6. Bố cục luận văn
3.5. Mô phỏng hệ thống điện mặt trời nối lƣới 3 pha
3.5.1. Sơ đồ số liệu và kịch bản mô phỏng
Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện mặt trời nối lƣới trên phần mềm Matlab/Simulink - Simscape đƣợc chỉ ra trên Hình 3.13. Các thông số sử dụng trong mô phỏng nhƣ sau:
Pin năng lƣợng mặt trời mã hiệu Aavid Solar ASMS-220P, gồm 40 chuỗi PV mắc song song, mỗi chuỗi PV có 10 modulle mắc nối tiếp, cƣờng độ bức xạ mặt trời (G) thay đổi từ 600W/m2
đến 1000W/m2, nhiệt độ làm việc T0C của PV giả thiết đƣợc duy trì ở 250C trong suốt thời gian mô phỏng.
Lƣới điện 3 pha có điện áp dây 380V, tần số 50Hz, trở kháng trong của nguồn là R0
= 0,0015Ω, L0 = 0,015mH; lƣới đang vận hành với tải 3 pha có công suất 2.103W. Bộ tăng áp có các thông số: L1 = 0,4H, sử dụng van IGBT loại IRG4BC40FPbF,
Diot có điện trở thuận bằng 1 mΩ, điện áp thuận 0,8V.
Tuyến một chiều có điện áp biến thiên trong khoảng 600 - 700V
Inverter sử dụng 6 chuyển mạch IGBT mã hiệu IRG4BC40FPbF, mỗi van có điện trở thuận 0,5Ω lọc đầu ra của inverter là 3 cuộn kháng có điện cảm L = 4,6mH, R = 4,3mΩ. Tải cục bộ của inverter bằng 200W
Thời gian mô phỏng là 0,6s, ban đầu hệ thống điện mặt trời chạy không tải với G = 600W/m2 và T0C = 250, sau thời gian 0,1s hệ thống đƣợc nối với lƣới, tại t = 0,35s bức xạ mặt trời tăng lên 1000W/m2
Hình 3. 11: Sơ đồ mô phỏng điều khiển công suất hệ thống ĐMT nối lưới
3.5.2. Kết quả mô phỏng
Các kết quả mô phỏng đƣợc chỉ ra trên các hình từ Hình 3.14 đến Hình 3.20, trong đó: Hình 3.14 là đƣờng cong điện áp và đƣờng cong dòng điện của tâm pin PV khi
cƣờng độ bức xạ mặt trời thay đổi từ (600 - 1000)W/m2
. Hình 3.15 biểu diễn điện áp trên DC bus.
Hình 3.16 biểu diễn sự thay đổi các séc tơ theo góc pha của phƣơng pháp điều chế véc tơ không gian.
Hình 3.17 biểu diễn đƣờng cong điện áp và dòng điện pha A ở đầu ra của Inverter (chú ý rằng dòng điện đã đƣợc tăng lên 10 lần để tiện biểu diễn).
Hình 3.18 biểu diễn đƣờng cong điện áp và dòng điện 3 pha ở đầu ra của Inverter (chú ý rằng dòng điện đã đƣợc tăng lên 10 lần để tiện biểu diễn).
Hình 3.20 biểu diễn hoạt động của vòng khóa pha PLL.
Hình 3. 14. Sự thay đổi các sector theo góc pha
Hình 3. 16: Điện áp và dòng điện 3 pha đầu ra inveter
Hình 3. 18: Điện áp pha của lưới và góc pha của PLL
3.5.3. Nhận xét
Từ các kết quả mô phỏng ở trên ta có các nhận xét sau:
+ Đƣờng cong điện áp Upv hầu nhƣ đƣợc giữ không đổi khi bức xạ mặt trời thay đổi (Hình 3.14).
+ Điện áp đƣờng một chiều (DC bus) nhƣ trên (Hình 3.15) có biến động nhỏ khi hệ thống PV đƣợc kết nối vào lƣới, khi bức xạ mặt trời tăng thì Udc_bus cũng tăng theo.
+ Hoạt động của thuật toán điều chế véc tơ không gian đƣợc mô tả thông qua đồ thị 6 sector (từ sector 1 đến sector 6) khi góc pha thay đổi từ π đến - π (Hình 3.16).
+ Hình dáng điện áp pha A và của 3 pha ở đầu ra inverter ban đầu khác sin do quá trình quá độ, dòng điện bằng không khi inverter chƣa nối lƣới và khác không khi nối lƣới và cũng có quá trình quá độ (Hình 3.17, Hình 3.18)
+ Công suất hệ thống điện mặt trời bơm vào lƣới (Hình 3.19), khi chƣa nối lƣới, công suất dƣơng và đƣợc cung cấp cho tải cục bộ, khi nối lƣới công suất âm và đƣợc bơm vào lƣới. Ta thấy đƣờng cong công suất là một đƣờng nét đậm thể hiện sự rung của thuật toán MPPT, dẫn đến công suất bơm vào lƣới điện cũng biến động theo, đây là điều không mong muốn cần có giải pháp khắc phục.
+ Hình 3.20, ta cho thấy PLL có thể trích xuất chính xác góc pha của điện áp lƣới, góc pha trích cho phép đồng bộ với lƣới và đƣợc sử dụng để chuyển đổi các hệ qui chiếu (abc), (αβ) và (dq).
Hiệu quả và hiệu suất khai thác sử dụng năng lƣợng mặt trời có thể đƣợc tăng lên bằng cách phát triển các cấu trúc điều khiển phù hợp. Trong luận văn đã mô tả hoạt động của hệ thống điện mặt trời kết nối lƣới điện 3 pha, sử dụng phƣơng pháp nhiễu loạn và quan sát (P&O) để phát hiện và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của PV, sử dụng phƣơng pháp điều chế véc tơ không gian (SVM) cho inverter, PLL để đồng bộ hóa lƣới. Hoạt động hoàn chỉnh của hệ thống đƣợc mô hình hóa và mô phỏng trên Matlab/Simulink có kể đến các thành phần không lý tƣởng của các linh kiện điện tử trong bộ biến đổi.
3.6. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
Chƣơng 3 trình bày cấu trúc và xây dựng mô hình toán hệ thống điện mặt trời nối lƣới 3 pha; Vấn đề điều khiển hoạt động của hệ thống; ý nghĩa, nguyên tắc và thuật toán điều khiển luồng công suất hệ thống điện mặt trời bơm vào lƣới; mô hình hóa và mô phỏng hệ thống với các số liệu cụ thể để kiểm tra thuật toán điều khiển đề xuất.
1. Kết luận:
Luận văn đã tập trung nghiên cứu giải quyết một số nội dung chính sau:
Nghiên cứu tổng quan đề cập tổng quan một số kiến thức về các bộ chuyển đổi một chiều - một chiều, chuyển đổi một chiều - xoay chiều. Nguyên tắc biểu diển và điều khiển hệ thống 3 pha trên các hệ qui chiếu α,β và hệ qui chiếu d,q
Tìm hiểu nguồn gốc, đặc tính của năng lƣợng mặt trời, pin mặt trời; các mô hình khai thác sử dụng năng lƣợng mặt trời từ truyền thống đến hiện đại; hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập và nối lƣới
Xây dựng cấu trúc hệ thống điện mặt trời nối lƣới 3 pha, xây dựng mô hình toán các phần tử chức năng trong hệ thống. Đề xuất thuật toán điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng hệ thống điện mặt trời bơm vào lƣới. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển công suất. Các kết quả mô phỏng cho thấy tính khả thi của thuật toán điều khiển.
2. Kiến nghị:
Với thời gian nghiên cứu còn ít, kiến thức và kinh nghiệm thực tiễn có hạn, cho nên nội dung luận văn còn một số hạn chế. Tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để có thể áp dụng tốt kết quả nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, đặc biệt sẽ nghiên cứu sâu hơn việc cân bằng cung/ cầu và ổn định công suất của hệ thống.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Thanh Hoa Lai, Nguyen Hai Vu, KL. Lai, “Improving the Quality of Solar Power in the Micro-Grids” Journal of Engineering Research and Application, ISSN: 2248- 9622 Vol. 10, Issue 03 (Series -IV) March 2020, pp 33-39
[2]. L.K Lai, Roan Van Hoa “Flywheel Energy Storage in Electrical System Integrates Renewable Energy Sources”, SSRG International Journal of Electrical and Electronics Engineering ( SSRG - IJEEE ) - Volume 7 Issue 6 - June 2020
[3]. Lai Khac Lai "Fuzzy Logic Controller for Grid-Connected single phase Inverter" Journal of science and technology - Thai Nguyen University No:02 (2013)
[4]. Lại Khắc Lãi, Vũ Nguyên Hải, Lại Thị Thanh Hoa "Điều khiển công suất tác dụng và công suất phản kháng của biến tần một pha nối lƣới" Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Thái Nguyên số 8, tập 122 (2014); Tr 149-154
[5]. Lại Khắc Lãi và cộng sự “Báo cáo tổng kết luận văn nghiên cứu khoa học cấp Bộ mã số B2011-TN01-01”
[6]. E. Miller, “Smart grids – a smart idea?,” Renewable Energy Focus Magazine, vol. 10, pp. 62-67, Sep.-Oct. 2009.
[7]. H. Yang, Z. Wei, and L. Chengzh, “Optimal design and techno-economic analysis of a hybrid solar-wind power generation system,” Applied Energy, vol. 86, pp. 163-169, Feb. 2009.
[8]. S. Dihrab, and K. Sopian, “Electricity generation of hybrid PV/wind systems in Iraq,” Renewable Energy, vol. 35, pp. 1303-1307, Jun. 2010.
[9]. S.K. Kim, J.H. Jeon, C.H. Cho, E.S. Kim, and J.B. Ahn, “Modeling and simulation of a grid-connected PV generation system for electromagnetic transient analysis, ”Solar Energy, vol.83, pp. 664-678, May 2009.
power-electronics simulation studies,” IEE Proceedings- Electric Power Applications, vol. 146, pp. 193-199, Mar. 1999.
[12]. M.G. Villalva, J.R. Gazoli, and E.R. Filho, “Comprehensive approach to modeling and simulation of photovoltaic arrays,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 24, pp 1198 - 1208, May 2009.
[13]. Crowhurst, B., El-Saadany, E.F., El Chaar, L., Lamont, L.A.: „Single-phase grid-tie inverter control using DQ transform for active and reactive load power compensation‟. Proc. Power and Energy (Pecon), 2010, pp. 489–494
[14]. Ichikawa, R., Funato, H., Nemoto, K.: „Experimental verification of single-phase utility interface inverter based on digital hysteresis current controller‟. Int. Conf. Electrical Machines and Systems, 2011, pp. 1–6
[15]. Tran Cong Binh, Mai Tuan Dat, Phan Quang An, Pham Dinh Truc and Nguyen Huu Phuc: „Active and reactive power controler for single phase grid connected photovoltaic systems‟, www4.hcmut.edu.vn/.../HCMUT_VN
[16]. Gong, J.W., Chen, B.F., Li, P., Liu, F., Zha, X.M.: „Feedback decoupling and distortion correction based reactive compensation control for single-phase inverter‟. Proc. Power Electronics and Drive Systems (PEDS), 2009, pp. 1454–1459.