Đồ án Kỹ thuật: tốt nghiệp thiết kế thi công bộ điều khiển giám sát dc

Đồ án tốt nghiệp thiết kế thi công bộ điều khiển giám sát dc link trong hệ thống điện mặt trời phục vụ nghiên cứu học thuật hiệu quả

• Tác giả: Lê Thành Luân
• Người hướng dẫn: TS. Quách Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện Tử Công Nghiệp
• Đề tài: Thiết Kế, Thi Công Bộ Điều Khiển Giám Sát DC Link Trong Hệ Thống Điện Mặt Trời
• Loại tài liệu: Graduation Project
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về Đồ án Tốt nghiệp Thiết kế Bộ Điều khiển DC Link

Đồ án tốt nghiệp ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện tử Truyền thông tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM là một công trình học tập quan trọng nhằm rèn luyện kỹ năng thực tiễn cho sinh viên. Đề tài "Thiết kế, thi công bộ điều khiển giám sát DC Link trong hệ thống điện mặt trời" được thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Quách Thanh Hải, bộ môn Điện tử Công nghiệp – Y sinh. Công trình này tập trung vào thiết kế bộ điều khiển DC Link, một thành phần thiết yếu trong các hệ thống năng lượng tái tạo và điện mặt trời. Mục tiêu chính là phát triển giải pháp điều khiển hiệu quả, chi phí thấp, và có khả năng giám sát, lưu trữ dữ liệu thực thời. Đây là nền tảng quan trọng cho sự phát triển của công nghệ năng lượng xanh tại Việt Nam.

1.1. Định nghĩa DC Link và vai trò trong hệ thống điện mặt trời

DC Link (liên kết chiều một) là thành phần thiết yếu trong các hệ thống điện năng lượng mặt trời, hoạt động như cầu nối giữa các tấm pin mặt trời và bộ nghịch lưu hòa lưới. Chức năng chính của bộ điều khiển DC Link là ổn định điện áp, giảm nhiễu, và tối ưu hóa hiệu suất truyền tải năng lượng. Giám sát liên tục DC Link giúp phát hiện sự cố sớm và bảo vệ toàn bộ hệ thống.

1.2. Ý nghĩa của đề tài trong bối cảnh phát triển năng lượng tái tạo

Với nhu cầu ngày càng tăng về năng lượng tái tạo tại Việt Nam, thiết kế bộ điều khiển giám sát chất lượng cao trở nên cấp thiết. Đề tài này không chỉ góp phần nâng cao kỹ năng kỹ thuật của sinh viên mà còn đóng góp vào sự phát triển bền vững của đất nước, giảm phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch.

II. Nội dung chính của Đồ án Thiết kế và Thi công

Nội dung thực hiện đồ án bao gồm nhiều khía cạnh từ lý thuyết đến thực hành, đảm bảo sinh viên nắm vững toàn bộ quy trình thiết kế, thi công bộ điều khiển DC Link. Công trình được chia thành sáu chương chính, bao gồm: khảo sát nền tảng lý thuyết, thiết kế bộ DC/DC converter, xây dựng chương trình hệ thống, phát triển giao diện giám sát và điều khiển, thi công mô hình thực tế, và chạy thử nghiệm toàn bộ hệ thống. Mỗi giai đoạn đều được kiểm tra và chỉnh sửa bởi giáo viên hướng dẫn để đảm bảo chất lượng. Phương pháp tiếp cận này giúp sinh viên phát triển tư duy kỹ thuật, khả năng giải quyết vấn đề thực tiễn, và kỹ năng làm việc nhóm.

2.1. Giai đoạn khảo sát và phân tích yêu cầu thiết kế

Khảo sát mạng lưới và thị trường điện ở Việt Nam, cùng với phân tích điện năng lượng mặt trời, giúp sinh viên hiểu rõ bối cảnh ứng dụng thực tế. Từ đó, đội ngũ dự án xác định các yêu cầu cụ thể cho bộ điều khiển DC Link, bao gồm: điện áp DC link phù hợp, chi phí tối ưu, và khả năng giám sát, lưu trữ dữ liệu hiệu quả.

2.2. Quy trình thiết kế và thi công mạch điện

Thiết kế bộ DC/DC converter là trung tâm của đề tài, liên quan đến việc chọn lựa linh kiện phù hợp và tối ưu hóa cấu trúc mạch. Sinh viên phải thực hiện mô phỏng mạch, vẽ sơ đồ nguyên lý chi tiết, thiết kế bố trí PCB, và tiến hành thi công,焊接 linh kiện trên bảng mạch in thực tế.

2.3. Phát triển phần mềm và giao diện giám sát

Thiết kế, thi công chương trình hệ thống và giao diện giám sát điều khiển là những khía cạnh quan trọng, cho phép người dùng theo dõi và điều chỉnh bộ điều khiển DC Link từ xa. Phần mềm được viết để lưu trữ dữ liệu, phát hiện sự cố, và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động.

III. Lịch trình thực hiện và Phương pháp Quản lý Dự án

Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp được lập chi tiết từ ngày 18/02/2019 đến 05/07/2019, với 20 tuần làm việc có kế hoạch rõ ràng. Mỗi tuần được phân công nhiệm vụ cụ thể, từ viết báo cáo đến thi công mô hình và chạy thử nghiệm hệ thống. Phương pháp quản lý này đảm bảo tiến độ công việc, chất lượng sản phẩm, và hiệu quả học tập. Sinh viên định kỳ gặp giáo viên hướng dẫn để xem xét, chỉnh sửa và nhận góp ý hoàn thiện từng chương. Cách tiếp cận này phản ánh các tiêu chuẩn quốc tế trong quản lý dự án kỹ thuật, giúp sinh viên chuẩn bị tốt cho sự nghiệp chuyên môn.

3.1. Phân chia công việc theo các tuần và giai đoạn

Lịch trình 20 tuần được chia thành các giai đoạn chính: giai đoạn lý thuyết (tuần 1-4), giai đoạn thiết kế (tuần 5-10), giai đoạn thi công thực tế (tuần 11-16), giai đoạn thử nghiệm (tuần 17-18), và giai đoạn hoàn thiện báo cáo (tuần 19-20). Mỗi tuần có mục tiêu rõ ràng, đảm bảo tiến độ và chất lượng công việc.

3.2. Vai trò của giáo viên hướng dẫn và cơ chế kiểm tra

TS. Quách Thanh Hải đóng vai trò giáo viên hướng dẫn chính, theo dõi tiến độ, cung cấp tư vấn kỹ thuật, và đánh giá kết quả từng chương. Cơ chế kiểm tra hàng tuần hoặc hai tuần giúp phát hiện và sửa chữa sai sót kịp thời, nâng cao chất lượng đồ án.

3.3. Các cột mốc quan trọng và sản phẩm đầu ra

Sản phẩm đầu ra của đồ án bao gồm: báo cáo viết hoàn chỉnh 6 chương, mô hình thực tế của bộ điều khiển DC Link, chương trình phần mềm, và kết quả thử nghiệm chi tiết. Mỗi sản phẩm được kiểm tra kỹ càng trước khi hoàn tất.

IV. Ý nghĩa và Ứng dụng Thực tiễn của Đồ án

Đồ án tốt nghiệp thiết kế bộ điều khiển DC Link không chỉ là công trình học tập mà còn có giá trị ứng dụng thực tiễn cao trong lĩnh vực năng lượng tái tạo. Giải pháp được phát triển có chi phí thấp hơn so với các sản phẩm hiện nay, đồng thời cung cấp khả năng giám sát và lưu trữ dữ liệu hiệu quả. Điều này mở ra những cơ hội triển khai hệ thống điện mặt trời rộng rãi tại Việt Nam, góp phần phát triển năng lượng sạch và bền vững. Sinh viên hoàn thành đồ án sẽ có nền tảng vững chắc để làm việc trong các công ty năng lượng tái tạo, viễn thông, hoặc điện tử công nghiệp. Đồng thời, kinh nghiệm này giúp họ phát triển các kỹ năng chuyên môn cần thiết cho sự nghiệp dài hạn.

4.1. Lợi ích kinh tế và môi trường của giải pháp

Bộ điều khiển DC Link tiết kiệm chi phí sản xuất và vận hành so với các giải pháp nhập khẩu đắt tiền, giúp giảm chi phí đầu tư cho các dự án điện mặt trời. Đồng thời, nó góp phần giảm phát thải carbon, hỗ trợ mục tiêu phát triển bền vững của Việt Nam theo Hiệp định Paris về biến đổi khí hậu.

4.2. Cơ hội nghề nghiệp cho sinh viên hoàn thành

Sinh viên tốt nghiệp với đồ án chất lượng cao được trang bị kỹ năng thiết kế mạch điện, lập trình nhúng, quản lý dự án kỹ thuật, và giám sát hệ thống. Những kỹ năng này rất được doanh nghiệp trong lĩnh vực điện tử công nghiệp, năng lượng tái tạo, và tự động hóa cần tìm kiếm.

4.3. Hướng phát triển và cải tiến trong tương lai

Đồ án hiện tại có thể được nâng cấp với các tính năng như quản lý pin năng lượng, tối ưu hóa MPPT, hoặc tích hợp AI cho dự báo năng lượng. Những hướng phát triển này mở ra cơ hội nghiên cứu cao hơn cho các sinh viên quan tâm đến năng lượng sạch.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN chuyên nghành điện, kinh tế, tài chính hoặc chuyên nghành tương tự và có thời gian làm việc trong lĩnh vực kinh doanh mua bán điện ít nhất 5 năm. Người trực tiếp vận hành phải được đào tạo chuyên nghành điện hoặc có giấy chứng nhận đào tạo về điện do cơ sở dạy nghề cấp, được đào tạo an toàn điện theo quy định. Có hệ thống hạ tầng công nghệ thông tin phù hợp với yêu cầu của thị trường điện lực.

Điều 31, Khoản 1 Nghị định quy định về điều kiện cấp giấy phép hoạt động phân phối điện như sau: Có trang thiết bị công nghệ, phương tiện phục vụ, nhà xưởng, công trình kiến trúc được xây dựng, lắp đặt, kiểm tra, nghiệm thu đạt yêu cầu theo quy định, đáp ứng các yêu cầu của công tác vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa lưới điện phân phối, các trạm biến áp và các thiết bị đồng bộ kèm theo; hệ thống phòng cháy và chữa cháy đảm bảo yêu cầu theo quy định. Điều 26 của Nghị định quy định về giá phát điện và giá bán buôn điện như sau: Giá phát điện và giá bán buôn điện theo hợp đồng mua bán điện có thời hạn do bên mua điện và bên bán điện thỏa thuận theo phương pháp do Bộ Công Thương hướng dẫn, nhưng không được vượt quá khung giá đã được cơ quan nhà nước có thẩm quyền phê duyệt.  Về thủ tục pháp lý: Để được cấp giấy phép trong lĩnh vực bán buôn điện, bán lẻ điện, theo Thông tư 36/2018/TT-BCT về “Quy định về trình tự, thủ tục cấp, thu hồi giấy phép hoạt động điện lực” tại Điều 9 quy định [4]: Văn bản đề nghị cấp giấy phép hoạt động điện lực theo Mẫu 01 quy định tại Phụ lục ban hành kèm theo của Thông tư này. Bản sao giấy chứng nhận đăng ký doanh nghiệp, quyết định thành lập hoặc giấy chứng nhận thành lập của tổ chức, cá nhân đề nghị cấp giấy phép.

Danh sách trích ngang người trực tiếp quản lý kinh doanh theo Mẫu 3b quy định tại Phụ lục ban hành kèm theo Thông tư này; bản sao bằng tốt nghiệp hoặc giấy chứng nhận tốt nghiệp, thẻ an toàn điện của người có tên trong danh sách. Theo số liệu thống kê từ năm 2005 – 2017 thì Việt Nam đã có 15 lần điều chỉnh giá điện để dần phản ánh đúng chi phí sản xuất điện [5]. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Hình 1.

Diễn biến giá điện bán lẻ tại Việt Nam giai đoạn 2005 - 2017.2, tốc độ tăng giá điện bán lẻ từ năm 2005 – 2017 tăng dần đều từ 800 VNĐ/kWh lên đến gần 1.600 VNĐ/kWh và có khả năng tăng trong các năm tiếp theo. Trong khi đó, việc đầu tư vào điện năng lượng mặt trời sẽ giúp tiết kiệm được số tiền phải đóng hàng tháng mà còn thu lại lợi nhuận, thời gian hòa vốn ngắn. Vì vậy, việc đầu tư vào hệ thống năng lượng mặt trời là rất cần thiết trong thời đại hiện nay. Hơn nữa, hiện nay Nhà nước còn rất khuyến khích các hộ dân, các doanh nghiệp đầu tư điện năng lượng mặt trời, vừa tiết kiệm được tài nguyên, tránh nguy cơ thiếu hụt điện phải nhập khẩu từ nước ngoài mà còn áp dụng được cho các hộ gia đình ở các vùng cao khi chưa có điện lưới.

Xu thế của phát triển năng lượng mặt trời trên toàn cầu đang chuyển dần sang phát triển các công nghệ năng lượng mặt trời, trong đó công nghệ điện pin mặt trời có vai trò quan trọng nhất. Do có tính cạnh tranh cao nên đến nay mặc dù một số nước đã giảm, hay thậm chí bỏ hẳn các chính sách hỗ trợ năng lượng mặt trời, nhưng công nghệ này vẫn không ngừng phát triển. Ngày 19/8/2016, Văn phòng Chính phủ thông báo ý kiến kết luận của Thủ tướng Chính phủ tại cuộc họp Thường trực Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện mặt trời tại Việt Nam. Thủ tướng Chính phủ đồng ý với đề xuất của Bộ Công Thương về việc ban hành cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án phát triển điện mặt trời tại Việt Nam.

Mục tiêu nhằm góp phần nâng công suất nguồn điện mặt trời từ mức không đáng kể như hiện nay lên khoảng 850 MW vào năm 2020, khoảng 4.000 MW vào năm 2025 và khoảng 12.000 MW đến BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 7 CHƯƠNG 1. Ngày 11/4/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg, cho phép các dự án điện mặt trời được miễn thuế nhập khẩu hàng hóa phục vụ sản xuất, được miễn giảm tiền sử dụng đất, thuê đất, thuê mặt nước và bên mua điện (EVN) có trách nhiệm mua toàn bộ sản lượng điện từ các dự án nối lưới, với giá 2. Trên thế giới, hiện nay điện năng lượng mặt trời đang được đầu tư và phát triển với tốc độ cao. Năm 2016, đã có 177GW công suất điện mặt trời được kết nối với lưới điện.

Năm nước sản xuất điện mặt trời nhiều nhất là: Đức 38,25GW; Trung Quốc 28,33GW; Nhật Bản 23,41GW; Ý 18,62GW và Mỹ 18,32GW. Trong đó, Mỹ là đất nước phát triển điện mặt trời khá muộn, nhưng tốc độ và bước đi rất ấn tượng. Chỉ trong vòng 4-5 năm gần đây, Mỹ đã vượt qua rất nhiều quốc gia về công suất điện mặt trời để có thể vươn lên vị trí top 5 thế giới. Đặc biệt, Mỹ đã xây dựng nhà máy điện mặt trời “khổng lồ” lớn nhất thế giới, đó là Nhà máy Điện mặt trời Ivanpah đưa vào vận hành năm 2013 với công suất đạt gần 400MW, góp phần quan trọng vào việc giảm phát thải khí nhà kính và tăng cường phát triển công nghiệp năng lượng xanh 5.

Từ đó có thể thấy, tốc độ phát triển điện năng lượng mặt trời trên thế giới vô cùng nhanh chóng. Nhìn về quá khứ, cách đây 15 năm, ngày 8/9/2004, Đức là đất nước đầu tiên đưa vào sử dụng nhà máy điện năng lượng mặt trời tại Espenhain, ngoại ô thành phố Leipzig được xem là lớn nhất thế giới vào thời điểm đó. Đến tháng 5/2012, Đức đã lập kỷ lục sản xuất điện mặt trời nhiều nhất thế giới với 22GW điện chỉ trong vài giờ đồng hồ, tương đương với lượng điện của 20 nhà máy điện hạt nhân. Từ khi mới khởi điểm điện năng lượng mặt trời sau bảy năm Đức phát triển đột biến, đây có thể là khởi điểm, là hướng đi và là động lực cho các nước khác phát triển điện năng lượng mặt trời.vn/d6/news/Nang-luong-mat-troi-Huong-phat-trien-moi-tai-Viet-Nam-141- 17-19263.aspx 5 https://solarpower.vn/top-10-quoc-gia-dan-dau-ve-nang-luong-mat-troi/ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 8 CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN Hình 1. Nhà máy điện tái tạo cỡ lớn tại Hami, Xinjiang Uighur, Trung Quốc. “Thành Phố Mặt Trời” ở Ota, Nhật Bản. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 9 CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN Hình 1. Hệ thống pin quang điện tại Castelbuono, Italy. Ở Việt Nam, tiềm năng phát triển điện năng lượng mặt trời rất lớn, mật độ năng 2 lượng mặt trời trung bình khoảng 4,3 kWh/m , số ngày nắng nóng trung bình khoảng 2. Ngày 29/8/2015, dự án Nhà máy quang điện mặt trời Thiên Tân do Công ty Cổ phần Đầu tư và Xây dựng Thiên Tân làm chủ đầu tư đã chính thức được khởi công xây dựng, nhà máy có công suất 19,2MW với tổng mức đầu tư 800 tỉ đồng, được xây dựng trên diện tích 24 ha tại thôn Đạm Thủy, xã Đức Minh, huyện Mộ Đức, tỉnh Quảng Ngãi bằng nguồn vốn vay trong nước và nước ngoài 6.

Đây là dự án xây dựng nhà máy điện mặt trời đầu tiên tại Việt Nam. Tiếp theo đó, trong vòng ba tháng đầu năm 2018, hai dự án điện mặt trời với quy mô lớn được khởi công tại Ninh Thuận đó là: nhà máy điện mặt trời BIM 1, khởi công ngày 23/01/2018, lắp đặt 90.000 tấm pin năng lượng mặt trời trên diện tích 35 ha, hằng năm sẽ sản xuất ra 50 triệu kWh điện; nhà máy điện mặt trời Hồ Bầu Ngứ, được khởi công ngày 31/03, lắp đặt 162.000 tấm pin mặt trời trên diện tích 75 ha, sẽ sản xuất 100 triệu kWh khi hòa vào lưới điện quốc gia 7.vn/kham-pha/co-toi-2-nha-may-dien-mat-troi-cua-viet-nam-dang-duoc-xay-dung-su- lua-chon-hoan-hao- chn 7 http://vi.fr/viet-nam/20180516-tiem-nang-phat-trien-nang-luong-mat-troi-tai-viet-nam BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 10 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Và gần đây, cụm nhà máy điện mặt trời Srêpôk 1 - Quang Minh do Công ty cổ phần đầu tư và phát triển Đại Hải và Công ty cổ phần điện mặt trời Srêpôk đã được khởi công vào ngày 19/10/2018 và đến ngày 31/1/2019 đã đưa vào vận hành thương mại. Đây là dự án điện năng lượng mặt trời đầu tiên tại Đắk Lắk được khánh thành và là nhà máy có công suất lớn nhất Việt Nam hiện nay với hơn 151.500 tấm pin loại 330w/tấm trên diện tích 120 ha tại thôn 9, xã Ea Wer, huyện Buôn Đôn, tỉnh Đắk Lắk với tổng mức đầu tư hơn 2.

Nhìn chung, điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam đang trên đà phát triển, hứa hẹn sẽ khởi sắc và rầm rộ hơn trong những năm tiếp theo. Bức xạ mặt trời là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng tại Việt Nam. Trung 2 bình, tổng bức xạ năng lượng mặt trời ở Việt Nam vào khoảng 5kW/h/m /ngày 2 ở các tỉnh miền Trung và miền Nam, và vào khoảng 4kW/h/m /ngày ở các tỉnh miền Bắc. Các tỉnh ở phía Bắc (từ Thừa Thiên – Huế trở ra) bình quân trong năm có khoảng 1800 – 2000 giờ nắng, trong đó các tỉnh Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La, Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh) được xem là các vùng có nắng nhiều.

Các tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào) bình quân có khoảng 2000 - 2600 giờ nắng, lượng bức xạ mặt trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc, ở vùng này mặt trời chiếu thường xuyên quanh năm kể cả vào mùa mưa. Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam. Vùng Giờ nắng trong Cường độ bức xạ mặt Ứng dụng năm trời (kWh/m2, ngày) Đông Bắc 1600 – 1750 3,3 - 4,1 Trung bình Tây Bắc 1750 – 1800 4,1 – 4,9 Trung bình Bắc Trung Bộ 1700 – 2000 4,6 – 5,2 Tốt Tây Nguyên và Nam 2000 – 2600 4,9 – 5,7 Rất tốt Trung Bộ Nam Bộ 2200 – 2500 4,3 – 4,9 Rất tốt Trung bình cả nước 1700 - 2500 4,6 Tốt 8 http://nangluongvietnam.vn/news/vn/dien-hat-nhan-nang-luong-tai-tao/khanh-thanh-cum-nha- may-dien-mat-troi-srepok-1-va-quang-minh.html BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 11 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Từ bảng 1.2, đối với vùng Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh….

có năng lượng mặt trời khá lớn. Số giờ nắng trung bình cả năm trong khoảng 1700 đến 2000 giờ. Như vậy, các tỉnh thành ở Bắc Trung Bộ có thể sử dụng năng lượng mặt trời hiệu quả.