Luận văn Thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời hòa đồng bộ lưới điện quốc gia (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời hòa đồng bộ lưới điện quốc gia (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 PHẠM QUỐC KHANH THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA ĐỒNG BỘ LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 0 4 6 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM QUỐC KHANH THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA ĐỒNG BỘ LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5/2013
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM QUỐC KHANH THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA ĐỒNG BỘ LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: TS. TRƯƠNG VIỆT ANH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 5/2013
4. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Phạm Quốc Khanh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1986 Nơi sinh: Đồng Nai Quê quán: Tiên Phước-Quảng Nam Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 115/22 Ấp Cầu Hang, Xã Hóa An, TP Biên Hòa, Tỉnh Đồng Nai Điện thoại liên lạc: 0908.088.996 E-mail: phamquockhanh0123@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 06/ 2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học:Kỹ thuật điện- điện tử Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Thiết kế và thi công mạch điều khiển không dây thiết bị điện từ xa bằng máy tính Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:22/2/2009 Người hướng dẫn:Th.S. Nguyễn Trường Duy III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2009-2010 Công ty Cổ phần Viễn thông VTC Nhân viên kỹ thuật 2010-2012 Công ty TNHH SVProbe VN PCB Designer 2012-nay Công ty sản phẩm máy tính Fujitsu Customer Engineer HVTH:Phạm Quốc Khanh Page i
5. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Phạm Quốc Khanh ii
6. LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS. Trương Việt Anh, người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc trường Đại Học Bách Khoa và thầy TS. Lê Chí Kiên trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã tận tình nhận xét và đóng góp nhằm hoàn thiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Điện- Điện Tử trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM, các cán bộ phòng Đào Tạo đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong suốt quá trình học tập và trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này. Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên tôi và động viên tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này. Phạm Quốc Khanh. iii
7. TÓM TẮT Ngày nay, việc phát triển trong lĩnh vực năng lượng gió và năng lượng mặt trời đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể, đây là các lĩnh vực năng lượng sạch và vô tận. Trong tình hình nhu cầu năng lượng ngày càng cao thì việc đa dạng hóa các nguồn năng lượng từ các nguồn năng lượng mới và vô tận là một giải pháp hiệu quả và luôn được khuyến khích phát triển. Các nguồn năng lượng này sẽ giảm bớt một phần gánh nặng từ áp lực cung cấp điện năng của lưới điện, chủ yếu dựa vào nhiệt điện và thủy điện của chúng ta hiện nay. Tuy nhiên, có một số hạn chế đó là công suất nhỏ và phân tán. Để sử dụng có hiệu quả cần phải kết nối các nguồn năng lượng này thông qua lưới điện phân phối hiện có bằng các bộ nghịch lưu có khả năng kết nối với lưới điện xoay chiều. Đã có nhiều nghiên cứu về lĩnh vực này[1,2], tuy nhiên mục tiêu điều khiển chủ yếu tập trung điều kiển dòng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q với các điều kiện ràng buộc như tần số, điện áp lưới không thay đổi hay điện áp nguồn DC của bộ nghịch lưu không thay đổi, tuy nhiên, trong thực tế các giá trị này thay đổi đáng kể. Luận văn tập trung xây dựng một giải thuật điều khiển bộ nghịch lưu kết nối lưới AC có khả năng tự động ổn định và điều khiển dòng điện bơm vào lưới với công suất Q luôn ở mức rất thấp ( hệ số công suất luôn ở mức 0.98 đến gần bằng 1) ngay cả khi có sự thay đổi điện áp, tần số lưới điện và điện áp đặt vào nguồn DC của bộ nghịch lưu bị thay đổi. Đặc biệt, trong luận văn cũng đề xuất một giải pháp mới trong việc giảm nhiễu hài bậc cao cho dòng điện mà bộ nghịch lưu bơm vào lưới điện. Giải thuật này giúp nâng cao hiệu suất và chất lượng điện năng của bộ nghịch lưu so với các phương pháp điều khiển hiện có. iv
8. 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. There are some research into this field[1,2], main control target are adjustment active power flow P and reactive power flow Q with some limited condition about frequency, amplitude of power grid voltage and photovoltaic cell voltage. Actually, they are variable values. This thesis present a new approach for invertor link to power system. They can maintenance current amplitude and reactive power is very lower than active power P ( power factor was maintenanced from 0.98 to 1) event frequency, amplitude of power grid voltage and photovoltaic cell voltage were change. Specially, the thesis present new approach to redue total harmonic disturbance of current flow inject to power grid from invertor, increase power quality. In order hand, they cant redue loss energy of operation of electronic switch device when compare with current aproachs. v
9. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT iv MỤC LỤC vi DANH SÁCH CÁC HÌNH ix chương 0: GIỚI THIỆU I. Đặt vấn đề : 1 II. Nhiệm vụ của luận văn : 1 III. Phạm vi nghiên cứu: 1 IV. Phương pháp nghiên cứu : 2 V. Điểm mới của luận văn : 2 VI. Giá trị thực tiễn của đề tài : 2 VII. Nội dung luận văn : 3 chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính cần thiết. 4 1.2 Hòa đồng bộ hai máy phát. 5 1.2.1 Hòa đồng bộ. 5 1.2.2. Phân tích các điều kiện hòa. 7 1.3 Các nghiên cứu khoa học liên quan. 10 1.3.1. Điều khiển công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q khi kết nối nguồn năng lương mặt trời vào lưới điện [1] 11 1.3.2 Điều chỉnh chỉnh công suất phản kháng và điều khiển hệ số công suất khi kết nối hệ thống năng lượng mặt trời với lưới điện [2]. 13 vi
10. 1.4 Nhược điểm của các nghiên cứu liên quan và hướng nghiên cứu của luận văn. 15 1.4.1 Nhược điểm của nghiên cứu [1]. 15 1.4.2. Nhược điểm của nghiên cứu [2]. 15 1.4.3. Hướng nghiên cứu của luận văn. 15 chương 2: PHƯƠNG TRÌNH TOÁN VÀ GIẢI THUẬT 2.1 Sơ đồ kết nối. 16 2.2 Công thức tính P và Q khi bơm vào lưới điện. 17 2.3 Công thức tính dòng điện I bơm vào lưới điện không đổi. 18 2.4 Sơ đồ khối kết nối của bộ nghịch lưu vào lưới điện phân phối. 19 2.5 Giải thuật giảm tổng méo dạng sóng hài THD cho dòng điện của bộ nghịch lưu bơm vào lưới điện phân phối: 26 chương 3: SƠ ĐỒ VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG BẰNG MATLAB 3.1 Các khối khi mô phỏng trên Matlab: 32 3.1.1 Khối công suất: 32 3.1.2 Vi điều khiển và bộ trễ 35 3.1.3 Khối tạo điều kiện làm việc: 37 3.1.4 Khối đo lường: 40 3.2 Các kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab: 41 3.2.1 Mô phỏng khi bơm dòng điện không đổi vào lưới điện khi các điều kiện bên ngoài không thay đổi (U=220V,f=50Hz,Vdc=480V) 41 3.2.1.1 Khi muốn bơm dòng điện hiệu dụng 20A vào lưới điện: 41 3.2.1.2 Khi bơm dòng điện 30A hiệu dụng vào lưới điện phân phối: 48 3.2.2 Khi có sự thay đổi biên độ điện áp trên lưới điện phân phối với điện áp pin mặt trời 480VDC và tần số lưới điện 50Hz 55 3.2.2.1 Khi điện áp lưới điện giảm từ 220V xuống còn 180V 55 3.2.2.2 Khi điện áp lưới điện tăng từ 220V lên đến 260V 58 3.2.3 Khi có sự thay đổi tần số điện áp trên lưới điện phân phối với điện áp pin mặt trời 480VDC và điện áp lưới điện 220V hiệu dụng 62 vii
11. 3.2.3.1 Khi tần số lưới điện giảm từ 50 Hz xuống 48Hz. 62 3.2.3.2 Khi tần số lưới điện tăng từ 50 Hz lên 52Hz. 65 3.2.4 Khi có sự thay đổi điện áp nguồn pin mặt trời với điện áp lưới điện 220V hiệu dụng và tần số điện áp lưới 50Hz 69 3.2.4.1 Khi dòng điện áp nguồn năng lượng mặt trời giảm từ 480Vdc xuống còn 440V 69 3.2.4.2 Khi điện áp nguồn năng lượng mặt trời tăng từ 480Vdc lên đến 520V 72 3.2.5 Khi điện áp nguồn năng lượng mặt trời và lưới điện phân phối đều thay đổi 76 3.2.5.1 Khi điện áp lưới điện giảm từ 220V xuống 180V và điện áp nguồn điện pin mặt trời giảm từ 480V xuống 440V. 76 3.2.5.2 Khi điện áp lưới điện giảm từ 220V xuống 180V và điện áp nguồn điện pin mặt trời tăng từ 480V lên 520V. 79 3.2.5.3 Khi điện áp lưới điện tăng từ 180V lên 260V và điện áp nguồn điện pin mặt trời giảm từ 520V xuống 440V. 82 3.2.5.4 Khi điện áp lưới điện tăng từ 180V lên 260V và điện áp nguồn điện pin mặt trời tăng từ 480V lên 520V. 85 3.3 Nhận xét 88 chương 4: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 4.1 Kết luận: 89 4.2 Hướng phát triển: 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 viii
12. DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1. 1: Công tác song song 6 Hình 1. 2: Sơ đồ biểu thị vecto khi hòa 7 Hình 1. 3: Sơ đồ vecto khi điện áp không thỏa mãn mà các điều kiện khác thảo mãn 7 Hình 1. 4: Sơ đồ hệ thống ba pha quét tơ quay 10 Hình 1. 5: Sơ đồ điều khiển của [1] 12 Hình 1. 6: Kết quả mô phỏng P, Q, S, I. của [1] 12 Hình 1. 7: Giải thuật điều khiển của [2] 14 Hình 1. 8: Kết quả nghiên cứu của [2] 14 Hình 2. 1: Sơ đồ kết nối nguồn năng lượng mặt trời kết nối vào lưới điện phân phối một pha 16 Hình 2. 2: Sơ đồ tương đương khi kết nối 16 Hình 2. 3: Giản đồ vectơ của các thông số khi hòa 17 Hình 2. 4: Sơ đồ khối kết nối. 20 Hình 2. 5: Giản đồ xung kích bộ nghịch lưu một pha bằng phương pháp SPWM 23 Hình 2. 6: Giản đồ dòng điện và điện áp ngõ ra nghịch lưu dùng phương pháp SPWM 24 Hình 2. 7: Sơ đồ chuyển mạch giữa hai điện áp V1 và V2 26 Hình 2. 8: Sơ đồ chuyển mạch giữa hai điện áp V1 và V2 đồng thời có sự tham gia của điện áp xoay chiều 28 Hình 2. 9: Sơ đồ qui đổi tương đương từ sơ đồ chuyển mạch có sự tham gia của sóng sin về dạng chuyển mạch hai nguồn DC cơ bản 29 Hình 2. 10: Sơ đồ tương đương mạch nghịch lưu hòa lưới trong một bán kì sóng điều khiển 29 Hình 2. 11: Hình minh họa cho chứng minh về thời gian đóng ngắt mạch điện IGBT trong một chu kì sóng mang tam giác. 31 Hình 3. 1: Sơ đồ kết nối mô phỏng trên phần mềm Matlab 32 ix
13. Hình 3. 2: Sơ đồ khối của khối công suất 32 Hình 3. 3: Sơ đồ kết nối giữa các bộ nghịch lưu với lưới điện phân phối bên trong khối công suất. 33 Hình 3. 4: Sơ đồ kết nối bên trong bộ nghịch lưu. 34 Hình 3. 5: Mô hình mạng điện phân phối trong mô phỏng matlab 34 Hình 3. 6: Sơ đồ khối của bộ vi điều khiển 35 Hình 3. 7: Lưu đồ giải thuật cơ bản của vi điều khiển 36 Hình 3. 8: Sơ đồ khối tạo tín hiệu vào ra của mạch mô phỏng 37 Hình 3. 9: Lưu đồ chương trình của khối tạo môi trường mô phỏng 39 Hình 3. 11: Sơ đồ khối kết nối bên trong của bộ đo lường. 40 Hình 3. 10: Sơ đồ khối đo lường 40 Hình 3. 12: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 42 Hình 3. 13: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối 42 Hình 3. 14: Đồ thị phân tích FFT cho dòng điện tổng bơm vào lưới điện 43 Hình 3. 15: Đồ thị khi phân tích FFT cho dòng điện của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện 43 Hình 3. 16: Đồ thị khi phân tích FFT cho dòng điện của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện 44 Hình 3. 17: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng bơm vào lưới điện phân phối 44 Hình 3. 18: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 45 Hình 3. 19: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 45 Hình 3. 20: Đồ thị dòng điện của bộ nghịch lưu bơm vào lưới điện 46 Hình 3. 21: Đồ thị dòng điện bơm vào lưới điện trong một chu kì điện áp lưới điện 46 Hình 3. 22: Đồ thị phân tích FFT cho dòng điện bơm vào lưới điện 47 x
14. Hình 3. 23 Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện bơm vào lưới điện 47 Hình 3. 24: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 48 Hình 3. 25: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối 48 Hình 3. 26 Đồ thị phân tích FFT cho dòng điện tổng bơm vào lưới điện 49 Hình 3. 27: Đồ thị khi phân tích FFT cho dòng điện của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện 49 Hình 3. 28: Đồ thị khi phân tích FFT cho dòng điện của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện 50 Hình 3. 29: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 50 Hình 3. 30: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 51 Hình 3. 31: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 51 Hình 3. 32 Đồ thị dòng điện của bộ nghịch lưu bơm vào lưới điện 52 Hình 3. 33: Đồ thị dòng điện bơm vào lưới điện trong một chu kì điện áp lưới điện 52 Hình 3. 34: Đồ thị dòng điện bơm vào lưới điện trong một chu kì điện áp lưới điện 53 Hình 3. 35 Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng bơm vào lưới điện. 53 Hình 3. 36 Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 55 Hình 3. 37: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 56 Hình 3. 38: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 56 Hình 3. 39: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 57 Hình 3. 40: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 57 xi
15. Hình 3. 41: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 58 Hình 3. 42: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 58 Hình 3. 43: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 59 Hình 3. 44: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 59 Hình 3. 45: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 60 Hình 3. 46: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 60 Hình 3. 47: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 61 Hình 3. 48: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 62 Hình 3. 49: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 63 Hình 3. 50: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 63 Hình 3. 51: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 64 Hình 3. 52: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 64 Hình 3. 53: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 65 Hình 3. 54: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 65 Hình 3. 55: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 66 Hình 3. 56: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 66 xii
16. Hình 3. 57: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 67 Hình 3. 58: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 67 Hình 3. 59: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 68 Hình 3. 60: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 69 Hình 3. 61: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 70 Hình 3. 62: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 70 Hình 3. 63: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 71 Hình 3. 64: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 71 Hình 3. 65: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 72 Hình 3. 66: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 72 Hình 3. 67: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 73 Hình 3. 68: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 73 Hình 3. 69: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 74 Hình 3. 70: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 74 Hình 3. 71: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 75 Hình 3. 72: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 76 xiii
17. Hình 3. 73: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 76 Hình 3. 74: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 77 Hình 3. 75: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 77 Hình 3. 76: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 78 Hình 3. 77: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 78 Hình 3. 78: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 79 Hình 3. 79: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 79 Hình 3. 80: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 80 Hình 3. 81: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 80 Hình 3. 82: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 81 Hình 3. 83: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 81 Hình 3. 84: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 82 Hình 3. 85: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 82 Hình 3. 86: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 83 Hình 3. 87: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 83 xiv
18. Hình 3. 88: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 84 Hình 3. 89: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 84 Hình 3. 90: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng 85 Hình 3. 91: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối điện trước sự cố 85 Hình 3. 92: Đồ thị các dòng điện của từng bộ nghịch lưu và dòng điện tổng trong một chu kì điện áp lưới điện phân phối sau sự cố 86 Hình 3. 93: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của dòng điện tổng bơm vào lưới điện phân phối 86 Hình 3. 94: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ nhất bơm vào lưới điện phân phối 87 Hình 3. 95: Đồ thị công suất tác dụng và công suất phản kháng của bộ nghịch lưu thứ hai bơm vào lưới điện phân phối 87 xv
19. Thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời hòa đồng bộ lưới điện quốc gia GVHD: TS. Trương Việt Anh I. Đặt vấn đề : Các nguồn năng lượng lớn chủ yếu có nguồn gốc năng lượng hóa thạch luôn gây ô nhiễm môi trường, đang cạn kiệt dần và làm cho trái đất ấm dần lên. Việc tìm ra nguồn năng lượng sạch, vô tận luôn là ưu tiên hàng đầu. Năng lượng mặt trời, năng lượng gió đã thỏa mãn được những yêu cầu trên, nhưng có công suất không lớn và rất không tập trung. Để tận dụng có hiệu quả, cần phải kết nối các nguồn năng lượng này thông qua hệ thống lưới điện phân phối có sẵn bằng các bộ nghịch lưu có khả năng kết nối với điện xoay chiều. Đã có nhiều nghiên cứu về lĩnh vực này [1, 2], tuy nhiên các mục tiêu điều khiển chủ yếu tập trung điều khiển dòng công suất tác dụng P và công suất phản kháng Q với các điều kiện ràng buộc như tần số, điện áp lưới không thay đổi hay điện áp DC của bộ nghịch lưu không thay đổi, tuy nhiên, trong thực tế, các giá trị này thay đổi đáng kể. Luận văn này tập trung xây dựng một giải thuật điều khiển bộ nghịch lưu kết nối lưới AC có khả năng tự động ổn định và điều khiển dòng điện bơm vào lưới với công suất Q luôn ở mức rất thấp (hệ số công suất luôn từ 0.98 đến gần bằng 1) ngay cả khi đảm bảo điện áp, tần số lưới và điện áp đặt vào bộ nghịch lưu thay đổi. II. Nhiệm vụ của luận văn : Luận văn “Thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời hòa đồng bộ lưới điện quốc gia” có nội dung chủ yếu: - Tầm quan trọng của luận văn. - Phân tích sự ảnh hưởng của việc hòa hai nguồn điện. - Xây dựng phương trình và giải thuật để tính toán bộ chuyển đổi năng lượng. - Dùng phần mềm Matlab 7.0 mô phỏng khi hòa năng lượng mặt trời vào lưới quốc gia. - Kết quả nghiên cứu của luận văn. III. Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu bộ nghịch lưu công suất nhỏ một pha khi hòa vào lưới điện. - Nghiên cứu phương pháp tính toán bộ chuyển đổi nguồn DC-AC. HVTH:Phạm Quốc Khanh Page 1
20. Thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời hòa đồng bộ lưới điện quốc gia GVHD: TS. Trương Việt Anh - Nghiên cứu tính toán các thông số khi hòa nguồn năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện phân phối. - Đưa ra mô hình mô phỏng khi hòa nguồn năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện. - Áp dụng kết quả để tính toán thiết kế. IV. Phương pháp nghiên cứu : 1. Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu. 2. Nghiên cứu các mô hình hòa đồng bộ giữa hai nguồn năng lượng mặt trời và lưới điện. Ảnh hưởng của các thông số khi hòa. Đề nghị mô hình tính toán cụ thể. 3. Xây dựng mô hình mô phỏng việc hòa, từ đó thiết kế và thi công mô hình thực tế. 4. Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị. 5. Đánh giá tổng quát toàn bộ bản luận văn. Đề nghị hướng phát triển của đề tài. V. Điểm mới của luận văn : 1. Tìm ra các thông số ảnh hưởng đến việc hòa đồng bộ giữa hai nguồn năng lượng mặt trời và lưới điện quốc gia. 2. Đưa ra giải thuật và chương trình mới để tính toán bộ chuyển đổi nguồn năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện quốc gia. 3. Góp phần ổn định lưới điện phân phối. 4. Góp phần tiết kiệm năng lượng của các hộ tiêu thụ điện cũng như cung cấp thêm cho nguồn quốc gia một phần năng lượng. 5. Nguồn năng lượng mặt có thể dự trữ nó góp phần giảm quá tải của nguồn lưới khi giờ cao điểm. VI. Giá trị thực tiễn của đề tài : Từ yêu cầu cấp thiết từ thực tế, góp phần tiết kiệm năng lượng của các hộ tiêu thụ điện cũng như cung cấp thêm cho nguồn quốc gia một phần năng lượng. Nguồn năng lượng mặt có thể dự trữ nó góp phần giảm quá tải của nguồn lưới khi giờ cao HVTH:Phạm Quốc Khanh Page 2
21. Thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời hòa đồng bộ lưới điện quốc gia GVHD: TS. Trương Việt Anh điểm. Chính vì lý do trên, đề tài: "Thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện quốc gia" được hình thành. Từ công việc nghiên cứu của luận văn: 1. Nhận được kết quả từ một mô hình thiết kế chính xác bộ chuyển đổi năng lượng. 2. Với kết quả nhận được có thể:  Ứng dụng rộng rãi việc sử dụng cùng lúc hai nguồn năng lượng mặt trời và lưới điện quốc gia cho các hộ tiêu thụ điện.  Giúp các nhà hoạch định chiến lược về nguồn năng lượng quốc gia có thêm một hướng mới về việc phát triển nguồn năng lượng trong tương lai.  Sử dụng làm tài liệu giảng dạy.  Giúp cho các nhà thiết kế các tài liệu quan trọng trong tính toán thiết kế bộ chuyển đổi nguồn năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện quốc gia. VII. Nội dung luận văn : Chương 0 : Giới thiệu Chương 1 : Tổng quan Chương 2 : Phương trình toán và giải thuật điều khiển bộ nghịch lưu Chương 3 : Sơ đồ và kết quả mô phỏng bằng matlab Chương 4 : Kết luận và hướng phát triển HVTH:Phạm Quốc Khanh Page 3