Trong bài báo này, trình bày về khả năng điều khiển đáp ứng và mức độ ổn định của hệ thống phát điện tích hợp bao gồm điện gió và điện mặt trời khi hoạt động ở chế độ nối lưới nhằm xác định chế độ làm việc hiệu quả và ổn định nhất cho hệ thống
Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 29 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO VÀO LƯỚI HẠ THẾ RESEARCH FOR CONTROLLING THE HYBRID RENEWABLE ENERGY CONNECTED TO THE LOW VOLTAGE GRID Trương Đình Nhơn, Ngơ Văn Thun, Nguyễn Thị Mi Sa, Hoàng An Quốc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.HCM, Việt Nam Ngày soạn nhận 18/2/2021, ngày phản biện đánh giá 9/3/2021, ngày chấp nhận đăng 19/7/2021 TÓM TẮT Trong báo này, tác giả trình bày khả điều khiển đáp ứng mức độ ổn định hệ thống phát điện tích hợp bao gồm điện gió điện mặt trời hoạt động chế độ nối lưới nhằm xác định chế độ làm việc hiệu ổn định cho hệ thống Hệ thống phát điện tích hợp nguồn lượng tái tạo cung cấp điện cho phụ tải 24 đề xuất nghiên cứu Kết mô miền thời gian thực công cụ Simulink phần mềm Matlab Các kết mô chế độ nối lưới với thay đổi phụ tải điều kiện đầu vào xạ mặt trời tốc độ gió xảy q trình vận hành xem xét Từ kết luận rằng, điều khiển Droop đề xuất hệ thống phát điện tích hợp lượng tái tạo giúp cho hệ thống hoạt động tốt ổn định giúp tiết kiệm điện tiêu thụ từ lưới điện Từ khóa: Hệ thống tích hợp; Năng lượng tái tạo; chế độ nối lưới; điều khiển Droop; ổn định ABSTRACT In this paper, the authors present the responsive control and stability of the integrated power generation system including wind power and solar power when operating in grid-connected mode to determine the most efficient and stable working mode for the system An integrated renewable energy sources supplying power to the load for 24 hours is proposed in this study Simulation results in the time-domain are performed on the Simulink tool of Matlab software Simulation results in grid-connected mode with the changing of load and input conditions such as solar radiation and wind speed occurring during operation are also considered From the simulation results, it can be concluded that the proposed Droop controller in the the proposed integrated power generation system will support the system operate better and more stable, helping to save power consumption from the grid Keywords: Hybrid system; renewable energy; grid-connected mode; Droop control; stability GIỚI THIỆU Việc phát triển nguồn lượng tái tạo quan tâm để phát triển nhanh thời gian gần Vì vậy, nghiên cứu dựa hệ thống phát điện tích hợp tái tạo cần thiết mang tính thời Các hệ thống phát điện tích hợp phân thành nhiều cấp độ Pico-grid, Nano-grid, Micro-grid Mini-grid [1] Doi: https://doi.org/10.54644/jte.65.2021.134 Tuy nhiên, hầu hết hệ thống điện tích hợp sử dụng loại nguồn khác điện mặt trời sử dụng tế bào quang điện (PV) điện gió sử dụng máy phát điện nam châm vĩnh cửu (PMSG) cần phải có hệ thống lưu trữ lượng (BESS) để đảm bảo tính liên tục cung cấp điện hoạt động chế độ độc lập hòa lưới [2-4] Các chế độ cấu hình khác hệ thống giới thiệu [5-7] Tuy nhiên, việc trang bị hệ thống 30 Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh BESS cho hệ thống điện tích hợp cịn nhiều vấn đề cần quan tâm mà đặc biệt chi phí lắp đặt vận hành Để cắt giảm chi phí tối ưu hoạt động hệ thống điện tích hợp sử dụng điện mặt trời điện gió cơng suất nhỏ, báo này, mơ hình tích hợp lượng tái tạo công suất nhỏ vào lưới hạ với điều khiển phân bố công suất Droop đề xuất mơ hình hóa cơng cụ Simulink phần mềm Matlab để tiến hành kiểm tra đánh giá khả đáp ứng tính ổn định hệ thống nghiên cứu làm việc chế độ nối lưới HỆ THỐNG NGHIÊN CỨU Hình trình bày sơ đồ nguyên lý hệ thống điện tích hợp nguồn lượng tái tạo bao gồm máy phát điện gió cơng suất kW hệ thống điện mặt trời công suất kWp kết nối vào hệ thống điện quốc gia thông qua lưới điện hạ để cấp cho phụ tải Mơ hình tốn học thành phần mô tả sau: Sơ đồ mạch thay pin mặt trời gồm: dòng quang điện 𝐼𝑃𝐻 , diode 𝐷𝐽 , điện trở dòng rò 𝑅𝑆𝐻 điện trở nối tiếp 𝑅𝑆 , dòng điện ngõ I điện áp ngõ V Phương trình tốn học đưa mạch để thể mối tương quan I V pin mặt trời sau [6]: I = 𝐼𝑃𝐻 − 𝐼𝑆 [𝑒 𝑞 (𝑉+ 𝐼𝑅 )) 𝑘𝑇 𝐴 𝐶 ( − 1] − 𝑉+ 𝐼𝑅 𝑅𝑆𝐻 (1) Trong đó: 𝐼𝑆 : Dịng bão hịa (A) q: Điện tích electron, q = 1.602 x 10−19 C k: Hằng số Boltzmann, k =1.38 x 10−23 J/K 𝑇𝐶 : Nhiệt độ vận hành pin (K) A: Hệ số lý tưởng phụ thuộc vào cơng nghệ chế tạo pin quang điện Dịng quang điện 𝐼𝑃𝐻 phụ thuộc trực tiếp vào xạ mặt trời nhiệt độ pin 𝐼𝑃𝐻 = [𝐼𝑆𝐶 + 𝐾1 (𝑇𝐶 − 𝑇𝑅𝑒𝑓 )] 𝜆 (2) Với: 𝐼𝑆𝐶 : Dòng ngắn mạch (A) 𝐾1 : Hệ số dòng điện phụ thuộc vào nhiệt độ 𝑇𝐶 : Nhiệt độ vận hành pin mặt trời (K) 𝑇𝑅𝑒𝑓 : Nhiệt độ tiêu chuẩn pin mặt trời (K) 𝜆: Bức xạ mặt trời (W/m2) Hình Sơ đồ tổng thể hệ thống điện nghiên cứu 2.1 Hệ thống điện mặt trời Các pin mặt trời sử dụng chủ yếu loại bán dẫn silic với tiếp xúc p-n Để thuận tiện việc tính tốn, thiết kế, loại pin mạch điện tương đương đưa để thay pin mặt trời Hình [6-8] Dịng bão hịa 𝐼𝑆 dịng hạt tải điện không tạo kích thích nhiệt Khi nhiệt độ pin mặt trời tăng dòng bão hòa tăng theo hàm mũ 𝑇𝐶 𝐼𝑆 = 𝐼𝑅𝑆 (𝑇 𝑅𝑒𝑓 ) 𝑒 [ 1 𝑞𝐸𝐺 (𝑇𝑅𝑒𝑓 − 𝑇𝐶 ) ] 𝑘𝐴 (3) Trong đó: 𝐼𝑅𝑆 : Dịng điện ngược bão hịa nhiệt độ tiêu chuẩn (A) 𝐺𝑁 : Năng lượng lỗ trống chất bán dẫn Hình Mạch điện thay pin mặt trời Ngoài ra, nghịch lưu nguồn áp (VSC) với điều khiển thể Hình Tạp Chí Khoa Học Giáo Dục Kỹ Thuật Số 65 (08/2021) Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh 31 if D >= D_max | D