Tự động điều chỉnh điện áp của hệ thống điện mặt trời áp mái nối lưới

CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION THREE

TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP
CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI NỐI LƯỚI
Nguyễn Trung Tuyên, Nguyễn Thế Anh, Vũ Quang Hải, TS. Lê Thị Minh Châu
Bộ môn Hệ thống Điện - Viện Điện - Trường Đai Học Bách khoa Hà Nội
Tác giả liên hệ:

TÓM TẮT
Ngày nay, việc sử dụng năng lượng hóa

ra ngồi khoảng giới hạn điện áp cho phép,

thạch đang ngày càng cạn kiệt và gây ra

hệ thống PV sẽ bị ngắt kết nối với lưới. Bên

nhiều vấn đề ảnh hưởng nặng nề đến mơi

cạnh đó, sự nhiễu loạn điện áp có thể gây

trường. Sự phát triển của xã hội đòi hỏi gắn

ảnh hưởng lớn tới vấn đề chất lượng điện

liền với sự phát triển của các nguồn năng

năng. Để giải quyết vấn đề này, nghiên cứu

lượng sạch. Trong đó, năng lượng mặt trời

đề xuất phương pháp giúp hệ thống PV có

là nguồn năng lượng đang trở nên phổ

thể tự động điều chỉnh điện áp tại điểm kết

biến với số lượng lắp đặt hệ thống điện mặt

nối tùy theo công suất phát của hệ thống

trời (PV) áp mái tăng theo cấp số nhân. Việc

PV, góp phần tăng độ ổn định điện áp tại vị

kết nối hệ thống PV vào lưới điện quốc gia

trí kết nối. Tính hiệu quả của phương pháp

thường gặp một số vấn đề về điện áp. Khi

đề xuất sẽ được đánh giá qua kết quả mô

những giá trị điện áp tại điểm kết nối vượt

phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink.

Từ khóa: hệ thống PV, chất lượng điện áp, tự động điều chỉnh điện áp.

1. GIỚI THIỆU

năng lượng tái tạo được phát triển rộng rãi

Năng lượng hóa thạch vẫn đang là nguồn

hiện nay đó chính là năng lượng mặt trời

cung cấp năng lượng chính cho nhu cầu của

(PV), nguồn năng lượng này có thể được

thế giới, và càng ngày chúng ta càng nhận

khai thác ở nhiều quy mô, nhiều địa điểm

thấy được ảnh hưởng rõ ràng của việc sử

khác nhau làm cho nguồn năng lượng này

dụng năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch.

trở nên phổ biến hơn bao giờ hết. Hai mơ

Nó khơng cịn chỉ dừng lại ở vấn đề phát

hình điện mặt trời được sử dụng rộng rãi

thải khí CO2 mà là ảnh hưởng tới sự biến

hiện nay phải kể đến đó là mơ hình điện

đổi khí hậu với hàng loạt những thiên tai,

mặt trời áp mái và cánh đồng mặt trời.

cháy rừng,… xảy ra khắp nơi trên thế giới.

Trong phạm vi nghiên cứu này, các tác giả

Năng lượng tái tạo trở thành một hướng đi

quan tâm đến vấn đề điện áp cho mơ hình

mới cho thế giới. Một trong những nguồn

điện mặt trời áp mái.

68 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION THREE

Việc kết nối hệ thống điện mặt trời áp mái

nhiều năng lượng mặt trời vào hệ thống

cũng có thể gây ảnh hưởng rất lớn tới lưới

điện, cần có một bộ điều khiển nhằm giữ

điện quốc gia nếu gặp phải một số vấn đề

điện áp của các hệ thống PV tại vị trí kết nối

kỹ thuật như mất cân bằng pha, xâm nhập

để tránh trường hợp có thể gây ra sự ngắt

dịng một chiều, nhấp nháy điện áp, tính

kết nối khơng cần thiết các hệ thống PV khi

chọn lọc của hệ thống bảo vệ rơle...v.v.

có hiện tượng dao động điện áp trên lưới.

. Quyết định 13/2020/QĐ-TTg của Thủ

[2]

tướng Chính phủ quy định giá mua điện

Các hệ thống PV hiện nay đang sử dụng

(chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng) áp

hệ thống điều khiển P/Q thông thường

dụng cho hệ thống điện mặt trời áp mái

[4,5] và chưa được tham gia vào việc điều

trong năm 2020 là 1.940 đồng/kWh, cao

chỉnh điện áp trên lưới điện. Chính vì vậy,

hơn so với các loại hình điện mặt trời khác.

nếu điện áp tăng lên quá cao hoặc giảm

Theo EVN, tính đến đầu tháng 9/2020, cả

xuống quá sâu thì theo các tiêu chuẩn

nước đã có gần 50.000 hệ thống điện mặt

kết nối, hệ thống không thể duy trì kết

trời áp mái với tổng cơng suất gần 1.200

nối trong trạng thái như vậy, dẫn tới ngắt

MWp được lắp đặt và đưa vào vận hành,

kết nối với lưới điện, gây ra gián đoạn hệ

làm cho sự tương tác và ảnh hưởng qua lại

thống. Nghiên cứu này đề xuất giải pháp

giữa hai hệ thống điện này trở nên mạnh

sử dụng phương pháp tự động điều chỉnh

mẽ. Việc kết nối hệ thống PV với lưới đang

điện áp tùy theo lượng công suất phát của

gặp nhiều vấn đề do điện áp không ổn định

hệ thống PV, vì lượng bức xạ của mặt trời

[3]

. Khi có sự biến thiên điện áp hệ thống PV

trong mỗi khung giờ trong ngày là khác

có thể bị ngắt kết nối với lưới điện. Quá áp

nhau. Hệ thống sẽ tự điều chỉnh điện áp

được coi là một nhiễu loạn điện áp, giá trị

trong khoảng giá trị cho phép bằng cách

điện áp tại điểm kết nối tăng lên có thể gây

thay đổi (hấp thụ hoặc phát ra) công

ra sự cố quá điện áp trong trường hợp non

suất phản kháng, tăng tính ổn định cho

tải và hệ thống PV phát công suất lớn. Với

hệ thống và tăng thêm khả năng kết nối

mục đích nhằm tăng cường thâm nhập

nhiều hệ thống PV vào hệ thống điện.

2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Mô hình đề xuất
Tích hợp bộ ‘tự động điều khiển điện

thống PV nối lưới để đảm bảo điện áp

áp bằng cách thay đổi công suất phản

nằm trong khoảng giá trị cho phép tại vị

kháng’ vào biến tần (inverter) của hệ

trí kết nối với lưới điện.

DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 69


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION THREE

thống điện mặt trời áp mái kết nối lưới
bằng Matlab/Simulink. Hiệu quả của thuật
tốn đề xuất được đánh giá thơng qua kết
quả mô phỏng.
2.2.3 Dự kiến nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu các ảnh hưởng của hệ thống
điện mặt trời đến lưới điện.
Hình 1. Mơ hình của hệ thống PV kết nối lưới.

2.2 Phương pháp
2.2.1 Dữ liệu thu thập
Các dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu cần
thu thập và xây dựng bao gồm:

•
•
•

Nghiên cứu về các thuật tốn điều khiển
theo chế độ hoạt động của hệ thống PV
(P/Q control, P/PF control, P/V control, V/f
control) Mơ hình hóa lưới điện phân phối
và hệ thống điện mặt trời bằng phần mềm
Matlab/Simulink.

Biểu đồ lượng bức xạ mặt trời các

Mô phỏng công suất của hệ thống điện

khung giờ trong ngày.

mặt trời theo lượng bức xạ mặt trời đã thu

Thông số lưới điện phân phối thực tế.

thập được (theo chương trình điều khiển

Hiệu suất của hệ thống PV, giới hạn

P/Q thơng thường) Xây dựng thuật tốn

cơng suất Q của hệ thống PV

tự động điều chỉnh điện áp bằng cách thay
đổi công suất phản kháng dựa trên việc
đưa ra góc điều khiển tối ưu cho IGBT.
Áp dụng thuật tốn tự động điều chỉnh
điện áp tích hợp cho biến tần của hệ thống
PV áp mái nối lưới và đánh giá tính hiệu quả
của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp.

Hình 2. Ví dụ về cường độ bức xạ mặt trời trong 24h.

3. KẾT LUẬN
2.2.2 Phần mềm tính tốn

Mục đích của nghiên cứu này là xây dựng

MATLAB là một bộ phần mềm dùng để tính

thuật tốn tự động điều khiển điện áp (tích

tốn các bài tốn kỹ thuật, hiện được sử

hợp trong inverter) cho hệ thống PV. Thuật

dụng phổ biến để tính tốn và mơ phỏng

tốn điều chỉnh này khơng chỉ có khả năng

các bài tốn thuộc chun ngành hệ thống

giữ điện áp trong phạm vi cho phép tại

điện. Nhóm tác giả sẽ xây dựng thuật tốn

điểm kết nối mà còn tại mọi điểm trên lưới.

trên giao diện Matlab và mơ hình hóa hệ

Việc đánh giá hiệu quả của thuật toán tự

70 | DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO


CÁC ĐỀ XUẤT NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - SESSION THREE

động điều chỉnh trong việc ổn giữ điện áp

TÁC GIẢ Ý TƯỞNG

trong phạm vi cho phép tại điểm kết nối

Nguyễn Thế Anh

được thực hiện bằng việc mô phỏng kết

MSSV: 20181081, sinh năm 2000, là sinh

nối các nguồn phân tán vào lưới phân phối

viên ngành Kỹ thuật điện, K63 Viện Điện,

bằng Matlab Simulink.

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Hướng

Khi sử dụng bộ tự động điều chỉnh điện áp
cũng sẽ góp phần là giảm chi phí kết nối,
nâng cao chất lượng điện năng, tăng khả
năng kết nối nhiều hệ thống PV với nhau
và thực hiện nối lưới. Giảm sự tác động từ
hệ thống PV gặp sự cố gây ảnh hưởng tới
lưới điện.

nghiên cứu về Năng Lượng điện mặt trời và
điện gió.
Nguyễn Trung Tuyên
MSSV: 20181302, sinh năm 2000, là sinh
viên ngành Kỹ thuật điện, K63 Viện Điện,

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Hướng
nghiên cứu về Năng Lượng tái tạo.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Vũ Quang Hải

[1] Le Duc Tung, Le Thi Minh Chau, June 2020, “Control

MSSV: 20181145, sinh năm 2000, là sinh

voltage of grid-connected PV system facing
voltage sags”, Journal of Science & Technology 144
(2020) 001-005.
[2] F. Shahnia, R. Majumder, A. Ghosh, G. Ledwich,

viên ngành Kỹ thuật điện, K63 Viện Điện,
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Hướng
nghiên cứu về Năng lượng tái tạo.

F. Zare, 2010 “Sensitivity analysis of voltage
imbalance in distribution networks with rooftop
PVs”, IEEE PES General Meeting.
[3] Topic, Danijel, Zovko, Nikolina, Knezevic, Goran,
Perko,

Jurica,

Raff,

Rebeka,

Golub, Velimir

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
TS. Lê Minh Châu

“Influence of PV Systems on Distribution Network

Sinh năm 1984, Đà Nẵng, Việt Nam. Cô

Voltage Values and Power Losses: Case Study”, Novi

nhận bằng Kỹ sư ngành Kỹ thuật điện tại

Sad, Serbia (2019.7.1-2019.7.4) IEEE EUROCON

Đại học Bách Khoa Đà Nẵng năm 2007;

2019 -18th International Conference on Smart
Technologies

bằng Thạc sĩ năm 2008 và Tiến sỹ năm 2012

[4] Kinal Kachiya, Makarand Lokhande, Mukesh Patel,

chuyên ngành Kỹ thuật điện tại Trường Đại

13-14 May 2011 “MATLAB/Simulink Model of

học Bách khoa Quốc gia Grenoble (thuộc

Solar PV module and MPPT Algorithm”, National
Conference on Recent Trends in Engineering &
Technology.

nhóm Grandes Ecoles), Pháp. Cơ hiện là
Giảng viên thuộc bộ môn Hệ thống điện,

[5] Tshewang Lhendup, Sonam Wangchuk, Lungten

Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà

Norbu, Chimi Rinzin, Saten Lhundup “Simulated

Nội. Lĩnh vực nghiên cứu của cô là phân

Performance of a Grid-Connected and Standalone
Photovoltaic Power System”, International Journal

tích tính tốn và tối ưu hóa chế độ hệ thống

of Scientific & Engineering Research, Volume 7,

điện, tích hợp các nguồn năng lượng tái

Issue 11, November 2016.

tạo vào lưới điện, năng lượng điện mặt trời.
DIỄN ĐÀN SINH VIÊN 2020 - NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO | 71