1.Tổng hợp các thông số của mô hình công suất 400kW, 800kW và 1,2MW
Các thông số cơ bản của ba mô hình PV trung bình công suất 400kW, 800kW và 1,2MW được thể hiện trên bảng 3.13.
Bảng 3.13Các thông số của ba mô hình PV 400kW, 800kW và 1,2MW
Thông số cơ bản PV 400kW PV 800kW PV 1,2MW Số lượng dàn PMT 04 Sunpower SPR-315-WHT-D ghép song song 08 Sunpower SPR-315-WHT-D ghép song song 12 Sunpower SPR-315-WHT-D ghép song song Bộ DC/DC + Giá trị tụ C (F) + Giá trị L1 (H) + Giá trị R (ohm) 100e-6, 260V 5e-3 0,005 100e-6, 260V 5e-3 0,005 100e-6, 260V 5e-3 0,005 Bộ tụ dự trữ năng lượng + Giá trị tụ C1 (F) + Giá trị tụ C2 (F) 100e-3, 250V 100e-3, 250V 100e-3, 290V 100e-3, 290V 100e-3, 300V 100e-3, 300V Bộ VSC
+ [ Pnom(VA) Fnom(Hz) ] + [ Vnom_prim Vnom_sec ] + DC bus voltage (V) + [ Rxfo Lxf ] + [ R(ohm) L(H) ] + VDC gains [ Kp Ki ] + Current gains [ Kp Ki ] [ 400e3 60 ] [ 25e3 260 ] 500 [0.002 0.06 ] [1e-3 45e-6 ] [7 800] [0.3 20] [ 800e3 50 ] [ 22e3 260 ] 580 [0.002 0.06 ] [1e-3 45e-6 ] [7 800] [0.3 20] [ 1250e3 50 ] [ 22e3 260 ] 600 [0.002 0.06 ] [1e-3 45e-6 ] [7 800] [0.3 20] Bộ lọc LC + Giá trị R (ohm) + Giá trị L (H) + Vn (V) + fn (Hz) + P (W) + QL (positive var) + Qc (negative var) 1e-3 45e-6 260 60 40e3/100 0 40e3 1e-3 45e-6 260 50 80e3/100 0 80e3 1e-3 45e-6 260 50 120e3/100 0 120e3 MBA + [ Pn(VA) , fn(Hz) ] + [ V1 Ph-Ph(Vrms) , R1(pu) , L1(pu) ] [400e3 , 60 ] [ 25e3, 0.001, 0.03 ] [800e3 , 50 ] [ 22e3, 0.001, 0.03 ] [1250e3 , 50 ] [ 22e3, 0.001, 0.03 ]
54 Thông số cơ bản PV 400kW PV 800kW PV 1,2MW + [ V2 Ph-Ph(Vrms) , R2(pu) , L2(pu) ] + Rm (pu) + Lm (pu) [ 260, 0.001, 0.03 ] 500 500 [ 260, 0.001, 0.03 ] 500 500 [ 260, 0.001, 0.03 ] 500 500 Nhận xét:
Từ các thông số so sánh trên, ta thấy khi nâng công suất PV từ 400kW lên 800kW và 1,2MW thì phần lớn các thông số cơ bản giống nhau chỉ khác nhau về: Số lượng dàn PMT, bộ dự trữ năng lượng, bộ VSC bộ lọc và MBA. Để xây dựng mô hình PV công suất lớn ta sẽ thực hiện từng khâu từ việc ghép nối các dàn PMT, đo các thông số PV đến hiệu chỉnh các thông số của các bộ biến đổi, bộ lọc và MBA sao cho các đường đặc tính của toàn hệ thống công suất lớn mới có dạng tương tự như các đường đặc tính của mô hình công suất cơ sở.
2.Kết quả xây dựng mô hình công suất lớn 1,2MW
Kết quả xây dựng mô hình PV công suất 1,2MW là sự ghép nối 03 dàn PMT 400kW qua 1 bộ DC/AC và 1 MBA kết nối với lưới được thể hiện trên hình 3.25.
Hình 3.25 Ghép 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:
55
- Mạch điều chỉnh điện áp một chiều DC/DC (Boost converter) - Bộ điều khiển tìm công suất cực đại (MPPT)
- Mạch nghịch lưu DC/AC và khối điều khiển VSC - Mạch lọc thành phần sóng hài LC
- Máy biến áp cách ly 1250kW 260V/22kV. - Kết nối với lưới điện (Utility grid).
3.5 Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của MPPT đến PV 1,2MW
Ta tiến hành ghép 03 dàn PMT 400kW song song với nhau, nghĩa là: Dòng đoản mạch và thế hở mạch của chúng bằng nhau, các đường đặc tính V-A của chúng giống hệt nhau. Nếu 03 dàn PMT 400kW được ghép song song thì đường đặc trưng V-A của hệ được suy ra bằng cách cộng các giá trị dòng điện I thành phần ứng với các giá trị điện thế U không đổi.
3.5.1Khảo sát đặc tính V-A của hệ 12 PV có sự tác động của MPPT
Ta tiến hành khảo sát đường đặc tính V-A của PV1 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 để bộ MPPT tham gia vào tìm điểm công suất cực đại là t = 0,4s. + Thời gian khảo sát trong vòng t = 0,5s.
Sơ đồ đo giá trị điện áp và dòng điện ra của PV1 khi có MPPT với D = 0,5 như trên hình 3.26.
56
Các giá trị tín hiệu điều khiển D của bộ biến đổi DC/DC được đặt trong khoảng [0,43 ÷ 0,60] khi đó điện áp và dòng điện ra của PV lúc này có giá trị được thống kê trong bảng 3.14.
Bảng 3.14Điện áp và dòng điện ra của PV1 có MPPT và D = [0,43 ÷ 0,60]
D 0,43 0,45 0,50 0,55 0,60 IPV1 327,5 356,4 355,9 355,8 355,8 UPV1 286,4 273,1 273,5 273,6 273,7
Từ các giá trị trong bảng 3.14, ta tính được giá trị điện áp và dòng điện ra của hệ 12 PV như bảng 3.15.
Bảng 3.15Điện áp và dòng điện ra của hệ 12 PV có MPPT và D = [0,43 ÷ 0,60]
D 0,43 0,45 0,50 0,55 0,60
IHT = 12.IPV1 3930 4276,8 4270,8 4269,6 4269,6 UHT = UPV1 286,4 273,1 273,5 273,6 273,7
Từ các số liệu trên, ta vẽ được đường đặc tính V-A khi có sự tác động của MPPT của PV 1,2MW như hình 3.27. I(A) U(V) 100 200 500 1000 1500 0 3000 MPP 3500 4000 4500 300
57
Nhận xét:
Tại cường độ sáng (Ir = 1000 W/m2) và T = 25oC khi có sự tác động của bộ MPPT thì trong khoảng D = [0,43 ÷ 0,60] ta thấy giá trị điện áp và dòng điện ra của hệ 12 PV mắc song song cũng dao động trong khoảng VM và IM như trường hợp của 1 PV chỉ khác nhau về biên độ của đường đặc tính V-A.
3.5.2Khảo sát đường đặc tính V-A của hệ 12 PV không có sự tác động MPPT
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
58
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
59
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.
60
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.
61
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.
62
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.
64
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.
65
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.
66
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.
67
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.
68
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