thực tập kỹ thuật xây dựng thí nghiệm sử dụng inverter điều khiển công suất cho hệ thống pv

Giao diện này phản ứng với các cảnh báo ánh sáng và âm thanh cho người vận hành vàsự kiện hệ thống.HMI cung cấp các hiển thị điều khiển cấu trúc để sửa đổi và giám sát các đối tượng.. Cá

ĐẠ HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ



THỰC TẬP KỸ THUẬT

Xây dựng thí nghiệm sử dụng inverter điều khiển công suất

cho hệ thống PV

Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Hoài Thu

Sinh viên thực hiện: Ngô Văn Khánh 20202138

Hoàng Quốc Hưng 20202262 Trần Ngọc Quang 20202275 Đinh Tuấn Anh 20202062

Đỗ Nguyễn Đức Anh 20202246

MỤC LỤ

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU INVERTER 3 PHA (SUN2000) 4

1.1 Tổng quan thiết bị 4

1.2 Nguyên lý hoạt động 4

1.2.1 Sơ đồ mạch điện 4

1.2.2 Nguyên lý làm việc 5

1.2.3 Chế độ làm việc 6

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG QUẢN LÝ NGUỒN NĂNG LƯỢNG PHÂN PHỐI 7

2.1 Tổng quan về hệ thống 7

2.2 Các chức năng chính 7

2.2.1 Quản lý truy cập hệ thống 7

2.2.2 Chức năng giám sát 7

2.2.3 Chức năng điều khiển 8

2.2.4 Cảnh báo và quản lý cảnh báo 9

2.2.5 Đồ thị 9

2.2.6 Giám sát mạng truyền thông 10

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 11

3.1 Kiểm tra đo lường 11

3.1.1 Mục đích kiểm tra 11

3.1.2 Triển khai thử nghiệm 11

3.1.3 Tiêu chí đánh giá 11

3.2 Trình tự thí nghiệm 11

3.3 Đánh giá kết quả 11

CHƯƠNG 4 THUẬN LỢI VÀ KHÓ KHĂN 15

4.1 Thuận lợi 15

4.2 Khó khăn 15

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN 16

TÀI LIỆU THAM KHẢO 17

DANH MỤC HÌNH VẼ

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU INVERTER 3 PHA (SUN2000) 1.1 Tổng quan thiết bị

SUN2000 là bộ biến tần chuỗi ba pha nối lưới với chức năng chuyển đổi nguồn một chiều do chuỗi PV tạo ra thành nguồn xoay chiều và sau đó cấp nguồn xoay chiều vào lưới điện

SUN2000 áp dụng cho hệ thống điện mặt trời nối lưới dành cho mái nhà thương mại và nhà máy điện lớn Một hệ thống điện mặt trời gắn lưới điển hình bao gồm các chuỗi PV, bộ biến tần nối lưới và bộ phân phối AC

(ACDUs)

SUN2000 hỗ trợ các chế độ lưới điện TN-S, TN-C, TN-C-S và TT

1.2 Nguyên lý hoạt động

1.2.1 Sơ đồ mạch điện

SUN2000 nhận đầu vào từ bốn chuỗi pin quang điện Sau đó, đầu vào được nhóm thành hai tuyến theo dõi điểm công suất cực đại bên trong SUN2000 để theo dõi điểm công suất tối đa của chuỗi quang điện

Nguồn một chiều sau đó được chuyển đổi thành nguồn xoay chiều ba pha thông qua mạch chuyển đổi Có bảo vệ chống sét cho cả hai bên một chiều và xoay chiều

1.2.2 Nguyên lý làm việc

Mỗi bộ phận của SUN2000 hoạt động như sau:

 Mạch kiểm tra dòng điện đầu vào xác định trạng thái hoạt động của từng chuỗi pin quang điện và tạo ra cảnh báo nhắc nhở sửa chữa nếu chuỗi pin quang điện không hoạt động bình thường

 Có thể sử dụng công tắc sử dụng nguồn một chiều để ngắt kết nối các mạch bên trong khỏi đầu vào một chiều của SUN2000 để hỗ trợ vận hành thủ công trong quá trình bảo trì

 Thiết bị chống sét lan truyền một chiều cấp II (SPD) cung cấp vòng phóng điện khi quá điện áp DC để bảo vệ các mạch bên trong SUN2000 khỏi tác động của điện sét

 Bộ lọc nhiễu điện từ (EMI) đầu vào và đầu ra loại bỏ EMI khỏi SUN2000 để đáp ứng các yêu cầu về khả năng tương thích điện từ

 Mạch theo dõi điểm công suất cực đại đo điện áp và dòng điện của chuỗi pin quang điện theo thời gian thực và theo dõi điểm công suất tối đa để đảm bảo công suất đầu ra tối đa của hệ thống

 Mạch chuyển đổi DC-AC chuyển đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều sau đó đưa vào lưới điện với tần số và điện áp đầu ra tương đương

 Bộ lọc LCL loại bỏ các thành phần tần số cao khỏi dòng điện đầu ra của SUN2000 để đảm bảo dòng điện đầu ra đáp ứng các yêu cầu của lưới điện

 Rơle cách ly đầu ra sẽ cách ly đầu ra xoay chiều của SUN2000 khỏi lưới điện nếu một trong hai đầu ra bị lỗi

 AC SPD loại II cung cấp vòng phóng điện khi quá điện áp xoay chiều để bảo vệ các mạch bên trong SUN2000 khỏi tác động của điện sét

1.2.3 Chế độ làm việc

Chế độ chờ: SUN2000 chuyển sang chế độ chờ khi môi trường bên ngoài không đáp ứng các yêu cầu vận hành của SUN2000 Ở chế độ này, SUN2000 liên tục thực hiện tự kiểm tra và chuyển sang chế độ vận hành sau khi đáp ứng các yêu cầu vận hành; SUN2000 chuyển sang chế độ tắt máy khi phát hiện lệnh tắt máy hoặc lỗi

Chế độ vận hành: SUN2000 chuyển đổi nguồn một chiều từ chuỗi quang điện thành nguồn xoay chiều và cấp nguồn vào lưới điện; SUN2000 luôn theo dõi điểm công suất tối đa để tối đa hóa đầu ra chuỗi quang điện; SUN2000 chuyển sang chế độ tắt máy sau khi phát hiện lỗi hoặc lệnh tắt máy và chuyển sang chế độ chờ sau khi phát hiện công suất đầu ra của chuỗi quang điện không đáp ứng các yêu cầu để phát điện nối lưới

Chế độ tắt máy: SUN2000 chuyển từ chế độ chờ hoặc chế độ vận hành sang chế độ tắt máy khi phát hiện lỗi hoặc lệnh tắt máy; SUN2000 chuyển sang chế độ chờ khi nhận được lệnh khởi động hoặc khi phát hiện lỗi đã được khắc phục Những thay đổi về điều kiện khiến SUN2000 chuyển đổi giữa các chế độ làm việc

CHƯƠNG 2 HỆ THỐNG QUẢN LÝ NGUỒN NĂNG LƯỢNG PHÂN

PHỐI 2.1 Tổng quan về hệ thống

Hệ thống quản lý nguồn năng lượng phân phối cho phép tương tác giữa người dùng và ứng dụng giám sát, điều khiển hệ thống cũng như các chức năng khác thông qua giao diện người – máy (HMI) HMI cung cấp việc điều khiển hệ thống thân thiện với người dùng, truy cập dữ liệu và thực hiện nhiệm vụ một cách nhanh chóng mà không cần chuyển đổi giữa các hiển thị khác nhau Giao diện này phản ứng với các cảnh báo ánh sáng và âm thanh cho người vận hành và

sự kiện hệ thống

HMI cung cấp các hiển thị điều khiển cấu trúc để sửa đổi và giám sát các đối tượng Mỗi hiển thị phục vụ các mục đích cụ thể như thu thập dữ liệu, giám sát hoặc lựa chọn ứng dụng

Người dùng có thể truy xuất dữ liệu và ra lệnh thông qua tương tác chuột

"cảm nhận" và "cảm nhận" Các thay đổi và cảnh báo kích hoạt ngay lập tức thông báo hình ảnh và âm thanh trong các sự kiện Lệnh nhập/xuất dữ liệu phải trải qua xác minh ở cấp độ người dùng để đảm bảo tính bảo mật Các chức năng thay đổi trạng thái thiết bị tuân theo thiết kế "chọn và kiểm tra trước khi thực hiện" (SBO), ngăn chặn các hành động không đúng

Giao diện người dùng xử lý việc khởi động/dừng thiết bị, giám sát thông số, gắn thẻ cảnh báo, thừa nhận/lưu trữ sự kiện, bật/tắt giám sát thiết bị, phát cảnh báo, điều khiển thiết bị, hiển thị trạng thái thiết bị phụ, và quản lý các sự kiện gần đây Hệ thống hỗ trợ in ấn và tự động xóa các cảnh báo cũ khi danh sách đầy đủ, cung cấp quyền truy cập lịch sử cho các sự kiện trước đó

HMI tích hợp vào các phòng điều khiển trung tâm, cho phép người vận hành giám sát và điều khiển các nguồn năng lượng mặt trời trên mái và trạm biến áp

2.2 Các chức năng chính

2.2.1 Quản lý truy cập hệ thống

HMI được thiết kế với quản lý truy cập hệ thống cho các tài khoản người dùng Điều này cho phép quản lý tài khoản người vận hành đơn giản, tăng cường tính bảo mật và tối ưu hóa hoạt động của hệ thống

2.2.2 Chức năng giám sát

 Bảng điều khiển cho việc giám sát thông tin vận hành tổng quan: tổng công suất hoạt động, công suất phản ứng, tần số, điện áp với các giá trị tức thì cho từng trạm hoặc nhóm các trạm; biểu đồ xu hướng cho công suất phát ra; thiết lập điểm mục tiêu (Hình minh họa tại đây)

 Hiển thị biểu đồ mạng một sợi trên bản đồ mạng với các tham số vận hành (Hình minh họa tại đây)

 Giám sát các thông số chính của các trạm: công suất, sản lượng hàng ngày, ngày, điện áp, tần số, hệ số công suất, số lượng biến áp trực tuyến

 Giám sát các giá trị đo như dòng điện, điện áp, công suất hoạt động và phản ứng, hệ số công suất, tần số, thời gian hoạt động, công suất phát

ra, trạng thái của từng biến áp (Hình minh họa tại đây)

 Giám sát điều kiện thời tiết hiện tại: bức xạ, nhiệt độ không khí, nhiệt

độ bảng điều khiển, tốc độ gió, hướng gió (Hình minh họa tại đây)

2.2.3 Chức năng điều khiển

Các chức năng điều khiển trạm điện năng lượng mặt trời được thực hiện thông qua các tương tác của người vận hành trên các bảng điều khiển của giao diện đồ họa Những lệnh điều khiển này sẽ được xử lý bởi Bộ điều khiển DER sau khi đã xác minh thành công Những lệnh điều khiển không thành công sẽ bị ngăn chặn bằng cách kích hoạt cảnh báo Những cảnh báo này hoặc kết quả của các hành động của người vận hành sẽ được hiển thị như các sự kiện mà không có cảnh báo về loại lỗi

Trình tự điều khiển được thực hiện bằng cách sử dụng phương pháp "Chọn

và kiểm tra trước khi thực hiện" (SBO) để tăng cường tính an toàn của các hoạt động

Trình tự điều khiển được mô tả như sau:

 Hiển thị biểu đồ

 Chọn hệ thống hoặc thiết bị cần điều khiển trên màn hình Yêu cầu điều khiển sẽ bị bỏ qua nếu một trong các điều kiện sau xảy ra:

o Hệ thống/thiết bị đã chọn không được phân công để điều khiển

o Hệ thống/thiết bị được đánh dấu bị cấm điều khiển

o Hệ thống/thiết bị bị lỗi hoặc chưa sẵn sàng

o Yêu cầu điều khiển không đáp ứng các yêu cầu liên kết trước

o Thời gian đếm ngược điều khiển đã hết (điều này có thể được thiết lập trước)

 Các thông báo cảnh báo sẽ được phát cho các người vận hành nếu các lệnh điều khiển không thành công để đảm bảo việc kiểm tra sự cố một cách nhanh chóng

Các chức năng điều khiển cho các nguồn phân tán bao gồm:

 Các chức năng điều khiển cho tất cả các trạm/ nhóm trạm có thể được định nghĩa với các tùy chọn điều khiển, thiết lập điểm mục tiêu cho tất

cả các trạm hoặc nhóm trạm (Hình minh họa tại đây)

 Các chức năng điều khiển cho tổng công suất của các trạm, nhóm trạm, mỗi trạm với lịch trình được xác định trước (Hình minh họa tại đây)

 Các chức năng điều khiển cho từng trạm: các tùy chọn cho các điểm mục tiêu khác nhau (P, Q, U, I) (Hình minh họa tại đây)

 Tự động điều khiển điện áp, hệ số công suất, công suất phản ứng tại các điểm kết nối theo yêu cầu của hệ thống

 Duy trì công suất phát ra của trạm ở mức dự trữ theo yêu cầu của trung tâm phân phối, duy trì công suất trong giới hạn được thiết lập trước

 Giảm/ tăng công suất phát ra của trạm khi tần số tăng/giảm để duy trì

ổn định hệ thống

 Duy trì hoạt động của trạm trong trường hợp sự cố mạng để đáp ứng yêu cầu kiểm tra lỗi đường đi qua

 Khởi động/ tắt toàn bộ trạm

2.2.4 Cảnh báo và quản lý cảnh báo

Các cảnh báo được phát ra trong các trường hợp sau:

 Bất kỳ sự thay đổi không mong muốn của trạng thái nào đó

 Bất kỳ yêu cầu hoặc chỉ dẫn trên điểm thiết lập được điều khiển mà không có thông tin liên quan trong khoảng thời gian được định trước

 Bất kỳ vi phạm mức cảnh báo của giá trị tương tự nào đó đã được định trước bởi các người vận hành

 Bất kỳ trạng thái hoạt động không kế hoạch nào đó của thiết bị/hệ thống hoặc trạng thái không liên quan đến các hành động của người vận hành

Cảnh báo và quản lý cảnh báo được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu vận hành như sau:

 Cảnh báo thời gian thực và cảnh báo lịch sử được phân loại dựa trên yêu cầu giám sát

 Ngoài các hiển thị cảnh báo riêng biệt, các thiết bị bị cảnh báo được đánh dấu trên tất cả các hiển thị liên quan bằng màu sắc và biểu tượng nhấp nháy

 Tùy chọn lọc và nhóm cảnh báo cho người dùng

 Cảnh báo âm thanh cho các sự kiện quan trọng

 Ghi nhận và lưu trữ cảnh báo

 Danh sách cảnh báo có thể được in ra máy in hoặc các định dạng tệp khác

 Tiếp cận lại các cảnh báo lịch sử với tùy chọn lọc (nhóm, thời gian, ưu tiên, vv.)

 Mỗi cảnh báo được hiển thị với: thời gian, chú thích, nhóm cảnh báo, trạng thái cảnh báo (Đã xác nhận, Chưa xác nhận, vv.), giá trị gây cảnh báo

 Hệ thống trung tâm tạo ra 2 loại cảnh báo (cảnh báo quan trọng và cảnh báo không quan trọng) Người vận hành có thể gán các loại này cho các tín hiệu hoặc thiết bị đầu vào

2.2.5 Đồ thị

Biểu đồ đồ họa có thể được tạo ra bằng dữ liệu từ Hệ thống thông tin HMI(dữ liệu quá khứ) hoặc dữ liệu thời gian thực (dữ liệu trực tuyến) trên HMI Các biểu đồ xu hướng sau được cung cấp:

 Biểu đồ xu hướng vận hành với U, I, P, Q, Hz, PF

 Các biểu đồ tham số bổ sung khác

 Các tham số đồ họa có thể lựa chọn

(Hình minh họa tại đây)

2.2.6 Giám sát mạng truyền thông

Hệ thống cung cấp chức năng giám sát mạng truyền thông như sau:

 Có thể truy cập các tham số của các thiết bị kết nối

 Có thể sửa đổi các tham số (địa chỉ IP, cấu hình Switch, máy tính, vv.)

 Theo dõi lỗi kết nối và khôi phục lại chúng

 Hiển thị đồ họa trạng thái làm việc của mạng và các thiết bị kết nối

 Xác minh và giám sát kết nối thiết bị liên quan: có các công cụ hỗ trợ phân tích trạng thái kênh, kết nối IED tương ứng, v.v

CHƯƠNG 3 QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 3.1 Kiểm tra đo lường

3.1.1 Mục đích kiểm tra

- Kiểm tra khả năng đo dữ liệu tương tự tại dòng feed-in (cho cả 3 pha và 1 pha)

- Đánh giá được khả năng, kết quả điều khiển INVERTER thông qua các dữ liệu thu được

3.1.2 Triển khai thử nghiệm

- Mở HMI để truy nhập bảng điều khiển PPC

- Kiểm tra hiện thị dữ liệu trong Kênh POI bao gồm Tần số, điện áp, dòng điện, suất hoạt động, phản ứng, rõ ràng và hệ số công suất, hài hòa

3.1.3 Tiêu chí đánh giá

- Tiến trình đo đạc không xảy ra sai sót, nhầm lẫn

- Nghiêm túc, hoạt động có hiệu quả trong quá trình đo

- Dữ liệu đo lường được hiển thị chính xác

3.2 Trình tự thí nghiệm

- Thay đổi các thông số cài đặt và phân tích kết quả điều khiển của inverter

là một quá trình phức tạp và yêu cầu nhiều kiến thức chuyên môn Một inverter là một thiết bị chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều hoặc ngược lại Inverter được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như điều khiển tốc độ của động cơ, năng lượng mặt trời, hệ thống lưu trữ năng lượng và các thiết bị điện tử

- Trong phần này, chúng ta tiến hành thay đổi các thông số để điều khiển công suất phản kháng, công suất tác dụng, điều khiển điện áp và điều khiển hệ số công suất

- Để điều khiển công suất tác dụng, ta làm như sau:

 Kích chuột vào biểu tượng PPC ở thanh bên trái màn hình (Hình minh họa tại đây)

 Chọn ROOFTOP SOLAR INV3P (Hình minh họa tại đây)

 Chọn PPC, ở ô CONTROL MODE ta thấy phần Active Power Control, chọn chế độ Closed Loop rồi ấn Set (Hình minh họa tại đây)

 Ở phần SETPOIN, ta cài đặt công suất Active Power bằng cách nhấn vào ô trống cùng hàng Active Power trong cột Input Value rồi nhập theo giá trị tùy ý rồi ấn Set (Hình minh họa tại đây)

Để điều khiển các thông số còn lại ta làm tương tự

- Đối với công suất phản kháng: nhấn vào ô Reactive Power

- Đối với Hệ số công suất: nhấn vào ô Power Factor

- Đối với Điện áp: nhấn vào ô Voltage

3.3 Đánh giá kết quả

Sau khi thay đổi các thông số của inverter Khoảng thời gian tiến hành điều khiển các thông số là từ 08:39h đến 10:00h ngày 22/08/2023 Ta có một số nhận xét và đánh giá như sau:

- Giá trị tần số luôn khồn đổi hoặc thay đổi không đáng kể

- Đồ thị thay đổi khi ta thay đổi các thông số và sẽ dao động xung quanh giá trị mà ta thay đổi Tuy nhiên đồ thị chỉ dao động quanh giá trị thấp hơn giá trị max của hệ thống Trong trường hợp ta thay đổi các thông số lớn hơn giá trị max của hệ thống thì đồ thị cũng chỉ dao động xung quanh giá trị max đó

- Khi thay đổi điểm Setpoint quá lớn, bức xạ mặt trời không thể đáp ứng điểm đó nên công suất chỉ dao động quanh giá trị lớn nhất có thể tại thời điểm đó

Với Inverter 3 Pha:

Các bước thực hiện: cài đặt Q = 1000Var, hệ số công suất bằng 0,9

setpoint(W)

Ramp Rate

Ta có đồ thị như sau: