phương pháp quản lí công suất cho nguồn phát phân tán hệ thống vi lưới (micogrid)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TRỌNG TRÍ

PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÍ CÔNG SUẤT CHO NGUỒN
PHÁT PHÂN TÁN HỆ THỐNG VI LƯỚI (MICOGRID)

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202

S K C0 0 4 5 8 2

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGUYỄN TRỌNG TRÍ

PHƯƠNG PHÁP QUẢN LÍ CÔNG SUẤT CHO NGUỒN
PHÁT PHÂN TÁN HỆ THỐNG VI LƯỚI (MICOGRID)

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
Hướng dẫn khoa học:
PGS. TS TRƯƠNG VIỆT ANH

Tp. Hồ Chí Minh, năm 2015


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Nguyễn Trọng Trí

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh:02/10/1988

Nơi sinh: TP. Nha Trang, Khánh Hòa

Quê quán:TP. Nha Trang

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc:

34/02 Nguyễn Thiện Thuật, P. Tân Lập, TP. Nha Trang

Điện thoại liên lạc:

0934700241

E-mail:

Website: www.nganhdien.com

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

1. Đại học:
Hệ đào tạo:

Chính qui

Thời gian đào tạo:

2010-2012

Nơi học:

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM

Ngành học:

Kỹ Thuật Điện

Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp:
Thi công thùng rác nén rác tự động sử dụng pin Năng
lượng Mặt trời.
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp:
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Người hướng dẫn:

Th.S Trần Quang Thọ

i


III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT

NGHIỆP ĐẠI HỌC:
Thời gian

Nơi công tác

Công việc đảm nhiệm

Từ tháng
04 /2012
đến

Business Development

Bao Viet Life Company

Officer

02/2013
Từ tháng
03/2012
đến nay

Ho Chi Minh University of
Technique and Education.

Trợ Giảng
(PGS.TS Trương Việt
Anh)
Freelance

…

Translator/Editor

ii


LỜI CAM ĐOAN
Với mục tiêu là nghiên cứu và lĩnh hội kiến thức. Tôi xin cam đoan đây là
công trình nghiên cứu của bản thân tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 01 tháng 03 năm 2015

Nguyễn Trọng Trí

iii


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TSTrƣơng Việt
Anh, người đã tận tình hướng dẫn, cung cấp kiến thức và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện quyển luận văn này.
Xin cảm ơn thầy TS. Huỳnh Châu Duy và cô TS. Nguyễn Thị Misa đã đưa
những góp ý hết sức quý giá cũng như những lời khuyên chân thành cho việc hoàn
thành quyển luận văn.
Xin cám ơn các Thầy Cô khoa Điện - Điện Tử đã cho em một nền tảng tri
thức quan trọng cho hành trang nghiên cứu của bản thân tác giả.
Cuối cùng con xin chân thành cảm ơn ba mẹ, những người đã luôn ở bên con
và động viên con rất nhiều để con hoàn thành tốt đẹp khóa học này.

iv


TÓM TẮT
Với sự gia tăng mức độ cảnh báo toàn cầu về năng lượng, các máy phát phân
tán dựa trên các nguồn năng lượng tái tạo (DGs) sẽ đóng một vai trò quan trọng
trong việc sản xuất điện năng. Máy phát phân tán dựa trên năng lượng mặt trời
(quang điện và quang nhiệt), gió, sinh khối, thủy điện nhỏ vùng với việc sử dụng
pin nhiên liệu và máy phát điện tua bin nhỏ đã có những bước phát triển mạnh mẽ
và đáng kể trong những năm qua.
Một vi lưới (microgrid) bao gồm một nhóm phụ tải và các nguồn phân tán, có
thể hoạt động như một hệ thống có điều khiển riêng biệt. Sự kết nối của các DG với
lưới điện thông qua một bộ chuyển đổi điện tử công suất đã nhận được sự quan tâm
ngày càng tăng cao, chủ yếu liên quan đến việc vận hành an toàn và bảo vệ các thiết
bị.
Trong quá trình hoa ̣t đô ̣ng của các bô ̣ pin năng lươ ̣ng mă ̣t trời kế t nố i lưới điê ̣n
phân phố i, ngoài việc phải hoạt động tại điểm có công suất lớn nhất theo sự thay đổi
của cường độ bức xạ mặt trời thì yêu cầu về tối thiểu hóa tổng độ méo dạng sóng
hài (THD) là một yêu cầu cần phải đạ t đươ ̣c để đảm bảo chấ t lươ ̣ng điê ̣n năng theo
tiêu chuẩn IEC – 1547.
Còn trong lĩnh vực năng lượng gió, đối với các máy phát điện gió công suất
nhỏ chỉ được thiết kế để hoạt động độc lập. Vì vậy, việc thiết kế bộ chuyển đổi năng
lượng gió hòa đồng bộ lưới điện phân phối là một yêu cầu cấp thiết hiện nay.
Luận văn tập trung xử lí vấn đề duy trì vận hành bình thường cho các phụ tải
khi lưới điện chuyển từ trạng thái nối lưới sang trạng thái vận hành độc lập do mất
nguồn điện lưới. Xây dựng phương pháp ổn định điện áp cho phụ tải trong một thời
gian sau khi xuất hiện sự cố mất nguồn điện lưới đồng thời tối ưu hóa công suất
phát điện của các nguồn phân tán (mặt trời và gió) và nâng cao chất lượng điện
năng trong điều kiện thay đổi của môi trường bên ngoài.

v


ABSTRACT

With the increase in the level of global warming, renewable energy based
distributed generators (DGs) will increasingly play a dominant role in electricity
production. Distributed generation based on solar energy (photovoltaic and solar
thermal), wind, biomass, mini-hydro along with use of fuel cells and micro turbines
will gain considerable momentum in the near future.
A microgrid consists of clustersof load and distributed generators that operate
as a single controllable system. Theinterconnection of the DG to the utility/grid
through power electronic converters hasraised concern about safe operation and
protection of the equipments.
The solar cell units currentwas injected to power grid, that need to operate at
the maximum power point, must have minimum total hamonic disturbance (THD)
in oder to meet the IEC – 1547 standards.
In the other hand,on the wind energy field whichsmall wind generators were
operated independently, designing of relevant wind generators which can connect to
distribution network is very necessary.
This thesis focuses on solving the problems of maintaining normal operation
of the static load when microgrid changing from grid-connected to autonomous
operation due to the lost of power grid. Build a method to maintain load voltage
stability during the appearance of grid power failures, power load changing and
simultaneously maximize the power extracted from DGs as well as enhance the
output power quality.

vi

MỤC LỤC
Trang tựa

TRANG

Quyết định giao đề tài
Lý lịch cá nhân ............................................................................................... i
Lời cam đoan .................................................................................................. iii
Cảm tạ .............................................................................................................. iv
Tóm tắt............................................................................................................. v
Mục lục ........................................................................................................... v
Danh sách các chữ viết tắt .............................................................................. vi
Danh sách các hình ......................................................................................... xi
Danh sách các bảng ...................................................................................... xiv
Danh sách kí hiệu .......................................................................................... xv
NỘI DUNG

TRANG

CHƢƠNG 1.TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề ................................................................................................... 1
1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ ................................................................................. 1
1.3 Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 3
1.5 Điểm mới của luận văn............................................................................... 3
1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn ..................................................................... 3
1.7 Nội dung của luận văn ................................................................................ 4
CHƢƠNG 2.CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Năng lượng gió Việt Nam và tiềm năng phát triển ..................................... 5

2.1.1 Năng lượng gióViệt Nam ......................................................................... 5
2.1.2 Tiềm năng phát triển năng lượng gió công suất nhỏ tại Việt Nam .......... 7
2.2 Tổng quan về hệ thống chuyển đổi năng lượng gió .................................... 8
2.2.1 Các thành phần của hệ thống chuyển đổi năng lượng gió ........................ 8
2.2.2 Các loại hệ thống chuyển đổi năng lượng gió ........................................ 10

vii


2.2.2.1 Hệ thống tubin gió tốc độ cố định ....................................................... 11
2.2.2.2 Hệ thống tubin gió tốc độ thay đổi, biến đổi toàn bộ công suất ........ 12
2.2.2.3 Hệ thống tubin gió tốc độ thay đổi, biến đổi một phần công suất..... 12
2.3 Tổng quan về các kiểu tubin gió ............................................................. 13
2.4 Tổng quan về pin năng lượng mă ̣t trời .................................................... 16
2.4.1 Thực tế tại Việt Nam ............................................................................ 16
2.4.1.1 Tiềm năng phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam ................... 16
2.4.1.2 Ứng dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam hiện nay...................... 17
2.4.2 Phân loa ̣i pin mă ̣t trời ........................................................................... 18
CHƢƠNG 3.MÔ HÌNH HÓA
3.1 Năng lượng gió và công suất tubin.......................................................... 19
3.1.1 Năng lượng gió ..................................................................................... 19
3.1.2 Hiệu suất tubin gió ............................................................................... 22
3.1.3 Đường cong hiệu suất tubin gió ........................................................... 25
3.1.4 Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG).......................... 28
3.2 Pin năng lượng mặt trời và phương trình toán của pin năng lượng mặt trời
3.2.1 Phương trình tương đương của pin năng lượng mặt trời ...................... 31
3.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến pin năng lượng mặt trời ............................. 32
3.2.3 Phương trình tương đương của bộ pin năng lượng mặt trời ................. 33
3.3 Mạch chỉnh lưu ........................................................................................ 35
3.4 Mạch nghịch lưu kết nối lưới điện phân phối ......................................... 38

3.4.1 Phân loại bộ nghịch lưu ........................................................................ 38
3.4.2 Phương pháp điều khiển các khóa công suất trong bộ nghịch lưu
nguồ n áp ........................................................................................................ 48
3.4.3 Phương pháp điề u khiể n khóa công suấ t trong bô ̣ nghich
̣ lưu
nguồ n dòng .................................................................................................... 42
3.5. Pin lưu trữ năng lượng (batterry) ........................................................... 46
3.5.1 Nguyên lý hoạt động của pin axit chì .................................................. 47
3.5.2 Quá trình nạp và xả của pin axit chì và phương trình tính toán ........... 49

viii


CHƢƠNG 4.KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
4.1 Sơ đồ kết nối máy phát điện gió và bộ pin năng lượng mặt trời vào lưới
điện phân phối. ............................................................................................ 52
4.1.1 Khố i tubin gió và máy phát điện. ....................................................... 53
4.1.2 Khối chỉnh lưu. ................................................................................... 57
4.1.3 Khối bộ pin năng lượng mặt trời ........................................................ 58
4.1.4 Khối nghịch lưu .................................................................................. 59
4.1.5 Khối lưới điện phân phối .................................................................... 60
4.1.6 Khối điều khiển pin NLMT ................................................................ 60
4.1.6.1 Nguyên lý hoạt động của khối MPPT ............................................. 62
4.1.7 Khối điều khiển máy phát điện gió .................................................... 68
4.1.7.1 Nguyên lý hoạt động khối MPPT của tubin gió ............................. 69
4.2 Các khối chức năng ............................................................................... 73
4.2.1 Khối PI_V ........................................................................................... 73
4.2.2 Khối PLL ............................................................................................ 74
4.2.3 Khối DC/AC ....................................................................................... 74
4.2.4 Khối điều khiển Hysteresis (điều khiển bang-bang) .......................... 75

4.3Trường hợp nghiên cứuvà kết quả.......................................................... 76
4.3.1Trường hợp nghiên cứu ....................................................................... 76
4.3.2 Kết quả mô phỏng DG........................................................................ 78
4.3.2.1Kết quả mô phỏng máy phát điện gió PMSG................................... 79
4.3.2.2Kết quả mô phỏng của hệ thốngnăng lượng mặt trời ....................... 82
4.7 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 85
CHƢƠNG 5. CÁC KẾT QUẢ, KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG NGHIÊN CỨU
5.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn ............................................ 87
5.2 Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn. ..................................... 88
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 90

ix


x


MỤC LỤC CÁC HÌ NH
Chƣơng 2:
Hình 2.1: Gió trung bình hàng năm ở độ cao 65m và 30m ..............................6
Hình 2.2: Hệ thống chuyển đổi năng lượng gió kết nối lưới điện ....................8
Hình 2.3: Hệ thống tubin gió tốc độ cố định ..................................................11
Hình 2.4: Hệ thống tubin gió tốc độ thay đổi .................................................12
Hình 2.5: Hệ thống tubin gió thay đổi tốc độ với bộ biến đổi phía roto ........13
Hình 2.6: Cấu tạo tubin gió trục đứng và trục ngang .....................................14
Hình 2.7: Các loại pin mặt trời thường gặp ....................................................17
Hình 2.8: Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời ............................................18
Hình 2.9: Một tế bào, panel và dãy pin mặt trời ............................................19
Hình 2.10: Hệ thống pin mặt trời có và không có boost ................................19
Chƣơng 3:

Hình 3.1: Năng lượng của khối không khí có mặt cắt ngang A .....................20
Hình 3.2: Biểu diễn luồng khí thổi qua một tubin gió lý tưởng .....................20
Hình 3.3: Góc pitch của cánh quạt gió ...........................................................23
Hình 3.4: Giới hạn của hiệu suất rotor ...........................................................24
Hình 3.5: Đường cong hiệu suất rotor ............................................................26
Hình 3.6: Công suất đầu ra phụ thuộc vào vận tốc gió , tốc độ tubin ............27
Hình 3.7: Đường cong công suất lý tưởng của tubin gió ...............................28
Hình 3.8 Mô hình mạch điện tương đương trong hệ tọa độ dq của PMSG ...31
Hình 3.9: Mạch điện tương đương của pin mặt trời .......................................32
Hình 3.10: Mô hình pin mặt trời lý tưởng ......................................................34
Hình 3.11: Mô đun pin mặt trời......................................................................35
Hình 3.12: Đặc tính I-V với các bức xạ khác nhau ........................................36
Hình 3.13: Đặc tính P-V với các bức xạ khác nhau .......................................36
Hình 3.14: Mạch chỉnh lưu bán kì ..................................................................37
Hình 3.15: Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha không điều khiển ...............................38
Hình 3.16: Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha không điều khiển ...............................38

xi


Hình 3.17: Mạch chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển ......................................37
Hình 3.18: Mạch chỉnh lưu cầu 3 pha có điều khiển ......................................37
Hình 3.19: Giản đồ xung kích bộ nghich lưu 1 pha SPWM .........................41
Hình 3.20: Giản đồ dòng và áp ngõ ra nghich lưu SPWM ............................42
Hình 3.21: Sơ đồ kết nối đơn giản của bộ nghịch lưu 3 pha ..........................43
Hình 3.22: Dạng sóng dòng điện trong phương ............................................44
Hình 2.23: Giải thuật điều khiển bang bang ..................................................44
Hình 3.24: Giải thuật điều khiển bang bang cải tiến ......................................44
Hình 2.25: Cấu hình của pin axit chì đã nạp đầy ...........................................48
Hình 2.26: mạch tương đương của pin ...........................................................48

Hình 3.27: Phương trình điện áp nạp và xả của pin .......................................48
Hình 3.28: Chu trình nạp của pin axit chì trong chu kỳ xạc sâu ....................48
Chƣơng 4:
Hình 4.1a: Sơ đồ nguyên lý của microgrid.....................................................52
Hình 4.2b: Sơ đồ tổ ng quát mạch mô phỏng ..................................................53
Hình 4.2: Mô hình kết nối máy phát điện gió với lưới điện thông qua bộ AC DC/DC - AC ..................................................................................................53
Hình 4. 3 Sơ đồ kết nối của máy phát điện ....................................................54
Hình 4. 4 Sơ đồ kết nối trong mô phỏng khối tubin gió.................................55
Hình 4. 5 Sơ đồ kết nối mô phỏng của khối máy phát điện nam
châm vĩnh cửu ................................................................................................55
Hình 4. 6 Mô hình mô phỏng của khối cơ khí trong PMSG ..........................56
Hình 4. 7 Mô hình mô phỏng của khối điện trong PMSG .............................56
Hình 4. 8 Thông số kỹ thuật của PMSG.........................................................57
Hình 4. 9 Sơ đồ kết nối mạch chỉnh lưu .........................................................58
Hình 4. 10 Sơ đồ kế t nố i của khố i năng lươ ̣ng mă ̣t trời .................................58
Hình 4. 11 Sơ đồ kết nối của khối nghịch lưu ................................................59
Hình 4. 12 Sơ đồ kết nối của khối lưới điện phân phối..................................60
Hình 4. 13 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện mô phỏng..................62

xii


Hình 4. 14 Sơ đồ kết nối của khối điều khiển pin năng lượng mặt trời .........62
Hình 4. 15 Lưu đồ giải thuật INC ..................................................................64
Hình 4. 16 Đặc tuyến V-P của pin mặt trời khi NLBXMT không đổi ...........65
Hình 4. 17 Nguyên tắc hoạt động của bộ MPPT ............................................67
Hình 4. 18 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện mô phỏng..................69
Hình 4. 19 Sơ đồ kết nối của khối điều khiển trong mạch mô phỏng ............69
Hình 4. 20 Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện gió ..............................70
Hình 4. 21 Nguyên tắc hoạt động của giải thuật P&O ...................................70

Hình 4. 22 Lưu đồ giải thuật P&O .................................................................72
Hình 4. 23 Sơ đồ nguyên lý bộ điều khiển Battery ........................................73
Hình 4. 24Mạch mô phỏng sơ đồ kết nối khối battery ...................................73
Hình 4. 25 Sơ đồ kế t nố i của khố i PI_V.........................................................74
Hình 4. 26 Mô hình khối PLL ........................................................................74
Hình 4.27 Lưu đồ quá trình mô phỏng ...........................................................77
Hình 4.28 Tín hiệu điều khiển CB .................................................................78
Hình 4.29 Công suất tác dụng và công suất phản kháng ngõ ra của PSMG ..79
Hình 4.30 Dạng sóng điện áp ngõ ra tại điểm kết nối chung .........................80
Hình 4.31 Dạng sóng điện áp ngõ ra (rms) từ t = 1.4s đến t = 2s ..................81
Hình 4.32 Điện áp DC trước nghịch lưu của máy phát điện gió ....................82
Hình 4.33 Công suất bộ pin năng lượng mặt trời hòa lưới.............................83
Hình 4.34 Giá trị điện áp và dòng điện DC ngõ ra bộ pin NLMT .................84
Hình 4.35 Giá trị SOC, dòng điện và điện áp đo được của battery ................85

xiii


xiv


MỤC LỤC CÁC BẢNG
Bảng2.1Phân bố năng lượng mặt trời tại các vùng trên lãnh thổ Việt Nam ...........15
Bảng5.1Kết quả mô phỏng hệ thống gió hòa lưới .................................................78
Bảng5.2Kết quả mô phỏng hệ thống pin mặt trời hòa lưới ....................................84

xv


DANH MỤC KÍ HIỆU

vsa, vsb, vsc ................................................................ Điện áp pha a, b, và c của nguồn
isa, isb, isc .............................................................. Dòng điện pha a, b, và c của nguồn
vPCCa, vPCCb, vPCCC .................................... Điện áp pha a, b và c tại điểm ghép chung
i1a, i1b, isc .............................................................. Dòng nghịch lưu của pha a, b, và c
Rs, Ls .............................................................Điện trở và điện kháng nhánh cung cấp
XD............................................................................................ Điện kháng đường dây
RD................................................................................................. Điện trở đường dây
Cf .............................................................................................................. Tụ điện lọc
L1, L2, L3 ................................................................................................ Điện cảm lọc
Lf ............................................................................... Điện kháng rò của máy biến áp
Rf ..................................................................................... Điện trở rò của máy biến áp
VDC1, VDC2, VDC3 ............................................... Nguồn áp DC của máy phát phân tán
u ....................................................................... Hàm chuyển mạch của bộ nghịch lưu
ωs ........................................................................................................ Tần số đồng bộ
V .............................................................. Biên độ điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu
δ ...................................................................... Góc điện áp ngõ ra của bộ nghịch lưu
VP .................................................................... Biên độ điện áp của điểm ghép chung
δP .......................................................................... Góc của điện áp điểm ghép chung
vcf ........................................................................................... Điện áp qua tụ điện lọc
icf ............................................................................................ Dòng đi qua tụ điện lọc
ω ....................................................................................................... Tần số vận hành
ωS ..................................................................................Tần số cắt của lọc thông thấp
P1, P2 ................................................ Công suất tác dụng được rút từ DG vào vi lưới
Q1, Q2 .......................................... Công suất phản kháng được rút từ DG vào vi lưới
Prated, Qrated ............................ Công suất tác dụng và phản kháng danh định của DG
Pg ..................................................... Công suất tác dụng được rút từ lưới vào vi lưới

xvi

Qg ................................................ Công suất phản kháng được rút từ lưới vào vi lưới
Vg,Ig .................................................................................. Điện áp và Dòng điện lưới
PL, QL ....................................... Công suất phản kháng và tác dụng của tải công suất
PLC, QLC ......................................... Công suất phản kháng và tác dụng của tải chung
K ........................................................... Hệ số khuếch đại của bộ điều khiển hồi tiếp
h, HB..................................................................... Băng của giải thuật điều khiển trễ
KP, KI ...................................................................... Hệ số khuếch đại tỷ lệ, tích phân

xvii


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Sự thay đổi khí hậu toàn cầu đã dẫn đến những sự thay đổi lớn về mô hình phát
và tiêu thụ điện. Rất nhiều nước đã đặt mục tiêu là tăng trưởng 10% lượng năng
lượng tái tạo và giảm 20% khí nhà kín đến năm 2012. Thậm chí những sự thay đổi
lớn hơn được mong đợi sẽ sớm diễn ra trong tương lai gần. Hệ thống truyền tải sẽ
truyền lượng lớn năng lượng tạo ra từ nhà máy điện gió, điện địa nhiệt và điện mặt
trời.
Ở cấp phân phối, rất nhiều máy phát điện năng lượng tái tạo (điện gió, pin quang
điện, pin nhiên liệu, thủy điện nhỏ…) sẽ được sớm kết nối với lưới điện. Chúng
được gọi là các máy phát phân tán (DGs) hay các nguồn năng lượng phân tán
(DERSs), việc tích hợp nguồn phân tán vào lưới điện phân phối làm xáo trộn đặc
tính phân bố công suất hình tia của lưới phân phối.
Việc kết nối của DG với lưới điện thông qua các bộ nghịch lưu điện tử công suất
liên quan đến vận hành an toàn và bảo vệ. Tiêu chuẩn IEEE 1547 [1] cung cấp các
yêu cầu kỹ thuật cho việc kết nối của các nguồn phân tán. Các yêu cầu công nghiệp
thực tế là cần cô lập tất cả các nguồn phân tán khỏi lưới khi có sự cố ở lưới. Nhưng
vẫn sẽ không đáng kể khi tổng công suất của là còn nhỏ và sẽ không tác động lớn
đến hệ thống. Tuy nhiên, nó được mong đợi rằng mức độ thâm nhập của DERs sẽ

tăng dần qua ít thập kỷ tới. Thêm vào đó là sự phát triển của các phương tiện giao
thông lai (HEVs) trong tương lai gần và micogrid sẽ dần trở nên phổ biến trong các
xây dựng nông thông và thương mại. Hiệu ứng tích lũy của các phát minh sẽ là một
thay đổi đối với mô hình truyền dẫn công suất trong hệ thống phân phối điện năng.

1.2 Mục tiêu và nhiệm vụ
- Xây dựng mô hình hệ thống gió PMSG công suất nhỏ với giải thuật MPPT.
- Xây dựng mô hình pin năng lượng mặt trời một diode với giải thuật MPPT.
- Xây dựng hệ thống pin lưu trữ năng lượng (battery) và bộ xạc.

Trang 1


- Xây dựng các bộ điều khiển đồng bộ lưới điện cho các nguồn năng lượng tái
tạo với yêu cầu hoạt động ở hai chế độ cách ly và nối lưới.
- Xây dựng phương trình và giải thuật để tính toán bộ chuyển đổi nguồn dòng
hysteresis.
- Khão sát sự thay đổi các thông số của nguồn điện đến việc truyền tải công suất
của các DGs và sự ổn định của điện áp và tần số tại bus kết nối chung (PCC).

1.3 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu khái quát về năng lượng mă ̣t trời và năng lượng gió.
- Nghiên cứu về các bộ pin năng lượng mặt trời công suất nhỏ.
- Nghiên cứu về máy phát điện gió công suất nhỏ.
- Nghiên cứu về mối quan hệ của các thông số trong bô ̣ pin năng lươ ̣ng mă ̣t trời
công suất nhỏ.
- Nghiên cứu về mối quan hệ của các thông số trong máy phát điện gió công
suất nhỏ.
- Nghiên cứu về mối quan hệ truyền động trong máy phát điện gió công suất
nhỏ.

- Nghiên cứu bộ nghịch lưu công suất nhỏ một pha khi hòa vào lưới điện.
- Nghiên cứu phương pháp tính toán bộ chuyển đổi nguồn DC-AC.
- Nghiên cứu tính toán các thông số khi hòa nguồn năng lượng tái tạo vào lưới
điện phân phối một pha.
- Nghiên cứu mô hình battery nối lưới để đảm bảo ổn định điện áp nút kết nối.
- Đưa ra mô hình mô phỏng khi hòa nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện.
- Với mục tiêu khão sát tác động của việc tích hợp DG đến truyền tải công suất
cho lưới điện phân phối, do đó các nguồn phân tán có công suất nhỏ tầm vài
chục kW trở xuống và kết nối một pha, mà có thể kết nối ở lưới dân dụng một
pha, với các giải thuật điều khiển đơn giản.
- Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến hoa ̣t đô ̣ng của pin mă ̣t trời , máy phát
điện gió.

Trang 2


1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Tham khảo tài liệu (sách, báo và tạp chí khoa học).
- Mô hình hóa mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink
- Phân tích và đánh giá các kết quả mô phỏng.
1.5 Điểm mới của luận văn
- Xây dựng hoàn chỉnh mô hình Microgrid bao gồm bô ̣ năng lươ ̣ng mă ̣t trời và
máy phát điện gió có công suất nhỏ hòa đồng bộ lưới điện phân phối.
- Tìm ra các thông số ảnh hưởng đến việc hòa đồng bộ giữa các nguồn năng
lượng tái tạo và lưới điện quốc gia.
- Đưa ra giải thuật và chương trình mới để tính toán bộ chuyển đổi nguồn năng
lượng tái tạo hòa vào lưới điện quốc gia.
- Góp phần tiết kiệm năng lượng của các hộ tiêu thụ điện cũng như cung cấp
thêm cho nguồn quốc gia một phần năng lượng.
1.6 Giá trị thực tiễn của luận văn

- Đóng góp một giải pháp quan trọng trong việc thay thế dần các nguồn năng
lượng hóa thạch bằng các nguồn năng lượng vô tận trong xu thế phát triển của
thế giới ngày nay.
- Đây là giải pháp rất khả thi để nâng cao chất lượng điện năng cho các vùng
sâu, vùng xa và xa trung tâm phụ tải. Tại các khu vực này do điều kiện địa lí
tự nhiên nên thường là các vùng cuối lưới điện nên điện áp không đảm bảo.
Việc dùng các bô ̣ năng lươ ̣ng

mă ̣t trời kết hợp hay riêng rẻ cùng với năng

lượng gió là một giải pháp hữu hiệu để nâng cao ổn định điện áp cho các vùng
này.
- Nâng cao được hiệu suất cho các nguồn phát phân tán công suất nhỏ.
- Làm tài liệu tham khảo và làm nền tảng để phát triển hướng cho các nghiên
cứu sau này.

Trang 3


- Ứng dụng rộng rãi việc sử dụng cùng lúc hai nguồn năng lượng tái tạo và lưới
điện quốc gia cho các hộ tiêu thụ điện.
- Giúp các nhà hoạch định chiến lược về nguồn năng lượng quốc gia có thêm
một hướng mới về việc phát triển nguồn năng lượng trong tương lai.

Trang 4


1.7 Nội dung của luận văn
Chương 1: Tổng Quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.

Chương 3: Khảo sát và tính toán.
Chương 4: Mô hiǹ h hóa và mô phỏng.
Chương 5: Kết luận và Hướng phát triển.

Trang 5


CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Năng lƣợng gió Việt Nam và tiềm năng phát triển
2.1.1 Năng lƣợng gió Việt Nam
Tiềm năng về năng lượng gió Việt Nam chỉ vào loại trung bình. Hầu hết, các
khu vực trên đất liền có năng lượng gió thấp khai thác không hiệu quả. Chỉ có một
vài nơi, do có địa hình đặc biệt nên gió tương đối khá tuy nhiên công suất lại không
lớn. Chỉ dọc theo bờ biển và trên các hải đảo năng lượng gió tốt hơn. Nơi có nguồn
năng lượng tốt nhất là đảo Bạch Long Vĩ, tốc độ trung bình năm đạt được từ 7.17.3m/s. Tiếp đến là các khu vực đảo Trường Sa, Phú Quí, Côn Đảo... có tốc độ gió
trong khoảng 4.0- 6.6m/s. Tuy nhiên cũng nên nói thêm rằng tiềm năng năng lượng
gió Việt Nam chưa được điều tra đánh giá đầy đủ vì phần lớn số liệu về năng lượng
gió chủ yếu chỉ thu thập qua các trạm Khí tượng Thủy văn, tức chỉ đo ở độ cao từ
10m đến 12m trên mặt đất. Chúng ta đang thiếu số liệu về năng lượng gió ở các độ
cao trên 40m. Hiện nay đang có khoảng 10 cột đo gió ở độ cao từ 30m đến 65m.
Theo khảo sát gần đây nhất của tổ chức IOE, Việt Nam có khoảng 31000km2
đất có thể đưa vào khai thác năng lượng gió, trong đó có 865km2 tương đương với
3572MW với điện có thể được tạo ra với giá thành ít hơn 6UScents/kWh. Nghiên
cứu cũng đã minh chứng được rằng năng lượng gió sẽ là giải pháp tốt cho khoảng
300.000 hộ cư dân nông thôn không có điện. Trong khi năng lượng gió có thể mang
đến những lợi ích về môi trường, kinh tế, xã hội… Nhưng hiện nay lượng điện năng
khai thác từ gió gần như là con số không. Nhà nước cũng chưa có chính sách hỗ trợ,
khuyến khích nào cho năng lượng gió. Vì vậy, nhiệm vụ ưu tiên hàng đầu hiện nay
là đặt mục tiêu cho phát triển năng lượng tái sinh và để tìm tòi nghiên cứu công
nghệ mới phù hợp với Việt Nam.

Trang 6