tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật THIẾT kế điều KHIỂN hệ THỐNG điện sử DỤNG NĂNG LƯỢNG mặt TRỜI hòa lưới điện QUỐC GIA

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN







LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH TỰ ĐỘNG HÓA
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ


 !"#$#%&'()'
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Cán bộ HDKH : *+*+,-./,0
Chủ tịch :*+*+12 3/#
Phản biện 1 : *+*+ !4#56#
Phản biện 2 : *+ !4# 7#
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng
cao học, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 8 giờ 00 phút ngày 28 tháng 07 năm 2013.
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên
và Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
2
89:
Năng lượng mặt trời có những ưu điểm như: sạch, chi phí nhiên liệu và bảo dưỡng thấp, an
toàn cho người sử dụng… Đồng thời, phát triển ngành công nghiệp sản xuất pin mặt trời sẽ góp phần
thay thế các nguồn năng lượng hóa thạch, giảm phát khí thải nhà kính, bảo vệ môi trường. Vì thế, đây

được coi là nguồn năng lượng quý giá, có thể thay thế những dạng năng lượng cũ đang ngày càng cạn
kiệt. Gần đây số lượng các hệ thống phát năng lượng mặt trời tăng nhanh dẫn tới hình thành sự cung
cấp điện dịch vụ mới và đạt tiêu chuẩn ứng với nguồn năng lượng sạch. Đặc biệt, việc chuyển điện
năng từ nguồn năng lượng mặt trời vào nguồn điện lưới sẽ làm giảm chỉ số tiêu thụ điện từ lưới cho
mỗi đơn vị sử dụng. Công nghệ này cho ta khả năng khai thác hiệu quả tài nguyên đóng góp trực tiếp
vào các nguồn cung cấp phân bố trên diện rộng dựa trên mạng lưới điện quốc gia.
Sau 2 năm được đào tạo thạc sỹ tạo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, tôi đã được giao đề
tài luận văn tốt nghiệp là “ !"#$"%!&'$ !() *# +),%!*) /0),)1),234),56##78! 9:23;!
%!*)<'+=,!:”.
Đề tài đã được hoàn thành, ngoài sự nỗ lực của bản thân còn có sự chỉ bảo, giúp đỡ động viên
của các thầy cô giáo, gia đình, bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin gửi lời cám ơn sâu sắc nhất đến
*+*,-./,0$người đã luôn quan tâm động viên, khích lệ và tận tình hướng dẫn tôi trong
suốt quá trình thực hiện luận văn. Chân thành cảm ơn thầy.
Do kiến thức còn hạn chế nên luận văn này không tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong
nhận được các ý kiến chỉ bảo của các thầy cô giáo và của bạn bè đồng nghiệp để luận văn được hoàn
thiện hơn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái Nguyên, ngày 29 tháng 07 năm
2013
;/<"#

5=# >#?
3
@8AB,CD
Nội dung chính của luận văn được cấu trúc gồm 3 chương:
5=#EF&6 <G#%#H5I#&JKKLM<N//O5=#OOP?K/$QRST#
)+)+ U##%#H5I#&JKKLM
Năng lượng mặt trời là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên
ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo
khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dòng sông,… Năng lượng mặt trời có

thể nói là vô tận. Tuy nhiên, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng
và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt trái
đất.
)+)+)+V KLW//X?&JKKLM
Một cách khái quát có thể chia mặt trời thành
hai phần chính: phần phía trong và phần khí quyển bên
ngoài (hình 1.1). Phần khí quyển bên ngoài lại gồm 3
miền và được gọi là quang cầu, sắc cầu và nhật miện.
Còn phần bên trong của nó cũng có thể chia thành 3
lớp và gọi là tầng đối lưu, tầng trung gian và lõi mặt
trời. Một số thông số của các lớp của mặt trời được
cho trên hình 1.1.
)+)+'+%#H5I#&JKKLM
Năng lượng do mặt trời bức xạ ra vũ trụ là một lượng khổng lồ. Mỗi giây nó phát ra 3,865.10
26
J,
tương đương với năng lượng đốt cháy hết 1,32.10
16
tấn than đá tiêu chuẩn. Nhưng bề mặt quả đất chỉ
nhận được một năng lượng rất nhỏ và bằng 17,57.10
16
J hay tương đương năng lượng đốt cháy của
6.10
6
tấn than đá.
Năng lượng khổng lồ từ mặt trời được xác định là sản phẩm của các phản ứng nhiệt hạt nhân.
)+)+Y+Z[\/]-&JKKLM
Bức xạ mặt trời có bản chất là sóng điện từ, là quá trình truyền các dao động điện từ trường trong
không gian. Khi bức xạ mặt trời đi qua tầng khí quyển bao quanh quả đất, nó bị các phân tử khí, các
hạt bụi, hấp thụ hoặc bị làm tán xạ, nên phổ và năng lượng mặt trời khi đến bề mặt quả đất bị thay

đổi rất đáng kể.
Bảng 1.1 : Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo bước sóng
Quang phổ Bước sóng
Mật độ năng lượng
(W/m
2
)
Tỷ lệ %
Tia vũ trụ
Tia X
< 1 nm
0,1 nm
6,978.10
.5
6,978.10
.7
4
Tia tử ngoại C
0,2 ÷ 0,28 µm
7,864.10
6
0,57
Tia tử ngoại B
0,28 ÷ 0,32 µm
2,122.10
1
1,55
Tia tử ngoại A
0,32 ÷ 0,40 µm
8,073.10

1
5,90
Tia nhìn thấy
0,40 ÷ 0,52 µm
2,240.10
2
16,39
0,52 ÷ 0,62 µm
1,827.10
2
13,36
0,62 ÷ 0,78 µm
2,280.10
2
16,68
Tia hồng ngoại
0,78 ÷ 1,40 µm
4,125.10
2
30,18
1,40 ÷ 3,00 µm
1,836.10
2
13,43
3,00 ÷ 100,00 µm
2,637.10
1
1,93
Sóng vô tuyến điện
0,10 ÷ 10,0 cm

6,978.10
.9
10,00 ÷100,0 cm
6,978.10
.10
1,0 ÷ 20,0 m
6,978.10
.9

)+)+^+J/_6&/X?[\/]-&JKKLMKL"#[G&JK` a_VK+
>?>?@?>?A BCD=EF56##78!
Ở mặt đất nhận được hai thành phần bức xạ:
Bức xạ trực tiếp (còn gọi là Trực xạ) là các tia sáng mặt trời đi thẳng từ mặt trời đến mặt đất,
không bị thay đổi hướng khi qua lớp khí quyển.
Bức xạ Nhiễu xạ hay bức xạ khuếch tán gọi tắt là tán xạ là thành phần các tia mặt trời bị thay đổi
hướng ban đầu do các nguyên nhân như tán xạ, phản xạ,
Tổng hai thành phần bức xạ này được gọi là tổng xạ, nó chiếm khoảng 70% toàn bộ bức xạ mặt
trời hướng về quả đất.
>?>?@?G?H,!I5)1),234),56##78!J 0# 'K=LMN%K/M!%38),%!=O:#!:-P),<':2;J$ Q
<'R()S:!75: T
>?>?@?U?38),%KCD=EF56##78!C!")%B!# VN# 8!,!:)
>?>?@?@?38),%KCD=EF56##78!C!")%B!# VN$ W),,!:)
)+'+/O5=#OOP?K/$QRST##%#H5I#&JKKLM
ViệtNamlà một quốc gia đang phát triển, do đó nhu cầu năng lượng ngày càng tăng với tốc độ
tăng trưởng khoảng (15-20)%. Hiện tại chính sách quốc gia của ViệtNamvề nhu cầu năng lượng dựa
vào việc thiết lập hệ thống các nhà thủy điện, nhà máy nhiệt điện tua bin hơi và tua bin khí, một số
nhà máy điện nguyên tử…
)+'+)+Z#` ?#<GKbK[cQRST##%#H5I#&JKKLM
Các ứng dụng NLMT phổ biến hiện nay bao gồm các l‡nh vực chủ yếu sau:
>?G?>?>?A!)56##78!

>?G?>?G? M5PR) !*#%!*) /0),)1),234),56##78!?
>?G?>?U? !"#CX-YR$ W/Z),)1),234),56##78!
>?G?>?@?["J)Y'/Z),)1),234),56##78!
5
>?G?>?\ !"#CX= 3),=Y#)3;=/Z),
>?G?>?]K),=^-#!72!),= FRC_),)1),234),56##78!
>?G?>?` !"#CX%'))3;=)a),C_),)1),234),56##78!
>?G?>?b? !"#CX2M52F) LM%!&' 9:$ W),$ Q/Z),
)+'+'+5d##"#/\ /e<f/QRST#%#H5I#&JKKLM
Năng lượng mặt trời (NLMT) – nguồn năng lượng sạch và tiềm tàng nhất đang được loài
người thực sự đặc biệt quan tâm. Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng NLMT
và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vấn đề có tính thời sự.
Vấn đề sử dụng NLMT đã được các nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm. Mặc
d‰ tiềm năng của NLMT rất lớn nhưng tŠ trọng năng lượng được sản xuất từ NLMT trong tổng năng
lượng tiêu thụ của thế giới vẫn còn ít. Nguyên nhân chính chưa thể thương mại hóa các thiết bị và
công nghệ sử dụng NLMT trong tổng năng lượng mặt trời là do còn tồn tại một số hạn chế lớn chưa
được giải quyết:
- Giá thành thiết bị còn cao
- Hiệu suất thiết bị còn thấp
- Việc triển khai ứng dụng thực tế còn hạn chế
Để khai thác và sử dụng NLMT một cách hiệu quả cần có một hệ thống lưới điện thông minh.
Khi có ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra năng lượng một chiều (DC), Nguồn năng lượng một chiều này được
chuyển đổi thành điện năng xoay chiều (AC) bởi bộ nghịch lưu. Bộ điều khiển có chức năng truyền
năng lượng này đến phụ tải chính để cung cấp điện cho các thiết bị điện trong gia đình. Đồng thời,
điện năng dư thừa được bán trở lại lưới điện qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện.
)+Y+bKH g#/5=#)
Năng lượng mặt trời là một dạng năng lượng tái tạo vô tận với trữ lượng lớn. Đó là một trong các
nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh chúng ta. Đồng thời
nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh
khối, năng lượng các dòng sông,… Năng lượng mặt trời có thể nói là vô tận. Tuy nhiên, để khai thác,

sử dụng nguồn năng lượng này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới
bề mặt quả đất.
Chương 1 đã giới thiệu được các vấn đề:
- Cấu trúc của mặt trời và đặc điểm của nguồn năng lượng mặt trời.
- Các phương pháp khai thác, sử dụng năng lượng mặt trời hiện nay.
Trong đó tác giả cũng nhấn mạnh vấn đề sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng mặt trời
và hệ thống điện mặt trời hòa lưới là một phương thức sử dụng năng lượng mặt trời rất kinh
tế. Đây là l‡nh vực đang có xu hướng nghiên cứu để đưa vào sử dụng rộng rãi và cũng là vấn
đề mà luận văn nghiên cứu.
5=#'EfK3#_f##%#H5I#&JKKLM
Trong thực tế, hệ thống điện năng lượng mặt trời có hai loại phổ biến là hệ thống điện năng
lượng mặt trời độc lập và hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới.
'+)+fK3#_f##%#H5I#&JKKLM_h/HgO
6
H thng in mt tri c lp l h ngun khụng ni vi mng li in quc gia hay a
phng. H ngun ny c ng dng cỏc khu vc khụng cú li in. Ngoi dn pin Mt tri, trong
mt h ngun in mt tri cũn cú cỏc thnh phn khỏc nhau trong s :
S khi tng quỏt ca mt h ngun in Mt tri
i vi cỏc ng dng quy mụ ln, nh cỏc nc phỏt trin hin nay, ngi ta s dng cụng
ngh %!*)56##78!)+!23;!. Trong cụng ngh ny, in t mỏy phỏt l dn pin mt tri c bin i
thnh dũng xoay chiu cú hiu in th v tn s ph hp nh cỏc b bin i in (Inverter) v c hũa
vo mng li in cụng nghip. Khi s dng in ngi ta li ly in t li. Mng li in cú vai trũ
nh mt ngõn hng, tớch tr in nng lỳc dn pin mt tri phỏt in v cung cp tr li ngi tiờu dng
khi cn thit. Nh ngõn hng in ny m vic s dng luụn n nh v rt tit kim in.
'+'+,iK !bKfK3#_f#QRST##%#H5I#&JKKLM#3H5d
S trỡnh by tng quan v h thng in Nng lng
Mt tri ni li.
Le#_jE
'+'+)+#&JKKLM
Pin nng lng mt tri (hay pin quang in, t bo quang in), l thit b bỏn dn cha

lng ln cỏc iot P-N, dui s hin din ca ỏnh sỏng mt tri cú kh nng to ra dũng in s
dng c. S chuyn i ny gi l hiu ng quang in. Cỏc pin nng lng mt tri cú nhiu
ng dng. Chỳng c bit thớch hp cho cỏc vng m in nng trong mng li cha vn
ti, cỏc v tinh quay xung quanh qu o trỏi t, mỏy tớnh cm tay, cỏc mỏy in thoi cm tay
t xa, thit b bm nc Pin nng lng mt tri (to thnh cỏc module hay cỏc tm nng
lng mt tri) xut hin trờn núc cỏc tũa nh ni chỳng cú th kt ni vi b chuyn i ca
mng li in.
S in tng ng ca Pin mt tri:
7
Dn PMT B iu khin
c quy
Ti DC
Ti AC
AC
DC
K
Bộ đóng cắt
mềm PS
~
=
Boost
Converter
ắc quy
controller
các tín hiệu phản
hồi dòng, áp, tốc độ
các giá trị đặt
Bộ đóng cắt
mềm l ới
Máy cắt

phụ tải
Tải
l ới
MBA
nlp
PV
+
-
I

I
D
I
sh
I
+
-
R
sh
R
s
V
'+'+'+1h_j#/.K&G&
Nhiệm vụ: Đóng cắt mạch điện để cho một thiết bị được kết
nối hoặc không kết nối với lưới. Chúng được tạo thành bởi các
linh kiện bán dẫn công suất Thyristor mỗi pha gồm hai Thyristor
mắc song song ngược, nên trong quá trình đóng cắt không phát
sinh hồ quang. Bộ đóng cắt mềm cho phép đóng cắt với thời gian
ngắn; thông qua thuật toán điều khiển, cho phép điều khiển được
công suất cấp cho tải và hướng truyền công suất.

'+'+Y+1h[b#_Zk?![h1eeQKe#<lLKlL
Bộ biến đổi tăng áp (Boost converter) có tác dụng biến đổi điện áp một chiều ở đầu vào thành
điện áp đầu ra cao hơn, thường được sử dụng ở mạch một chiều trung gian của các thiết bị biến đổi
điện năng công suất vừa đặc biệt là các hệ thống phát điện sử dụng năng lượng tái tạo (sức gió, mặt
trời ).
Mạch Boost Converter có cấu tạo nguyên lý khá đơn giản.
Cũng d‰ng một nguồn đóng cắt, d‰ng cuộn cảm và tụ điện. Điện
áp đầu ra phụ thuộc vào điều biến độ rộng xung và giá trị cuộn
cảm L.
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển:
c
DC
PV
DC-DC Boost Converter
MPPT
I
PV
U
PV
U
PV
I
PV
U
d
PI P
WM
U
PV
m


m

U
DC
Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển cho bộ Boost Converter
'+'+^+1h#c/H5 k
Bộ nghịch lưu có chức năng biến đổi dòng điện một chiều (DC) từ dàn pin mặt trời hoặc từ bộ Ắc
qui thành dòng điện xoay chiều (AC).
Hệ điều khiển nghịch lưu d‰ng để tạo ra các xung điều khiển đóng mở các van động lực theo
những luật mong muốn. Các luật điều khiển chủ yếu tập trung vào các vấn đề điều chỉnh điện áp, tần
số và đảm bảo chất lượng áp của nghịch lưu.
Dưới đây là sơ đồ mạch lực của bộ nghịch lưu áp 3 pha:
Chúng được cấu tạo từ các linh kiện
bán dẫn công suất, trong trường hợp này
chọn linh kiện bán dẫn là IGBT S
1
, S
2
, S
3
,
8
C
DC
+
-
u
a
u

b
u
c
S
1
S
3
S
5
S
4
S
6
S
2
L R
U
PV
m

m

U
DC
L D
M
C
S
4
, S

5
, S
6
do làm việc được tần số đóng cắt lớn và có đầy đủ ưu điểm của Tranzitor Bipolar và
MOSFET. S
1
÷ S
6
sẽ đóng, mở theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển. Điện áp
đầu ra có dạng sin và được viết như sau:
sin( )
2
sin( )
3
2
sin( )
3
a m
b m
c m
u U t
u U t
u U t
ω ψ
π
ω ψ
π
ω ψ



= +


= + −



= + +


(2.17)
Trong đó: U
m
, ω, ψ là: Biên độ, tần số góc và góc pha đầu của điện áp ra bộ nghịch lưu sau khi đã
qua bộ lọc phía lưới LR.
'+'+n+1hH;/Oo?H5dE
Bộ lọc phía lưới có tác dụng lọc bớt các sóng hài bậc cao gây
ra bởi bộ nghịch lưu. Sơ đồ thay thế như hình vẽ:
Từ sơ đồ thay thế, viết phương trình theo luật Kirholf 2 ta có phương trình:
.
f
g f f f f
di
E i R L u
dt
= + −
(2.18)
Trong đó:
E
g

: Điện áp lưới
i
f
: Dòng điện chạy qua bộ lọc (dòng điện đầu ra bộ nghịch lưu)
u
f
: Điện áp đặt lên bộ lọc (điện áp ra từ bộ nghịch lưu)
'+'+p+bK[c_G P6#
Là bộ điều khiển trung tâm của cả hệ thống thực hiện chức năng điều phối công suất giữa hệ
thống pin mặt trời với lưới nhằm điều khiển phát công suất phản kháng lên lưới và phát công suất tác
dụng cực đại lên lưới, điều phối tải (tải cục bộ), điều khiển máy phát bám lưới khi có lỗi lưới.
Bộ điều khiển (controller or regulator) là một thiết bị điện tử có chức năng kiểm soát tự động các
quá trình nạp và phóng điện của bộ ác qui. Bộ điều khiển (BĐK) theo dõi trạng thái của ác qui thông
qua hiệu điện thế trên các điện cực của nó.
cdefghij
9
u
f
i
f
R
f
L
f
E
g
DC-AC Inverter
U
PV
I

PV
DC-AC
Controller
L
f
R
f
L¦íI §IÖN
I
G
U
G
c
DC
PV
DC-DC Boost Converter
MPPT
Controller
I
PV
U
PV
7N),%aj
- MPPT Controller : Bộ điều khiển công suất cực đại từ dàn Pin mặt trời. Bộ này có tác dụng điều
khiển cho năng lượng từ dàn pin mặt trời luôn MAX trong mọi điều kiện không ổn định về thời tiết, khí hậu,
thời gian sáng tối, cường độ bức xạ… Tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển MPPT trực tiếp điều khiển đóng mở
van của bộ DC – DC.
- U
PV
, I

PV
là điện áp và dòng điện của dàn Pin mặt trời.
- U
G
, I
G
là dòng điện ba pha của Lưới điện.
- C
DC
là điện dung của bộ DC link. Bộ này có nhiệm vụ ổn định điện áp từ đầu ra bộ DC-DC trước
khi đưa vào bộ nghịch lưu DC-AC.
'+Y+,iK !bK<Gq?fK3#_f#&JKKLM<dH5d
Hòa đồng bộ là một trong các điều kiện để nguồn điện (từ máy phát, pin mặt trời…) có thể hoạt
động ở chế độ làm việc song song hoặc c‰ng nối chung vào một mạng lưới điện.
Các nguồn điện khi hoạt động ở chế độ làm việc song song với một nguồn khác, hoặc nhiều
nguồn c‰ng nối chung vào một mạng lưới điện luôn đòi hỏi một số điều kiện. Một trong các điều kiện
đó là các nguồn điện phải hoạt động đồng bộ với nhau.
'+Y+)+/_G Pf#q?_U#[h+
- Điều kiện về tần số: Hai nguồn phải bằng tần số với nhau, hoặc tần số nguồn điệnphải bằng tần
số lưới.
- Điều kiện về điện áp: Hai nguồn phải c‰ng điện áp với nhau, hoặc điện áp nguồn phải bằng điện
áp lưới.
- Điều kiện về pha: Hai nguồn phải c‰ng thứ tự pha nếu số pha lớn hơn 1, và góc pha phải tr‰ng
nhau.
Ta thấy điều kiện 1 và điều kiện 3 có v— như mâu thuẫn với nhau vì nếu muốn cho góc pha của 2
phía tr‰ng nhau thì phải điều chỉnh tần số, mà đã điều chỉnh tần số thì tần số không thể bằng nhau.
Còn nếu muốn giữ nguyên cho 2 tần số bằng nhau thì khó có thể điều chỉnh được góc pha. Do đó, điều
kiện thực tế là:
'+Y+'U#<cO?KLe#?fK3#H5d
10

Đối với các hệ thống phân đoạn, hệ thống lưới mạch vòng, thì đồng vị pha đã được xác định ngay
khi thiết kế. Tuy nhiên do những sai lệch về điện áp giáng trên đường dây, trên tổng trở ngắn mạch
của máy biến áp, do phối hợp các tổng trở các máy biến áp trong mạch vòng không tốt và do sự phân
bố tải trước khi đóng, nên góc pha giữa 2 đầu máy cắt có thể khác 0. Nhưng thường là ít thay đổi trong
thời gian ngắn. Trong trường hợp này, đóng máy cắt sẽ không gây ra ảnh hưởng gì lớn, ngoại trừ một
vài điểm nào đó có khả năng quá tải. Đối với một số v‰ng liên kết với hệ thống lưới bằng 1 đường duy
nhất, hoặc nhiều đường nhưng do sự cố đã rã toàn bộ, thì khi đóng lại, góc pha sẽ không còn 0 nữa.
Khi đó, góc pha sẽ thay đổi liên tục, vì 2 tần số lúc ấy sẽ không còn bằng nhau. Đóng máy cắt lúc đó
phải đầy đủ các điều kiện về tần số như hòa đồng bộ máy phát điện. Và thường rất khó, khó hơn hòa
đồng bộ máy phát. Vì muốn thay đổi tần số của một trong 2 hệ thì không thể tác động tại chỗ được, mà
phải liên hệ từ xa. Để bảo đảm đồng vị pha, trên mạch điều khiển các máy cắt ấy phải có lắp đặt rơ le
hòa đồng bộ, hoặc rơ le chống hòa sai.
'+^+bKH g#/5=#'
Trong chương 2 tác giả đã giải quyết một số vấn đề xoay quanh hệ thống điện năng NLMT:
- Nêu đặc điểm, sơ đồ nguyên lý, ưu nhược điểm của 2 hệ thống điện năng lượng mặt trời cơ bản
là hệ thống điện năng lượng mặt trời độc lập và hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới.
- Nghiên cứu hệ thống điện năng lượng mặt trời nối lưới:
+ Đưa ra sơ đồ nguyên lý điều khiển của bộ biến đổi DC/DC và bộ nghịch lưu DC/AC.
+ Đưa ra sơ đồ nguyên lý điều khiển toàn hệ thống.
 Vài nét lý thuyết về hòa đồng bộ của hệ thống điện NLMT với lưới.
5=#YEbKPb_G P6#fK3#_f##%#H5I#&JKKLM#3H5d
Y+)+CN#rK<G[h#c/H5 O[?O?#3H5d
Bộ nghịch lưu áp ba pha có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiều sang
dạng năng lượng điện xoay chiều ba pha để cung cấp cho Tải. Bộ nghịch lưu áp là một bộ nghịch lưu
có nguồn một chiều cung cấp là nguồn áp và đối tượng điều khiển ở ngõ ra là điện áp. Linh kiện trong
bộ nghịch lưu áp có vai trò như một khóa d‰ng để đóng, ngắt dòng điện qua nó. Để đóng cắt xung với
tần số cao ta sẽ lựa chọn linh kiện bán dẫn cho bộ nghịch lưu là MOSFET, IGBT… Nghịch lưu áp nối
lưới được thiết kế sao cho điện áp đầu ra của nghịch lưu áp nối lưới cần phải thỏa mãn một số điều
kiện để chúng có thể hòa lưới và chuyển năng lượng vào lưới. Phương pháp điều chế véc tơ không gian
có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp khác như giảm sóng hài, nâng cao chất lượng điện áp đầu ra

nên trong phạm vi đề tài chọn phương pháp điều chế cho bộ nghịch lưu áp ba pha là phương pháp điều chế
véc tơ không gian.
Y+'+5=#OO_G /b<r/K=Ps#?#*C8
Phương pháp điều chế véc tơ không gian SVM đang ngày càng được sử dụng rộng rãi. Đây là
phương pháp biến điệu hoàn toàn sử dụng kỹ thuật số, có độ chính xác cao, dễ dàng thực hiện trên các bộ
xử lý tín hiệu số DSP, ví dụ như dsPic.
Y+'+)+N#HgO<r/K=Ps#?#
11
i
su
, i
sv
, i
sw
là ba dòng điện pha của lưới điện ba pha. Lý tuởng coi Lưới điện ba pha đối xứng thì ba
dòng điện này thỏa mãn phương trình:
sw
( ) ( ) ( ) 0
su sv
i t i t i t
+ + =
Trong đó từng dòng điện pha thỏa mãn các công thức sau:
0
0
sw
( ) . os
( ) . os( 120 )
( ) . os( 240 )
su s s
sv s s

s s
i t i c t
i t i c t
i t i c t
ω
ω
ω

=


= +


= +


Nếu ta thiết lập một hệ tọa độ phức với trục thực đi qua trục cuộn dây pha u ta có thể xây dựng véc
tơ không gian sau:
0 0
120 240
sw
2
( ) ( ) ( ) ( )
3
j j j
s su sv s
i t i t i t e i t e i e
γ
 

= + + =
 

Đối với các đại lượng khác như điện áp ta đều có thể xây dựng các véc tơ không gian tương ứng
như đối với dòng điện kể trên.
Ta đặt tên cho trục thực của mặt phẳng phức nói trên
là trục α và trục ảo là trục β và hình chiếu của véc tơ dòng ở
trên xuống hai trục đó là i
sα
và i
sβ
.
Ta có:
1
( 2 )
3
s su
s su sv
i i
i i i
α
β
=



= +


Do đó:

s s s
i i ji
α β
= +
Như vậy ta vừa thay thế hệ tọa độ ba pha (u, v, w) thành hệ tọa độ cố định hai pha (α, β).
Y+'+'+ !6#fK;?_htu$vwQ?#fK;?_htS$`w/e<r/K=Ps#?#
Ta hình dung thêm một hệ tọa độ thứ hai với các trục dq, có chung điểm gốc và nằm lệch đi một
góc θ so với hệ αβ.
Gọi:
s
s
i
là véc tơ dòng i
s
quan sát trên hệ tọa độ αβ.

f
s
i
là véc tơ dòng i
s
quan sát trên hệ tọa độ dq.
12
i
s
α
β
i
sv
i

sw
α
j
β
0
u
v
w
i
s
i
su
=
i
s
*
i
sd
i
sq
α
j
β
0
jq
d
i
s
i
s

i
s
α
β
θ
ω
Ta có:
s
s s s
f
s sd sq
i i ji
i i ji
α β

= +


= +


Và:
. .
f s j s f j
s s s s
i i e i i e
θ θ
−
= ↔ =
Y+'+Y+L-#K/X?<?#<N//<r/K=["#/ x#

Dưới đây là hình vẽ của bộ nghịch lưu áp ba pha nối lưới.
Thông thường các đôi
van được điều khiển do ch‰m
xung kích do vi xử lý gửi đến sao cho điện áp xoay chiều ba pha với biên độ cho trước, tần số cũng như
góc pha cho trước, được đặt lên ba pha của Lưới đúng theo yêu cầu. Đầu vào của bộ nghịch lưu là điện áp
một chiều V
dc
. Hoạt động của bộ nghịch lưu theo kiểu cắt xung với tần số cao.
Các van từ S
1
đến S
6
là các van chuyển mạch tạo điện áp ra. Khi một van ở nhóm trên dẫn thì van
c‰ng nhánh ở nhóm dưới phải khóa. Như vậy sẽ có 2
3
= 8 khả năng kết hợp theo kiểu ON và OFF cho ba
van ở nhóm trên (S
1
, S
3
, S
5
)
Véc tơ điện áp dây [V
ab
V
bc
V
ca
]

t




















−
−
−
=











c
b
a
V
V
V
V
dc
ca
bc
ab
101
110
011
Trong đó [a b c]
t
là véc tơ biến chuyển mạch.
Véc tơ điện áp pha [V
an
V
bn
V
cn
]
t





















−−
−−
−−
=











c
b
a
V
V
V
V
dc
cn
bn
an
211
121
112
3
1
Tám véc tơ điện áp tương ứng với 8 khả năng của bộ nghịch lưu từ V
0
đến V
7
được thể hiện như
sau:
13
Lưới điện
Các khả năng xảy ra khi đóng mở các van của bộ nghịch lưu
Các điện áp pha và điện áp dây đầu ra được thể hiện như bảng dưới:

Véctơ điện
áp
Véctơ chuyển mạch Điện áp pha Điện áp dây
a b c V
an
V
bn
V
cn
V
ab
V
bc
V
ca
V
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0
V
1
1 0 0 2/3 -1/3 -1/3 1 0 -1
V
2
1 1 0 1/3
1/3 -2/3
0 1 -1
V
3
0 1 0
-1/3 2/3 -1/3

-1 1 0
V
4
0 1 1
-2/3 1/3 1/3
-1 0 1
V
5
0 0 1
-1/3 -1/3 2/3
0 -1 1
V
6
1 0 1
1/3 -2/3 1/3
1 -1 0
V
7
1 1 1 0 0 0 0 0 0
(Điện áp ra nhân tương ứng với V
dc
)
Xét khi véc tơ không gian u nằm trong góc phần sáu số I. Theo quy tắc hình bình hành, ta có thể
tổng hợp u từ hai véc tơ biên u
1
, u
2
:
u = u
p

+ u
t
Trong đó u
p
, u
t
là hai véc tơ phải và trái, nằm lần lượt dọc theo hai véc tơ biên chuẩn u
1
và u
2
.
Độ dài véc tơ phải, trái được tính như sau:
14
θ
θ
π
sin
3
2
)
3
sin(
3
2
uu
uu
t
p
=
−=

θ là góc chỉ vị trí tương đối của véc tơ u trong góc phần sáu. Bản chất của phép điều chế véc tơ
không gian là tạo ra các véc tơ u
p
, u
t
trong mỗi chu kỳ tính toán, hay còn gọi là mỗi chu kỳ cắt mẫu T
s
. Độ
dài các véc tơ này được xác định bởi giá trị trung bình theo thời gian tồn tại của các véc tơ u
1
, u
2
trong mỗi
chu kỳ T
s
:
t
s
t
tp
s
p
p
u
T
t
uu
T
t
u == ;

Ta có công thức tính toán giá trị thời gian điều chế:
θθ
π
sin
3
2
);
3
sin(
3
2
00
i
st
i
sp
U
U
Tt
U
U
Tt
=−=
Đặt
i
U
U
q
0
=

là hệ số biến điệu. Do u chỉ quay giới hạn trong đường tròn nội tiếp lục giác đều nên
ta có:
3
1
0 ≤≤ q
. Khi đó biểu thức trở thành:
θθ
π
sin
3
2
);
3
sin(
3
2
qTtqTt
stsp
=−=
Trong khoảng thời gian còn lại của chu kỳ cắt mẫu, T
0/7
= T
s
– t
p
– t
t
ta phải đặt véc tơ không u
0
hay u

7
ứng với trạng thái điện áp ra bằng 0. Mặt khác, để điện áp ra ít bị méo thì T
0/7
được chia làm đôi và
đặt vào đầu và cuối của T
s
.
Ta có thể tóm tắt thuật toán điều chế véc tơ không gian gồm các bước sau:
- Lượng đặt là điện áp mong muốn đạt được (điện áp lưới).
- Xác định véc tơ u đang thuộc góc phần sáu nào.
- Lựa chọn hai véc tơ biên chuẩn ứng với góc phần sáu đó và véc tơ không theo bảng sau để đảm
bảo số lần chuyển mạch xảy ra giữa các van là ít nhất:
Véc tơ
Góc phần sáu
I II III IV V VI
u
p
u
1
u
2
u
3
u
4
u
5
u
6
u

t
u
2
u
3
u
4
u
5
u
6
u
1
15
u
0/7
u
7
u
0
u
7
u
0
u
7
u
0
Bảng lựa chọn véc tơ biên chuẩn và véc tơ không
- Tính toán các thời gian sử dụng các véc tơ biên.

Ngày nay nhờ sử dụng các bộ vi xử lý, vi điều khiển nên phương pháp điều chế SVM có thể áp đặt
chính xác các véc tơ biên phải, trái từ đó tính được t
p
, t
t
trong mỗi chu kỳ cắt mẫu T
s
.
Y+Y+bKPb[h_G P6#/efK3#
Y+Y+)+8sKaN##8JKKLM
Ta có sơ đồ mô phỏng trên phần mềm Matlab như sau:
Chọn dàn Pin Mặt trời:
- Loại Modul: SunPower SPR – 305 – WHT
- Số lượng: 330 modul
- Dàn Pin Mặt trời gồm 66 dãy pin đặt song song với nhau, mỗi dãy Pin đặt 5 modul nối tiếp nhau.
Công suất dàn pin là: 66.5.305,2 = 100,7 kW.
Thông số:
- Điện áp hở mạch: U
oc
= 64,2 V ; Dòng điện đoản mạch I
sc
= 5,96 A
- Dòng và áp tại điểm công suất dàn pin cực đại là:
U
mp
= 54,7 V; I
mp
= 5,58 A
16
Đặc tính dòng áp của dàn Pin

Từ đặc tính trên ta xác định được điểm công suất cực đại của dàn Pin mặt trời là tại U
PV
= 273,5 V.
Mô phỏng trên phần mềm Matlab ta có:

Y+Y+'+bKPb&-/_G P6#/e[h1eeQKe#<lLKlL
Bộ điều khiển cho bộ Boost Converter lấy tín hiệu vào là điện áp từ dàn Pin Mặt trời U
PV
, xuất
tín hiệu ra U
DC
để đưa tới đầu vào bộ nghịch lưu DC/AC.
Bộ Boost Converter thực hiện nhiệm vụ chuyển đổi điện áp một chiều từ 273,5V lên 500V.
Trong quá trình chuyển đổi điện áp này có sự can thiệp của bộ điều khiển lấy điểm công suất dàn Pin
cực đại MPPT.
Với thông số: C
3
= 100 μF, C
1
= C
2
= 12000 μF ; L
1
= 5 mH, R
1
= 0,005 Ω
17
Boost Converter
Nghich luu
Pin mat troi

v
+
-
Tin hieu dong bo
+
L1
g
C
E
IGBT1
Vdc
V_PV
I_PV
Enable
MPPT
Diode1
V_PV
I_PV
Enable
Pulses
Dieu khien DC-DC (MPPT)
+
+ +
g
A
B
C
+
N
-

1
Pulses
Saturation
D Pulses
Phat xung dieu khien
V_PV
I_PV
on/off
Delta_D
MPPT
0.5
Initial
Duty Cycle
D
3
Enable
2
I_PV
1
V_PV
D
Mô tả bộ điều khiển DC-DC (MPPT)
Bộ này có nhiệm vụ nhận tín hiệu dòng áp từ dàn Pin mặt trời rồi qua xử lý ở hệ thống
lấy MPPT để phát ra xung điều khiển tới chân điều khiển G của IGBT
1
.
Vậy điện áp đầu vào bộ nghịch lưu DC/AC là 500V một chiều.
Y+Y+Y+bKPb&-/_G P6#/e[h#c/H5 O[?O?ktCeHK?l*e L/l#<lLKlLC*w
Để điều khiển cho bộ nghịch lưu DC/AC có hai cách điều khiển chính là điều khiển dòng và điều
khiển áp. Nhưng phương pháp điều khiển dòng là cách phổ biến nhất để điều khiển nối lưới. Điều khiển

dòng điện có thuận lợi là kém nhạy với điện áp dịch pha và biến dạng điện áp lưới, do đó dòng sóng hài
được giảm tới mức nhỏ nhất. Trong khi đó điện áp điều khiển là kết quả của sự tăng quá mức điện áp
nghịch lưu và dòng sóng hài lớn có thể xuất hiện nếu điện áp lưới bị méo hay biến dạng. Nếu hệ thống điện
mặt trời làm việc ở chế độ độc lập với lưới thì điện áp điều khiển có thể chọn một cách tự nhiên. Nhưng khi
hệ thống làm việc ở chế độ nối lưới thì điều khiển dòng là cách thức điều khiển ưu thế nhất. Bởi vậy chỉ
phương pháp điều khiển dòng mới được đi sâu tìm hiểu trong phạm vi đề tài.
Hệ thống điều khiển nghịch lưu sử dụng hai mạch vòng điều khiển. Thứ nhất là mạch vòng điều
khiển phía ngoài để điều chỉnh ổn định điện áp mạch DC link ở mức điện áp 250V. Thứ hai là mạch vòng
điều khiển bên trong để điều khiển dòng điện phản hồi từ lưới I
d
và I
q
.
Dòng điện I
d ref
là đầu ra của bộ điều khiển điện áp một chiều phía ngoài. Để duy trì hệ số công suất
hệ thống lấy tham chiếu I
q ref
= 0.
Điện áp U
d
và Uq thu được ở đầu ra bộ điều khiển dòng. Hai điện áp này được tính toán để đưa ra
tín hiệu điện áp đặt U
ref_abc
hợp lý cho bộ phát xung điều khiển sử dụng phương pháp điều chế SVM ở bộ
nghịch lưu DC/AC.
18
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
0
100

200
300
400
500
600
t(s )
UraD C
D o thi dien a p ra bo B oost Converter


UraDC
re f
UraDC
Nghich luu
v
+
-
v
+
-
Vab_VSC1
Tin hieu dong bo
a
b
c
A
B
C
L
Vdc

Vab_VSC
Iabc_B1
Vabc_B1
Vdc
Vabc_prim
Iabc_prim
Vdc_mes
Pulses
Dieu khien nghich luu
+ +
g
A
B
C
+
N
-
0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1
-2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
x 10

4
t(s)
uluoi(V)
Dien ap dau ra cua he thong khi noi luoi
Luoi dien
Boost Converter
Nghich luu
Pin mat troi
Dis crete,
Ts = 1e-06 s.
v
+
-
v
+
-
Vab_luoi2
Vab_luoi1
Vab_VSC1
Vab_VSC
VSC
Udc InverterUdc Boost
t
To Workspace1
Tin hieu dong bo
Vm
Vdc
V
P
Pmean

P_B1
P (kW)
P (kW)
Luoi
+
L1
a
b
c
A
B
C
L
Irradiance
(W/m^2)
Ir
Irradiance
(W/m2)
g
C
E
IGBT1
Vdc
m_PV
Vab_VSC
Iabc_B1
Vabc_luoi1
m
Vabc_luoi2
D

Ir
V_PV
P_B1_kW
Ia_B1
Va_B1
Vab_VSC
Vabc_B1
I_PV
Vdc
Enable
MPPT
Diode1
Vabc_prim
Iabc_prim
Vdc_mes
Pulses
Dieu khien nghich luu
V_PV
I_PV
Enable
Pulses
Dieu khien DC-DC (MPPT)
Clock
+
+ +
Boost
A
B
C
a

b
c
B3
A
B
C
a
b
c
B2
A
B
C
a
b
c
B1
g
A
B
C
+
N
-
A
B
C
a
b
c

100 kVA
260V / 25 kV
A
B
C
10 kv ar
Pmean (kW)
Mod. Index
Ia (A)
Va (V)
P (kW)
V
Duty Cy cle
Ir (W/m^2)
Vdc_ref - Vdc_meas
Sơ đồ mô tả điều khiển bộ nghịch lưu DC/AC
8-/_G P6#KeN#fK3#
bK` a&sOy#
Điện áp đầu ra hệ thống khi nối lưới
Y+^+bKH g#/5=#Y
19
Chương này đã tìm hiểu và đề xuất phương pháp điều khiển hệ thống điện mặt trời nối lưới,
bao gồm:
- Điều khiển biến tần
- Điều khiển bộ tăng thế DC-DC
- Điều khiển duy trì điểm công suất cực đại (MPPT)
- Vòng lặp khóa pha
Mô phỏng các thuật toán điều khiển cho từng phần và toàn hệ thống trên Matlab; rút ra kết
luận.
Y+n+bKH g#<NPb##c

Luận văn đã nghiên cứu và giải quyết được những nội dung sau:
1. Tìm hiểu về nguồn năng lượng mặt trời và các phương pháp khai thác, sử dụng.
2. Tìm hiểu về hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời, gồm:
- Hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời độc lập
- Hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới
Cụ thể là đưa ra sơ đồ nguyên lý hệ thống; cấu tạo, nguyên lý làm việc và sơ đồ thay thế của
từng bộ phận trong hệ thống điện.
Chỉ ra ưu thế của hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới và đi sâu vào nghiên cứu.
3. Vài nét lý thuyết về hòa đồng bộ của hệ thống điện NLMT với lưới.
4. Tìm hiểu và đề xuất phương pháp điều khiển hệ thống điện mặt trời nối lưới.
5. Tiến hành mô phỏng trên phần mềm Matlab – Simulink và đã đưa ra kết quả mô phỏng. Các
kết quả mô phỏng thể hiện một cách trung thực, khẳng định tính đúng đắn của việc xây dựng thuật
toán điều khiển.
6. Cần nghiên cứu để tìm cách khắc phục sai lệch mô hình sao cho kết quả nghiên cứu giữa
mô hình toán học và mô hình thực tế khác nhau không nhiều để các kết quả nghiên cứu với mô hình
toán học có thể áp dụng trực tiếp cho mô hình thực tế.
20
z,8{|
[1]  !4#e0#5d/(2002) Lý thuyết điều khiển tuyến tính. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[2]  !4#2# ?#(1998) Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha (tái bản
lần thứ 1). Nhà xuất bản giáo dục.
[3]  !4#2# ?#(2004) MATLAB & SIMULINK dành cho kỹ sư điều khiển tự động. Nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
[4]  !4#2# ?#$#SLl?QKKL/ (2002) Truyền động điện thông minh. Nhà xuất bản
Khoa học và Kỹ thuật.
[5] +e}~+~le#}~+&}*+•e#}+?LP+}*+&, “Active Synchronizing Control of a
Microgrid” IEEE Transactions on Power Electronics, issue 99, pp., 2011.
[6] +,+*L#<?Q??e}+e<#S??e}1+? #?K, “Power Flow Studies Of The Regional
Grid With Inter State Tie-Line Constraints” IEEE Conference on Power Quality, pp. 165-171, 2002.
[7] ++€&&lL&?#}+•+8 LHHe*#/l‚}+~+e&?Q, “MATPOWER's Extensible Optimal

Power Flow Architecture” IEEE Power and Energy Society General Meeting, pp. 1-7, July 26-30
2009.
[8] |+  ƒ?Q!#/‚ P$ +  +  #•?. Modeling and dynamic performance of a self-commutated
photovoltaic inverter system. IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 4, Issue 3, pp. 322-328,
1989.
[9] L„#1/, “Lưới điện và Hệ thống điện”, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2000.
[10] ,0C%#…K, “Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện”, Nxb Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ
thuật, Hà Nội, 2001.
[11]  !4#U##$ !4#8#KLo, “Ứng dụng hệ mờ điều khiển SVC trên lưới điện” Tạp
chí khoa học số 15 + 16 Đại học Đà Nẵng.
[12] -&cU##, “Xây dựng bộ điều khiển nối lưới nguồn năng lượng mặt trời,” Luận văn
thạc sỹ kỹ thuật, chuyên ngành tự động hóa; 2012.
[13] 8hKQ3KNHf KL"#&-##KlL#lK
www.ebooks.edu.vn
www.webdien.com.vn
www.thietbidien.vn
www.Mathworks.com
www.bk-idse.com
www.dientuvietnam.net
www.diendandientu.vn

21