(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời

(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời(Luận văn thạc sĩ) Mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời

LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015 Lương Sơn Khởi iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên,tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Xin cảm ơn Thầy Cô cho em tảng kiến thức – tri thức quí báu Xin cám ơn quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, Khoa Cơ –Điện – Điện Tử, Phòng Quản Lý Khoa Học - Đào Tạo Sau đại học, tập thể lớp 2012b 2013b tạo hội cho em thực Luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn cha mẹ người thân bên động viên nhiều để tơi hồn thành khóa học Lương Sơn Khởi iv TÓM TẮT Ngày nay, việc phát triển lĩnh vực lượng tái tạo phát điện phân tán đạt nhiều thành tựu đáng kể vài năm kể lại mà cụ thể đề tài em lượng gió lượng mặt trời, lĩnh vực lượng sạch, vơ tận thân thiện với mơi trường Trong tình hình nhu cầu lượng ngày cao việc đa dạng hóa nguồn lượng từ nguồn lượng vô tận giải pháp hiệu ln khuyến khích phát triển Các nguồn lượng giảm bớt phần gánh nặng từ áp lực cung cấp điện lưới điện, chủ yếu dựa vào nguồn lượng hóa thạch nhiệt điện, điện hạt nhân, thủy điện… Tuy nhiên, việc phát triển lượng tái tạo có số hạn chế cơng suất nhỏ phân tán Để sử dụng có hiệu cần phải kết nối nguồn lượng thông qua lưới điện phân phối có nghịch lưu có khả kết nối với lưới điện xoay chiều hệ thống điện Trong quá triǹ h hoa ̣t đô ̣ng của các bô ̣ pin lươ ̣ng m ặt trời kết nối lưới điện phân phố i, ngồi việc phải hoạt động điểm có cơng suất lớn theo thay đổi cường đô ̣ bức xa ̣ mă ̣t trời , tức phụ thuộc vào thời tiết yêu cầu tối thiểu hóa tổng độ méo dạng sóng hài (THD) yêu cầu cần phải đạt để đảm bảo chấ t lươ ̣ng điê ̣n lưới điê ̣n Để đa ̣t đươ ̣c yêu cầ u này , giải thuật tối ưu hóa bầ y đàn (PSO) đã đươ ̣c giới thiê ̣u và ứng du ̣ng viê ̣c xác đinh ̣ các ̣ số đ iề u khiể n bô ̣ điề u khiể n dòng điê ̣n Trong lĩnh vực lượng gió, máy phát điện gió cơng suất nhỏ thiết kế để hoạt động độc lập Vì vậy, việc thiết kế chuyển đổi lượng gió hịa đồng lưới điện phân phối yêu cầu cấp thiết Luận văn tập trung xử lí vấn đề trì vận hành bình thường cho phụ tải lưới điện chuyển từ trạng thái nối lưới sang trạng thái vận hành độc lập nguồn điện lưới Xây dựng phương pháp ổn định điện áp cho phụ tải thời gian sau xuất cố nguồn điện lưới v 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 In the case of wind energy field, that wind generators were operated independently, designing of new wind generator which can connect to national power network is very necessary This thesis focuses on solving the problems of maintaining normal operation of the power load when microgrid changing from grid-connected to autonomousoperation due to the lost of power grid Build a methodto maintain load voltage stability during the appearance of grid power failures vi MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục .v Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình xi Danh sách bảng xiv CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Điểm luận văn 1.6 Giá trị thực tiễn luận văn 1.7 Nội dung luận văn CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Microgrid phát điện phân tán 2.2 Tổng quan hệ thống chuyển đổi lƣợng gió 2.2.1 Các thành phần hệ thống chuyển đổi lượng gió 2.2.2 Các loại hệ thống chuyển đổi lượng gió 10 2.2.2.1 Hệ thống turbine gió tốc độ cố định 11 2.2.2.2 Hệ thống turbine gió tốc độ thay đổi, biến đổi tồn cơng suất 12 2.2.2.3Hệ thống turbine gió tốc độ thay đổi, biến đổi phần cơng suất 13 vii 2.2.2.4Tổng quan kiểu turbine gió 14 2.3 Tổng quan pin lƣợng mă ̣t trời 15 2.3.1 Năng lượng mặt trời nguồn lượng tương lai 15 2.3.2 Cấu trúc kết nội pin mặt trời 16 2.3.3 Các mơ hình kết nối lưới hệ thống điện mặt trời pha 19 2.4 Tổng quan kết nối turbine gió mă ̣t trời lƣới điện Microgrid 21 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN 3.1 Năng lƣợng gió cơng suất turbine 23 3.1.1 Năng lượng gió 23 3.1.2 Hiệu suất turbine gió 26 3.1.3 Đường cong hiệu suất turbine gió 29 3.1.4 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (PMSG) 32 3.2 Pin lƣợng mặt trời phƣơng trình tốn pin lƣợng mặt trời 35 3.2.1 Phương trình tương đương pin lượng mặt trời 35 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin lượng mặt trời 36 3.2.3 Phương trình tương đương pin lượng mặt trời 37 3.3 Mạch chỉnh lƣu 39 3.4 Mạch nghịch lƣu kết nối lƣới điện phân phối 42 3.4.1 Phân loại nghịch lưu 42 3.4.2 Phương pháp điều khiển khóa cơng suất nghịch lưu ng̀ n áp 42 3.4.3 Phương pháp điề u khiể n khóa công suấ t bô ̣ nghich ̣ lưu nguồ n dòng 47 viii CHƢƠNG 4: MÔ HÌ NH HÓA & MÔ PHỎNG 4.1 Sơ đồ kết nối máy phát điện gió pin lƣợng mặt trời vào lƣới điện phân phối 51 4.1.1 Khố i turbine gió máy phát điện 52 4.1.2 Khối chỉnh lưu 55 4.1.3 Khối pin lượng mặt trời 56 4.1.4 Khối nghịch lưu 57 4.1.5 Khối lưới điện phân phối 58 4.1.6 Khối điều khiển pin NLMT 58 4.1.6.1 Nguyên lý hoạt động khối MPPT 60 4.1.7 Khối điều khiển máy phát điện gió 65 4.1.7.1 Nguyên lý hoạt động khối MPPT turbine gió 66 4.1.8 Khối điều khiển lưu trử lương (battery) 69 4.1.9 Khối phụ tải 70 4.2 Các khối chức 70 4.2.1 Khối PI_V 70 4.2.2 Khối PLL 71 4.2.3 Khối DC/AC 71 4.2.4 Khối điều khiển Hysteresis (điều khiển bang-bang) 72 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Trƣờng hợp nghiên cứu kết 73 5.1.1 Trường hợp nghiên cứu 73 5.1.2 Kết mô nguồn DG nối lưới trường hợp nghiên cứu xét đến 75 5.1.2.1 Kết mô nguồn DG – lượng mặt trời nối lưới 76 5.2 Nhận xét đánh giá 82 5.3 Các vấn đề đƣợc thực luận văn 83 5.4 Đề nghị hƣớng phát triển luận văn 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 ix DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT MBA: Máy biến áp IG: Induction generator (Máy phát điện không đồng bộ) SG: HAWT: Synchronous generator (Máy phát điện đồng bơ) Horizontal Axis Wind Turbine (Turbine gió trục ngang) VAWT: Vertical Axis Wind Turbine (Turbine gió trục đứng) PMSG: Permanent Magnet Synchronous Generator (Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu) IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor SPWM: Sinusoidal Pulse Width Modulation (Điều chế độ rộng xung) MPPT: Maximum Power Point Tracking (Tìm điểm cơng suất cực đại) P&O: Perturb and observate (Phương pháp nhảy so sánh) PLL: Phase locked loops (Phương pháp sát định góc pha) PV: Photovoltaic (Pin mặt trời) PI: Proportional Integral (Điều khiển PI) x DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Chƣơng 2: Hình 2.1: Cơng nghệ điều khiển kết nối lưới điện Singapore Hoa kỳ Hình 2.2: Hệ thống chuyển đổi lượng gió Hình 2.3: Hệ thống turbine gió tốc độ cố định Hình 2.4: Hệ thống turbine gió tốc độ thay đổi 11 Hình 2.5: Hệ thống turbine gió thay đổi tốc độ với biến đổi phía roto .13 Hình 2.6: Cấu tạo turbine gió trục đứng trục ngang 13 Hình 2.7: Dự đoán nguồn lượng sử dụng kỷ 21 15 Hình 2.8: Cấu trúc dạng mơ đun 16 Hình 2.9: Cấu trúc dạng chuỗi 17 Hình 2.10: Cấu trúc dạng nhiều chuỗi 17 Hình 2.11: Cấu trúc dạng trung tâm .18 Hình 2.12: Mơ hình kết nối lưới sử dụng biến đổi DC/AC máy biến áp cách ly .19 Hình 2.13: Mơ hình kết nối lưới sử dụng biến đổi DC/DC ,DC/AC 19 Hình 2.14: Mơ hình kết nối lưới sử dụng biến đổi DC/AC .20 Hình 2.15: Mơ hình kết nối lưới sử dụng biến đổi DC/AC .20 Chƣơng 3: Hình 3.1: Năng lượng khối khơng khí có mặt cắt ngang A .23 Hình 3.2: Biểu diễn luồng khí thổi qua turbine gió lý tưởng 25 Hình 3.3: Góc pitch cánh quạt gió 26 Hình 3.4: Giới hạn hiệu suất rotor 28 Hình 3.5: Đường cong hiệu suất rotor 29 Hình 3.6: Cơng suất đầu phụ thuộc vào vận tốc gió , tốc độ turbine 30 Hình 3.7: Đường cong cơng suất lý tưởng turbine gió 31 xi Hình 3.8 Mơ hình mạch điện tương đương hệ tọa độ dq PMSG 34 Hình 3.9: Mạch điện tương đương pin mặt trời .35 Hình 3.10: Mơ hình pin mặt trời lý tưởng 37 Hình 3.11: Mô đun pin mặt trời 38 Hình 3.12: Đặc tính I-V với xạ khác 39 Hình 3.13: Đặc tính P-V với xạ khác .39 Hình 3.14: Mạch chỉnh lưu bán kì 40 Hình 3.15: Mạch chỉnh lưu cầu pha khơng điều khiển .41 Hình 3.16: Mạch chỉnh lưu cầu pha không điều khiển .41 Hình 3.17: Mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 41 Hình 3.18: Mạch chỉnh lưu cầu pha có điều khiển 41 Hình 3.19: Giản đồ xung kích nghich lưu pha SPWM 45 Hình 3.20: Giản đồ dịng áp ngõ nghich lưu SPWM 46 Hình 3.21: Sơ đồ kết nối đơn giản nghịch lưu pha 47 Hình 3.22: Dạng sóng dòng điện phương pháp điều khiển bang bang pha .48 Hình 2.23: Giải thuật điều khiển bang bang nhánh .48 Hình 3.24: Giải thuật điều khiển bang bang cải tiến 49 Chƣơng 4: Hình 4.1 Sơ đồ kết nối 51 Hình Sơ đồ tổ ng quát mạch mô 52 Hình 4.3: Sơ đồ kết nối máy phát điện gió với lưới điện thơng qua AC-DC/DC-AC 52 Hình 4Sơ đồ kết nối khối turbinevà máy phát điện 52 Hình Sơ đồ kết nối mơ khốiturbine gió 53 Hình Sơ đồ kết nối mô khối máy phát điện nam châm vĩnh cửu 54 Hình Mơ hình mơ khối khí PMSG 54 Hình Mơ hình mô khối điện PMSG 54 xii Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Trƣờng hợp nghiên cứu kết 5.1.1 Trƣờng hợp nghiên cứu Trường hợp nghiên cứu hệ thống microgrid bao gồm nguồn lượng mặt trời có cơng suất định mức KVA, máy phát điện gió có cơng suất KVA, pin lưu trữ lượng hòa vào lưới điện thông qua kết nối nghịch lưu điện tử công suất, có bao gồm tải nội có cơng suất 10KW nối với lưới thông qua điểm kết nối PCC1 – PCC6 Trường hợp nghiên cứu có tính đến trường hợp thay đổi lượng gió (tốc độ gió) lượng mặt trời (lượng xạ mặt trời) đến công suất hệ thống Do tính chất phức tạp việc mơ trường hợp cố lưới chất lượng điện kém, sụp đổ hệ thống lưới cố, mô điều kiện cách ly lưới microgrid, việc cách ly lưới mô trạng thái cắt CB lưới thông qua tín hiệu điều khiển CB thời điểm t = 0.5s (CB = 0: trạng thái cách ly, CB = 1: trạng thái nối lưới) Để dễ dàng cho việc minh họa q trình mơ hoạt động khối chức hệ thống điều khiển, ta lập lưu đồ hoạt động cho khối là: a) Khối pin lượng mặt trời điều khiển b) Khối máy phát điện gió điều khiển c) Khối pin lưu trữ lượng, nạp pin điều khiển Các khối chức phối hợp hoạt động với thơng qua chu trình điều khiển giả lập với thời gian mô t = 4s sau: HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 73 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Khời động mô Khởi tạo thông số mô ban đầu A) Thời gian mô B) Giá trị mặc định tải, điện gió NLMT Khởi tạo CB CB tải = 1; CB lưới = 1; CB Pin NLMT = 1; CB MFĐ gió = 1; CB Bộ xạc Pin LTNL = 1; CB Pin LTNL =0; < Tốc độ gió < 14 Đúng Sai CB gió = Cơng suất xạ < 0.3 Đúng Sai CB NLMT = Thời gian mô t ≥ 1.5s Sai Đúng CB lưới = CB xạc LTNL = CB pin LTNL = Đo đếm Xuất kết Kết thúc Hình 5.1: Lưu đồ q trình mơ đề xuất HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 74 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Các CB có nhiệm vụ đóng cắt khối nguồn phân tán (DG), lưới, tải, pin khỏi lưới cần thiết Chương trình điều khiển khối CB lưu trữ vi xử lý để điều khiển giám sát trạng thái CB Các tín hiệu đóng-cắt CB biểu diễn simulink hình đây: Hình 5.2: Các tín hiệu từ điều khiển trung tâm truyền đến CB 5.1.2 Kết mô nguồn DG nối lƣới trƣờng hợp nghiên cứu xét đến Mạch mô xây dựng nhằm mục đích đánh giá tính khả thi hệ thống, đảm bảo phương pháp đề đắn mặt lý thuyết Từ kết thu q trình mơ có thêm sở để định có tiếp tục triển khai thực tế hay không Đây giai đoạn quan trọng nghiên cứu nhờ có q trình mơ mà phát nhiều điểm chưa hợp lý giải thuật đề ra, từ tiết kiệm nhiều tiền bạc sức lao động triển khai thực tế giải pháp đề Kết mơ mơ hình mơ hệ thống lượng mặt trời hịa đồng lưới điện phân phối thu sau trình mô dùng để đánh giá mục tiêu đề ban đầu có đạt hay khơng HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 75 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Việc mô thực điều kiện có thay đổi cường độ xạ mặt trời, pin lượng mặt trời có khả chuyển đến điểm có cơng suất cực đại tương ứng với mức cường độ xạ mặt trời tương ứng Trong vấn đề thiết kế máy phát điện hịa đồng lưới điện phân phối, mục đích phương pháp đề máy phát điện nhận nhiều công suất giá trị cho phép máy phát có hay khơng có thay đổi vận tốc gió từ mơi trường làm việc bên ngồi Mạch điện mô trường hợp vận tốc gió thay đổi khơng thay đổi để đánh giá khả thích nghi máy phát điện lượng gió hịa đồng lưới điện phân phối 5.1.2.1 Kết mô nguồn DG – máy phát điện gió nối lƣới Trong mơ luận văn này, cơng suất định mức turbine gió 5KVA, công suất thức thời thay đổi theo vận tốc gió đầu vào việc điều chỉnh góc cánh gió, ta giả định giá trị tốc độ gió thay đổi từ 13 m/s đến 11.5 m/s thời điểm mô t =1s, từ 11.5 m/s đến 11 m/s t = 2s từ 11 m/s đến 10 m/s t = 3s Kết thu được thể hình 5.3 Hình 5.3 Công suất tác dụng phản kháng ngõ máy phát điện gió HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 76 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Bảng 5-1 Bảng kết mô lƣợng gió hịa lƣới hịa lƣới Hệ số cơng suất Vận tốc gió Cơng suất tác Cơng suất phản (kW.m ) dụng (W) kháng (VAR) cos 13 5853 -32.83 0.99997 11.5 5094 -26.28 0.99998 11 4510 -10.19 (-25.3) 0.99998 10 3387 -8.8 0.99999 Hình 5.4 bên dạng sóng điện áp DC sau chỉnh lưu (trước nghịch lưu) máy phát điện gió, điện áp DC đáp ứng nhanh với thay đổi tốc độ gió mặt cho thấy ổn định tức sau độ Hình 5.4: Điện áp DC trước nghịch lưu máy phát điện gió 5.1.2.1 Kết mô nguồn DG – lƣợng mặt trời nối lƣới Trong thực mô pin lượng mặt trời nối lưới, khối pin lượng mặt trời có cơng suất định mức 5KW kết hợp với hệ thống máy phát điện gió để cung cấp cơng suất cho tải điều kiện có thay đổi công suất xạ mặt trời Công suất pin lượng mặt trời phụ thuộc vào hai thơng số lượng xạ nhiệt độ môi trường Trong trường hợp nghiên cứu ta xét đến thay đổi liên tục lượng xạ, coi nhiệt độ không đổi, xạ mặt trời thay đổi từ sang (kW.m2) thời điểm mô t = 1s, từ sang (kW.m2) thời điểm t = 2s từ sang 10 (kW.m2) t = 3s HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 77 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 5.5: Cơng suất pin lượng mặt trời hịa lưới Qua kết mơ ta có bảng kết tương ứng sau: Bảng 5.2: Bảng kết mơ hệ thống lượng mặt trời hịa lưới Bức xạ NLMT (kW.m2) 10 Công suất tác dụng (W) 3476 4003 4532 5063 Công suất phản kháng (VAR) -35 -38.6 (-50.5) -52.8 -58.75 Hệ số công suất cos 0.99994 0.99995 0.99993 0.99993 Qua kết thu được, ta thấy sau dao động công suất thời điểm đầu mô phỏng, công suất ngõ hệ thống lượng mặt trời bám sát theo thay đổi xạ NLMT đầu vào, lưu ý hệ thống microgrid chuyển sang trạng thái cách ly thời điểm t = 1,5s, dao động không xảy nhiều vào thời điểm chuyển chế độ làm việc hệ thống trì điện áp nút kết nối lưới (chế độ nối lưới) điện áp tải (chế độ cách ly) (hình 5.8) Điều chứng tỏ, giải thuật điều khiển nghịch lưu theo dõi thay đổi công suất điều khiển xác điện áp ngõ ra, công suất thay đổi cần thiết HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 78 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 5.6: Giá trị điện áp dòng điện DC ngõ pin NLMT Như mô tả phần trên, microgrid kết nối với lưới điện cố phía lưới Các DG sử dụng lượng gió mặt trời cung cấp cho tải nội microgrid, lúc dao động điện áp xảy ước lượng góc pha khơng dùng tín hiệu tham chiếu điện áp góc pha, tần số lưới điện nữa, mà ước lượng, thiết lập tín hiệu góc pha biên độ dòng điện chuyển đến điều khiển Như dao động điện áp nút tải giải cách bù lượng thiếu hụt dòng điện DG dòng điện bơm từ battery Qua hình 5.7 ta thấy giá trị cơng suất pin trước thời điểm t = 1.5s cho việc battery xạc đầy từ lưới điện, sau lưới điện cắt ra, battery chuyển tức sang chế độ xả lượng, bơm công suất vào nút tải để bù phần công suất thiếu hụt giữ cân tải Nhưng đến thời điểm t=3s lương công suất phát pin NLMT máy phát điện gió dư cấp cho tải battery nạp lại HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 79 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 5.7: Giá trị cơng suất nạp xả battery Qua kết thu được, ta thấy sau dao động công suất thời điểm đầu mô phỏng, công suất ngõ máy phát điện gió bám sát theo thay đổi tốc độ gió đầu vào, lưu ý hệ thống microgrid chuyển sang trạng thái cách ly thời điểm t = 1,5s, dao động không xảy nhiều vào thời điểm chuyển chế độ làm việc hệ thống trì điện áp nút kết nối lưới (chế độ nối lưới) điện áp tải (chế độ cách ly) (hình 5.8) Điều chứng tỏ, giải thuật điều khiển nghịch lưu theo dõi thay đổi cơng suất điều khiển xác điện áp ngõ ra, công suất thay đổi cần thiết Từ hình 5.8 ta thấy rằng, điện áp ngõ điểm kết nối chung DG có dao động nhẹ biên độ (sụt áp khoảng 8V) thời điểm chuyển chế độ, sau trở lại bình thường sau 20 chu kỳ Sau cắt microgrid khỏi lưới, khối ước lượng góc pha (phasor estimator) làm việc tốt đưa biên độ điện áp trở lại trạng thái ổn định giới hạn cho phép (thường 5% đến 10% giá trị biên độ cực đại) Ta dễ dàng theo dõi dạng sóng điện áp ngõ cách phóng lớn hình 5.8 thời đoạn từ t = 1.4s đến t = 2s HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 80 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 5.8Dạng sóng điện áp ngõ điểm kết nối chung giá trị: a) biên độ đỉnh; b) rms Hình 5.9: Dạng sóng điện áp ngõ từ t = 1.4s đến t = 2s HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 81 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc 5.2 Nhận xét đánh giá Qua q trình mơ mơ hình pin lượng mặt trời máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối, dựa vào bảng 5.1, bảng 5.2số liệu thu qua mô phỏng, đồ thị dạng sóng cơng suất tác dụng bơm vào lưới điện phân phối, điện áp ngõ DG dòng điện xoay chiều bơm vào lưới điện từ nghịch lưu Một số nhận xét rút sau: - Hệ thống pin lượng mặt trời máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối ln hoạt động điểm có cơng suất cực đại có thay đổi cường độ xạ mặt trời,vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi - Thời gian q độ hệ thống xuất thay đổi cường độ xạ mặt trời từ mơi trường bên ngồi khơng q chu kì điện áp lưới điện phân phối, cho thấy khả đáp ứng nhanh với thay đổi cường độ xạ mặt trời liên tục mơi trường bên ngồi - Thời gian q độ hệ thống xuất thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi khơng q 1s, thời gian hợp lí hệ thống khí với lực quán tính lớn - Bộ nghịch lưu có hệ số cơng suất bơm vào lưới điện xấp xỉ 1, đạt 0.9999, điều coi hệ thống mơ bơm công suất tác dụng không bơm công suất phản kháng lên lưới điện phân phối Qua nhận xét cho phép rút kết luận mơ hình mơ pin lượng mặt trời hệ thống máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối hoạt động tốt, thỏa mãn yêu cầu đề ban đầu HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 82 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc 5.3 Các vấn đề đƣợc thực luận văn: - Tìm hiểu hệ thống chuyển đổi lượng mặt trời: hiệu suất pin lượng mặt trời, vận hành hệ thống lượng mặt trời - Tìm hiểu loại pin mặt trời khác giới nay, tiến hạn chế loại pin mặt trời kiểu - Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển matlab/simulink, kết cho thấy điều khiển công suất tác dụng bơm từ nghịch lưu để cung cấp cho phụ tải lưới điện theo cường độ xạ mặt trời - Tìm giải thuật điều khiển để ổn định công suất tác dụng P công suất phản kháng Q bơm từ nghịch lưu giữ ổn định - Luôn giữ hệ số công suất mức từ 0.9999 trở lên bơm dịng cơng suất từ nghịch lưu cung cấp cho phụ tải lưới điện phân phối Giúp nâng cao khả mang tải hệ thống điện truyền cơng suất tác dụng lên tải - Khi có thay đổi cường độ xạ mặt trời cơng suất sau thời gian độ ngắn ổn định lại Luận văn điều khiển hiệu công suất tác dụng công suất phản kháng bơm từ nghịch lưu theo thay đổi cường độ xạ mặt trời từ mơi trường bên ngồi - Công suất thu từ hệ thống pin lượng mặt trời hòa đồng lưới điện phân phối đạt giá trị cao cường độ xạ mặt trời tương ứng Điều giúp cho pin mặt trời hoạt động chế độ phát cơng suất lớn đạt - Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển matlab/simulink, kết cho thấy điều khiển công suất tác dụng bơm từ nghịch lưu để cung cấp cho phụ tải lưới điện theo vận tốc gió bên ngồi - Tìm giải thuật điều khiển để ổn định công suất tác dụng P công suất phản kháng Q bơm từ nghịch lưu giữ ổn định HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 83 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc - Luôn giữ hệ số công suất mức từ 0.999 trở lên bơm dịng cơng suất từ nghịch lưu cung cấp cho phụ tải lưới điện phân phối Giúp nâng cao khả mang tải hệ thống điện truyền cơng suất tác dụng lên tải - Khi có thay đổi điện áp lưới điện phân phối cơng suất sau thời gian độ ngắn ổn định lại Luận văn điều khiển hiệu công suất tác dụng công suất phản kháng bơm từ nghịch lưu theo thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi - Cơng suất thu từ hệ thống máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối đạt giá trị cao vận tốc gió tương ứng Điều giúp cho máy phát điện hoạt động chế độ phát cơng suất lớn đạt 5.4 Đề nghị hƣớng phát triển luận văn - Thực hệ thống hệ thực, dựa vào kết thực nghiệm để chứng minh cho kết mơ đồng thời ứng dụng kết thực nghiệm để sản xuất chuyển đổi lượng tái tạo hòa đồng lưới điện Microgrid - Nghiên cứu thêm giải thuật điều khiển nhằm mục đích giảm thiểu nhấp nhơ điện áp ngõ pin mặt trời - Nghiên cứu để dùng chỉnh lưu có điều khiển thay cho chỉnh lưu không điều khiển sử dụng Mục đích nâng cao hiệu suất chuyển đổi AC-DC chất lượng nguồn điện DC đầu chỉnh lưu - Nghiên cứu giải thuật triệt nhiễu cho nghịch lưu để giảm thiểu sóng hài ngõ Nâng cao hiệu suất chất lượng điện dòng điện bơm vào lưới điện - Nghiên cứu ứng dụng giải thuật tối ưu hóa để tìm hệ số K i,Kp tốt cho điều khiển nhằm giảm thiểu độ méo dạng sóng hài cho dịng điện có thay đổi cơng suất bơm lưới từ nghịch lưu - Nghiên cứu mạch nghịch lưu ba pha kết nối lưới điện để kết nối lưới điện ba pha cung cấp cho phụ tải ba pha lưới điện phân phối HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 84 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Nhờ, “ Điện tử công suất ”, Nhà xuất đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2005 [2] Tran Cong Binh, Mai Tuan Dat, Ngo Manh Dung, Phan Quang An, Pham Dinh Truc and Nguyen Huu Phuc "Active and Reactive power controller for singlephase Grid-connected photovoltaic syntems" Department of ElectricalElectronics Engineering- HoChiMinh City University of Technology.Vietnam National University in HoChiMinh, Vietnam [3] Nguyen Van Nho, Hong - Hee Lee, "Analysis of carrier PWM Method for Common Mode Elimination in Multilevel Inverter", IEEE [4] L Hassaine, E Olias, J Quintero, M Haddadi "Digital power factor control and reactive power regulation for grid-connected photovoltaic inverter" power electronics systems group, universidad cartas III de madrid, avda, de la universidad 30, 28911 leganes, Madrid, Spain [5] Babak FARHANGI, student member IEEE, Shahrokh FARHANGI member IEEE "Application of Z-source converter in photovoltaic grid-connected transformer-less inverter" School of ECE, Tehran, Iran [6] Ayman A Hamad, Mohammad A Alsaad "A software application for energy flow simulation of a grid connected photovoltaic system" University of Jordan, Amman, 11942, Jordan [7] Hee-Jung Kim, Hyeoun-Dong Lee, "A New PWM Strategy for Common Mode Voltage Reduction in Neutral - Point - Clamped Inverter - Fed AC Motor Drives", IEEE [8] Ahmad M., Mazen A., M and Tharwat (2006): Vertical axis wind turbine modeling and performance with axial flux permanent magnet synchronous generator for battery charging applications Retrieved September 14, 2012 HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 85 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc [9] Bharanikumar R., Yazhini A.C., Kumar N., (2012): Modelling and Simulation of Wind Turbine Driven Permanent Magnet Generator with New MPPT Algorithm Asian Power electronics journal, Vol [10] Ece (2004): Modeling of Induction Motor using qd0 Transformations [11] Heier S (1998): Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems John Wiley & Sons Ltd, ISBN 0-471-97143-X [12] Matlab (2009): Overview of the MATLAB Environment Matlab Getting Started Guide, The MathWorks, Inc [13] Ming Y., Gengyin L., Ming Z., and Chengyong Z (2007): Modeling of the Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator for Integration [14] Pranamita B., and Aiswarya H (2009): Power System Stability Studies using Matlab A Project Report, Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela [15] Rolan A, Alvaro L, Gerardo V, and Daniel A (2009):Modelling of a Variable Speed Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator [16] SaifurR., and ManisaP (2010): Modeling and Simulation of a Distributed Generation-Integrated Intelligent Microgrid, SERDP Project SI-1650 [17] Simulink (2009): Modelling Process Simulink Getting Started Guide The MathWorks, Inc [18] Sina L and Mahyar S (2011): Modeling and Application of Permanent Magnet Synchronous Generator Based Variable Speed Wind Generation System Department of Electrical Engineering,Ahar Branch, Islamic AzadUniversity, Ahar, Iran [19] B.O.Omijeh, C S Nmom, E Nlewem (2013): Modeling of a Vertical Axis Wind Turbine with Permanent Magnet Synchronous Generator for Nigeria Electrical Engineering, university of Port Harcourt, Rivers State, Nigeria HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 86 S K L 0 ... lƣợng gió 2.2.1 Các thành phần hệ thống chuyển đổi lƣợng gió Hình 2 Hệ thống chuyển đổi lượng gió HVTH: Lương Sơn Khởi Trang Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời. .. đến như: lượng gió, lượng sinh khối, HVTH: Lương Sơn Khởi Trang Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc lượng mặt trời? ?? nguồn lượng tái... phía 2.2.2.1 Hệ thống turbine gió cố định Hình 4Hệ thống turbine gió tốc độ cố định HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 11 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS