intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu thiết kế bộ biến đổi linh hoạt cho nguồn năng lượng mặt trời nối lưới

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:67

Thêm vào BST
Báo xấu
9
lượt xem 5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện "Nghiên cứu thiết kế bộ biến đổi linh hoạt cho nguồn năng lượng mặt trời nối lưới" trình bày các nội dung chính sau: Tổng quan các bộ biến đổi DC-DC hai chiều nhiều đầu vào và đầu ra; Thiết kế bộ biến đổi DC-DC linh hoạt; Kết quả Kết quả mô phỏng và các giải pháp nâng cao hiệu suất và tính ổn định hệ thống pin năng lượng mặt trời.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Nghiên cứu thiết kế bộ biến đổi linh hoạt cho nguồn năng lượng mặt trời nối lưới

  1. BỘ CÔNG THƯƠNG HOÀNG MẠNH HÙNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN HOÀNG MẠNH HÙNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI LINH HOẠT CHO NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN KHÓA:K2 QUẢNG NINH – NĂM 2021
  2. BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH HOÀNG MẠNH HÙNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI LINH HOẠT CHO NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NỐI LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. NGUYỄN THẾ VĨNH QUẢNG NINH – NĂM 2021
  3. BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Hoàng Mạnh Hùng Mã học viên: CQ02CH0004 Ngày, tháng, năm sinh: 06/12/1974 Nơi sinh: P.Vàng Danh, TP Uông Bí Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: ………………………….. 1. Tên đề tài: Nghiên cứu thiết kế bộ biến đổi linh hoạt cho nguồn năng lượng mặt trời nối lưới 2. Nội dung: Nghiên cứu thiết kế bộ biến đổi linh hoạt cho nguồn năng lượng mặt trời nối lưới 3. Ngày giao nhiệm vụ: 26/10/2020 4. Ngày hoàn thiện nhiệm vụ: 15/5/2021 5. Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thế Vĩnh …………………………………………………………………………………………... …………………………………………………………………………………………... Quảng Ninh, ngày 09 tháng 5 năm 2021 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TRƯỞNG BỘ MÔN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) TL. HIỆU TRƯỞNG TRƯỞNG KHOA (CHỦ QUẢN) (Ký, ghi rõ họ tên và đóng dấu)
  4. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu đưa ra trong luận văn này là các kết quả thu được trong quá trình nghiên cứu của riêng tôi cùng với sự hướng dẫn của thầy TS.Nguyễn Thế Vĩnh, không sao chép bất kỳ kết quả nghiên cứu nào của các tác giả khác. Nội dung nghiên cứu có tham khảo và sử dụng một số thông tin, tài liệu từ các nguồn tài liệu đã được liệt kê trong danh mục tài liệu tham khảo. Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Quảng Ninh, ngày 09 tháng 05 năm 2021 Tác giả luận văn Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  5. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin trân trọng cảm ơn Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh, Khoa Điện, các thầy cô và các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi và đóng góp nhiều ý kiến quý báu giúp tôi hoàn thành bản luận án này. Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy hướng dẫn TS. Nguyễn Thế Vĩnh đã nhiệt tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn gia đình và người thân đã luôn bên tôi, ủng hộ và động viên tôi trong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn! Quảng Ninh, ngày 09 tháng 05 năm 2021 Tác giả luận văn Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  6. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên đại lượng Đơ vị tiêu thụ năng lượng (Hệ số chuyển đổi năng lượng 1 TOE sang đơn vị điện sang TOE=0.0001543*lượng tiêu thụ nhiên liệu (đơn vị vật lý)) 2 AC Dòng điện xoay chiều 3 DC Dòng điện một chiều 4 Hệ thống PV Hệ Thống tấm năng lượng mặt trời 5 Hybrid Hệ thống lai 6 DCM Chế độ dẫn dòng không liên tục 7 MPPT Tìm điểm công suất cực đại 8 PLC Truyền thông trên đường dây truyền tải Hệ thống năng lượng khí nén và lưu trữ dòng điện một 9 CAES chiều 10 MV Hệ thống trung thế 11 HVDC Đường dây truyền tải một chiều điện áp cao 12 MCB Bộ biến đổi Boost có mạch từ 13 Buck-Boost Bộ biến đổi cơ bản Buck (hạ áp) và Boost (tăng áp) 14 MCB-RS Bộ biến đổi Boost có mạch từ và mạch phục hồi 15 Rdson Điện trở trong thấp của Mosfet 16 Vds Điện áp trên hai cực DS của Mostfet 17 Lf1 Năng lượng rò rỉ trong điện cảm L1 18 DSP Điều khiển phân tán 19 P Hệ số Tỷ lệ 20 PI Hệ số Tỷ lệ cộng-tích phân 21 PD Hệ số Tỷ lệ cộng - đạo hàm 22 PID Hệ số Tỷ lệ cộng với tích phân cộng với đạo hàm 23 IREF Dòng tham chiếu 24 OV Điện áp mở 25 VMPP Điện áp trong quá trình timd điểm công suất cực đại Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  7. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ 26 I Dòng điện PV 27 V Điện áp PV 28 IncCond Phương pháp Tăng dần Phương pháp 29 Phương pháp nhiễu loạn P&O Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  8. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Hệ thống điện tử công suất với lưới điện, tải/nguồn, nguồn chuyển đổi và kiểm soát........................................................................................................................................ 4 Hình 1.2. Sơ đồ tổng quát cho các hệ thống quang điện kết nối lưới một pha .................... 4 Hình 1.3. Giải pháp trực tiếp cho dc-dc hai chiều và một chiều bộ biến đổi buck với đầu ra kép .................................................................................................................................... 7 Hình 1.4. Giải pháp đề xuất cho DC-DC hai chiều và một chiều bộ biến đổi buck với đầu ra kép .................................................................................................................................... 7 Hình 1.6. Kết nối nối tiếp của các bộ biến đổi: a) đầu vào và đầu ra nối tiếp, b) đầu vào song song và đầu ra nối tiếp............................................................................................... 10 Hình 1.7. Kết nối của các bộ biến đổi theo tầng ................................................................ 11 Hình 1.8. Kết nối các bộ biến đổi song song ...................................................................... 11 Hình 1.9. Mạch digram chính của một mặt phẳng quang điện hoạt động theo phương pháp đã nêu ........................................................................................................................ 14 Hình 1.10. Khái niệm chung về hệ thống phát điện phân tán ............................................ 15 Hình 1.11. Hệ thống song song được tích hợp hệ thống PLC ............................................ 16 Hình 2.1. Đề xuất bộ biến đổi DC-DC hai chiều ............................................................... 19 Bảng 2.1. Các trạng thái liên kết thu được với các trạng thái của công tắc nguồn .......... 19 Hình 2.1. Sơ đồ tại chế độ St- 1 .......................................................................................... 20 Hình 2.3. Sơ đồ bộ biến đổi MCB với mạch phục hồi RS .................................................. 21 Hình 2.4. Sơ đồ mô hình mô phỏng bộ biến đổi MCB-RS .................................................. 22 Hình 2.5. Các dòng điện khác nhau của L1, L2 và C trong bộ biến đổi MCB-RS nhận từ mô phỏng ............................................................................................................................ 23 Hình 2.6. Các điện áp khác nhau VD0, VC và Vds trong bộ biến đổi MCB-RS .................... 24 Hình 2.7. Sơ đồ tại trạng thái St-2 ..................................................................................... 26 Hình 2.8. Đồ thị hoạt động trạng thái St – 2 ...................................................................... 26 Hình 2.9. Sơ đồ tại trạng thái St-3 ..................................................................................... 26 Hình 2.10. Sơ đồ tại chế độ St-4, 5 và 6 ............................................................................. 27 Hình 2.11. Sơ đồ khối điều khiển cho bộ DC-DC 3 cổng .................................................. 28 Hình 2.11. Sơ đồ hệ thống điều khiển [25] ........................................................................ 30 Hình 2.12. Phương pháp P&O ........................................................................................... 32 Hình 3.1. Đồ thị trong quá trình hoạt động tại trạng thái 1 .............................................. 35 Hình 3.3. (a) Điện áp trên các khóa S1 và S2, (b) Công suất trên ba cổng ....................... 37 Hình 3.5. Sơ đồ khối PIC 16F877A – 40Pin ...................................................................... 40 Hình 3.6. Hình ảnh thực tế và kí hiệu khóa điện tử............................................................ 42 Hình 3.7. Đặc tính điện áp cực cửa .................................................................................... 42 Hình 3.8. Hình ảnh thực tế và kí hiệu khóa điện tử............................................................ 42 Hình 3.9. Hình ảnh cảm biến dòng ASC712 ...................................................................... 43 Hình 3.10. Hình ảnh cho hệ thống sử dụng bộ DC-DC 3 cổng ......................................... 43 Hình 3.11. Kết quả đo trên máy hiện sóng, (a) Điện áp trên khóa S1, (b) Điện áp đầu vào từ PV và điện áp đầu ra của bộ DC-DC ............................................................................ 45 Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  9. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ Hình 3.12. Kết quả đo trên máy hiện sóng, (a) Điện áp trên khóa S2, (b) Điện áp trên khóa S1 ............................................................................................................................... 46 Hình 3.13. Hiệu suất của bộ thực hiện tại các trạng thái, ................................................. 47 Hình 3.14. So sánh kết quả mô phỏng và thực nghiệm ...................................................... 47 Hình PL2.1. Sơ đồ chân của bộ biến đổi ............................................................................ 54 Hình PL2.2. Sơ đồ mạch in bộ DC-DC linh hoạt ............................................................... 55 Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  10. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................. I LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... II DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................... III DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................. Error! Bookmark not defined. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................ Error! Bookmark not defined. MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1 1, Tính cấp thiết của đề tài: .............................................................................................. 1 2, Mục đích, nhiệm vụ của đề tài: .................................................................................... 1 3, Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: ............................................................................... 2 4, Nội dung nghiên cứu: ................................................................................................... 2 5, Phương pháp nghiên cứu: ............................................................................................. 2 6, Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: ..................................................................................... 2 7, Cấu trúc của luận văn: .................................................................................................. 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC HAI CHIỀU NHIỀU ĐẦU VÀO VÀ ĐẦU RA .............................................................................................................. 3 1.1. Giới thiệu ................................................................................................................... 3 1.2. Bộ biến đổi năng lượng trong hệ thống phân phối điện....................................... 3 1.3. Vai trò của điện tử công suất trong các hệ thống năng lượng tái tạo ................. 3 1.3.1 Biến tần trung tâm .............................................................................................. 4 1.3.2 Bộ biến tần chuỗi ................................................................................................ 5 1.3.3 Biến tần tích hợp điều chế ................................................................................. 5 1.3.4 Đánh giá tài liệu cho bộ biến đổi DC-DC ......................................................... 5 * Bộ DC-DC đầu ra kép đầu vào đơn .......................................................................... 5 * Bộ biến đổi dc-dc đa cấp hai chiều ........................................................................... 5 * Bộ biến đổi công suất 16 pha không cảm biến hai chiều xen kẽ bộ biến đổi DC-DC cho ứng dụng xe hybrid ................................................................................................ 5 * Bộ chuyển đổi buck DC-DC hai chiều với đầu ra kép đầu vào đơn ......................... 6 * Những phương pháp cho bộ biến đổi hai chiều ........................................................ 6 1.4. Các cấu trúc hệ thống pin mặt trời ........................................................................ 7 1.5. Kết luận chương 1 ................................................................................................... 17 Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  11. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC LINH HOẠT....................................... 18 2.1. Giới thiệu ................................................................................................................ 18 2.2. Bộ biến đổi dc-dc hai chiều nhiều cổng ............................................................... 18 2.3. Kỹ thuật điều khiển cho bộ DC-DC ..................................................................... 27 2.3.1. Phân tích điều khiển các trạng thái của bộ biến đổi ..................................... 27 * Trạng thái 1 - Liên kết PV với tải tại đường dây DC ............................................ 27 * Trạng thái 2 –PV Liên kết ắc quy và tải tại đường dây DC.................................. 28 * Trạng thái 3- PV và ắc quy vào tải tại đường dây DC .......................................... 28 * Trạng thái 4- PV vào ắc quy (Battery) ................................................................... 28 * Trạng thái 5- Ắc quy vào tải tại đường dây DC .................................................... 28 * Trạng thái 6 - Đường dây DC vào ắc quy ............................................................. 28 2.3.2. Kỹ thuật điều khiển .......................................................................................... 29 * Các loại điều khiển .................................................................................................. 30 * Bộ điều khiển tuyến tính .......................................................................................... 30 * Bộ điều khiển phi tuyến tính .................................................................................... 30 2.3.3. Các phương pháp theo dõi điểm công suất tối đa .............................................. 31 * Phương pháp điện áp không đổi.............................................................................. 31 * Phương pháp xung dòng ngắn mạch ....................................................................... 31 * Phương pháp điện áp mở ........................................................................................ 31 * Phương pháp dẫn điện tăng dần ............................................................................. 31 * Phương pháp P&O .................................................................................................. 31 * Sự không nhất quán trong phân tích các phương pháp kiểm soát được sử dụng rộng rãi ....................................................................................................................... 32 2.4. Kết luận chương 2 ................................................................................................... 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM SẢN PHẨM ............. 34 3.1. Giới thiệu ................................................................................................................ 34 3.2. Kết quả mô phỏng ................................................................................................. 34 3.2.1 Trạng thái St-1 - Liên kết PV với tải tại đường dây DC ................................. 34 3.2.2. Trạng thái St-2 ................................................................................................. 35 3.2.3. Trạng thái St-3 ................................................................................................. 36 3.2.4 Trạng thái St-5 .................................................................................................. 37 3.3. Thực nghiệm và phân tích .................................................................................... 37 Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  12. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ 3.3.1 Bảng quang điện .............................................................................................. 38 3.3.2 Vi điều khiển ..................................................................................................... 38 3.3.3. Khóa điện tử..................................................................................................... 41 3.3.4. Cảm biến dòng .................................................................................................. 42 3.3.5. Bảng kiểm soát................................................................................................. 43 3.4. Kết luận chương 3.................................................................................................. 47 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................ 48 Kết luận: ..................................................................................................................... 48 Kiến nghị: ................................................................................................................... 48 Cải tiến:....................................................................................................................... 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 49 Phụ lục 1: Chương trình thuật toán P&O cho vi điều khiển PIC16F876A ........................ 51 Phụ lục 2: Sơ đồ thiết kế mạch cho bộ biến đổi DC-DC linh hoạt..................................... 54 Học viên: Hoàng Mạnh Hùng Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  13. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ MỞ ĐẦU 1, Tính cấp thiết của đề tài: Ngày nay đang có những phát triển vượt bậc trong các lĩnh vực khoa học, kỹ thuật kéo theo hoạt động kinh tế, công nghiệp, giao thông vận tải, đời sống con người ngày càng phát triển. Từ đó vấn đề đảm bảo an ninh năng lượng đặt ra cho các nước các thách thức không hề nhỏ. Đó không chỉ là trách nhiệm của Nhà nước, Chính phủ mà đó còn là trách nhiệm của toàn dân. Năng lượng được sử dụng chủ yếu hiện nay ở nước ta là năng lượng hóa thạch (than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên), tiếp đến là thủy năng và một số ít năng lượng tái tạo như năng lượng gió, năng lượng mặt trời (NLMT)... Quá trình sử dụng các nhiên liệu hóa thạch để lấy năng lượng luôn kèm theo việc phát thải ra các chất độc hại như CO2, NOx…, là những chất gây hiệu ứng nhà kính và làm biến đổi khí hậu toàn cầu, ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển cũng như sức khỏe con người. Ngoài ra, nguồn nhiên liệu hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt khiến cho vấn đề đảm bảo an nình năng lượng ngày càng cấp thiết. Qua đó việc tìm và khai thác các nguồn năng lượng mới đang trở thành mục tiêu hàng đầu. Các nguồn năng lượng tái tạo như: thủy điện, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng địa nhiệt…đã mở ra kỷ nguyên mới cho nhân loại. Việt nam được xem là một quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng mặt trời, đặc biệt ở các vùng miền trung và miền nam của đất nước, với cường độ bức xạ mặt trời trung bình khoảng 5 kWh/m2. Trong khi đó cường độ bức xạ mặt trời lại thấp hơn ở các vùng phía Bắc, ước tính khoảng 4 kWh/m2 do điều kiện thời tiết với trời nhiều mây và mưa phùn vào mùa đông và mùa xuân. Ở Việt nam, bức xạ mặt trời trung bình 150 kcal/m2 chiếm khoảng 2.000 – 5.000 giờ trên năm, với ước tính tiềm năng lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE. Năng lượng mặt trời ở Việt nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm. Năng lượng mặt trời có thể được khai thác cho hai nhu cầu sử dụng: sản xuất điện và cung cấp nhiệt. Tuy nhiên, điện mặt trời vẫn chưa dành được sự quan tâm đúng mực của Nhà nước và của nhân dân. Nguyên do chủ yếu là do giá thành pin mặt trời vẫn còn cao. Một phần do chi phí sản xuất pin mặt trời vẫn cao do sử dụng các nguyên liệu đắt tiền. Không những thế, hiệu suất của pin năng lượng vẫn còn thấp, dẫn đến chi phí để sản xuất ra 1kW điện cao hơn nhiều so với việc sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch. Hiệu suất của tấm pin năng lượng mặt trời phụ thuộc nhiều vào yếu tố như: nhiệt độ, bức xạ mặt trời… Làm thế nào để giảm thiểu các tác động tiêu cực để qua đó tăng cao hiệu suất của pin mặt trời từ đó giảm giá thành sản xuất điện năng đảm bảo an ninh năng lượng. Để giải quyết vấn đề đặt ra ở trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu thiết kế bộ biến đổi linh hoạt cho nguồn năng lượng mặt trời nối lưới” để nghiên cứu. 2, Mục đích, nhiệm vụ của đề tài: - Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu suất hệ thống linh hoạt pin năng lượng mặt trời. Học viên: Hoàng Mạnh Hùng 1 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  14. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ - Đánh giá các thông số ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống pin năng lượng mặt trời .... - Nghiên cứu, đề xuất các phương pháp nâng cao tính ổn định và hiệu quả hệ thống tấm pin năng lượng mặt trời 3, Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: - Đối tượng: nâng cao tính ổn định và hiệu suất hệ thống tấm pin mặt trời. - Phạm vi: nâng cao hiệu suất của bộ biến đổi linh hoạt cho hệ thống tấm pin mặt trời nối lưới. 4, Nội dung nghiên cứu: - Nghiên cứu Thiết kế mạch lực, mạch điều khiển bộ biến đổi DC-DC - Nghiên cứu luật điều khiển - Xây dựng mô hình mô phỏng kết quả mạch thiết kế - Xây dựng mô hình pin năng lượng mặt trời. 5, Phương pháp nghiên cứu: - Nghiên cứu lý thuyết tổng quát về hệ thống pin năng lượng mặt trời. - Nghiên cứu các giải pháp nâng cao ổn định và hiệu suất hệ thống pin mặt trời nối lưới. 6, Ý nghĩa khoa học và thực tiễn: Đánh giá các kỹ thuật, thông số ảnh hưởng đến hiệu suất và tính ổn định của hệ thống pin năng lượng mặt trời, nghiên cứu các giải pháp nâng cao hiệu suất và tính ổn định hệ thống pin năng lượng mặt trời. Đề suất các kiến nghị, giải pháp nâng cao hiệu suất và ổn định cho hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới. Do vậy đề tài mang tính khoa học và thực tiễn cao. 7, Cấu trúc của luận văn: - Chương 1. Tổng quan các bộ biến đổi DC-DC hai chiều nhiều đầu vào và đầu ra. - Chương 2. Thiết kế bộ biến đổi DC-DC linh hoạt. - Chương 3. Kết quả Kết quả mô phỏng và các giải pháp nâng cao hiệu suất và tính ổn định hệ thống pin năng lượng mặt trời. Học viên: Hoàng Mạnh Hùng 2 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  15. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC HAI CHIỀU NHIỀU ĐẦU VÀO VÀ ĐẦU RA 1.1. Giới thiệu Mặt trời đã có ích cho nhân loại theo nhiều cách hơn. Năng lượng mặt trời với hình thức thụ động đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ. Sau đó, năng lượng mặt trời đã được sử dụng để sưởi ấm nước cho mục đích gia đình. Mặc dù những công dụng này, việc sử dụng năng lượng mặt trời tích cực cung cấp điện có thể sử dụng là một ý tưởng tương đối mới. Vài thập kỷ trước, ý tưởng sử dụng năng lượng mặt trời cho các ngôi nhà năng lượng dường như là một suy nghĩ xa vời. Nhưng tiến độ nhanh đã được thực hiện trong vài năm qua để biến ý tưởng này thành hiện thực và lựa chọn khả thi [1]. Ngày nay hệ thống điện tử năng lượng quang điện mặt trời đã thay đổi hình ảnh sử dụng năng lượng mặt trời, bị phụ thuộc vào quá trình thay đổi ánh sáng theo chu kì vòng quay của trái đất. Những hệ thống có thể được sử dụng trên nhiều ứng dụng khác nhau, ngay từ khi cấp nguồn cho điện thoại di động đến cung cấp năng lượng cho ngôi nhà của bạn. Một yếu tố quan trọng khác cần xem xét là chi phí lắp đặt hệ thống quang điện này [2]. Nó đã giảm mạnh qua các năm. Trường hợp một hệ thống sẽ có chi phí trong phạm vi 12USD mỗi watt năng lượng được sản xuất vào năm 1988, bây giờ nó có giá bằng một phần 4 giá đó vào năm 2020 [3]. Mặc dù tất cả các yếu tố trên làm cho năng lượng mặt trời dường như là một lựa chọn hấp dẫn, vẫn còn các vấn đề liên quan đến hiệu quả của các tấm quang điện và toàn hệ thống năng lượng này ảnh hưởng đến hệ thống điện. 1.2. Bộ biến đổi năng lượng trong hệ thống phân phối điện Sự đóng góp của các bộ biến đổi năng lượng trong các hệ thống phân phối điện vẫn còn được thảo luận khi chưa cải thiện khả năng kiểm soát, độ tin cậy, kích thước và hiệu quả của hệ thống. Chỉ một phần ánh sáng mặt trời chiếu tới hệ thống PV được chuyển đổi thành điện hữu ích do các thành phần không hiệu quả và dễ bị hỏng được sử dụng trong hầu hết các hệ thống PV hiện nay [4]. Chi phí cao và độ tin cậy thấp của bộ chuyển đổi điện trở thành rào cản nếu điện tử công suất được sử dụng làm trực tiếp, từng cái một, thay thế cho các thiết bị cơ điện hiện có. Tuy nhiên, nếu toàn bộ phân phối điện hệ thống được thiết kế như một hệ thống chuyển đổi có thể điều khiển, chi phí hệ thống tổng thể và độ tin cậy thực sự có thể cải thiện [5]. Các hệ thống này bao gồm nhiều nguồn năng lượng chính và phụ, một số mức lưu trữ và dự phòng năng lượng, và nhiều hoạt động tải, tất cả giao tiếp thông qua bộ biến đổi năng lượng điện tử [6]. Tất cả các nguồn năng lượng thay thế và tái tạo được giao tiếp với các hệ thống năng lượng hiện có thông qua các bộ biến đổi điện tử công suất do các đặc tính động rất khác nhau của chúng. Các sáng kiến chính sách và quy định [7] đã đảm bảo việc sử dụng năng lượng tái tạo hệ thống năng lượng từ cơ sở tiêu dùng đến các nhà máy tập trung, thúc đẩy sự bền vững và độc lập năng lượng toàn cầu. Hệ thống phát điện phân tán dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo đã được xem xét bởi sự tăng trưởng theo cấp số nhân của cả hai tuabin gió và hệ thống phát điện quang điện. 1.3. Vai trò của điện tử công suất trong các hệ thống năng lượng tái tạo Học viên: Hoàng Mạnh Hùng 3 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  16. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ Khoảng 40% nhu cầu năng lượng của thế giới hiện đang được đáp ứng bằng năng lượng điện và tỷ lệ đó dự kiến sẽ tăng lên khi các quốc gia cắt giảm lượng khí thải cacbon và thay đổi bằng các nguồn năng lượng tái tạo [8]. Tất cả các hệ thống và sản phẩm liên quan đến chuyển đổi và kiểm soát dòng năng lượng điện đều liên quan đến năng lượng điện tử trong hình 1.1 [9]. Hình 1.1. Hệ thống điện tử công suất với lưới điện, tải/nguồn, nguồn chuyển đổi và kiểm soát Trong trường hợp hệ thống năng lượng tái tạo, cần phải có một bộ các thành phần điện tử công suất khác nhau để chuyển đổi năng lượng từ một giai đoạn thành một giai đoạn khác vào lưới điện. Điều này phải được thực hiện với hiệu quả cao nhất có thể trong khi duy trì chi phí thấp nhất có thể và để giữ một hiệu suất vượt trội. Như đã thảo luận trong [3], có ba loại biến tần PV một pha. Một sơ đồ khối chung được hiển thị trong hình 1.2 dưới đây. Nó bao gồm mảng PV, biến tần PV, bộ điều khiển và lưới. PV biến tần có thể là biến tần trung tâm, biến tần chuỗi hoặc biến tần tích hợp mô đun [10]. Hình 1.2. Sơ đồ tổng quát cho các hệ thống quang điện kết nối lưới một pha 1.3.1 Biến tần trung tâm Về phía DC, biến tần trung tâm duy nhất được kết nối với nhà máy PV (lớn hơn hơn 10kW) được sắp xếp theo nhiều chuỗi song song. Những biến tần này tạo ra hiệu quả cao và chi phí cụ thể thấp. Tuy nhiên, điều kiện không khớp mô-đun và điều kiện bóng râm một Học viên: Hoàng Mạnh Hùng 4 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  17. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ phần làm giảm năng suất năng lượng. Đó là hạn chế lớn nhất của biến tần trung tâm dẫn đến việc toàn bộ nhà máy PV không hoạt động. 1.3.2 Bộ biến tần chuỗi Sự sắp xếp của nhà máy PV tương tự như của biến tần trung tâm. Đây, mỗi chuỗi PV được gán cho một biến tần được chỉ định, được gọi là biến tần chuỗi. Điều này rất có lợi khi theo dõi điểm sức mạnh tối đa của mỗi chuỗi PV. Điều này làm tăng năng suất năng lượng. 1.3.3 Biến tần tích hợp điều chế Hệ thống này sử dụng một biến tần cho mỗi mô-đun. Cấu trúc liên kết này tối ưu hóa khả năng thích ứng của biến tần với các đặc tính PV vì mỗi mô-đun có riêng hệ thống theo dõi điểm công suất tối đa. Mặc dù biến tần này tối ưu hóa năng suất, nhưng nó có hiệu suất thấp hơn biến tần chuỗi. Để tạo ra lượng điện lớn, các mô đun PV được kết nối cùng nhau tạo thành mảng. Mảng này được kết nối với các thành phần hệ thống chẳng hạn như bộ biến tần để chuyển đổi nguồn DC được sản xuất thành điện xoay chiều để phục vụ người tiêu dùng. Biến tần PV này cho các hệ thống PV thực hiện nhiều chức năng. • Chuyển đổi nguồn DC được tạo thành nguồn AC tương thích với tiện ích. • Chứa các chức năng bảo vệ theo dõi các kết nối lưới và PV nguồn cũng như có khả năng cô lập bảng PV nếu xảy ra sự cố lưới. • Theo dõi các điều kiện đầu cuối của (các bảng) mô đun PV và tích hợp theo dõi điểm công suất tối đa để tối ưu hóa việc thu năng lượng. 1.3.4 Đánh giá tài liệu cho bộ biến đổi DC-DC * Bộ DC-DC đầu ra kép đầu vào đơn Nhiều ứng dụng yêu cầu một bộ biến đổi với khả năng dòng điện hai chiều để xử lý năng lượng chảy ra hoặc đến nguồn. Trọng tâm chính của đề tài này là bộ biến đổi với cấu hình cho phép dòng điện hai chiều này. Các ứng dụng chính của bộ biến đổi dc-dc là trong các thiết bị sạc/xả pin, nguồn cung cấp năng lượng liên tục, xe điện hybrid và năng lượng tái tạo [11]. * Bộ biến đổi dc-dc đa cấp hai chiều Trong [12], nhóm tác giả đề xuất một chuyển đổi năng lượng dc-dc đa cấp hai chiều hệ thống với nhiều nguồn dc. Trong đó, mức đầu ra có thể thay đổi gần như liên tục mà không có bất kỳ thành phần từ tính. Một trong những lợi ích chính của việc hệ thống không có từ tính là hoạt động nhiệt độ rất cao là có thể so sánh đến các giải pháp thông thường. * Bộ biến đổi công suất 16 pha không cảm biến hai chiều xen kẽ bộ biến đổi DC- DC cho ứng dụng xe hybrid Trong [13], các tác giả đã đề xuất một dc-dc hai pha xen kẽ với bộ biến đổi được phát triển với các bộ lọc đầu vào/đầu ra nhỏ hơn, đáp ứng được nhanh hơn và ứng suất thiết bị thấp hơn so với thiết kế thông thường, cho các ứng dụng xe hybrid. Ở đây bộ biến đổi được Học viên: Hoàng Mạnh Hùng 5 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  18. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ kết nối với bộ tụ điện và ắc quy trong một hệ thống lưu trữ năng lượng đa nguồn của một chiếc xe hybrid. Trong trường hợp bộ biến đổi xen kẽ nhiều pha một vòng điều khiển trong mỗi pha được yêu cầu tránh dòng điện mất cân bằng giữa các pha. Điều này làm tăng chi phí hệ thống và kiểm soát độ phức tạp. Bài viết này đề xuất hoạt động của bộ biến đổi không liên tục chế độ dẫn (DCM) để giảm thiểu dòng điện mất cân bằng và loại bỏ kiểm soát hiện tại vòng lặp trong từng giai đoạn. * Bộ chuyển đổi buck DC-DC hai chiều với đầu ra kép đầu vào đơn Kết quả tài liệu này sẽ làm một so sánh giữa một giải pháp trực tiếp và đề xuất trong [15]. Một bộ biến đổi buck đầu ra đơn, đầu vào đơn thông thường bao gồm thiết bị chuyển mạch và diode cũng như các yếu tố điện cảm và điện dung. Các giải pháp trực tiếp cho bộ biến đổi đầu ra kép, đầu vào đơn đang sao chép cách sắp xếp thông thường. Điều này hàm ý nhân đôi số lượng thành phần đến bộ biến đổi đầu ra hơn đầu vào. Từ hình 1.3, rõ ràng giải pháp trực tiếp bao gồm bốn công tắc và hai cuộn cảm [14]. ở đây nhóm tác giả đề xuất một cấu trúc liên kết chuyển đổi đầu ra kép một cuộn cảm có khả năng độc lập điều chỉnh hai điện áp đầu ra. Bên cạnh đó sử dụng bốn công tắc nguồn. Điều này có lợi do giảm tổn hao của một cuộn cảm. Một cải tiến hơn nữa được thực hiện trong [15] trong đó bộ biến đổi dc-dc ba công tắc với hai đầu ra được trình bày. Cấu trúc liên kết được đề xuất trong [13] được hiển thị trong hình 1.4 (a) cho cả hai chiều và ứng dụng một chiều của bộ biến đổi buck đầu ra kép đầu vào đơn. Nó có thể nhận thấy rằng trong các mạch này, một công tắc nguồn và điốt bị loại bỏ khi so sánh với giải pháp trực tiếp như trong hình 1.4 (b). * Những phương pháp cho bộ biến đổi hai chiều Cấu trúc mạch này đề xuất một bộ biến đổi dc-dc đầu ra kép đầu vào hai chiều sử dụng bốn khóa công suất cùng với hai bộ lọc thông thấp. Bộ biến đổi này có 16 trạng thái chuyển mạch có thể là sự kết hợp của bốn khóa công suất. Một chi tiết giải thích về cấu trúc liên kết này sẽ được đưa ra trong Chương 2. a) Bộ biến đổi buck DC-DC hai chiều với hai đầu ra một đầu vào Học viên: Hoàng Mạnh Hùng 6 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  19. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ (b) Bộ biến đổi buck DC-DC đơn hướng với hai đầu ra một đầu vào Hình 1.3. Giải pháp trực tiếp cho dc-dc hai chiều và một chiều bộ biến đổi buck với đầu ra kép (a) Bộ biến đổi buck DC-DC hai chiều với hai đầu ra một đầu vào (b) Bộ biến đổi buck DC-DC đơn hướng với hai đầu ra một đầu vào Hình 1.4. Giải pháp đề xuất cho DC-DC hai chiều và một chiều bộ biến đổi buck với đầu ra kép 1.4. Các cấu trúc hệ thống pin mặt trời Với nỗ lực không ngừng để cải tiến hệ thống, nhiều nghiên cứu đã được sử dụng để tìm ra cấu trúc tốt nhất để làm cho các hệ thống quang điện hoạt động tốt hơn về độ lớn công suất và độ tin cậy. Hiện nay được kết hợp các công nghệ phù hợp như các hệ thống phân tán thông minh được kết hợp với các bộ biến đổi phân tán, tạo thành một trong những Học viên: Hoàng Mạnh Hùng 7 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
  20. Trường Đại học Công Nghiệp Quảng Ninh Luận văn Thạc sĩ giải pháp hứa hẹn cho các hệ thống năng lượng tái tạo. Ngoài ra, nghiên cứu của chúng tôi sẽ tập trung vào cơ sở vật chất của các hệ thống năng lượng siêu nhỏ có tiềm năng tích hợp tốt với hệ thống điện quốc gia. Cần một hệ thống nguồn nhân lực khi liên quan đến việc lắp đặt hệ thống công suất cao hơn, các vấn đề phát sinh theo một cách khác. Trên thực tế, việc bảo trì và theo dõi sản xuất được cung cấp bởi các đội chuyên trách, điều này không phải lúc nào cũng xảy ra đối với các công trình lắp đặt nhỏ và siêu nhỏ. Chúng tôi cũng đã đề cập đến khả năng chọn đường dây DC để kết nối cho các mô đun phát điện. Một sự phát triển có thể xảy ra là cấu trúc liên kết song song trên đường dây điện áp một chiều được thể hiện trong hình 1.5. Hình 1.5. Sơ đồ cấu trúc hệ thống năng lượng siêu nhỏ kết nối song song Hệ thống không còn được kết nối với một chuỗi các mô-đun PV mà trực tiếp đến đầu ra của mô-đun PV. Sự phát triển này giữ lại tất cả các ưu điểm của hệ thống này, đồng thời tăng mức độ tùy biến của theo dõi điểm năng lượng tối đa (MPPT). Vì vậy, nó không còn là một chuỗi các mô-đun PV hoạt động tại MPPT của nó mà là từng mô-đun PV. Ngoài ra, sự linh hoạt hơn này cho phép kiểm soát hoạt động tốt hơn và phát hiện lỗi nhanh hơn cho toàn hệ thống. Ưu điểm chính của hệ thống song song để nâng cấp trong trường hợp mà chúng ta quan tâm ở đây là thực tế là có thể sử dụng đường dây điện áp một chiều trong các kiến trúc phân tán này, như cũng đã được đề cập trong luận án của họ [16-18]. Cấu trúc phân tán là rất thuận lợi cả từ quan điểm tối ưu hóa và mạnh mẽ đối với các nhược điểm của các cấu trúc cổ điển khác. Nó cũng là một ứng dụng mô-đun cho phép nhân rộng và đa Học viên: Hoàng Mạnh Hùng 8 Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

TL.01: Bộ Tiểu Luận Triết Học
207 tài liệu
1444 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2