Luận văn Điều khiển song song các bộ nghịch lưu trong hệ thống năng lượng mặt trời (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Điều khiển song song các bộ nghịch lưu trong hệ thống năng lượng mặt trời (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƢƠNG THỊ THANH TUYỀN ĐIỀU KHIỂN SONG SONG CÁC BỘ NGHỊCH LƯU TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520202 S K C0 0 5 1 9 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2016
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƢƠNG THỊ THANH TUYỀN ĐIỀU KHIỂN SONG SONG CÁC BỘ NGHỊCH LƢU TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Tp. Hồ Chí Minh, 04/2016
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH   LUẬN VĂN THẠC SĨ LƢƠNG THỊ THANH TUYỀN ĐIỀU KHIỂN SONG SONG CÁC BỘ NGHỊCH LƢU TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ MINH PHƢƠNG Tp. Hồ Chí Minh, 04/2016
4. MỤC LỤC CHƢƠNG 1: SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1 1.1 Giới thiệu chung 1 1.2 Các nghiên cứu hiện nay 2 1.3 Mục tiêu và kết quả nghiên cứu 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MICROGRID 5 2.1 Khái niệm microgrid và nguồn năng lƣợng phân tán (DG) 5 2.1.1 So sánh giữa lƣới điện thông thƣờng và microgrid 5 2.1.2 Nguyên tắc cơ bản của một lƣới microgrid 6 2.1.3 Ƣu điểm của Microgrid 6 2.2 Cấu trúc và thành phần của lƣới microgrid 7 2.2.1 Thành phần lƣới microgrid AC 9 2.2.2 Cấu hình cơ bản của lƣới AC hạ áp 10 CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA BỘ NGHỊCH LƢU ÁP TRONG MICROGRID (HỆ TRỤC DQ) 12 3.1 Bộ điều khiển công suất thực/phản kháng 12 3.2 Điều khiển chế độ áp và chế độ dòng 12 3.3 Mô hình động của bộ điều khiển công suất thực/phản kháng 13 3.4 Bộ điều khiển công suất thực/công suất phản kháng dạng điều khiển dòng 15 3.5 Xây dựng mô hình các bộ nghịch lƣu kết nối song song trong lƣới microgrid 19 3.6 Hòa đồng bộ các bộ nghịch lƣu với lƣới AC - Vòng khóa pha (PLL) 20 Vòng khóa pha hệ quy chiếu đồng bộ 20 CHƢƠNG 4: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI CÂN BẰNG TRONG MICROGRID 24 4.1 Kỹ thuật điều khiển sử dụng truyền thông. 24 4.1.1 Điều khiển tập trung 24 4.1.2 Điều khiển sơ cấp/thứ cấp. 26 4.1.3 Điều khiển phân tán 27 4.2 Kỹ thuật điều khiển droop độc lập. 28
5. 4.2.1 Droop control truyền thống 30 4.2.2 VPD/FGB droop control. 33 4.2.3 Phƣơng pháp dự đoán trở kháng đƣờng dây. 34 4.2.4 Phƣơng pháp điều khiển góc. 36 4.2.5 Droop control dựa trên điện áp 37 4.2.6 Phƣơng pháp điều khiển dựa trên biến chung 39 CHƢƠNG 5: GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN MỚI CHIA TẢI TRONG MICROGRID 41 5.1 Phân tích phƣơng pháp điều khiển chia tải (droop control) 41 5.2 Chế độ làm việc song song các bộ nghịch lƣu 44 Chia công suất tác dụng 46 Chia công suất phản kháng 47 5.3 Xây dựng sơ đồ điều khiển droop đề xuất 48 CHƢƠNG 6: MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG MATLAB SIMULINK 56 6.1 Các khối đo lƣờng 58 6.1.1 Khối đo dòng điện 58 6.1.2 Khối đo điện áp 59 6.1.3 Khối đo công suất P và Q 60 6.2 Các khối điều khiển 61 Bộ điều khiển điện áp 61 6.3 Khối tạo xung SVPWM 63 6.4 Kết quả mô phỏng 64 6.5 Chế độ vận hành độc lập (Islanded mode). 65 6.5.2 P1 = P2 = P3 =1, Q1 = Q2 = Q3 =1, tải thay đổi, t= 6s 72 6.5.3 P1 = P2 = P3 =1:2:3, Q1 = Q2 = Q3 =1:2:3, tải thay đổi, t= 6s 73 6.5.4 P1 = P2 = P3 =1:1:1, Q1 = Q2 = Q3 =1:2:3, tải thay đổi, t= 6s 74 6.5.5 Dạng điện áp và dòng điện ngõ ra. 75 6.6 Chế độ kết nối lƣới (Grid-connected). 76 6.6.1 Kết nối lƣới sau 3s, tần số lƣới 50Hz, tải không đổi, t=6s 76
6. 6.6.2 Kết nối lƣới, tần số lƣới thay đổi từ 50Hz lên 60Hz từ 3s, tải khôngđổi, t=6s. 77 6.6.3 Kết nối lƣới, tần số 50Hz từ 2s, tải thay đổi từ 4s, t=6s. 78 6.7 Kết luận. 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
7. TÓM TẮT LUẬN VĂN Các máy phát phân tán (Distributed generation - DG) ngày càng đƣợc phổ biến do tính năng thân thiện môi trƣờng, sự phát triển các đơn vị phát điện mới, và khả năng hoạt động trong một khu vực xa xôi. Bằng cách tập hợp các DG song song, hệ thống lƣu trữ và tải, một Microgrid có thể cung cấp một hệ thống công suất với độ tin cậy, tính linh hoạt, chi phí hiệu quả và tính năng tiết kiệm năng lƣợng tăng. Các nguồn năng lƣợng phổ biến nhƣ pin quang điện, turbine gió, và pin nhiên liệu yêu cầu các giao diện điện tử công suất nhƣ là cầu nối để kết nối với hệ thống lƣới chính cho việc truyền tải. Nhiệm vụ chính trong luận văn này: Tác giả trình bày sơ đồ điều khiển chia tải chính xác giữa các bộ nghịch lƣu kết nối song song trong chế độ độc lập của Microgrid Droop mới cho phép chia tải tỷ lệ chính xác giữa các bộ nghịch lƣu vận hành song song trong Microgrids ở chế độ độc lập trong điều kiện khác biệt về thông số đƣờng dây và trở kháng đầu ra bộ nghịch lƣu. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hệ thống thiết kế có thể hoạt động ổn định ở trong chế độ hoạt động độc lập của Microgrid. Với mô hình đề xuất, công suất PQ tại tải đƣợc chia đều và đồng thời cải thiện chất lƣợng điện áp tại tải khi các biến tần kết nối song song. Luận văn sử dụng phần mềm Matlab/Simulink thực hiện các mô hình mô phỏng để kiểm chứng lý thuyết của đề tài. Mô hình mô phỏng đƣợc xây dựng sử dụng Sim Power system, các hàm truyền.
8. ABSTRACT Distributed generators (Distributed generation - DG) is increasingly common due to friendly environment features, the development of new generating units, and the ability to operate in a remote area. By DG set of parallel, storage and loading systems, a Microgrid can supply a power system with reliability, flexibility, cost efficiency and increased energy savings. The renewable energy such as photovoltaics, wind turbines, and fuel cells require power electronic interface as a bridge to connect with the main system for the transmission grid. The main task of this thesis: the author presents the control diagram precise real and reactive power sharing between converter connected in parallel in islanding mode of Microgrid new Droop control enable accurate real and reactive power sharing ratio between the parallel converter operation in independent mode Microgrids in different conditions on the line parameters and output impedance converter. The simulation results showed that the experimental and design system can operate stably in an independent mode of Microgrid activity. With the proposed model, the PQ in power load is divided equally and simultaneously improve the quality of the voltage at the load when the converter connected in parallel. Thesis using software Matlab/Simulink implementation of simulation models to verify the theory of the subject. Simulation models are built using Sim Power system, the transfer function.
9. LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi đến thầy PGS.TS. Lê Minh Phƣơng vì đã dành thời gian quý báu để hƣớng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cũng nhƣ cho tôi những lời khuyên bổ ích để hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy Cô Bộ Môn Cung Cấp Điện, Phòng Thí Nghiệm Nghiên Cứu Điện Tử Công Suất và nhóm nghiên cứu của thầy PGS. TS. Lê Minh Phƣơng đã giúp đỡ và hổ trợ để tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu. Ngoài ra, trong suốt thời gian học tập tại trƣờng đại học Sƣ phạm kỹ thuật Tp. HCM, tôi đã đƣợc các Thầy Cô khoa Điện – Điện tử, bên cạnh đó tôi cũng đƣợc các bạn bè cùng khóa, cùng lớp đóng góp nhiều ý kiến cũng nhƣ các tài liệu có giá trị. Xin gửi đến các Thầy Cô và các bạn lời cảm ơn chân thành nhất. Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu Trƣờng Cao Đẳng Nghề Tây Ninh tỉnh Tây Ninh đã tạo điều kiện cho tôi có thời gian học tập và nghiên cứu trong quá trình làm việc ở trƣờng. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn Gia đình đã động viên và tạo điều kiện giúp tôi vƣợt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu vừa qua. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 03 năm 2016 Lƣơng thị thanh Tuyền
10. LỜI CAM KẾT Tôi xin cam kết các nội dung lý thuyết trình bày trong luận văn này là do tôi tham khảo các tài liệu và biên soạn lại, tất cả các kết quả mô phỏng, thực nghiệm đều do chính bản thân tôi tự làm ra, hoàn toàn không phải sao chép của từ bất kỳ một tài liệu hoặc công trình nghiên cứu nào khác. Nếu tôi không thực hiện đúng các cam kết nêu trên, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trƣớc kỷ luật của nhà trƣờng cũng nhƣ pháp luật Nhà nƣớc. Lƣơng Thị Thanh Tuyền
11. DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3C: 3 Circle ALS: Average Load Sharing DER: Distributed Energy Resource DG: Distributed Generation MS: Master – Slave PCC: Point of Commom Coupling PLL: Phase Clocked Loop VSC: Voltage Source Converter VSI: Voltage Source Inverter VSO: Voltage Controller Oscillator
12. DANH SÁCH CÁC BẢNG Bảng 6.4.1 Các thông số cơ bản của các biến tần. Trang 64
13. DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1: Giảm thiểu tổn thất khi dùng microgrid thay lƣới thông thƣờng. 6 Hình 2.2: Sơ đồ lƣới microgrid thông thƣờng. 8 Hình 2.3:. Phân loại microgrid theo dạng công suất. 8 Hình 2.4: Microgrid AC 9 Hình 2.5: Hình vẽ biểu diễn cấu hình của microgrid 10 Hình 3.1 Sơ đồ khối của một bộ điều khiển công suất thực/công suất phản kháng dạng điều khiển dòng điện trên trục dq 13 Hình 3.2 Sơ đồ khối bộ điều khiển dòng của hệ thống biến đổi nguồn áp. 18 Hình 3.3 Sơ đồ khối đơn giản của hệ thống biến đổi nguồn áp dạng điều khiển dòng ở hình 3.2 19 Hình 3.4 Sơ đồ điều khiển bộ nghịch lƣu đề xuất 20 Hình 3.5 Sơ đồ khối điều khiển của PLL 22 Hình 3.6 Sơ đồ mạch của PLL. 23 Hình 4.1 Sơ đồ điều khiển của điều khiển tập trung 24 Hình 4.2. Cấu trúc điều khiển của bộ P/f và Q/V droop control thông thƣờng 31 Hình 4.3. Đặc tính droop/boost của điện áp thấp AC microgrid (a) phƣơng pháp VPD (b) Phƣơng pháp FQB 33 Hình 4.4. Thuật toán điều khiển với phƣơng pháp P-Q-V đƣợc đề xuất 35 Hình 4.5. Droop control with băng thông công suất. 36 Hình 4.6. Sơ đồ khối điều khiển của điều khiển độ trƣợt với ngõ ra trở kháng ảo 39 Hình 5.1 (a) Sơ đồ tƣơng đƣơng của bộ nghịch lƣu kết nối Microgrid; (b) Biểu đồ vector điện áp dòng điện 42 Hình 5.2 Đặc tính droop điện áp và tần số khi tổng trở ngõ ra mang tính trở. 43 Hình 5.3 Sơ đồ điều khiển Droop truyền thống 44 Hình 5.4 Hai bộ nghịch lƣu hoạt động song song 45 Hình 5.5 Sơ đồ điều khiển đề xuất 51 Hình 5.6: sơ đồ điều khiển droop điều khiển chia công suất P và Q giữa các bộ nghịch lƣu 53
14. Hình 5.7 Sơ đồ khối điều khiển Microgrid gồm ba bộ nghịch lƣu kết nối song song . 54 Hình 5.8. Sơ đồ điều khiển bộ nghịch lƣu theo phƣơng pháp đề xuất. 54 Hình 6.1 Mô hình Microgrid thu nhỏ. 56 Hình 6.2: Mô hình mô phỏng giải thuật đề xuất. 57 Hình 6.3 Mô hình khối chuyển đổi dòng điện sang điện áp 58 Hình 6.4 Bên trong của khối chuyển đổi với T1 và T3 là các hàm truyền 59 Hình 6.5 Mô hình khối đo điện áp trên Matlab Simulink 59 Hình 6.6 Mô hình mô phỏng khối đo công suất P và Q 60 Hình 6.7 Mô hình mô phỏng bộ điều khiến áp 62 Hình 6.8 Mô hình mô phỏng của khối điều khiển dòng điện 63 Hình 6.9 Khối tạo xung SVPWM 63 Hình 6.10 Công suất các bộ nghịch lƣu theo sơ đồ truyền thống. 65 Hình 6.11 Công suất các bộ nghịch lƣu theo sơ đồ đề xuất. 66 Hình 6.12 Công suất các bộ nghịch lƣu theo sơ đồ truyền thống. 67 Hình 6.13 Công suất các bộ nghịch lƣu theo sơ đồ đề xuất. 67 Hình 6.14. Công suất các bộ nghịch lƣu theo sơ đồ truyền thống. 68 Hình 6.15. Công suất các bộ nghịch lƣu theo sơ đồ đề xuất. 68 Hình 6.16. Công suất các bộ nghịch lƣu theo sơ đồ truyền thống. 69 Hình 6.17. Công suất các bộ nghịch lƣu theo sơ đồ đề xuất. 70 Hình 6.18: Điện áp và dòng điện tải trong sơ đồ truyền thống 70 Hình 6.19: Điện áp và dòng điện tải trong sơ đồ đề xuất 71 Hình 6.20. Công suất khi chia công suất P và Q cùng tỷ lệ 1:1:1 72 Hình 6.21. Công suất khi chia công suất P và Q cùng tỷ lệ 1:2:3 73 Hình 6.22. Công suất khi chia công suất P tỉ lệ 1:1:1 và Q tỷ lệ 1:2:3 74 Hình 6.23: Dạng điện áp và dòng điện ngõ ra 75 Hình 6.24: Đồ thị công suất khi tần số là 50Hz 76 Hình 6.25: Dạng điện áp và dòng điện khi tần số là 50Hz. 76 Hình 6.26: Đồ thị công suất khi tải thay đổi từ 50Hz lên 60Hz 77 Hình 6.27: Dạng điện áp và dòng điện khi tải thay đổi từ 50Hz lên 60Hz 77 Hình 6.28:Đồ thị công suất tần số 50Hz từ 2s, tải thay đổi từ 4s, t=6s. 78 Hình 6.29: Dạng điện áp và dòng điện tần số 50Hz từ 2s, tải thay đổi từ 4s, t=6s 78
15. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lƣơng Thị Thanh Tuyền Giới tính: Nữ Sinh ngày 21 tháng 6 năm 1981 Nơi sinh: Tây Ninh. Quê quán: Hòa Thành Tây Ninh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 453/5/10G tỉnh lộ 43 Tam Phú Thủ Đức Tp.HCM Điện thoại cơ quan: 066 3822438 Điện thoại nhà riêng: 066 3844687 Email: luongtuyen81@yahoo.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: chính qui Thời gian đào tạo: từ 9/1996 đến 6/1999 Nơi đào tạo: Trƣờng Nguyễn Chí Thanh Hòa Thành Tây Ninh 2. Đại học. Hệ đào tạo: chính qui Thời gian đào tạo: từ 9/2000 đến 6/2006 Nơi đào tạo: Đại học Sƣ Phạm kỹ thuật Tp.HCM Ngành học: Điện khí hóa cung cấp điện. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Công việc Thời gian Nơi công tác đảm nhiệm. 9/2006 đến 6/2008 Công ty SXTM điện THÀNH NV kỹ Thuật LONG Thành Thái Q10 Tp.HCM 9/2008 đến nay. Cao Đẳng Nghề Tây Ninh TP Tây Giáo Viên Ninh Tỉnh Tây ninh
16. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Lê Minh Phƣơng CHƢƠNG 1: SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Giới thiệu chung Hệ thống phát điện có chức năng phân phối (DGS) đang gia tăng nhanh chóng, đặc biệt là nguồn phát. Mối quan tâm này xuất hiện là do các nhà máy điện lớn không thể xây dựng đƣợc ở nhiều khu vực, do sự phức tạp của hệ thống tăng và chi phí nhiên liệu cũng nhƣ quy định nghiêm ngặt về môi trƣờng nữa. Ngoài ra, tiến bộ công nghệ gần đây trong máy phát điện nhỏ, điện tử công suất, và các thiết bị lƣu trữ năng lƣợng đã cung cấp một cơ hội mới cho các nguồn năng lƣợng phân phối ở cấp độ phân phối. Đặc biệt các chính sách khuyến khích sử dụng năng lƣợng tái tạo cũng đã khuyến khích một cách tiếp cận phân cấp nhiều hơn để cung cấp năng lƣợng[1]. Có nhiều nguồn phát điện DG hiện hành khác nhau động cơ diesel hoặc khí thiên nhiên, công nghệ mới (vi tuabin hoặc các tế bào nhiên liệu hoặc năng lƣợng thiết bị lƣu trữ), và các công nghệ năng lƣợng tái tạo (tua bin gió nhỏ hoặc năng lƣợng mặt trời/pin quang điện hoặc tuabin thủy điện nhỏ). Các DGS có thể hoạt động ở chế độ độc lập hay kết nối lƣới làm tăng độ tin cậy, chất lƣợng điện năng, tiết kiệm chi phí tại nơi phát điện mở rộng. Trong Microgrid sử dụng các công nghệ dựa trên điện tử công suất nâng cao, tất cả DGS yêu cầu chuyển đổi năng lƣợng, kỹ thuật PWM và các đơn vị điều khiển điện tử. Năng lƣợng điện đƣợc tạo ra bởi tất cả DGS ban đầu chuyển đổi thành điện DC, tạo bus phân phối DC, sau đó đƣợc chuyển đổi bởi chuyển đổi DC thành điện xoay chiều AC. Để truyền tải lƣợng công suất lớn hay kết nối nhiều nguồn phát với lƣới cần thiết kết nối và vận hành song song các bộ nghịch lƣu do khả năng mang dòng điện lớn của các thiết bị bán dẫn bị hạn chế. Một lý do khác là các bộ nghịch lƣu hoạt động song song sẽ tạo thành hệ thống dự phòng, nâng cao độ tin cậy hệ thống đồng thời tạo tính linh hoạt cho phép đóng ngắt nguồn vào lƣới một cách dễ dàng. [3]. Trang 1 HVTH: Lƣơng Thị Thanh Tuyền
17. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Lê Minh Phƣơng Việc kết nối song song các các bộ nghịch lƣu chung thanh cái AC là vấn đề khó khăn và phức tạp hơn nhiều so với việc kết nối song song các nguồn DC, vì mỗi bộ nghịch lƣu phải đảm bảo chia đúng tải đồng thời đảm bảo đồng bộ trong hệ thống. Về lý thuyết, nếu điện áp đầu ra của mỗi nghịch lƣu có cùng một biên độ, tần số và độ lệch pha, dòng điện tải sẽ đƣợc phân phối đồng đều. Tuy nhiên, do sự khác biệt về thông số giữa chúng cũng nhƣ các sự khác biệt trở kháng đƣờng dây kết nối, dòng tải sẽ không bằng nhau và thực tế này sẽ dẫn đến việc xuất hiện dòng điện cân bằng chạy giữa các bộ biến đổi và có thể gây quá tải hoặc thậm chí gây hƣ hỏng [3].Vấn đề đặt ra trong việc kết nối song song các bộ nghịch lƣu là làm thế nào để chia tải và đảm bảo chúng đƣợc kết nối hay ngắt một cách linh hoạt không ảnh hƣởng đến độ tin cậy của hệ thống. Ngoài những vấn đề cần giải quyết khi thiết kế hệ thống Microgrid nhƣ: 1)Đảm bảo cung cấp năng lƣợng ổn định và điều chỉnh điện áp; 2) Nâng cao hiệu suất của hệ thống; 3) Nâng cao chất lƣợng và độ tin cậy của hệ thống;4) Đảm bảo thuận lợi cho DG theo dõi sự thay đổi của tải. Microgrid cần phải đƣợc nghiên cứu để phát triển các tính năng quan trọng sau: - Chia tải giữa các bộ nghịch lƣu kết nối song song trong microgrid ở chế độ độc lập theo công suất định mức hoặc theo tỷ lệ. - Hòa đồng bộ microgrid với lƣới điện công cộng. - Chuyển đổi chế độ hoạt động linh hoạt của microgrid: chế độ độc lập và chế độ kết nối lƣới. - Ảnh hƣởng của thông số đƣờng dây đến chất lƣợng điều khiển. 1.2 Các nghiên cứu hiện nay Vấn đề kết nối song song các bộ nghịch lƣu và chia tải và đảm bảo chúng đƣợc kết nối hay ngắt một cách linh hoạt không ảnh hƣởng đến độ tin cậy của hệ thống đã đƣợc nghiên cứu từ nhiều năm gần đây. Sự phát triển nhanh chóng của các bộ xử lý tín hiệu kỹ thuật số đã làm tăng các kỹ thuật điều khiển hoạt động song song các bộ nghịch lƣu. Những sơ đồ điều khiển có thể đƣợc phân thành hai nhóm chính [3],[5] Trang 2 HVTH: Lƣơng Thị Thanh Tuyền
18. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Lê Minh Phƣơng Dạng thứ nhất dựa trên các kỹ thuật chia tải tích cực, và phần lớn trong số họ có nguồn gốc từ các sơ đồ điều khiển song song các bộ DC-DC, nhƣ điều khiển tập trung, dạng master-slave (MS), chia tải trung bình (ALS) và điều khiển chuỗi tròn(3C). Mặc dù các sơ đồ điều khiển này đều đạt đƣợc kết quả điều khiển điện áp và chia tải tốt nhƣng các sơ đồ này yêu cầu bắt buộc có giao tiếp trao đổi tín hiệu giữa các bộ nghịch lƣu thông qua hệ thống truyền thông. Dạng thứ hai hoạt động dựa trên việc sử dụng nguyên lý Droop, đƣợc sử dụng rộng rãi trong hệ thống phát điện thông thƣờng. Ƣu điểm là không cần hệ thống thông tin truyền thông giữa các bộ nghịch lƣu với nhau Theo phƣơng pháp này việc điều chỉnh tần số và biên độ điện áp đầu ra đƣợc thực hiện theo công suất tác dụng và công suất phản kháng cung cấp bởi bộ nghịch lƣu. Phƣơng pháp droop đạt đƣợc độ tin cậy cao và tính linh hoạt trong phân bố các mô-đun, vì chỉ sử dụng phép đo công suất tại chỗ. Tuy nhiên, phƣơng pháp Droop truyền thống có một số nhƣợc điểm làm hạn chế phạm vi ứng dụng của nó, nhƣ: a) đáp ứng chậm với sự thay đổi của tải; b) phải cân bằng giữa độ chính xác trong chia công suất và độ lệch tần số và điện áp; c) mất cân bằng thành phần hài dòng điện; d) phụ thuộc nhiều vào đƣờng dây và trở kháng đầu ra của biến tần. Trong các sơ đồ điều khiển Droop truyền thống, để chia công suất theo tỷ lệ công suất định mức các bộ nghịch lƣu kết nối song song, các bộ nghịch lƣu phải có cùng trở kháng và phải có điện áp tại điểm kết nối phải bằng nhau. Cả hai điều kiện rất khó thực hiện và đây là lý do chính khi áp dụng giải thuật truyền thống không đạt đƣợc độ chính xác của việc chia công suất khi thông số của đƣờng dây kết nối khác nhau. 1.3 Mục tiêu và kết quả nghiên cứu Vì vậy, mặc dù có sự tiến bộ đáng kể trong việc nghiên cứu các giải pháp, nhƣng vẫn tồn tại vấn đề chia tải chính xác tỷ lệ với công suất định mức của bộ nghịch lƣu. Do đó, vấn đề chia tải tỷ lệ cần phải đƣợc nghiên cứu trên cơ sở hệ thống. Để khắc phục các vấn đề chia công suất, một vài phƣơng pháp cải tiến đã Trang 3 HVTH: Lƣơng Thị Thanh Tuyền
19. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Lê Minh Phƣơng đƣợc đề xuất. Cụ thể, phƣơng pháp giải quyết các tác động của trở kháng đƣờng dây. Trong luận văn này tác giả trình bày sơ đồ điều khiển chia tải chính xác mới giữa các bộ nghịch lƣu kết nối song song trong chế độ độc lập của Microgrid Droop mới cho phép chia tải tỷ lệ chính xác giữa các bộ nghịch lƣu vận hành song song trong Microgrids ở chế độ độc lập trong điều kiện khác biệt về thông số đƣờng dây và trở kháng đầu ra bộ nghịch lƣu. Trang 4 HVTH: Lƣơng Thị Thanh Tuyền
20. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Lê Minh Phƣơng CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MICROGRID 2.1 Khái niệm microgrid và nguồn năng lƣợng phân tán (DG) Về cơ bản một microgrid tích hợp nhiều nguồn phân tán, với chức năng thu thập, xử lý và phân phối để đáp ứng các nhu cầu tải. Khi giao diện là bộ biến đổi với Microgrid tạo thành thể thống nhất, hoạt động của nó đòi hỏi một hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển cần thiết không chỉ linh hoạt trong cung cấp mà còn đảm bảo điện năng đầu ra và chất lƣợng điện. 2.1.1 So sánh giữa lƣới điện thông thƣờng và microgrid Sự khác biệt giữa lƣới điện thông thƣờng và microgrid nhƣ sau: Công suất đầu ra của mỗi microsource nhỏ hơn nhiều so với một nhà máy điện thông thƣờng. Microgrid thƣờng đƣợc lắp đặt gần với tải khách hàng vì vậy tổn thất trong đƣờng dây truyền tải nhỏ. Do đó microgrid có hiệu quả cao trong điều kiện cung cấp điện áp và tần số. Microgrid dùng để cung cấp điện cho vùng sâu vùng xa nơi mà không có lƣới điện quốc gia Quá trình khôi phục hệ thống điện truyền thống là phức tạp, đòi hỏi một sự can thiệp nhanh chóng, thƣờng là bằng tay và trong thời gian thực, trong khi đó microgrid toàn bộ quá trình phục hồi là rất dễ dàng vì giới hạn số lƣợng các biến điều khiển. Trang 5 HVTH: Lƣơng Thị Thanh Tuyền
21. Luận văn tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Lê Minh Phƣơng Hình 2.1: Giảm thiểu tổn thất khi dùng microgrid thay lƣới thông thƣờng. 2.1.2 Nguyên tắc cơ bản của một lƣới microgrid Hệ thống DG hạ áp và trung áp phát triển nhanh chóng trên toàn cầu. Chúng đƣợc cung cấp bởi năng lƣợng tái tạo, máy phát điện không thông thƣờng bao gồm; tế bào nhiên liệu, tua bin gió, và hệ thống quang điện. Thông thƣờng, chúng đƣợc sử dụng để tăng cƣờng cho lƣới điện công cộng trong thời gian tải cao điểm và thiếu điện. Và cũng có thể cung cấp điện trong trƣờng hợp hệ thống lƣới điện chính bị sự cố. Trong những năm gần đây, khái niệm này đã đƣợc phát triển tạo thành cụm tải kết nối với các vị DG song song, tạo thành một microgrid. Trong microgrid khi lƣới điện chính ngừng cung cấp, các microgrid sẽ ngắt kết nối từ lƣới và hoạt động độc lập, tiếp tục cung cấp điện cho phụ tải cục bộ của mình cho đến khi lƣới điện trở lại bình thƣờng. 2.1.3 Ƣu điểm của Microgrid Microgrid có ƣu điểm so với các hệ thống khác, điều này đƣợc tóm tắt dƣới đây: Đối với các vấn đề môi trƣờng, microgrid giúp cắt giảm ô nhiễm bởi vì nó sử dụng nguồn có khí thải thấp hoặc bằng không. Trang 6 HVTH: Lƣơng Thị Thanh Tuyền
22. S K L 0 0 2 1 5 4