Kết hợp năng lượng gió và mặt trời trong lưới điện MICROGRID

viii

MC LC
 TRANG

 i
 ii
 iii
 iv
 v
 x
Danh sách các hình xi
 xiv

U
 1
 2
 3
 4
 4
 5
 5


 6
 6
 9
  10
 10
 11
turbine  12

ix

turbine  13
2.2.2.3 turbine  13
turbine gió 14
 15
 15
 16
 16
 18

 19
 20
2.6.1 Hòa  21
 23
 23
 23
 25
 25
 26


turbine 28
 28
turbine gió 31
turbine gió 34
 37

 40
 40

 41
x

 42
 43
 46
 46

 46

 50
 53
 54
 56



 58
turbine 58
 61
 62
 63
 63
T 64
 65
 70
turbine gió 71
 74
 75
 75

4.2.2  75
 76
xi

-bang) 76

 77
 77

 79
  81
 86
 87
 88
 90

xii

DANH SÁCH CÁC CH VIT TT

MBA: 
IG: Induction generator ()
SG: Synchronous generator ()
HAWT: Horizontal Axis Wind Turbine ( ngang)
VAWT: Vertical Axis Wind Turbine ()
PMSG: Permanent Magnet Synchronous Generator (
)
IGBT: Insulated Gate Bipolar Transistor
SPWM: Sinusoidal Pulse Width Modulation (
MPPT: Maximum Power Point Tracking 

P&O: Perturb and observate 
PLL: Phase locked loops )
PV: Photovoltaic (Pin mt tri)
PI: Proportional Integral u khin PI)













xiii

DANH SÁCH
HÌNH TRANG

 7
 10
turbine  12
turbine  13
turbine  14
turbine  15
 18
 22

Hì 23
 23
 25
 26
 26

Hình 3.1:  28
turbine  30
 31
 33
 34
turbine 35
turbine gió 36
 39
 40
 41
 42
xiv

- 43
- 43
 44
Hình 3.15:  45
 45
 45
 45
 SPWM 48
 49
 50
 51

 51
 51
 55
 55
Hình 3.27 57

 57
Hình 4. 2 ch mô phng 58
Hình 4.3 kt nn gió vn thông qua
b AC-DC/DC-AC 58
Hình 4. 4   kt ni ca khi turbine và n 59
Hình 4. 5  kt ni trong mô phng khi turbine gió 60
Hình 4. 6  kt ni mô phng ca khi máy phát n nam
u 60
Hình 4. 7 Mô hình mô phng ca kh 60
Hình 4. 8 Mô hình mô phng ca khn trong PMSG 61
Hình 4. 9 Thông s k thut ca PMSG 61
Hình 4. 10  kt ni mch ch 62
xv

Hình 4. 11 62
Hình 4. 12  kt ni ca khi ngh 63
Hình 4. 13  kt ni ca khn phân phi 63
Hình 4. 14  nguyên lý hong ca mch n mô phng 65
Hình 4. 15  kt ni ca khi u khin ng mt tri 65
Hình 4. 16  gii thut P&O 66
Hình 4. 17 c tuyn V-P ca pin mt tri 67
Hình 4. 18 Nguyên tc hong ca b MPPT 69
Hình 4. 19  nguyên lý hong ca mch n mô phng 70
Hình 4. 20  kt ni ca khu khin trong mch mô phng 71

Hình 4. 21 Nguyên tc hong cn gió 71
Hình 4. 22 Nguyên tc hong ca gii thut P&O 72
Hình 4. 23  gii thut P&O 73
Hình 4.24 nguyên lý b u khin battery 74
Hình 4.25 Mch mô ph kt ni khi battery trong simulink 74
Hình 4. 26V 75
Hình 4.26  nguyên lí ca khi PLL 75

 quá trình mô ph xut 78
Hình 5.2: Các tín hiu t b u khin trung tâm truyn các CB 79
Hình 5.3 Công sut tác dng và phn kháng ngõ ra ca máy phát
n gió 80
c nghn gió 81
Hình 5.5: Công sut b ng mt tri 82
Hình 5.6: Giá tr n DC ngõ ra b pin NLMT 83
Hình 5.7: Giá tr công sut np x ca battery 84
Hình 5.8 Dn áp ngõ ra tm kt ni chung 
giá tr nh; b) rms 85
Hình 5.9: Dn áp ngõ ra t n t = 2s 85
xvi

DANH SÁCH CÁC BNG
BNG TRANG
B
 16
Bng 5-1 Bng kt qu mô phi 81
Bng 5.2: Bng kt qu mô phng h thng mt
tri 82
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 1

I THIU
t v
Ngung mà chúng ta s dng ngày nay ch yng hóa
thu m, các sn phm t du mn
ng này là hu hn, nó ch có th m bo cho nhu cu v ng ca
chúng ta trong mt thi gian nhi ta càng lo ngi v
mt cuc khng hong có th xi na loài
i, bi vì th gii v thuc vào ngun nhiên liu hóa thch. Du,
t chim khong 75% nhu cng th gii, mi ngày trên
th gii s dn 80 triu thùng du. Và u
toàn cu v du ha s t xa kh p. T  khai thác
du và tiêu th t xa t khám phá tr ng du mi. Công ty BP d 
rng vi t s dn nay, thì ch trong vòng 4a s cn kit
ngun du ho. Mt khác, s dng ngung hóa th li nhiu hu qu
v ô nhing, gây ra hiu ng nhà kính, góp ph

 gii quyt các v này, mt mt chúng ta phi khai thác và s dng các
ngung hóa thch này mt cách hp lý, mt khác chúng ta phi tìm ra các
ngu thay th. Th gim các ngung
tái sinh có th cung cng mt cách bn v
ng y có th k ng sinh khng mt
trc là ngu v 
c th gii chú trng phát tri khai thác. Các chính ph 
nhn các công ngh này mt cách ht sy
tham vng cho sn to ra t các ngui
dân ngày càng ý thc v s tàn phá và ô nhing t các ngun nhiên liu
hoá thng ht nhân. Trong khi các ngung tái sinh có th
khai thác t do và không bao gi cn king gió là

mt ngung sch có th thay th các ngung truyn thng. Các
ng dng ca nó tc phát trin giúp làm gim hiu ng nhà kính và gi gìn
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 2

c các ngu  n th  n kit. Các qu   
tri ng gió là ngung
phù hp vng phát trin mi ca nhân lou
trong các chính sách v ng. Khi s dng tái to có nhng thun
l
- Gim hay thay th vic xây dn truyn th
ng hóa thch.
- Làm gim công suât truyn t n t.
- Không gây ô nhing khi vn hành sn xu
- Là ngung không bao gi cn kit.
- D t khi cn thit.
- Vic lt và xây d, các turbin gió là
i nhanh.
- M và gió hiu so vi ngun
ng truyn th ng bi giá nguyên liu
và s n cung cp.
-  c phát tric h tr v thu  khác.
- 


 3.0 n
- Công ngh  và gió có th i cho nhiu ng dng có
công sut t nh n ln. Thi gian t khi khn lt và vn hành
ngn và có nhng thun l      n kiu truyn thng

c.


000 hòn
.  và gió

và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 3

tái to (mt tri,
gió) 
, gió có

 
ng vùng có t i nhiu.







1.2 Mc tiêu và nhim v
- 
- 
- 
- 
- 
- 


-   

1.3 Phm vi nghiên cu
- Nghiên cu khái quát v  ng gió.
- Nghiên cu vt nh.
- 
- Nghiên cu v mi quan h ca các thông s
công sut nh.
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 4

- 
 
- 

- Nghiên cu b nght nh mn.
- Nghiên c chuyi ngun DC-AC.
- Nghiên cu tính toán các thông s khi hòa ngung tái to i
n phân phi mt pha.
- Nghiên cu mô hình pin n m bo n áp nút kt ni.
- ng khi hòa ngung tái to n.
u
- Thu thp tài liu liên quan n các v nghiên cu.
- Nghiên cu tng quan v  ng gió.
- Nghiên cu các thông s , máy phát
n gió.
- Nghiên cu và xây dng mô hình toán hc v mi quan h gia các thông s
làm n hiu sut ct nh.

- 
 
- Nghiên cng b gia ngu, ngun
ng gió n. ng ca các thông s  ngh mô
hình tính toán c th.
- S dng matlab xây dng mô hình mô phng vic hò
tái to t k và thi công mô hình thc t.
- Phân tích các kt qu nhc và các kin ngh.
- ng quát toàn b bn lu ngh ng phát trin c tài.
m mi ca lu
- Xây dng hoàn chnh mô hình kt n và máy phát
n gió có công sut nh i Microgrid ng b n quc
gia.
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 5

- Tìm ra các thông s n ving b gia các ngu
ng tái to in quc gia.
- i thu tính toán b chuyi ngu
ng tái to n quc gia.
- Góp phn tit king ca các h tiêu th p
thêm cho ngun quc gia mt phng.
1.6 Giá tr thc tin ca lu
- t gii pháp quan trng trong vic dn thay th các ngu
ng hóa thch bng các ngung vô tn trong xu th phát trin ca
th gii ngày nay.
- i pháp rt kh t nâng cao ch
sâu, vùng xa và xa trung tâm ph ti. Ti các khu vu kia lí
t ng là các vùng cum bo.

Vi        kt hp hay riêng r cùng v 
ng gió là mt gii pháp hu hi nâng cao n áp cho các vùng
này.
- c hiu sut nh,
- Làm tài liu tham kho và làm nn t phát tring cho các nghiên
cu sau này.
- ng dng rng rãi vic s dng cùng lúc hai ngung tái to i
n quc gia cho các h tiêu th n.
- Giúp các nhà honh chic v ngung quc gia có thêm
mng mi v vic phát trin ngulai.
- S dng làm tài liu ging dy.
- Giúp cho các nhà thit k các tài liu quan trng trong tính toán thit k b
chuyi ngung táo to (và gió) n.
1.7 Ni dung ca lu
i thiu.
ng quan

và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 6


t lung phát trin
NG QUAN
2.1 ng gió Vit Nam và tin
2.1.1 ng gió Vit Nam
Ti ng gió Vit Nam ch vào loi trung bình. Hu ht, các
khu vt ling gió thp khai thác không hiu qu. Ch có mt
c bii khá tuy nhiên công sut li không
ln. Ch dc theo b bin và trên các ho nng gió tn

ng tt nho B c t 7.1-
7.3m/s. Tin là các khu vo có t gió
trong khong 4.0- ng ting
gió Vi vì phn ln s liu v ng
gió ch yu ch thu thp qua các trng Thc ch   cao t
n 12m trên mu s liu v ng gió  
cao trên 40m. Hing 10 c  cao t n 65m.
Theo kho sát gt ca IOE, Vit Nam có khot có
th              i
3572MW vn có th c to ra v
cc rng gió s là gii pháp tt cho khong
300.000 h ng gió có th mang
n nhng li ích v ng, kinh t, xã h
khai thác t gió g  tr,
khuyng gió. Vì vy, nhim v u hin nay
t mc tiêu cho phát tri tìm tòi nghiên cu công
ngh mi phù hp vi Vit Nam.

và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 7



Hình 2. 1   cao 65 m và 30m

Nhng d n khai ti Vit Nam: nhà máy phát
n su tiên  Vit Nam phi k t ti huyo Bch
Long V, TP Hi Phòng. Công sut 800KW vi vu USD (14 t
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 8

  y, vi giá b     i gian
hoàn vn là 7 - c t cho thy, m
ln, t t qua c- n vn vn hành an
n gió th 2 ca c t  huyng Ngãi)
vn hành bng sc gió, có kt hn diesel vi tng công sut 7MW,
tng vn 200 t ng. D     n 1
c thc hit 2.5 MW, v
ng cung cp cho 4000 h dân vi gn 20000 nhân khn 2 nâng công
sut lên 5MW thc hi-c thc hin
- 2012 s công sut lên trên 10MW.
Nhiu d n gió rt ln vi mc n quc gia v
c xúc tin. D án xây dn 3, ti khu kinh t i,
tnh vi tng v u USD. Theo thit k, nhà máy
ng toàn b 14 turbine, 14 máy bing b cùng các trang
thit b và dch v kèm theo. Sn hi
n qut khong 55 tring cu
2008. Hin tc xây dng ti Bình Thun vi công sut
khá ln.
Mt d t l tr thành hin thc  Vi
dn gió có công sun 120 MW vi vu
USD (gn 2000 t ng) do t có mt hình dung
v con s này, hãy so sánh vi thn - thy li Rào Quán  Qung Tr, vu
 ng và công sun là 64 MW.
Vy, nhìn chung các d n gió có su 
thu hi vn không cao 5UScents/kWh. Theo d
        n bng sc gió ch còn khong 700-
800USD/kW, giá thành 3.5 4.0UScents/kWh. Vi quy mô nh c bit hu ích

cho vùng sâu, vùng xa và ho Vi quy mô lc phát trin 
nhng vùng trng, khô cn  vùng Nam Trung b     nh,
Khánh Hòa, Bình Thun
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 9

2.1.2 Ting gió công sut nh ti Vit Nam
Vit Nam hin vn còn khong 4.5 tric bit các h vùng sâu, vùng
xa, h n. Theo quy hoch phát trin mn thì d
kin còn trên 1000 xã (trong tng s i din cho
500000 h dân vi dân s khong 3 trii vn quc gia.
 vào tng quan tình hình ng phát trin
cng gió phân tán trên th gi trên, thì mô hình máy
n công sut nh rt phù hp vu kin Ving lý do
vì sao cn phi phát trin công sut nh ti Vit Nam:
- 


-  

2m/s- 

- 


- 

- 
- 

- 

Vit Nam có ti ng gió khá ln so vc trong khu
vu này là mt thun li ln. Vic ch  gió và phát trin
n gió công sut nh là hoàn toàn phù hp vu kin kinh t
ca Vit Nam hin nay, phù hp vi xu th phát trin ca th gii. V t ra 
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 10

 la ch phù hu
kiu kn kinh t ca Vit Nam.
2.2 Tng quan v h thng chuyng gió
2.2.1 Các thành phn ca h thng chuyng gió

Hình 2. 2 Hệ thống chuyểổượng gió kết nối lướện
H thng chuyng gió hii bao gm:
- Turbine  g. Turbine 

turbine 
ao (
- 
     turbine
  

- (
turbine -50 rpm. Vì
 
- M





- 
              

và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 11

- 

- 








cao và 
turbine


2.2.2 Các loi h thng chuyng gió
Turbine gió có th vn hành  t c nh (ng trong phm vi
i 1% so vi t ng b) hoc t i vi turbine gió t
c nh, h thc ni trc tip vn, do t  làm vic
c c nh theo tn s  n nên h    u khi   

không có kh p thu công sut khi có s ng t gió. Vì vi vi
h thng turbine gió t c nh khi t gió có s ng s gây nên s dao
ng công sut và làm n chi vi
turbine gió t i, vn tu khin bi thit b n t
công sut, theo cách này s ng công sut do s i t gió có th
c hp th bng cách hiu chnh t làm vic ca rotor và s ng công
sut gây nên bi h thng chuyng gió vì th có th c hn ch.
y, ch  ng do b  ng bi turbine gió có th c ci
thin so vi turbine gió t c nh.
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 12

Vì t quay ca tuabin gió khá thp nên cu chnh theo tn s
u này có th c thc hin theo hai cách; s dng hp s hoi s
cp cc t ca máy phát. S cp cc t thit lp vn tc ca máy phát theo tn s
n và hp s u chnh t quay ca turbine theo vn tc máy phát.
   

-  
- 

- 
phía.
2.2.2.1 H thng turbine gió c nh

Hình 2. 3 H thng turbine gió t c nh
i vi turbine gió t c c kt ni
trc tip vn áp và tn s c quynh bn


H thng chuyng gió t c ng làm vic  hai tc
 c c thc hin bng cách s dnh mc
và có s cp cc t khác nhau, hoc cùng mn dây vi
nh mc và s cp cc khác nhau. Thc hiy s t
c t m tn hao kích t  t gió thp. Máy phát không
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 13

ng b ng cho phép làm vic trong ph t t 1   t ln
i t và hiu sut th
Mc dù có cu tn, vng ch tin cy cao, song cu hình này
m chính:
- 
- 

- 
2.2.2.2 H thng turbine gió t i bii toàn b công sut
Cu hình h thng này c trang b mt b bii công sut gia stator
n, máy phát có th ng b (IG) hoc máy
ng b (SG). Vi cu hình này, có th u khin tt nhc
t i bii toàn b công sut phát ra nên tn hao ln.

Hình 2. 4 H thng turbine gió t thi bii toàn b công sut
phát.
2.2.2.3 H thng turbine gió t i bii mt phn công sut
H thng bao gc trang b máy phát cp ngun t hai phía
c ni trc tip vc
ni thông qua mt b bii công sut d. Ngày nay,
cu hình này tr nên rt thông dng do ch phi bii mng 20  30% ca

toàn b công sut phát nên tn hao trong thit b n t công sut gim xu
k so vi cu hình bii toàn b công sut phát.
và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 14


Hình 2. 5 H thng turbine i t vi b bii công sut phía
roto
2.3 Tng quan v các kiu turbine gió
Có nhiu kiu thit k c phân ra làm hai loi
n chính: Turbine gió trc ngang (HAWT) và turbine gió trng (VAWT).
Các cánh qung có các dng hình dáng: cánh bum, mái chèo, hình chén
 t to ra mô men quay tr
hình 2.6.
Turbine gió trc ngang (HAWT) có rô to kiu chong chóng vi trc chính nm
ngang. S ng cánh qut có th i, tuy nhiên thc t cho thy loi 3 cánh là
có hiu sut cao nht. HAWT có các thành phn cu to nm thng hàng vng
gió, cánh quc truyng thông qua b nhông và trc. Loi turbine trc
ngang không b ng bi s xáo trn lung hu
phi có mt h thu chng gió b m bo các cánh qut
ng thng góc vi chiu gió.
Turbine gió trng (VAWT) có cánh nm dc theo trng. Loi
này không cn phu chnh cánh qung gió và có th hong  bt
k ng gió nào. Vic duy tu bo qun và duy trì vn hành rt d dàng vì các b
ph thng truyt ngay trên mt.
Tuy nhiên nó cn có không gian rng ch h thng.

và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 15


Hình 2. 6 Cu to turbine trng và trc ngang
 
 4. Cánh rô to
 6. Máy phát
 8. Tháp HAWT
 
11. Tháp VAWT 
13. Cánh rô  

2.4 Tng quan v 
2.4.1
2.4.1.1 Ting mt tri ti Vit Nam
Lãnh th Vit nam kéo dài t   8  Bc, nm trong khu vc nhit
i, có tin v ng mt tri. S gi n


thuc

và  

HVTH: Huỳnh Văn Dũng Trang 16



ng 2.1
Qua bng 2.1
- K    thp nht do  ng c      


- Khu vc Nam B, t ng tr vào, bc x mt tri và s gi nng cao

- Nhìn chung, ti Vit Nam là khá t



Bng 2.1
2.4.1.2 ng dng mt tri ti Vit Nam hin nay
Vic nghiên cu và ng dng công ngh
n còn  mc thp, quy mô nh và phân tán. Hu ht các
d án ng dng mi ch mang tính trình din.
Công ngh ng dng chính là h thng mt trc l cung cp
n cho các khu v 
Thit b công cng hc, trm y t n
thông  khu vc min núi, hn/ h thông tin
liên lc bi
Gng mt tri là nhp khu. Các thành phn khác
 u khin, bin tn, pin có th c thit k, sn xut mt ph
