BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
NHỮ KHẢI HOÀN
NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9520216
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TP. HỒ CHÍ MINH – 2019
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Giao Thông Vận Tải
Thành Phố Hồ Chí Minh
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. ĐỒNG VĂN HƯỚNG
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. PHẠM CÔNG THÀNH
Phản biện 1:.......................................................................................................
Phản biện 2: ......................................................................................................
Phản biện 3: ......................................................................................................
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường tại:
Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
- Thư viện Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh.
1
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 Lý do chọn đề tài
Năng lượng mặt trời (NLMT) được biết đến như là một nguồn năng
lượng xanh và vô tận. Trong thế kỷ 21, NLMT ngày càng trở nên là một trong
những nguồn năng lượng quan trọng nhất của con người [1, 110]. So với các
nguồn năng lượng khác như thủy điện, phong điện, nhiệt điện, điện hạt
nhân… NLMT có đặc điểm: không ô nhiễm về môi trường, độ an toàn cao,
nguồn năng lượng vô tận, có thể phân bố mọi nơi trong mọi dải công suất (từ
vài chục W đến hàng trăm MW). Nếu như 0.1% năng lượng mặt trời trên diện
tích toàn cầu được chuyển hóa thành điện năng với hiệu suất 5%, mỗi năm
ước tính có thể đạt được 5.6×1012 kWh, tương đương với 40 lần năng điện
hiện tại trên toàn cầu [1, 2].
Nhằm đẩy mạnh khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn năng lượng
Mặt Trời, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg
về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện Mặt Trời tại Việt Nam. Đây
được coi là hướng mở, “cú huých” phát triển nguồn năng lượng này.
Chính vì vậy việc nghiên cứu và phát triển hệ thống năng lượng điện
mặt trời là một việc hết sức cần thiết và cấp bách hiện nay. Trải qua nhiều
năm nghiên cứu, hệ thống NLMT ngày càng hoàn thiện. Có thể thấy một số
xu hướng chính trong nghiên cứu phát triển hệ NLMT như: nâng cao hiệu
suất quang - điện, xây dựng hệ thống công suất lớn, thiết lập hệ thống mạng
điện song song an toàn… Trong tương lai nguồn NLMT sẽ trở thành nguồn
năng lượng chính bổ sung cho những nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt
như: than, dầu khí, nước.
1.2 Mục tiêu và nội dung thực hiện luận án
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu thiết kế tối ưu về công suất cho
một hệ thống năng lượng điện mặt trời, làm cho hệ thống làm việc đạt hiệu
suất cao. Trên cơ sở đó nội dung của chương trình nghiên cứu như sau:
Tìm hiểu tổng quan về hệ thống năng lượng điện mặt trời.
Xây dựng mô hình hệ thống năng lượng điện mặt trời bao gồm các
thành phần trong hệ thống như: PV cell, bộ DC/DC converter, các bộ biến
tần SVPWM, hệ thống đo lường và điều khiển…
Nghiên cứu đưa ra thuật toán-giải pháp mới để điều khiển thu nhận
công suất solar cực đại (MPPT- Maximum Power Point Tracking)
Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống trên máy tính.
2
Thiết kế mô hình hệ thống NLMT điều khiển tự động hòa lưới có
kiểm soát và giám sát, hệ thống bao gồm: bộ boost điện áp DC, bộ biến tần
SVPWM, board điều khiển, thuật toán điều chế biến tần-điều khiển và giám
sát hệ thống…
1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống năng lượng điện mặt trời. Để thực
hiện mục tiêu đề ra tác giả đã thực hiện các công đoạn chính: nghiên cứu lý
thuyết về hệ thống năng lượng điện mặt trời, nghiên cứu các thuật toán để
giải quyết các bài toán tối ưu công suất trong các hệ thống điện mặt trời từ đó
đưa ra các thuật toán mới để phát triển hệ thống theo hướng tối ưu hơn, tiến
hành mô phỏng hệ thống năng lượng điện mặt trời trên phần mềm Matlab,
sau cùng là thực hiện thiết kế một hệ thống thực nối lưới.
Phương pháp nghiên cứu gồm : nghiên cứu tài liệu , mô hình hóa, phân
tích đánh giá và thực nghiệm.
1.4 Điểm mới của luận án
Nghiên cứu và đề xuất các cải tiến phát triển cho thuật toán INC áp
dụng trong điều khiển MPPT của hệ thống PV để hệ thống tìm điểm công
suất cực đại hội tụ nhanh hơn, dao động quanh điểm công suất cực đại hẹp và
ít hơn; giảm thiểu được hao tổn công suất phát do dao động quanh điểm công
suất cực đại, hiệu suất cao hơn.
Nghiên cứu và đề xuất áp dụng thuật toán mới, thuật toán tối ưu bày
đàn vi phân (DPSO) và thuật toán tối ưu bày đàn nhiễu loại (PPSO) áp dụng
trong bộ điều khiển MPPT để cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống PV.
Kỹ thuật điều khiển MPPT dựa trên thuật toán DPSO và PPSO đã được thử
nghiệm thành công trên mô hình hệ thống. Hơn nữa, những kết quả này được
so sánh với kết quả thu được từ các bộ MPPT áp dụng thuật toán truyền thống,
để chứng minh khả năng loại bỏ được các nhược điểm khi áp dụng thuật toán
truyền thống cho các bộ điều khiển MPPT của hệ thống PV.
Nghiên cứu chế tạo thiết bị thực nghiệm hệ thống năng lượng điện mặt
trời nối lưới. Hệ thống chạy ổn định ngoài việc cho phép thực nghiệm về hệ
thống năng lượng điện mặt trời hệ thống còn được sử dụng với mục đích
nghiên cứu và phát triển dự án lập trình điều khiển ứng dụng về các nghiên
cứu phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Về mặt khoa học: Nghiên cứu và đề xuất các thuật toán áp dụng cho bộ
điều khiển MPPT của hệ thống năng lượng mặt trời nhằm cải thiện sự hoạt
động của hệ thống làm cho hệ thống đạt hiệu suất tốt hơn.
3
- Về mặt thực tiễn: Kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tế của các giải
thuật đề xuất cho bộ điều khiển MPPT của hệ thống PV bằng công cụ phần
mềm và hệ thống thực nghiệm.
1.6 Bố cục của luận án
Bố cục của luận án bao gồm 6 chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Tổng quan về hệ thống năng lượng điện mặt trời
Chương 3 : Nghiên cứu phát triển bộ điều khiển bám điểm công suất cực đại
của hệ thống điện mặt trời
Chương 4 : Mô phỏng kiểm chứng các thuật toán MPPT phát triển cho hệ
thống năng lượng điện mặt trời
Chương 5: Thiết kế chế tạo hệ thống thực nghiệm năng lượng điện mặt trời
Chương 6 : Kết luận và phương hướng phát triển
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
1.1 Tổng quan chung về hệ thống NLMT
Hệ thống PV là hệ thống dùng để thu thập, chuyển đổi năng lượng mặt
trời thành năng lượng điện DC hoặc AC theo nhu cầu sử dụng. Hệ thống PV
đa dạng tùy theo yêu cầu thực tiễn để có cấu trúc phù hợp, nhưng được chia
thành các dạng chính hệ thống kết nối lưới, hệ thống độc lập và hệ thống lai.
2.1.1. Hệ thống điện NLMT nối lưới
Hệ thống năng lượng mặt trời ghép nối với lưới điện thực chất là một
loại hệ thống phát điện phân bố trong lưới điện. Cấu trúc hệ thống NLMT có
khá nhiều dạng, tuy nhiên trên thực tế phổ biến thông thường có hai dạng cấu
trúc: dạng cấu trúc đơn cấp và cấu trúc lưỡng cấp.
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống PV đơn cấp
SCR,
TRIAC
Hòa lưới
SVPWM
inverter
Lưới
điện
Controller
Microcontroller
Phụ tải
6 PWM
V, I
1 phase
3 phase
PV panel
ON/OFF
U,I. phase, frequency
