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 CƠNG TRÌNH ĐƢỢC HỒN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CƠNG 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 CƠNG 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 Mơ 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 tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chƣa đƣợc cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn đƣợc cảm ơn thơng 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 tơi lời khun bổ ích để hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tất Thầy, Cơ Phịng 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, tơi đƣợc Thầy, Cơ giảng dạy tận tình, cho tơi nhiều kiến thức bổ ích Tơi 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 tơi vƣợt qua khó khăn suốt q trình học tập nghiên cứu vừa qua Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng 11 năm 2015 Mai Cơng Cương iii TÓM TẮT Lƣới điện siêu nhỏ phần hệ thống lƣới điện thông minh tƣơng lai bao gồm mạng nguồn phân tán có cơng suất nhỏ, điện áp thấp kế nối với có khơng 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 Mơ hình mô xây dựng kiểm tra matlab Simulink, mơ hình thực nghiệm thực phịng 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 Mơ 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 Mơ hình mơ nghịch lƣu pha hồn 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 cơng 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 dịng điện điện áp để đạt đƣợc tiêu chuẩn chất lƣợng độ méo dạng