(Luận văn thạc sĩ) mô hình hóa và điều khiển một hệ thống tích hợp năng lượng gió và năng lượng mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƯƠNG SƠN KHỞI MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN MỘT HỆ THỐNG TÍCH HỢP NĂNG LƯỢNG GIĨ VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LƢƠNG SƠN KHỞI MƠ HÌNH HĨA VÀ ĐIỀU KHIỂN MỘT HỆ THỐNG TÍCH HỢP NĂNG LƢỢNG GIÓ VÀ NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI NGÀNH:KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HỮU PHÚC Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 i LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: Lương Sơn Khởi Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh:15/12/1986 Nơi sinh: Ninh Thuận Quê quán:Ninh Thuận Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 40 Trần Cao Vân, Phường Đô Vinh, Tp Phan Rang Tháp Chàm, Ninh Thuận Điện thoại liên lạc: 0937.27.55.17 E-mail: khoinghiep27@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo: từ 2006 đến 2011 Nơi học (trường, thành phố): Trường ĐHSư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Ngành học: Điện Công Nghiệp Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: “Thiết kế thi công thiết bị nâng cao chất lượng điện năng” Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp:Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Người hướng dẫn: TS Trương Việt Anh III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ tháng 04 /2011 Cty cổ phần Dệt Texhong Việt Trưởng ca xưởng sản Nam xuất đến 12/2011 Từ tháng 12 /2011 đến 04/2014 Từ tháng 05/2014 đến Cty cổ phần công nghệ Tiên Phong Cty truyền tải điện Kỹ sư dự án Nhân viên vận hành Tp.Hồ Chí Minh, ngày tháng Xác nhận quan ii năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015 Lương Sơn Khởi iii LỜI CẢM ƠN Đầu tiên,tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt trình thực luận văn Xin cảm ơn Thầy Cô cho em tảng kiến thức – tri thức quí báu Xin cám ơn quý Thầy Cô trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM, Khoa Cơ –Điện – Điện Tử, Phòng Quản Lý Khoa Học - Đào Tạo Sau đại học, tập thể lớp 2012b 2013b tạo hội cho em thực Luận văn Cuối xin chân thành cảm ơn cha mẹ người thân bên động viên nhiều để tơi hồn thành khóa học Lương Sơn Khởi iv MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch cá nhân i Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục .v Danh sách chữ viết tắt x Danh sách hình xi Danh sách bảng xiv CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục tiêu nhiệm vụ 1.3 Phạm vi nghiên cứu 1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5 Điểm luận văn 1.6 Giá trị thực tiễn luận văn 1.7 Nội dung luận văn CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Microgrid phát điện phân tán 2.2 Tổng quan hệ thống chuyển đổi lƣợng gió 2.2.1 Các thành phần hệ thống chuyển đổi lượng gió 2.2.2 Các loại hệ thống chuyển đổi lượng gió 10 2.2.2.1 Hệ thống turbine gió tốc độ cố định 11 2.2.2.2 Hệ thống turbine gió tốc độ thay đổi, biến đổi tồn cơng suất 12 2.2.2.3Hệ thống turbine gió tốc độ thay đổi, biến đổi phần công suất 13 vii 2.2.2.4Tổng quan kiểu turbine gió 14 2.3 Tổng quan pin lƣợng mă ̣t trời 15 2.3.1 Năng lượng mặt trời nguồn lượng tương lai 15 2.3.2 Cấu trúc kết nội pin mặt trời 16 2.3.3 Các mơ hình kết nối lưới hệ thống điện mặt trời pha 19 2.4 Tổng quan kết nối turbine gió mă ̣t trời lƣới điện Microgrid 21 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT VÀ TÍNH TỐN 3.1 Năng lƣợng gió công suất turbine 23 3.1.1 Năng lượng gió 23 3.1.2 Hiệu suất turbine gió 26 3.1.3 Đường cong hiệu suất turbine gió 29 3.1.4 Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu (PMSG) 32 3.2 Pin lƣợng mặt trời phƣơng trình tốn pin lƣợng mặt trời 35 3.2.1 Phương trình tương đương pin lượng mặt trời 35 3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin lượng mặt trời 36 3.2.3 Phương trình tương đương pin lượng mặt trời 37 3.3 Mạch chỉnh lƣu 39 3.4 Mạch nghịch lƣu kết nối lƣới điện phân phối 42 3.4.1 Phân loại nghịch lưu 42 3.4.2 Phương pháp điều khiển khóa cơng suất nghịch lưu nguồ n áp 42 3.4.3 Phương pháp điề u khiể n khóa công suấ t bô ̣ nghich ̣ lưu nguồ n dòng 47 viii CHƢƠNG 4: MÔ HÌ NH HÓA & MÔ PHỎNG 4.1 Sơ đồ kết nối máy phát điện gió pin lƣợng mặt trời vào lƣới điện phân phối 51 4.1.1 Khố i turbine gió máy phát điện 52 4.1.2 Khối chỉnh lưu 55 4.1.3 Khối pin lượng mặt trời 56 4.1.4 Khối nghịch lưu 57 4.1.5 Khối lưới điện phân phối 58 4.1.6 Khối điều khiển pin NLMT 58 4.1.6.1 Nguyên lý hoạt động khối MPPT 60 4.1.7 Khối điều khiển máy phát điện gió 65 4.1.7.1 Nguyên lý hoạt động khối MPPT turbine gió 66 4.1.8 Khối điều khiển lưu trử lương (battery) 69 4.1.9 Khối phụ tải 70 4.2 Các khối chức 70 4.2.1 Khối PI_V 70 4.2.2 Khối PLL 71 4.2.3 Khối DC/AC 71 4.2.4 Khối điều khiển Hysteresis (điều khiển bang-bang) 72 CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Trƣờng hợp nghiên cứu kết 73 5.1.1 Trường hợp nghiên cứu 73 5.1.2 Kết mô nguồn DG nối lưới trường hợp nghiên cứu xét đến 75 5.1.2.1 Kết mô nguồn DG – lượng mặt trời nối lưới 76 5.2 Nhận xét đánh giá 82 5.3 Các vấn đề đƣợc thực luận văn 83 5.4 Đề nghị hƣớng phát triển luận văn 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 ix Mô hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, ngành cơng nghiệp điện có bước tiến đột phá phát triển đồng từ khâu: sản xuất, truyền tải phân phối, đưa phương thức vận hành sử dụng điện cho hiệu quả, tiết kiệm Đặc biệt với hiệu ứng nóng lên trái đất, cạn kiệt nguồn lượng hóa thạch, bùng nổ tăng trưởng nước phát triển Bên cạnh dân số ngày tăng, ước tính đến năm 2050 khoảng 9.5 tỷ người, nhiệt độ trung bình trái đất tăng lên 600C Điều dẫn đến yêu cầu thiết phải có phương thức việc cung cấp sử dụng nguồn lượng cho giảm thiểu phát thải khí CO2 Để đạt mục tiêu trên, phải xây dựng hệ thống điện phương thức vận hành, kinh doanh có khả cho phép nhà máy điện phải nâng cao hiệu suất, loại nguồn lượng khuyến khích phát triển lượng mặt trời, gió, khí sinh học.v.v địa điểm thích hợp Hệ thống mà đề cập phân tích đến xây dựng mơ hình cơng nghệ điều khiển nối lưới cho lưới điện siêu nhỏ với nguồn phát điện phân tán (DG), phần mục tiêu phát triển hệ thống điều khiển lưới điện thông minh (Smart Grid) Hiện nay, số quốc gia phát triển như: Đức, Hoa Kỳ, Singapore v.v triển khai vận hành lưới điện siêu nhỏ với nguồn phát điện phân tán Mặt khác, để giải vấn đề này, mặt phải khai thác sử dụng nguồn lượng hóa thạch cách hợp lý, mặt khác phải tìm nguồn lượng khác để thay Thế giới tìm kiếm nguồn lượng tái sinh cung cấp lượng cách bền vững tương lai, nguồn lượng kể đến như: lượng gió, lượng sinh khối, HVTH: Lương Sơn Khởi Trang Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc lượng mặt trời… nguồn lượng tái sinh khác Trong cơng nghệ lượng mă ̣t trời đư ợc giới trọng phát triển để khai thác Các phủ đón nhận cơng nghệ cách nghiêm túc đưa mục tiêu đầy tham vọng cho sản lượng điện tạo từ nguồn lượng tái sinh Người dân ngày ý thức tàn phá ô nhiễm mơi trường từ nguồn nhiên liệu hố thạch lượng hạt nhân Trong nguồn lượng tái sinh khai thác tự không cạn kiệt Năng lượng mă ̣t trời lượng gió nguồn lượng thay nguồn lượng truyền thống Các ứng dụng nước phát triển giúp làm giảm hiệu ứng nhà kính giữ gìn nguồn truyền thống cạn kiệt Các quốc gia phát triển xem lượng mă ̣t trời lượng gió nguồn lượng lý tưởng phù hợp với xu hướng phát triển nhân loại, ưu tiên đầu tư hàng đầu sách lượng Khi sử dụng lượng tái tạo có thuận lợi sau : - Giảm hay thay việc xây dựng nhà máy điện truyền thống dùng lượng hóa thạch - Làm giảm cơng suất truyền tải tăng phát điện nơi tiêu thụ - Không gây ô nhiễm môi trường vận hành sản xuất điện - Là nguồn lượng không cạn kiệt - Dễ dàng tăng thêm công suất cần thiết - Việc lắp đặt xây dựng tấ m pin lươ ̣ng mă ̣t trời , turbin gió tương đối nhanh - Mặc dù lượng mă ̣t trời gió có giá đắt nhiều so với nguồn lượng truyền thống, khơng bị ảnh hưởng giá ngun liệu gián đoạn cung cấp - Ở nước phát triển nhà nước hỗ trợ thuế ưu đãi khác - Tạo nhiều công ăn việc làm so với nhà máy lượng khác, sản xuất đơn vị lượng Số người làm việc cho trung tâm HVTH: Lương Sơn Khởi Trang Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc CHƢƠNG 5: KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 Trƣờng hợp nghiên cứu kết 5.1.1 Trƣờng hợp nghiên cứu Trường hợp nghiên cứu hệ thống microgrid bao gồm nguồn lượng mặt trời có cơng suất định mức KVA, máy phát điện gió có cơng suất KVA, pin lưu trữ lượng hòa vào lưới điện thông qua kết nối nghịch lưu điện tử cơng suất, có bao gồm tải nội có cơng suất 10KW nối với lưới thơng qua điểm kết nối PCC1 – PCC6 Trường hợp nghiên cứu có tính đến trường hợp thay đổi lượng gió (tốc độ gió) lượng mặt trời (lượng xạ mặt trời) đến công suất hệ thống Do tính chất phức tạp việc mơ trường hợp cố lưới chất lượng điện kém, sụp đổ hệ thống lưới cố, mô điều kiện cách ly lưới microgrid, việc cách ly lưới mô trạng thái cắt CB lưới thơng qua tín hiệu điều khiển CB thời điểm t = 0.5s (CB = 0: trạng thái cách ly, CB = 1: trạng thái nối lưới) Để dễ dàng cho việc minh họa q trình mơ hoạt động khối chức hệ thống điều khiển, ta lập lưu đồ hoạt động cho khối là: a) Khối pin lượng mặt trời điều khiển b) Khối máy phát điện gió điều khiển c) Khối pin lưu trữ lượng, nạp pin điều khiển Các khối chức phối hợp hoạt động với thơng qua chu trình điều khiển giả lập với thời gian mô t = 4s sau: HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 73 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Khời động mô Khởi tạo thông số mô ban đầu A) Thời gian mô B) Giá trị mặc định tải, điện gió NLMT Khởi tạo CB CB tải = 1; CB lưới = 1; CB Pin NLMT = 1; CB MFĐ gió = 1; CB Bộ xạc Pin LTNL = 1; CB Pin LTNL =0; < Tốc độ gió < 14 Đúng Sai CB gió = Cơng suất xạ < 0.3 Đúng Sai CB NLMT = Thời gian mô t ≥ 1.5s Sai Đúng CB lưới = CB xạc LTNL = CB pin LTNL = Đo đếm Xuất kết Kết thúc Hình 5.1: Lưu đồ q trình mơ đề xuất HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 74 Mô hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Các CB có nhiệm vụ đóng cắt khối nguồn phân tán (DG), lưới, tải, pin khỏi lưới cần thiết Chương trình điều khiển khối CB lưu trữ vi xử lý để điều khiển giám sát trạng thái CB Các tín hiệu đóng-cắt CB biểu diễn simulink hình đây: Hình 5.2: Các tín hiệu từ điều khiển trung tâm truyền đến CB 5.1.2 Kết mô nguồn DG nối lƣới trƣờng hợp nghiên cứu xét đến Mạch mô xây dựng nhằm mục đích đánh giá tính khả thi hệ thống, đảm bảo phương pháp đề đắn mặt lý thuyết Từ kết thu q trình mơ có thêm sở để định có tiếp tục triển khai thực tế hay không Đây giai đoạn quan trọng nghiên cứu nhờ có q trình mơ mà phát nhiều điểm chưa hợp lý giải thuật đề ra, từ tiết kiệm nhiều tiền bạc sức lao động triển khai thực tế giải pháp đề Kết mô mơ hình mơ hệ thống lượng mặt trời hòa đồng lưới điện phân phối thu sau q trình mơ dùng để đánh giá mục tiêu đề ban đầu có đạt hay không HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 75 Mô hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Việc mô thực điều kiện có thay đổi cường độ xạ mặt trời, pin lượng mặt trời có khả chuyển đến điểm có cơng suất cực đại tương ứng với mức cường độ xạ mặt trời tương ứng Trong vấn đề thiết kế máy phát điện hòa đồng lưới điện phân phối, mục đích phương pháp đề máy phát điện nhận nhiều công suất giá trị cho phép máy phát có hay khơng có thay đổi vận tốc gió từ mơi trường làm việc bên ngồi Mạch điện mơ trường hợp vận tốc gió thay đổi khơng thay đổi để đánh giá khả thích nghi máy phát điện lượng gió hịa đồng lưới điện phân phối 5.1.2.1 Kết mô nguồn DG – máy phát điện gió nối lƣới Trong mơ luận văn này, công suất định mức turbine gió 5KVA, cơng suất thức thời thay đổi theo vận tốc gió đầu vào việc điều chỉnh góc cánh gió, ta giả định giá trị tốc độ gió thay đổi từ 13 m/s đến 11.5 m/s thời điểm mô t =1s, từ 11.5 m/s đến 11 m/s t = 2s từ 11 m/s đến 10 m/s t = 3s Kết thu được thể hình 5.3 Hình 5.3 Cơng suất tác dụng phản kháng ngõ máy phát điện gió HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 76 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Bảng 5-1 Bảng kết mơ lƣợng gió hịa lƣới hịa lƣới Hệ số cơng suất Vận tốc gió Cơng suất tác Công suất phản (kW.m ) dụng (W) kháng (VAR) cos 13 5853 -32.83 0.99997 11.5 5094 -26.28 0.99998 11 4510 -10.19 (-25.3) 0.99998 10 3387 -8.8 0.99999 Hình 5.4 bên dạng sóng điện áp DC sau chỉnh lưu (trước nghịch lưu) máy phát điện gió, điện áp DC đáp ứng nhanh với thay đổi tốc độ gió mặt cho thấy ổn định tức sau độ Hình 5.4: Điện áp DC trước nghịch lưu máy phát điện gió 5.1.2.1 Kết mô nguồn DG – lƣợng mặt trời nối lƣới Trong thực mô pin lượng mặt trời nối lưới, khối pin lượng mặt trời có cơng suất định mức 5KW kết hợp với hệ thống máy phát điện gió để cung cấp cơng suất cho tải điều kiện có thay đổi công suất xạ mặt trời Công suất pin lượng mặt trời phụ thuộc vào hai thơng số lượng xạ nhiệt độ môi trường Trong trường hợp nghiên cứu ta xét đến thay đổi liên tục lượng xạ, coi nhiệt độ không đổi, xạ mặt trời thay đổi từ sang (kW.m2) thời điểm mô t = 1s, từ sang (kW.m2) thời điểm t = 2s từ sang 10 (kW.m2) t = 3s HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 77 Mô hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 5.5: Cơng suất pin lượng mặt trời hịa lưới Qua kết mơ ta có bảng kết tương ứng sau: Bảng 5.2: Bảng kết mô hệ thống lượng mặt trời hòa lưới Bức xạ NLMT (kW.m2) 10 Công suất tác dụng (W) 3476 4003 4532 5063 Công suất phản kháng (VAR) -35 -38.6 (-50.5) -52.8 -58.75 Hệ số công suất cos 0.99994 0.99995 0.99993 0.99993 Qua kết thu được, ta thấy sau dao động công suất thời điểm đầu mô phỏng, công suất ngõ hệ thống lượng mặt trời bám sát theo thay đổi xạ NLMT đầu vào, lưu ý hệ thống microgrid chuyển sang trạng thái cách ly thời điểm t = 1,5s, dao động không xảy nhiều vào thời điểm chuyển chế độ làm việc hệ thống trì điện áp nút kết nối lưới (chế độ nối lưới) điện áp tải (chế độ cách ly) (hình 5.8) Điều chứng tỏ, giải thuật điều khiển nghịch lưu theo dõi thay đổi cơng suất điều khiển xác điện áp ngõ ra, công suất thay đổi cần thiết HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 78 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 5.6: Giá trị điện áp dịng điện DC ngõ pin NLMT Như mô tả phần trên, microgrid kết nối với lưới điện cố phía lưới Các DG sử dụng lượng gió mặt trời cung cấp cho tải nội microgrid, lúc dao động điện áp xảy ước lượng góc pha khơng dùng tín hiệu tham chiếu điện áp góc pha, tần số lưới điện nữa, mà ước lượng, thiết lập tín hiệu góc pha biên độ dòng điện chuyển đến điều khiển Như dao động điện áp nút tải giải cách bù lượng thiếu hụt dòng điện DG dòng điện bơm từ battery Qua hình 5.7 ta thấy giá trị cơng suất pin trước thời điểm t = 1.5s cho việc battery xạc đầy từ lưới điện, sau lưới điện cắt ra, battery chuyển tức sang chế độ xả lượng, bơm cơng suất vào nút tải để bù phần công suất thiếu hụt giữ cân tải Nhưng đến thời điểm t=3s lương công suất phát pin NLMT máy phát điện gió dư cấp cho tải battery nạp lại HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 79 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 5.7: Giá trị công suất nạp xả battery Qua kết thu được, ta thấy sau dao động công suất thời điểm đầu mô phỏng, công suất ngõ máy phát điện gió bám sát theo thay đổi tốc độ gió đầu vào, lưu ý hệ thống microgrid chuyển sang trạng thái cách ly thời điểm t = 1,5s, dao động không xảy nhiều vào thời điểm chuyển chế độ làm việc hệ thống trì điện áp nút kết nối lưới (chế độ nối lưới) điện áp tải (chế độ cách ly) (hình 5.8) Điều chứng tỏ, giải thuật điều khiển nghịch lưu theo dõi thay đổi công suất điều khiển xác điện áp ngõ ra, cơng suất thay đổi cần thiết Từ hình 5.8 ta thấy rằng, điện áp ngõ điểm kết nối chung DG có dao động nhẹ biên độ (sụt áp khoảng 8V) thời điểm chuyển chế độ, sau trở lại bình thường sau 20 chu kỳ Sau cắt microgrid khỏi lưới, khối ước lượng góc pha (phasor estimator) làm việc tốt đưa biên độ điện áp trở lại trạng thái ổn định giới hạn cho phép (thường 5% đến 10% giá trị biên độ cực đại) Ta dễ dàng theo dõi dạng sóng điện áp ngõ cách phóng lớn hình 5.8 thời đoạn từ t = 1.4s đến t = 2s HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 80 Mô hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc Hình 5.8Dạng sóng điện áp ngõ điểm kết nối chung giá trị: a) biên độ đỉnh; b) rms Hình 5.9: Dạng sóng điện áp ngõ từ t = 1.4s đến t = 2s HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 81 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc 5.2 Nhận xét đánh giá Qua q trình mơ mơ hình pin lượng mặt trời máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối, dựa vào bảng 5.1, bảng 5.2số liệu thu qua mơ phỏng, đồ thị dạng sóng công suất tác dụng bơm vào lưới điện phân phối, điện áp ngõ DG dòng điện xoay chiều bơm vào lưới điện từ nghịch lưu Một số nhận xét rút sau: - Hệ thống pin lượng mặt trời máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối ln hoạt động điểm có cơng suất cực đại có thay đổi cường độ xạ mặt trời,vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi - Thời gian độ hệ thống xuất thay đổi cường độ xạ mặt trời từ môi trường bên ngồi khơng q chu kì điện áp lưới điện phân phối, cho thấy khả đáp ứng nhanh với thay đổi cường độ xạ mặt trời liên tục mơi trường bên ngồi - Thời gian độ hệ thống xuất thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi khơng q 1s, thời gian hợp lí hệ thống khí với lực quán tính lớn - Bộ nghịch lưu có hệ số cơng suất bơm vào lưới điện xấp xỉ 1, đạt 0.9999, điều coi hệ thống mơ bơm công suất tác dụng không bơm công suất phản kháng lên lưới điện phân phối Qua nhận xét cho phép rút kết luận mô hình mơ pin lượng mặt trời hệ thống máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối hoạt động tốt, thỏa mãn yêu cầu đề ban đầu HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 82 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc 5.3 Các vấn đề đƣợc thực luận văn: - Tìm hiểu hệ thống chuyển đổi lượng mặt trời: hiệu suất pin lượng mặt trời, vận hành hệ thống lượng mặt trời - Tìm hiểu loại pin mặt trời khác giới nay, tiến hạn chế loại pin mặt trời kiểu - Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển matlab/simulink, kết cho thấy điều khiển cơng suất tác dụng bơm từ nghịch lưu để cung cấp cho phụ tải lưới điện theo cường độ xạ mặt trời - Tìm giải thuật điều khiển để ổn định công suất tác dụng P công suất phản kháng Q bơm từ nghịch lưu giữ ổn định - Luôn giữ hệ số công suất mức từ 0.9999 trở lên bơm dịng cơng suất từ nghịch lưu cung cấp cho phụ tải lưới điện phân phối Giúp nâng cao khả mang tải hệ thống điện truyền công suất tác dụng lên tải - Khi có thay đổi cường độ xạ mặt trời cơng suất sau thời gian q độ ngắn ổn định lại Luận văn điều khiển hiệu công suất tác dụng công suất phản kháng bơm từ nghịch lưu theo thay đổi cường độ xạ mặt trời từ môi trường bên ngồi - Cơng suất thu từ hệ thống pin lượng mặt trời hòa đồng lưới điện phân phối đạt giá trị cao cường độ xạ mặt trời tương ứng Điều giúp cho pin mặt trời hoạt động chế độ phát công suất lớn đạt - Xây dựng mơ hình hệ thống điều khiển matlab/simulink, kết cho thấy điều khiển cơng suất tác dụng bơm từ nghịch lưu để cung cấp cho phụ tải lưới điện theo vận tốc gió bên ngồi - Tìm giải thuật điều khiển để ổn định công suất tác dụng P công suất phản kháng Q bơm từ nghịch lưu giữ ổn định HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 83 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc - Luôn giữ hệ số công suất mức từ 0.999 trở lên bơm dịng cơng suất từ nghịch lưu cung cấp cho phụ tải lưới điện phân phối Giúp nâng cao khả mang tải hệ thống điện truyền cơng suất tác dụng lên tải - Khi có thay đổi điện áp lưới điện phân phối cơng suất sau thời gian độ ngắn ổn định lại Luận văn điều khiển hiệu công suất tác dụng công suất phản kháng bơm từ nghịch lưu theo thay đổi vận tốc gió từ mơi trường bên ngồi - Cơng suất thu từ hệ thống máy phát điện gió hịa đồng lưới điện phân phối đạt giá trị cao vận tốc gió tương ứng Điều giúp cho máy phát điện hoạt động chế độ phát công suất lớn đạt 5.4 Đề nghị hƣớng phát triển luận văn - Thực hệ thống hệ thực, dựa vào kết thực nghiệm để chứng minh cho kết mơ đồng thời ứng dụng kết thực nghiệm để sản xuất chuyển đổi lượng tái tạo hòa đồng lưới điện Microgrid - Nghiên cứu thêm giải thuật điều khiển nhằm mục đích giảm thiểu nhấp nhô điện áp ngõ pin mặt trời - Nghiên cứu để dùng chỉnh lưu có điều khiển thay cho chỉnh lưu không điều khiển sử dụng Mục đích nâng cao hiệu suất chuyển đổi AC-DC chất lượng nguồn điện DC đầu chỉnh lưu - Nghiên cứu giải thuật triệt nhiễu cho nghịch lưu để giảm thiểu sóng hài ngõ Nâng cao hiệu suất chất lượng điện dòng điện bơm vào lưới điện - Nghiên cứu ứng dụng giải thuật tối ưu hóa để tìm hệ số K i,Kp tốt cho điều khiển nhằm giảm thiểu độ méo dạng sóng hài cho dịng điện có thay đổi cơng suất bơm lưới từ nghịch lưu - Nghiên cứu mạch nghịch lưu ba pha kết nối lưới điện để kết nối lưới điện ba pha cung cấp cho phụ tải ba pha lưới điện phân phối HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 84 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Văn Nhờ, “ Điện tử công suất ”, Nhà xuất đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2005 [2] Tran Cong Binh, Mai Tuan Dat, Ngo Manh Dung, Phan Quang An, Pham Dinh Truc and Nguyen Huu Phuc "Active and Reactive power controller for singlephase Grid-connected photovoltaic syntems" Department of ElectricalElectronics Engineering- HoChiMinh City University of Technology.Vietnam National University in HoChiMinh, Vietnam [3] Nguyen Van Nho, Hong - Hee Lee, "Analysis of carrier PWM Method for Common Mode Elimination in Multilevel Inverter", IEEE [4] L Hassaine, E Olias, J Quintero, M Haddadi "Digital power factor control and reactive power regulation for grid-connected photovoltaic inverter" power electronics systems group, universidad cartas III de madrid, avda, de la universidad 30, 28911 leganes, Madrid, Spain [5] Babak FARHANGI, student member IEEE, Shahrokh FARHANGI member IEEE "Application of Z-source converter in photovoltaic grid-connected transformer-less inverter" School of ECE, Tehran, Iran [6] Ayman A Hamad, Mohammad A Alsaad "A software application for energy flow simulation of a grid connected photovoltaic system" University of Jordan, Amman, 11942, Jordan [7] Hee-Jung Kim, Hyeoun-Dong Lee, "A New PWM Strategy for Common Mode Voltage Reduction in Neutral - Point - Clamped Inverter - Fed AC Motor Drives", IEEE [8] Ahmad M., Mazen A., M and Tharwat (2006): Vertical axis wind turbine modeling and performance with axial flux permanent magnet synchronous generator for battery charging applications Retrieved September 14, 2012 HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 85 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc [9] Bharanikumar R., Yazhini A.C., Kumar N., (2012): Modelling and Simulation of Wind Turbine Driven Permanent Magnet Generator with New MPPT Algorithm Asian Power electronics journal, Vol [10] Ece (2004): Modeling of Induction Motor using qd0 Transformations [11] Heier S (1998): Grid Integration of Wind Energy Conversion Systems John Wiley & Sons Ltd, ISBN 0-471-97143-X [12] Matlab (2009): Overview of the MATLAB Environment Matlab Getting Started Guide, The MathWorks, Inc [13] Ming Y., Gengyin L., Ming Z., and Chengyong Z (2007): Modeling of the Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator for Integration [14] Pranamita B., and Aiswarya H (2009): Power System Stability Studies using Matlab A Project Report, Department of Electrical Engineering, National Institute of Technology, Rourkela [15] Rolan A, Alvaro L, Gerardo V, and Daniel A (2009):Modelling of a Variable Speed Wind Turbine with a Permanent Magnet Synchronous Generator [16] SaifurR., and ManisaP (2010): Modeling and Simulation of a Distributed Generation-Integrated Intelligent Microgrid, SERDP Project SI-1650 [17] Simulink (2009): Modelling Process Simulink Getting Started Guide The MathWorks, Inc [18] Sina L and Mahyar S (2011): Modeling and Application of Permanent Magnet Synchronous Generator Based Variable Speed Wind Generation System Department of Electrical Engineering,Ahar Branch, Islamic AzadUniversity, Ahar, Iran [19] B.O.Omijeh, C S Nmom, E Nlewem (2013): Modeling of a Vertical Axis Wind Turbine with Permanent Magnet Synchronous Generator for Nigeria Electrical Engineering, university of Port Harcourt, Rivers State, Nigeria HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 86 S K L 0 ... lƣợng gió 2.2.1 Các thành phần hệ thống chuyển đổi lƣợng gió Hình 2 Hệ thống chuyển đổi lượng gió HVTH: Lương Sơn Khởi Trang Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời. .. đến như: lượng gió, lượng sinh khối, HVTH: Lương Sơn Khởi Trang Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS Nguyễn Hữu Phúc lượng mặt trời? ?? nguồn lượng tái... phía 2.2.2.1 Hệ thống turbine gió cố định Hình 4Hệ thống turbine gió tốc độ cố định HVTH: Lương Sơn Khởi Trang 11 Mơ hình hóa điều khiển hệ thống tích hợp lượng gió & lượng mặt trời GVHD: PGS.TS