seamless Mode Transfer in Active Distribution Systems, IEEE, 2011 [7] K De Brabandere, B Bolsens, J Van den Keybus, A Woyte, J Driesen and R Belmans, A Voltage and Frequency Droop Control Method for Parallel Inverters, IEEE, 2004 [8] M Kohansal, G B Gharehpetian, M Abedi and M J Sanjari, Droop Controller Limitation for Voltage Stability in Islanded Microgrid, International Conference on Renewable Energies and Power Quality, Santiago de Compostela (Spain), 28th to 30th March, 2012 [9] B Indu Rani, C.K.AraVind, G Saravana IlanGo, C Nagamani, Athree phase PLL with a dynamic feed forwad frequency estimator for synchronnization of gird connected converter under wide frequancy variations electrical power anh enery systems 2012 [10] Muhammad H Rashid, Ph.D., Power Electronics Handook, Fellow IEE, Fellow IEEE 86 [11] Roberto Faranda, S.L., Energy Comparison of MPPT Techniques for PV Systems WSEAS Trans on POWER SYSTEMS, vol 3,No.6 [12] B Amrouche, M Belhame and A Guessoum (2007),Artificial intelligence based P&O MPPT method for photovoltaic systems - Revue des Energies Renouvelables ICRESD-07 Tlemcen, 11 –16 [13] Gilbert (2004), Renewable and efficient electric power systems, Chapter 8, Chapter [14] Haoran, Fengxiang Wang, Tyanyu Wang and Dapeng Wang A SVPWM/SHEPWM Combined Modulation Stategy of starting Inverter for A high speed Generator Power System [15] http://vuphong.vn/pin-nang-luong-mat-troi-id70.html ... khiển hệ thống pin mặt trời nối vào lưới phân phối Điều khiển công suất Điều khiển điện áp Điều khiển dòng điện Điều khiển đồng lưới ( PLL) Các đặc tính làm việc pin mặt trời Công suất pin mặt trời. .. hiểu đặc điểm lưới điện phân phối - Tính toán, thiết kế điều khiển đấu nối hệ thống điều khiển đấu nối hệ thống pin mặt trời vào lưới phân phối - Xây dựng mô hình mô phần mềm Matlab Simulik để chứng... không lấy từ lưới điện thừa chưa hòa lên lưới điện quốc gia Vì việc nghiên cứu, tính toán hệ thống điều khiển đấu nối hệ thống pin mặt trời vào lưới phân phối để khai thác lượng mặt trời cung