- ĐỒNG QUANG MẠNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VỚI LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN GƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. - ĐỒNG QUANG MẠNH NGHIÊN CỨU MỘT SỐ GIẢI PHÁP KẾT NỐI HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VỚI LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. - NGUYỄN HOÀNG VIỆT Hà Nội – 2017 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sỹ với nội dung đề tài là “Nghiên cứu một số giải pháp kết nối hệ thống điện mặt trời với lưới điện trung áp” do giảng viên, TS. - 9 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT NHỮNG NGHIÊN CỨU VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. - Giới thiệu về hệ thống pin mặt trời [2. - Lịch sử phát triển của năng lượng điện mặt trời [5. - Tấm pin mặt trời và các cách ghép nối module mặt trời. - Các hình thức hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời [1. - Hệ thống điện năng lượng mặt trời hoạt động độc lập. - Hệ thống điện năng lượng mặt trời kết nối lưới. - 24 CHƯƠNG 2 - HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI KẾT NỐI LƯỚI VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI. - Hệ thống điện mặt trời kết nối lưới (Gird – Connected PV system. - Cấu trúc chung hệ thống điện mặt trời nối lưới không dự trữ [2. - Các bộ biến đổi trong hệ điện mặt trời hoạt động kết nối lưới [2. - Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống năng lượng điện mặt trời. - Mô hình mô phỏng hệ thống điện mặt trời kết nối lưới. - 37 CHƯƠNG 3 – PHƯƠNG THỨC KẾT NỐI ĐIỆN MẶT TRỜI VỚI LƯỚI ĐIỆN TRUNG ÁP. - Phương thức điện mặt trời kết nối lưới trung áp. - 57 CHƯƠNG 4 – ẢNH HƯỞNG CỦA PHƯƠNG THỨC KẾT NỐI ĐIỆN MẶT TRỜI TỚI LƯỚI ĐIỆN PHÂN PHỐI. - 79 4 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt HTĐ Electric power system Hệ thống điện INC Incremental Conductance Điện dẫn gia tăng MBA Transformer Máy biến áp MPPT Maximum Power Point Tracking Bám công suất cực đại MPP Maximum Power Point Điểm công suất lớn nhất NM Short circuit Ngắn mạch P&O Purturb and Observer Nhiễu loạn và quan sát PMT Solar cell Pin Mặt trời PLL Phase-locked-loop Vòng khóa pha PV Photovoltaics Điện mặt trời PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung V-A Volt – Ampere Vôn – Ampe VSC Voltage Source Converters Bộ chuyển đổi nguồn áp 5 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. - 2 Sơ đồ cấu tạo 1 tấm pin mặt trời. - 3 Sơ đồ thay thế pin mặt trời. - 5 Mô hình 1 Cell, Module và Array pin mặt trời. - 8 Hệ thống điện năng lượng mặt trời hoạt động độc lập. - 9 Sơ đồ khối của hệ thống điện mặt trời hoạt động độc lập. - 10 Sơ đồ hệ thống điện năng lượng mặt trời kết nối lưới. - 1 Cấu trúc chung hệ thống điện mặt trời nối lưới không dự trữ. - 2 Sơ đồ khối HTĐ mặt trời nghịch lưu nguồn áp không cách ly. - 36 Hình 2.10: Mô hình mô phỏng hệ thống điện mặt trời nối lưới. - 37 Hình 2.11: Mô hình mô phỏng dàn Pin mặt trời. - 38 Hình 2.12: Mô hình mạch điều chỉnh điện áp DC/DC. - 38 Hình 2.13 : Phương pháp điện dẫn gia tăng. - 39 Hình 2.14 : Thuật toán INC. - 40 Hình 2.15: Mạch nghịch lưu nguồn áp ba pha. - 41 Hình 2.16: Sơ đồ khối của mạch điều khiển tín hiệu nghịch lưu. - 42 Hình 2.17: Sơ đồ các khối điều khiển trong mô phỏng Simulink. - 42 Hình 2.18: Vòng khóa PLL trong mô phỏng. - 43 Hình 2.19 : Khâu điều khiển Current control. - 43 6 Hình 2.20: Lưới điện kết nối với PV. - 5 Hệ thống phân phối điện. - 6 Điện áp lưới phân phối khi có điện mặt trời kết nối lưới. - 13 Điện mặt trời kết nối gần nguồn (trường hợp 1. - 14 Điện mặt trời kết nối xa nguồn (trường hợp 2. - 7 Tổng tổn thất công suất P (tải: Z. - 8 Tổng tổn thất công suất P (tải: Z. - 9 Tổng tổn thất công suất P (tải: Z. - 10 Tổng tổn thất công suất P (tải thuần Z. - 11 Tổng tổn thất công suất P (tải thuần I. - 12 Tổng tổn thất công suất P (tải thuần P. - 13 Tổng công suất P lấy từ TBA (tải: Z. - 14 Tổng công suất P lấy từ TBA (tải: Z. - 15 Tổng công suất P lấy từ TBA (tải: Z. - 16 Tổng công suất P lấy từ TBA (tải thuần Z. - 17 Tổng công suất P lấy từ TBA (tải thuần I. - 18 Tổng công suất P lấy từ TBA (tải thuần P. - 19 Tổng công suất P cần huy động thêm từ TBA (điện mặt trời gần TBA. - 20 Tổng công suất P cần huy động thêm từ TBA (điện mặt trời xa TBA. - Điện mặt trời là một trong những nguồn năng lượng được đánh giá có tiềm năng lớn và có khả năng ứng dụng cao bởi rất nhiều ưu điểm như. - Không phát thải các khí gây ô nhiễm môi trường như CO2, SO2… Từ những ưu điểm trên, điện năng lượng mặt trời đang được ứng dụng và phát triển nhanh. - Nếu như trước đây điện năng lượng mặt trời chỉ được khai thác với công suất nhỏ, dưới dạng pin mặt trời thì những năm trở lại đây do sự cải tiến về công nghệ chế tạo pin mặt trời kết hợp với sự phát triển của các thiết bị điện tử công suất, nhiều hệ thống điện mặt trời công suất lớn đã được tạo ra và có khả năng hòa lưới đạt hiệu quả cao. - Mục đích và mục tiêu nghiên cứu Trong luận văn này, mục đích chính của đề tài gồm: 1- Nghiên cứu hệ thống điện mặt trời kết nối lưới. - 2- Nghiên cứu một số giải pháp kết nối hệ thống điện mặt trời với lưới điện trung áp. - Tình hình nghiên cứu Ở nước ta, tuy nguồn điện năng lượng mặt trời chưa được phổ biến rộng rãi nhưng đã bắt đầu có những hệ thống điện năng lượng mặt trời công suất lớn hòa và 9 lưới điện khu vực và trong tương lai nguồn này sẽ phát triển mạnh bởi cả mục đích kinh tế lẫn mục đích bảo vệ môi trường. - Để đáp ứng nhu cầu đó luận văn sẽ tiến hành: “Nghiên cứu một số giải pháp kết nối hệ thống điện mặt trời với lưới điện trung áp”. - Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Việc hòa lưới điện mặt trời, đặc biệt là khi công suất điện mặt trời lớn có thể gây ra những ảnh hưởng đến lưới về các vấn đề như: Thay đổi trào lưu công suất, gây hiện tượng sóng hài, ảnh hưởng đến chất lượng điện áp, ổn định điện áp, ổn định góc,… Trong phạm vi luận văn thạc sỹ, ta sẽ nghiên cứu đặc tính của điện năng lượng mặt trời và sự phụ thuộc của chúng vào điều kiện môi trường từ đó có thể khai thác hiệu quả nguồn điện này. - Đồng thời, ta cũng nghiên cứu một số giải pháp kết nối hệ thống điện mặt trời với lưới điện trung áp. - Phương pháp nghiên cứu Trong luận văn này, các phương pháp nghiên cứu chính bao gồm: Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Từ việc phân tích các cấu trúc cơ bản và vận hành của pin mặt trời (PMT) ta tiến hành nghiên cứu một số giải pháp kết nối hệ thống điện mặt trời với lưới điện trung áp. - Phương pháp mô hình hóa: Dựa trên mô hình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của hệ thống điện mặt trời đến lưới điện trung áp ta nghiên cứu một số giải pháp kết nối hệ thống điện mặt trời với lưới điện trung áp. - Những đóng góp mới của luận văn Việc nghiên cứu một số giải pháp kết nối hệ thống điện mặt trời với lưới điện trung áp là tương đối mới. - Từ mô hình nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng của hệ thống điện mặt trời đến lưới điện trung áp, đảm bảo các đặc tính của lưới điện trung áp. - Kết cấu của luận văn Với mục đích như trên, kết cấu của luận văn được chia thành 04 chương: 10 Chương 1: Khái quát những nghiên cứu và sự phát triển của hệ thống điện năng lượng mặt trời. - Chương 2: Nghiên cứu hệ thống điện mặt trời kết nối lưới và các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống điện mặt trời. - Chương 3: Phương thức kết nối điện mặt trời với lưới điện trung áp Chương 4: Ảnh hưởng của phương thức kết nối điện mặt trời tới lưới điện phân phối Luận văn được học viên hoàn thành dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo TS. - Hà Nội, ngày 12 tháng 10 năm 2017 Học viên \ Đồng Quang Mạnh 11 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT NHỮNG NGHIÊN CỨU VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1. - Giới thiệu về hệ thống pin mặt trời [2] Năng lượng bức xạ Mặt trời có thể coi như vô tận, vậy làm thế nào để thu được nguồn năng lượng này. - Pin mặt trời (PMT) còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang điện trong quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh sáng mặt trời. - Khi đó, PMT là thiết bị quan trọng để thu lại năng lượng bức xạ mặt trời, chuyển hóa trực tiếp bức xạ mặt trời thành điện năng thông qua hiệu ứng quang điện trong. - Với tính chất như vậy, silicon là một thành phần quan trọng trong cấu tạo của pin năng lượng mặt trời. - Pin năng lượng Mặt trời có cấu tạo gồm một lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng bức xạ Mặt trời thành điện năng nhờ hiệu ứng quang điện bên trong. - Các tế bào năng lượng mặt trời sẽ trở thành một diode, cho phép electron di chuyển từ điện cực P đến điện cực N, không cho phép di chuyển ngược lại. - Để kích hoạt quá trình cần có năng lượng tiếp xúc với các tế bào silicon. - Ánh sáng mặt trời bao gồm các hạt rất nhỏ gọi là photon được tỏa ra từ mặt trời, các hạt nhỏ năng lượng có thể tiếp xúc với các tế bào năng lượng mặt trời và nới lỏng liên kết của các electron ở điện cực N. - Một bộ biến tần được gắn với các tế bào năng lượng mặt trời sẽ biến dòng điện từ một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC). - 2 Sơ đồ cấu tạo 1 tấm pin mặt trời 1.1.2. - Lịch sử phát triển của năng lượng điện mặt trời [5] Từ thế kỷ thứ 7 trước công nguyên con người đã biết ứng dụng năng lượng mặt trời vào phục vụ mục đích sưởi ấm bằng cách định hướng các ngôi nhà của họ để họ có thể thu nhận được bức xạ mặt trời vào mùa đông. - Đến thế kỷ thứ 14 các định luật đầu tiên về năng lượng mặt trời được giới thiệu tại Ý. - Các bước tiến quan trọng của lịch sử phát triển năng lượng điện mặt trời được thể hiện trong bảng 1.1. - 14 Bảng 1.1 Lịch sử phát triển của năng lượng điện mặt trời Năm Sự kiện 1839 Alexandre-Edmund Becquerel, một nhà vật lý thực nghiệm trẻ ở Pháp, phát hiện ra hiệu ứng quang điện ở tuổi 19, trong khi giúp cha mình, thử nghiệm với các pin điện phân tạo ra bởi hai điện cực kim loại 1873: W. - Frits, một nhà phát minh người Mỹ, mô tả các pin năng lượng mặt trời được làm từ những tấm Se-wafer. - Weston nhận được bằng sáng chế cho pin năng lượng mặt trời. - 1946 Russell Ohl xem là người tạo ra pin năng lượng mặt trời đầu tiên với hiệu suất 1%. - 1963 Sharp Corp (Nhật) đã sản xuất những tấm pin mặt trời tinh thể Silic thương mại đầu tiên. - 1966 Đài quan sát thiên văn của NASA sử dụng hệ thống pin mặt trời công suất 1kW. - Hội thảo Cherry Hill tại Mỹ đánh dấu sự ra đời quỹ nghiên cứu về điện mặt trời. - Ngôi nhà đầu tiên được lắp hệ thống pin mặt trời làm từ Cu2S do trường hợp ĐH Delaware chế tạo. - 1982 Nhà máy điện mặt trời đầu tiên có công suất 1MW được hoàn thành ở Mỹ. - Green tại Đại học New South Wales, Autralia, phá vỡ rào cản về hiệu suất 20% cho pin năng lượng mặt trời đơn tinh thể (monocrystal, c-Si) dưới một nắng trong phòng thí nghiệm. - 1999 M.A Green và J.Zhao đạt được hiệu xuất kỷ lục 24,7% trong phòng thí nghiệm với pin mặt trời đơn tinh thể c-Si. - Tổng công suất lắp đặt điện mặt trời trên thế giới đạt 1GW. - 2010 Tổng công suất điện mặt trời trên thế giới đạt 37,4GW (Trong đó nước Đức có công suất lớn nhất với 7,6 GW).
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt