Sử dụng phương pháp trễ điều khiển bộ nghịch lưu heric trong hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới

Nội dung text: Sử dụng phương pháp trễ điều khiển bộ nghịch lưu heric trong hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới

1. SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP TRỄ ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƢU HERIC TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI MỘT PHA KẾT NỐI LƢỚI CONTROL HERIC INVERTER FOR SINGLE PHASE PHOTOVOLTAIC SYSTEMS CONNECT GRID USING HYSTERESIS CURRENT CONTROL Nguyễn Quý Thu Học Viên Khoa điện Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh TÓM TẮT Các bộ nghịch lưu là bộ phận không thể thiếu trong hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới. Trong nước và trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu về cấu hình giải thuật điều khiển của các bộ nghịch lưu,, phương pháp điều khiển kết nối lưới. Trong bài báo này tác giả nghiên cứu bộ nghịch lưu HERIC sử dụng trong hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới.Với mục tiêu là mang lại hiệu suất và tính ổn định cao. Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu HERIC kết nối lưới dùng phương mạch tạo pháp trễ Từ khóa: Nghịch lưu HERIC, kết nối lưới, phương pháp mạch tạo trễ ABSTRACT The inverter is an indispensable part in solar power system single phase of connected grid. Domestic and worldwide there are many studies about the control algorithm configuration of the inverter control method,, grid connection. In this paper the authors study Heric inverters used in solar power systems as a result of grid connecting .Goal is to bring efficiency and high stability. Control method Heric inverter circuit connection method used to method Hysteresis current control Key words: HERIC inverter,connected gird, Hysteresis current control I.GIỚI THIỆU Để nâng hiệu suất và tính ổn định cao trong hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới. Tác giả nghiên cứu phương pháp mạch tạo trễ để điều khiển bộ nghịch lưu HERIC kết nối lưới . Nhiệm vụ của nghiên cứu này là nghiên cứu về bộ nghịch lưu HERIC, điều khiền hệ thống điện mặt trời, Mô hình hóa mô phỏng hệ thống chuyển đổi điện mặt trời 1 pha kết lưới sử dụng bộ nghịch lưu HERIC II.BỘ NGHỊCH LƢU HERIC 1.Cấu hình Cấu hình của bộ nghịch lưu HERIC giống như cấu hình bộ nghịch bộ nghịch lưu cầu H và có thêm 2 khóa công suất S+ ,S- mắc đối nghịch.
2. Hình 2.1: Cấu hình bộ nghịch lưu HERIC Bảng trạng thái S1 S2 S3 S4 S+ S- D+ D- Vout ON OFF OFF ON ON OFF OFF OFF Vin OFF OFF OFF OFF ON OFF OFF ON 0 OFF ON ON OFF OFF ON OFF OFF -Vin OFF OFF OFF OFF OFF ON ON OFF 0 Bảng 2.1 Bảng trạng thái của các khóa công suất của bộ nghịch lưu HERIC Để tạo ra trạng thái điện áp ngõ ra bằng -Vin ,0V, Vin HERIC sử dụng 2 khóa công suất S+ và S- cùng 2 diode D+ và D- mắc song song với S+ và S- . Khi Vg >0 ta kích S1 và S4 dẫn,S+ dẫn điện áp ngỏ ra bằng điện áp ngỏ vào. Khi Vg <0 ta kích S2 và S3 dẫn,S- dẫn điện áp ngỏ ra bằng trừ điện áp ngỏ vào. Tùy theo chiều dòng điện mà ta kích dẫn khóa S+ hay S-.Ở nữa bán kì dương của điện áp ngõ ra,dòng điện chạy cùng chiều kim đồng hồ trong mạch vòng để trạng thái VAB =0 ta kích dẫn S-.Khi đó dòng điện đi qua S- và D+. Lúc này ta ngắt tất cả các khóa S1,S2,S3,S4, phần mạch cầu được tách biệt khỏi phần mạch lọc và nguồn xoay chiều. Ở nữa bán kì âm của điện áp ngõ ra,dòng điện chạy cùng chiều kim đồng hồ trong mạch vòng để trạng thái VAB =0 ta kích dẫn S+.Khi đó dòng điện đi qua S+ và D-. Lúc này ta ngắt tất cả các khóa S1,S2,S3,S4, phần mạch cầu được tách biệt khỏi phần mạch lọc và nguồn xoay chiều. 2.Giải thuật điều khiển dùng phƣơng phƣơng pháp kích trễ (Hysteresis current control) Phương pháp dùng mạch kích trễ được ứng dụng trong hệ thống PV kết nối lưới,đây là phương pháp kiểm soát và giới hạn dòng điện bơm lên lưới.
3. Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý mạch kích trễ Dòng điện cần bơm lên lưới: iA* Dòng điện thực tế sau bộ nghịch lưu : iA Hình 2.3 Giản đồ xung mạch kích trễ Nguyên lý làm việc của bộ kích trễ lựa là kiểm soát tín hiệu hồi tiếp về bám theo tín hiệu đặt vào băng giới hạn trên và dưới từ đó đưa ra xung đóng cắt thích hợp cho các khóa công suất. III.ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI Hình 3.1: Mô hình hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới sử dụng bộ nghịch lưu HERIC trong matlab simulink
4. Hình 3.2 : Mô hình điều khiển bộ nghịch lưu HERIC kết nối lưới trong matlab simulink. Năng lượng điện mặt trời được đưa qua bộ boost để nâng áp cấp cho bộ nghịch lưu HERIC.Điện áp Vdc sau bộ nghịch lưu được so sánh với giá trị điện áp Vdc đặt đưa qua bộ PI để tạo dòng điện đặt. Tính hiệu dòng lưới được hồi tiếp về so sánh giá trị dòng điện đặc để đóng cắt các khóa công suất. IV.KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Mô hình mô phỏng hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới sử dụng bộ nghịch lưu HERIC trong Matlab- simulink bao gồm: -Một hệ thống pin PV gồm 5 dãy pin SPM 080P mắc song song, mổi dãy có 5 tấm mắc nối tiếp mô phỏng ờ nhiệt độ 250C và bức xạ 1Kw/m2 - Bộ biến đổi DC-DC: sử dụng bộ boost có các thông số tụ C= 0.01 F, cuộn cảm L= 0.006 H - Bộ biến đổi DC-AC: sử dụng bộ nghịch lưu HERIC - Bộ lọc L có thông số cuộn cảm L= 0.005H - Nguồn điện áp lưới một pha có thông số điện áp 220V, tần số 50 Hz - Giá trị Kp=1, Ki=1.5
5. Hình 4.1: Giá trị công suất đặt 1610 , G =1 KW/m2, T = 250C; Hình 4.2: Giá trị công suất bơm lên lưới 1562 W , G =1 KW/m2, T = 250C; Công suất phản kháng luôn xắp xỉ bằng 0, dòng điện ở trạng thái ổn định. Hệ số công suất luôn gần bằng 1
6. Hình 4.3: Giá trị dòng điện 7.1A, G =1 KW/m2, T = 250C; Hình 4.4: Giá trị điện áp 220V,G =1 KW/m2, T = 250C; V. KẾT LUẬN Bộ nghịch lưu HERIC hòa lưới là thiết bị quan trọng trong việc sử dụng hiệu quả năng lượng mặt trời. Việc nghiên cứu các giải thuật điều khiển bộ nghịch lưu làm việc với hiệu suất cao và dòng điện bơm vào lưới không đổi khi các thông số trạng thái của lưới và điện áp DC của hệ thống pin mặt trời thay đổi là rất cần thiết. Trong nước và trên thế giới có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng bộ nghịch lưu trong hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới.Luận văn xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống điện mặt trời một pha kết nối lưới sử dụng bộ nghịch lưu HERIC hiệu suất và tính ổn định cao, làm tài liệu tham khảo sinh viên nghành năng lượng tái tạo.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. PGS. TS Phan Quốc Dũng, Điện tử công suất trong hệ thống điện gió và mặt trời , Bài giảng cao học kỹ thuật điện Đại Học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 10-6-2014 2. PGS. TS NguyễnVănNhờ, Điện tử công suất 1, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh-2012 TIẾNG ANH 1. Remus Teodorescu, Marco Liserreand, Pedro Rodgíguez,Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power System 2. J. Selvaraj, Digital PI current control for grid connected PV inverter, IEEE 2008 3. M.C. Poliseno, R.A. Mastromauro, M.Liserre, A.Dell’ Aquila ,High efficiency transformerless PV power converters , Department of Electrical and Electronic Engineering, Politecnico of Bari, Via E.Orabona 4,70125-Bari(Italy) 4. Kerekes Tamas, Analysis and Modelling of Transformerless Photovoltaic Inverter Systerm,2009 PhD,Aalborg University 5. Kleber C. A. De Souza, Walbermark M. dos Santos and Denizar C. Martins Federal Active and Reactive Power Control for a SinglePhase Grid-Connected PV System with Optimization of the Ferrite Core Volume ,University of Santa Catarina, Electric Engineering Department,Florianópolis,Brazil 6. L. Hassaine, E. Olias, J. Quintero, M. Haddadi “Digital power factor control and reactive power regulation for grid-connected photovoltaic inverter” power electronics systems group, universidad carlos III de madrid, avda, de la universidad 30, 28911 leganés, Madrid, Spain. 7. Soeren Baekhoej Kjaer ,John K.Pedersen, Ferede blaabjerg , A review of Single Grid – Connected Inverter for Photovoltaic Modules,IEEC Transactions on industry applications ,vol 41 no 5 september/October 2005 8. M.C. Poliseno , R. A. Mastromauro, M. Liserre, A.Dell’Aquila;High Efficiency Transformerless PV Power Converters,IEEE 2012 9. Remus Teodorescu, Marco Liserreand, Pedro Rodgíguez:Grid Converters for Photovoltaic and Wind Power System 10. Soeren Baekhoej Kjaer ,John K.Pedersen, Ferede blaabjerg : A review of Single Grid – Connected Inverter for Photovoltaic Modules,IEEC Transactions on industry applications ,vol 41 no 5 september/October 2005
8. 11. H.Schimid,C.Siedle,J.Ketterer: DC/AC converter to convert direct electric voltage into alternating voltage or into alternating current,United States Patent 7046534, issued 16 may 2006 12. S.V. Araujo, P. Zacharias, R. Mallwitz: Highly Efficient Single-Phase Transformerless Inverters for Girid-Connnected Photovoltaic Systems,Transactions on Industrial Electronics 57(9), September 2010 13. M. Frisch, E. Temesi: Inverter Topologies usable with Reactive Power, United States Patent Application Publication US 2011/0013438 A1, issued 20 january 2011 14. R. Gonzalez, E. Gubia:Transformerless Single-Phase Multilevel-Based Photovoltaic Inver ter, IEEE Transactions on Industrial Electronic,55 (7), July 2008 15. H. Haeberlin: Evolution of inverters for grid connected PV systems from 1989 to 2000,Proc. of 17th European Photovoltaic Solar Conference,2001 16. Jarak Salmi, Mounir Bouzguenda, Adel Gastli, Ahmed Masmoudi: A Novel Transformerless Inverter Topology Without Zero-Crossing Distortion ,Internation journal of renewable energy research, Vol.2, No.1, 2012 17. Atando Kamoru Raji : Performance Evaluation and Improvement of Grid Connected Technology , Cape Peninsula University of May ,2012 18. Tamás Kerekes, Remus Teodorescu, Pedro Rodriguez, Gerardo Vazquez, A New Hight- Efficiency Single-Phase Transformerless PV Inverter Topology,IEEE Transactions on industrial electronics,Vol.58, No.1,January 2011
9. Thông tin liên hệ tác giả chính Họ tên:Nguyễn Quý Thu Đơn vị: Điện Thoại : 0914197183 Email: nguyenquythu83@gmail.com
10. BÀI BÁO KHOA HỌC THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ Bài báo khoa học của học viên có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh. ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN! Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.