Phương pháp điều khiển chia tải p và q trong hệ thống năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - MAI CÔNG CƢƠNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI P VÀ Q TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM - MAI CÔNG CƢƠNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI P VÀ Q TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN Mã số ngành: 60520202 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ MINH PHƢƠNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2015 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hƣớng dẫn khoa học : PGS.TS: LÊ MINH PHƢƠNG Luận văn Thạc sĩ đƣợc bảo vệ Trƣờng Đại học Công nghệ TP HCM ngày … tháng … năm 2015 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: TT Họ tên Chức danh Hội đồng Chủ tịch Phản biện Phản biện Ủy viên Ủy viên, thƣ ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn đƣợc sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƢỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng 11 năm 2015 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: MAI CÔNG CƢƠNG Giới tính: NAM Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1980 Nơi sinh: THÁI BÌNH Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN MSHV: 1241830002 I- Tên đề tài: Phƣơng pháp điều khiển chia tải p q hệ thống lƣợng mặt trời II- Nhiệm vụ nội dung: Tổng quan Microgrid Các phƣơng pháp điều khiển chia tải Mô giải thuật chia tải đề xuất Mô hình thực nghiệm III- Ngày giao nhiệm vụ: IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: V- Cán hƣớng dẫn: PGS.TS: LÊ MINH PHƢƠNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN PGS.TS Lê Minh Phƣơng KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn đƣợc cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn Mai Công Cương ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin gửi đến thầy PGS TS Lê Minh Phƣơng lời biết ơn sâu sắc dành thời gian quý báu để hƣớng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi nhƣ cho lời khuyên bổ ích để hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn tất Thầy, Cô Phòng Thí Nghiệm Nghiên Cứu Điện Tử Công Suất trƣờng đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp HCM đặc biệt Tôi muốn gửi lời cảm ơn Tôi tới Thạc sĩ Nguyễn Minh Huy giúp đỡ đồng hành thời gian thực luận văn Trong suốt thời gian học tập Trƣờng Đại Học Công Nghệ Tp HCM, đƣợc Thầy, Cô giảng dạy tận tình, cho nhiều kiến thức bổ ích Tôi xin gửi đến Quý Thầy, Cô lời cảm ơn chân thành Cuối cùng, xin cám ơn ngƣời thân gia đình động viên tạo điều kiện giúp vƣợt qua khó khăn suốt trình học tập nghiên cứu vừa qua Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2015 Mai Công Cương iii TÓM TẮT Lƣới điện siêu nhỏ phần hệ thống lƣới điện thông minh tƣơng lai bao gồm mạng nguồn phân tán có công suất nhỏ, điện áp thấp kế nối với có không sử dụng hệ thống tích trữ lƣợng Hiện hệ thống lƣới phân phối điện cục (DG) sử dụng nguồn lƣợng tái tạo mặt trời, gió nguồn lƣu trữ đƣợc phát triển rộng rãi Tuy nhiên nguồn điện không trực tiếp tạo điện áp xoay chiều pha Vì vậy, yêu cầu phải sử dụng nghịch lƣu nguồn áp pha Các nghịch lƣu tạo lƣới siêu nhỏ (Microgrid) trƣớc kết nối với lƣới điện Để truyền tải lƣợng công suất lớn hay kết nối nhiều nguồn phát với lƣới cần thiết kết nối vận hành song song nghịch lƣu khả mang dòng điện lớn thiết bị bán dẫn bị hạn chế Một lý khác nghịch lƣu hoạt động song song tạo thành hệ thống dự phòng, nâng cao độ tin cậy hệ thống đồng thời tạo tính linh hoạt cho phép đóng ngắt nguồn vào lƣới cách dễ dàng Trong giới hạn luận văn thạc sĩ, tác giả tập trung giải vấn đề kết nối song song nghịch lƣu làm để chia tải đảm bảo chúng đƣợc kết nối cách linh hoạt không ảnh hƣởng đến độ tin cậy hệ thống Mô hình mô xây dựng kiểm tra matlab Simulink, mô hình thực nghiệm thực phòng thí nghiệm để kiếm chứng tính đắn lý thuyết đưa iv ABSTRACT Micro grid is an element of smart grid in future which includes low power, low voltage distributed energy resources connected together Currently, electricity distributed generator (DG) using renewable energy sources solar, wind and storage resources are developing extensively However, this power source does not directly converter to – phase AC voltage Therefore, giving the claim to use the – phase inverter before connecting to the grid To transmit large amounts of power, or connect multiple sources to micro – grid, parallel operation of the inverters are required due to large current-carrying capability of the semiconductor device is limited Another reason is that the parallel inverters will enhance the redundant power system which increases reliability and creates flexibility of system In this master thesis, authors focus on solving parallel inverter issues in micro grid such as how to share the load and ensure that they are connected in a flexible way, not affect the reliability of system Simulation model was built and tested on MATLAB Simulink, empirical model implemented in the laboratory to verify the correctness of the theory presented v MỤC LỤC Chƣơng GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài .1 1.1.1 Tình hình lƣợng giới 1.1.2 Tiềm năng lƣợng mặt trời Việt Nam 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu .6 1.4 Nhiệm vụ luận văn Chƣơng TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 2.1 Pin lƣợng mặt trời (PV) 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Mô hình tƣơng đƣơng pin lƣợng Mặt trời 2.1.3 Các đặc tuyến pin lƣợng mặt trời 10 2.2 Giới thiệu biến đổi công suất – tăng áp DC/DC 13 2.3 Giới thiệu biến đổi công suất – nghịch lƣu DC/AC .15 2.4 Các hệ thống lƣợng mặt trời 17 2.4.1 Hệ thống lƣợng mặt trời hoạt động độc lập 17 2.4.2 Hệ thống lƣợng mặt trời kết nối lƣới 17 2.4.3 Hệ thống lƣợng mặt trời kết hợp 18 2.5 Tổng quan cấp điều khiển hệ thống lƣợng mặt trời 19 2.5.1 Bộ điều khiển Zero: .19 2.5.2 Bộ điều khiển sơ cấp: 19 2.5.3 Điều khiển thứ cấp 21 2.5.4 Điều khiển Tertairy 22 vi Chƣơng PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI DROOP CONTROL P/F – Q/V 23 3.1 Phƣơng pháp điều khiển Droop .23 3.1.1 Khi tải ngõ cảm: .23 3.1.2 Khi δ nhỏ 24 3.1.3 Điều khiển độ trƣợt – Droop control .25 3.2 Điều khiển hệ thống 27 Chƣơng MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI CHIA TẢI P VÀ Q TRÊN MATLAB SIMULINK 28 4.1 Mô pin lƣợng mặt trời 29 4.2 Mô tăng áp DC/DC giải thuật MPPT 30 4.2.1 Giải thuật MPPT Perturbation And Observe (PO) 30 4.2.2 Bộ tăng áp DC/DC 31 4.3 Mô nghịch lƣu DC/AC 32 4.3.1 Các khối đo lƣờng 32 4.3.2 Các khối điều khiển .35 4.3.3 Điều chế vector không gian (SVPWM) 38 4.4 Mô điều khiển độ trƣợt – Droop control .43 4.5 Mô hình mô nghịch lƣu pha hoàn chỉnh .43 4.6 Kết mô 45 4.6.1 Trƣờng hợp đƣờng dây có trở R khác 46 4.6.2 Trƣờng hợp đƣờng dây có cảm L khác .48 4.6.3 Trƣờng hợp đƣờng dây R,L có R lớn khác 49 4.6.4 Trƣờng hợp đƣờng dây L,R có R nhỏ khác 52 4.6.5 Trƣờng hợp đƣờng dây có L, R .54 74 Hình 5.22 – Mạch cảm biến thực tế 5.4 Thiết kế nghịch lƣu phase: Bộ nghịch lƣu ba pha bậc gồm khóa bán dẫn công suất (IGBT) đóng ngắt theo yêu cầu mạch điều khiển để chuyển điện áp DC ngõ vào thành AC có tần số thay đổi đƣợc ngõ Các yêu cầu đặt cho linh kiện sử dụng làm nghịch lƣu:  Điện áp VDS ( Mosfet) hay VCE ( IGBT) > VDC  Dòng điện qua linh kiện > dòng định mức động ≈ 10A nhiệt độ hoạt động  Chịu đƣợc tần số đóng ngắt cao Ngõ AC nối tiếp với mạch lọc thông thấp LC mục đích lọc hài bậc cao dòng điện điện áp để đạt đƣợc tiêu chuẩn chất lƣợng độ méo dạng [...]... suất P và Q trong hệ thống năng lƣợng mặt trời hoạt động độc l p và khả năng ứng dụng trên thực tế của phƣơng ph p điều khiển Droop control Phạm vi nghiên cứu: Trên mô phỏng và xây dựng phần cứng là các bộ nghịch lƣu, kiểm tra phƣơng ph p điều khiển Droop control trong phòng thí nghiệm với công suất nhỏ 7 1.4 Nhiệm vụ của luận văn - Tổng quan về Microgrid - Các phương ph p điều khiển chia tải - Mô phỏng... thống PV là: cách ly và không cách ly Hình 2.18: Hệ thống năng lƣợng mặt trời kết nối lƣới 2.4.3 Hệ thống năng lƣợng mặt trời kết h p Hầu hết các trƣờng h p ứng dụng trong các hệ thống lớn, hệ thống PV thƣờng đƣợc dùng thêm với máy phát diesel Đối với trƣờng h p đó, hệ thống PV độc l p thƣờng không thể cung c p đủ nguồn năng lƣợng yêu cầu cho tải Hệ thống PV kết h p máy phát vừa đ p ứng đủ yêu cầu của tải. .. dụng đƣợc thêm nguồn năng lƣợng từ PV Hình 2.19: Hệ thống năng lƣợng mặt trời kết h p acquy và máy phát điện 19 2.5 Tổng quan về các c p điều khiển trong hệ thống năng lƣợng mặt trời Các bộ nghịch lƣu kết nối lƣới trong hệ thống microgrid có tác dụng là trung gian chuyển đổi nguồn năng lƣợng từ các nguồn phát độc l p (năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng gió…) vào lƣới 3 pha hoặc 1 pha Mặt khác, các bộ nghịch... chức năng ổn định lƣới, chuyển đổi phƣơng ph p điều khiển trong trƣờng h p có kết nối với lƣới và không kết nối lƣới Một hệ thống microgrid hoàn chỉnh bao gồm 3 tầng điều khiển nhƣ sau: Hình 2.20: Các c p điều khiển trong hệ thống năng lƣợng mặt trời 2.5.1 Bộ điều khiển Zero: Là tầng trong cùng của bộ điều khiển, lấy thông tin trực ti p từ lƣới điều khiển hòa lƣới Đặc điểm của bộ điều khiển sơ c p là... tải AC Phần lƣu trữ cũng rất quan trọng, gi p lƣu năng lƣợng và phát lại Hình 2.17: Hệ thống năng lƣợng mặt trời hoạt động độc l p 2.4.2 Hệ thống năng lƣợng mặt trời kết nối lƣới Hệ thống kết nối lƣới PV g p phần gia tăng công suất cho hệ thống lƣới điện quốc gia và tiết kiệm chi phí dùng điện cho các hộ sử dụng cũng nhƣ các công ty ở các nƣớc phát triển Hơn nữa hệ thống PV kết nối lƣới không cần phải... khai trong các hệ thống điện ba pha Đây là một phƣơng ph p hiện đại và chính xác, giải thuật đƣợc thực hiện bằng kĩ thuật số và là phƣơng ph p đƣợc sử dụng phổ biến nhất hiện nay trong lĩnh vực điện tử công suất liên quan đến việc điều khiển các đại lƣợng xoay chiều ba pha nhƣ điều khiển động cơ xoay chiều, điều khiển các mạch lọc tích cực, điều khiển các bộ nghịch lƣu ba pha nối lƣới 17 2.4 Các hệ thống. .. mặt trời kết h p acquy và máy phát điện 18 Hình 2.20: Các c p điều khiển trong hệ thống năng lƣợng mặt trời 19 Hình 2.21: Sơ đồ điều khiển cho c p Secondary 21 Hình 3.1: Mô hình đơn giản của bộ nghịch lƣu kết nối lƣới 23 ix Hình 3.2: Đƣờng đặc trƣng Droop điều khiển theo tần số 25 Hình 3.3: Cấu trúc của điều khiển toàn hệ thống 27 Hình 4.1: Mô hình mô phỏng hệ thống. .. 3 pha công suất nhƣ nhau, kết nối song song với nhau và hoạt động nhƣ một microgrid độc l p Các bộ nghịch lƣu đặt cách xa nhau và cách xa hộ tiêu thụ, cần phải có biện ph p để 2 bộ nghịch lƣu hoạt động song song với nhau để bảo đảm tính ổn định của hệ thống và gi p cho các bộ nghịch lƣu không bị quá tải Cần có phƣơng ph p điều khiển để giải quyết bài toán này! Phƣơng ph p điều khiển thụ động Droop... Mô phỏng giải thuật chia tải đề xuất - Mô hình thực nghiệm 8 Chƣơng 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 2.1 Pin năng lƣợng mặt trời (PV) 2.1.1 Giới thiệu Pin năng lƣợng Mặt trời (hay pin quang điện, tế bào quang điện), là phần tử bán dẫn quang có chứa trên bề mặt một số lƣợng lớn các linh kiện cảm biến ánh sáng là các dạng diod p- n, dùng biến đổi năng lƣợng ánh sáng thành năng lƣợng điện Sự... thống năng lƣợng mặt trời 2.4.1 Hệ thống năng lƣợng mặt trời hoạt động độc l p PV đầu tiên đƣợc ứng dụng độc l p Đối với những vùng nông thôn, vùng núi cao, hay ở những vùng hẻo lánh của các nƣớc đang phát triển, nơi mà lƣới điện quốc gia chƣa cung c p đến, thì việc sử dụng các hệ thống PV độc l p hoàn toàn c p thiết Nguồn điện lấy xuống từ PV sẽ đƣợc c p cho tải DC hoặc qua hệ thống nghịch lƣu rồi cấp