Thiết kế hệ thống điện mặt trời áp mái với bộ hòa lưới thông minh

BỘCƠNGTHƯƠNG TRƯỜNGĐẠI HỌCĐIỆNLỰC LÊMINHĐẠO THIẾTKẾHỆTHỐNGĐIỆNMẶTTRỜIÁPM ÁIVỚIBỘHỊALƯỚITHƠNGMINH LUẬNVĂNTHẠCSĨKỸTHUẬTNĂNGLƯỢNG HÀNỘI,2022 BỘCƠNGTHƯƠNG TRƯỜNGĐẠI HỌCĐIỆNLỰC LÊMINHĐẠO THIẾTKẾHỆTHỐNGĐIỆNMẶTTRỜIÁPM ÁIVỚIBỘHỊALƯỚITHƠNGMINH Chunngành lượngMãsố : Kỹ Thuật 8520135 LUẬNVĂNTHẠCSĨKỸTHUẬTNĂNGLƯỢNG Ngườihướng dẫnkhoahọc:TS.NguyễnHữuĐức TS.LêQuangSáng Lờicảmơn Lờiđầutiên,tơimuốn gửilờicảmơnchânthànhđếnthàyNguyễnHữuĐứcvàthàyLêQuangSángđãchỉbảochotơinh iềukiếnthứcchunmơnvềhệthốngđiệnnănglượngmặttrờiđểtơicógócnhìnrõhơnvềnhữngnguồnnănglượng mới.Từđó, tập trung nghiên cứu xây dựng hệ thống điện mặt trời áp máiápdụngngayvàothựctiễn Tôi xin cảm ơn thầy cô khoa Kỹ thuật lượng truyền đạtchotơinhữngkiếnthứcbổíchchunsâuvềchunngành,cảmơncácthàycơPhịng Đào tạo sau Đại học Trường Đại học Điện lực giúp đỡ suốt q trìnhhọctậpvàhồnthànhluậnvănthạcsĩ Tiếp theo, tơi xin cảm ơn anh Bùi Duy Linh – công tác Trung tâm điềuđộ hệ thống điện Quốc gia cung cấp tài liệu, thơng tin EVN phát hành, góp ývàđưaranhữnglờikhungiátrịđểtơicóthểhồnthànhluậnvăn Sau cùng, tơi xin tỏ lịng biết ơn đến cha mẹ, người thân bạn bè ln bêncạnhủnghộ,độngviêntơitrongcuộcsốngcũngnhưtrongthờigianhồnthànhluậnvănthạc sĩ Xinchânthànhcảmơn tấtcảmọi người!” HàNội,ngày 20tháng10năm2022 Tácgiả LêMinhĐạo Lời camđoan Tôi xin cam đoan sử dụng tài liệu tham khảo tác giả, nhàkhoahọcvàcácluậnvănđượctríchdẫntrongphụlục“Tàiliệuthamkhảo”choviệcnghiêncứuv àviếtluậnvăn Tơixincamđoanluậnvănvềđềtài“Thiếtkếhệthốngđiệnmặttrờiápmáivớibộ hịa lưới thơng minh”làcơngtrìnhnghiêncứucánhâncủatơitrongthờigianqua Mọi số liệu sử dụng phân tích luận văn kết nghiên cứu tựtìmhiểu,phântíchmộtcáchkháchquan,trungthực,cónguồngốc rõràngvàchưađược cơng bố hình thức Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm cósựkhơngtrung thựctrongthơng tinsửdụngtrongcơngtrìnhnghiên cứunày.” Tơixinchânthànhcảm ơn! HàNội,ngày 20tháng10năm2022 Tácgiả LêMinhĐạo MỤCLỤC Lờicảmơn Lờicamđoan .4 DANHMỤCVIẾTTẮT DANHMỤCBẢNGBIỂU DANHMỤCHÌNHẢNH I MỞĐẦU 12 Lýdo chọn đềtài 12 Mụcđích nghiêncứu .12 Đối tượng, phạmvinghiên cứu .12 Phươngpháp nghiêncứu 12 II NỘIDUNG 13 CHƯƠNG1 GIỚITHIỆUTỔNGQUAN 13 1.1 Nănglượngtáitạo -Điện Mặttrời 13 1.2 Bức xạ Mặttrờivà phươngpháp tận dụngbứcxạMặttrời .14 1.2.1 Bứcxạ Mặttrời .14 1.2.2 Phươngpháptận dụngbức xạ Mặttrời 17 1.3 Côngnghệ pin nănglượngmặttrời 19 1.3.1 Hệthốngđiện mặttrờiáp mái 21 1.3.2 Cácnghiên cứu điện nănglượngmặttrời 22 1.4 Kếtluận 22 CHƯƠNG2 CẤUTRÚCCỦAHỆTHỐNGĐIỆNMẶTTRỜIÁP MÁI 23 2.1 Cácthànhphầncủa hệ thốngđiện mặttrờiáp mái 23 2.1.1 Tấmpin mặttrờivà thiếtbịphụ trợ 24 2.1.2 Hệ thốnglưutrữ điện .26 2.1.3 Inverter thôngminh .27 2.1.4 Khunggiá đỡ,cáp vàthiếtbịchốngsét 29 2.1.5 Côngtơ điện2 chiều .31 2.2 Nguyên lýhoạtđộng .31 2.2.1 HệthốngđiệnMặttrờiđộc lập (Off-Grid) 31 2.2.2 HệthốngđiệnMặttrờihòa lưới(On-Grid) 32 2.3 Cácgiảipháp cảithiệnchấtlượnghệ thốngđiện mặt trời 34 2.3.1 Lựachọntấmpin nănglượngmặttrời .34 2.3.2 Đối vớiInverterthôngminh 41 2.3.3 Nângcaotiêu chuẩnbảo vệ hệ thốngđiệnmặttrờigặpsựcố 57 CHƯƠNG THIẾT KẾ VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶTTRỜIÁP MÁIKẾTHỢPINVERTERTHÔNGMINH 61 3.1 Phươngánthiếtkếhệ thốngđiện nănglượngmặt trờiápmái 61 3.1.1 Tiêuchuẩnnốilưới đốivới điệnmặt trờiápmái 61 3.1.2 Quytrình tínhtốnvịtrívàlắp đặthệthống .65 3.1.3 Tínhtổngnănglượngnhận được: .67 3.1.4 Tínhtổnglượngđiệntiêu thụtrungbình đốivớimột hộ gia đình 68 3.1.5 Quytrìnhthủtục đăngkýsử dụngvàkinh doanhđiệnmặttrời 73 3.2 Bảnvẽthiết kếhệthốngđiệnmặt trờiápmái với Inverterthôngminh .76 3.3 Mơtả hoạtđộngchitiếtcủa hệthốngkhihồn thành lắp đặtvà đấu lưới 77 3.4 Bàitoánkinh tếkhiđầutư vào hệthốngđiện mặttrời .79 3.4.1 Chiphílắpđặthệthốngđiệnmặttrời 79 3.4.2 Tổngtiền nhận đượctừhệ thốngnănglượngmặttrời .80 3.4.3 Bàitoán minhhọa 81 3.4.4 Kếtluận tính kinhtếcủa hệthốngđiện mặttrời 83 CHƯƠNG4.NGHIÊN CỨUCÔNGSUẤTPHẢNKHÁNGĐỂỔNĐỊNHĐIỆNÁPTRONGHỆTHỐNGĐIỆNMẶTTRỜIÁP MÁI .84 4.1 Sựtác độngcủa daođộngđiện áp đến hệthốngđiện nănglượngmặttrời 84 4.1.1 Côngsuấtphản kháng .84 4.1.2 Côngsuấtphản khángtronghệ thốngđiện mặttrời 87 4.2 Phươngpháp bùcôngsuấtphản khángtronghệthốngđiện nănglượngmặttrời .89 4.2.1 Bộ bùcôngsuấtphảnkhángcốđịnh 89 4.2.2 Đối vớiBộ bùcôngsuấtphảnkhángbiến đổi 90 4.3 Kếtluậnchương4 94 CHƯƠNG5 KẾTLUẬN .95 5.1 Kết quảvàkiếnnghị .95 5.1.1 Tính ứngdụngthựctế .95 5.1.2 Ýnghĩa khoa học: 96 5.2 Hạnchế vàđịnhhướngmởrộng 96 TÀILIỆUTHAM KHẢO .98 DANHMỤCVIẾTTẮT AC AlternatingCurrent Dòngđiệnmộtchiều DC Directcurrent Dòngđiệnxoaychiều VAR Voltamperereactive Đơnvịđophảnkháng MPP MaxPowerPoint Điểmcơngsuất tốiđa MPPT MaxPowerPointTracker Thuậttốnbámđiểmcơng suất tối đa SPWM SinusoidalPulseWidth Điều chếđộxunghình sin Modullation LVRT LowVoltageRideThrough Chạyqua điệnáp thấp AD AutonomyDay Ngàydựphòng DOD DeepOfDischargelevel Mứcxảsâu PV Photovoltaic Tấmpinquangđiện P&O PerturbandObserve Phươngpháp PO IC IncreasesCurrent Phươngphápdẫnđiện tăngdần EVN VietnamElectricity Tậpđoàn Điện lựcViệtNam NLMT Nănglượng mặt trời Nănglượng mặttrời A-Si AmorphousSilicon Silicvơđịnhhình CdTe CadmiumTelluride GIS GasInsulationSwitchgear Trạmbiếnáp DANHMỤCBẢNGBIỂU Bảng2.1LogicchuyểnđổiSPWM Bảng 3.1 So sánh tiêu chuẩn tần số Việt Nam với quốc tếBảng3.2Tiêuchuẩnđịnhlượngnhấpnháyquốc tế Bảng 3.3 Tiêu chuẩn cân pha quốc tếBảng3.4TiêuchuẩnthiếtbịInverterthơngminh Bảng3.5Minhhọavềthơngsốsửdụngđiệncủamộthộgiađình.Bảng3.6Tínhsố W-giờcáctấmpin mặttrời phảicungcấpchotồntải Bảng 3.7 Thông số kỹ thuật pin mặt trời 400Wp hãng JinkoSolarBảng3.8Tổngchiphílắpđặtsửdụnghệthốngđiệnmặttrời Bảng Bảng giá bán điện theo dành cho nhóm hộ gia đình năm 2019Bảng 3.10 Bảng thống kê tiền điện phải trả cho EVN theo trung bình thángBảng3.11Thốngkêphụtảicủa hộgiađình Bảng3.12: Sốtiềncần đầutư DANHMỤCHÌNHẢNH Hình1.1: Bứcxạ mặt trời Hình1.2:BảnđồbứcxạMặttrờiởViệtNamHình 1.3: Hệ thống nước nóng lượng mặt trờiHình1.4:Bếpnănglượng mặttrời Hình1.5: Tếbàoquangđiện Hình 1.6: Điện mặt trời mái nhà Hồ Chí MinhHình2.1:ThànhphầncủahệthốngđiệnMặttrờiHình2.2:Cấutạo tấmpinnănglượng mặttrời Hình 2.3: Ngun lý làm việc pin Mặt trờiHình2.4:Inverterthơng minh Hình 2.5: Đặc tuyến I-V P-V pin mặt trời thay đổi theo điều kiện xạHình2.6:Kếtcấukhunggiáđỡtấmpin Hình2.7: Mơhìnhhệthốngđiện mặttrờiđộclập Hình 2.8: Hệ thống điện Mặt trời hịa lưới khơng dự trữ (OnGrid)Hình2.9:Pin mặttrời đơntinhthểMonocrystalline Hình2.10:Pin mặttrời đatinhthể Hình 2.11 : So sánh hiệu suất loại pin mặt trờiHình2.12:CáctìnhhuốngthựctếxảyrakhisửdụngHình2.13: Cácđiểmnóng(Hotspot)làcácđốmsáng Hình2.14: Dịng điện quaCell2 sẽbịsụtgiảmtrởthànhtảitiêuthụ Hình 2.15: Bypass bỏ qua cell bị che khuất nên hoạt động bình thườngHình2.16:Sosánhgiữa cơngnghệBypassdiot mớivàcũ Hình2.17: Cấutrúcliênkếthệthống Hình2.18: CấutrúcliênkếtbaphacủaInverter Hình 2.19 Biểu đồ tác động cơng suất phản khángHình2.20:ThuậttốnMPPT Hình 2.21a: Sơ đồ cấu trúc thuật toán P & OHình2.21b:Sơ đồcấu trúccủathuậttốnIC Hình 2.22a: SPWM Tham chiếu dạng sóng hình sin tam giác (ma = 1)Hình2.22b:SPWMThamkhảodạngsóng hìnhsinvàtamgiác Hình 2.23 a Dạng sóng điện áp𝑉𝐴𝐵khơng lọc lọc (Ba chu kỳ)Hình 2.23 b Dạng sóng điện áp𝑉𝐴𝐵khơng lọc lọc (Nửa chu kỳ)Hình2.24Sự pháttriểntiêuchuẩnkếtnốitheocácnăm Hình2.25ChứcnăngcủaInverterthơng minh Hình2.26: MicroInverter600w220vMpptSolarGridHình2.27:Stringinv erter Hình 2.28: Central inverter Generac PWRcell Inverter 9kWhHình2.29Thịphầncácnhàsảnxuấtinverternăm2019Hình2.3 Cácgiải phápchốngsét hệthốngđiện mặttrời Hình 3.1: Lượng xạ mặt trời theo năm quận Hải An - TP Hải PhịngHình3.2CácloạicơngnghệlắpđặtkhungdànPinmặttrời Hình3.3 Gócnghiênglắpđặttấmpin Hình 3.4 Tính tốn sản lượng điện theo mơ phần mềm PVsystHình3.5a:Thơngsố cấuhìnhInverter Hình3.5b:Lựa chọnkíchthướcdâydẫn Hình 3.6a Quy trình đăng ký kiểm tra mua bán điện giai đoạn 1Hình3.6bQuytrìnhđăngkýkiểmtravàmuabánđiệngiaiđoạn2Hình3.7 Chitiết giànkhung hệthốngđiệnmặt trờinốilưới Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo hệ thốngHình3.9 Nguyênlýđấunốicáctấmpin Hình 3.10: Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống điện mặt trờiHình4.1:Cơngsuấtphảnkháng Hình 4.2: Sơ đồ nối điện điển hình có hệ thống NLMT.Hình4.3: ĐồthịP-Qtạiđiểmgiao nhậnkhicó Solar Hình 4.4: Đồ thị P-Q điểm giao nhận sau phát Q thêm từ hệ SolarHình 4.5: Đồ thị P-Q điểm giao nhận sau phát Q thêm từ hệ khácHình4.6Tụđiệncố địnhvàbộđiềuchỉnh