Luận Văn Thạc Sĩ Kỹ Thuật Điện: Điều Khiển Và Quản Lý Năng Lượng Hệ Thống DC Microgrid Công Suất Nhỏ Hoạt Động Độc Lập

• Tác giả: Võ Minh Tài
• Người hướng dẫn: PGS.TS Phan Quốc Dũng
• Trường học: Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Điều khiển và quản lý năng lượng hệ thống DC microgrid công suất nhỏ hoạt động độc lập
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2. Nhu cầu sử dụng năng lượng. Tình hình tài nguyên phục vụ cung cấp điện và nhu cầu tiêu thụ điện
• 1.3. Tiềm năng của năng lượng tái tạo
• 1.4. Các vấn đề cần giải quyết
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG MICROGRID
• 2.1. Khái quát hệ thống microgrid. Cấu trúc hệ thống Microgrid. Vận hành hệ thống Microgrid
• 2.2. Thành phần hệ thống microgrid
• 2.3. Tải tiêu thụ
• 2.4. Hệ thống PV
• 2.4.1. Khái quát hệ thống PV
• 2.4.2. Mô hình toán hệ thống PV
• 2.5. Hệ thống WES
• 2.5.1. Khái quát hệ thống WES
• 2.5.2. Mô hình hệ thống WES
• 2.5.3. Mô hình toán PMSG
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN VÀ QUẢN LÝ NĂNG LƯỢNG
• 3.1. Điều khiển hệ thống Microgrid. Điều khiển các nguồn phát tập trung
• 3.2. Kỹ thuật MPPT hệ thống PV
• 3.3. Bộ biến đổi DC-DC hạ áp dạng Buck
• 3.4. Bộ biến đổi DC-DC nâng áp dạng Push-pull
• 3.5. Nguyên lý hoạt động của bộ Push-Pull
• 3.6. Bộ điều khiển cho Push-pull converter
• 3.7. Điều khiển bộ nghịch lưu cấp nguồn tải
• 3.8. Cấu trúc bộ nghịch lưu Diode kẹp NPC
• 3.9. Phương pháp điều chế vector không gian – SVM
• 3.10. Điều khiển inverter ở chế độ độc lập
• 3.11. Điều khiển hệ thống trường hợp hệ thống không cân bằng
• 3.12. Khái quát lọc công suất tích cực
• 3.13. Phương pháp điều khiển
• 3.14. Quản lý năng lượng
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG MICROGRID
• 4.1. Mô phỏng thành phần hệ thống microgrid
• 4.2. Thông số thời tiết
• 4.3. Mô phỏng hệ thống PV
• 4.4. Mô phỏng hệ thống WES
• 4.5. Mô phỏng các thành phần điều khiển
• 4.6. Bộ điều khiển MPPT
• 4.7. Bộ biến đổi DC/DC hạ áp
• 4.8. Bộ biến đổi DC/DC nâng áp dạng Push-pull
• 4.9. Bộ biến đổi nghịch lưu
• 4.10. Bộ lọc công suất tích cực
• 4.11. Mô phỏng điều khiển và quản lý hệ thống microgrid
• 4.12. Mô phỏng các chế độ vận hành
• 4.12.1. Chế độ vận hành khi máy phát cung cấp năng lượng
• 4.12.2. Chế độ vận hành khi ắc quy phóng điện
• 4.12.3. Chế độ vận hành PV và WES nạp điện ắc quy
• 4.12.4. Chế độ vận hành khi ắc quy nạp đầy và nguồn năng lượng tái tạo phát
• 4.13. Mô phỏng theo thời gian
• 4.14. Kết quả đạt được
• 5. CHƯƠNG 5: ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc điều khiển và quản lý năng lượng trong hệ thống DC microgrid công suất nhỏ. Với sự gia tăng nhu cầu năng lượng và sự suy giảm của các nguồn năng lượng hóa thạch, việc nghiên cứu và ứng dụng các hệ thống năng lượng tái tạo trở nên cấp thiết. Microgrid công suất nhỏ là một giải pháp hiệu quả để tận dụng các nguồn năng lượng phân tán như năng lượng mặt trời và gió. Luận văn này nhằm mô phỏng và phân tích hoạt động của hệ thống DC microgrid trong điều kiện độc lập, đặc biệt là tại tòa nhà B1 của Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM.

1.1. Nhu cầu năng lượng và thách thức

Nhu cầu năng lượng tại Việt Nam đang tăng trưởng mạnh, đặc biệt là trong các lĩnh vực công nghiệp và dân sinh. Tuy nhiên, việc phụ thuộc vào nhiệt điện than đang gây ra nhiều vấn đề về môi trường và an ninh năng lượng. Hệ thống năng lượng phân tán như microgrid được xem là giải pháp thay thế hiệu quả, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào năng lượng hóa thạch và tăng cường sử dụng năng lượng tái tạo.

1.2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng các mô hình toán học và giải thuật điều khiển để mô phỏng hoạt động của hệ thống DC microgrid. Qua đó, nghiên cứu đánh giá hiệu quả của các giải pháp quản lý năng lượng và điều khiển hệ thống trước khi triển khai thực tế.

II. Tổng quan về hệ thống microgrid

Hệ thống microgrid là một mạng lưới điện nhỏ, có khả năng hoạt động độc lập hoặc kết nối với lưới điện chính. Nó bao gồm các nguồn năng lượng phân tán như hệ thống năng lượng mặt trời (PV) và hệ thống năng lượng gió (WES), cùng với các thiết bị lưu trữ và điều khiển. Hệ thống DC microgrid được chọn nghiên cứu do tính hiệu quả trong việc tích hợp các nguồn năng lượng tái tạo và khả năng hoạt động độc lập.

2.1. Cấu trúc hệ thống microgrid

Hệ thống microgrid bao gồm các thành phần chính như nguồn phát, hệ thống lưu trữ, tải tiêu thụ và các bộ điều khiển. Hệ thống DC microgrid sử dụng các bộ biến đổi DC/DC và DC/AC để điều chỉnh công suất và đảm bảo sự ổn định của hệ thống.

2.2. Vận hành hệ thống microgrid

Việc vận hành hệ thống microgrid đòi hỏi các giải thuật điều khiển công suất và quản lý năng lượng hiệu quả. Các giải thuật như MPPT (Maximum Power Point Tracking) được sử dụng để tối ưu hóa công suất đầu ra từ các nguồn năng lượng tái tạo.

III. Điều khiển và quản lý năng lượng

Luận văn tập trung vào việc phát triển các giải thuật điều khiển hệ thống DC và quản lý năng lượng để đảm bảo sự ổn định và hiệu quả của hệ thống microgrid. Các giải thuật được mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink để đánh giá hiệu quả trước khi triển khai thực tế.

3.1. Điều khiển các bộ biến đổi

Các bộ biến đổi DC/DC và DC/AC được sử dụng để điều chỉnh công suất và điện áp trong hệ thống DC microgrid. Các giải thuật điều khiển như PI (Proportional Integral) và SVM (Space Vector Modulation) được áp dụng để đảm bảo hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.

3.2. Quản lý năng lượng phân tán

Giải thuật quản lý năng lượng được thiết kế để tối ưu hóa việc sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo và bảo vệ hệ thống lưu trữ. Các giải thuật này giúp đảm bảo cung cấp điện liên tục và ổn định cho các phụ tải.

IV. Mô phỏng và kết quả

Luận văn tiến hành mô phỏng hệ thống DC microgrid với các thông số thực tế. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các giải thuật điều khiển và quản lý năng lượng trong việc duy trì sự ổn định và hiệu suất của hệ thống.

4.1. Mô phỏng hệ thống PV và WES

Các mô hình mô phỏng hệ thống năng lượng mặt trời và hệ thống năng lượng gió được xây dựng để đánh giá hiệu suất và khả năng tích hợp vào hệ thống DC microgrid.

4.2. Đánh giá hiệu quả quản lý năng lượng

Kết quả mô phỏng cho thấy các giải thuật quản lý năng lượng giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo và đảm bảo cung cấp điện liên tục cho các phụ tải.

V. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã thành công trong việc mô phỏng và phân tích hệ thống DC microgrid công suất nhỏ. Các giải thuật điều khiển và quản lý năng lượng được đề xuất đã chứng minh hiệu quả trong việc duy trì sự ổn định và hiệu suất của hệ thống. Hướng phát triển tiếp theo là triển khai thực tế và mở rộng nghiên cứu cho các hệ thống microgrid quy mô lớn hơn.

5.1. Đóng góp của luận văn

Luận văn đã cung cấp các giải pháp hiệu quả cho việc điều khiển và quản lý năng lượng trong hệ thống DC microgrid, góp phần thúc đẩy việc ứng dụng các nguồn năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

5.2. Hướng phát triển tương lai

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tích hợp các công nghệ mới như AI và IoT để nâng cao hiệu quả của hệ thống microgrid và mở rộng quy mô ứng dụng.