Nghiên cứu điều khiển hệ thống kết nối pin quang điện với lưới điện biến tần

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KẾT NỐI PIN QUANG ĐIỆN VỚI LƯỚI ĐIỆN BẰNG BIẾN TẦN

II- Nhiệm vụ và nội dung:

1. Tìm hiểu năng lượng mặt trời và các giải pháp sử dụng hiệu quả; cấu tạo và nguyên lý pin quang điện (PV); các loại hệ thống PV nối lưới và độc lập.

- Các thuật toán dò tìm điểm công suất cực đại cho hệ thống PV.

2. Lý thuyết biến tần đa bậc, biến tần lai và kỹ thuật điều khiển PWM cho biến tần đa bậc lai.

- Lập giải thuật và mô phỏng mô hình bộ nghịch lưu lai 5 bậc đề xuất bằng phần mềm MATLAB.

- Nghiên cứu giải thuật điều khiển hệ thống kết nối PV với lưới bằng biến tần lai.

3. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống kết nối PV với lưới bằng biến tần lai.

- Đánh giá kết quả mô phỏng.

NỘI DUNG:

Chương 1 TỔNG QUAN ............................................................................................. 1

1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu ....................................................................... 1

1.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................... 5

1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu .................................. 5

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 7

2.1 Năng lượng mặt trời. ......................................................................................... 7

2.2 Pin quang điện (PV). ......................................................................................... 8

2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PV. .................................................... 8

2.2.2 Mạch tương đương của PV. ...................................................................... 10

2.2.3 Mạch PV khi có tính đến các tổn hao. ...................................................... 10

2.2.4 Tấm PV. .................................................................................................... 12

2.2.5 Hệ thống dãy PV. ...................................................................................... 13

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến PV. ........................................................................ 15

2.3.1 Cường độ chiếu sáng. ............................................................................... 15

2.3.2 Góc chiếu sáng .......................................................................................... 16

2.3.3 Hiệu ứng bóng mờ .................................................................................... 17

2.3.4 Hiệu ứng nhiệt độ ..................................................................................... 19

2.3.5 Hiệu ứng thời tiết. ..................................................................................... 20

2.3.6 Hòa hợp tải điện. ....................................................................................... 21

2.3.7 Việc thay đổi chiều quay theo hướng mặt trời. ........................................ 22

2.4 Điểm làm việc có công suất cực đại (MPP) và điều khiển MPPT .................. 22

2.4.1 Điểm làm việc có công suất cực đại (MPP) ............................................. 22

vi

2.4.2 Bộ điều khiển MPPT ................................................................................ 25

2.4.3 Bộ biến đổi DC/DC (Buck-Boost converter) ........................................... 25

2.4.4 Các thuật toán dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT) ............................ 28

2.4.4.1 Xáo trộn và theo dõi P&O ................................................................. 28

2.4.4.2 Tăng tổng dẫn INC ............................................................................. 32

2.4.4.3 Thuật toán điều khiển điện áp hở mạch ............................................. 34

2.5 Các dạng cấu trúc bộ chuyển đổi PV .............................................................. 35

2.5.1. Bộ chuyển đổi tập trung (Centralized Converters) .................................. 35

2.5.2. Bộ chuyển đổi theo dãy (String Converters) ........................................... 35

2.5.3. Bộ chuyển đổi đa dãy (Multi-String Converters) .................................... 36

2.5.4. Bộ chuyển theo modul AC (AC-Module Converters) ............................. 36

2.6 Các dạng pin quang điện nối lưới và hoạt động độc lập ................................ 36

2.6.1 Dạng nối lưới ............................................................................................ 36

2.6.1.1 Hệ thống pin quang điện không có bộ ắc qui..................................... 37

2.6.1.2 Hệ thống pin quang điện có bộ ắc qui ................................................ 38

2.6.2 Dạng độc lập ............................................................................................. 38

2.6.2.1 Pin quang điện cấp nguồn cho hệ thống bơm nước ........................... 39

2.6.2.2 Pin quang điện cấp nguồn cho hệ thống chiếu sáng .......................... 39

2.6.2.3 Hệ thống PV ở những khu xa dân cư ................................................. 40

CHƯƠNG 3 BỘ NGHỊCH LƯU ĐA BẬC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU

KHIỂN ....................................................................................................................... 41

3.1 Khái quát về bộ nghịch lưu áp đa bậc. ............................................................ 41

3.1.1 Khái niệm. ................................................................................................. 41

3.1.2 Phân loại. .................................................................................................. 41

3.2 Các cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc. .......................................... 42

3.2.1 Cấu trúc bộ nghịch lưu áp chứa cặp diode kẹp (Neutral Point Clamped

multilevel inverter –NPC) .................................................................................. 42

3.2.2 Cấu trúc tụ điện thay đổi (Flying capacitor inverter) ............................... 44

3.2.3 Cấu trúc dạng ghép tầng (Cascade Inverter) ............................................ 45

3.2.4 Cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc lai (Hybrid Multilevel Inverter) ................ 46

3.2.5 Nhận xét .................................................................................................... 47

vii

3.3 Một số chỉ tiêu đánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu và các dạng sóng

mang dùng trong kỹ thuật PWM. .......................................................................... 48

3.3.1 Một số chỉ tiêu đánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu. .................... 48

3.3.2 Các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật PWM ...................................... 49

3.3.2.1 Bố trí cùng pha (PD: In phase Disposition) : ..................................... 49

3.3.2.2 Hai sóng mang kế tiếp nhau sẽ dịch 180

0

: ......................................... 49

3.3.2.3 Bố trí đối xứng qua trục Zero: ........................................................... 50

3.4 Các phương pháp điều chế bộ nghịch lưu áp. ................................................. 51

3.4.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin–PWM). ............................. 51

3.4.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (SFO – PWM) .................. 52

3.4.3 Phương pháp điều chế vectơ không gian .................................................. 53

3.4.3.1 Khái niệm vector không gian ............................................................. 53

3.4.3.2 Vector không gian của bộ nghịch lưu áp đa bậc : .............................. 54

3.4.4 Phương pháp điều khiển PWM dòng điện. ............................................... 56

3.4.4.1 Phương pháp dùng mạch tạo trễ (hystereris current control)............. 56

3.4.4.2 Phương pháp điều khiển dòng điện sử dụng khâu hiệu chỉnh PI (ramp

comparison current control) ........................................................................... 57

3.4.5 Phương pháp điều khiển vector dòng điện (Space vector current control)

........................................................................................................................... 58

3.5 Phân tích thuật toán PWM cho BNL lai 5 bậc được ghép từ 2 bộ nghịch lưu 3

pha 3 bậc & 2 bậc .................................................................................................. 60

3.5.1 Mạch khảo sát ........................................................................................... 60

3.5.2 Phân tích mạch. ......................................................................................... 61

3.5.3 Giải thuật cho mô hình đề xuất ................................................................. 61

3.5.4 Kỹ thuật điều chế sóng mang PWM cho BNL lai 5 bậc đề xuất .............. 63

3.6 Mô phỏng và đánh giá chất lượng điều chế BNL lai 5 bậc đề xuất ................ 64

CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH HÓA VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG KẾT NỐI PV VỚI

LƯỚI ĐIỆN DÙNG BIẾN TẦN LAI ........................................................................ 74

4.1 Các tiêu chuẩn nối lưới hệ thống PV ................................................................ 74

4.2 Mô hình hóa các khối trong hệ thống ............................................................... 75

4.2.1 Khối PV array ............................................................................................ 76

viii

4.2.2 Khối MPPT và DC/DC converter .............................................................. 79

4.2.2.1 Khối MPPT ......................................................................................... 79

4.2.2.2 Khối DC/DC converter (Buck-Boost converter) ................................. 83

4.2.4 Khối máy biến áp và lưới .......................................................................... 86

4.2.5 Các khối chuyển đổi tín hiệu ..................................................................... 88

4.3 Mô hình hệ thống điều khiển hoàn chỉnh ......................................................... 89

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN .......................................................................................... 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LƯU Ý:

Tài liệu được chia sẻ bởi CTV EBOOKBKMT "Mân Trần Lê" chỉ được dùng phục vụ mục đích học tập và nghiên cứu.

LINK DOWNLOAD