Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn này đã thực hiện thiết kế và mô phỏng hệ thống điện tử công suất dùng cho năng lượng mặt trời nối lưới. Trong đó đưa ra các lý thuyết cơ bản về năng lượng mặt trời, các bộ biến đổi cũng như các tiêu chuẩn nối lưới để nghiên cứu và khảo sát.Từ thông số kỹ thuật của tấm pin mặt ười ưong thực tế, phần mềm Simulink đã giúp mô phỏng lại tấm pin mặt ười. Thông qua hệ thống gồm hai giai đoạn, năng lượng từ pin mặt trời được biến đổi. Đầu tiên là bộ biến đổi Boost giúp khuếch đại điện áp từ pin mặt ười và dò tìm điểm công suất cực đại với thuật toán Perturb and Observe. Sau đó công suất được biến độ DCAC bằng bộ nghịch lưu ba bậc NPC điều khiển ưong hệ quy chiếu đồng bộ. Vòng khóa pha thực hiện đồng bộ pha với lưới. Ngõ ra của bộ nghịch lưu được lọc thông qua bộ lọc LCL và sau đó nối lên lưới. Lưới điện có điện áp pha 400V hiệu dụng.Luận văn này còn thực hiện khảo sát hệ thống khi xảy ra điện áp không cân bằng ưên lưới. Đồng thời khảo sát bộ điều khiển phân tầng đồng bộ kép giúp hệ thống hoạt động tốt kể cả khi lưới không cân bằng.Cuối cùng, kết quả mô phỏng được kiểm nghiệm và phân tích. Từ đó đưa ra nhận xét và kết luận.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHAN ĐÌNH KHÁT NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU BA BẬC NPC CHO BIẾN ĐỔI NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60 52 02 02 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 06 năm 2018 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa -ĐHQG -HCM Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Phan Đình Khải MSHV: 1670347 Ngày, tháng, năm sinh: 20/02/1991 Noi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số : 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu điều khiển nghịch lưu ba bậc NPC cho biến đồi lượng mặt trời II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu phưorng pháp điều khiển nghịch lưu NPC cho lượng mặt hời nối lưói thực mơ Matlab III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo QĐ giao đề tài) 15/01/2018 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:(Ghi theo QĐ giao đề tài)17/06/2018 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên): PGS TS Nguyễn Vãn Nhờ Tp HCM, ngày thảng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Điện với đề tài “Nghiên cứu điều khiển nghịch lưu ba bậc NPC cho biến đổi lượng mặt trời” kết trình cố gắng không ngừng thân giúp đỡ, động viên khích lệ thầy, bạn bè người thân Qua trang viết xin gửi lời cảm om tới người giúp đỡ thời gian học tập - nghiên cứu khoa học vừa qua Tơi xin tỏ lòng kính ừọng biết om sâu sắc thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Nhờ, người trực tiếp tận tình hướng dẫn cung cấp tài liệu thông tin khoa học cần thiết cho luận văn Xin chân thành cảm om Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, khoa Điện - Điện tử tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt cơng việc nghiên cứu khoa học Cuối tơi xin chân thành cảm om bạn bè gia đình ln ủng hộ, giúp đỡ tơi ửong suốt q trình thực TÁC GIẢ Phan Đình Khải TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Luận văn thực thiết kế mô hệ thống điện tử công suất dùng cho lượng mặt trời nối lưới Trong đưa lý thuyết lượng mặt trời, biến đổi tiêu chuẩn nối lưới để nghiên cứu khảo sát Từ thông số kỹ thuật pin mặt ười ưong thực tế, phần mềm Simulink giúp mô lại pin mặt ười Thông qua hệ thống gồm hai giai đoạn, lượng từ pin mặt trời biến đổi Đầu tiên biến đổi Boost giúp khuếch đại điện áp từ pin mặt ười dò tìm điểm cơng suất cực đại với thuật tốn Perturb and Observe Sau công suất biến độ DCAC nghịch lưu ba bậc NPC điều khiển ưong hệ quy chiếu đồng Vòng khóa pha thực đồng pha với lưới Ngõ nghịch lưu lọc thông qua lọc LCL sau nối lên lưới Lưới điện có điện áp pha 400V hiệu dụng Luận văn thực khảo sát hệ thống xảy điện áp không cân ưên lưới Đồng thời khảo sát điều khiển phân tầng đồng kép giúp hệ thống hoạt động tốt kể lưới không cân Cuối cùng, kết mô kiểm nghiệm phân tích Từ đưa nhận xét kết luận ABTRACT In this thesis, the designing of a grid-connected photovoltaic system for the power electronic simulation has been carried out The relevant topics and literature regarding the elements in a photovoltaic system and grid connection standards have been studied and reviewed A system, with the capacity and ratings of solar modules currently available in the laboratory, has been designed in Simulink The designed system in a multistage system Perturb and Observe algorithm is used for maximum power point tracking Boost converter is used to amplify the photovoltaic array voltage The inverter used is a three-phase two-level inverter The conttol structure for inverter is designed in synchronous reference frame PLL extracts the necessary information of grid voltage phase The grid has a Line to Line voltage of 400Vrms An LCL filter is used to interconnect inverter output to the grid A study on unbalanced grid voltage has been implemented A proposed controller is DDSRF has been used to resolve the grid fault and keep power constant After that the results of the designed simulation are discussed In the end, discussion about this thesis, conclusion and recommendations for future work are presented LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập riêng Các số liệu sử dụng phân tích luận án có nguồn gốc rõ ràng, công bố theo quy định Các kết nghiên cứu luận án tự tìm hiểu, phân tích cách trung thực, khách quan phù hợp với thực tiễn Việt Nam Các kết chưa tùng công bố ừong nghiên cứu khác DANH SÁCH HÌNH Hình 2.1 Sản lượng điện từ pin mặt trời tăng trưởng nhanh chóng Hình 2.2 Dưới tác dụng photon, lớp tiếp xúc p-n tạo cặp electron lỗ ưống .3 Hình 2.3 Mạch tương đương te bào quang điện Hình 2.4 Hai thơng số quan trọng te bào quang điện: Dòng điện ngắn mạch (Isc) Điện áp hở mạch (Voc) Hình 2.5 Đặc tuyến lý tưởng dòng-áp te bào quang điện Hình 2.6 Đặc tuyến dòng áp có xét tới tổn hao Rs Rp Hình 2.7 Mạch tương đương xác pin mặt trời với điện trở ký sinh nối tiếp song song Hình 2.8 Đặc tính I-V cơng suất ngõ tế bào quang điện .6 Hình 2.9 Đặc tuyến dòng-áp theo cường độ xạ nhiệt độ pin mặt tròi Hình 2.10 Cấu trúc hệ thống pin mặt ười Hình 2.11 Hệ thống PV sử dụng chuyển DC-DC 10 Hình 2.12 Hệ thống đơn giai đoạn 11 Hình 2.13 Hệ thống hai giai đoạn .12 Hình 2.14 Vị ưí đặt tụ phân tầng cho hệ thống đom giai đoạn 12 Hình 2.15 Vị trí đặt tụ phân tầng cho hệ thống hai gian đoạn 13 Hình 2.16 Sơ đồ giải thuật P&Oa .14 Hình 2.17 Sơ đồ giải thuật IC 15 Hình 2.18 Sợ đồ mạch nghịch lưu pha NPC .18 Hình 2.19 Điều chế Sin PWM với hai sóng mang đồng pha .19 Hình 2.20 Tín hiệu xung kích cho khóaưên nhánh nghịch lưu 19 Hình 2.21 Mối quan hệ a0 dq .21 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 27 Hình 3.2 Cấu trúc điều khiển miền abc 28 Hình 3.3 Hệ thống điều khiển ưong miền a0 29 Hình 3.4 Hệ thống điều khiển ttong miền dqO 29 Hình 3.5 Điều khiển dòng điện lặp vòng phối hợp chéo 31 Hình 3.6 Thiết lập thông số mô PV Array .32 Hình 3.7 Đặc tuyến I-V P-V công suất thay đổi lkw 0.25kW 32 Hình 3.8 Đặc tuyến I-V P-V nhiệt độ pin thay đổi 33 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý vòng khóa pha PLL 34 Hình 3.10 Cấu trúc bên ttong vòng khóa pha 34 Hình 3.11 Góc pha điện áp dq: (a) truờng hợp sụt áp ừên ba pha, (b) truờng hợp sụt áp không sin, (c) truờng hợp ba pha không cân 35 Hình 3.12 Kết nối vòng khóa pha vào hệ thống .36 Hình 3.13 Sơ đồ khối DDSRF 38 Hình 3.14 Sơ đồ nguyên lý biến đổi Boost 40 Hình 3.15 Mơ điều khiển dòng điện 44 Hình 3.16 Dòng điện dq đo đuợc duới tác động phối hợp chéo .45 Hình 3.17 Vòng lặp điều khiển dòng đồng kép 46 Hình 3.18 Sơ đồ vòng lặp dòng DDSRF 47 Hình 3.19 Mô luới điện 47 Hình 3.20 Giản đồ hàm truyền hệ thống 49 Hình 3.21 Sơ đồ hàm truyền vòng lặp điện áp 50 Hình 4.1 Đồ thị mơ sụ thay đổi cuờng độ xạ nhiệt độ theo thời gian .53 Hình 4.2 Cơng suất ngõ PV Array 53 Hình 4.3.Điện áp ngõ PV Array 54 Hình 4.4 Điều chỉnh hệ số D cho biến đổi DC-DC .55 Hình 4.5 Điện áp tham chiếu điện áp DC Link thục tế 56 Hình 4.6 Dạng sóng điện áp dòng điện ngõ nghịch lưu .56 Hình 4.7 Dạng sóng điện áp dòng điện hệ thống hòa lưới 57 Hình 4.8 Phân tích sóng hài dòng điện phát lên lưới THD 58 Hình 4.9 Công suất cấp lên lưới .58 Hình 4.10 Dạng sóng tín hiệu điều khiển Id (màu tím) Iq (màu xanh dương) cho điều khiển dòng thơng thường SRF: (0-0.17s) lưới điện ổn định, (0.17-0.34s) lưới điện không cân 59 Hình 4.11 Loại bỏ dao động tín hiệu Id, Iq nhờ DDSRF-PLL 60 Hình 4.12 Dạng sóng tín hiệu điều khiển cho điều khiển dòng thứ tự nghịch DDSRF: (0-0.2s) Lưới điện ổn định, (0.2-0.4s) Lưới điện không cân 61 Hình 4.13 Dòng điện điện áp ngõ hệ thống dùng điều khiển thông thường lưới không cân 62 Hình 4.14 Dòng điện, điện áp ngõ hệ thống dùng điều khiển DDSRF lưới không cân 63 Hình 4.15 Dòng điện điện áp ngõ hệ thống dùng điều khiển thông thường lưới bị sụt áp .63 Hình 4.16 Dòng điện điện áp ngõ hệ thống dùng điều khiển DDSRF lưới bị sụt áp 64 Hình 4.17 Cơng suất ngõ hệ thống dùng điều khiển thông thường lưới không cân 65 Hình 4.18 Cơng suất ngõ hệ thống dùng điều khiển DDSRF lưới không cân 65 Hình 4.19 Công suất tác dụng công suất phản kháng thứ tự nghịch với điều khiển SRF, hài hài bậc hai 66 Hình 4.20 Cơng suất tác dụng công suất phản kháng thứ tự nghịch với điều khiển DDSRF, hài hài bậc hai 66 Hình 4.21 Thời gian đọ (ms) với điều khiển SRF DDSRF 68 Hình 4.22 Đồ thị đánh giá THD 70 Hĩnh 4.15 Dòng điện điện áp ngõ hệ thống dùng điều khiển thông thường khỉ lưới bị sụt áp Đối với trường hợp xảy sụt áp ba pha, lưới điện cân Khi tín hiệu điều khiển dq tín hiệu DC Tuy nhiên điện áp giảm thấp dẫn tới số điều chế nghịch lưu thay đổi đột ngột, với sụt áp DC Link, hệ thống ổn định điều khiển điện áp bị bão hòa Kéo theo điều khiển dòng làm việc khơng xác dòng điện tham chiếu đưa từ điều khiển áp khơng Hệ dòng điện bị méo dạng với gợn sóng hài lớn 13 ĩí ẽ 3i