§ 7 1 I Đặt vấn đề Các nguồn năng lượng lớn chủ yếu có nguồn gốc năng lượng hóa thạch luôn gây ô nhiễm môi trường, đang cạn kiệt dần và làm cho trái đất ấm dần lên Việc tìm ra nguồn năng lượng sạch, v.
I Đặt vấn đề : Các nguồn lượng lớn chủ yếu có nguồn gốc lượng hóa thạch ln gây ô nhiễm môi trường, cạn kiệt dần làm cho trái đất ấm dần lên Việc tìm nguồn lượng sạch, vô tận ưu tiên hàng đầu Năng lượng mặt trời, lượng gió thỏa mãn u cầu trên, có cơng suất không lớn không tập trung Để tận dụng có hiệu quả, cần phải kết nối nguồn lượng thông qua hệ thống lưới điện phân phối có sẵn nghịch lưu có khả kết nối với điện xoay chiều Đã có nhiều nghiên cứu lĩnh vực [1, 2], nhiên mục tiêu điều khiển chủ yếu tập trung điều khiển dịng cơng suất tác dụng P cơng suất phản kháng Q với điều kiện ràng buộc tần số, điện áp lưới không thay đổi hay điện áp DC nghịch lưu không thay đổi, nhiên, thực tế, giá trị thay đổi đáng kể Luận văn tập trung xây dựng giải thuật điều khiển nghịch lưu kết nối lưới AC có khả tự động ổn định điều khiển dịng điện bơm vào lưới với cơng suất Q mức thấp (hệ số công suất từ 0.98 đến gần 1) đảm bảo điện áp, tần số lưới điện áp đặt vào nghịch lưu thay đổi II Nhiệm vụ luận văn : Luận văn “Thiết kế chuyển đổi lượng mặt trời hòa đồng lưới điện quốc gia” có nội dung chủ yếu: - Tầm quan trọng luận văn - Phân tích ảnh hưởng việc hịa hai nguồn điện - Xây dựng phương trình giải thuật để tính tốn chuyển đổi lượng - Dùng phần mềm Matlab 7.0 mô hòa lượng mặt trời vào lưới quốc gia - Kết nghiên cứu luận văn III Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu nghịch lưu công suất nhỏ pha hòa vào lưới điện - Nghiên cứu phương pháp tính tốn chuyển đổi nguồn DC-AC -1- - Nghiên cứu tính tốn thơng số hòa nguồn lượng mặt trời hòa vào lưới điện phân phối - Đưa mơ hình mơ hòa nguồn lượng mặt trời hòa vào lưới điện - Áp dụng kết để tính tốn thiết kế IV Phương pháp nghiên cứu : Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu Nghiên cứu mơ hình hịa đồng hai nguồn lượng mặt trời lưới điện Ảnh hưởng thơng số hịa Đề nghị mơ hình tính tốn cụ thể Xây dựng mơ hình mơ việc hịa, từ thiết kế thi cơng mơ hình thực tế Phân tích kết nhận kiến nghị Đánh giá tổng quát toàn luận văn Đề nghị hướng phát triển đề tài V Điểm luận văn : Tìm thơng số ảnh hưởng đến việc hòa đồng hai nguồn lượng mặt trời lưới điện quốc gia Đưa giải thuật chương trình để tính tốn chuyển đổi nguồn lượng mặt trời hòa vào lưới điện quốc gia Góp phần ổn định lưới điện phân phối Góp phần tiết kiệm lượng hộ tiêu thụ điện cung cấp thêm cho nguồn quốc gia phần lượng Nguồn lượng mặt dự trữ góp phần giảm tải nguồn lưới cao điểm VI Giá trị thực tiễn đề tài : Từ yêu cầu cấp thiết từ thực tế, góp phần tiết kiệm lượng hộ tiêu thụ điện cung cấp thêm cho nguồn quốc gia phần lượng Nguồn lượng mặt dự trữ góp phần giảm tải nguồn lưới cao điểm Chính lý trên, đề -2- tài: "Thiết kế chuyển đổi lượng mặt trời hòa vào lưới điện quốc gia" hình thành Từ cơng việc nghiên cứu luận văn: Nhận kết từ mơ hình thiết kế xác chuyển đổi lượng Với kết nhận có thể: ➢ Ứng dụng rộng rãi việc sử dụng lúc hai nguồn lượng mặt trời lưới điện quốc gia cho hộ tiêu thụ điện ➢ Giúp nhà hoạch định chiến lược nguồn lượng quốc gia có thêm hướng việc phát triển nguồn lượng tương lai ➢ Sử dụng làm tài liệu giảng dạy ➢ Giúp cho nhà thiết kế tài liệu quan trọng tính tốn thiết kế chuyển đổi nguồn lượng mặt trời hòa vào lưới điện quốc gia VII Nội dung luận văn : Chương : Giới thiệu Chương : Tổng quan Chương : Xây dựng sơ đồ nghịch lưu kết nối với lưới điện phân phối Chương : Kết mô nhận xét Chương : Kết luận hướng phát triển -3- 1.1 Tính cần thiết Ngày với xã hội phát triển địi hỏi cần nguồn lượng điện lớn Vì đòi hỏi phải phát triển nhiều nguồn lượng điện khác như: nhiệt điện, thủy điện, lượng hạt nhân … nguồn lượng ngày cạn kiệt lại ảnh hưởng đến môi trường mơi trường sinh thái Vì cần nguồn lượng đảm bảo yếu tố lại vô tận Phong điện, lượng mặt trời khai thác triệt để lại tốn Với ý tưởng tận dụng nguồn nhỏ sẵn có hộ gia đình cơng suất nhỏ như: lượng mặt trời, lượng gió, máy phát Diesel, máy phát biogas kết nối vào lưới điện nhằm giảm tải cho lưới điện từ hộ gia đình tăng nguồn cung cấp cho hệ thống điện Kết nối nguồn điện sẵn có từ hộ gia đình vào hệ thống điện nhằm đảm bảo liên tục cung cấp điện, chí cho phụ tải hộ gia đình dùng hạn chế việc tải đường dây Việc kết nối tận dụng công suất tối đa nguồn lượng mà hộ tiêu thụ phát tải hộ gia đình nhỏ mà nguồn lượng phát lớn Đây yếu tố nhằm ổn định hệ thống điện bị tải Các nghiên cứu vấn đề triển khai tập trung nhiều việc điều khiển công suất tác dụng, công suất phản kháng Một vấn đề quan tâm hai việc điều khiển là: điện áp nguồn lượng mặt trời thay đổi, điện áp nguồn lưới phân phối th ay đổi, tần số nguồn lưới thay đổi ảnh hưởng đến hệ thống Với phạm vi nghiên cứu luận văn nghiên cứu chuyển đổi lượng mặt trời hòa vào lưới phân phối pha có cơng suất nhỏ việc cần thiết thông số nguồn thay đổi ảnh hưởng lớn đến khóa điện tử nghịch lưu Nhiệm vụ luận văn nhằm ổn định điều khiển dòng điện bơm vào lưới không đổi điện áp nguồn lượng mặt trời, điện áp tần số nguồn lưới điện phân phối thay đổi, giữ Q mức thấp nhằm nâng cao hệ số cơng suất Việc ổn định dịng điện khơng làm hư hại khóa điện tử nghịch lưu thiết bị có hệ thống đồng thời giảm thiểu tối đa công suất phản kháng Q phát vào lưới 1.2 Hòa đồng hai máy phát -4- 1.2.1 Hòa đồng Ta biết thao tác hoà đồng hai máy phát chọn điểm đồng để đóng áp to mát tổ máy hồ lên lưới việc song song với tổ máy phát làm việc lưới Điểm hồ xác điểm thỏa mãn điều kiện sau: - Biên độ Sđđ máy hòa điện áp lưới Eh =Ul - Giá trị tần số máy hoà phải tần số lưới Fh = fl - Các tổ máy phát phải có thứ tự pha - Góc lệch hai véc tơ Eh,Ul "không " Để phân tích điều kiện ta giả thiết máy phát làm việc thực hoà đồng xác phải để dịng điện cân chạy máy phát điện có giá trị nhỏ để máy phát không hỏng, máy phát hoạt động song song bình thường Nếu điều kiện hồ song song thoả mãn, đặc biệt góc lệch pha điện áp pha nằm giới hạn cho phép việc hồ song song xẩy êm, khơng có dịng cân lớn Khi điều kiện hồ song song máy phát thỏa mãn hiệu số hình học điện áp điện áp pha máy phát hoạt động máy phát hoà phải khơng dịng cân vào thời điểm hồ khơng, cụ thể khơng có tăng dịng đột biến, khơng có tượng giao động điện áp Nếu điều kiện hồ đồng xác khơng thoả mãn phần hay tồn hịa máy phát vào mạng có dịng cân giao động điện áp với giá trị khác lưới quy tổ máy tương đương gọi Fl Máy hoà vào gọi MF1 Tại thời điểm trước hồ ta có u l = 2U l sin(1t + 1 ) eh = Eh sin(2t + 2 ) Giả sử ban đầu lấy 1 = = ta coù : u l − eh = u = 2U cos( 1 + 2 -5- )t sin( 1 − 2 )t Dòng điện cân chạy tổ máy phát thời điểm hồ tính theo cơng thức sau: I cb = u Xl + Xh ( Xl điện kháng máy phát tương đương làm việc lưới, Xh điện kháng máy phát hoà) U Ua Ea fl A1 Ah fh Ec U b Uc Eb MF1 MFh Hình 1.1: công tác song song Hình 1.2: sơ đồ biểu thị vecto hịa 1.2.2 Phân tích điều kiện hịa a Điều kiện điện áp Về trị số độ lớn điện áp lưới Sđđ máy hồ khơng thoả mãn Điều kiện thoả mãn: Lúc I cb Ua u = > ; độ lớn tuỳ thuộc độ chênh lệch Xl + Xh U Ea Biểu thị véc tơ chứng minh Điều kiện hoà thứ khơng thỏa mãn chứng tổ dịng cân cịn tồn tại, Hình 1.3: sơ đồ vecto điện áp không thỏa mãn mà điều kiện khác thảo mãn dịng cân có giá trị từ –Inm b Điều kiện tần số không thoả mãn Gỉa sử điện áp máy phát nhau, tần số khác nhau: Ul= Eh= U, fl fh _ _ _ -6- _ _ Trong trường hợp vecto điện áp máy hoạt động máy hồ lệch góc , Vì tốc độ góc máy phát 1 , khơng nên góc thay đổi từ 0-1800, hiệu số hình học điện áp nằm giới hạn từ 0-2U Vào thời điểm hoà máy phát điện vào mạng xuất dòng cân bằng, giá trị phụ thuộc hiệu hình học điện áp U Vì điện trở tác dụng cuộn dây stator nhỏ so với điện trở kháng nên vecto dòng cân I cb lệch pha với vếc tơ điện áp U góc 900 Dịng cân có giá trị đủ lớn gây va đập học trục máy phát làm hư hỏng nặng Gía trị biên độ dịng cân vào thời điểm hồ máy phát có cuộn ổn định E ''d1 = E ''d = E ''d xác định biểu thức sau: i ''yp = 2k y 2E ''d x ''d1 + x c + x ''d sin E ''d1 , E ''d - Sức điện động máy phát máy phát có điện trở kháng siêu dẫn dọc trục x ''d1 , x ''d - Điện trở kháng siêu dẫn dọc trục máy phát máy phát xc Điện trở kháng, qua điện trở máy phát hoà với máy phát ky Hệ số va đập, có tính đến thành phần khơng chu kỳ dòng điện Hệ số xác định biên độ thành phần có chu kỳ dịng điện Dịng cân đạt giá trị cực đại = 1800 i '' yp = 2k y E d'' xd'' + xc + xd'' Dòng cân tăng đột ngột lớn, đạt giá trị từ 10 đến 15 lần dòng định mức tạo lực điện động lớn cuộn dây stator làm hỏng cuộn dây Hồ song song máy phát góc lệch pha lớn giống ngắn mạch trạm phát điện Trong trường hợp đómáy phát hồ khơng thể kéo vào đồng bộ, máy phát khác bị ngắt khỏi mạng nhờ thiết bị bảo vệ rời khỏi đồng -7- Dòng cân đạt giá trị cực đại = 180 , U = 2U (2Eh) Nếu hệ thống điện có máy phát giống nên x ''d1 = x ''d , x c , trường hợp xấu = 180 hồ song song, dịng cân đạt giá trị cực đại dòng va đập '' ngắn mạch pha hệ thống: iyp = 2k y E''d xd Giá trị hiệu dụng chênh lệch điện áp U biến đổi từ góc ( = 00) đến 2U ( =1800) dịng cân I cb = Inm = 1800) với tần số u = thay đổi khoảng từ ( = 0) đến Xl + Xh f s = ( fl − f h ) Trong kỹ thuật hồ xác người ta thường lấy góc cp = 7,5 - 10 độ điện c Điều kiện thứ tự pha Thứ tự pha điều kiện người vận hành thực tế không cần quan tâm đến lắp đặt hay sửa chữa, nhà máy phải xác định cho trước thử cho làm việc song song Tuy nhiên chất thực thứ tự pha biểu thị chiều quy véc tơ điện áp khô ng gian Theo quy ước thứ tự pha thuận điện áp quay ngược chiều kim đồng hộ, trường hợp ngược lại ngược thứ tự pha (biểu diễn hình 1.4) Ual Eha1 Véc tơ điện áp lưới Uc l Eha Thứ tự pha thuận Ubl Ecl Thứ tự pha ngược Ehbl Eb1 Ecb1 Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống ba pha véc tơ quay Để kiểm tra thứ tự pha người ta có đồng hồ Phazomet, thử đơn giản động điện xuay chiều Thứ tự thuận theo ngược chiều kim đồng hồ Pha A, Pha B, Pha C d Điều kiện góc lệch pha Điểm đồng điểm có góc lệch (Ul , Eh) = Trong trường hợp Icb = -8- Ở góc khác Icb 0; Chú ý : Thơng thường việc chọn điểm đóng áp tomát máy phát hoà thực góc < 10 độ điện phía trước góc giảm tới "0" (điểm đồng bộ) chậm trễ quan sát, động tác hệ truyền động khí, trước goc giảm tới "0" máy hồ vào nhận phần nhỏ tải máy làm việc, trường hợp ngược lại máy hồ trở thành chế độ cơng suất ngược làm cho tải máy làm việc lưới tăng lên 1.3 Các nghiên cứu khoa học liên quan Có nhiều nghiên cứu việc kết nối nguồn lượng mặt trời vào lưới điện công bố đơn cử như: Active and Reactive power controller for single-phase Grid-connected photovoltaic syntems” [1], Digital power factor control and reactive power regulation for grid-connected photovoltaic inverter [2], Application of Z-source converter in photovoltaic grid-connected transformer-less inverter [4], A software application for energy flow simulation of a grid connected photovoltaic system [5]…… tất nghiên cứu nhắm đến điều khiển công suất tác dụng P, cơng suất phản kháng Q điều khiển dịng điện bơm vào lưới điện 1.3.1 Điều khiển công suất tác dụng P công suất phản kháng Q kết nối nguồn lương mặt trời vào lưới điện [1] Phân tích phương trình kết nối E sin( ) = X s I cos( ) P = UI cos( ) = EU sin( ) Xs EU U2 U Q = UI sin( ) = cos( ) − = ( E cos( ) − U ) Xs Xs Xs Trong E điện áp nguồn lượng mặt trời, U điện áp lưới, góc lệch E U, góc lệch giửa U I Điện áp nguồn lưới tính u = U m sin(t ) = U m sin( m ) : P E : Q Điện áp ngõ nghịch lưu e = Em sin( m + ) -9- Trong đó: Em = U m + E Vậy với nghiên cứu để điều khiển cơng suất tác dụng P bơm vào lưới điều khiển góc lệch muốn điều khiển cơng suất phản kháng Q bơm vào lưới điều khiển E Sơ đồ điều khiển biểu diễn hình 1.5 Hình 1.5: sơ đồ điều khiển [1] Kết mô phương pháp mô tả hình 1.6 Kết mơ cho thấy khoảng thời gian [P,Q]: [0%, 0%], [100%, 0%], [50%, 0%], [50%, 100%], [100%, 0%] Phương pháp dùng điều khiển PI so sánh Pref, Qref với P Q đạt Nghiên cứu đạt mục tiêu đề điều khiển công suất tác dụng P công suất phản kháng Q bơm vào lưới - 10 - lượng mặt trời chưa kết nối với nguồn lưới U, cơng suất PE = 0, PL = PU, QE = QU = Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn E hòa vào lưới với nguồn U = 220V, f = 50hz, Vdc = 48V, nhận thấy PL = PU + PE PU không đáng kể QE, QU, QL gần (bộ đo dịng điện cơng suất nguồn lưới lặp đặt theo chiều ngược), nhận thấy PE = SE cơng suất phát tối đa hệ số công suất Khoảng thời gian 0.2 s trở điện áp U = 180V, f = 50hz, V dc = 48V, nhận thấy công suất bị giao động khoảng thời gian 0.03s ổn định Lúc PE = PU + PL giảm công suất QU = QE nhận thấy lượng công suất kháng bơm nghịch lưu Hệ số cơng suất nguồn nghịch lưu tính Cos(arctan(QE/PE)) = Cos(arctan(-80/300)) = 0.966, hệ số công suất cao Vậy U thay đổi cơng suất bơm lưới đạt giá trị cao 3.5 Kết mô Vdc U thay đổi 3.5.1 Khi không tải a Xét Vdc thay đổi từ 60V xuống 48V điện áp U thay đổi từ 220V xuống 180V Giản đồ điện áp nghịch lưu E, nguồn lưới U dòng điện bơm vào lưới điện áp V dc thay đổi từ 60V xuống 48V nguồn U thay đổi từ 220V xuống 180V không tải biểu thị hình 3.49 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hịa lưới điện dịng điện bơm nghịch lưu Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 60V, nhận thấy có dịng điện bơm điện áp E bám sát theo U với E.cos = U, lúc IE = IU Khoảng thời gian 0.1s điện áp V dc =48V, điện áp E bám sát điện áp U dòng điện bị giao động khoảng thời gian 0.02s sau ổn định dịng điện chưa thay đổi Khoảng thời gian từ 0.2s điện áp U thay đổi từ 220V xuống 180V, điện áp E bám sát điện áp U, dòng điện bị giao động khoảng 0.04s sau ổn định trở lai dòng ban đầu Vậy V dc U thay đổi dịng điện bơm vào lưới khơng đổi - 73 - Hình 3.49: dạng sóng E, U, I Vdc U thay đổi Hình 3.50: dạng sóng P Q Vdc U thay đổi - 74 - Giản đồ công suất bơm vào lưới P Q điện áp V dc thay đổi từ 60V xuống 48V nguồn U thay đổi từ 220V xuống 180V không tải biểu thị hình 3.50 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hòa lưới điện nên công suất Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 60V, dịng cơng suất P Q ổn định sau 0.02s, công suất PE đạt giá trị cực đại, công suất QE = Khoảng thời gian 0.1s nguồn Vdc = 48V công suất bị giao động mạnh sau dần ổn định sau 0.03s, sau Vdc thay đổi PE đạt cực đại QE=0 Khoảng thời gian 0.2s điện áp U=180V có biến động mạnh điện áp nguồn cơng suất P Q bị suy giảm đảm bảo hệ số công suất cao, hệ số công suất tính Cos(arctan(QE/PE)) = Cos(arctan(50/290)) = 0.98546 Vậy điện áp V dc U thay đổi phương pháp giữ hệ số công suất cao b Xét trường hợp Vdc thay đổi từ 48V xuống 40V điện áp U thay đổi từ 220V lên 260V Hình 3.51: dạng sóng E, U, I Vdc U thay đổi Giản đồ điện áp nghịch lưu E, nguồn lưới U dòng điện bơm vào lưới điện áp V dc thay đổi từ 48V xuống 40V nguồn U thay đổi từ 220V lên 260V không tải biểu thị hình 3.51 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hòa lưới - 75 - điện dịng điện bơm nghịch lưu Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, Vdc = 48V, nhận thấy có dịng điện bơm điện áp E bám sát theo U với E.cos = U, lúc IE = IU Khoảng thời gian 0.1s điện áp V dc =40V, điện áp E bám sát điện áp U dòng điện bị giao động khoảng thời gian 0.02s sau ổn định dòng điện chưa thay đổi Khoảng thời gian từ 0.2s điện áp U thay đổi từ 220V lên 260V, điện áp E bám sát điện áp U, dòng điện bị giao động khoảng 0.04s sau ổn định trở lai dòng ban đầ u Vậy V dc U thay đổi dịng điện bơm vào lưới khơng đổi Hình 3.52: dạng sóng P Q Vdc U thay đổi Giản đồ công suất bơm vào lưới P Q điện áp V dc thay đổi từ 48V xuống 40V nguồn U thay đổi từ 220V lên 260V không tải biểu thị hình 3.52 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hòa lưới điện nên công suất Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 48V, dịng cơng suất P Q ổn định sau 0.02s, công suất PE đạt giá trị cực đại, công suất QE gần Khoảng thời gian 0.1s nguồn Vdc = 40V công suất bị giao động mạnh sau dần ổn định sau 0.03s, sau Vdc thay đổi PE đạt cực đại QE gần Khoảng thời gian 0.2s điện áp U=260V có biến động mạnh điện áp nguồn công suất P Q bị suy giảm đảm bảo hệ số công suất cao, hệ số cơng suất tính - 76 - Cos(arctan(QE/PE)) = Cos(arctan(95/480)) = 0.9809 Vậy điện áp V dc U thay đổi phương pháp giữ hệ số công suất cao 3.5.2 Khi có tải (R=120 , L=5mH) a Xét trường hợp Vdc thay đổi từ 60V xuống 48V điện áp U thay đổi từ 220V xuống 180V Hình 3.53: dạng sóng E, U, I Vdc U thay đổi Giản đồ điện áp nghịch lưu E, nguồn lưới U dòng điện bơm vào lưới điện áp V dc thay đổi từ 60V xuống 48V nguồn U thay đổi từ 220V xuống 180V có tải (tải cho gần với công suất nghịch lưu) biểu thị hình 3.53 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hịa lưới điện dịng điện bơm nghịch lưu tải cung cấp lưới Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 60V, nhận thấy có dịng điện bơm điện áp E bám sát theo U với E.cos = U, lúc IE = IL IU = Khoảng thời gian 0.1s điện áp Vdc = 48V, điện áp E bám sát điện áp U dòng điện bị giao động khoảng thời gian 0.02s sau ổn định dịng điện chưa thay đổi (IE = IL IU = 0) Khoảng thời gian từ 0.2s điện áp U thay đổi từ 220V xuống 180V, điện áp E bám sát - 77 - điện áp U, dòng điện bị giao động khoảng 0.04s sau ổn định trở lai dòng ban đầu lúc IE = IL + IU Vậy Vdc U thay đổi dịng điện bơm vào lưới khơng đổi Hình 3.54: dạng sóng P Q Vdc U thay đổi Giản đồ công suất bơm vào lưới P Q điện áp V dc thay đổi từ 60V xuống 48V nguồn U thay đổi từ 220V xuống 180V có tải (tải cho gần với công suất nghịch lưu) biểu thị hình 3.54 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hịa lưới điện nên cơng suất PL = PU Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 60V, dịng cơng suất P Q ổn định sau 0.02s, công suất PE = PL, QE = QU = QL = PU gần Khoảng thời gian 0.1s nguồn Vdc = 48V công suất bị giao động mạnh sau dần ổn định sau 0.03s, sau V dc thay đổi cơng suất PE = PL, QE = QU = QL = PU gần Khoảng thời gian 0.2s điện áp U=180V có biến động mạnh điện áp nguồn công suất P Q bị suy giảm đảm bảo hệ số công suất cao, hệ số công suất tính Cos(arctan(QE/PE)) = Cos(arctan(-50/290)) = 0.98546 Vậy điện áp V dc U thay đổi phương pháp giữ hệ số công suất cao b Xét trường hợp Vdc thay đổi từ 48V xuống 40V điện áp U thay đổi từ 220V lên 260V - 78 - Hình 3.55: dạng sóng E, U, I Vdc U thay đổi Giản đồ điện áp nghịch lưu E, nguồn lưới U dòng điện bơm vào lưới điện áp V dc thay đổi từ 48V xuống 40V nguồn U thay đổi từ 220V lên 260V có tải (tải cho gần với công suất nghịch lưu) biểu thị hình 3.55 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hòa lưới điện dịng điện bơm nghịch lưu tải cung cấp lưới Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 48V, nhận thấy có dịng điện bơm điện áp E bám sát theo U với E.cos = U, lúc IE = IL IU = Khoảng thời gian 0.1s điện áp Vdc = 40V, điện áp E bám sát điện áp U dòng điện bị giao động khoảng thời gian 0.02s sau ổn định dịng điện chưa thay đổi (IE = IL IU = 0) Khoảng thời gian từ 0.2s điện áp U thay đổi từ 220V lên 260V, điện áp E bám sát điện áp U, dòng điện bị giao động khoảng 0.04s sau ổn định trở lai dịng ban đầu lúc IL = IE + IU Vậy V dc U thay đổi dịng điện bơm vào lưới khơng đổi - 79 - Hình 3.56: dạng sóng P Q Vdc U thay đổi Giản đồ công suất bơm vào lưới P Q điện áp V dc thay đổi từ 48V xuống 40V nguồn U thay đổi từ 220V lên 260V có tải (tải cho gần với công suất nghịch lưu) biểu thị hình 3.56 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hòa lưới điện nên công suất PL = PU Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 48V, dịng cơng suất P Q ổn định sau 0.02s, công suất PE gần PL, QE = QU = QL = PU gần Khoảng thời gian 0.1s nguồn Vdc = 40V công suất bị giao động mạnh sau dần ổn định sau 0.03s, sau V dc thay đổi cơng suất PE gần PL, QE = QU = QL = PU gần Khoảng thời gian 0.2s điện áp U=260V có biến động mạnh điện áp nguồn công suất P Q bị suy giảm đảm bảo hệ số cơng suất cao, hệ số cơng suất tính Cos(arctan(QE/PE)) = Cos(arctan(90/480)) = 0.98246 Vậy điện áp Vdc U thay đổi phương pháp giữ hệ số công suất cao 3.5.3 Khi có tải (R=60 , L=5mH) - 80 - a Xét Vdc thay đổi từ 60V xuống 48V điện áp U thay đổi từ 220V xuống 180V Hình 3.57: dạng sóng E, U, I Vdc U thay đổi Giản đồ điện áp nghịch lưu E, nguồn lưới U dòng điện bơm vào lưới điện áp V dc thay đổi từ 60V xuống 48V nguồn U thay đổi từ 220V xuống 180V có tải (tải cho lớn so với công suất nghịch lưu) biểu thị hình 57 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hịa lưới điện dịng điện bơm nghịch lưu tải cung cấp lưới Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 60V, nhận thấy có dịng điện bơm điện áp E bám sát theo U với E.cos = U, lúc IL = IE + IU Khoảng thời gian 0.1s điện áp Vdc = 48V, điện áp E bám sát điện áp U dòng điện bị giao động khoảng thời gian 0.02s sau ổn định dịng điện chưa thay đổi (IL = IE + IU) Khoảng thời gian từ 0.2s điện áp U thay đổi từ 220V xuống 180V, điện áp E bám sát điện áp U, dòng điện bị giao động khoảng 0.04s sau ổn định trở lai dòng ban đầu lúc IL = IE + IU Vậy Vdc U thay đổi dịng điện bơm vào lưới khơng đổi - 81 - Hình 3.58: dạng sóng P Q Vdc U thay đổi Giản đồ công suất bơm vào lưới P Q điện áp V dc thay đổi từ 60V xuống 48V nguồn U thay đổi từ 220V xuống 180V có tải (tải cho lớn so với công suất nghịch lưu) biểu thị hình 3.58 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hịa lưới điện nên cơng suất PL = PU Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 60V, dịng cơng suất P Q ổn định sau 0.02s, công suất PL = PU + PE, QE = QU = QL gần Khoảng thời gian 0.1s nguồn Vdc = 48V công suất bị giao động mạnh sau dần ổn định sau 0.03s, sau V dc thay đổi cơng PL = PU + PE, QE = QU = QL gần Khoảng thời gian 0.2s điện áp U=180V có biến động mạnh điện áp nguồn công suất P Q bị suy giảm đảm bảo hệ số cơng suất cao, hệ số cơng suất tính Cos(arctan(QE/PE)) = Cos(arctan(50/290)) = 0.98546 Vậy điện áp V dc U thay đổi phương pháp giữ hệ số công suất cao b Xét trường hợp Vdc thay đổi từ 48V xuống 40V điện áp U thay đổi từ 220V lên 260V Giản đồ điện áp nghịch lưu E, nguồn lưới U dòng điện bơm vào lưới điện áp V dc thay đổi từ 48V xuống 40V nguồn U thay đổi từ 220V lên 260V có tải (tải cho lớn so với công suất nghịch lưu) biểu thị hình 3.59 Khoảng thời gian - 82 - từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hịa lưới điện dòng điện bơm nghịch lưu tải cung cấp lưới Khoảng thời gian từ 0.03 nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 48V, nhận thấy có dòng điện bơm điện áp E bám sát theo U với E.cos = U, lúc IL = IE + IU Khoảng thời gian 0.1s điện áp V dc = 40V, điện áp E bám sát điện áp U dòng điện bị giao động khoảng thời gian 0.02s sau ổn định dòng điện chưa thay đổi (IL = IE + IU) Khoảng thời gian từ 0.2s điện áp U thay đổi từ 220V lên 260V, điện áp E bám sát điện áp U, dòng điện bị giao động khoảng 0.04s sau ổn định trở lai dòng ban đầu lúc IL = IE + IU Vậy Vdc U thay đổi dịng điện bơm vào lưới khơng đổi Hình 3.59: dạng sóng E, U, I Vdc U thay đổi Giản đồ công suất bơm vào lưới P Q điện áp V dc thay đổi từ 48V xuống 40V nguồn U thay đổi từ 220V lên 260V có tải (tải cho lớn so với công suất nghịch lưu) biểu thị hình 3.60 Khoảng thời gian từ 0.03s nguồn điện áp E chưa hòa lưới điện nên công suất PL = PU Khoảng thời gian từ 0.03 - 83 - nguồn E hòa với U = 220V, f = 50hz, V dc = 48V, dịng cơng suất P Q ổn định sau 0.02s, công suất PL = PE + PU, QE = QU = QL gần Khoảng thời gian 0.1s nguồn Vdc = 40V công suất bị giao động mạnh sau dần ổn định sau 0.03s, sau V dc thay đổi cơng suất PL = PE + PU, QE = QU = QL gần Khoảng thời gian 0.2s điện áp U=260V có biến động mạnh điện áp nguồn công suất P Q bị suy giảm đảm bảo hệ số công suất cao, hệ số công suất tính Cos(arctan(QE/PE)) = Cos(arctan(90/480)) = 0.98246 Vậy điện áp V dc U thay đổi phương pháp giữ hệ số công suất cao Hình 3.60: dạng sóng P Q Vdc U thay đổi 3.6 Nhận xét - 84 - Qua nhiều thí nghiệm mơ có tải khơng có tải, nghịch lưu kết nối với điện cho thấy Hệ số công suất nghịch lưu PF = 0.98 khơng đổi suốt q trình thay đổi dòng điện bơm vào lưới, kết tốt kết giải thuật [2] khẳng định việc điều khiển dòng điện hệ số cơng suất khơng phụ thuộc vào góc lệch E U mà phụ thuộc vào giá trị điện áp lưới qua công thức (2.5) Bằng cách sử dụng sóng sin điện áp lưới làm sóng điều khiển giải khó khăn mà phương pháp [2] gặp phải Giá trị dòng điện bơm vào lưới không thay đổi điện áp, tần số lưới thay đổi điện áp Vdc pin mặt trời thay đổi Điều cho thấy tính hiệu giải thuật điều khiển Thời gian độ biến động thông số từ đến chu kỳ cho thấy tính đáp ứng nhanh giải thuật điều khiển so với [1] - 85 - Bộ nghịch lưu hòa lưới thiết bị quan trọng việc sử dụng hiệu lượng tái tạo Việc nghiên cứu giải thuật điều khiển nghịch lưu làm việc với hệ số cơng suất PF cao dịng điện bơm vào lưới không đổi thông số trạng thái lưới điện điện áp DC hệ thống pin mặt trời thay đổi điều cần thiết Luận văn giải việc hòa đồng nguồn lượng mặt trời nhỏ lẻ nguồn lượng nhỏ khác hộ gia đình vào lưới điện phân phối Việc hòa cần thiết, tập trung nguồn lượng lớn bơm vào lưới điện làm góp phần ổn định hệ thống điện Có nhiều giải thuật tốn hịa nghiên cứu Việc tìm giải thuật điều khiển ln bám sát điện áp U tần số f lưới điện cho thấy giá trị luận văn Giải thuật bám sát dùng tín hiệu điện áp tần số lưới điện làm tín hiệu điều khiển nghịch lưu (SPWM) điện áp ngõ nghịch lưu (E) bám sát điện áp (U) tần số lưới điện Kết giải thuật hòa điều khiển - Điều khiển dịng điện bơm vào lưới điện ln ổn định có hệ số cơng suất lớn tức giảm lượng công suất phản kháng phát lưới thấp - Đảm bảo hệ số công suất mức cao thay đổi dòng điện bơm vào lưới điện có xét đến thay đổi điện áp V dc nguồn lượng mặt trời - Dòng điện bơm vào lưới không đổi điện áp lưới (U), tần số lưới (f), điện áp nguồn lượng mặt trời (Vdc) thay đổi Hướng phát triển: - Giải vấn đề tổn thất điện áp, công suất máy biến áp - Giải vấn đề chất lượng điện hòa vào lưới, - Xét ảnh hưởng dịng điện cơng suất có thay đổi điện áp U, tần số f điện áp nguồn lượng mặt trời V dc - 86 - f s = ( fl − f h ) - Giải vấn đề điện lưới nguồn lượng mặt trời cung cấp lượng cho tải - 87 - ... điện, lượng mặt trời khai thác triệt để lại tốn Với ý tưởng tận dụng nguồn nhỏ sẵn có hộ gia đình cơng suất nhỏ như: lượng mặt trời, lượng gió, máy phát Diesel, máy phát biogas kết nối vào lưới điện. .. ''''d1 , x ''''d - Điện trở kháng siêu dẫn dọc trục máy phát máy phát xc Điện trở kháng, qua điện trở máy phát hoà với máy phát ky Hệ số va đập, có tính đến thành phần khơng chu kỳ dòng điện Hệ số xác... đổi nguồn lượng mặt trời hòa vào lưới điện quốc gia Góp phần ổn định lưới điện phân phối Góp phần tiết kiệm lượng hộ tiêu thụ điện cung cấp thêm cho nguồn quốc gia phần lượng Nguồn lượng mặt dự