(Luận văn thạc sĩ hcmute) thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TẠ QUANG MINH THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU HÒA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TẠ QUANG MINH THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU HÒA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Tp Hồ Chí Minh, tháng 11/2012 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TẠ QUANG MINH THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU HÒA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 Hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG VIỆT ANH Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012 Luan van Luận văn tốt nghiệp Lý lịch khoa học LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ tên: Tạ Quang Minh Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 15/10/1988 Nơi sinh: Bến Tre Q qn: xã Bình Hịa, huyện Giồng Trôm, tỉnh Bến Tre Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: xã Bình Hịa, huyện Giồng Trơm, tỉnh Bến Tre Điện thoại: 0975120903 E-mail: tqminh58@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 2006 đến năm 2010 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Cần Thơ, Thành phố Cần Thơ Ngành học: Kỹ thuật điện Tên luận văn tốt nghiệp: Khảo sát cải tạo lưới điện trung 22kV huyện Giồng Trôm tỉnh Bến Tre Thời gian & nơi bảo vệ luận văn tốt nghiệp: 4/2010 Đại học Cần Thơ Người hướng dẫn: Ths Đỗ Nguyễn Duy Phương III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 07/2010 – 08/2010 Cao đẳng Nghề Cần Thơ Giáo viên GVHD: TS Trương Việt Anh Trang i Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2012 Người cam đoan Tạ Quang Minh GVHD: TS Trương Việt Anh Trang ii Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc em gửi đến Tiến Sĩ Trương Việt Anh, người Thầy tận tụy hướng dẫn em suốt trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn Chân thành cảm ơn q thầy Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM giảng dạy em suốt hai năm học Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất anh chị, bạn bè giúp đỡ tinh thần, vật chất cơng sức suốt q trình học tập để hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2012 Tạ Quang Minh GVHD: TS Trương Việt Anh Trang iii Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Tóm tắt TĨM TẮT Trong sạc xe điện, lưới điện cung cấp lượng cho pin thông qua sạc Đối với lưới điện ba pha, chỉnh lưu ba pha cấu trúc quan trọng cho sạc Khả bơm công suất trực tiếp tính ưu việt hệ số cơng suất đặc tính phương án đề xuất trình bày luận văn Điều khiển tựa theo điện áp là phương pháp dựa theo hệ tọa độ d-q Phương pháp điều khiển tựa áp cho nghịch lưu ba pha thiết kế mô Việc mô thực phần mềm Matlab/Simulink Việc thiết kế phân lập dòng điện điều khiển kết hợp với phương pháp độ rộng xung dùng để điều khiển nghịch lưu Kết mơ trình bày so sánh với việc nghiên cứu lý thuyết Mơ hình tiếp tục phát triển để đáp ứng với thay đổi môi trường GVHD: TS Trương Việt Anh Trang iv Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Tóm tắt ABSTRACT In a plug-in hybrid electric vehicle, the utility grid will charge the vehicle battery through the battery charger For a three-phase grid supply voltage, threephase boost rectifiers are a commonly used scheme for chargers Directional power transfer capability and unit power factor operation are interesting features that can be achieved by the method proposed in this thesis The Voltage Oriented Control is one of these methods based on high performance dq-coordinate controllers The Voltage Oriented Control method for a three-phase inverter have been designed and simulated The system simulation has been done using Matlab/Simulink software Feedforward decoupled current control has been designed along with Pulse Width Modulation scheme to control the inverter The simulation results have been presented and control system performance evaluated in theoretical studies result This model is developing in response to environmental changes GVHD: TS Trương Việt Anh Trang v Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách bảng ix Danh sách hình x Tài liệu tham khảo xiii Chương Tổng quan đề tài 01 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 01 1.2 Mục đích đề tài 04 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 04 1.4 Phương pháp nghiên cứu 04 1.5 Điểm luận văn 05 1.6 Giá trị thực tiễn luận văn 05 1.7 Bố cục luận văn 05 Chương Phương pháp tiếp cận 06 2.1 Mơ hình pin mặt trời 06 2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC boots converter 10 2.3 Điểm làm việc cực đại pin mặt trời 13 2.4 Các phương pháp tìm điểm cực đại pin mặt trời 17 2.4.1 Phương pháp điện áp số 17 GVHD: TS Trương Việt Anh Trang vi Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Mục lục 2.4.2 Phương pháp P&O (Perturb and Observe) 18 2.4.3 Phương pháp InC (Incremental Conductance) 19 2.4.4 Nhược điểm phương pháp P&O InC 21 2.5 Xây dựng mơ hình pin mặt trời Matlab/Simulink 22 Chương Phương án đề xuất 27 3.1 Phương pháp Voltage Oriented Control 27 3.1.1 Chuyển tọa độ (a, b, c) sang (d, q) ngược lại 30 3.1.2 Các thành phần nghịch lưu theo phương pháp VOC 32 3.1.2.a Khối hệ thống 32 3.1.2.b Vịng khóa pha PLL 33 3.1.2.c Bộ điều khiển dòng 34 3.1.3 Ưu nhược điểm phương pháp VOC 36 3.2 Thông số điều khiển 36 3.2.1 Kỹ thuật điều khiển PID 36 3.2.2 Dãy thuật bầy đàn Particle Swarm Optimization 39 Chương Kết mô 43 4.1 Sơ đồ mơ hình Matlab/Simulink 43 4.2 Kết mô 44 4.2.1 Khi Id* = (A), Iq*= (A) 44 4.2.2 Khi Id* = 10 (A), Iq*= (A) 46 4.2.3 Khi Id* = 12 (A), Iq*= (A) 48 4.2.4 Khi Id* = 14 (A), Iq*= (A) 50 4.3 Nhận xét 53 Chương Kết luận đề xuất 54 5.1 Kết luận 54 5.2 Hạn chế hướng phát triển đề tài 54 5.2.1 Hạn chế 54 5.2.2 Hướng phát triển đề tài 54 GVHD: TS Trương Việt Anh Trang vii Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mô H4.4a H4.4b Hình 4.4: Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m2 H4.4a: Dịng điện cơng suất điểm cực đại, H4.4b vượt qua điểm công suất cực đại Phân tích THD dịng điện ngõ nghịch lưu: GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 45 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.5: Tín hiệu THD dòng điện ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m2 4.1.2 Khi cường độ xạ Isolation = 0.4 kW/m2 Công suất tác dụng ngõ nghịch lưu (W): Hình 4.6: Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 Công suất phản kháng ngõ nghịch lưu (VAr): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 46 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.7: Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 Điện áp ngõ nghịch lưu (V): Hình 4.8: Điện áp ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 Dòng điện ngõ nghịch lưu (V): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 47 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mô Hình 4.9: Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 Phân tích THD dịng điện ngõ nghịch lưu: Hình 4.10: Tín hiệu THD dòng điện ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 4.1.3 Khi cường độ xạ Isolation = 0.6 kW/m2 Công suất tác dụng ngõ nghịch lưu (W): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 48 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.11: Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 Công suất phản kháng ngõ nghịch lưu (VAr): Hình 4.12: Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 Điện áp ngõ nghịch lưu (V): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 49 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.13: Điện áp ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 Dòng điện ngõ nghịch lưu (V): Hình 4.14: Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 Phân tích THD dịng điện ngõ nghịch lưu: GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 50 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.15: Tín hiệu THD dòng điện ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 4.1.4 Khi cường độ xạ Isolation = 0.8 kW/m2 Công suất tác dụng ngõ nghịch lưu (W): Hình 4.16: Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 Công suất phản kháng ngõ nghịch lưu (VAr): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 51 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.17: Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 Điện áp ngõ nghịch lưu (V): Hình 4.18: Điện áp ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 Dòng điện ngõ nghịch lưu (V): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 52 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.19: Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 Phân tích THD dịng điện ngõ nghịch lưu: Hình 4.20: Tín hiệu THD dòng điện ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 4.1.5 Khi cường độ xạ Isolation = kW/m2 Công suất tác dụng ngõ nghịch lưu (W): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 53 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.21: Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ kW/m2 Công suất phản kháng ngõ nghịch lưu (VAr): Hình 4.22: Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ kW/m2 Điện áp ngõ nghịch lưu (V): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 54 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.23: Điện áp ngõ cường độ xạ kW/m2 Dòng điện ngõ nghịch lưu (V): Hình 4.24: Dịng điện ngõ cường độ xạ kW/m2 Phân tích THD dịng điện ngõ nghịch lưu: GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 55 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.25: Tín hiệu THD dịng điện ngõ cường độ xạ kW/m2 Bức xạ (kW/m2) Imax (A) 0.2 1.7 0.4 Pmax Q (VAr) V (volt) Ir (A) THD (%) 750 315 1.583 17.02 3.4 1550 315 3.36 8.27 0.6 5.1 2350 315 5.094 5.42 0.8 6.8 3200 315 6.917 4.14 1.0 8.4 4000 315 8.387 2.85 (W) Bảng 4.1: Tổng hợp thông số nghịch lưu xạ thay đổi Imax tìm cách tăng dần Id* đến cơng suất tác dụng giảm, cơng suất tác dụng vị trí Pmax Ir dòng tần số 50 Hz, THD giá trị độ méo dạng dòng từ nghịch lưu bơm vào lưới 4.3 Nhận xét Với cường độ xạ khác ta tìm cơng xuất cực đại tương ứng với điều kiện GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 56 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mô Kết mô cho ta biết điểm công suất cưc đại ứng với điều kiện cường độ xạ thay đổi Khi dịng điện vượt qua dịng cực đại lượng cơng suất phản kháng bơm vào lưới đột ngột tăng, lý tượng điện áp làm việc pin tăng cao điểm điện áp VMPP hình 2.4 Nhược điểm mơ hình chưa thể vận hành liên tục lấy công suất cực đại điều kiện môi trường thay đổi GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 57 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 5: Kết luận đề xuất Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Xuất phát từ vấn đề cạn kiệt nguồn tài nguyên, môi trường ngày ô nhiễm Vấn đề lượng ngày cấp thiết, từ tiến công nghệ pin quang điện phương pháp lấy cơng suất cực đại biện pháp hòa lưới lượng mặt trời mở tiềm cho thị trường lượng mặt trời Kết thực mơ hình Matlab/Simulink cho ta thấy việc công suất tác dụng cực đại giảm thiểu phát cơng suất phản kháng Dạng sóng dịng điện nhiễu Về yếu tố kinh tế, mạch công suất đơn giản làm chi phí đầu tư thấp; đồng thời độ tin cậy cao 5.2 Hạn chế hướng phát triển đề tài 5.2.1 Hạn chế Mơ hình chưa thể đáp ứng thay đổi nhanh chóng điều kiện môi trường 5.2.2 Hướng phát triển đề tài  Phát triển mơ hình đáp ứng nhanh với thay đổi điều kiện mơi trường  Tính tốn tính ổn định hệ thống điều chỉnh lấy công suất cực đại  Thiết kế phần mềm gần thực tế Proteus  Thi công mạch nghịch lưu ứng giải thuật sở kết mô phần mềm Matlab phần thiết kế Proteus GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 58 Luan van HVTH: Tạ Quang Minh S K L 0 Luan van ...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TẠ QUANG MINH THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU HÒA NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA NGÀNH: THIẾT... vecto điện áp nghịch lưu khung tham chiếu điện áp lưới ugu  usd  jusq : vecto điện áp lưới khung tham chiếu điện áp lưới isu  id  jiq : vecto dòng điện nghịch lưu khung tham chiếu điện áp lưới. .. Xây dựng mơ hình pin mặt trời Matlab/Simulink Pin mặt trời (PV) thiết bị chuyển lượng xạ mặt trời thành điện Đặc tuyến cơng suất, dịng điện pin mặt trời phụ thuộc vào xạ mặt GVHD: TS Trương Việt