Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Thiết kế điều khiển hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện một pha

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:97

Thêm vào BST

Báo xấu

51
lượt xem 17
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Thiết kế điều khiển hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện một pha" nghiên cứu tìm hiểu năng lượng mặt trời và các giải pháp sử dụng hiệu quả; cấu tạo và nguyên lý pin quang điện (PV); các loại hệ thống PV nối lưới và độc lập; thiết kế biến tần kết nối lưới một pha, các thông số biến tần, xác định kích thước tụ điện liên kết DC; tính toán thiết kế, lựa chọn các thông số cho bộ lọc đầu ra; thiết kế bộ điều khiển điện áp DC, đồng bộ hóa lưới, điều khiển dòng điện, mô hình hóa và mô phỏng hệ thống PV kết nối lưới 1 pha bằng matlab/ simulink, nhận xét đánh giá kết quả mô phỏng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện: Thiết kế điều khiển hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện một pha

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- LÊ TẤN CƯỜNG THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA VÀO LƯỚI ĐIỆN MỘT PHA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2018
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- LÊ TẤN CƯỜNG THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA VÀO LƯỚI ĐIỆN MỘT PHA LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2018
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 28 tháng 7 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ và tên Chức danh Hội đồng 1 PGS. TS. Ngô Cao Cường Chủ tịch 2 PGS. TS. Huỳnh Châu Duy Phản biện 1 3 TS. Võ Hoàng Duy Phản biện 2 4 PGS. TS. Nguyễn Hùng Ủy viên 5 TS. Đoàn Thị Bằng 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 luận văn
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 20 tháng 6 năm 2018 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Lê Tấn Cường Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 08/06/1993 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV: 1541830018 I- Tên đề tài: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA VÀO LƯỚI ĐIỆN MỘT PHA. II- Nhiệm vụ và nội dung: - Tìm hiểu năng lượng mặt trời và các giải pháp sử dụng hiệu quả; cấu tạo và nguyên lý pin quang điện (PV); các loại hệ thống PV nối lưới và độc lập. - Thiết kế biến tần kết nối lưới một pha, các thông số biến tần, xác định kích thước tụ điện liên kết DC - Tính toán thiết kế, lựa chọn các thông số cho bộ lọc đầu ra - Thiết kế bộ điều khiển điện áp DC, đồng bộ hóa lưới, điều khiển dòng điện - Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống PV kết nối lưới 1 pha bằng matlab/ simulink - Nhận xét đánh giá kết quả mô phỏng - Kết luận. III- Ngày giao nhiệm vụ: 15/02/2017 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/6/2018 V- Cán bộ hướng dẫn: PGS TS. Nguyễn Thanh Phương CÁN BỘ HUỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)
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 Tấn Cường
LỜI CÁM ƠN Xin cảm ơn Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh, PGS TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG, Quý Thầy Cô đã tận tình truyền đạt kiến thức và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho lớp 15SMD21 và cá nhân tôi trong suốt học trình nghiên cứu và học tập thạc sỹ tại trường. Với lòng tri ân sâu sắc, tôi muốn nói lời cảm ơn đến Thầy PGS TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG, những người đã nhiệt tình hướng dẫn và chỉ bảo cho tôi trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu này. Cám ơn tất cả các bạn trong khóa học, những người cùng chung chí hướng trong con đường tri thức để tất cả chúng ta có được kết quả ngày hôm nay. Cảm ơn gia đình và những người thân đã động viên, hỗ trợ tôi trong suốt thời gian thực hiện nghiên cứu này. Xin trân trọng và chân thành gửi lại tất cả nơi đây lòng tri ân sâu sắc nhất. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 6 năm 2018 Người thực hiện luận văn Lê Tấn Cường
TÓM TẮT I. Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu của đề tài : Luận văn tập trung các vấn đề liên quan đến thiết kế điều khiển hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện 1 pha, sử dụng bộ lọc LCL để tối ưu hóa chất lượng điện năng, giảm sóng hài trước khi hòa vào lưới, cụ thể: Tính toán thiết kế, lựa chọn các thông số cho bộ lọc đầu ra, từ đó chọn cấu hình phù hợp cho bộ lọc. II. Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài : 1. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu năng lượng mặt trời và các giải pháp sử dụng hiệu quả; cấu tạo và nguyên lý pin quang điện (PV); các loại hệ thống PV nối lưới và độc lập. - Thiết kế biến tần kết nối lưới một pha, các thông số biến tần, xác định kích thước tụ điện liên kết DC - Tính toán thiết kế, lựa chọn các thông số cho bộ lọc đầu ra - Thiết kế bộ điều khiển điện áp DC, đồng bộ hóa lưới, điều khiển dòng điện - Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống PV kết nối lưới 1 pha bằng matlab/ simulink - Đánh giá kết quả mô phỏng - Kết luận. 2. Giới hạn của đề tài Do giới hạn về thời gian và điều kiện nghiên cứu nên đề tài chỉ giới hạn các vấn đề như sau: Thiết kế điều khiển hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện 1 pha và mô phỏng dùng chương trình Matlab/Simulink mà không đề cập việc tính toán thiết kế các panel PV, không thiết kế thi công mô hình thực, không đề cập đến bài toán kinh tế để lựa chọn bộ lọc LCL.
ABSTRACT I. The purposes, the objects and the subjects of the research study The thesis focuses on the issues related to design controls solar power system integrated into the single phase power grid, use LCL filter to max the power quality, perfect mixer before making on grid, detail: Calculations accounting, select parameters for the filter filter from the selected configuration configuration for filter. II. The procedures and the limitations of the research study: 1. the procedures of the research study - Find the sky quality and solutions using effect; Structure and principle of photovoltaics (PV); Types of PV systems connected and independent - Design of single phase power inverter, parameters of inverter, determines the size of the DC link capacitor - Design calculations, select the parameters for the output filter - Design of DC voltage control, grid synchronization, current control - Modeling and simulation of single phase PV system by matlab / simulink - Evaluate the results of simulation| - Conclusion. 2. the limitations of the research study Due to the limited time and research conditions, the topic is limited to the following issues: Design controls solar power system integrated into the single phase power grid and simulation using Matlab / Simulink not to mention the design of PV Panels, no real construction design, not to mention the economics of choosing LCL filters.
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ LỜI CÁM ƠN .................................................................................................................. TÓM TẮT ........................................................................................................................ ABSTRACT ..................................................................................................................... MỤC LỤC ........................................................................................................................ DANG MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................. DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................................... DANG MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................................... MỞ ĐẦU.................................................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ............................................................................................................................... 1 2. Tính cần thiết .......................................................................................................................... 1 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................................ 2 3.1 Ý nghĩa khoa học ....................................................................................................... 2 3.2 Ý nghĩa thực tiễn ....................................................................................................... 2 4. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................... 2 5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................. 2 5.1. Lý thuyết .................................................................................................................. 3 5.2. Mô phỏng ................................................................................................................. 3 6. Tên đề tài ..................................................................................................................... 3 7. Bố cục luận văn ........................................................................................................... 3 8. Kết luận........................................................................................................................ 3 CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG ........................................................................... 4 1.1 Các hệ thống PV kết nối lưới .................................................................................... 4 1.1.1 Biến tần đơn tập trung ............................................................................................ 4 1.1.2 Biến tần hai cấp ...................................................................................................... 5 1.2 Các điều kiện hòa đồng bộ ........................................................................................ 6 1.2.1 Điều kiện về tần số ................................................................................................ 7 1.2.2 Điều kiện về điện áp ............................................................................................... 7 1.2.3 Điều kiện về pha ..................................................................................................... 7 1.2.4 Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới....................................................................... 7
1.3 Các điều khiển của VSI ............................................................................................. 8 1.4 Giảm kích thước của tụ điện DC ............................................................................... 9 1.5 Kỹ thuật đồng bộ hóa lưới ....................................................................................... 11 1.6 Mục tiêu ................................................................................................................... 12 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ BIẾN TẦN KẾT NỐI LƯỚI MỘT PHA ...................... 13 2.1 Thông số kỹ thuật biến tần ...................................................................................... 13 2.2 Cấu hình mạch đóng cắt .......................................................................................... 14 2.3 Tụ điện liên kết DC ................................................................................................. 15 2.3.1 Tụ điện phân so với tụ phim ................................................................................. 15 2.3.2 Xác định kích thước tụ điện liên kết DC .............................................................. 18 2.4 Thiết kế bộ lọc đầu ra .............................................................................................. 19 2.4.1 Tính toán lựa chọn giá trị cho cuộn dây và tụ điện .............................................. 20 2.4.2 Cấu hình bộ lọc ..................................................................................................... 21 CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ............................................................ 24 3.1 Bộ điều khiển dòng điện .......................................................................................... 24 3.1.1 Mô hình................................................................................................................. 25 3.1.2 Bộ điều khiển cộng hưởng tỷ lệ............................................................................ 26 3.1.3 Tính ổn định vòng kín .......................................................................................... 29 3.2 Phương pháp đồng bộ lưới ...................................................................................... 31 3.2.1 Bộ ước lượng điện áp lưới .................................................................................... 32 3.2.1.1 Mô phỏng của công cụ ước lượng điện áp lưới ................................................. 34 3.2.2 Biên độ điện áp lưới danh định ............................................................................ 38 3.2.3 Dòng điện tham chiếu được đồng bộ hóa ............................................................. 40 3.2.4 Thảo luận về phương pháp đồng bộ lưới được đề xuất ........................................ 40 3.3 Bộ điều khiển điện áp .............................................................................................. 41 3.3.1 Mô hình vòng lặp điện áp ..................................................................................... 42 3.3.2 Bộ bù điện áp DC ................................................................................................. 45 3.4 Thực hiện điều khiển kỹ thuật số ............................................................................ 45 3.4.1 Nghiên cứu tần số đóng cắt .................................................................................. 47 3.4.2 Định dạng đơn vị và số cố định ............................................................................ 47
CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG HỆ THỐNG TRONG MATLAB/ SIMULINK ......... 48 4.1 Các thông số mô phỏng của hệ thống ...................................................................... 48 4.2 Mô phỏng đặc tuyến V-I của pin quang điện .......................................................... 53 4.3 Bộ điều khiển Controller ......................................................................................... 56 4.4 Sơ đồ tính trung bình hiệu quả mỗi chu kỳ AC ....................................................... 59 4.5 Mô phỏng bộ lọc LCL ............................................................................................. 60 4.5.1 Khi không dùng bộ lọc LCL ................................................................................. 60 4.5.2 khi dùng bộ lọc L .................................................................................................. 64 4.5.3 khi dùng bộ lọc LC ............................................................................................... 68 4.5.4 khi dùng bộ lọc LCL............................................................................................. 72 CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI .. 77 5.1 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 77 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRONG TƯƠNG LAI .................................................... 77 Phụ lục C ..................................................................................................................... 79
DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT AC : Dòng điện xoay chiều DC : Dòng điện một chiều DR : Nguồn phân phối LF : Bộ vòng lặp MPPT : Theo dõi điểm công suất cực đại PCC : Điểm của khớp nối chung P : Pin mặt trời PD : Máy dò pha PWM : Điều chế độ rộng xung PWMS : Điều chế độ rộng xung hình sin PI : Tích phân theo tỷ lệ PLL : Vòng lặp khóa pha PR : Tỷ lệ cộng hưởng TDD : Tổng phụ tải méo THD : Tổng sóng hài méo VCO : Dao động điều khiển điện áp VSI : Biến tần điện áp
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Thông số kỹ thuật biến tần Bảng 2.2: Các tham số bộ lọc đầu ra và các giá trị đã chọn của chúng Bảng 3.1: Tham số của bộ bù PR và tham số của hệ thống Bảng 4.1: Các thông số mô phỏng công suất vòng lặp biến tần Bảng C.1: Sóng hài tổng quát của cho độ lớn
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Công nghệ trước đây - Biến tần tập trung Hình 1.2: Cấu hình biến tần hai cấp Hình 1.3: Công suất ra tức thời của một bộ biến tần đơn tại hệ số dịch chuyển đơn vị Hình1.4 : Ví dụ về mạch tách công suất tác dụng được dùng Hình 2.1: Cấu hình mức công suất của biến tần PV một pha điện áp định mức liên kết DC và thành phần gợn sóng Hình 2.2: Dạng sóng điện áp liên kết DC chung Hình 2.3: Cấu hình cầu đầy đủ với sơ đồ đóng cắt điện áp đơn cực PWM Hình 2.4: Bộ lọc LCL đầu ra của biến tần Hình 2.5: Biểu đồ độ lớn của hàm truyền bộ lọc đầu ra (s) Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng thể của bộ điều khiển biến tần Hình 3.2: Sơ đồ khối điều khiển dòng điện Hình 3.3: Biểu đồ Bode của (a) bộ bù PR lý tưởng, (b) bộ bù PR không lý tưởng, =1, =2000, ζ = 0,1 Hình 3.4: Biểu đồ bode của vòng lặp dòng được bù và không được bù Hình 3.5: Tổng quan về bộ đồng bộ lưới và bộ điều khiển VAR Hình 3.6: Vòng phản hồi của bộ ước lượng điện áp lưới Hình 3.7: (a) Quỹ đạo trạng thái của bộ ước lượng, (b) Sơ đồ điện áp đỉnh pha của đầu vào và đầu ra của bộ ước lượng Hình 3.8: biểu đồ bode và Hình 3.9: Quỹ đạo mở các biến trạng thái của bộ ước lượng với các giá trị khác nhau Hình 3.10: miền thời gian hồi của các biến trạng thái bộ ước lượng Hình 3.11: Độ nhạy miền thời gian được thu phóng của độ méo điện áp lưới (t), ước lượng đầu ra và các giá trị mong muốn của nó Hình 3.12: Các hệ số công suất so với tần số lưới cho Q = 0 trong khi bỏ qua chuyển đổi sóng hài Hình 3.13: Sơ đồ công suất biến tần
Hình 3.14: Sơ đồ Pha của và hai thành phần của nó Hình 3.15: Vòng lặp điện áp của biến tần Hình 3.16: Ảnh hưởng của gợn sóng tần số kép trên tín hiệu dòng điện tham chiếu trong đó gấp hai lần tần số cơ bản, được chọn là 0,008 và được chọn là 1 Hình 3.17: Biểu đồ Bode của vòng lặp điện áp không bù và bù Hình 4.1: Mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới 1 pha trong Matlab Simulink Hình 4.2: Cực điều khiển G của mosfet Hình 4.3: Tần số chuyển mạch = 30kHz Hình 4.4: Cuộn cảm bên cấu hình cầu = 300μH Hình 4.5: Cuộn cảm bên lưới Hình 4.6: Bộ lọc tụ điện  Hình 4.7: Bộ lọc giảm xóc điện trở Hình 4.8: Điện áp lưới danh định, Hình 4.9: Tấm pin quang điện trong Matlab Simulink Hình 4.10: Thông số của tấm pin năng lượng mặt trời Hình 4.11: Biểu đồ dòng của 1 tấm pin năng lượng mặt trời Hình 4.12: Ghép song song 2 tấm pin quang điện trong Matlab Simulink Hình 4.13: Ghép song song các pin và đặc tuyến V-I Hình 4.14: Biểu đồ dòng của 2 tấm pin năng lượng mặt trời ghép song song Hình 4.15: Bộ điều khiển Controller Hình 4.16: Sơ đồ con khối Controller Hình 4.17: Tín hiệu điều khiển Controller Hình 4.18: Bộ điều khiển điện áp DC Hình 4.19: Tín hiệu i_ac khi qua bộ điều khiển Hình 4.20: Sơ đồ khối tính trung bình hiệu quả mỗi chu kỳ AC Hình 4.21: Thông số mỗi chu kỳ AC Hình 4.22: Sơ đồ hòa đồng bộ không dùng bộ lọc LCL Hình 4.23: Dạng sóng hòa đồng bộ không dùng bộ lọc LCL Hình 4.24: Tín hiệu i_ac qua bộ điều khiển khi không dùng bộ lọc LCL Hình 4.25: Sơ đồ hòa đồng bộ dùng bộ lọc L
Hình 4.26: Dạng sóng hòa đồng bộ dùng bộ lọc L Hình 4.27: Tín hiệu i_ac qua bộ điều khiển khi dùng bộ lọc L Hình 4.28: Sơ đồ hòa đồng bộ dùng bộ lọc LC Hình 4.29: Dạng sóng hòa đồng bộ dùng bộ lọc LC Hình 4.30: Tín hiệu i_ac qua bộ điều khiển khi dùng bộ lọc LC Hình 4.31: Sơ đồ hòa đồng bộ dùng bộ lọc LCL Hình 4.32: Dạng sóng hòa đồng bộ dùng bộ lọc LCL Hình 4.33: Tín hiệu i_ac qua bộ điều khiển khi dùng bộ lọc LCL
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.TS. Đặng Đình Thống - Pin mặt trời và ứng dụng- Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật [2] R. Erickson and A. Rogers, “A microinverter for building-integrated photovoltaics,” in Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009. APEC 2009. Twenty-Fourth Annual IEEE, feb. 2009, pp. 911 –917. [3] B. Francis and W. Wonham, “The internal model principle for linear multivariable regulators,” J. Appl. Maths. Optim., vol. 2, no. 2, pp. 170 –194, 1975. [4] H. Cha, T.-K. Vu, and J.-E. Kim, “Design and control of proportional-resonant controller based photovoltaic power conditioning system,” in Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE 2009. IEEE, sept. 2009, pp. 2198 –2205. [5] A. Timbus, M. Ciobotaru, R. Teodorescu, and F. Blaabjerg, “Adaptive resonant controller for grid-connected converters in distributed power generation systems,” in Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2006. APEC ’06. Twenty- First Annual IEEE, march 2006, p. 6 pp. [6] F. Schimpf and L. Norum, “Effective use of film capacitors in single-phase pvinverters by active power decoupling,” in IECON 2010 - 36th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, nov. 2010, pp. 2784 –2789. [7] T. Shimizu, K. Wada, and N. Nakamura, “Flyback-type single-phase utility interactive inverter with power pulsation decoupling on the dc input for an ac photovoltaic module system,” Power Electronics, IEEE Transactions on, vol. 21, no. 5, pp. 1264 –1272, sept. 2006. [8] A. Kotsopoulos, J. Duarte, and M. Hendrix, “Predictive dc voltage control of singlephase pv inverters with small dc link capacitance,” in Industrial Electronics, 2003. ISIE ’03. 2003 IEEE International Symposium on, vol. 2, june 2003, pp. 793 – 797 vol. 2. [9] Y.-M. Chen, H.-C. Wu, and Y.-C. Chen, “Dc bus regulation strategy for gridconnected pv power generation system,” in Sustainable Energy Technologies, 2008. ICSET 2008. IEEE International Conference on, nov. 2008, pp. 437 –442.
[10] T. Thacker, R. Wang, D. Dong, R. Burgos, F. Wang, and D. Boroyevich, “Phaselocked loops using state variable feedback for single-phase converter systems,” in Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009. APEC 2009. Twenty- Fourth Annual IEEE, feb. 2009, pp. 864 –870. [11] H. Cha, T.-K. Vu, and J.-E. Kim, “Design and control of proportional-resonant controller based photovoltaic power conditioning system,” in Energy Conversion Congress and Exposition, 2009. ECCE 2009. IEEE, sept. 2009, pp. 2198 –2205. [12] K. de Souza, M. de Castro, and F. Antunes, “A dc/ac converter for single-phase grid-connected photovoltaic systems,” in IECON 02 [Industrial Electronics Society, IEEE 2002 28th Annual Conference of the], vol. 4, nov. 2002, pp. 3268 – 3273 vol.4. [13] Electrolytic Capacitors Application Guide-Operational life time section, KEMET Electronics Corporation, June 2009, avaliable at www.kemet.com. [14] Y.-M. Chen, H.-C. Wu, and Y.-C. Chen, “Dc bus regulation strategy for gridconnected pv power generation system,” in Sustainable Energy Technologies, 2008. ICSET 2008. IEEE International Conference on, nov. 2008, pp. 437 –442. [15] Y.-M. Chen, C.-H. Chang, and H.-C.Wu, “Dc-link capacitor selections for the singlephase grid-connected pv system,” in Power Electronics and Drive Systems, 2009. PEDS 2009. International Conference on, nov. 2009, pp. 72 –77. [16] “Ieee standard for interconnecting distributed resources with electric power systems,” IEEE Std 1547-2003, pp. 1 –16, 2003. [17] “Ieee recommended practices and requirements for harmonic control in electrical power systems,” IEEE Std 519-1992, p. 85, 1993.
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Hiện nay, thế giới đang hướng tới sử dụng nguồn năng lượng tái tạo thay thế cho năng lượng hóa thạch dần cạn kiệt và khan hiếm. Lý do chủ yếu sử dụng năng lượng tái tạo là để bảo vệ hành tinh xanh, nơi con người và tất cả các sinh vật đang tồn tại. Hơn thế nữa, năng lượng tái tạo không những thân thiện với môi trường mà còn không phải chịu những chi phí nhiên liệu đầu vào, ít bảo trì và đặc biệt vô tận. Một trong những nguồn năng lượng tái tạo là năng lượng mặt trời. Như chúng ta đã biết tuổi thọ của ắc quy không cao tối đa từ 2-3 năm tùy thuộc vào hãng sản xuất và cách sử dụng mà giá thành lại rất đắt, khi không còn sử dụng được thoải ra ngoài còn gây ô nhiểm môi trường do thành phần chính của ắc quy là chì rất độc chính vì lẻ đó nên để giảm chi phí, tổn hao do sử dụng hệ thống ắc quy lưu trữ điện, cũng như để hệ thống điện mặt trời thực sự thân thiện với môi trường thì ta cần phải hòa được hệ thống điện mặt trời lên lưới điện. 2. Tính cần thiết Khi nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng gia tăng thì các nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá… càng dần bị cạn kiệt và trở nên khan hiếm. Bên cạnh đó, việc sử dụng những năng lượng truyền thống trên cho thấy những tác động xấu đến môi trường, gây ô nhiễm bầu khí quyển như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ô zôn… là một trong những nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên. Các khí thải ra từ việc đốt các nguyên liệu này đã gây ra mưa axit, hạn hán, lũ lụt… gây hại cho môi trường sống của con người. Trước tình hình đó, việc phải tìm được những nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu sử dụng năng lượng đang dần lớn mạnh hàng ngày, thay thế những nguồn năng lượng có hại cho môi trường hoặc đang cạn kiệt trở nên cần thiết đòi hỏi nhiều sự quan tâm. Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời, nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông,… Đó là loại hình năng lượng có khả năng áp dụng hơn cả tại các khu
2 vực đô thị và các vùng mà điện lưới không vươn đến được (vùng núi, vùng hải đảo hay các công trình ngoài khơi, …). Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt quả đất. Trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu, ứng dụng [1] nhằm sản xuất và tích trữ năng lượng mặt trời tuy nhiên việc sử dụng nguồn năng lượng này, chủ yếu vẫn chỉ dừng lại ở mức cục bộ ( tức là khai thác và sử dụng tại chỗ ), năng lượng dư thừa chưa hòa được lên lưới điện quốc gia (bán trở lại cho lưới điện thông qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện ).Vì vậy, việc nghiên cứu, xây dựng bộ điều khiển thông minh để khai thác năng lượng mặt trời, cung cấp điện cho phụ tải đồng thời hòa tối ưu nguồn năng lượng này lên lưới điện quốc gia đang là một vấn đề cấp thiết. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Khi có ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra năng lượng một chiều (DC), Nguồn năng lượng một chiều này được chuyển đổi thành điện năng xoay chiều (AC) bởi bộ nghịch lưu. Bộ điều khiển có chức năng truyền năng lượng này đến phụ tải chính để cung cấp điện cho các thiết bị điện trong gia đình. Đồng thời điện năng dư thừa được bán trở lại lưới điện qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện. 3.2 Ý nghĩa thực tiễn Đề tài hoàn thành sẽ là một tài liệu quan trọng để thiết kế hoàn chỉnh hệ thống lưới điện thông minh (Smart Grid System). Đem lại hiệu quả to lớn trong việc khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sạch; Ứng dụng tại các nhà máy, xí nghiệp, khu dân cư sử dụng nguồn năng lượng mặt trời. Quá trình nghiên cứu sẽ góp phần tăng nguồn tư liệu phục vụ cho công tác học tập và giảng dạy tại cơ quan nơi học viên công tác. 4. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển nhằm sử dụng và hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện 1 pha. 5. Phương pháp nghiên cứu