Điều khiển và quản lý năng lượng hệ thống microgrid mô phỏng hệ thống dc microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.54 MB, 107 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------------------------------
VÕ MINH TÀI
ĐIỀU KHIỂN VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG
HỆ THỐNG MICROGRID: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DC
MICROGRID CÔNG SUẤT NHỎ
HOẠT ĐỘNG ĐỘC LẬP
Chuyênngành: Kỹthuậtđiện
Mãsố: 60.52.02.02
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TP. HồChí Minh, tháng 12 năm2016
Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : ..................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1 : ........................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : ........................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM vào
ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ............................................................
2. ............................................................
3. ............................................................
4. ............................................................
5. ............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-----------------------------
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
-------------------------
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Võ Minh Tài
Ngày, tháng, năm sinh: 11/10/1991
Chuyên ngành:Kỹ thuật điện
I. TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN VÀ QUẢN LÝ
MSHV: 7140978
Nơi sinh: Bến Tre
Mã số: 60.52.02.02
NĂNG LƢỢNG HỆ THỐNG
MICROGRID: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG DC MICROGRID CÔNG SUẤT NHỎ
HOẠT ĐỘNG ĐỘC LẬP
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Tìm hiểu hệ thống microgrid.
- Tìm hiểu phƣơng trình tốn, thuật tốn và mơ phỏng các thành phần hệ thống
microgrid.
- Tìm hiểu, mơ phỏng các giải thuật điều khiển biến đổi công suất DC/DC,
AC/DC, điều khiển trƣờng hợp mất cân bằng pha của phụ tải.
- Mô phỏng hoạt động của microgrid ở các chế độ và theo thông số thực tế.
- Kết luận và nhận xét.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V.CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:PGS.TS Phan Quốc Dũng.
Tp. HCM, ngày . . . . tháng 12
Tp. HCM, ngày . . . . tháng . . . . năm 2016
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
TRƢỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)
Ghi chú: Học viên phải đóng tờ nhiệm vụ này vào trang đầu tiên của tập thuyết minh luận văn
Luận văn cao học
i
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành cuốn luận văn này, tơi xin đƣợc bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc nhất
đối với PGS.TS Phan Quốc Dũng, ngƣời thầy đã hết lịng, tận tâm, nhiệt tình hƣớng
dẫn và cung cấp cho tôi những tài liệu vô cùng quý giá trong quá trình thực hiện luận
văn.
Xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo đã giảng dạy, truyền đạt tri thức
giúp tôi học tập và nghiên cứu trong quá trình học cao học tại trƣờng Đại Học Bách
Khoa TP.HCM.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Phòng quản lý khoa học - Đào tạo sau
đại học và khoa Điện – Điện tử Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP.HCM đã giúp đỡ, tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và làm luận văn cao học tại trƣờng.
Xin chân thành cảm ơn các anh, chị học viên cao học khóa 2014 ngành Kỹ thuật điện
đã đóng góp ý kiến cho tơi trong q trình thực hiện luận văn này.
TP.Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2016
NGƢỜI THỰC HIỆN
Võ Minh Tài
Luận văn cao học
ii
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
TÓM TẮT
Sự phát triển của mọi lĩnh vực cũng nhƣ nhu cầu sử dụng năng lƣợng ngày càng
tăng của đất nƣớc, trong khi các nguồn năng lƣợng hóa thạch ngày càng suy giảm.
Trƣớc tình hình đó, việc sử dụng nguồn năng lƣợng mới nhằm thay thế dòng năng
lƣợng hóa thạch là rất cần thiết.
Các nguồn năng lƣợng mới, tái tạo cần đƣợc tận dụng và khai thác tối đa. Điển
hình nhƣ các nƣớc nằm trong miền khí hậu nhiệt đới, có số giờ nắng nhiều nên tận
dụng nguồn năng lƣợng mặt trời. Bên cạnh đó, khu vực biển, nhiều gió thì nên tận
dụng nguồn năng lƣợng này. Một trong các mơ hình khai thác nguồn năng lƣợng này
nhƣ smartgrid, microgrid cần đƣợc nghiên cứu, áp dụng rộng rãi.
Luận văn này mơ phỏng mơ hình hệ thống DC-microgrid hoạt động độc lập
cung cấp cho hệ thống văn phòng tòa nhà B1 tại trƣờng Đại học Bách khoa Tp.HCM.
). Mục tiêu của luận
văn là xây dựng các mơ hình tốn học các thành phần và giải thuật điều khiển, từ đó
mơ phỏng lên phần mềm Matlab/Simulink nhằm khảo sát sự hoạt động của hệ thống
trƣớc khi thiết kế thực tế. Bằng việc tìm hiểu kiến thức hệ thống microgrid, hệ thống
năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng gió, các giải thuật điều khiển các bộ biến đổi, quản lý
năng lƣợng.
Đề tài trình bày tổng quan hệ thống microgrid bao gồm cấu trúc, vận hành và
các thành phần đƣợc sử dụng trong luận văn. Bên cạnh đó, với việc tìm hiểu lý thuyết
các kỹ thuật điều khiển đƣợc áp dụng trong hệ thống mô phỏng, chúng tôi xây dựng
các khối điều khiển nhằm đáp ứng việc mô phỏng cũng nhƣ nghiên cứu sau này.
Hơn nữa, với trƣờng hợp tải không cân bằng, luận văn này đã xây dựng mơ hình
lọc cơng suất tích cực (Active Power Filter-APF) kết hợp với bộ nghịch lƣu cấu trúc
Di-ốt kẹp ba bậc (Neutral Point Clamped-NPC) đã giải quyết vấn đề này. Măt khác, đề
tài xây dựng giải thuật quản lý năng lƣợng giúp tận dụng tối đa nguồn năng lƣợng tái
tạo, bảo vệ ắc quy bằng việc giới hạn dòng nạp xã, và hơn cả là đảm bảo việc cung cấp
điện liên tục cho phụ tải.
Luận văn cao học
iii
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
ABSTRACT
The development of all fields as well as energy demand of the country is
increasing, while the fossil energy sources dwindling. In this situation, using of new
energy sources in order to replace fossil energy flow is necessary.
New energy sources, renewable should be utilized and maximum exploitation.
Typically as countries located in tropical climates, where have so many hours of
sunshine should take advantage of solar energy. Besides, the sea area, with strong
wind, we should take advantage of this energy source. One of the models to exploit this
energy source as smartgrid, microgrid should be studied, widely application.
This thesis simulation model DC-microgrid system operates independently to
provide systems B1 office building in Ho Chi Minh City University of Technology.
This model is being implemented on the basis on international projects MICROGRID
of Ho Chi Minh City University of Technologyand is sponsored by organizations
ONRG (US). The goal of the thesis was to develop mathematical models of
components and control algorithmsfrom which simulate by software Matlab/Simulink
in order to survey the operation of the system before the actual design. By studying
knowledge microgrid systems, solar systems, wind energy, the control algorithm of the
inverter, energy management.
Topic presents an overview microgrid system including structure, operations
and components used in the thesis. Besides, with a theoretical studying of the control
algorithm is applied in the simulation system, we built the control blocks to meet the
simulating as well as future research.
Moreover, the case of unbalanced load, this thesis was modeling active power
filter (Active Power Filter-APF) in combination with Neutral Point Clamped- NPC has
solved this problem. On the other hand, the subject built energy management algorithm
to help get the most out renewable energy sources, protecting the battery bylimiting
load current, and above all to ensure continuous power supply for load.
Luận văn cao học
iv
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này đã đƣợc
cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong Luận văn đã đƣợc chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)
Võ Minh Tài
Luận văn cao học
v
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ................................................................................ i
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................. ii
TÓM TẮT ...................................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................... v
MỤC LỤC ...................................................................................................................... vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................... ix
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................. x
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ HÌNH ẢNH ................................................................... xi
I.
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 1
1.1.
Lý do chọn đề tài ............................................................................................... 1
1.2.
Mục đích nghiên cứu ......................................................................................... 2
1.3.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................... 3
1.3.1.
Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 3
1.3.2.
Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 3
Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 3
1.4.
II. NỘI DUNG .............................................................................................................. 4
Chƣơng 1: TỔNG QUAN ............................................................................................ 4
1.1.
Nhu cầu sử dụng năng lƣợng ...................................................................... 4
1.1.1. Tình hình tài nguyên phục vụ cung cấp điện và nhu cầu tiêu thụ điện
năng tại Việt Nam .................................................................................................. 4
1.1.2.
1.2.
Tiềm năng của năng lượng tái tạo ........................................................... 5
Các vấn đề cần giải quyết ........................................................................... 6
Chƣơng 2: HỆ THỐNG MICROGRID ....................................................................... 7
2.1.
Khái quát hệ thống microgrid ..................................................................... 7
2.1.1.
Cấu trúc hệ thống Microgrid.................................................................... 8
2.1.2.
Vận hành hệ thống Microgrid .................................................................. 9
2.2.
Thành phần hệ thống microgrid ................................................................ 10
Luận văn cao học
vi
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
2.2.1.
Tải tiêu thụ.............................................................................................. 10
2.2.2.
Hệ thống PV ........................................................................................... 13
2.2.2.1. Khái qt hệ thống PV ........................................................................ 13
2.2.2.2. Mơ hình tốn hệ thống PV ................................................................... 17
2.2.3.
Mơ hình tốn WES sử dụng PMSG ........................................................ 20
2.2.3.1. Khái quát hệ thống WES ...................................................................... 20
2.2.3.2. Mơ hình hệ thống WES ........................................................................ 21
2.2.3.3. Mơ hình tốn PMSG ............................................................................ 23
2.2.4.
Máy phát điện ......................................................................................... 24
2.2.5.
Ắc quy ..................................................................................................... 25
Chƣơng 3: ĐIỀU KHIỂN VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƢỢNG ..................................... 27
3.1.
Điều khiển hệ thống microgrid ................................................................. 27
3.1.1. Điều khiển các nguồn phát tập trung......................................................... 27
3.1.1.1. Kỹ thuật MPPT hệ thống PV ............................................................... 27
3.1.1.2. Bộ biến đổi DC-DC hạ áp buck ........................................................... 30
3.1.1.3. Bộ biến đổi DC/DC nâng áp dạng Push-pull ...................................... 32
3.1.1.3.1. Nguyên lý hoạt động của bộ Push-Pull: ........................................ 32
3.1.1.3.2. Bộ điều khiển cho Push-pull converter : ....................................... 34
3.1.2. Điều khiển bộ nghịch lưu cấp nguồn tải. ................................................... 34
3.1.2.1. Cấu trúc bộ nghịch lưu Diode kẹp NPC ............................................. 34
3.1.2.2. Phương pháp điều chế vector không gian – SVM ............................... 36
3.1.2.3. Điều khiển inverter ở chế độ độc lập .................................................. 39
3.1.3. Điều khiển hệ thống trường hợp hệ thống không cân bằng....................... 41
3.1.3.1. Khái qt lọc cơng suất tích cực ......................................................... 41
3.1.3.2. Phương pháp điều khiển ...................................................................... 42
3.2.
Quản lý năng lƣợng .................................................................................. 44
4. MƠ PHỎNG HỆ THỐNG MICROGRID ............................................................. 47
4.1.
Mơ phỏng thành phần hệ thống microgrid ...................................................... 47
Luận văn cao học
vii
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
4.1.1.
Thông số thời tiết ...................................................................................... 47
4.1.2.
Mô phỏng hệ thống PV ............................................................................. 49
4.1.3.
Mô phỏng hệ thống WES .......................................................................... 53
4.2.
Mô phỏng các thành phần điều khiển .............................................................. 56
4.2.1.
Bộ điều khiển MPPT ................................................................................. 56
4.2.2.
Bộ biến đổi DC/DC hạ áp buck ................................................................ 59
4.2.3.
Bộ biến đổi DC/DC nâng áp dạng Push-pull ........................................... 61
4.2.4.
Bộ biến đổi nghịch lưu .............................................................................. 63
4.2.5.
Bộ lọc cơng suất tích cực .......................................................................... 67
4.3.
Mô phỏng điều khiển và quản lý hệ thống microgird ..................................... 72
4.3.1.
Mô phỏng các chế độ vận hành ................................................................ 72
4.3.1.1. Chế độ vận hành khi máy phát cung cấp năng lượng......................... 72
4.3.1.2. Chế độ vận hành khi ắc quy phóng điện ............................................. 75
4.3.1.3. Chế độ vận hành PV và WES nạp điện ắc quy. .................................. 77
4.3.1.4. Chế độ vận hành khi ắc quy nạp đầy và nguồn năng lượng tái tạo phát
dư công suất...................................................................................................... 80
4.3.2.
Mô phỏng theo thời gian khảo sát ............................................................ 82
5. KẾT LUẬN ............................................................................................................ 85
5.1.
Kết quả đạt đƣợc .............................................................................................. 85
5.2.
Tồn tại của đề tài ............................................................................................. 86
5.3.
Định hƣớng phát triển ...................................................................................... 86
6. DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................... 87
Luận văn cao học
viii
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
-
PV (Photovoltaic): PV
-
WES (Wind Energy System): Hệ thống năng lƣợng gió
-
AC (Alternating Current): Dòng điện xoay chiều
-
DC (Direct current): Dòng điện một chiều
-
DER (Distributed Energy Resources): Các nguồn năng lƣợng phân bố
-
STS (Static transfer switch): Công tác chuyển đổi tĩnh
-
NPC (Neutral Point Clamped): Bộ biến đổi công suất dạng Di-ốt kẹp
-
INC (Incremental Conductance): Bộ MPPT gia tăng điện dẫn
-
SAPF (Shun Active Power Filter): Bộ lọc cơng suất tích cực
-
PI (Proportional Integral): Bộ điều khiển tỷ lệ-tích phân
-
MPPT (Maximum power point tracking): Bộ dị điểm công suất cực đại
-
PMSG (Permanent-Magnetic Synchronous Generator): Máy phát điện nam
châm vĩnh cửu
-
VSI (Voltage Source Inverter): Bộ nghịch lƣu nguồn áp
-
PLL (Phase-locked loop): Bộ dị thứ tự góc pha
-
SOC (State of charge): Trạng thái phóng
-
TOE (Ton of Oil Equivalent): tấn dầu tƣơng đƣơng
Luận văn cao học
ix
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Các thiết bị điện trong phòng cung cấp điện ................................................. 11
Bảng 2.2. Các thiết bị điện trong phòng quản lý vƣờn ƣơm .......................................... 11
Bảng 2.3. Các thiết bị điện trong phịng bộ mơn thiết bị điện ....................................... 11
Bảng 2.4. Thông số tải đo đạc từ các đối tƣợng đã xác định tại trƣờng ĐH Bách KhoaTp.HCM ......................................................................................................................... 12
Bảng 3.1. Trạng thái đóng ngắt của mõi nhánh: ............................................................ 35
Bảng 4.1. Thông số hệ thống PV ................................................................................... 49
Bảng 4.2. Thông số hệ thống WES ................................................................................ 55
Bảng 4.3. Thông số Kp, Ki của bộ điều khiển buck ...................................................... 59
Bảng 4.4. Thông số bộ biến đổi PI của bộ điều khiển: .................................................. 64
Bảng 4.5. Thông số mô phỏng mơ hình chế độ 1 .......................................................... 73
Bảng 4.6. Thơng số mơ phỏng mơ hình chế độ 2 .......................................................... 75
Bảng 4.7. Thơng số mơ phỏng mơ hình chế độ 3 .......................................................... 77
Bảng 4.8. Thơng số mơ phỏng mơ hình chế độ 4 .......................................................... 80
Bảng 4.9. Thông số mô phỏng mô hình thực tế ............................................................. 82
Luận văn cao học
x
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ HÌNH ẢNH
Hình 2.1. Cấu trúc của hệ thống microgrid ...................................................................... 8
Hình 2.2. Cấu hình hệ thống microgrid ........................................................................... 9
Hình 2.3. Cấu hình hệ thống DC microgrid ..................................................................... 9
Hình 2.4. Tải tiêu thụ -trƣờng ĐH Bách Khoa Tp.HCM ............................................... 13
Hình 2.5. Một cell của pin mặt trời ................................................................................ 14
Hình 2.6. Cấu tạo pin mặt trời ........................................................................................ 14
Hình 2.7. Các cấu trúc thƣờng gặp ở pin mặt trời.......................................................... 15
Hình 2.8. Nguyên lý hoạt động của pin mặt trời ............................................................ 16
Hình 2.9. Sơ đồ mạch tƣơng đƣơng của PV .................................................................. 17
Hình 2.10. Đặc tuyến V-I và P-V của PV ...................................................................... 18
Hình 2.11. Ảnh hƣởng nhiệt độ lên đặc tuyến mô-đun PV của hãng Kyocera với chủng
loại KC120-1[27] ........................................................................................................... 19
Hình 2.12. (a) Tua bin gió trục ngang Upwind, (b) tua bin gió trục ngang Downwind,
(c) tua bin gió trục dọc ................................................................................................... 21
Hình 2.13. Biểu đồ quan hệ giữa Cp và theo góc cánh quạt ................................... 23
Hình 2.14. Đặc tuyến mối quan hệ giữa năng lực ắc quy, nhiệt độ mơi trƣờng và dịng
xả tại 25◦C. ..................................................................................................................... 25
Hình 2.15. Biểu đồ nhu cầu lƣu trữ năng lƣợng cho hệ thống độc lập với đáp ứng 99%
và 95% tải. ...................................................................................................................... 26
Hình 3.1. Ví dụ đƣờng cong quan hệ I-V của PV .......................................................... 28
Hình 3.2. Đƣờng đặc tính P-V và thuật tốn điều khiển INC ........................................ 29
Hình 3.3. Lƣu đồ thuật tốn INC ................................................................................... 30
Hình 3.4. Mơ hình khổi bộ biến đổi Buck với bộ điều khiển PI ................................... 32
Hình 3.5. Mơ hình bộ biến đổi Push Pull ....................................................................... 32
Hình 3.6. Sơ đồ hoạt động của bộ Push Pull .................................................................. 33
Hình 3.7. Cấu trúc điều khiển bộ Push Pull ................................................................... 34
Hình 3.8. Cấu tạo bộ nghịch lƣu ba pha ba bậc ............................................................. 35
Hình 3. 9. Biểu đồ lục giác véc-tơ điện áp điều khiển NPC 3 bậc................................. 37
Hình 3. 10. Ví dụ biểu diễn vec-tơ điện áp trong miền 3 ............................................... 38
Hình 3. 11. Giản đồ xung kích các khóa cơng suất ........................................................ 39
Hình 3.12. Sơ đồ cấu trúc điều khiển bộ nghịch lƣu trong chế độ độc lập .................... 41
Luận văn cao học
xi
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Hình 3.13. Sơ đồ cấu trúc SAPF .................................................................................... 42
Hình 3.14. Sơ đồ điều khiển bộ lọc cơng suất tích cực .................................................. 43
Hình 3.15. Giải thuật điều khiển và quản lý năng lƣợng microgird .............................. 46
Hình 4.1. Biểu đồ bức xạ mặt trời .................................................................................. 47
Hình 4.2. Biểu đồ nhiệt độ mơi trƣờng .......................................................................... 48
Hình 4.3. Biểu đồ tốc độ gió .......................................................................................... 49
Hình 4.4. Mơ hình hệ thống PV sử dụng bộ điều khiển MPPT ..................................... 50
Hình 4.5. Thơng số hệ thống PV trên matlab/Simulink ................................................. 51
Hình 4.6. Đặc tuyến pin mặt trời SunPower SPR-30SE-WHT-D theo nhiệt độ. .......... 52
Hình 4.7. Đặc tuyến pin mặt trời SunPower SPR-30SE-WHT-D theo bức xạ mặt trời.
........................................................................................................................................ 52
Hình 4.8. Kết quả mơ phỏng cơng suất ngõ ra theo giá trị bức xạ mặt trời và nhiệt độ có
sử dụng MPPT-INC ....................................................................................................... 53
Hình 4.9. Mơ hình mơ phỏng hệ thống WES-PMSG .................................................... 54
Hình 4.10. Mơ hình mơ phỏng tua-bin gió .................................................................... 54
Hình 4.11. Đặc tuyến mơ hình tua-bin gió ..................................................................... 55
Hình 4.12. Cơng suất ngõ ra và tốc độ gió tại thời điểm khảo sát. ................................ 56
Hình 4.13. Đặc tính làm việc IV của PV với của tải [23] .............................................. 57
Hình 4.14. Mơ hình mơ phỏng bộ điều khiển MPPT-INC tạo xung ON-OFF cho công
tắc cơng suất ................................................................................................................... 58
Hình 4.15. Mơ hình mơ phỏng khối MPPT-INC tính tốn các giá trị dịng và điện áp. 58
Hình 4.16. Mơ hình mơ phỏng bộ biến đổi DC/DC hạ áp ............................................. 59
Hình 4.17. Kết quả mơ phỏng giá dòng điện và điện áp qua bộ biến đổi DC/DC buck 60
Hình 4.18. Mơ hình mơ phỏng bộ biến đổi Push-pull................................................... 61
Hình 4.19. Kết quả mơ phỏng dịng và điện áp qua bộ điến đổi Push-pull ................... 62
Hình 4.20. Mơ hình mơ phỏng bơ điều khiển nghịch lƣu VSI ...................................... 63
Hình 4.21. Mơ hình mơ phỏng khối PLL và đo lƣờng .................................................. 63
Hình 4.22. Mơ hình mơ phỏng khối tính tốn dịng tham chiếu hệ dq .......................... 64
Hình 4.23. Mơ hình mơ phỏng khối điều chỉnh dịng .................................................... 64
Hình 4.24. Kết quả mơ phỏng dịng và điện áp sau bộ nghịch lƣu VSI ........................ 65
Hình 4.25. Kết quả mơ phỏng dòng và điện áp sau bộ nghịch lƣu VSI chi tiết ............ 66
Hình 4.26. Tổng quan mơ hình sử dụng lọc cơng suất tích cực..................................... 67
Hình 4.27. Mơ hình mơ phỏng bộ lọc cơng suất tích cực .............................................. 68
Hình 4.28. Mơ hình mơ phỏng bộ điều khiển PI............................................................ 69
Hình 4.29. Mơ hình mơ phỏng bộ tính tốn PQ và bù dòng .......................................... 70
Luận văn cao học
xii
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Hình 4.30. Kết quả mơ phỏng dịng và điện áp sau bộ nghịch lƣu VSI-khơng có APF 71
Hình 4.31. Các chế độ vận hành mơ phỏng ................................................................... 72
Hình 4.32. Giá trị dòng, điện áp và chỉ số SOC mơ phỏng của ắc quy chế độ 1 ........... 74
Hình 4.33. Giá trị dòng điện (A) các nguồn phân tán mơ phỏng chế độ 1 .................... 74
Hình 4.34. Giá trị công suất (W) các nguồn phân tán mô phỏng chế độ 1 .................... 74
Hình 4.35. Giá trị dịng, điện áp và chỉ số SOC mô phỏng của ắc quy chế độ 2 ........... 76
Hình 4.36. Giá trị cơng suất (W) các nguồn phân tán mô phỏng chế độ 2 .................... 76
Hình 4.37. Giá trị dịng, điện áp và chỉ số SOC mô phỏng của ắc quy chế độ 3 ........... 78
Hình 4.38. Giá trị dịng điện (A) các nguồn phân tán mơ phỏng chế độ 3 .................... 78
Hình 4.39. Giá trị công suất (W) các nguồn phân tán mô phỏng chế độ 3 .................... 79
Hình 4.40. Tín hiệu điều khiển Dump_Load chế độ 4 ................................................... 81
Hình 4.41. Giá trị dịng điện (A) các nguồn phân tán mô phỏng chế độ 4 .................... 81
Hình 4.42. Giá trị cơng suất (W) các nguồn phân tán mơ phỏng chế độ 4 .................... 82
Hình 4.43. Giá trị công suất (W) các nguồn phân tán mô phỏng thông số thực tế ........ 84
Luận văn cao học
xiii
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
I.
MỞ ĐẦU
1.1.
Lý do chọn đề tài
Theo cuộc nghiên cứu của Zpryme (hãng nghiên cứu phục vụ tập trung ba lĩnh
vực: năng lƣợng, vận chuyển và di động), theo nhịp tăng trƣởng GDP thì nhu cầu điện
năng tại Việt Nam tăng 15-17% trên năm. Bên cạnh đó, trong Quy hoạch điện VII, đến
năm 2015, nhiệt điện than chiếm 35,1% tổng công suất nguồn, là cao nhất trong các dự
án nguồn điện (thủy điện xếp sau với 33,6%). Đến năm 2020, nhiệt điện than sẽ tăng
lên ở mức 44,7% (gần 30.000 MW). Năm 2030, nhiệt điện than sẽ tăng lên 56,1%,
trong khi các nguồn điện tái tạo hoặc điện sạch giảm đi hoặc tăng lên cũng không đáng
kể. Song, từ năm 2016 trở đi, việc nhập khẩu số lƣợng lớn sẽ ngày một tăng dần, bắt
đầu từ việc nhập khẩu vài triệu tấn cho năm 2016, và đến năm 2020 có thể nhập khẩu
từ 20 triệu đến 30 triệu tấn/năm. Trƣớc tình hình trên Chính phủ u cầu khơng phát
triển thêm nhiệt điện than.
Bên cạnh đó, tính đến hết năm 2015 thì gần 1000 xã trong cả nƣớc chƣa thực hiện
mua điện trực tiếp từ điện lực tƣơng ứng khoảng 2 triệu hộ dân. Ngồi ra, tình trạng
điện yếu, chập chờn còn xảy ra nhiều nơi. Cụ thể tại địa bàn tỉnh Bà Rịa-Vũng Tàu,
tình trạng điện yếu, chập chờn làm ảnh hƣởng hoạt động năng suất lao động của bà
con.
Mặc khác, với tình hình phát triển kinh tế xã hội, chính phủ nƣớc ta đã có nhiều
cơ chế chính sách hỗ trợ phát triển các nguồn năng lƣợng tái tạo, tạo điều kiện cho các
nhà đầu tƣ phát triền nguồn năng lƣợng này tại Việt Nam. Thực tế hiện nay cho thấy tại
thành phố Hồ Chí Minh đã thí điểm chính sách hỗ trợ mua điện mặt trời nối lƣới với
giá 2000 VNĐ/kWh bắt đầu từ tháng 4 năm 2015.
Trƣớc tình hình thực tế cũng nhƣ nhu cầu phát triển hệ thống điện của đất nƣớc,
đề tài ―Điều khiển và quản lý năng lƣợng hệ thống microgrid: Mô phỏng hệ thống DC
microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập‖ mang lại giải pháp sử dụng các nguồn
năng lƣợng tái tạo để cung cấp cho khu dân cƣ, trƣờng đại học, … Tạo bƣớc đầu cho
cơng nghiệp thơng minh hóa lƣới điện Việt Nam.
Luận văn cao học
1
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Qua cách xây dựng lại mơ hình tốn các nguồn năng lƣợng tái tạo bằng phần
mềm mô phỏng matlab, đề tài cung cấp cái nhìn tổng quan hệ thống microgrid với hệ
thống quản lý năng lƣợng tƣơng ứng từng mục tiêu của ngƣời vận hành. Việc triển khai
ứng dụng mơ hình hệ thống microgrid là cần thiết giúp giải quyết các vấn đề cung cấp
điện năng cho các hộ dân không điện, các khu vực chất lƣợng điện không ổn định, khu
vực biên giới, biển đảo. Mặt khác, ứng dụng mơ hình microgrid giúp hệ thống điện trở
nên ổn định, tránh thiệt hại do thiên tai, sự cố tác động lên đƣờng dây cũng nhƣ giảm
thiểu tổn thất trong lĩnh vực truyền tải điện.
1.2.
Mục đích nghiên cứu
Nhằm đám ứng nhu cầu phát triển cũng nhƣ cải thiện chất lƣợng điện trên toàn
mạng lƣới, đề tài ―Điều khiển vả quản lý năng lý năng lƣợng hệ thống microgrid: Mô
phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập‖ đƣa ra các cái nhìn
tổng quan về giải pháp điều khiển, quản lý năng lƣợng. Bên cạnh đó, đề tài này cũng
xây dựng mô phỏng hệ thống microgrid bao gồm hệ thống năng lƣợng mặt trời, năng
lƣợng gió và ắc quy trên phần mềm matlab trong điện kiện bình thƣờng cũng nhƣ trạng
thái mất cân bằng lƣới điện. Từ đó đƣa ra giải thuật điều khiển và quản lý năng lƣợng
hệ thống microgrid có thể ứng dụng vào thực tế.
Bên cạnh đó, một dự án về hệ thống DC microgrid của trƣờng ĐH Bách Khoa
Tp.HCM đƣợc tài trợ bởi ONRG (Mỹ) đang đƣợc triển khai ở giai đoạn thiết kế. Do
đó, nhằm kiểm chứng các giải thuật điều khiển của các bộ biến đổi cơng suất và thuật
tốn quản lý năng lƣợng cũng nhƣ khảo sát các chế độ vận hành, chất lƣợng điện năng
cần đƣợc mô phỏng bằng mơ hình DC microgrid một cách chi tiết.
Đề tài xây dựng mơ hình hóa hệ thống DC microgrid stand-alone trên phần mềm
mơ phỏng. Bằng cách xây dựng các mơ hình hóa từng thành phần của hệ thống với các
thơng số đƣợc chọn sao cho giống thực tế nhằm đánh giá việc vận hành hệ thống thơng
qua các thuật tốn, cũng nhƣ cung cấp thông tin ban đầu cho việc thiết kế triển khai
thực tế sau này.
Luận văn cao học
2
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
1.3.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
-
Đối tƣợng nghiên cứu là cấu trúc, phƣơng pháp điều khiển và quản lý năng
lƣợng cho hệ thống microgrid.
-
Mô phỏng từng thành phần của hệ thống microgrid.
-
Xây dựng hệ thống microgrid cung cấp điện cho các nhóm tải tại trƣờng Đại học
Bách Khoa Tp.HCM qua mô phỏng trên matlab.
-
Khảo sát và so sánh các điều kiện vận hành của tải.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
-
Mô phỏng hệ thống DC microgird stand-alone gồm: hệ thống PV, hệ thống
WES, máy phát điện, ắc quy và tải thực tế tại nhà các nhóm tải tại Đại học Bách Khoa
Tp.HCM.
-
Nghiên cứu các vấn đề điều khiển năng lƣợng khi các DER ở các chế độ vận
hành khác nhau.
-
Nghiên cứu các vấn đề điều khiển ba pha không cân bằng.
1.4.
Phƣơng pháp nghiên cứu
-
Thu thập các tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
-
Tìm hiểu hệ thống microgrid.
-
Tìm hiểu giải quyết vấn đề điều khiển và quản lý năng lƣợng hê thống
microgrid.
-
Tìm hiểu lý thuyết Matlab.
-
Xây dựng giải thuật điều khiển.
-
Mô phỏng trên phần mềm Matlab.
-
Đánh giá, so sánh kết quả.
Luận văn cao học
3
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
II.
NỘI DUNG
Chƣơng 1:TỔNG QUAN
1.1.
Nhu cầu sử dụng năng lƣợng
1.1.1. Tình hình tài nguyên phục vụ cung cấp điện và nhu cầu tiêu thụ điện năng
tại Việt Nam
Tính đến 1/1/2005 tổng trữ lƣợng than đã tìm kiếm thăm dị khoảng 6,14 tỷ tấn.
Mỗi chu kỳ kế hoạch 5 năm tổng sản lƣợng khai thác than tăng khoảng 1-5 triệu tấn
nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế-xã hội của đất nƣớc[10].
Khả năng khai thác và chế biến than của Tập đồn Cơng nghiệp Than - Khống
sản Việt Nam (TKV) chỉ đáp ứng đƣợc 40-50% nhu cầu than cho sản xuất điện, thực
chất sản lƣợng than sẽ chỉ đủ cung cấp cho khoảng 12.000MW, nghĩa là sản xuất đƣợc
không quá 72 tỉ kWh mỗi năm, kể cả đến những năm 2025-2030, do đó cho thấy Việt
Nam sẽ sớm trở thành quốc gia nhập khẩu than trong giai đoạn sau 2020.
Tổng trữ lƣợng dầu khí có thể đƣa vào khai thác ở nƣớc ta khoảng 3,8-4,2 tỷ tấn
quy đổi (TOE), trong đó trữ lƣợng đã đƣợc xác định khoảng 60% (1,05 - 1,14 TOE).
Khả năng khai thác dầu thô so với năm 2010 dự báo đến năm 2020 sẽ sụt giảm, cịn 1617 triệu tấn/năm. Đối với khí đốt, khả năng khai thác sẽ tăng, giai đoạn 2011-2015 sẽ
đạt mức từ 10,7 tỷ m3 lên 19 tỷ m3[10].
Trong thế kỷ XX và thập niên đầu của thế kỷ XXI, nguồn năng lƣợng từ thủy
điện đã cơ bản đáp ứng đƣợc nhu cầu sử dụng và sản xuất nhƣng đến năm 2030, Việt
Nam sẽ khơng cịn tiềm năng thủy điện lớn vì đã khai thác hết. Trữ lƣợng than đá cũng
đang cạn dần. Năm 2015, khả năng khai thác than đá đáp ứng từ 96%-100% nhu cầu sử
dụng. Năm 2020, khả năng khai thác chỉ đáp ứng đƣợc 60% và đến năm 2035, tỉ lệ này
chỉ còn 34%.
Theo quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011-2020, có xét đến
2030 thì vào năm 2020, Việt Nam sẽ nhập khẩu hơn 2.300 MW điện (chiếm 3,1% tổng
cơ cấu năng lƣợng điện), năm 2030 sẽ nhập 7.100 MW (chiếm 4,9% tổng cơ cấu năng
lƣợng điện) [11].
Luận văn cao học
4
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Bên cạnh đó, theo tính tốn của tập đoàn điện lực EVN, để đáp ứng nhu cầu phát
triển kinh tế với tốc độ tăng trƣởng từ 7,5% -8% và thực hiện đƣợc mục tiêu đến năm
2020 Việt Nam cơ bản trở thành một nƣớc cơng nghiệp thì trong 20 năm tới nhu cầu
điện sẽ phải tăng từ 15%-17% mỗi năm [11].
1.1.2. Tiềm năng của năng lượng tái tạo
Việc tìm kiếm các nguồn năng lƣợng thay thế là cấp bách. Những nguồn năng
lƣợng tái tạo có thể khai thác và sử dụng trong thực tế đã đƣợc nhận diện đến nay gồm:
thủy điện nhỏ, năng lƣợng gió, năng lƣợng sinh khối, năng lƣợng khí sinh học, nhiên
liệu sinh học, năng lƣợng từ nguồn rác thải sinh hoạt, năng lƣợng mặt trời, và năng
lƣợng địa nhiệt. Cụ thể là năng lƣợng gió: đƣợc đánh giá là quốc gia có tiềm năng phát
triển năng lƣợng gió nhƣng hiện tại số liệu về tiềm năng khai thác năng lƣợng gió của
Việt Nam chƣa đƣợc lƣợng hóa đầy đủ bởi cịn thiếu điều tra và đo đạc. Số liệu đánh
giá về tiềm năng năng lƣợng gió có sự dao động khá lớn, từ 1.800MW đến trên
9.000MW, thậm chí trên 100.000MW. Theo các báo cáo thì tiềm năng năng lƣợng gió
của Việt Nam tập trung nhiều nhất tại vùng duyên hải miền Trung, miền Nam, Tây
Nguyên và các đảo. Năng lƣợng mặt trời: Việt Nam có tiềm năng về nguồn năng lƣợng
mặt trời, có thể khai thác cho các sử dụng nhƣ: đun nƣớc nóng, phát điện và các ứng
dụng khác nhƣ sấy, nấu ăn... Với tổng số giờ nắng cao lên đến trên 2.500 giờ/năm, tổng
lƣợng bức xạ trung bình hàng năm vào khoảng 230-250 kcal/cm2 theo hƣớng tăng dần
về phía Nam là cơ sở tốt cho phát triển các công nghệ năng lƣợng mặt trời.
Trong bối cảnh nhu cầu năng lƣợng của Việt Nam ngày một gia tăng, khả năng
cung cấp các nguồn năng lƣợng nội địa hạn chế (dự kiến phải nhập than cho điện từ
sau 2015) trong khi tiềm năng nguồn Năng lƣợng tái tạo của Việt Nam rất lớn kèm
theo nhu cầu sử dụng điện và nhiệt cho sản xuất rất cao thì việc xem xét khai thác
nguồn Năng lƣợng tái tạo sẵn có cho sản xuất điện, đồng phát năng lƣợng (cả điện và
nhiệt) là rất khả thi cả về công nghệ lẫn hiệu quả kinh tế và mơi trƣờng. Trong bối cảnh
đó, Quyết định số 1208 của Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt tổng sơ đồ phát triển điện
giai đoạn 2011-2020, tầm nhìn đến 2030 đƣợc xem là cơ sở pháp lý cho phát triển
Luận văn cao học
5
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Năng lƣợng tái tạo ở Việt nam. Kế hoạch và mục tiêu cho điện gió và sinh khối trong
quyết định này đã nêu rõ [12]:
-
Đến năm 2020, phát triển điện gió đạt 1.000 MW, sinh khối đạt 500 MW.
-
Đếnnăm 2030, phát triển và đƣa vào sử dụng lƣợng cơng suất từ gió đạt
6.200 MW, sinh khối là 2.000 MW.
1.2.
Các vấn đề cần giải quyết
Về việc điều khiển và quản lý năng lƣợng hệ thống microgrid, đề tài sẽ áp dụng
các thuật toán điều khiển và quản lý năng lƣợng cho hệ thống DC microgrid với các
nguồn nhƣ: PV, tua bin gió, máy phát điện và ắc quy. Cụ thể, về phần điều khiển và
quản lý năng lƣợng, đề tài sẽ giải quyết việc điều khiển năng lƣợng khi các DER phát
dƣ năng lƣợng và khi ắc quy đã nạp đầy và vận hành trong điều kiện không ổn định của
hệ thống. Bên cạnh đó, luận văn xây dựng giải thuật quản lý năng lƣợng sẽ giúp ngƣời
ngƣời vận hành tối ƣu năng lƣợng tái tạo và cung cấp điện liên tục cho hệ thống.
Luận văn cao học
6
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Chƣơng 2: HỆ THỐNG MICROGRID
2.1.
Khái quát hệ thống microgrid
Microgrid là hệ thống lƣới điện nhỏ, đƣợc gần tải tiêu thụ và có sự kết hợp những
nguồn phát với hệ thống lƣới hạ thế. Hệ thống microgrid sử dụng các nguồn phát phân
bố nhƣ PV, WES, máy phát điện, pin nhiên liệu, ắc quy,… Tùy vào đặc điểm vị trí,
nhu cầu tải và yêu cầu ngƣời sử dụng mà có những cấu hình kết hợp các nguồn này với
nhau. Những hệ thống microgrid nhỏ này hoạt động nhƣ những mơ-dun nhỏ trong lƣới
điện, nó giúp lƣới điện giảm thiệt hại khi bị sự cố.
Microgrid hỗ trợ tính linh động, hiệu quả của lƣới điện bởi sự kết hợp việc phát
triển các nguồn năng lƣợng tái tạo với nhau nhƣ là năng lƣợng mặt trời, gió và các
nguồn năng lƣợng khác. Hơn nữa, việc sử dụng các nguồn tại chỗ phục vụ cho tải trong
khu vực đó giúp giảm tổn thất đƣờng dây và phân phối điện năng cũng nhƣ việc tăng
hiệu suất truyền tải của lƣới.
Mặc dù hệ thống microgrid có nhiều cấu trúc, phụ thuộc từng mục đích sử dụng
cũng nhƣ điều kiện kinh tế, cơ sở kỹ thuật. Về cơ bản, hệ thống microgrid bao gồm các
thành phần: nguồn phát, hệ thống quản lý năng lƣợng, hệ thống lƣu trữ năng lƣợng và
tải tiêu thụ.
Thành phần cơ bản đầu tiên cho mọi hệ thống microgrid là nguồn phát. Nguồn
năng lƣợng thƣờng đƣợc hiệu chỉnh theo nhu cầu của hệ thống microgrid, nhƣ việc
phát công suất mong muốn. Trong đó, năng lƣợng mặt trời dần dần trở thành nguồn
năng lƣợng phổ biến. Bên cạnh đó, năng lƣợng gió cũng thƣờng đƣợc sử dụng trong hệ
thống microgrid. Hệ thống quản lý năng lƣợng xử lý chuyển đổi các nguồn năng lƣợng
từ nguồn phát đến các tải tiêu thụ. Tùy thuộc vào loại tải mà hệ thống quản lý năng
lƣợng điều khiển các bộ chỉnh lƣu, nghịch lƣu phục vụ đúng mục đích. Bên cạnh đó, hệ
thống quản lý năng lƣợng sẽ tối ƣu việc vận hành theo từng mục đích của ngƣời sử
dụng. Hệ thống lƣu trữ năng lƣợng thông thƣờng sử dụng ắc quy để tiết kiệm chi phí
đầu tƣ.
Luận văn cao học
7
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Hệ thống microgrid có thể vận hành ở cả 2 chế độ: có điện lƣới và khơng có điện
lƣới. Ở chế độ nối điện lƣới, các nguồn phát phân tán của hệ thống microgrid sẽ hỗ trợ
nguồn lƣới tiết kiệm năng lƣợng hóa thạch khi hệ đủ năng lƣợng cung cấp cho tải.
Trong khi chế độ độc lập, hệ thống microgrid sẽ kết hợp những nguồn phát phân tán để
cung cấp năng lƣợng cho tải sao cho đảm bảo tối ƣu vận hành.
2.1.1. Cấu trúc hệ thống Microgrid
Một microgrid bao gồm những nguồn năng lƣợng tài nguyên đƣợc phân phối
đƣợc viết tắt là DER (nhƣ là hệ thống PV, WES nhỏ, pin nhiên liệu, …), những thiết bị
dự trữ năng lƣợng và tải. Các DER với các giao diện điện tử công suất, thiết bị bảo vệ
cũng nhƣ thiết bị đo đếm, giám sát và điều khiển khác nhau.
Hình 2.1. Cấu trúc của hệ thống microgrid
Tuy nhiên, những phát triển của các thiết bị điện tử công suất đƣa ra nhiều sự lựa
chọn về thành phần cấu hình microgrid với nhu cầu sử dụng khác nhau của ngƣời sử
dụng. Một loại khác của cấu hình microgrid có thể thực hiện theo cách sử dụng cho
việc truyền tải và phân bố cơng suất bởi microgrid nhƣ hình 2.2 [26]. Phân loại theo
cách này có thể chia cụ thể nhƣ sau: DC microgrids, High-Frequency AC (HFAC)
microgrids, Line-Frequency AC (LFAC) microgrids, and hybrid DC- and AC-coupled
microgrids [26].
Luận văn cao học
8
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
Hình 2.2. Cấu hình hệ thống microgrid
Theo đề tài này thì tập trung nghiên cứu về hệ thống DC microgrid với điện áp
DC là 48V với các nguồn năng lƣợng tái tạo là PV và tua bin gió; bên cạnh đó là máy
phát điện và ắc quy. Chi tiết thể hiện trong hình 2.3.
Hình 2.3. Cấu hình hệ thống DC microgrid
2.1.2. Vận hành hệ thống Microgrid
Đối với hệ thống DC microgrid, điện áp DC bus phải đƣợc duy trì tốt với những
giới hạn cho phép. Những điện áp trên DC bus bất thƣờng có thể gây ra phá vỡ hệ
thống. Hơn nữa, một giá trị điện áp DC khơng đổi cho thấy những dịng cơng suất đang
Luận văn cao học
9
Mô phỏng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
trao đổi cân bằng giữa nhƣng nguồn phát và tải tiêu thụ. Vì thế, những dịng cơng suất
này phải luôn cân bằng dƣới mọi điều kiện. Với một điều kiện vận hành thỏa mãn hệ
thống DC microgrid suốt quá trình trao đổi năng lƣợng của hệ thống PV, WES, máy
phát, ắc quy và tải trong chế độ vận hành độc lập, thì có thể chia thành các chế độ vận
hành nhƣ sau:
-
Chế độ vận hành khi ắc quy phóng điện.
-
Chế độ vận hành khi máy phát cung cpấp tải và nạp ắc quy.
-
Chế độ vận hành PV và WES nạp điện ắc quy.
-
Chế độ vận hành khi ắc quy nạp đầy và nguồn năng lƣợng tái tạo phát dƣ công
suất.
2.2.
Thành phần hệ thống microgrid
Trong chƣơng này, hệ thống DC microgrid hoạt động độc lập bao gồm PV, tua
bin gió, máy phát điện và ắc quy cung cấp cho tải tiêu thụ nhƣ hình 2.3. Trong đó, hệ
thống tua-bin gió và máy phát điện đƣợc nối với DC bus thông qua bộ chuyển đổi
AC/DC, trong khi, hệ thống PV cung cấp năng lƣợng lên hệ thống thông qua bộ biến
đổi DC/DC. Với việc sử dụng nguồn ắc quy và máy phát điện là nguồn điện dự phòng
cho hệ thống thì trong trƣờng hợp hệ thống PV và tua-bin gió khơng cung cấp đủ cho
hệ thống thì ắc quy và máy phát điện sẽ lần lƣợt cung cấp năng lƣợng đảm bảo sự ổn
định hệ thống.
2.2.1. Tải tiêu thụ
Đối tƣợng khảo sát là 3 tải một pha, tải đƣợc đấu lên một pha của đƣờng dây, làm
cho hệ thống mất cân bằng giữa các pha, cụ thể nhƣ sau:
Phòng bộ môn cung cấp điện (107B1)-Tải A:
Việc đo lƣờng thông số phụ tải đƣợc tiếp cận theo hƣớng ghi nhận giá trị điện
năng tiêu thụ trên đồng hồ điện (Fluke 345 PQ clamp meter) tại nơi khảo sát.
Các thiết bị điện đƣợc liệt kê trong phịng bộ mơn cung cấp điện bao gồm:
Luận văn cao học
10
