Nghiên cứu đề xuất phương pháp giúp hệ thống PV có thể tự động điều chỉnh điện áp tại điểm kết nối tùy theo công suất phát của hệ thống PV, góp phần tăng độ ổn định điện áp tại vị trí kết nối. Tính hiệu quả của phương pháp đề xuất sẽ được đánh giá qua kết quả mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink.
Trang 1TỰ ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ĐIỆN ÁP CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ÁP MÁI NỐI LƯỚI
Nguyễn Trung Tuyên, Nguyễn Thế Anh, Vũ Quang Hải, TS Lê Thị Minh Châu
Bộ môn Hệ thống Điện - Viện Điện - Trường Đai Học Bách khoa Hà Nội Tác giả liên hệ: tuyen.nt181302@sis.hust.edu.vn
TÓM TẮT
Ngày nay, việc sử dụng năng lượng hóa
thạch đang ngày càng cạn kiệt và gây ra
nhiều vấn đề ảnh hưởng nặng nề đến môi
trường Sự phát triển của xã hội đòi hỏi gắn
liền với sự phát triển của các nguồn năng
lượng sạch Trong đó, năng lượng mặt trời
là nguồn năng lượng đang trở nên phổ
biến với số lượng lắp đặt hệ thống điện mặt
trời (PV) áp mái tăng theo cấp số nhân Việc
kết nối hệ thống PV vào lưới điện quốc gia
thường gặp một số vấn đề về điện áp Khi
những giá trị điện áp tại điểm kết nối vượt
1 GIỚI THIỆU
Năng lượng hóa thạch vẫn đang là nguồn
cung cấp năng lượng chính cho nhu cầu của
thế giới, và càng ngày chúng ta càng nhận
thấy được ảnh hưởng rõ ràng của việc sử
dụng năng lượng từ nhiên liệu hóa thạch
Nó không còn chỉ dừng lại ở vấn đề phát
thải khí CO2 mà là ảnh hưởng tới sự biến
đổi khí hậu với hàng loạt những thiên tai,
cháy rừng,… xảy ra khắp nơi trên thế giới
Năng lượng tái tạo trở thành một hướng đi
mới cho thế giới Một trong những nguồn
năng lượng tái tạo được phát triển rộng rãi hiện nay đó chính là năng lượng mặt trời (PV), nguồn năng lượng này có thể được khai thác ở nhiều quy mô, nhiều địa điểm khác nhau làm cho nguồn năng lượng này trở nên phổ biến hơn bao giờ hết Hai mô hình điện mặt trời được sử dụng rộng rãi hiện nay phải kể đến đó là mô hình điện mặt trời áp mái và cánh đồng mặt trời Trong phạm vi nghiên cứu này, các tác giả quan tâm đến vấn đề điện áp cho mô hình điện mặt trời áp mái
ra ngoài khoảng giới hạn điện áp cho phép,
hệ thống PV sẽ bị ngắt kết nối với lưới Bên cạnh đó, sự nhiễu loạn điện áp có thể gây ảnh hưởng lớn tới vấn đề chất lượng điện năng Để giải quyết vấn đề này, nghiên cứu
đề xuất phương pháp giúp hệ thống PV có thể tự động điều chỉnh điện áp tại điểm kết nối tùy theo công suất phát của hệ thống
PV, góp phần tăng độ ổn định điện áp tại vị trí kết nối Tính hiệu quả của phương pháp
đề xuất sẽ được đánh giá qua kết quả mô phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink
Từ khóa: hệ thống PV, chất lượng điện áp, tự động điều chỉnh điện áp
Trang 22 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Mô hình đề xuất
Tích hợp bộ ‘tự động điều khiển điện
áp bằng cách thay đổi công suất phản
kháng’ vào biến tần (inverter) của hệ
thống PV nối lưới để đảm bảo điện áp nằm trong khoảng giá trị cho phép tại vị trí kết nối với lưới điện
Việc kết nối hệ thống điện mặt trời áp mái
cũng có thể gây ảnh hưởng rất lớn tới lưới
điện quốc gia nếu gặp phải một số vấn đề
kỹ thuật như mất cân bằng pha, xâm nhập
dòng một chiều, nhấp nháy điện áp, tính
chọn lọc của hệ thống bảo vệ rơle v.v
[2] Quyết định 13/2020/QĐ-TTg của Thủ
tướng Chính phủ quy định giá mua điện
(chưa bao gồm thuế giá trị gia tăng) áp
dụng cho hệ thống điện mặt trời áp mái
trong năm 2020 là 1.940 đồng/kWh, cao
hơn so với các loại hình điện mặt trời khác
Theo EVN, tính đến đầu tháng 9/2020, cả
nước đã có gần 50.000 hệ thống điện mặt
trời áp mái với tổng công suất gần 1.200
MWp được lắp đặt và đưa vào vận hành,
làm cho sự tương tác và ảnh hưởng qua lại
giữa hai hệ thống điện này trở nên mạnh
mẽ Việc kết nối hệ thống PV với lưới đang
gặp nhiều vấn đề do điện áp không ổn định
[3] Khi có sự biến thiên điện áp hệ thống PV
có thể bị ngắt kết nối với lưới điện Quá áp
được coi là một nhiễu loạn điện áp, giá trị
điện áp tại điểm kết nối tăng lên có thể gây
ra sự cố quá điện áp trong trường hợp non
tải và hệ thống PV phát công suất lớn Với
mục đích nhằm tăng cường thâm nhập
nhiều năng lượng mặt trời vào hệ thống điện, cần có một bộ điều khiển nhằm giữ điện áp của các hệ thống PV tại vị trí kết nối
để tránh trường hợp có thể gây ra sự ngắt kết nối không cần thiết các hệ thống PV khi
có hiện tượng dao động điện áp trên lưới
Các hệ thống PV hiện nay đang sử dụng
hệ thống điều khiển P/Q thông thường [4,5] và chưa được tham gia vào việc điều chỉnh điện áp trên lưới điện Chính vì vậy, nếu điện áp tăng lên quá cao hoặc giảm xuống quá sâu thì theo các tiêu chuẩn kết nối, hệ thống không thể duy trì kết nối trong trạng thái như vậy, dẫn tới ngắt kết nối với lưới điện, gây ra gián đoạn hệ thống Nghiên cứu này đề xuất giải pháp
sử dụng phương pháp tự động điều chỉnh điện áp tùy theo lượng công suất phát của
hệ thống PV, vì lượng bức xạ của mặt trời trong mỗi khung giờ trong ngày là khác nhau Hệ thống sẽ tự điều chỉnh điện áp trong khoảng giá trị cho phép bằng cách thay đổi (hấp thụ hoặc phát ra) công suất phản kháng, tăng tính ổn định cho
hệ thống và tăng thêm khả năng kết nối nhiều hệ thống PV vào hệ thống điện
Trang 32.2 Phương pháp
2.2.1 Dữ liệu thu thập
Các dữ liệu cần thiết cho nghiên cứu cần
thu thập và xây dựng bao gồm:
• Biểu đồ lượng bức xạ mặt trời các
khung giờ trong ngày
• Thông số lưới điện phân phối thực tế
• Hiệu suất của hệ thống PV, giới hạn
công suất Q của hệ thống PV
2.2.2 Phần mềm tính toán
MATLAB là một bộ phần mềm dùng để tính
toán các bài toán kỹ thuật, hiện được sử
dụng phổ biến để tính toán và mô phỏng
các bài toán thuộc chuyên ngành hệ thống
điện Nhóm tác giả sẽ xây dựng thuật toán
trên giao diện Matlab và mô hình hóa hệ
thống điện mặt trời áp mái kết nối lưới bằng Matlab/Simulink Hiệu quả của thuật toán đề xuất được đánh giá thông qua kết quả mô phỏng
2.2.3 Dự kiến nội dung nghiên cứu
Nghiên cứu các ảnh hưởng của hệ thống điện mặt trời đến lưới điện
Nghiên cứu về các thuật toán điều khiển theo chế độ hoạt động của hệ thống PV (P/Q control, P/PF control, P/V control, V/f control) Mô hình hóa lưới điện phân phối
và hệ thống điện mặt trời bằng phần mềm Matlab/Simulink
Mô phỏng công suất của hệ thống điện mặt trời theo lượng bức xạ mặt trời đã thu thập được (theo chương trình điều khiển P/Q thông thường) Xây dựng thuật toán
tự động điều chỉnh điện áp bằng cách thay đổi công suất phản kháng dựa trên việc đưa ra góc điều khiển tối ưu cho IGBT
Áp dụng thuật toán tự động điều chỉnh điện áp tích hợp cho biến tần của hệ thống
PV áp mái nối lưới và đánh giá tính hiệu quả của hệ thống tự động điều chỉnh điện áp
3 KẾT LUẬN
Mục đích của nghiên cứu này là xây dựng thuật toán tự động điều khiển điện áp (tích hợp trong inverter) cho hệ thống PV Thuật toán điều chỉnh này không chỉ có khả năng giữ điện áp trong phạm vi cho phép tại điểm kết nối mà còn tại mọi điểm trên lưới Việc đánh giá hiệu quả của thuật toán tự
Hình 1 Mô hình của hệ thống PV kết nối lưới.
Hình 2 Ví dụ về cường độ bức xạ mặt trời trong 24h.
Trang 4động điều chỉnh trong việc ổn giữ điện áp
trong phạm vi cho phép tại điểm kết nối
được thực hiện bằng việc mô phỏng kết
nối các nguồn phân tán vào lưới phân phối
bằng Matlab Simulink
Khi sử dụng bộ tự động điều chỉnh điện áp
cũng sẽ góp phần là giảm chi phí kết nối,
nâng cao chất lượng điện năng, tăng khả
năng kết nối nhiều hệ thống PV với nhau
và thực hiện nối lưới Giảm sự tác động từ
hệ thống PV gặp sự cố gây ảnh hưởng tới
lưới điện
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Le Duc Tung, Le Thi Minh Chau, June 2020, “Control
voltage of grid-connected PV system facing
voltage sags”, Journal of Science & Technology 144
(2020) 001-005.
[2] F Shahnia, R Majumder, A Ghosh, G Ledwich,
F Zare, 2010 “Sensitivity analysis of voltage
imbalance in distribution networks with rooftop
PVs”, IEEE PES General Meeting.
[3] Topic, Danijel, Zovko, Nikolina, Knezevic, Goran,
Perko, Jurica, Raff, Rebeka, Golub, Velimir
“Influence of PV Systems on Distribution Network
Voltage Values and Power Losses: Case Study”, Novi
Sad, Serbia (2019.7.1-2019.7.4) IEEE EUROCON
2019 -18th International Conference on Smart
Technologies
[4] Kinal Kachiya, Makarand Lokhande, Mukesh Patel,
13-14 May 2011 “MATLAB/Simulink Model of
Solar PV module and MPPT Algorithm”, National
Conference on Recent Trends in Engineering &
Technology.
[5] Tshewang Lhendup, Sonam Wangchuk, Lungten
Norbu, Chimi Rinzin, Saten Lhundup “Simulated
Performance of a Grid-Connected and Standalone
Photovoltaic Power System”, International Journal
of Scientific & Engineering Research, Volume 7,
Issue 11, November 2016.
TÁC GIẢ Ý TƯỞNG Nguyễn Thế Anh
MSSV: 20181081, sinh năm 2000, là sinh viên ngành Kỹ thuật điện, K63 Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hướng nghiên cứu về Năng Lượng điện mặt trời và điện gió
Nguyễn Trung Tuyên
MSSV: 20181302, sinh năm 2000, là sinh viên ngành Kỹ thuật điện, K63 Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hướng nghiên cứu về Năng Lượng tái tạo
Vũ Quang Hải
MSSV: 20181145, sinh năm 2000, là sinh viên ngành Kỹ thuật điện, K63 Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Hướng nghiên cứu về Năng lượng tái tạo
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
TS Lê Minh Châu
Sinh năm 1984, Đà Nẵng, Việt Nam Cô nhận bằng Kỹ sư ngành Kỹ thuật điện tại Đại học Bách Khoa Đà Nẵng năm 2007; bằng Thạc sĩ năm 2008 và Tiến sỹ năm 2012 chuyên ngành Kỹ thuật điện tại Trường Đại học Bách khoa Quốc gia Grenoble (thuộc nhóm Grandes Ecoles), Pháp Cô hiện là Giảng viên thuộc bộ môn Hệ thống điện, Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Lĩnh vực nghiên cứu của cô là phân tích tính toán và tối ưu hóa chế độ hệ thống điện, tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo vào lưới điện, năng lượng điện mặt trời
