57ệố2.4.Giới thiệu và mô tả các khối chức năng cơ bản mô phỏng hệ thống điện đượ ử ục s d ng trong Simulink .... ậTuy nhiên các nguồn năng lượng truyền thống đang đư c khai thác như: tha
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đánh giá tác động sóng hài hệ thống Pin mặt trời đến lưới điện phân phối HOÀNG THANH HẢI Hoangthanhhai.bka.93@gmail.com Ngành Kỹ thuật điện Chuyên ngành Hệ thống điện Giảng viên hướng dẫn: Bộ môn: Viện: TS Lê Đức Tùng Hệ thống điện Điện HÀ NỘI, 07/2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132046071000000 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học, môn Hê Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho học tập thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Lê Đức Tùng tận tình hướng dẫn bảo tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Hà Nội, ngày tháng 07 năm 2020 Tác giả luận văn Hoàng Thanh Hải LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án tốt nghiệp: “ Đánh giá tác động sóng hài hệ thống pin mặt trời đến lưới điện phân phối ”do em tự nghiên cứu hướng dẫn thầy giáo TS Lê Đức Tùng Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng 07 năm 2020 Tác giả luận văn Hoàng Thanh Hải MỤC LỤC MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT 10 MỞ ĐẦU 11 Lý chọn đề tài 11 Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu luận văn 11 Nội dung bố cục luận văn 12 Phương pháp nghiên cứu 12 Kết luận 12 CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG 13 1.1 Mở đầu 13 1.2 Hệ thống PV sử dụng lượng mặt trời 15 1.2.1 Tổng quan hệ thống PV 15 1.2.2 Kết luận 23 1.3 Sóng hài hệ thống điện 24 1.3.1 Tổng quan sóng hài 24 1.3.2 Nguyên nhân sinh sóng hài 27 1.3.3 Ảnh hưởng sóng hài 29 1.3.4 Sóng hài kết nối nguồn điện phân tán sinh lưới điện 30 1.3.5 Một số tiêu chuẩn giới hạn thành phần sóng hài lưới 32 1.3.6 Mục tiêu đề tài 34 CHƯƠNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG HỆ THỐNG PV NỐI LƯỚI BẰNG MATLAB/SIMULINK 36 2.1 Mở đầu 36 2.2 Mơ hình hệ thống PV kết nối lưới 36 2.3 Mô hình pin mặt trời 37 2.3.1 Giới thiệu pin mặt trời 37 2.3.2 Bộ chuyển đổi DC-DC (Boost converter) với điều khiển bám điểm công suất cực đại (Maximum Power Point Tracking – MPPT) 44 2.3.3 Bộ chuyển đổi DC-AC 54 2.3.4 Mạch điều khiển toàn hệ thống 57 2.4 Giới thiệu mô tả khối chức mô hệ thống điện sử dụng Simulink 58 2.4.1 Khối nguồn ba pha 59 2.4.2 Khối RLC pha mô tả thông số đường dây 60 2.4.3 Khối máy biến áp 61 2.4.4 Khối đo điện áp dòng điện pha 63 2.4.5 Khối phụ tải RLC pha nối tiếp 64 2.4.6 Khối phụ tải RLC pha mắc song song 65 2.4.7 Khối nối đất Ground 65 2.4.8 Khối đo điện áp pha điện áp dây 65 2.4.9 Khối đo tín hiệu hiệu dụng 65 2.4.10 Khối Scope 66 2.4.11 Khối đo công suất tác dụng P công suất phản kháng Q 67 2.4.12 Khối phụ tải động 67 2.4.13 Khối đường dây truyền tải 69 2.4.14 Khối Powergui 70 CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG VỀ SÓNG HÀI CỦA PV ĐỐI VỚI LƯỚI ĐIỆN 72 3.1 Mơ hình lưới 13 nút IEEE 72 3.1.1 Các thông số lưới 72 3.1.2 Kết mơ sóng hài lưới IEEE 13 nút (Khi khơng có PV) 76 3.2 Kết mơ sóng hài nguồn PV kết nối lưới điện 78 3.2.1 Đặc điểm nguồn PV 78 3.2.2 Kịch 1: Kết nối PV vào lưới đơn giản 81 3.2.3 Kịch 2: Kết nối PV vào lưới IEEE 13 nút 83 3.3 Đề xuất lọc sóng hài 93 3.3.1 Tổng quan lọc sóng hài 93 3.3.2 Tính tốn thơng số lọc đầu 96 3.3.3 Mơ hình nguồn PV lắp thêm lọc thông thấp 97 3.3.4 Kịch 1: Kết nối PV vào lưới đơn giản 98 3.3.5 Kịch 2: Kết nối PV vào lưới IEEE 13 nút 98 KẾT LUẬN 108 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1: Mơ hình hệ thống PV hoạt động độc lập 16 Hình 1.2: Mơ hình hệ thống PV kết nối lưới 17 Hình 1.3: Mơ hình hệ thống lượng mặt trời nối lưới 18 Hình 1.4: Cấu tạo pin mặt trời 19 Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động điều khiển sạc 20 Hình 1.6: Dạng sóng điều hịa 25 Hình 1.7: Các thành phần sóng điều hòa 25 Hình 1.8: Phân tích Fn thành an bn 26 Hình 1.9: Hiện tượng bão hịa mạch từ máy biến áp 28 Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống lượng mặt trời kết nối nối lưới 36 Hình 2.2 : Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin mặt trời 37 Hình 2.3: Mạch tương đương tế bào pin mặt trời 39 Hình 2.4: Mơ hình pin mặt trời Matlab/Simulink 40 Hình 2.5: Đồ thị cường độ ánh sáng nhiệt độ 41 Hình 2.6: Đặc tính I – V P – V cường độ chiếu sáng thay đổi 42 Hình 2.7: Đặc tính I – V P – V pin mặt trời nhiệt độ thay đổi từ 0˚C đến 100˚C 43 Hình 2.8: Sơ đồ mơ dàn pin mặt trời Error! Bookmark not defined Hình 2.9: Đồ thị mối quan hệ nhiệt độ Iph-array Error! Bookmark not defined Hình 2.10: Đồ thị mối quan hệ nhiệt độ Rs-array Error! Bookmark not defined Hình 2.11: Mạch tương đương dàn pin mặt trời Error! Bookmark not defined Hình 2.12: Sơ đồ mơ Diode Error! Bookmark not defined Hình 2.13: Đồ thị mối quan hệ nhiệt độ Isat-array Error! Bookmark not defined Hình 2.14: Đồ thị mối quan hệ nhiệt độ VT-array Error! Bookmark not defined Hình 2.15: Đồ thị mối quan hệ nhiệt độ Rp-array Error! Bookmark not defined Hình 2.16: Đồ thị VPV Error! Bookmark not defined Hình 2.17: Đồ thị IPV Error! Bookmark not defined Hình 2.18: Sơ đồ mơ biến đổi DC-DC 44 Hình 2.19: Mơ hình biến đổi Boost 45 Hình 2.20: Mạch tương đương S đóng Error! Bookmark not defined Hình 2.21: Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L S đóng 46 Hình 2.22: Mạch tương đương S mở 46 Hình 2.23: Dạng sóng điện áp dịng điện L S mở 47 Hình 2.24: Đặc tuyến I-V, P-V pin mặt trời với điểm cơng suất cực đại 48 Hình 2.25:Các điểm MPP điều kiện thời tiết thay đổi 49 Hình 2.26: Phương pháp điện dẫn gia tăng 50 Hình 2.27: Mơ hình điều khiển MPPT 51 Hình 2.28: Sơ đồ khối phương pháp MPPT điều khiển trực tiếp chu kỳ nhiệm vụ D 51 Hình 2.29: Lưu đồ thuật tốn INC điều khiển trực tiếp hệ số D 52 Hình 2.30: Đồ thị Vdc đầu chuyển đổi DC-DC 53 Hình 2.31: Mơ hình chuyển đổi DC-AC 54 Hình 2.32: Mơ hình nghịch lưu áp DC-AC 55 Hình 2.33: Sơ đồ khối vịng khóa pha 56 Hình 2.34: Đồ thị điện áp đầu chuyển đổi DC-AC 57 Hình 2.35: Mạch điều khiển toàn hệ thống 58 Hình 3.1: Mơ hình lưới IEEE 13 nút 72 Hình 3.2: Mơ hình mơ lưới IEEE 13 nút Matlab/simulink 75 Hình 3.3: Đồ thị cường độ ánh sáng mặt trời 78 Hình 3.4: Đồ thị nhiệt độ 78 Hình 3.5: Đồ thị đặc tính V-I V-P pin mặt trời 79 Hình 3.6: Cơng suất tác dụng bơm vào lưới nguồn PV 80 Hình 3.7: Sơ đồ lưới đơn giản kết nối nguồn PV 81 Hình 3.8: Mơ hình mơ lưới đơn giản kết nối nguồn PV 81 Hình 3.9: Sơ đồ lưới IEEE 13 nút kết nối nguồn PV 83 Hình 3.10: Mơ hình mơ lưới thử nghiệm IEEE kết nối hệ thống nguồn PV 84 Hình 3.11: Các lọc thụ động thường gặp 95 Hình 3.12: Bộ lọc thụ động kiểu nối tiếp 95 Hình 3.13: Cấu trúc lọc thơng thấp 96 Hình 3.14: Cấu trúc lọc thơng thấp đề xuất 97 Hình 3.15: Mơ hình mơ nguồn PV có lọc thông thấp nối lưới 98 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Mật độ lượng mặt trời trung bình năm số nắng theo khu vực.[2] 14 Bảng 1.2: Công suất lắp đặt điện từ Năng lượng tái tạo giai đoạn 2011-2030 [3] 14 Bảng 1.3: Giới hạn nhiễu điện áp theo tiêu chuẩn IEEE std 519 32 Bảng 1.4: Giới hạn nhiễu dòng điện theo tiêu chuẩn IEEE std 519 33 Bảng 1.5: Tiêu chuẩn IEC 1000-3-4 33 Bảng 3.1: Điện trở điện kháng đường dây hệ đơn vị pu ( Ucb = 13,8kV, Scb = 10000kVA) 72 Bảng 3.2:Thông số máy biến áp 73 Bảng 3.3: Thông số phụ tải 74 Bảng 3.4: Bảng tổng hơp giá trị THDv trường hợp kết nối lưới IEEE 13 nút 92 Bảng 3.5: Bảng tổng hơp giá trị THDv trường hợp nguồn PV có lọc kết nối lưới IEEE 13 nút 105 Bảng 3.6: Bảng tổng hơp giá trị THDv kịch chưa có lọc sau có lọc 105