Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới điện

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

VŨ CHÍ CƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ

THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ĐIỆN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

Thái Nguyên, Năm 2020

ii

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

VŨ CHÍ CƯỜNG

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ

THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN

MÃ SỐ: 8.52.02.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT ĐIỆN

Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS. Nguyễn Hữu Công

Thái Nguyên, Năm 2020

iii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân, do tôi

tự nghiên cứu, thực hiện và tỏng hợp dựa trên sự hướng dẫn của PGS. TS Nguyễn

Hữu Công- PGĐ Đại học Thái Nguyên.

Trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo đã trích dẫn trong phần

tài liệu tham khảo. Các số liệu, chương trình phần mềm và những kết quả nghiên

cứu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kì nghiên cứu nào

khác.

Tôi xin khẳng định về sự trung thực của lời cam đoan trên./.

Thái Nguyên, ngày 18 tháng 09 năm 2020

Học viên

Vũ Chí Cường

iv

LỜI CẢM ƠN

Qua thời gian học tập, nghiên cứu chương trình cao học kỹ thuật điện của

trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, đã giúp tác giả nhận thức sâu sắc về cách

thức nghiên cứu, phương pháp tiếp cận các đối tượng nghiên cứu và lựa chọn đề tài

luận văn tốt nghiệp cao học; đồng thời góp phần nâng cao kiến thức chuyên môn

vững vàng, nâng cao năng lực thực hành, khả năng thích ứng cao trước sự phát triển

của khoa học, kĩ thuật và kinh tế; có khả năng phát hiện, giải quyết độc lập những

vấn đề thuộc chuyên ngành được đào tạo và phục vụ cho công tác được tốt hơn.

Việc thực hiện nhiều bài tập nhóm trong thời gian học đã giúp tác giả sớm tiếp cận

được cách làm, phương pháp nghiên cứu, tạo tiền đề cho việc độc lập trong nghiên

cứu và hoàn thành luận văn này.

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

PGS. TS Nguyễn Hữu Công đã giúp đỡ, hướng dẫn hết sức chu đáo, nhiệt tình

trong quá trình thực hiện để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này;

Các CBCNV trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi

cho tác giả trong quá trình tiến hành thực nghiệm đề tài và bảo vệ luận văn thạc sĩ;

Gia đình, bạn bè của tác giả đã giúp đỡ, tạo điều kiện về thời gian, động viên

tác giả trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn này;

Tác giả mong muốn tiếp tục nhận được sự chia sẻ, hỗ trợ và tạo điều kiện

của Hội đồng Chấm luận văn thạc sĩ, để bản luận văn này hoàn thiện hơn.

Xin trân trọng cám ơn!

Lạng Sơn, ngày 16 tháng 07 năm 2020

Tác giả luận văn

Vũ Chí Cường

v

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................................i

MỤC LỤC .................................................................................................................................iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT.................................................................... vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG ................................................................................ix

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................................1

1. Tính cấp thiết của đề tài..........................................................................................................1

2. Mục tiêu nghiên cứu ...............................................................................................................2

3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................................2

4. Những kết quả đạt được..........................................................................................................2

5. Cấu trúc của luận văn..............................................................................................................3

Chương 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI

NƯỚC ............................................................................................................................ 6

1.1. Phương pháp khai thác, sử dụng các nguồn năng lượng sạch ................................. 6

1.1.1. Tổng quan về các nguồn năng lượng sạch................................................. 6

1.1.2. Lợi ích của năng lượng sạch ...................................................................... 8

1.1.3. Các giải pháp về năng lượng của loài người.............................................. 8

1.2. Tổng quan hệ thống điện năng lượng mặt trời......................................................... 9

1.2.1. Tổng quan .................................................................................................. 9

1.2.2. Một số nghiên cứu ngoài nước................................................................. 14

1.2.3. Một số nghiên cứu trong nước ................................................................. 16

1.3. Kết luận chương 1 .................................................................................................. 20

Chương 2. HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI ĐIỆN

QUỐC GIA .................................................................................................................. 21

2.1. Hệ thống điện năng lượng mặt trời hòa lưới.......................................................... 21

2.1.1. Pin mặt trời............................................................................................... 21

2.1.2. Bộ đóng cắt mềm ..................................................................................... 23

2.1.3. Bộ biến đổi DC/DC hay bộ Boost Converter........................................... 23

2.1.4. Bộ nghịch lưu DC/AC.............................................................................. 27

2.1.5. Bộ lọc phía lưới........................................................................................ 29

vi

2.1.6. Thiết bị điều khiển ................................................................................... 29

2.2. Lý thuyết hòa lưới điện .......................................................................................... 31

2.2.1. Các điều kiện hòa đồng bộ....................................................................... 31

2.2.2 Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới ......................................................... 33

2.3. Kết luận chương 2 .................................................................................................. 33

Chương 3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN MẶT TRỜI HÒA LƯỚI . 35

3.1. Lý thuyết về bộ nghịch lưu áp ba pha nối lưới ...................................................... 35

3.1.1. Định nghĩa................................................................................................ 35

3.1.2. Phân loại................................................................................................... 36

3.2. Phương pháp điều chế véc tơ không gian SVM..................................................... 38

3.2.1. Thành lập véc tơ không gian.................................................................... 38

3.2.2. Chuyển hệ tọa độ (α, β) sang hệ tọa độ (d, q) cho véc tơ không gian ..... 29

3.2.3. Trạng thái của van và các véc tơ biên chuẩn ........................................... 40

3.3. Thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống ...................................................................... 45

3.3.1. Mô tả Dàn Pin Mặt trời ............................................................................ 45

3.3.2. Thiết kế mạch điều khiển cho bộ Boost Converter.................................. 47

3.3.3. Thiết kế mạch điều khiển cho bộ nghịch lưu áp ba pha DC/AC

(Voltage Source Inverter - VSI).................................................................................... 55

3.4. Kết luận chương 3 .................................................................................................. 63

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................... 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................. 65

vii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu:

IΦ: dòng quang điện (A/m2

);

ID: dòng qua điot (A/m2

);

IS: dòng bão hoà (A/m2

);

n: được gọi là thừa số lý tưởng phụ thuộc vào các mức độ hoàn thiện

công nghệ chế tạo pin mặt trời. Gần đúng có thể lấy n = 1;

RS: điện trở nối tiếp (điện trở trong) của pin mặt trời (/m2

);

Rsh: điện trở sơn (điện trở dò) (/m2

)

q: điện tích của điện tử (C).

UDC: Điện áp một chiều

Q: hàm đo chất lượng của mạch

UPV, IPV: là điện áp và dòng điện của dàn Pin mặt trời

UL, IL: là dòng điện ba pha của Lưới điện.

CDC: điện dung của bộ DC link

isu, isv, isw là ba dòng điện pha của lưới điện ba pha

u, v, w là ba cuộn dây pha của lưới

s

s

i

là véc tơ dòng is quan sát trên hệ tọa độ αβ

f

s

i

là véc tơ dòng is quan sát trên hệ tọa độ dq

isα và isβ là các thành phần dòng thuộc hệ trục tọa độ αβ

θ là góc lệch pha của hệ tọa độ cùng gốc dq so với hệ αβ

isd và isq là các thành phần dòng thuộc hệ trục tọa độ dq

Ts là chu kỳ cắt mẫu

tp, tt là thời gian điều chế

SVM : Phương pháp điều chế vectơ không gian

PWM: Phương pháp điều chế độ rộng xung

Uoc là điện áp hở mạch của Pin mặt trời

Isc (short circuit current) dòng điện mạch ngắn trong Pin mặt trời