Khảo sát đường đặc tính V-A của hệ 12 PV không có- 123docz.net

Ta thực hiện việc khảo sát trong điều kiện: + Cường độ sáng (Ir = 1000 W/m2)

+ T = 25oC

+ Thời gian để các bộ MPPT và VSC (điều khiển bộ điều chỉnh điện áp DC/AC) tham gia vào ta lấy là t = 0,05s.

+ Thời gian khảo sát trong vòng t = 0,5s.

Sơ đồ đo giá trị điện áp và dòng điện ra của PV Array 1 khi không có MPPT với D = 0,5 như trên hình 3.28.

Hình 3.28 Sơ đồ đo IPV và VPV khi không có MPPT với D = 0,5

Đặt giá trị điều khiển góc mở van IGBT trong mạch Boost converter tại lần lượt các giá trị D = [0,47 ÷ 0,80] khi đó điện áp và dòng điện ra của PV lúc này có giá trị được thống kê trong bảng 3.16.

Bảng 3.16Điện áp, dòng điện ra PV1 không có MPPT và D = [0,47 ÷ 0,80]

D 0,47 0,50 0,55 0,57 0,60 0,70 0,75 0,80 IPV1 43,79 245,2 358 366,9 371,5 375,4 376,9 378,3 UPV1 318,2 301,2 271,8 259,8 241,9 181,9 151,9 121,9

Từ các giá trị trong bảng 3.16, ta tính được giá trị điện áp và dòng điện ra khi ghép 12 dàn PMT song song như bảng 3.17.

Bảng 3.17Điện áp, dòng điện ra hệ 12 PV không có MPPT và D = [0,47 ÷ 0,80]

D 0,47 0,50 0,55 0,57 0,60 0,70 0,75 0,80

IHT = 12.IPV1 525,48 2942,4 4296 4402,8 4458 4504,8 4522,8 4539,6 UHT = UPV1 318,2 301,2 271,8 259,8 241,9 181,9 151,9 121,9

Từ các số liệu tính toán trên, ta vẽ được đường đặc tính V-A khi không có sự tác động của MPPT của PV 1,2MW như hình 3.29.

I(A) U(V) 100 200 800 1600 2400 0 3200 4000 4800 300

Nhận xét:

Khi không có sự tác động của bộ MPPT, tại cường độ sáng (Ir = 1000 W/m2) và T = 25oC trong khoảng D = [0,47 ÷ 0,80] ta thấy khi để bộ điều chỉnh DC/DC hoạt động với các giá trị tín hiệu điều khiển D khác nhau thì các giá trị điện áp và dòng điện ra của PV là khác nhau và ta vẽ được đường đặc tính V-A của hệ 12 PV mắc song song tương tự đường đặc tính V-A theo lý thuyết ở Chương 1.

3.6 Kết quả ảnh hƣởng của cƣờng độ sáng và nhiệt độ đến PV 1,2MW

3.6.1Ảnh hưởng của cường độ sáng đến hoạt động của PV 1,2MW

Khi xét ảnh hưởng của cường độ sáng đến hoạt động của PV 1,2MW; ta giữ nhiệt độ ở một giá trị cố định là 25oC và cho cường độ sáng thay đổi từ 800 W/m2 đến 1000 W/m2. Kết quả mô phỏng thu được như hình 3.30.

Nhận xét:

Trong trường hợp này, công suất lớn nhất đạt được của PV 1,2MW tăng từ 950 kW lên 1200 kW. Như vậy với cùng một nhiệt độ môi trường, công suất của PV 1,2MW thay đổi tỷ lệ thuận với sự thay đổi của cường độ sáng tương ứng tuân theo đúng lý thuyết về sự ảnh hưởng của cường độ sáng đến PV.

3.6.2Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của PV 1,2MW

Khi xét ảnh hưởng của nhiệt độ đến hoạt động của PV 1,2MW; ta giữ cường độ sáng ở một giá trị cố định là 1000 W/m2

và cho nhiệt độ thay đổi từ 25oC đến 40oC. Kết quả mô phỏng thu được như hình 3.31.

Nhận xét:

Trong trường hợp này, công suất lớn nhất đạt được của PV 1,2MW giảm từ 1200 kW xuống 1135 kW. Như vậy với cùng một cường độ sáng, công suất của PV 1,2MW thay đổi tỷ lệ nghịch với sự thay đổi của nhiệt độ tương ứng tuân theo đúng lý thuyết về sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến PV.

3.7 Kết luận Chƣơng 03

Từ các kết quả nghiên cứu ta thấy rằng hiệu suất của hệ thống mặt trời phụ thuộc vào hai yếu tố là phương pháp tìm điểm công suất cực đại và điều kiện hoạt động (cường độ sáng và nhiệt độ của tấm pin).

Đối với phương pháp tìm điểm công suất cực đại giúp hệ thống năng lượng mặt trời khai thác tối đa công suất của các dàn pin, giúp hệ thống này hoạt động với hiệu suất cao khi điều kiện hoạt động của các tấm pin có thay đổi.

Bên cạnh đó, hai yếu tố của môi trường là nhiệt độ và cường độ sáng ảnh hưởng trực tiếp tới hoạt động của hệ thống điện mặt trời. Cường độ sáng càng mạnh thì công suất phát ra của hệ thống điện mặt trời càng lớn và ngược lại. Ảnh hưởng của nhiệt độ làm việc đến hoạt động của PV phức tạp hơn. Ở một dải nhiệt độ nhất định công suất phát của PV rất lớn, ngoài dải nhiệt độ này, khi nhiệt độ càng tăng, công suất phát ra của PV càng giảm.

Khi xây dựng mô hình công suất lớn 1,2MW; ta vẫn thu được kết quả đường đặc tính V-A, tác động của MPPT, ảnh hưởng của cường độ sáng và nhiệt độ tương tự như mô hình chi tiết công suất 100kW. Như vậy mô hình ta xây dựng đảm bảo đặc tính của PV và có thể sử dụng cho các nghiên cứu có PV công suất lớn.

Chƣơng 4 -PHÂN TÍCH CÁC PHƢƠNG THỨC VẬN HÀNH CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI CÔNG SUẤT LỚN

4.1 Các phƣơng thức vận hành của PV 1,2MW

Để thuận tiện cho việc so sánh và đánh giá các phương thức vận hành khi có sự cố ở mục tiếp theo, ta chia thành 3 phương thức kết nối lưới như sau:

1- Ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 1 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới điện.

2- Ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 3 MBA kết nối với lưới điện.

3- Ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới điện.

4.1.1Ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 1 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới

Cách ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 1 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới điện được thể hiện trên hình 4.1.

Hình 4.1Ghép 03 dàn PMT 400kW qua 1 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối lưới

Mô hình ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 1 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới điện được giải thích các khối như sau:

- Ba dàn pin mặt trời PV Array 400kW.

- Mười hai mạch điều chỉnh điện áp một chiều DC/DC (Boost converter) - Mạch nghịch lưu DC/AC và khối điều khiển VSC

63 - Mạch lọc thành phần sóng hài LC

- Máy biến áp cách ly 1250kW 260V/22kV. - Kết nối với lưới điện (Utility grid).

4.1.2Ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 3 MBA kết nối với lưới

Cách ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 3 MBA kết nối với lưới điện được thể hiện trên hình 4.2.

Hình 4.2 Ghép 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 3 MBA kết nối lưới

Mô hình ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 3 MBA kết nối với lưới điện được giải thích các khối như sau:

- Ba dàn pin mặt trời PV Array 400kW.

- Mười hai mạch điều chỉnh điện áp một chiều DC/DC (Boost converter) - Ba mạch nghịch lưu DC/AC và khối điều khiển VSC

- Ba mạch lọc thành phần sóng hài LC

- Ba máy biến áp cách ly 400kW 260V/22kV. - Kết nối với lưới điện (Utility grid).

4.1.3Ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới

Cách ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới điện được thể hiện trên hình 4.3.

Hình 4.3Ghép 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối lưới

Mô hình ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 3 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới điện được giải thích các khối như sau:

- Ba dàn pin mặt trời PV Array 400kW.

- Mười hai mạch điều chỉnh điện áp một chiều DC/DC (Boost converter) - Ba mạch nghịch lưu DC/AC và khối điều khiển VSC

- Ba mạch lọc thành phần sóng hài LC - Máy biến áp cách ly 1250kW 260V/22kV. - Kết nối với lưới điện (Utility grid).

4.2 So sánh các phƣơng thức vận hành khi không có kích động

4.2.1Đặc tính PV

1.Đặc tính PV của phương thức kết nối 1

Ta tiến hành khảo sát đặc tính PV trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25o

C. Kết quả thu được thể hiện trên hình 4.4.

Nhận xét:

Trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2

và nhiệt độ là 25oC thì giá trị công suất lớn nhất mà PV 1,2MW là 897kW và điện áp là 273,5V.

Hình 4.4Đặc tính PV của phương thức kết nối 1 2.Đặc tính PV của phương thức kết nối 2

Ta tiến hành khảo sát đặc tính PV trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC. Kết quả thu được thể hiện trên hình 4.5.

Nhận xét:

Trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC thì giá trị công suất lớn nhất mà PV 1,2MW là 892kW và điện áp là 273,5V.

Hình 4.5Đặc tính PV của phương thức kết nối 2 3.Đặc tính PV của phương thức kết nối 3

Ta tiến hành khảo sát đặc tính PV trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25o

C. Kết quả thu được thể hiện trên hình 4.6.

Nhận xét:

Trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2

và nhiệt độ là 25oC thì giá trị công suất lớn nhất mà PV 1,2MW là 897kW và điện áp là 273,5V.

Hình 4.6Đặc tính PV của phương thức kết nối 3

4.2.2Đặc tính công suất phía sau MBA 1250kVA 260V/22kV

1.Đặc tính công suất phía sau MBA của phương thức kết nối 1

Ta tiến hành khảo sát đặc tính lưới cũng trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC. Kết quả thu được thể hiện trên hình 4.7.

Nhận xét:

Trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC thì giá trị công suất phía sau MBA 1250kVA 260V/22kV là Pgrid =1064kW.

Hình 4.7Đặc tính công suất sau MBA của phương thức kết nối 1 2.Đặc tính công suất phía sau MBA của phương thức kết nối 2

Ta tiến hành khảo sát đặc tính lưới cũng trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC. Kết quả thu được thể hiện trên hình 4.8.

Nhận xét:

Trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC thì giá trị công suất phía sau MBA 1250kVA 260V/22kV là 1065 kW.

Hình 4.8Đặc tính công suất sau MBA của phương thức kết nối 2 3.Đặc tính công suất phía sau MBA của phương thức kết nối 3

Ta tiến hành khảo sát đặc tính lưới cũng trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC. Kết quả thu được thể hiện trên hình 4.9.

Nhận xét:

Trong điều kiện: Cường độ sáng 1000W/m2

và nhiệt độ là 25oC thì giá trị công suất phía sau MBA 1250kVA 260V/22kV giảm xuống còn Pgrid = 610kW. Kết quả này chứng tỏ phương thức kết nối này không đúng do nguồn áp phía đầu ra của bộ DC/AC không được phép mắc song song [7], [9].

Hình 4.9Đặc tính công suất sau MBA của phương thức kết nối 3

4.3 So sánh các phƣơng thức vận hành khi có kích động

4.3.1Xét trường hợp tăng tải đột ngột

Lưới điện kết nối với PV 1,2MW trong trường hợp tăng tải đột ngột được thể hiện trên hình 4.10.

HTĐ mặt trời kết nối vào lưới có cấp điện áp 22kV bao gồm: Hai hệ thống đường dây 8km và 14km, 3 phụ tải S1 = 100 kW, S2 = 2 MW và S3 = 30 + j2 MVA

được cấp từ một nguồn có công suất lớn thông qua máy biến áp có thông số là 110kV/22kV-47MVA.

Hình 4.10Lưới điện kết nối với PV 1,2MW khi tăng tải đột ngột

Trong trường hợp này, để xét xem phản ứng của PV 1,2MW khi tăng tải đột ngột (tăng 37%) ta tiến hành mắc thêm 2 phụ tải S4 = 2 MW và S5 = 10 + j2 MVA lần lượt qua 2 máy cắt 3 pha CB1 và CB2.

Trước khi mô phỏng, cả hai máy cắt CB1 và CB2 đều được cài đặt khoảng thời gian tác động là: [0.6 1] (s) đồng thời các đường đặc tính công suất phía sau MBA tăng áp và đặc tính PV đều được đo dưới điều kiện cường độ sáng 1000W/m2

1.Kết quả mô phỏng của phương thức kết nối 1

Kết quả mô phỏng khi tăng tải đột ngột trong phương thức kết nối 1 thu được các đường đặc tính công suất phía sau MBA và PV như hình 4.11 và hình 4.12.

Hình 4.11Đặc tính công suất sau MBA khi tăng tải đột ngột của phương thức 1

Nhận xét:

Tại khoảng t = [0.05 ÷ 0.4]s thì các giá trị tín hiệu điều khiển D của bộ biến đổi DC/DC được đặt là 0.5, khi đó các đường đặc tính điện áp của PV dao động với các giá trị trong khoảng (200 ÷ 350) V còn đặc tính công suất phía sau MBA ở trạng thái ổn định.

Tại khoảng t = [0.4 ÷ 0.6] s khi ta đặt thời gian cho bộ MPPT tác động để tìm được giá trị điều khiển D của bộ Boost (D = 0.45), khi đó các đường đặc tính điện áp của PV dao động xung quanh VM = 273,5 V còn đặc tính công suất phía sau MBA ở trạng thái ổn định.

Tại khoảng t = [0.6 ÷ 1] s khi ta tác động tăng tải đột ngột thì các đường đặc tính điện áp của PV vẫn dao động xung quanh VM còn đặc tính công suất phía sau dao động với biên độ tăng nhẹ.

2.Kết quả mô phỏng của phương thức kết nối 2

Kết quả mô phỏng khi tăng tải đột ngột trong phương thức kết nối 2 thu được các đường đặc tính công suất phía sau MBA và PV được thể hiện như trên hình 4.13 và hình 4.14.

Nhận xét:

Tại khoảng t = [0.6 ÷ 1] s khi ta tiến hành tác động tăng tải đột ngột thì các đường đặc tính điện áp phía đầu ra của PV vẫn dao động xung quanh điện áp cực đại VM còn đặc tính công suất phía sau MBA dao động với biên độ mạnh hơn so với phương thức kết nối 1.

Hình 4.13Đặc tính công suất sau MBA khi tăng tải đột ngột của phương thức 2

4.3.2Xét trường hợp sự cố ngắn mạch 3 pha

Lưới điện kết nối với PV 1,2MW trong trường hợp sự cố ngắn mạch 3 pha được thể hiện trên hình 4.15.

HTĐ mặt trời kết nối vào lưới có cấp điện áp 22kV bao gồm: Hai hệ thống đường dây 8km và 14km, 3 phụ tải S1 = 100 kW, S2 = 2 MW và S3 = 30 + j2 MVA được cấp từ nguồn công suất lớn thông qua máy biến áp 110kV/22kV-47MVA.

Trong trường hợp này, để xét xem phản ứng của PV 1,2MW khi ngắn mạch 3 pha ta tiến hành mắc thêm phần tử ngắn mạch 3 pha (Three-Phase Fault) vào các đường dây của phụ tải S2 = 2 MW.

Trước khi mô phỏng, phần tử ngắn mạch 3 pha được cài đặt khoảng thời gian tác động là: [0.6 0.67] (s) đồng thời các đường đặc tính công suất phía sau MBA tăng áp và đặc tính PV đều được đo dưới điều kiện cường độ sáng 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC.

Khảo sát đường đặc tính V-A của hệ 12 PV không có sự tác động MPPT

Xét trường hợp tăng tải đột ngột

Xét trường hợp sự cố ngắn mạch 3 pha