Sử dụng thuật toán điều khiển mờ để điều khiển công suất trong mạng năng lượng mặt trời phân tán

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TĂNG VĂN DŨNG TĂNG VĂN DŨNG CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA C C SỬ DỤNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG MẠNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PHÂN TÁN R L T U D LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KHOÁ K37 Đà Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - TĂNG VĂN DŨNG SỬ DỤNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG MẠNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PHÂN TÁN C C R L T U D Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Nguyễn Hoàng Mai Đà Nẵng - Năm 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn riêng tơi hướng dẫn TS.Nguyễn Hồng Mai Các kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố ấn phẩm Tác giả luận văn Tăng Văn Dũng C C R L U D T MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC TÓM TẮT DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỤC LỤC HÌNH MỤC LỤC BẢNG MỞ ĐẦU Chƣơng : TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI VÀ ĐIỆN MẶT TRỜI MÁI NHÀ 1.1 Nguồn điện mặt trời mái nhà C C 1.1.1 Pin mặt trời mơ tả tốn học PV (Photovoltaic) 1.1.2 Phân loại điện mặt trời áp mái 1.1.3 Ưu điểm nguồn điện mặt trời mái nhà 11 1.1.4 Các sách hỗ trợ ĐMTMN quan quản lý Nhà nước EVN12 1.1.5 Tại nên lắp đặt điện mặt trời hòa (nối) lưới 14 1.1.6 lai Những khó khăn cần tháo gỡ để tăng trưởng nguồn ĐMTMN tương 15 R L T U D 1.2 Tình hình nghiên cứu nƣớc 15 1.2.1 Trong nước 15 1.2.2 Ngoài nước 15 Chƣơng 2: XÂY DỰNG MƠ HÌNH NGUỒN PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PV NỐI LƢỚI 20 2.1 Mơ hình tốn học pin mặt trời 20 2.2 Phƣơng pháp điều khiển bám điểm công suất cực đại: 22 2.3 Nguyên lí hoạt động hệ thống ĐMTMN hòa lƣới 23 2.4 Các thành phần hệ thống ĐMTMN hòa lƣới 25 2.4.1 Tấm pin (PV module) 25 2.4.2 Inverter 26 2.4.3 Hệ thống khung giàn 29 2.4.4 Hệ thống đo đếm 29 2.5 Giới thiệu điện lƣợng mặt trời nối lƣới 30 2.5.1 Hệ thống hịa lưới khơng dự trữ 31 2.5.2 Hệ thống điện mặt trời hịa lưới có dự trữ 33 2.6 Máy biến áp: 35 2.7 Tổn thất công suất đƣờng dây MBA 38 2.7.1 Tổn thất công suất đường dây 39 2.7.2 Tổn thất công suất MBA cuộn dây 41 CHƢƠNG 3: ÁP DỤNG THUẬT TỐN MỜ ĐỂ ĐĨNG/CẮT CÁC CỤM NLMTMN 43 3.1 Tổng quan logic mờ 43 3.1.1 Định nghĩa tập mờ: 45 3.1.2 Một vài dạng hàm liên thuộc thường sử dụng 46 3.1.3 Biến ngôn ngữ giá trị biến ngôn ngữ 47 3.1.4 Luật hợp thành 48 3.1.5 Giải mờ 49 C C R L 3.2 Điều khiển mờ 50 T 3.2.1 Cấu trúc điều khiển mờ 50 3.2.2 Phân loại điều khiển mờ 50 3.2.3 Các bước tổng hợp điều khiển mờ 51 U D 3.3 Phƣơng pháp đóng cắt inverter 52 3.4 Áp dụng thuật tốn logic mờ để đóng cắt cụm ĐMTMN 60 3.4.1 Các biến vào: 61 3.4.2 Các biến ra: 63 3.4.3 Luật hợp thành 64 Chƣơng 4: MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 65 4.1 Các tham số mô 65 4.2 Sơ đồ mô 65 4.2.1 Khối công suất cắt 66 4.2.2 Các khối xuất tuyến 69 4.2.3 Khối animation 71 4.3 Kết mô 72 Chƣơng 5: KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 TÓM TẮT SỬ DỤNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CƠNG SUẤT TRONG MẠNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PHÂN TÁN Học viên: Tăng Văn Dũng Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Khóa: K37.TĐH.KT Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Năng lượng mặt trời nguồn lượng ngày sử dụng phổ biến đời sống dần thay nguồn lượng truyền thống khả vô tận góp phần bảo vệ mơi trường Việt Nam nước có xạ mặt trời lớn nên có tiềm phát triển nguồn lượng tương lai Tuy việc phát triển điện mặt trời cụ thể điện mặt trời áp mái hộ gia đình cách ạt, khơng kiểm sốt dẫn đến ổn định hệ thống lưới điện, gây tải trạm biến áp Luận văn nghiên cứu ứng dụng thuật toán điều khiển mờ để điều khiển công suất mạng lượng mặt trời phân tán tránh gây tải cho trạm biến áp cách đóng cắt inverter dựa độ ưu tiên hộ tính từ thời gian cắt số lần cắt hộ, lượng công suất cắt bớt hiệu số công suất mặt trời cần logic mờ tính cơng suất trả lưới trường hợp công suất mặt trời cần lớn công suất trả lưới để đảm bảo công suất mặt trời trả lưới nằm khoảng cho phép C C R L T Từ khóa – điện mặt trời áp mái; logic mờ; lượng mặt trời; tải trạm biến áp; công suất trả lưới U D USING FUZZY CONTROL ALGORITHM TO CONTROL POWER IN SOLAR SYSTEM Abstract - Solar energy is a clean energy source that is increasingly used in life and gradually replaces traditional energy sources because of its endless capacity as well as contributing to environmental protection Vietnam is a country with large solar radiation, so it is very potential to develop this source of energy in the future However, the development of solar power, particularly on-grid system in households, is massively and uncontrollably, leading to instability of the grid system, causing overload of transformer stations The dissertation applied the fuzzy control algorithm to control the power in the distributed solar network to avoid overloading the transformer station by switching the inverter based on the priority of each household calculated from the time of cutting time and number of cuts per household, the amount of cut power is the difference of the solar power needed by the fuzzy logic and the power returned to the current grid in case the solar power needs to be greater than the capacity returns the grid to make sure the solar power it returns to the grid is always within the allowed range Key words – on-grid system; fuzzy logic; solar energy; overload of transformer station; solar power return to grid DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AC Dòng điện xoay chiều CPC EMEC Trung tâm sản xuất thiết bị đo điện tử Điện lực miền Trung CS Công suất DC Dòng điện chiều ĐMT Điện mặt trời ĐMTMN Điện mặt trời mái nhà EVN Tập đoàn Điện lực Việt Nam MCCB moulded case circuit breaker aptomat khối MBA Máy biến áp NLMT Năng lượng mặt trời PV Photovoltaic TBA Trạm biến áp U D T R L C C MỤC LỤC HÌNH Hình 1 Mạch điện tương đương nguồn pin mặt trời PV Hình Họ đường đặc tính chuẩn V-I theo thơng số độ rọi nguồn pin mặt trời PV Hình Sơ đồ nguyên lý nhà máy điện mặt trời PV nối lưới Hình Sơ đồ nguyên lý TBA có nguồn NLMTMN nối lưới Hình Sơ đồ hệ thống điện mặt trời hòa lưới Hình Sơ đồ hệ thống điện mặt trời Hybrid 10 Hình Sơ đồ lưới điện thông minh kết nối đa nguồn 16 C C Hình Sơ đồ dịch pha 16 Hình Sơ đồ nghịch lưu nối lưới 17 R L Hình 10 Sơ đồ hệ thống mặt trời nối lưới 17 T Hình 11 Dạng sóng dịng điện (A) điện áp (B) hệ thống mặt trời nối lưới 18 Hình 12 Kết thuật toán điều khiển bù tối ưu hóa cơng suất bơm lên lưới theo U D [4] 18 Hình Đặc tính làm việc pin mặt trời 20 Hình 2 Dịng điện module pin 20 Hình Mơ hình pin mặt trời xây dựng Matlab/Simulink (PV) 22 Hình Sơ đồ nguyên lý điều khiển trực nguyên lý MPPT 22 Hình Lưu đồ thuật toán P&O điều khiển trực phương pháp MPPT 23 Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống ĐMTMN hòa lưới 25 Hình Các pin PV phổ biến 26 Hình Central Inverter cấu trúc bên 27 Hình Sơ đồ hệ thống sử dụng String Inverter 27 Hình 10 Sơ đồ hệ thống sử dụng Micro Inverter 28 Hình 11 Sơ đồ hệ thống sử dụng String Inverter kết hợp Optimizer 28 Hình 12 Cơng tơ điện pha pha 30 Hình 13 Điện lượng mặt trời hòa lưới giải pháp lượng cho gia đình doanh nghiệp 31 Hình 14 Cấu tạo nguyên lý hoạt động hệ thống điện lượng mặt trời không lưu trữ 32 Hình 15 Hệ thống điện mặt trời có dự trữ 33 Hình 16 Các địa điểm phù hợp lắp đặt ĐMTMN hòa lưới 34 Hình 17 Cấu tạo MBA 36 Hình 19 Sơ đồ đường dây phụ tải phân bố 40 Hình Các dạng hàm liên thuộc thường sử dụng 47 Hình Sơ đồ cấu trúc điều khiển mờ 50 Hình 3 Sơ đồ inverter lọc 53 Hình Sơ đồ quy đổi hệ thống NLMTMN 54 Hình Phương pháp đóng cắt inverter 55 Hình Thuật tốn xếp độ ưu tiên hộ xuất tuyến 57 Hình Thuật tốn xuất tín hiệu đóng cắt hộ xuất tuyến 59 Hình Các biến vào/ra điều khiển mờ 61 Hình Số lượng inverter 62 Hình 10 Cơng suất hộ sử dụng 62 Hình 11 Cơng suất mặt trời cần 63 C C R L Hình Sơ đồ mô hệ thống 65 Hình Sơ đồ khối công suất cắt 68 T Hình Sơ đồ cấu trúc 10 hộ khối xuất tuyến 69 Hình 4 Sơ đồ cấu trúc hộ 70 U D Hình Sơ đồ hàm xếp xuất tín hiệu đóng cắt xuất tuyến 71 Hình Giao diện GUI 40 hộ 72 Hình Đồ thị số lượng inverter 74 Hình Đồ thị cơng suất trả lưới có sử dụng fuzzy 74 Hình Đồ thị công suất trả lưới khơng có sử dụng fuzzy 75 MỤC LỤC BẢNG Bảng Khả tải MBA (Nguồn: Quyết định việc ban hành Quy trình Quản lý vận hành Bảo dưỡng TBA phân phối Tập đoàn Điện lực Quốc gia Việt Nam- ngày 04 tháng 03 năm 2019) 38 Bảng Luật hợp thành 64 C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T ... - TĂNG VĂN DŨNG SỬ DỤNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PHÂN TÁN C C R L T U D Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 8520216... 78 TĨM TẮT SỬ DỤNG THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRONG MẠNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI PHÂN TÁN Học viên: Tăng Văn Dũng Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Khóa:... lần cắt hộ, lượng công suất cắt bớt hiệu số công suất mặt trời cần logic mờ tính cơng suất trả lưới trường hợp công suất mặt trời cần lớn công suất trả lưới để đảm bảo công suất mặt trời trả lưới