Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)

Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)Điều khiển công suất của hệ thống tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo nối lưới (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP BÙI THỊ THU HÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG TÍCH HỢP CÁC NGUỒN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO NỐI LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA THÁI NGUYÊN, 2017 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Ý NGHĨA CÁC TỪ TIẾNG ANH VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Phạm vi nghiên cứu Mục tiêu đề tài Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 10 TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 10 1.1 TỔNG QUAN 10 1.1.1 Khái niệm lượng tái tạo 10 1.1.2 Phân loại lượng tái tạo 10 1.1.3 Vai trò lợi ích lượng tái tạo 12 1.2 TÌNH HÌNH KHAI THÁC VÀ SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TÍCH HỢP ĐIỆN GIÓ MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI 14 1.3 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LƯỢNG TÍCH HỢP ĐIỆN GIĨ MẶT TRỜI 17 1.3.1 Tiềm phát triển lượng tái tạo Việt Nam 17 1.3.2 Xu phát triển điện gió điện mặt trời Việt Nam 18 1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 19 CHƯƠNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐIỆN GIÓ VÀ ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 20 2.1 MƠ TẢ HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐIỆN GIĨ VÀ ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 20 2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống 20 2.1.2 Vấn đề điều khiển hệ thống tích hợp điện gió mặt trời nối lưới 22 2.2 PIN MẶT TRỜI (PV - Photovoltaic) 22 2.2.1 Khái niệm 22 2.2.2 Mơ hình tốn đặc tính làm việc pin mặt trời 23 2.3 BỘ BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU - MỘT CHIỀU (DC/DC) 26 2.3.1 Chức 26 2.3.2 Các loại biến đổi DC/DC 27 2.3.2.1 Bộ biến đổi DC/DC không cách ly 27 2.3.2.2 Bộ biến đổi DC/DC có cách ly 32 2.3.3 Điều khiển biến đổi DC-DC 33 2.3.3.1 Mạch vòng điều khiển điện áp 33 2.3.3.2 Mạch vòng điều khiển dòng điện 34 2.4 TUABIN GIÓ VÀ MÁY PHÁT ĐIỆN 34 2.4.1 Cấu tạo 34 2.4.2 Mơ hình hóa tuabin gió (WT) máy phát cảm ứng 36 2.4.3 Điều khiển điện gió 38 2.5 NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI (Grid Tie Inverter) 39 2.5.1 Các phép chuyển đổi 39 2.5.1.1 Biến đổi hệ thống ba pha sang pha 39 2.5.1.2 chuyển đổi hệ thống pha sang hai pha 42 2.5.2 Điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) 43 2.5.2.1 Điều chế độ rộng xung dựa sóng mang (CB-PWM) 44 2.5.2.2 Điều chế véc tơ không gian (SVM) 45 2.5.4 Bù sóng hài 46 2.6 ĐỒNG BỘ HÓA LƯỚI 47 2.6.1 Lọc phát điểm qua zero (ZCD - Zero Cross Detection) 47 2.6.2 Lọc điện áp lưới 47 2.6.3 Vòng lặp khóa pha (PLL - Phase Lock Loop) 48 2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 49 CHƯƠNG 50 ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ ĐIỆN GIÓ 50 3.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/AC 50 3.1.1 Bộ điều khiển tỉ lệ tích phân (PI) 50 3.1.2 Bộ điều khiển cộng hưởng tỉ lệ (PR - Proportional Resonant) 51 3.1.3 Bộ điều khiển phản hồi trạng thái 52 3.2 ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN CHO BIẾN TẦN MỘT PHA NỐI LƯỚI 52 3.2.1 Bộ điều khiển dòng điện d-q 52 3.2.2 Kết mô 54 3.3 ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TÁC DỤNG VÀ CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG CHO BIẾN TẦN MỘT PHA NỐI LƯỚI 55 3.3.1 Mở đầu 55 3.3.2 Công suất tác dụng công suất phản kháng pha hệ qui chiếu ảo trục 58 3.3.3 Cấu trúc mạch điều khiển công suất 60 3.3.4 Kết mô 62 3.3.5 Nhận xét 64 3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 64 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Minh họa hệ thống điều khiển nối lưới nguồn điện gió mặt trời [27] Hình 1.2: Điện mặt trời cho hộ gia đình [26] Đồ thị 1: Sự tăng trưởng tổng điện mặt trời theo năm 15 Đồ thị 2: Tình hình xây dựng nhà máy quang điện mặt trời năm 2001-2015 16 Hình 2.1: Hệ thống tích hợp điện gió mặt trời nối lưới [27] 20 Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống tích hợp lượng gió mặt trời 22 Hình 2.3: Mạch tương đương modul PV 24 Hình 2.4: Quan hệ I(U) P(U) PV 25 Hình 2.5a,b,c,d: Họ đặc tính PV 26 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý giảm áp Buck 27 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost 28 Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck - Boost 29 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý biến đổi Cuk 30 Hình 2.10: Sơ đồ mạch Cuk khố SW mở thơng dòng 31 Hình 2.11: Sơ đồ mạch Cuk khố SW đóng 31 Hình 2.12: Bộ chuyển đổi DC/DC có cách ly 32 Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển điện áp 33 Hình 2.14: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện 34 Hình 2.15: Cấu tạo tuabin gió trục ngang 35 Hình 2.16: Tuabin gió với tốc độ thay đổi có biến đổi nối trực tiếp stator lưới 36 Hình 2.17: Sơ đồ mơ tuabin gió 38 Hình 2.18: Chỉnh lưu cầu kép 38 Hình 2.19: Sơ đồ khối chức điều khiển tuabin gió 39 Hình 2.21: Chuyển đổi từ hệ qui chiếu αβ sang hệ qui chiếu dq 41 Hình 2.22: Cấu trúc SOGI 43 Hình 2.23: Điều chế độ rộng xung dựa sóng mang hình sin 44 Hình 2.24: Biểu diễn véc tơ không gian điện áp 45 Hình 2.25:Vòng lặp khóa pha 48 Hình 2.26: Sơ đồ vòng khóa pha với chuyển đổi 49 Hình 3.1: Sơ đồ điều khiển dòng điện biến tần pha nối lưới 54 Hình 3.2: Đáp ứng hệ thống sử dụng PI 55 Hình 3.3: Sơ đồ khối nghịch lưu nối lưới 57 Hình 3.4: Đồ thị véc tơ điện áp dòng điện biến tần 57 Hình 3.5: Vòng điều khiển dòng điện 61 Hình 3.6: Bộ điều khiển cơng suất 62 Hình 3.7: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển công suất biến tần pha nối lưới 62 Hình 3.8: Cơng suất tác dụng 63 Hình 3.9: Công suất phản kháng 63 Hình 3.10: Dạng sóng điện áp 64 Ý NGHĨA CÁC TỪ TIẾNG ANH VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT Inverter Grid Tie Inverter On Grid Biến tần nối lưới PLL - Phase Lock Loop Vòng khóa pha NLTT Năng lượng tái tạo DC-DC Biến đổi chiều sang chiều DC-AC Biến đổi chiều sang xoay chiều PR - Proportional Resonant Cộng hưởng tỉ lệ INC - Inremental Conductance Thuật toán độ dẫn gia tăng Anti Islanding Chống cô lập CV - Constant Voltage Thuật tốn điện áp khơng đổi P&O - Perturb and Observe Thuật toán xáo trộn quan sát PC - Parasitic Capacitance Thuật toán điện dung ký sinh Solar Power Năng lượng mặt trời SOGI-Second-order generalised Tích phân bậc tổng quát integrator ZCD - Zero Cross Detection Phát điểm qua zero ZCZVS - Zero current Zero Voltage Switching Chuyển mạch với điện áp dòng điện CB-PWM - Carrier Based Pulse Width Điều chế độ rộng xung dựa sóng mang SVM - Space Vecto Modulation Điều chế véc tơ không gian CC - Current Control Điều khiển dòng điện VC - Voltage - Control điều khiển điện áp VSI - Voltage Source Inverter biến tần nguồn áp MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Hiện nguồn lượng truyền thống như: dầu mỏ, khí đốt tự nhiên than đá ngày cạn kiệt, đáp ứng nhu cầu lượng thêm 50-70 năm Vì vậy, cần phải tìm kiếm nguồn lượng để thay Giải pháp nghiên cứu sử dụng nguồn lượng tái tạo Nguồn lượng tái tạo dồi dào, có khả thay nguồn lượng hóa thạch, giảm thiểu tác động đến mơi trường Vì vậy, tập trung nghiên cứu ứng dụng lượng tái tạo hướng lượng công nghiệp, thời đại ngày vấn đề tiết kiệm lượng đặt lên hàng đầu Việc khai thác lượng tái tạo có ý nghĩa quan trọng kinh tế, xã hội, an ninh lượng phát triển bền vững Nguồn lượng mặt trời nguồn lượng phong phú, xanh, sạch, thân thiện với môi trường, áp dụng nơi miễn nơi có ánh sáng mặt trời Chi phí thực nguồn lượng giảm nhanh chóng dự kiến tiếp tục giảm năm thực lượng tương lai đầy hứa hẹn cho khả phát triển kinh tế môi trường bền vững Đồng thời, nguồn gốc nguồn lượng tái tạo khác lượng gió, lượng sinh khối, lượng dòng sơng… Trong năm gần có nhiều nghiên cứu, ứng dụng nhằm sản xuất tích trữ lượng mặt trời [1], [2], [3], [4], nhiên, việc sử dụng nguồn lượng chủ yếu dừng lại mức cục (tức khai thác sử dụng chỗ ), lượng dư thừa chưa hòa lên lưới điện quốc gia ( bán trở lại cho lưới điện thông qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện ) Vì vậy, việc nghiên cứu, xây dựng sơ đồ hệ thống tích hợp ng̀ n lươ ̣ng tái tạo để cung cấ p cho phụ tải cục đồng thời hòa nguồn lượng lên lưới điện quốc gia vấn đề cấp thiết Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu hệ thống điều khiển lai nối lưới lượng điện gió mặt trời với cơng suất nhỏ dùng hộ khu dân cư (hình 1) Hệ thống có kinh phí vừa phải phù hợp với điều kiện Việt Nam Hình 1.1: Minh họa hệ thống điều khiển nối lưới nguồn điện gió mặt trời [27] Mục tiêu đề tài Xây dựng phương án tích hợp nguồn lượng tái tạo (gió mặt trời) hòa lưới điện đề xuất giải pháp điều khiển công suất hệ thống Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với mô phần mềm Matlab Psim Hình 1.2: Điện mặt trời cho hộ gia đình [26] CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1 TỔNG QUAN 1.1.1 Khái niệm lượng tái tạo Năng lượng tái tạo hiểu nguồn lượng hay phương pháp khai thác lượng mà đo chuẩn mực người vô hạn, theo hai nghĩa: Hoặc lượng tồn nhiều đến mức mà trở thành cạn kiệt sử dụng người (năng lượng Mặt Trời) lượng tự tái tạo thời gian ngắn liên tục (năng lượng sinh khối) quy trình diễn tiến thời gian dài Trái Đất Năng lượng mặt trời nguồn lượng tái tạo quan trọng mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh Đồng thời nguồn gốc nguồn lượng tái tạo khác nặng lượng gió, lượng sinh khối, lượng dòng sơng… Năng lượng mặt trời nói vơ tận Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng nguồn lượng cần phải biết đặc trưng tính chất nó, đặc biệt tới bề mặt đất 1.1.2 Phân loại lượng tái tạo Việt Nam có tiềm phát triển nguồn Năng lượng tái tạo sẵn có Những nguồn Năng lượng tái tạo khai thác sử dụng thực tế nhận diện đến gồm: thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng sinh khối, lượng khí sinh học (KSH), nhiên liệu sinh học, lượng từ nguồn rác thải sinh hoạt, lượng mặt trời, lượng địa nhiệt Thủy điện nhỏ: Được đánh giá dạng Năng lượng tái tạo khả thi mặt kinh tế - tài Căn vào báo cáo đánh giá gần có 1.000 địa điểm xác định có tiềm phát triển thủy điện nhỏ, qui mơ từ 100kW tới 30MW với tổng công suất đặt 7.000MW, vị trí tập trung chủ yếu vùng núi phía Bắc, Nam Trung Bộ Tây Nguyên Năng lượng gió: Được đánh giá quốc gia có tiềm phát triển lượng gió số liệu tiềm khai thác lượng gió Việt Nam chưa lượng hóa đầy đủ thiếu điều tra đo đạc Số liệu đánh giá tiềm năng lượng gió có dao động lớn, từ 1.800MW đến ... dụng nguồn lượng tái tạo Nguồn lượng tái tạo dồi dào, có khả thay nguồn lượng hóa thạch, giảm thiểu tác động đến mơi trường Vì vậy, tập trung nghiên cứu ứng dụng lượng tái tạo hướng lượng công. .. QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO 1.1 TỔNG QUAN 1.1.1 Khái niệm lượng tái tạo Năng lượng tái tạo hiểu nguồn lượng hay phương pháp khai thác lượng mà đo chuẩn mực người vơ hạn, theo hai nghĩa: Hoặc lượng. .. Phân loại lượng tái tạo Việt Nam có tiềm phát triển nguồn Năng lượng tái tạo sẵn có Những nguồn Năng lượng tái tạo khai thác sử dụng thực tế nhận diện đến gồm: thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng sinh