Nghiên cứu giải thuật model predictive control cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc t tyle npc kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời (photovoltaic)

Nghiên cứu và áp dụng lý thuyết điều khiển hiện đại Advanced control theory sử dụng giải thuật Model Predictive Control – MPC Mô hình điều khiển dự báo cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-

NGUYỄN MINH NHẬT

NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT MODEL PREDICTIVE CONTROL CHO NGHỊCH LƯU 3 PHA 3 BẬC T-TYPE NPC KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG

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 ngày tháng năm 2015 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 ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN MINH NHẬT MSHV: 7140421

Ngày, tháng, năm sinh: 07/ 04/1985 Nơi sinh: Quảng Nam

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số : 60520202

I TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT MODEL PREDICTIVE CONTROL CHO NGHỊCH LƯU 3 PHA 3 BẬC T-TYPE NPC KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI (PHOTOVOLTAIC)

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

Nghiên cứu điều khiển kết nối lưới sử dụng giải thuật CB-PWM, giải thuật Phase-shift CB-PWM cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời (hệ thống PV - Photovoltaic system)

Nghiên cứu và áp dụng lý thuyết điều khiển hiện đại (Advanced control theory) sử dụng giải thuật Model Predictive Control – MPC (Mô hình điều khiển dự báo) cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV thông qua điều khiển bám dòng điện (current tracking control), so sánh với điều khiển cổ điển sử dụng giải thuật PWM

Nghiên cứu, đề xuất giải thuật Model Predictive Control (MPC) cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV giải quyết các vấn đề chất lượng điện năng và nâng cao hiệu suất của hệ thống kết nối lưới PV: điều khiển bám dòng điện, cân bằng điện

áp tụ điện DC-link, giảm điện áp CMV, giảm tần số đóng cắt của giải thuật MPC

Đề xuất giải thuật FCS-MPC cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV với điều khiển giảm điện áp CMV và tần số đóng cắt để giảm dòng điện rò, và qua đó so sánh với giải thuật MPC truyền thống và giải thuật Phase-Shift CB-PWM với điều khiển giảm điện áp CMV

Đề xuất giải thuật FCS-MPC (Finite control set – Model predictive control) cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV với nhiều đối tượng điều khiển: điều khiển cân bằng điện áp tụ, giảm điện áp CMV, giảm tần số đóng cắt của giải thuật MPC

Mô phỏng hệ thống với phần mềm Matlab/Simulink

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Ngày 19/01/2015

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 14/06/2015

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG

LỜI CẢM ƠN

Những lời cảm ơn đầu tiên và chân thành nhất tôi xin dành cho PGS.TS Phan Quốc Dũng, người thầy đã luôn tận tình hướng dẫn, đưa ra những

ý tưởng, định hướng, cung cấp các tài liệu thiết thực và cập nhật nhất Giờ khi

đã hoàn tất Luận văn cũng như cả quá trình học chính nhờ sự quan tâm, giúp đỡ

và động viên của thầy từ những ngày đầu là nguồn động lực giúp tôi hoàn thiện chương trình học và quan trọng hơn là hoàn thiện bản thân mình

Xin cảm ơn những bạn bè, anh em đồng nghiệp đã luôn bên cạnh động viên, giúp đỡ để tôi hoàn thành Luận văn

Bên cạnh đó, tôi cũng cảm ơn đến các thầy cô, các bạn học viên cao học Khóa 2013 và Khóa 2014, đã nhiệt tình trao đổi, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm để tôi hoàn thành luận văn tốt hơn

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đến mẹ, luôn là chỗ dựa tinh thần và là động lực

để tôi luôn mạnh mẽ và bước tiếp trên con đường mình đã chọn

TP.Hồ Chí Minh, ngày 31 tháng 05 năm 2015

Nguyễn Minh Nhật

Do cạn kiện tài nguyên và các vấn đề về môi trường gây ra bởi khí thải, các nguồn năng lượng truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch được xem như là không bền vững trong dài hạn Chính vì vậy, nhiều nỗ lực đang được thực hiện trên thế giới

và nhiều quốc gia để đưa nhiều nguồn năng lượng tái tạo Trong đó nguồn năng lượng mặt trời đóng vai trò chủ đạo Các vấn đề kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời đáp ứng các yêu cầu về chất lượng điện năng và hiệu suất được quan tâm nghiên cứu

Về phần cứng thì các nghịch lưu đa bậc, trong đó có nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC được sử dụng thay thế cho các nghịch lưu hai bậc truyền thống Bên đó thì các giải thuật điều khiển với nghịch lưu đa bậc cũng được quan tâm để cải thiện về hiệu suất và chất lượng điện năng

Các điều khiển cổ điển với giải thuật Hysteresis Current Control, điều chế độ rộng xung (PWM) có những hạn chế như phức tạp trong thực hiện, cũng như đáp ứng chậm với các thay đổi của hệ thống do sử dụng các bộ điều khiển PI, cũng như chỉ thích hợp điều khiển trong các hệ tuyến tính với 1 ngõ vào và 1 ngõ ra (SISO – single input single output) [16], [41], [47], [48], [52]

Thời gian gần đây với lý thuyết điều khiển hiện đại (advanced control theory) trong đó có giải thuật Model Predictive Control – MPC (Mô hình điều khiển dự báo)

đã và đang tập trung phát triển nghiên cứu ở lĩnh vực điện tử công suất trong vài thập

kỷ gần đây[48] Việc mô hình hóa các hệ thống điện phức tạp đã có những cải thiện mạnh mẽ, cùng với đó là sự phát triển về tốc độ tính toán của các bộ vi xử lí (microporecessor) cho phép thực hiện các tính toán của mô hình MPC với tốc độ cao

là tiền đề cho ứng dụng giải thuật MPC vào các ứng dụng thực tiễn của ngành điện Giải thuật MPC rất hiệu quả với các ứng dụng sử dụng bộ biến đổi công suất do giải thuật MPC đơn giản, dễ thực hiện, phù hợp với các hệ phi tuyến nhiều ngõ vào và ngõ ra (MIMO) với nhiều ràng buộc, đáp ứng nhanh với các thay đổi hệ thống (fast responds), bền vững, hiệu suất cao và khắc phục các nhược điểm của điều khiển cổ điển với giải thuật PWM [16], [38], [46], [48]

Luận văn sẽ tập trung vào nghiên cứu giải thuật MPC cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV với cải thiện hiệu suất và chất lượng điện năng: cân bằng tụ, giảm tổn hao đóng cắt, điều khiển bám dòng điện (current tracking control), giảm điện áp CMV, giảm dòng rò…

Nội dung cụ thể như sau:

+ Chương 1 và chương 2: Tổng quan về hệ thống năng lượng mặt trời, mô hình hóa hệ thống kết nối lưới PV và thực hiện điều khiển kết nối lưới hệ thống PV theo điều khiển định hướng điện áp VOC (Voltage Oriented Voltage oriented control) + Chương 3 và Chương 4: Nghiên cứu và thực hiện giải thuật CB-PWM và Phase-shift CB-PWM cho nghịch lưu T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV để làm

cơ sở so sánh với giải thuật MPC

+ Chương 5: Ý tưởng cơ bản về giải thuật MPC

+ Chương 6: Nghiên cứu và thực hiện giải thuật MPC cho nghịch lưu T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV thông qua điều khiển bám dòng Chương này sẽ thực hiện đồng thời và so sánh giải thuật MPC và giải thuật MPC có bù trễ để so sánh hiệu quả về chất lượng điện năng cũng nâng cao hiệu suất của hệ thống, cũng như sự phụ thuộc của giải thuật MPC vào tần số lấy mẫu Phần còn lại sẽ tiến hành so sánh giữa

nghịch lưu T-Type NPC hệ thống kết nối lưới với các vấn đề chất lượng điện năng và hiệu suất: điều khiển bám dòng điện, cân bằng điện áp tụ, giảm điện áp CMV, giảm tần số đóng cắt

+ Chương 8: Đề suất giải thuật FCS-MPC có bù trễ (Finite Control Set Model Predictive Control) cho giảm dòng điện rò qua việc giảm điện áp CMV và giảm tần số đóng cắt của hệ thống PV kết nối lưới sử dụng nghịch lưu T-Type NPC Phần còn lại

đề xuất giải thuật FS-MPC có bù trễ cho bài toán nhiều đối tượng: điều khiển bám dòng, cân bằng tụ, giảm CMV, giảm tần số đóng cắt để nâng cao hiệu suất, chất lượng điện năng và các yêu cầu kết nối lưới hệ thống PV

Due to exhaustion of resources and environmental problems caused by emissions, traditional energy sources such as fossil fuel is seen as unsustainable in the long term Therefore, many efforts are being made around the world and many countries to bring more renewable energy sources Photovoltaic (PV) energy source plays a key role The Photovoltaic grid-connected system to meet the requirements of power quality and efficient has gained attention in the researches On the hardware side, the multi-level inverter, including three-level T-Type NPC is used for replacing traditional two-level inverter Inside it, the control algorithm for multi-level inverter are also interested to improve efficient and power quality

The classic controllers such as: Hysteresis Current Control, Pulse Width Modulation (PWM) have disadvantages as complexity in implementation, slow response to the dynamics of the system by using the PI controller, as well as appropriate control only in the linear system with 1 input and 1 output (SISO - single input single output) [16], [41], [47], [48], [52]

Advanced control theory, including Model Predictive Control algorithm (MPC), has been focused on developing research in the field of power electronics in recent decades [48] The modeling of complex power systems has strongly improved, along with the availability of modern fast microprocessors can perform the large amount of calculations needed in MPC at a high speed, which are interesting for the MPC algorithm application in practical applications of electricity

MPC algorithm is very efficient for applications using power converters due MPC algorithm is simple, easy to implement, in accordance with nonlinear systems with multiple input, multiple output (MIMO) and many constraints; fast response the dynamics of the system, sustainability; high performance and overcome the disadvantages of the classic controller with PWM algorithm [16], [38], [46], [48] The thesis will focus on the research of MPC algorithm for three-phase three- level T-Type NPC inverter of Photovoltaic grid-connected system with high efficient and improvement of power qualities, such as: balancing DC-link capacitor voltage, reducing switching losses, current tracking control to reduce total harmonic distortion (THD), reducing common mode voltage (CMV) and leakeage current…

The contents are as follows:

+ Chapter 1 and Chapter 2: Overview of PV system, modeling PV grid connected systems and controlling the PV grid-connected systems with Voltage oriented control method

+ Chapter 3 and Chapter 4: Researching and implementing CB-PWM and shift CB-PWM algorithms for algorithm for three-phase three-level T-Type NPC inverter of Photovoltaic grid-connected system as a basic for comparision with MPC algorithm

Phase-+ Chapter 5: Overview of MPC algorithm

+ Chapter 6: Researching and implementing MPC algorithm for Photovoltaic grid-connected system with current tracking control This chapter will implement traditional MPC algorithm and MPC with delay compensation algorithm to compare the efficiency, power quality, as well as dependence on sampling frequency of MPC algorithm The rest will compare between the MPC algorithm and traditional PWM algorithm for T-Type NPC inverter of Photovoltaic grid-connected system

CMV voltage, leakage current, switching frequency

+ Chapter 8: Proposal FCS-MPC (Finite Control Set Model Predictive Control) with delay compensation to reduce leakage by reducing CMV voltage and switching frequency for T-Type NPC inverter of Photovoltaic grid-connected system Proposal FCS- with delay compensation for goals: current tracking control, dc-link capacitor voltage balancing, reducing CMV voltage, reducing switching frequency to improve efficiency, power quality, and requirements for T-Type NPC inverter of Photovoltaic grid-connected system

LỜI CAM ĐOAN

Học viên Nguyễn Minh Nhật xin cam đoan luận văn được thực hiên bởi chính học viên Các kết quả thực hiện trong Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ là trung thực và không sao chép từ một nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức này Các trích dẫn và tài liệu tham khảo Học viên đã ghi nguồn và tác giả theo đúng yêu cầu

Học Viên

Nguyễn Minh Nhật

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1

1.2.1 Mô-đun quang điện (Photovoltaic modules) và đường cong I-V

và P-V

3 1.2.2 Cấu hình kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời PV 6 1.2.3 Các mô hình kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời PV 7

1.3 Kết luận và hướng tiếp cận của luận văn 12

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG PV 14

2.2 Điều khiển định hướng điện áp VOC kết nối lưới hệ thống PV 18

2.2.3 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống kết nối lưới PV 20

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH NGHỊCH LƯU BA BẬC T-TYPE NPC SỬ

DỤNG TRONG HỆ THỐNG KẾT NỐI LƯỚI PV

3.4.1 Dao động điện áp tâm nguồn (Neutral point voltage oscillation) 29

CHƯƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG PV SỬ DỤNG

GIẢI THUẬT CARRIER-BASED PULSE WIDTH

MODULATION (CB-PWM)

35

4.2 Mô hình MATLAB/SIMULINK của hệ thống PV kết nối lưới 36

4.3.1 Giải thuật CB-PWM truyền thống (Convention CB-PWM) 38

4.4 Sử dụng giải thuật CB-PWM và Phase-shift CB-PWM điều khiển

kết nối lưới hệ thống PV

42

CHƯƠNG 5 GIẢI THUẬT MODEL PREDICTIVE CONTROL CHO

CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

46

5.2 Nguyên lý cơ bản của mô hình điều khiển dự báo MPC 47 5.3 Mô hình điều khiển dự báo MPC cho điện tử công suất 49

CHƯƠNG 6 GIẢI THUẬT MODEL PREDICTIVE CONTROL CHO

NGHỊCH LƯU BA BẬC T-TYPE NPC KẾT NỐI LƯỚI

HỆ THỐNG PV

53

6.1 Điều khiển dự báo dòng điện cho hệ thống PV kết nối lưới 53

6.1.1 Mô hình nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC 54

6.1.5 Thực hiện giải thuật MPC điều khiển hệ thống kết nối lưới PV 58

CHƯƠNG 7 GIẢI THUẬT MODEL PREDICTIVE CONTROL CHO

NGHỊCH LƯU 3 BẬC T-TYPE NPC KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG PV VỚI CÁC YÊU CẦU VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

77

7.1 Mô hình hóa hệ thống kết nối lưới PV có xét đến vấn đề cân bằng

CHƯƠNG 8 GIẢI THUẬT FCS-MPC CHO NHIỀU ĐỐI TƯỢNG VỚI

NGHỊCH LƯU BA BẬC T-TYPE NPC KẾT NỐI LƯỚI

HỆ THỐNG PV

102

8.1 Mô hình nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV 103 8.2 Giải thuật MPC cho điều khiển kết nối lưới PV 106 8.3 Giải thuật MPC điều khiển nghịch lưu 3 bậc NPC kết nối lưới hệ

thống PV với giảm điện áp CMV và tần số đóng cắt

108

8.3.2 Mô phỏng giải thuật MPC cho điều khiển bám dòng, giảm điện

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Trang CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Hình 1.1 Tỷ trọng của các nguồn năng lượng trên thế giới 1

Hình 1.2 Tỷ trọng của các nguồn năng lượng tái tạo 2

Hình 1.3 Tốc độ phát triển công suất lắp đặt của các nguồn năng lượng tái tạo 2

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của một tế bào quang điện 3

Hình 1.5 Mô hình điện của tế bào quang điện 4

Hình 1.7 Tấm pin mặt trời gồm 36 tế bào quang điện mắc nối tiếp nhau 5

Hình 1.8 Đặc tính của mô-đun quang điện PV: (a) đường cong I-V, (b) đường

cong P-V

6

Hình 1.9 Hệ thống nối lưới năng lượng mặt trời PV 7

Hình 1.10 Mô hình kết nối lưới hệ thống PV 7

Hình 1.11 Mô hình nghịch lưu trung tâm sử dụng bộ nghịch lưu: a) Nghịch lưu 2

bậc, b) Nghịch lưu 3 bậc NPC, c) Nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC

9

Hình 1.12 Điện dung kí sinh (Parasitic capacitance) và hướng đi của dòng điện rò

(leakage current): a) Điện dung kí sinh của tấm PV, b) Hướng đi của dòng điện rò

10

Hình 1.13 Bố trí máy biến áp cách ly tùy thuộc vào hệ thống PV có hoặc không

bộ chuyển đổi DC-DC

10

Hình 1.14 Mô hình nghịch lưu đa chuỗi với bộ chuyển đổi DC-DC (boost

converter): a) Nghịch lưu 3 pha 2 bậc, b) Nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC

11

Hình 1.15 Mô hình nghịch lưu đơn lẻ (Module inverter) sử dụng bộ chuyển đổi

bộ chuyển đổi Fly back DC–DC và nghịch lưu cầu H-bridge

12

CHƯƠNG 2 ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG PV

Hình 2.1 Điều khiển VOC cho hệ thống kết nối lưới PV 15

Hình 2.2 Điều khiển kết lưới hệ thống PV sử dụng bộ lọc L-filter 16

Hình 2.3 Hệ tọa độ tĩnh αβ và hệ tọa độ quay dq 17

Hình 2.5

Bộ nghịch lưu áp lưới có xét đến sự thay đổi công suất của hệ thống

Hình 2.6 Phương pháp điều khiển kết nối lưới hệ thống PV theo phương pháp

điều khiển định hướng Vector điện áp VOC

21

CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH NGHỊCH LƯU BA BẬC T-TYPE NPC

SỬ DỤNGTRONG HỆ THỐNG KẾT NỐI LƯỚI PV

Hình 3.1 So sánh hiệu suất của các bộ nghịch lưu 2 bậc và 3 bậc NPC theo tần

Hình 3.3 Mô hình bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới PV 24

Hình 3.4 Vector điện áp và các trạng thái đóng cắt của bộ nghịch lưu 3 bậc

Hình 3.8 Phân vùng tính toán thời gian đóng cắt của các vector thuộc Sector I 30

Hình 3.9 Hệ thống kết nối lưới PV sử dụng nghịch lưu T-Type NPC và không

sử dụng máy biến áp cách ly

31

Hình 3.10 Mô hình nghịch lưu T-Type NPC kết nối lưới PV 31

CHƯƠNG 4 ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG PV SỬ DỤNG GIẢI

THUẬT CARRIER-BASED PULSE WIDTH MODULATION Hình 4.1 Hệ thống kết nối lưới PV sử dụng nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC 35

Hình 4.2 Mô hình điều khiển kết nối lưới sử dụng nghịch lưu 3 bậc T-Type

NPC sử dụng phương pháp điều khiển định hướng vector điện áp VOC

36

Hình 4.3 Hệ thống điều khiển kết nối lưới PV sử dụng nghịch lưu T-Type NPC 36

Hình 4.8 Giải thuật CB-PWM truyền thống với 03 sóng điều khiển, 02 sóng

mang tam giác và chuỗi trạng thái đóng cắt trong 01 chu kỳ sóng mang

39

Hình 4.9 Giải thuật Phase-shift CB-PWM: (a) Sóng mang tam giác với biên độ

[0 1]; b) Sóng mang tam giác với biên độ [-1 0]

41

Hình 4.10 Giải thuật Phase-shift CB-PWM với 03 sóng điều khiển, 06 sóng mang

tam giác và chuỗi trạng thái đóng cắt trong 01 chu kỳ sóng mang

41

Hình 4.11 Đáp ứng thay đổi công suất của điều khiển hệ thống kết nối lưới PV:

(a) Giải thuật CB-PWM; (b) Giải thuật Phase-shift CB-PWM

42

Hình 4.12 Dạng sóng và phân tích sóng hài THD của dòng điện kết nối lưới PV:

(a) Giải thuật CB-PWM; (b) Giải thuật Phase-shift CB-PWM

43

Hình 4.13 Dạng sóng điện áp CMV (Common mode voltage) của nghịch lưu

T-Type NPC: (a) Giải thuật PWM; (b) Giải thuật Phase-shift PWM

CB-43

Hình 4.14 Dạng sóng điện áp đầu ra của nghịch lưu T-Type NPC V AB ,V AN và

điện áp lưới Vabc: (a) Giải thuật CB-PWM; (b) Giải thuật Phase-shift CB-PWM

44

CHƯƠNG 5 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO MPC CỦA CÁC

BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT

Hình 5.1 Các nghiên cứu được công bố trên tạp chí IEEE về giải thuật MPC áp

dụng cho các bộ biến đổi công suất (từ năm 2007 đến năm 2012)

47

Hình 5.2 Phân tích xu hướng phát triển về nghiên cứu MPC cho lĩnh vực điện tử

công suất được công bố trên tạp chí IEEE (từ năm 2007 đến năm 2012)

47

Hình 5.3 Nguyên lý thực hiện giải thuật MPC 49

Hình 5.4 Vector điện áp tương ứng với các trạng thái đóng cắt của bộ nghịch

CHƯƠNG 6 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO MPC CHO NGHỊCH LƯU

BA BẬC T-TYPE NPC KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG PV

Hình 6.1 Giải thuật MPC điều khiển kết nối lưới hệ thống PV với nghịch lưu

T-Type NPC

54

Hình 6.2 Vector điện áp và các trạng thái đóng cắt của bộ nghịch lưu 3 bậc

T-Type NPC

55

Hình 6.3 Hệ thống kết nối lưới PV sử dụng nghịch lưu T-Type NPC 56

Hình 6.4 Lưu đồ thực hiện giải thuật MPC (Predictive current control) cho hệ

Hình 6.6 Lưu đồ thực hiện giải thuật MPC có bù trễ (Predictive current control

with delay compensation) cho hệ thống kết nối lưới PV

62

Hình 6.7 Dạng sóng và phân tích sóng hài THD của dòng điện kết nối lưới trong

hệ trục tọa độ abc: (a) MPC; (b)MPC có bù trễ

65

Hình 6.8 Dạng sóng của dòng điện idq thuộc hệ trục tọa độ dq: (a) MPC;

(b)MPC có bù trễ

65

Hình 6.9 Dạng sóng điện áp đầu ra của nghịch lưu T-Type NPC VAB (điện áp

giữa pha A và pha B) và V AN (điện áp pha A); điện áp lưới 3 pha: (a) MPC; (b)MPC có bù trễ

Hình 6.12 Dạng sóng điện áp đầu ra của nghịch lưu T-Type NPC VAB (điện áp

giữa pha A và pha B) và V AN (điện áp pha A); điện áp lưới 3 pha: (a) MPC; (b)MPC có bù trễ

67

Hình 6.13 Dạng sóng của dòng điện idq thuộc hệ trục tọa độ dq: (a) MPC;

(b)MPC có bù trễ

68

Hình 6.14 Dạng sóng và phân tích sóng hài THD của dòng điện kết nối lưới trong

hệ trục tọa độ abc: (a) MPC; (b)MPC có bù trễ

68

Hình 6.15 Dạng sóng của dòng điện i dq thuộc hệ trục tọa độ dq : (a) MPC;

(b)MPC có bù trễ

69

Hình 6.16 Dạng sóng điện áp đầu ra của nghịch lưu T-Type NPC VAB (điện áp

giữa pha A và pha B) và V AN (điện áp pha A); điện áp lưới 3 pha: (a) MPC; (b)MPC có bù trễ

Hình 6.23 Độ méo dạng THD của dòng điện kết nối lưới của giải thuật MPC và

MPC có bù trễ (i dref = 8A, i qref = 0A): a) Tần số đóng cắt f sw ; b) Thời gian lấy mẫu T s

76

CHƯƠNG 7 MÔ HÌNH ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO MPC CHO NGHỊCH LƯU

BA BẬC T-TYPE NPC KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG PV

VỚI CÁC YÊU CẦU VỀ CHẤT LƯỢNG ĐIỆN NĂNG

Hình 7.1 Nghịch lưu T-Type NPC sử dụng kết nối lưới hệ thống PV và sơ đồ

khối điều khiển

Hình 7.9 Dạng sóng của dòng điện kết nối lưới trong hệ trục tọa độ abc 86

Hình 7.11 Điện áp nghịch lưu VAB (điện áp giữa pha A và pha B) 87

Hình 7.12 Dạng sóng của dòng điện kết nối lưới i dq thuộc hệ trục tọa độ dq 87

Hình 7.13 Dạng sóng của dòng điện i dq thuộc hệ trục tọa độ dq : (a) λ sw = 0,1;

(b) λsw = 2

91

Hình 7.14 Dạng sóng và phân tích sóng hài THD của dòng điện kết nối lưới trong

hệ trục tọa độ abc: (a) λ sw = 0,1; (b) λ sw = 2

91

Hình 7.15 Điện áp nghịch lưu đầu ra V AB và V AN (điện áp pha A), và dòng điện

pha A(ia): (a) λsw = 0,1; (b) λsw = 2

92

Hình 7.16 Dạng sóng dòng điện kết nối lưới trong hệ trục tọa độ abc: (a) Dòng

điện i a , i b , i c ; (b) Dòng điện pha A (i a )

94

Hình 7.17 Dạng sóng dòng điện kết nối lưới PV trong hệ trục tọa độ quay dq 94

Hình 7.18 Dạng sóng điện áp đầu ra của nghịch lưu T-Type NPC: (a) V AB (điện

áp giữa pha A và pha B); (b) V AN (điện áp pha A)

95

Hình 7.19 Dạng sóng điện áp CMV (Common mode voltage) của nghịch lưu

T-Type NPC: (a) CB-PWM truyền thống; (b) Phase-Shift CB-PWM;

(c) MPC

98

Hình 7.20 Dạng sóng và phân tích sóng hài THD của dòng điện kết nối lưới trong

hệ trục tọa độ abc: (a) PWM truyền thống; (b) Phase-Shift PWM; (c) MPC

CHƯƠNG 8 GIẢI THUẬT FCS-MPC CHO NHIỀU ĐỐI TƯỢNG VỚI

NGHỊCH LƯU BA BẬC T-TYPE NPC KẾT NỐI LƯỚI

HỆ THỐNG PV

Hình 8.1 Hệ thống kết nối lưới PV sử dụng nghịch lưu T-Type NPC 103

Hình 8.2 Vector điện áp và các trạng thái đóng cắt của bộ nghịch lưu 3 bậc

T-Type NPC

105

Hình 8.3 Mô hình giải thuật điều khiển MPC cho bộ biến đổi công suất 106

Hình 8.4 Mô hình giải thuật điều khiển MPC cho nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC

kết nối lưới hệ thống PV

107

Hình 8.5 Mô hình giải thuật điều khiển FCS-MPC cho nghịch lưu 3 bậc T-Type

NPC kết nối lưới hệ thống PV sử dụng 19 tổ hợp trạng thái đóng cắt

109

Hình 8.6 Lưu đồ thực hiện giải thuật MPC giảm điện áp CMV và giảm tần số

đóng cắt PV

110

Hình 8.7 Dạng sóng điện áp CMV (Common mode voltage) của nghịch lưu

T-Type NPC: (a) Phase-Shift CB-PWM; (b) MPC truyền thống; (c) MPC đề xuất với λsw = 0,2

FCS-111

Hình 8.8 Dạng sóng và phân tích sóng hài THD của dòng điện kết nối lưới trong

hệ trục tọa độ abc: (a) Phase-Shift CB-PWM; (b) MPC truyền thống;

(c) FCS-MPC đề xuất với λsw = 0,2

112

Hình 8.9 Dạng sóng dòng điện kết nối lưới PV trong hệ trục tọa độ quay dq và

công suất thực (P), công suất phản kháng (Q): (a) Phase-Shift PWM; (b) MPC truyền thống; (c) FCS-MPC đề xuất với λsw = 0,2

CB-112&

113

Hình 8.10 Dạng sóng điện áp đầu ra của nghịch lưu T-Type NPC- VAB (điện áp

giữa pha A và pha B) và VAN (điện áp pha A): (a) Phase-Shift PWM; (b) MPC truyền thống; (c) FCS-MPC đề xuất với λ sw = 0,2

CB-113&

114

Hình 8.11 Nghịch lưu T-Type NPC sử dụng kết nối lưới hệ thống PV và sơ đồ

khối điều khiển giải thuật MPC có bù trễ cho bài toán đa mục tiêu:

điều khiển bám dòng, cân bằng tụ, giảm điện áp CMV, giảm tần số đóng cắt

119

Hình 8.12 Lưu đồ thực hiện giải thuật MPC có bù trễ cho bài toán đa mục tiêu:

điều khiển bám dòng, cân bằng tụ, giảm điện áp CMV, giảm tần số đóng cắt của nghịch lưu T-Type NPC sử dụng kết nối lưới hệ thống

PV

120

Hình 8.13 Đáp ứng linh hoạt về công suất của giải thuật MPC điều khiển hệ

thống kết nối lưới PV với: (a) MPC ; (b) FCS-MPC có bù trễ

121

Hình 8.14 Dạng sóng của dòng điện kết nối lưới tương ứng với thay đổi công

suất và độ méo dạng sóng hài THD: (a) MPC ; (b) FCS-MPC có bù trễ

122

Hình 8.15 Chênh lệch điện áp tụ ΔV DC = V C1 -V C2 và điện áp tụ điện DC-Link:

C1, C2: (a) MPC ; (b) FCS-MPC có bù trễ

123

Hình 8.16 Dạng sóng điện áp CMV (Common mode voltage) của nghịch lưu

T-Type NPC kết nối lưới hệ thống PV: (a) MPC ; (b) FCS-MPC có bù trễ

123

Hình 8.17 Dạng sóng điện áp đầu ra của nghịch lưu T-Type NPC với điện áp

giữa 2 pha V AB và điện áp pha V AN : (a) MPC ; (b) FCS-MPC có bù trễ

124

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Trang Bảng 3.1 Trạng thái đóng cắt của nghịch lưu T-Type 25

Bảng 3.3 Điện áp CMV theo trạng thái đóng cắt của nghịch lưu T-Type NPC 32

Bảng 6.1 Trạng thái đóng cắt của nghịch lưu T-Type 55

Bảng 6.2 Bảng thống kê giải thuật điều khiển MPC và MPC có bù trễ 70

Bảng 7.1 Trạng thái đóng cắt của nghịch lưu T-Type, với x = a,b,c 79

Bảng 7.2 Bảng so sánh cân bằng tụ với các trọng số (λDC) cân bằng tụ khác

Bảng 7.4 Điện áp CMV theo trạng thái đóng cắt của nghịch lưu T-Type NPC 96

Bảng 7.5 So sánh giải thuật MPC, CB PWM, Phase-shift CB-PWM với giảm

Bảng 8.1 Trạng thái đóng cắt của nghịch lưu T-Type, với x = a,b,c 104

Bảng 8.2 Điện áp CMV theo trạng thái đóng cắt của nghịch lưu T-Type NPC 108

Bảng 8.3 Bảng thống kê so sánh giữa giải thuật Phase-shift CB-PWM, MPC

Hệ thống năng lượng mặt trời

Mô hình điều khiển dự báo FCS-MPC Finite control set Model

predictive control

Mô hình điều khiển dự báo với số trạng thái giới hạn

CMV Common model Volatge Điện áp giữa tâm nguồn DC-link và

trung tính của lưới NPC inverter Neutral Point Clamped inverter Nghịch lưu NPC

PWM Pulse Width Modulation Giải thuật điều chế độ rộng xung

CB PWM Carrier-Based Pulse Width

PI controller Proportional - Integral controller Điều khiển tỷ lệ - tích phân

PID controller Proportional-Integral -

Derivative controller

Điều khiển tỷ lê - tích phân - vi phân

năng lượng mặt trời)

VOC Voltage oriented control Điều khiển định hướng điện áp

EMI Electromagnetic Interferences Nhiễu điện từ

Long prediction

horizons

ia,ib,ic Grid current Dòng điện kết nối lưới

v ao ,v bo ,v co Inverter voltage Điện áp ngõ ra của mỗi nhánh của

nghịch lưu T-Type NPC

CHƯƠNG 1

HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

1.1 Tổng quan về năng lượng tái tạo

Do cạn kiện tài nguyên và các vấn đề về môi trường gây ra bởi khí thải, các nguồn năng lượng truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch không bền vững trong dài hạn Chính vì vậy, nhiều nỗ lực đang được thực hiện trên thế giới và nhiều quốc gia để đưa nhiều nguồn năng lượng tái tạo như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời (PV – Photovoltaic system), thủy điện, năng lượng sinh khối (Biomass power), năng lượng thủy triều (Ocean power), địa nhiệt (Geothermal energy)…hòa lưới điện Công suất lắp đặt của năng lượng tái tạo phát triển rất nhanh trong những thập kỉ gần đây, tính đến năm 2012 tổng công suất lắp đặt trên 420 Giga Watts (GW) (không bao gồm thủy điện), chiếm 5,2% lượng điện tiêu thụ trên toàn thế giới [53] Nếu bao gồm nguồn năng lượng thủy điện thì công suất lắp đặt của nguồn năng lượng tái tạo chiếm 13% tổng công suất lắp đặt, 84% công suất lắp đặt sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch, 3% là năng lượng hạt nhân [1]

Trong số các nguồn năng lượng tái tạo thì năng lượng thủy điện chiếm tỉ trọng lớn nhất Tuy nhiên, do những yêu cầu về vị trí lắp đặt các nhà máy thủy điện (khu vực có sông, hồ) và các vấn đề về môi trường tác động đến đời sống dân sinh và xã hội, tốc độ tăng trưởng của nhà máy thủy điện trên toàn thế giới hiện nay rất chậm và được xem như là bão hòa Khác với thủy điện, các nguồn năng lượng tái tạo khác ít yêu cầu về vị trí lắp đặt, vùng phân bố rộng hơn, ít tác động đến môi trường và có tiềm năng khai thác lớn, trong đó năng lượng gió và năng lượng mặt trời hứa hẹn sẽ

Hình 1.1 Tỷ trọng của các nguồn năng lượng trên thế giới

nắm vai trò chủ đạo về cả lượng công suất lắp đặt và tốc độ phát triển hàng năm [53] Năng lượng gió và năng lượng mặt trời chiếm 80% lượng công suất lắp đặt của nguồn năng lượng tái tạo (hình 1.2), tốc độ phát triển nhanh trong 5 năm gần đây (2007-2012) đối với năng lượng gió (25%) và năng lượng mặt trời (60%) (hình 1.3) [53]

Từ các thống kê trên cho thấy năng lượng gió và năng lượng mặt trời sẽ được tập trung nghiên cứu và phát triển trong tương lai Năng lượng mặt trời (PV) mặc dù

có chi phí đầu tư cao hơn so với các nguồn năng lượng tái tạo khác [1] [46], nhưng với giảm giá thành của các mô-đun quang điện (Photovoltaic modules) cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo các tế bào quang điện (PV cell technology), bên cạnh đó là các nghiên cứu ứng dụng điện tử công suất, các giải thuật điều khiển trong kết nối lưới để nâng cao hiệu suất, giảm chi phí, giảm kích thước và khối lượng của

bộ chuyển đổi công suất, do đó năng lượng mặt trời đã và đang là nguồn năng lượng đầy tiềm năng để cạnh tranh với các nguồn năng lượng tái tạo khác cũng như năng lượng hóa thạch

Với những cái nhìn tổng quan trên, năng lượng mặt trời cùng với các ứng dụng của điện tử công suất và điều khiển kết nối lưới sẽ là nhiệm vụ chủ đạo của luân văn

1.2 Hệ thống năng lượng mặt trời

Bên cạnh các mô-đun quang điện để chuyển quang năng thành điện năng cho hiệu suất cao và giá thành rẻ thì vấn đề kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời PV đóng vai trò quan trọng của hệ thống PV Một hệ thống PV nối lưới hiệu quả cao, đáng tin cậy khi kết nối lưới trong điều kiện phụ thuộc vào điều khiển về môi trường

Hình 1.2 Tỷ trọng của các nguồn

năng lượng tái tạo

Hình 1.3 Tốc độ phát triển công suất lắp đặt của

các nguồn năng lượng tái tạo

(bức xạ (irradiance level) và nhiệt độ môi trường xung quanh (ambient temperature))

là yêu cầu cần phải có khi kết nối lưới hệ thống PV

Các thiết bị điện tử công suất, gọi tắt là nghịch lưu PV (PV inverter), cùng với các giải thuật điều khiển thông minh [1], [2], [53], cho phép kết lưới hiệu quả hệ thống năng lượng mặt trời Do đó, hệ thống điện năng lượng mặt trời PV được cho là hiệu quả khi đảm bảo các tiêu chí: khai thác tối ưu nguồn năng lượng mặt trời từ các tấm pin mặt trời PV trong các điều kiện môi trường khác nhau, đồng bộ với lưới điện khu vực, tuân thủ các yêu cầu về kết nối điện

Trong mục này sẽ đề cập các vấn đề giới thiệu tóm tắt lý thuyết các đặc tính của

tế bào quang điện (solar PV cell) trong việc chuyển đổi quang năng thành điện năng, các cấu hình kết nối lưới của hệ thống PV Các vấn đề về các bộ điện tử công suất, giải thuật điều khiển kết nối lưới hệ thống PV sẽ được đề cập ở các chương khác

1.2.1 Mô-đun quang điện (Photovoltaic modules) và đường cong I-V và P-V

a) Giới thiệu mô-đun quang điện (Module PV)

Mô-đun PV được cấu tạo từ các kết nối các tế bào quang điện (PV cells), các tế bào quang điện được làm bằng hai lớp của các thiết bị bán dẫn tinh thể silicon (monocrystalline and polycrystalline), hay còn gọi là thin-film (bao gồm cadmium telluride, copper indium gallium selenide and amorphous silicon), hình thành nên lớp p-n (p-n junction field) [2] Khi các photon của tế bào quang điện có năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng của band-gap của bán dẫn, thì các photon này được kích thích và trở thành các electron tự do Khi mạch PV được đóng lại (kết nối tải hoặc các thiết bị chuyển đổi công suất), các electron tự do này sẽ sinh ra dòng điện một chiều từ cực dương của bán dẫn đến cực âm của bán dẫn (thiếu electron) để lấp đầy các lỗ trống (positive holes), lúc này năng lượng mặt trời chuyển đổi thành điện năng Vì vậy cường độ dòng điện sinh ra bới các mô-đun quang điện phụ thuộc trực tiếp vào số lượng của các kích thích đến photon, nghĩa là khi bức xạ mặt trời cao sẽ sinh ra nhiều photon có đủ năng lượng để hình thành các electron tự do và vì vậy cường độ dòng điện của mô-đun quang điện sẽ lớn

Hình 1.4 Sơ đồ hoạt động của một tế bào quang điện

Phương trình Kishor cho tế bào quang điện [2]:

Với

Các tế bào quang điện được nối nối tiếp hoặc song với nhau để tạo ra một điện

áp, dòng điện và công suất lớn Mô-đun các pin mặt trời gồm các mạch tế bào quang điện nối với nhau trên một tấm mỏng và đây chính là khối cơ bản của hệ thống pin mặt trời Các cấp lớn hơn mô-đun PV là array PV như Hình 1.6 Nhiều tế bào quang điện kết hợp lại tạo thành tấm pin Các tế bào pin quang điện được mắc nối tiếp hoặc song song với nhau để tạo điện áp ra theo yêu cầu Khi mắc nối tiếp dòng điện của một tế bào quang điện cũng chính là dòng điện của tấm pin và điện áp của tấm pin sẽ

là tổng điện áp của các tấm pin cộng lại

(1.1)

Hình 1.5 Mô hình điện của tế bào quang điện

bị điện thì vẫn như cũ và dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật chuẩn

b) Đường cong I-V và P-V của mô-đun quang điện (Mô-đun PV):

Từ phương trình (1.1) ta thấy mối quan hệ giữa (I-V và P-V) là phi tuyến, phụ thuộc vào lượng bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường như ở Hình 1.8 (a) (b) Do tính phi tuyến và phụ thuộc vào môi trường, như đã thể hiện ở Hình 1.8, nên cần một giải thuật MPPT (Maximum Power Point Tracking) để đảm bảo rằng lượng điện

Hình 1.6 Mô-đun quang điện và hệ thống PV

Hình 1.7 Tấm pin mặt trời gồm 36 tế bào quang điện mắc nối tiếp nhau

năng chuyển đổi từ năng lượng mặt trời là tối đa, và qua đó giảm chi phí đầu tư (suất đầu tư) của hệ thống PV

Ở Hình 1.8 đường cong P-V có các “đỉnh” phụ thuộc vào các điều kiện khác nhau của môi trường Đường cong P-V chia làm 03 phân đoạn: a) Climbing – tăng với dp/dv > 0, khi đó tấm PV hoạt động với dòng điện của PV là hằng số; b) Going-down – giảm với dp/dv < 0; c) the-top – đạt công suất cực đại khi dp/dv = 0, với

phương pháp Perturb-and-Observe (P&O), phương pháp độ dẫn (Incremental Conductance - INC)

Các đầu ra của hệ thống điều khiển MPPT sẽ được kiểm soát bởi bộ chuyển đổi DC-DC hoặc nghịch lưu DC-AC tùy thuộc vào cấu hình của hệ thống PV Tuy nhiên các đường cong I-V và P-V ở Hình 1.8 chỉ là cho các tấm pin PV riêng lẻ Nếu hệ thống PV gồm nhiểu tấm pin PV mắc nối tiếp theo dạng chuỗi (PV string) hoặc song song (PV array) để tăng công suất đầu ra của PV, thì MPPT có thể khác so với trường hợp riêng lẻ từng tấm pin PV Hơn nữa, hiện tượng bóng râm (shading) trong

hệ thống PV cũng gây khó khăn khi thực hiện giải thuật MPPT Vì vậy giải thuật MPPT ổn định là cần thiết khi thiết kế hệ thống PV kết nối lưới

1.2.2 Cấu hình kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời PV

Hệ thống PV nối lưới sẽ bao gồm 02 phần: phần pin mặt trời (PV side) và kết nối lưới (Grid side) như Hình 1.9

+ Phần pin mặt trời PV – PV side: các tấm pin mặt trời PV sẽ được điều khiển

để đạt tối đa công suất nhận được từ năng lượng mặt trời Thông thường một bộ chuyển đổi DC-DC sẽ được sử dụng để đạt được công suất tối đa MPPT (Maximun Power Point Tracking) theo nhiều mức khác nhau Điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi DC-DC sẽ được điều khiển với một giá trị mong muốn để đảm bảo điện áp đầu ra của

bộ inverter có thể kết nối lưới

+ Về phía lưới – Grid side: sẽ điều khiển sao cho đảm bảo các yêu cầu về chất lượng điện năng, tin cậy và an toàn: điều khiển công suất thực và công suất phản

Hình 1.8 Đặc tính của mô-đun quang điện PV: (a) đường cong I-V, (b) đường cong P-V

kháng (PQ control), độ méo dạng THD (Total harmonic distortion) của dòng điện tải thấp

1.2.3 Các mô hình kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời PV

Không giống như năng lượng gió, năng lượng mặt trời có công suất cho một đơn vị (tấm pin) nhỏ hơn, và vì vậy hệ thống PV gồm nhiều tấm pin mắc nối tiếp hoặc song song để tăng công suất đầu ra trong mức chấp nhận được cho việc kết nối lưới, việc kết nối lưới của hệ thống PV sẽ được thực hiện thông qua các bộ chuyển đổi công suất điện đầu ra đảm bảo các yêu cầu của lưới điện Hiện nay hệ thống năng lượng mặt trời kết nối lưới được phân thành 04 loại ở Hình 1.10 [1], [2], [53], mỗi loại sẽ bao gồm các tấm PV mắc nối tiếp hoặc theo chuỗi (string) và kèm theo đó là các

bộ biến đổi điện tử công suất (DC-DC converters hoặc (và) DC-AC inverters) theo các cấu hình khác nhau của hệ thống PV kết lưới Tùy thuộc vào điện áp đầu ra khi

Hình 1.10 Mô hình kết nối lưới hệ thống PV Hình 1.9 Hệ thống nối lưới năng lượng mặt trời PV

kết nối lưới, các bộ chuyển đổi tăng áp (boost converter) có thể được yêu cầu chuỗi hoặc nhiều chuỗi nghịch lưu (multi-string inverters) Cụ thể như sau:

a) Nghịch lưu trung tâm (Centralized inverter)

Cấu hình này dùng cho các hệ thống PV công suất lớn hoặc nhà máy năng lượng mặt trời quy mô (utility-scale PV plants), trên 30kW Hiện nay, các utility-scale PV plants đang trong quá trình phát triển nhanh và tạo điều kiện cho sự thâm nhập của năng lượng mặt trời trên toàn thế giới [1] Với mô hình này các tấm pin mặt trời được bố trí theo chuỗi (string) và các chuỗi này được bố trí song song, hệ thống tấm pin mặt trời PV sẽ được kết nối với nghịch lưu trung tâm [1], [2] ở Hình 1.10 (d) Thông qua nghịch lưu trung tâm là cách đơn giản nhất để làm một nhà máy PV tập trung quy mô lớn và chi phí xây dựng thấp

Hệ thống được điều khiển bởi các linh kiện điện tử công suất (IGBT…), các bộ nghịch lưu được điều khiển thông qua bộ xử lý tín hiệu số (DSP – Digital signal processor), với các giải thuật điều chế độ rộng xung sóng mang (Carrier-base pulse width modulation – CB PWM) hoặc điều chế độ rông xung vector không gian (SV PWM – Space vector pulse width modulation), hoặc mô hình điều khiển dự báo (Model Predictive Control – MPC) đã được đẩy mạnh nghiên cứu và đưa vào thực tiễn trong những năm gần đây

Bộ nghịch lưu hai bậc (two-level inverter) được sử dụng rộng rãi ở mô hình này

ở Hình 1.11 (a), do giá thành rẻ [1], [2] Tuy nhiên, nhược điểm của nghịch lưu 2 bậc

là dòng điện tải đầu ra có độ méo dạng sóng hài (THD) cao và do đó cũng yêu cầu kích thước của bộ lọc lớn để đảm bảo chất lượng điện năng đáp ứng được các yêu cầu kết nối lưới, điều này dẫn đến kích thước cồng kềnh của nghịch lưu trung tâm Trong những năm gần đây, nghịch lưu ba bậc (three-level inverter) với độ méo dạng sóng hài thấp và do đó giảm được kích thước của bộ lọc so với nghịch lưu 2 bậc đã được sử dụng rộng rải vào hệ thống PV lắp đặt sau này [40] Điển hình của nghịch lưu 3 bậc kết nối lưới hệ thống PV là nghịch lưu 3 bậc NPC và T-Type NPC (Neutral Point Clamped) ở Hình 1.11 (b) và (c)

Tuy nhiên, mô hình nghịch lưu trung tâm cũng có các hạn chế [53]:

+ Cần điện áp DC-link cao (550–850V) và chiều cáp cấp nguồn DC là lớn do phải kết nối giữa các chuỗi PV và kết nối với nghịch lưu trung tâm

+ Tổn thất điện năng chỉ phụ thuộc vào MPPT của nghịch lưu trung tâm, và trong một số trường hợp không tối ưu được cho từng chuỗi PV hoặc tấm PV

+ Tổn hao trên các link kiện diode cao (blocking diode - diode có tác dụng chống chiều dòng điện chạy ngược lại vào tấm hoặc chuỗi PV)

+ Độ tin cậy của hệ thống chỉ phụ thuộc vào nghịch lưu trung tâm

b) Mô hình nghịch lưu dạng chuỗi (String inverter)

b) Nghịch lưu dạng chuỗi (string inverter)

Nghịch lưu dạng chuỗi là mô hình rút gọn của nghịch lưu trung tâm, thay vì các chuỗi PV được mắc song song với nhau, thì các tấm PV kết nối theo một chuỗi, được nối lưới thông qua một nghịch lưu cùng với đó là các bộ MPPT độc lập và không sử dụng các diode khoa (blocking diode) ở Hình 1.10 (b) Với mô hình này điện năng thu được sẽ cao hơn 1% đến 3% so với mô hình nghịch lưu trung tâm [2] Mô hình nghịch lưu dạng chuỗi kết nối lưới 1 pha hoặc 3 pha với công suất từ 1kW – 10kW, phổ biến trong các ứng dụng có quy mô nhỏ như nhà dân (nơi các tấm PV được lắp đặt trên mái nhà)

Mô hình này sử dụng ở quy mô nhỏ, nên một vấn đề được đặt ra là hệ thống bảo

vệ dòng điện rò giữa tấm PV và phụ tải Dòng điện rò (leakage current) sinh ra bởi điện điện áp giữa tâm nguồn và trung tính tải hay còn gọi là điện áp CMV (CMV – Common mode voltage) sinh ra do đóng cắt các khóa của bộ nghịch lưu, ở chuỗi PV

có điện dung kí sinh (parasitic capacitance) ở Hình 1.12 (a) và chính điện dung kí sinh hình thành đường dẫn của dòng điện rò chạy từ chuỗi PV đến lưới AC [1], [2] [4], [11], [52], Hình 1.12 (b) thể hiện chiều dòng điện rò Điện dung kí sinh này tăng nếu quy mô của chuỗi PV tăng, và gây ra dòng điện rò lớn do dv/dt của dòng điện phụ thuộc vào điện áp CMV (i = C*dv/dt) [2]

Hình 1.11 Mô hình nghịch lưu trung tâm sử dụng bộ nghịch lưu: a) Nghịch

lưu 2 bậc, b) Nghịch lưu 3 bậc NPC, c) Nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC

(a)

Mỗi nước có quy định khác nhau để đảm bảo an toàn hệ thống với dòng điện rò,

là sử dụng máy biến áp cách ly (galvanic isolation transformer) hoặc không sử dụng máy biến áp cách ly (transformerless) Sử dụng máy biến áp cách ly phụ thuộc vào

mô hình kết lưới của pin, sử dụng máy biến áp tần số thấp (LF-Low frequency transformer) tại vị trí kết nối lưới, máy biến áp tần số cao (HF–High frequency

dụng các máy biến áp cách ly sẽ làm tăng chi phí đầu tư, độ cồng kềnh và giảm hiệu suất của hệ thống [3], [4], [9], [11] Do đó, hiện nay các bộ nghịch lưu đa bậc cùng với các giải thuật điều khiển PWM để giảm điện áp CMV được sử dụng để khắc phục nhược điểm của mô hình sử dụng máy biến áp cách ly ( giải thuật SV PWM [4], CB – PWM [9], [11], Predictive control [19]) Ở các nước có sự thâm nhập cao của hệ thống PV vào lưới điện (như Đức và Tây Ban Nha) thì khuyến khích sử dụng mô hình không sử dụng máy biến áp cách ly [2], tuy nhiên khi kết lưới hệ thống PV phải đảm bảo dòng điện rò PV dưới 300mA theo tiêu chuẩn VDE của Đức [1][3]

Hình 1.12 Điện dung kí sinh (Parasitic capacitance) và hướng đi của dòng điện rò

(leakage current): a) Điện dung kí sinh của tấm PV, b) Hướng đi của dòng điện rò [2]

(b)

(a)

Hình 1.13 Bố trí máy biến áp cách ly tùy thuộc vào hệ thống PV có hoặc không bộ

chuyển đổi DC-DC [2]

Các nghịch lưu sử dụng ở mô hình này là: nghịch lưu 2 bậc, nghịch lưu 3 bậc NPC hoặc T-Type NPC, H-bridge (H5, HERIC [1], [2]), 5L-HNPC…Mô hình nghịch lưu 3 bậc NPC hoặc T-Type NPC kết hợp không sử dụng máy biến áp cách ly được sử dụng rộng rãi đối với mô hình này do hiệu suất cao, chi phí đầu tư thấp [2] Vấn đề là nghịch lưu 3 bậc NPC sử dụng 2 tụ điện, nên vấn đề cân bằng tụ và giảm điện điện áp giữa tâm nguồn và trung tính tải (điện ápCMV) được yêu cầu là phải có giải thuật điều khiển để đảm bảo được các yêu cầu khi kết nối lưới hệ thống PV

c) Mô hình nghịch lưu đa chuỗi (Multi-string inverter)

Đây là mô hình nghịch lưu xuất hiện gần đây trên thị trường PV Mô hình này là giải pháp trung gian giữa mô hình nghịch lưu trung tâm và nghịch lưu dạng chuỗi, phù hợp với ứng dụng ở trung tâm thương mại hoặc khu dân cư với công suất hệ thống từ 10kW-30kW Mô hình nghịch lưu đa chuỗi ở Hình 1.10 (c), kết hợp ưu điểm của của cả 2 mô hình đã nêu ở trên: nghịch lưu dạng chuỗi (lượng điện năng có được cao do sử dụng MPPT cho từng chuỗi độc lập), nghịch lưu trung tâm (chi phí thấp do chỉ sử dụng 01 nghịch lưu trung tâm, do mô hình này có nhiều bộ chuyển đổi DC-DC cho riêng từng chuỗi PV, sau đó đầu ra của các bộ chuyển đổi DC-DC sẽ được kết nối với 01 nghịch lưu DC-AC [2], [53] Mô hình nghịch lưu đa chuỗi (multi-string inverter) là một giải pháp có tính linh hoạt, hiệu suất hệ thống cao, do các chuỗi PV được điều khiển riêng Cũng như mô hình nghịch lưu dạng chuỗi, mô hình nghịch lưu đa chuỗi cần xem xét đến vấn đề không sử dụng máy biến áp cách ly, hạn chế dòng điện rò trong quá trình thiết kế và vận hành

Các bộ nghịch lưu 2 bậc 1 pha hoặc 3 pha (two level inverter), nghịch lưu 3 bậc

1 pha hoặc 3 pha NPC (hoặc T-type NPC) được sử dụng phổ biến hiện nay ở mô hình nghịch lưu đa chuỗi ở Hình 1.14 [2]

d) Mô hình nghịch lưu đơn lẻ (Module inverter)

Nghịch lưu DC-AC 1 pha sẽ được kết nối riêng với mỗi tấm pin PV như Hình 1.10 (a), phù hợp với ứng dụng của các phụ tải nhỏ với công suất khoảng 300W [53] Ưu điểm của mô hình này là không có sự tổn thất năng lượng nhận được của các tấm pin PV, do mỗi tấm pin PV sử dụng nghịch lưu và giải thuật MPPT cho riêng

Hình 1.14 Mô hình nghịch lưu đa chuỗi với bộ chuyển đổi DC-DC (boost converter):

a) Nghịch lưu 3 pha 2 bậc, b) Nghịch lưu 3 pha 3 bậc NPC

(b) (a)

nó, do đó tối ưu hóa được lượng điện năng nhận được từ mặt trời Với cấu trúc đơn lẻ nên hệ thống này thuận lợi trong điều chỉnh và bảo dưỡng Tuy nhiên, việc mỗi tấm

PV sử dụng riêng nghịch lưu DC-AC sẽ làm cho suất đầu tư của mô hình này cao Do điện áp đầu ra của mỗi mô-đun PV thấp, do đó mô hình này cần bộ khuếch đại điện

áp DC-DC để kết nối lưới (Hình 1.15 mô hình nghịch lưu đơn lẻ sử dụng bộ chuyển đổi Fly-back DC–DC và nghịch lưu cầu H-bridge) , vì vậy về tổng thể thì mô hình này cho hiệu suất không cao và công kềnh Từ những nhược điểm trên thì mô hình này ít được sử dụng phổ biến ở hệ thống PV có quy mô vừa và nhỏ

1.3 Kết luận và hướng tiếp cận của luận văn

Các mô hình kết nối lưới hệ thống PV đẫ cho thấy thì có 02 khâu điều khiển: PV side và Grid side (phía lưới) Khâu PV side việc sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC cho giải thuật MPPT là tùy thuộc vào mô hình của MPPT Đối với điều khiển phía lưới

sử dụng nghịch lưu DC-AC thì vấn đề cần quan tâm là đảm bảo các yêu cầu kết nối lưới, hiệu suất cao, chi phí thấp Đối với nghịch lưu 2 bậc DC-AC tuy chi phí đầu tư thấp nhưng chất lượng đầu ra không cao (độ méo dạng sóng hài THD cao do đó yêu cầu kích thước bộ lọc lớn) điều này làm tăng chi phí đầu tư, cồng kềnh và về tổng quan làm giảm hiệu suất hệ thống PV [6], [13] Do đó, trong luận văn sẽ hướng đến

sử dụng nghịch lưu đa bậc nhằm tăng chất lượng đầu ra, nâng cao hiệu suất hệ thống

PV Bộ nghịch lưu đề xuất trong luận văn này là nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC, các phân tích cụ thể sẽ được đề cập đến ở chương sau

Tuy nhiên, một vấn đề khi sử dụng nghịch lưu đa bậc là các vấn đề cân bằng tụ điện (nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC sử dụng 02 tụ điện DC-link), vấn đề giảm điện

áp điện áp giữa tâm nguồn và trung tính tải (điện áp CMV) (hệ thống PV không sử dụng máy biến áp cách ly) để đảm bảo an toàn hệ thống (hạn chế dòng rò) cũng như bảo đảm an toàn của các phụ tải (đặc biệt là động cơ [14], [51]), và giảm tổn hao đóng cắt, cũng như các yêu cầu về EMI…Hiện nay có nhiều giải thuật điều khiển bộ nghịch lưu CB-PWM, SV-PWM, điều khiển dự báo (MPC – Model Predictive Control) để giải quyết các bài toán trên Giải thuật MPC được đẩy mạnh nghiên cứu

Hình 1.15 Mô hình nghịch lưu đơn lẻ (Module inverter) sử dụng bộ chuyển đổi bộ

chuyển đổi Fly back DC–DC và nghịch lưu cầu H-bridge

và ứng dụng trong những năm gần đây cùng với sự phát triển của công nghệ vi xử lý : DSP,FPGA…, cũng như công việc mô hình hóa các mô hình điều khiển ngày càng chính xác là một giải pháp điều khiển nhiều triển vọng [1] Trong luận văn, giải thuật MPC sẽ là trọng tâm để giải quyết các bài toán điều khiển kết nối lưới hệ thống PV

sử dụng nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC

CHƯƠNG 2

ĐIỀU KHIỂN KẾT NỐI LƯỚI HỆ THỐNG PV

Trong hai thập niên trở lại đây, do sự cạn kiệt về nguồn năng lượng hóa thạch và các yêu cầu về bảo vệ môi trường, nguồn năng lượng tái tạo, trong đó có năng lượng mặt trời đã phát triển nhanh chóng về lượng công suất phát trên lưới Hệ thống PV có đầu ra là điện áp DC và để kết nối lưới thì các bộ nghịch lưu DC/AC được sử dụng Tuy nhiên, do đây là các nguồn năng lượng phân bố nên vấn đề ổn định hệ thống điện là một nhiệm vụ quan trọng khi yêu cầu phụ tải thay đổi Do đó, hệ thống PV được điều khiển công suất thực (active power) và công suất phản kháng (reactive power) để ổn định hệ thống về tần số và điện áp [46]

Bên cạnh đó, các yêu cầu về hiệu suất của hệ thống PV cũng như các vấn đề về chất lượng điện năng cũng được quan tâm Việc sử dụng cấu hình bộ nghịch lưu DC/AC cũng như các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu DC/AC được quan tâm nhằm đáp ứng các yêu cầu khi kết nối lưới điện

Do đó, trọng tâm của chương này sẽ phân tích cụ thể mô hình điều khiển PV kết nối lưới để đảm bảo các yêu cầu kết nối Việc điều khiển kết nối lưới của luận văn sử dụng mô hình PQ kết nối lưới theo phương pháp định điều khiển định hướng điện áp VOC (Voltage oriented control)

2.1 Hệ thống kết nối lưới PV

2.1.1 Tổng quan về hệ thống điều khiển nối lưới PV

Hệ thống kết nối lưới PV bao gồm 02 phần điều khiển: PV-side và Grid-side [53] Về phần điều khiển PV-side sẽ là các bộ chuyển đổi tăng áp DC-DC (boost converter), khâu này sẽ giúp điều khiển được tối đa công suất nhận được từ hệ thống pin năng lượng mặt trời với giải thuật điều khiển MPPT Về điều khiển phía lưới (nghịch lưu 3 pha) thông thường điều khiển điện áp DC (DC-link voltage) để cân bằng công suất giữa hệ thống PV và lưới điện, bên cạnh đó chất lượng điện năng được đảm bảo bằn điều khiển dòng điện bơm vào lưới điện (injected grid current) [53]

Phương pháp điều khiển truyền thống được sử dụng là phương pháp điều khiển công suất gián tiếp (indirect power control) với điều khiển định hướng điện áp VOC (Voltage oriented control) hoặc điều khiển dựa trên vector từ thông ảo (virtual flux) theo phướng pháp điều khiển FOC (Field Oriented control) [1], [32] Khi có công suất thực và công suất từ lưới thì hệ thống PV kết lưới sẽ có chiến lược điều khiển đóng cắt bộ chuyển đổi công suất DC/AC để đáp ứng được công suất yêu cầu từ phía lưới (điều kiện hệ thống PV có khả năng phát đủ lượng công suất yêu cầu từ phía

lưới) Ở phương pháp này thì điều khiển định hướng vector điện áp VOC được sử dụng phổ biến và có hiệu suất cao [32] Như Hình 2.1, hệ thống điều khiển kết nối lưới PV, phương pháp điều khiển VOC với hệ trục tọa độ dq được sử dụng, dòng điện và điện áp lưới được đưa về hệ trục tọa độ dq, qua các khâu điều khiển PI để

PLL (Phase-locked loop) cho giá trị là góc θ để chuyển trục dq/abc [1], [32], [53] Từ các giá trị điện áp tham khảo trong hệ trục abc, sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM – Pulse Width Modulation) để xác định các xung kích bộ nghịch lưu DC/AC để điều khiển nối lưới hệ thống PV

2.1.2 Mô hình hệ thống kết nối lưới hệ thống PV sử dụng bộ lọc L-filter

Để đảm bảo cho chất lượng của dòng điện bơm vào lưới điện (injected grid current), các bộ lọc LCL đã được sử dụng [23], [27], tuy nhiên dòng điện bơm vào lưới do sự phụ thuộc vào điện dung của bộ lọc (filter capacitance) Đối với sử dụng

bộ lọc LC vấn đề lo ngại ở đây là hiện tượng cộng hưởng sẽ dẫn đến sự ổn định của lưới điện [46] Quy mô hệ thống PV sử dụng trong luận văn có công suất 1kW-10kW

là nhỏ và sử dụng cho các hệ thống hạ thế (low voltage system) Do đó, mô hình kết nối lưới PV sẽ sử dụng bộ lọc L-filter để khắc phục các nhược điểm của bộ lọc LCL-filter và LC-filter cho lưới hạ thế Mô hình kết nối lưới sử dụng được thể hiện ở Hình 2.2, nghịch lưu DC/AC có thể là nghịch lưu 2 bậc hoặc 3 bậc cho lưới 3 phase

Hình 2.1 Điều khiển VOC cho hệ thống kết nối lưới PV [1] [32]

Ở Hình 2.2 sử dụng bộ nghịch lưu 3 pha 2 bậc, với kí hiệu các trạng thái đóng

khóa trên của bộ nghịch lưu mở (các khóa công suất (IGBT) trên mỗi nhánh đóng cắt trên quy tắc đối nghịch (complememtary switching)) Phương trình vector không gian của trạng thái đóng cắt [1]:

Hình 2.2, hệ thống nối lưới PV sử dụng bộ lọc L-filter, phương trình kết nối lưới được viết dưới dạng:

, : là vector điện áp và vector dòng điện của đầu ra của bộ nghịch lưu

: Vector điện áp lưới

Với mỗi vector không gian của trạng thái đóng cắt ở phương trình (2.1) sẽ cho đầu ra là các vector điện áp của bộ nghịch lưu, khi đó mô hình toán học của hệ thống kết nối lưới PV sẽ được viết lại:

Hình 2.2 Điều khiển kết lưới hệ thống PV sử dụng bộ lọc L-filter

(2.1)

(2.2)

(2.3)

p p

p p

= 50Hz là tần số của lưới) so với hệ trục tọa độ αβ là hệ tọa độ cố định (hệ tọa độ tĩnh – stationary) αβ [1], như ở Hình 2.3

Phương trình chuyển đổi giữa các hệ trục tọa độ abc/αβ và hệ trục tọa độ αβ/dq theo phép chuyển trục Clark và Park [1] của vector không gian trạng thái đóng cắt như sau:

Với góc theta θ được định nghĩa là góc giữa hệ tọa độ quay dq và hệ tọa độ tĩnh αβ và θ = ωt

Từ phương trình (2.6) và (2.4) ta có mô hình toán học hệ thống PV trong hệ trục tọa độ quay dq được viết lại như sau [1]:

(2.4)

Hình 2.3 Hệ tọa độ tĩnh αβ và hệ tọa độ quay dq

(2.5)

(2.6)

áp VOC cho hệ thống kết nối lưới PV

2.2 Điều khiển định hướng điện áp VOC kết nối lưới hệ thống PV

2.2.1 Điều khiển định hướng VOC

Hệ thống điều khiển VOC dựa trên hệ trục tọa độ quay dq với vận tốc quay ω và vector điện áp lưới được gắn với trục d của hệ trục tọa độ dq Mục đích của phương pháp là đơn giản hóa quá trình tính toán do giảm đi các biến điều khiển và việc điều khiển trong hệ trục dq giúp điều khiển độc lập công suất thực và công suất phản kháng, các dòng điện thảm khảo trong hệ trục dq là các thành phần DC (chỉ có hệ trục tọa độ dq quay quanh hệ trục tọa độ tĩnh αβ) điều này làm đơn việc điều khiển dễ dàng hơn

Theo [1] công suất thực và công suất phản kháng của lưới trong hệ trục tọa độ dq là:

Phương pháp VOC thì định nghĩa là vector điện áp sẽ được gắn với trục d của hệ

suất thực và công suất phản kháng của lưới sẽ được viết lại:

Từ phương trình (2.10) và (2.11), điều khiển VOC trong hệ trục tọa độ dq ta có

Công suất thực và công suất phản kháng có thể được biểu diễn trong hệ trục tọa

độ αβ như ở phương trình (2.12) và (2.13), tuy nhiên lúc này quan hệ giữa công suất thực/công suất phản kháng với dòng điện sẽ nhiều phức tạp hơn

Với phương pháp điều khiển định hướng VOC thì việc xác định góc lệch θ giữa 2

hệ trục tọa độ dq và hệ trục tọa độ αβ là cần thiết để thực hiện phép chuyển trục giữa hai trục tọa độ này với các đại lượng điện áp và dòng điện, thực hiện điều khiển độc lập công suất thực và công suất phản kháng như phương trình (2.10) và (2.11) Góc lệch θ được xác định bởi bộ three-phase PLL (Phase locked loop) dựa trên khâu điều khiển PI [1], [55]; mô hình như ở Hình 2.4

Với việc đo điện áp lưới vg, công suất thực và công suất phản kháng tham khảo (P* và Q*), góc lệch ta có thể xác định θ, ta có thể xác định được giá trị dòng điện

Từ phương trình (2.14), (2.15) và (2.7) ta sẽ xác định được các vector không gian của trạng thái đóng cắt (hay vector điện áp của nghịch lưu DC/AC) để thực hiện đóng cắt các khóa điều khiển

2.2.2 Điều khiển điện áp tụ DC-link

Hình 2.4 Khâu PLL xác định góc theta θ

(2.14) (2.12) (2.13)

 

3 2

2.2.3 Sơ đồ khối điều khiển hệ thống kết nối lưới PV

Từ phương trình (2.7)(2.10)(2.11)(2.14)(2.15) ta có sơ đồ khối của hệ thống điều khiển kết nối lưới PV bao gồm 02 khối [1][20][50]:

+ Khối điều khiển vòng ngoài (outer control loop) như Hình 2.6b: khối này sử

kháng cung cấp bởi hệ thống PV theo công suất thực và công suất phản kháng yêu cầu từ lưới

+ Khối điều khiển vòng trong (internal controller) như Hình 2.6a: Từ các giá

trị dòng điện tham khảo có được từ khối điều khiển vòng ngoài, khối này kết hợp điện áp và dòng điện đo được từ lưới điện và dòng điện tham khảo qua 02

(2.15)

Hình 2.5 Bộ nghịch lưu áp lưới có xét đến sự thay đổi

công suất của hệ thống PV

2.3 Kết luận

Nội dung chính của chương là mô hình hóa toán học của hệ thống kết nối lưới

PV Từ mô hình toán học của hệ thống kết nối lưới PV xây dựng, chúng ta có thể dễ dàng điều khiển kết nối lưới hệ thống PV trong hệ trục tọa độ quay dq Với việc vector điện áp theo trục tọa độ d của hệ tọa độ dq (góc của hệ trục tọa độ quay dq so với hệ trục tọa độ αβ được lấy thông qua PLL), và từ phương trình (2.10) và (2.11)

ta có thể dễ dàng điều khiển công suất thực và công suất phản kháng độc lập (decoupled control) Các cấu hình bộ nghịch lưu, giải thuật điều khiển các khóa đóng cắt bộ nghịch lưu để đáp ứng các yêu cầu về công suất và các yêu cầu về chất lượng điện năng: cân bằng tụ, giảm tổn hao đóng cắt, giảm điện áp CMV sẽ được nêu ở các chương tiếp theo Trọng tâm được đề cập sẽ là nghịch lưu 3 bậc T-Type NPC và sử dụng mô hình điều khiển dự báo (Model Predictive Control – MPC)

Hình 2.6 Phương pháp điều khiển kết nối lưới hệ thống PV theo phương pháp điều

khiển định hướng Vector điện áp VOC

(a) Khối điều khiển vòng trong – Internal control

(b) Khối điều khiển vòng ngoài – Outer control