Nghịch lưu hòa lưới từ pin năng lượng mặt trời gồm: nghịch lưu hòa lưới 1 pha và nghịch lưu hòa lưới 3 pha. Đối với nghịch lưu hòa lưới 1 pha có kích thích nhỏ khoảng 5 – 6kWp, ở hệ thống này công suất xoay chiều dao động nên cần các tụ điện lớn để tích lũy năng lượng và giảm độ dao động công suất. Các tụ điện này phải được thực hiện động tác phóng nạp của các acquy với thời gian lớn do đó tuổi thọ của chúng giảm nên giá thành của hệ thống tăng. Còn đối với nghịch lưu hòa lưới 3 pha có công suất AC không đổi ở lối ra, được nối trực tiếp với lưới quốc gia không cần thiết tụ điện lớn nên giá thành hạ, tuổi thọ của hệ thống tăng và công suất ra của hệ thống cũng lớn có thể đạt 10-15kWp trong trường hợp sử dụng trên mái nhà. Từ những ưu điểm và nhược điểm của việc nghịch lưu hòa lưới 1 pha và 3 pha, giải pháp tối ưu phù hợp nhất đó là nghịch lưu hòa lưới 3 pha phù hợp với mục tiêu nguyên cứu của đề tài.
Hình 2.22. Sơ đồ hòa lưới đồng bộ hệ thống pin mặt trời. Điều kiện để hòa đồng bộ hệ thống điện hòa lưới:
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Cùng tần số.
Cùng góc pha (φ = 𝜑𝑙ướ𝑖).
Đúng thứ tự pha (𝑈𝑜𝑎 = 𝑈𝑜𝑎,𝑙ướ𝑖; 𝑈𝑜𝑏 = 𝑈𝑜𝑏,𝑙ướ𝑖 ; 𝑈𝑜𝑐= 𝑈𝑜𝑐,𝑙ướ𝑖).
Lưới điện dân dụng của Việt Nam là 220VAC sin tần số f = 50Hz. Vì vậy, chúng ta cần thiết kế bộ chuyển đổi tạo ra được điện áp hoặc dòng điện hình sin với biên độ điện áp 310V và tần số 50Hz. Năng lượng từ pin mặt trời (Upin) dưới dạng điện áp rất thấp và là điện một chiều, bộ inverter là bộ giảm áp bởi biên độ của bộ inverter nhỏ hơn biên độ của DC. Chính vì thế, để tạo ra được điện áp theo yêu cầu cần có một bộ chuyển đổi điện áp DC thấp sang điện áp DC cao hay còn gọi là bộ tăng điện áp.
Từ hình 2.16, ta thay khóa 𝑆2 thành bộ biến tần để xây dựng công thức tính điện áp ngắn mạch phía nghịch lưu. Dưới đây là sơ đồ nguyên lý bộ biến tần 3 pha:
Hình 2.23. Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần 3 pha.
Trong đó 𝑈𝑑𝑐 là nguồn DC từ bộ tăng áp kiểu nguồn Z. Việc đóng ngắt khóa 𝑆𝐴 được điều khiển bởi một bộ PWM gồm một op-amp có hai ngõ vào là điện áp sóng sin (𝑢𝑠𝑖𝑛) và sóng mang (𝑢𝑐𝑟). Dựa theo hình 2.23, ta có: 𝑉𝐴𝐺 = 𝑉𝐴𝑁− 𝑉𝑁𝐺 (2.42) 𝑉𝐵𝐺 = 𝑉𝐵𝑁− 𝑉𝑁𝐺 (2.43) 𝑉𝐶𝐺 = 𝑉𝐶𝑁− 𝑉𝑁𝐺 (2.44) => 𝑉𝐴𝐺 + 𝑉𝐵𝐺 + 𝑉𝐶𝐺 = −3𝑉𝑁𝐺 Suy ra: 𝑉𝑁𝐺 = −𝑉𝐴𝐺+ 𝑉𝐵𝐺 + 𝑉𝐶𝐺 3 (2.45) Kết hợp công thức (2.42) với (2.45) ta được:
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
𝑉𝐴𝑁 =2𝑉𝐴𝐺− 𝑉𝐵𝐺− 𝑉𝐶𝐺 3
(2.46) Tương tự, ta tính được 𝑉𝐵𝑁, 𝑉𝐶𝑁.
Dựa vào hình 2.23, ta có dạng sóng ngõ ra op-amp như hình 2.24.
Hình 2.24. Dạng sóng ngõ ra của op-amp điều khiển khóa 𝑆𝐴.
Từ hình 2.24, ta có: 𝑉𝑎 = 𝑚. 𝑠𝑖𝑛𝑥 + 0,5. Với 0 ≤ 𝑉𝑎 ≤ 1. Suy ra: 0 ≤ 𝑚 ≤ 0,5. Với m là hệ số điều chế.
Hình 2.25. Dạng sóng điện áp tại 𝑉𝐴𝐺 theo sóng sin. Điện áp tại 𝑉𝐴𝐺 trong chu kỳ bất kì (𝑇𝑁): 𝑉𝐴𝐺𝑇𝑁 = 𝑉𝑎(𝑡). 𝑈𝑑𝑐 Điện áp tại 𝑉𝐴𝐺 trong chu kỳ sin (𝑇𝑠𝑖𝑛):
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH
Điện áp tại 𝑉𝐵𝐺 trễ pha với điện áp tại 𝑉𝐴𝐺 một góc 2𝜋
3 ta có: 𝑉𝐵𝐺
𝑇𝑠𝑖𝑛 = 𝑉𝑎. 𝑈𝑑𝑐 = (𝑚. sin (𝑥 −2𝜋
3 ) + 0,5) . 𝑈𝑑𝑐
(2.48) Điện áp tại 𝑉𝐶𝐺 trễ pha với điện áp tại 𝑉𝐴𝐺 một góc 4𝜋
3 ta có: 𝑉𝐶𝐺𝑇𝑠𝑖𝑛 = 𝑉𝑎. 𝑈𝑑𝑐 = (𝑚. sin (𝑥 −4𝜋
3 ) + 0,5) . 𝑈𝑑𝑐
(2.49) Từ công thức (2.46), điện áp tại 𝑉𝐴𝑁 phân tích theo PWM:
𝑉𝐴𝑁𝑃𝑊𝑀 = 𝑚. 𝑈𝑑𝑐 = 𝑈𝑙ướ𝑖. √2 (2.50) Từ công thức (2.50), suy ra điện áp ngõ ra bộ tăng áp nguồn Z:
𝑈𝑑𝑐 =𝑈𝑙ướ𝑖. √2
𝑚 =
𝑉𝑖𝑛 𝑈𝑑− 𝑢đ𝑘
(2.51)
Kết hợp công thức (2.41) và công thức (2.51) ta được: 𝑈𝑙ướ𝑖. 𝑉𝑖𝑛 = 1 𝑈𝑑− 𝑢đ𝑘 . 𝑚 √2 (2.52) Theo phương pháp sin PWM cải tiến (SFO-PWM) ta có:
𝑉𝑟𝑎 = 𝑉𝑎 + 𝑉𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 (2.53) Với 𝑉𝑜𝑓𝑓𝑠𝑒𝑡 = −𝑉𝑚𝑎𝑥+𝑉𝑚𝑖𝑛
2
𝑉𝑚𝑎𝑥 = max (𝑉𝑎, 𝑉𝑏, 𝑉𝑐) và 𝑉𝑚𝑖𝑛 = min (𝑉𝑎, 𝑉𝑏, 𝑉𝑐)
Phương pháp sin PWM cải tiến này cho phép điều khiển tuyến tính lên đến chỉ số 𝑚𝑚𝑎𝑥. Vì vậy để tối ưu thì chọn m càng cao, ta chọn m = 0,5. Suy ra:
𝑉𝑟𝑎,𝑚𝑎𝑥 = 𝑉𝑎(𝜋 3)
(2.54) Kết hợp công thức (2.53) với (2.54) ta được:
𝑉𝑟𝑎 = 𝑚. 𝑠𝑖𝑛 (𝜋
3) + 0,5 < 1
(2.55) Suy ra điện áp ngắt chính bằng điện áp 𝑉𝑟𝑎:
𝑈𝑑 = 𝑚.√3 2 + 0,5 (2.56) Đặt 𝑈𝑙ướ𝑖.√2 𝑉𝑖𝑛 = 𝐾, từ công thức (2.52) ta được: 𝑢đ𝑘 = 𝑈𝑑−𝑚 𝐾 (2.57) Với 𝑢đ𝑘: điện áp điều khiển.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH