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.
