Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: 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

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:98

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn được nghiên cứu với mục tiêu nhằm tìm hiểu và nghiên cứu về năng lượng mặt trời. Tìm hiểu về các bộ pin mặt trời. Tìm hiểu về giải thuật PS trong hệ thống điều khiển tự động. Phân tích các ảnh hưởng của việc hòa hai nguồn điện. Xây dựng phương trình và giải thuật để tính toán bộ chuyển đổi năng lượng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: 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

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 3 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 3 năm 2016
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS. Ngô Cao Cường ThS. Lê Đình Lương Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại 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 và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS. TS. Dương Hoài Nghĩa Chủ tịch 2 PGS. TS. Nguyễn Thanh Phương Phản biện 1 3 TS. Đặng Xuân Kiên Phản biện 2 4 PGS. TS. Lê Minh Phương Ủy viên 5 TS. Võ Hoàng Duy Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV
TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự do – 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 và nội dung: - Tìm hiểu và nghiên cứu về năng lượng mặt trời. - Tìm hiểu về các bộ pin mặt trời. - T m hiểu về giải thuật PSO trong hệ th ng điều khiển t động. - Phân tích các ảnh hưởng của việc hòa hai nguồn điện. - Xây d ng phương tr nh 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 điện - phân ph i. III- Ngày giao nhiệm vụ: 20/08/2015 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 15/01/2016 V- Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Ngô Cao Cường - ThS. Lê Đình Lương CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH PGS. TS. Ngô Cao Cường
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng 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. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện Luận văn Lê Ngọc Tuân
ii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS, TS. Ngô Cao Cường, thầy ThS. Lê Đình Lương và thầy PGS, TS Nguyễn Thanh Phương là những người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển luận văn này. 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 đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện Luận văn này. Tôi xin cảm ơn quý Thầy Cô trong Hội đồng đánh giá Luận văn đã nhiệt tình góp ý chỉnh sửa để luận văn được hoàn chỉnh hơn. Tôi xin cảm ơn các anh chị học viên và các đồng nghiệp đã hổ trợ và đóng góp ý kiến để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và người thân đã luôn ở bên tôi và động viên, giúp đỡ tôi rất nhiều để tôi hoàn thành khóa học này. Người thực hiện luận văn Lê Ngọc Tuân
iii 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. Trong quá trình hoạt động của các bộ pin năng lượng mặt trời kết nối lưới điện phân phối, ngoài việc phải hoạt động tại điểm có công suất lớn nhất th o sự thay đổi của cường độ bức xạ mặt trời thì yêu cầu về tối thiểu hóa tổng độ m o dạng sóng hài TH là một yêu cầu cần phải đạt được để đảm bảo chất lượng điện năng trên lưới điện. Để đạt được yêu cầu này, giải thuật tối ưu hóa bầy đàn PS đã được giới thiệu và ứng dụng trong việc xác định các hệ số điều khiển trong bộ điều khiển dòng điện. 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 công suất tác dụng bơm vào lưới điện phân phối luôn đạt giá trị cao nhất có thể thu được từ bộ pin năng lượng mặt trời. Đồng thời, TH của dòng điện bơm vào lưới luôn được giữ ở mức thấp.
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 1. 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 1 I I THI .........................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề ......................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ......................................................................................... 3 1.3 Phạm vi nghiên cứu........................................................................................... 3 1.4 Phương pháp nghiên cứu................................................................................... 3 1.5 Điểm mới của luận văn ..................................................................................... 4 1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn ............................................................................ 4 1.7 Nội dung của luận văn ...................................................................................... 5 CH ƠN T N Q AN.......................................................................................6 2.1 Tổng quan về pin năng lượng mặt trời ............................................................... 6 .1.1 Lịch sử phát triển pin mặt trời .....................................................................6 .1. Tình hình phát triển của pin mặt trời hiện nay.............................................8 .1. .1 Trên thế giới .......................................................................................8 .1. . Thực tế tại iệt Nam ........................................................................10 a. Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời tai iệt Nam ..........................10 b. Hiện trạng ứng dụng năng lượng mặt trời tại iệt Nam hiện nay ...........11 .1. Phân loại pin mặt trời .................................................................................13 .1.4 Cấu tạo và hoạt động của pin mặt trời Silic ...............................................14 .1.5 Cấu tạo và hoạt động của các loại pin mặt trời kiểu mới...........................17 2.1.5.1 Pin Mặt trời nhạy cảm chất màu DSC (Dye - sensitized solar cell) .....17 2.2 Tổng quan về kết nối bộ năng lượng mặt trời với lưới điện phân phối ........... 20
vi 2.2.1 Tính cần thiết của việc kết nối bộ pin mặt trời vào lưới điện phân phối ...20 . . Hòa đồng bộ hai máy phát .........................................................................22 . . .1 Hòa đồng bộ hai nguồn áp ................................................................23 . . . Phân tích các điều kiện hòa. ..............................................................25 a. Điều kiện về điện áp. .................................................................................25 b. Điều kiện tần số không thoả mãn. .............................................................25 c. Điều kiện về thứ tự pha. ............................................................................27 d. Điều kiện về góc lệch pha. .......................................................................27 . . . Hòa đồng bộ một nguồn dòng vào một nguồn áp .............................28 2.3 Giải thuật tối ưu hóa bầy đàn ........................................................................... 29 2.3.1. Giới thiệu về thuật toán tối ưu hóa bầy đàn .............................................29 . . Lịch sử phát triển của 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 trong giải thuật tối ưu hóa bầy đàn ...............................32 CH ƠN KHẢ S T T NH T N ...........................................................34 .1 Pin năng lượng mặt trời và phương trình toán của pin năng lượng mặt trời ... 34 .1.1 Phương trình tương đương của pin năng lượng mặt trời ...........................34 3.1.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin năng lượng mặt trời...................................35 .1. Phương trình tương đương của bộ pin năng lượng mặt trời ......................36 3.2 Mạch nghịch lưu kết nối lưới điện phân phối .................................................. 38 3.2.1 Phân loại bộ nghịch lưu .............................................................................38 . . Phương pháp điều khiển khóa công suất trong bộ nghịch lưu nguồn áp ...38 . . Phương pháp điều khiển khóa công suất trong bộ nghịch lưu nguồn dòng .............................................................................................................................42 . Xây dựng giải thuật tối ưu hóa bầy đàn ........................................................... 45 . .1 Các bước trong việc xây dựng giải thuật PSO ...........................................45 . . Lưu đồ giải thuật PSO................................................................................46 3.3.3 Những vấn đề cần quan tâm khi xây dựng giải thuật PSO ........................47 . . Đặc điểm và ứng dụng của giải thuật PSO ................................................51
vii CH ƠN 4 M H NH H A M PH N ....................................................53 4.1 Sơ đồ kết nối bộ pin năng lượng mặt trời vào lưới điện phân phối. ................ 53 4.1.1 Khối bộ pin năng lượng mặt trời................................................................53 4.1.2 Khối nghịch lưu .........................................................................................54 4.1.3 Khối lưới điện phân phối ...........................................................................54 4.1.4 Khối điều khiển ..........................................................................................55 4.1.4.1 Nguyên lí hoạt động của khối MPPT ................................................57 4.1.4.2 Khối PI_V .........................................................................................62 4.1.4.3 Khối PLL ...........................................................................................62 4.1.4.4 Khối DC/AC......................................................................................63 4.1.4.5 Khối điều khiển Hyst r sis điều khiển bang-bang ) ........................63 4. Kết quả khi thực hiện giải thuật PS . .............................................................. 64 4.2.1 Các bước xác định các thông số Kp, Ki bằng giải thuật PSO ...................64 4. . Kết quả thu được khi thực thi giải thuật PS ............................................65 4.3 Kết quả mô phỏng khi kết nối bộ pin năng lượng mặt trời vào lưới điện........ 67 4. .1 Khi cường độ bức xạ mặt trời lần lượt là -500-600 W/m2 ...................67 4. . Khi năng lượng bức xạ mặt trời lần lượt là -900-700 W/m2................70 4. . Khi năng lượng bức xạ mặt trời lần lượt là 1 -700-900 W/m2..............73 4. .4 Khi năng lượng bức xạ mặt trời lần lượt là -400-600 W/m2................76 4.4 Nhận x t và đánh giá ........................................................................................ 79 CH ƠN 5 KẾT L N H N PH T T I N..........................................81 5.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn ...................................................... 81 5. Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn. ................................................ 82 T I LI THAM KHẢ .........................................................................................83
viii MỤC LỤC CÁC HÌNH Hình . 1 Phân bố năng lượng mặt trời tại các vùng trên lãnh thổ iệt Nam ..........11 Hình . Các loại pin mặt trời thường gặp ..............................................................13 Hình . Cấu tạo cơ bản của một tế bào quan điện Silic .........................................14 Hình . 4 Nguyên lí hoạt động của một tế bào quam điện Silic ...............................15 Hình . 5 Hoạt động cơ bản của một bộ pin năng lượng mặt trời ............................16 Hình . Pin mặt trời nhạy cảm chất màu DSC ......................................................17 Hình . Cấu tạo của pin mặt trời nhạy cảm chất màu DSC ..................................18 Hình . Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời nhạy cảm chất màu DSC .............19 Hình . Hình ảnh mô phỏng cấu tạo lá nhân tạo ....................................................20 Hình . 1 Công tác song song .................................................................................24 Hình . 11 Sơ đồ biểu thị vecto khi hòa ....................................................................24 Hình . 1 Sơ đồ v cto khi điện áp không thỏa mãn ................................................25 Hình . 1 Sơ đồ hệ thống ba pha vector quay .........................................................27 Hình . 14 Sơ đồ kết nối nguồn dòng vào nguồn áp khi hòa đồng bộ ......................28 Hình . 15 iểu diễn vector quay của dòng điện và điện áp.....................................28 Hình . 1 Khái niệm về sự thay đổi điểm tìm kiếm của PSO .................................32 Hình 3. 1 Mạch điện tương đương của pin mặt trời................................................................ 34 Hình 3. 2 Mô hình pin mặt trời lý tưởng ...................................................................35 Hình . Mô đun pin mặt trời ..................................................................................36 Hình . 4 Đặc tuyến I-V với các bức xạ khác nhau ..................................................37 Hình . 5 Đặc tuyến P-V với các bức xạ khác nhau .................................................37 Hình 3. 6 Giản đồ xung kích bộ nghịch lưu một pha bằng phương pháp SPWM ....40 Hình 3. 7 Giản đồ dòng và áp ngõ ra nghịch lưu dùng phương pháp SPWM ..........41 Hình . Sơ đồ kết nối đơn giản của bộ nghịch lưu ba pha .....................................42 Hình . ạng sóng dòng điện trong phương pháp bang bang trên một pha ..........43
ix Hình . 1 iải thuật điều khiển bang bang trên một cặp chân của bộ nghịch lưu ..43 Hình 3. 11 giải thuật điều khiển bang bang cải tiến ..................................................44 Hình . 1 Lưu đồ chung cho giải thuật PSO ...........................................................47 Hình 3. 13 Chuyển động của cá thể. .........................................................................49 Hình 4. 1 Sơ đồ tổng quát mạch mô phỏng...............................................................53 Hình 4. Sơ đồ kết nối của khối năng lượng mặt trời. .............................................53 Hình 4. Sơ đồ kết nối của khối nghịch lưu.............................................................54 Hình 4. 4 Sơ đồ kết nối của khối lưới điện phân phối ..............................................55 Hình 4. 5 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện mô phỏng ..............................56 Hình 4. Sơ đồ kết nối của khối điều khiển trong mạch mô phỏng.........................57 Hình 4. Lưu đồ giải thuật P&O ..............................................................................58 Hình 4. Đặc tuyến V-P của pin mặt trời khi NL XMT không đổi .......................59 Hình 4. 9 Nguyên tắc hoạt động của bộ MPPT ........................................................60 Hình 4. 1 Sơ đồ kết nối của khối PI ...................................................................62 Hình 4. 11 Sơ đồ nguyên lí của khối PLL.................................................................62 Hình 4. 1 Lưu đồ giải thuật PSO .............................................................................65 Hình 4. 13 Bảng tổng kết các kết quả thu được khi thực hiện PSO..........................66 Hình 4. 14 Bảng thông số Kp, Ki theo công suất của pin mặt trời ...........................66 Hình 4. 15 Sơ đồ kết nối của bộ điều khiển dòng điện PI ........................................67 Hình 4. 16 Dạng sóng điện áp khi NL XMT đạt 300-500-600 W/m2 .....................68 Hình 4. 17 Dạng sóng dòng điện khi NL XMT đạt 300-500-600 W/m2.................69 Hình 4. 18 Công suất tại NLBXMT lần lượt là 300-500-600 W/m2 ........................69 Hình 4. 19 Kết quả mô phỏng khi NL XMT đạt 300-500-600 W/m2 .....................70 Hình 4. 20 Dạng sóng điện áp khi NL XMT đạt 600-900-700 W/m2 .....................71 Hình 4. 21 Dạng sóng dòng điện khi NL XMT đạt 600-900-700 W/m2.................72 Hình 4. 22 Công suất tại NLBXMT lần lượt là 600-900-700 W/m2 ........................72 Hình 4. 23 Kết quả mô phỏng khi NL XMT đạt 600-900-700 W/m2 .....................73 Hình 4. 24 Dạng sóng điện áp khi NL XMT đạt 1000-700-900 W/m2 ...................74
x Hình 4. 25 Dạng sóng dòng điện khi NL XMT đạt 1000-700-900 W/m2...............75 Hình 4. 26 Công suất tại NLBXMT lần lượt là 1000-700-900 W/m2 ......................75 Hình 4. 27 Kết quả mô phỏng khi NL XMT đạt 1000-700-900 W/m2 ...................76 Hình 4. 28 Dạng sóng điện áp khi NL XMT đạt 800-400-600 W/m2 .....................77 Hình 4. 29 Dạng sóng dòng điện khi NL XMT đạt 800-400-600 W/m2.................78 Hình 4. 30 Công suất tại NLBXMT lần lượt là 800-400-600 W/m2 ........................78 Hình 4. 31 Kết quả mô phỏng khi NL XMT đạt 800-400-600 W/m2 .....................79 Hình 4. 32 Bảng kết quả mô phỏng tại một số NLBXMT tiêu biểu ........................80
xi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT THD: Tổng độ m o dạng sóng hài total harmonic distortion PSO: Giải thuật tối ưu hóa bầy đàn particl s arm optimi ation DC: Dòng điện một chiều (direct current) AC: Dòng điện xoay chiều (Alternating current) LED: Diod phát quang (light dependen resistor) DSC: Pin mặt trời nhạy cảm chất màu y - sensitized solar cell) MPP: Điểm công suất cực đại (maximum power point)
1 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Nguồn năng lượng mà chúng ta sử dụng ngày nay chủ yếu là năng lượng hóa thạch như than đá, dầu mỏ, các sản phẩm từ dầu mỏ, khí thiên nhiên… Các nguồn năng lượng này là hữu hạn, nó chỉ có thể đảm bảo cho nhu cầu về năng lượng của chúng ta trong một thời gian nhất định. o đó, càng ngày người ta càng lo ngại về một cuộc khủng hoảng năng lượng có thể xảy ra làm thay đổi nền văn minh của loài người, bởi vì thế giới vẫn còn đang phụ thuộc vào nguồn nhiên liệu hóa thạch. Dầu, than đá và khí đốt chiếm khoảng 75% nhu cầu năng lượng thế giới, mỗi ngày trên thế giới sử dụng đến 80 triệu thùng dầu. à đương nhiên trong tương lai nhu cầu toàn cầu về dầu hỏa sẽ vượt xa khả năng cung cấp. Từ năm 1 5, tốc độ khai thác dầu và tiêu thụ đã vượt xa tốc độ khám phá trữ lượng dầu mới. Công ty BP dự đoán rằng với tốc độ sử dụng như hiện nay, thì chỉ trong vòng 4 năm nữa sẽ cạn kiệt nguồn dầu hoả. Mặt khác, sử dụng nguồn năng lượng hóa thạch để lại nhiều hậu quả về ô nhiễm môi trường, gây ra hiệu ứng nhà kính, góp phần làm gia tăng nhiệt độ trái đất… Để giải quyết các vấn đề này, một mặt chúng ta phải khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch này một cách hợp lý, mặt khác chúng ta phải tìm ra các nguồn năng lượng khác để thay thế. Thế giới đang tìm kiếm các nguồn năng lượng tái sinh có thể cung cấp năng lượng một cách bền vững trong tương lai, nguồn năng lượng ấy có thể kể đến như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng mặt trời… hoặc là nguồn năng lượng tái sinh khác. Trong đó công nghệ về năng lượng mặt trời đang được thế giới chú trọng phát triển để khai thác. Các chính phủ đã đón nhận các công nghệ này một cách hết sức nghiêm túc và đưa ra các mục tiêu đầy tham vọng cho sản lượng điện tạo ra từ các nguồn năng lượng tái sinh trên. Người dân ngày càng ý thức về sự tàn phá và ô nhiễm môi trường từ các nguồn nhiên liệu hoá thạch và năng lượng hạt nhân. Trong khi các nguồn năng lượng tái sinh có thể khai thác tự do và không bao giờ cạn kiệt. Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng sạch có thể thay thế các nguồn năng lượng truyền thống. Các ứng dụng của
2 nó tại các nước phát triển giúp làm giảm hiệu ứng nhà kính và giữ gìn được các nguồn năng truyền thống đang cạn kiệt. Các quốc gia đã và đang phát triển đều xem năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng lý tưởng phù hợp với xu hướng phát triển mới của nhân loại, được ưu tiên đầu tư hàng đầu trong các chính sách về năng lượng. Khi sử dụng năng lượng mặt trời có những thuận lợi như sau - Giảm hay thay thế việc xây dựng các nhà máy điện truyền thống dùng năng lượng hóa thạch. - Không gây ô nhiễm môi trường khi vận hành sản xuất điện năng. - Là nguồn năng lượng không bao giờ cạn kiệt. - Dễ dàng tăng thêm công suất khi cần thiết. - Việc lắp đặt và xây dựng các tấm pin năng lượng mặt trời tương đối nhanh. - Mặc dù năng lượng mặt trời hiện nay có giá đắt hơn nhiều so với nguồn năng lượng truyền thống, nhưng nó không bị ảnh hưởng bởi giá nguyên liệu và sự gián đoạn cung cấp. - Ở các nước phát triển nhà nước hỗ trợ về thuế và các ưu đãi khác. - Công nghệ năng lượng mặt trời có thể thay đổi cho nhiều ứng dụng có công suất từ nhỏ đến lớn. Thời gian từ khi khảo sát đến lắp đặt và vận hành ngắn và có những thuận lợi khác mà các nhà máy điện kiểu truyền thống không làm được. Hiện nay năng lượng mặt trời ở iệt Nam với lợi thế là một nước nhiệt đới có nắng quang năm nên rất có tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời. Tuy nhiên, việc khai thác năng lượng mặt trời ở nước ta còn nhiều hạn chế, một phần là do nhà nước chưa có chính sách hỗ trợ thích hợp và c ng do giá thành các thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện còn khá cao. o vậy hiện nay ở nước ta chỉ có thể phát triển các máy điện năng lượng mặt trời công suất vừa và nhỏ để cung cấp cho các vùng lưới điện không thể vươn đến hoặc chất lượng điện không đảm bảo khi đi qua một khoảng cách địa lí không hoàn thiện như các vùng nông thôn, biên giới, hải đảo.
3 Ngoài ra, khi kinh tế bắt đầu phát triển, việc phát triển năng lượng sạch và bền vững ngày càng được chú trọng phát triển. Th o xu hướng thiết kế môi trường xanh, các tòa nhà đã được thiết kế th o hướng sử dụng ít hơn năng lượng từ lưới điện phân phối và dùng các tấm pin mặt trời để tạo ra nguồn điện xanh để cung cấp một phần nhu cầu cho công trình. Điều này thúc đẩy việc nghiên cứu chế tạo các bộ chuyển đổi năng lượng mặt trời công suất vừa và nhỏ có khả năng kết nối lưới điện để thu được công suất lớn nhất từ năng lượng mặt trời. 1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ - Tìm hiểu và nghiên cứu về năng lượng mặt trời. - Tìm hiểu về các bộ pin mặt trời. - Tìm hiểu về giải thuật PS trong hệ thống điều khiển tự động. - Phân tích các 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 điện - phân phối. 1.3 Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu khái quát về năng lượng mặt trời. - Nghiên cứu về các bộ pin năng lượng mặt trời công suất nhỏ. - Nghiên cứu về mối quan hệ của các thông số trong bộ pin năng lượng mặt trời công suất nhỏ. - 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. - Nghiên cứu tính toán các thông số khi hòa nguồn năng lượng mặt trời vào lưới điện phân phối. - Đưa ra mô hình mô phỏng khi hòa nguồn năng lượng mặt trời vào lưới điện. 1.4 Phương pháp nghiên cứu - Thu thập tài liệu liên quan đến các vấn đề nghiên cứu. - Nghiên cứu tổng quan về năng lượng mặt trời. - Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến hoạt động của pin mặt trời.
4 - Nghiên cứu và xây dựng mô hình toán học về mối quan hệ giữa các thông số làm ảnh hưởng đến hiệu suất của bộ pin năng lượng mặt trời công suất nhỏ. - 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. - Xây dựng mô hình mô phỏng việc hòa đồng bộ bộ năng lượng mặt trời vào lưới điện phân phối, từ đó thiết kế và thi công mô hình thực tế. - Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị. - Đánh giá tổng quát toàn bộ bản luận văn. Đề nghị hướng phát triển của đề tài. 1.5 Điểm mới của luận văn - Xây dựng hoàn chỉnh mô hình kết nối bộ năng lượng mặt trời có công suất nhỏ hòa đồng bộ lưới điện quốc gia. - Tìm ra các thông số ảnh hưởng đến việc hòa đồng bộ giữa hai nguồn năng lượng mặt trời và lưới điện quốc gia. - 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. - Góp phần tiết kiệm năng lượng của các hộ tiêu thụ điện c ng như cung cấp thêm cho nguồn quốc gia một phần năng lượng. 1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn - Đóng góp một giải pháp quan trọng trong việc dần thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch bằng các nguồn năng lượng vô tận trong xu thế phát triển của thế giới ngày nay. - Đây là giải pháp rất khả thi để nâng cao chất lượng điện năng cho các vùng sâu, vùng xa và xa trung tâm phụ tải. Tại các khu vực này do điều kiện địa lí tự nhiên nên thường là các vùng cuối lưới điện nên điện áp không đảm bảo. Việc dùng các bộ năng lượng mặt trời là một giải pháp hữu hiệu để nâng áp cho các vùng này. - Nâng cao được hiệu suất cho bộ năng lượng mặt trời công suất nhỏ,
5 - Làm tài liệu tham khảo và làm nền tảng để phát triển hướng cho các nghiên cứu sau này. - 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. 1.7 Nội dung của luận văn Chương 1 iới thiệu. Chương Tổng quan Chương Khảo sát và tính toán Chương 4 Mô hình hóa và mô phỏng Chương 5 Kết luận và Hướng phát triển