Luận văn thạc sĩ HCMUTE: Nghiên cứu bộ nghịch lưu 3p2lqsb cho hệ thống phát điện

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hcmute nghiên cứu bộ nghịch lưu 3p2lqsb cho hệ thống phát điện, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực kỹ

• Tác giả: Nguyễn Hùng
• Người hướng dẫn: TS. Quách Thanh Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện
• Đề tài: Nghiên Cứu Bộ Nghịch Lưu 3P2LQSB Cho Hệ Thống Phát Điện
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
• 1.2. CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CÓ LIÊN QUAN ĐẾN ĐỀ TÀI
• 1.3. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
• 1.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ NGHỊCH LƯU NGUỒN Z
• 3. CHƯƠNG 3: NGHỊCH LƯU NGUỒN Z TỰA KHÓA
• 3.1. NGHỊCH LƯU NGUỒN Z CƠ BẢN
• 3.2. THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG NGHỊCH LƯU NGUỒN Z
• 3.3. NGHỊCH LƯU NGUỒN Z TỰA KHÓA CƠ BẢN
• 3.4. ĐỒNG BỘ & ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT
• 3.5. NGHỊCH LƯU HÒA LƯỚI NGUỒN ÁP
• 3.6. ĐIỀU KHIỂN PQ
• 4. CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN CHẾ ĐỘ ÁP VÀ DÒNG
• 4.1. BỘ ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT THỰC / CÔNG SUẤT PHẢN KHÁNG DẠNG ĐIỀU KHIỂN DÒNG
• 4.2. PHÁT HIỆN GÓC PHA TRÊN KHUNG THAM CHIẾU ĐỒNG BỘ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. MÔ HÌNH PSIM
• 5.2. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG LÀM VIỆC TIẾP THEO
• 6.1. HƯỚNG LÀM VIỆC TIẾP THEO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Đề tài 'Nghiên cứu bộ nghịch lưu 3p2lqsb cho hệ thống phát điện tại HCMUTE' tập trung vào việc phát triển và ứng dụng bộ nghịch lưu trong hệ thống phát điện. Sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch và nhu cầu ngày càng cao về năng lượng tái tạo đã thúc đẩy nghiên cứu về công nghệ năng lượng. Đặc biệt, nghịch lưu nguồn Z (ZSI) đã được chứng minh là một giải pháp hiệu quả cho việc chuyển đổi năng lượng từ các nguồn như năng lượng mặt trời. Nghiên cứu này không chỉ nhằm cải thiện hiệu suất của hệ thống mà còn đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của nguồn điện đầu ra.

1.1. Lý do chọn đề tài

Nhu cầu sử dụng điện ngày càng tăng trong xã hội hiện đại đã dẫn đến việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế. Hệ thống điện truyền thống gặp nhiều khó khăn trong việc đáp ứng nhu cầu này. Việc sử dụng năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng mặt trời, đã trở thành một xu hướng tất yếu. Bộ nghịch lưu là thiết bị quan trọng trong việc kết nối các nguồn năng lượng tái tạo với lưới điện, giúp chuyển đổi năng lượng DC từ các tấm pin mặt trời thành năng lượng AC sử dụng được. Nghiên cứu này nhằm phát triển một mô hình nghịch lưu 3p2lqsb có khả năng hoạt động hiệu quả trong các điều kiện khác nhau.

II. Tổng quan về hệ thống điện mặt trời và nghịch lưu nguồn Z

Hệ thống điện mặt trời ngày càng trở nên phổ biến nhờ vào những lợi ích mà nó mang lại. Nghịch lưu nguồn Z là một trong những công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực này. Nó cho phép chuyển đổi năng lượng từ các tấm pin mặt trời một cách hiệu quả hơn so với các công nghệ truyền thống. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng nghịch lưu nguồn Z có khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện tải khác nhau, đồng thời giảm thiểu độ méo hài trong tín hiệu đầu ra. Điều này rất quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho lưới điện. Việc áp dụng công nghệ năng lượng này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

2.1. Nguyên lý hoạt động của nghịch lưu nguồn Z

Nghịch lưu nguồn Z hoạt động dựa trên nguyên lý sử dụng một cấu trúc mạch đặc biệt cho phép tăng điện áp đầu ra mà không cần sử dụng biến áp. Cấu trúc này giúp giảm thiểu tổn thất năng lượng và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nghịch lưu 3p2lqsb có thể đạt được hiệu suất cao hơn 95% trong nhiều điều kiện hoạt động khác nhau. Điều này cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ này trong việc phát triển các hệ thống phát điện hiện đại.

III. Kỹ thuật hòa lưới của inverter

Kỹ thuật hòa lưới là một phần quan trọng trong việc kết nối bộ nghịch lưu với lưới điện. Việc đảm bảo rằng năng lượng được cung cấp từ các nguồn tái tạo có thể hòa vào lưới một cách an toàn và hiệu quả là rất cần thiết. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến có thể giúp tối ưu hóa quá trình hòa lưới, giảm thiểu rủi ro và đảm bảo tính ổn định của hệ thống. Các giải pháp như điều khiển theo chế độ dòng và chế độ áp đã được áp dụng để cải thiện hiệu suất của hệ thống điện.

3.1. Các phương pháp điều khiển hòa lưới

Có nhiều phương pháp điều khiển khác nhau được áp dụng trong kỹ thuật hòa lưới. Một trong những phương pháp phổ biến là điều khiển theo chế độ dòng, giúp duy trì dòng điện đầu ra ổn định và giảm thiểu độ méo hài. Ngoài ra, điều khiển theo chế độ áp cũng được sử dụng để đảm bảo rằng điện áp đầu ra luôn nằm trong giới hạn cho phép. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn đảm bảo an toàn cho hệ thống.

IV. Kết quả mô phỏng và phân tích

Mô phỏng là một công cụ quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất của bộ nghịch lưu. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng nghịch lưu 3p2lqsb có khả năng hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau. Đặc biệt, các thông số như điện áp đầu ra, dòng điện và hiệu suất tổng thể đều đạt được các giá trị mong muốn. Việc phân tích các kết quả này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống và đưa ra các giải pháp cải tiến.

4.1. Phân tích hiệu suất

Phân tích hiệu suất của nghịch lưu nguồn Z cho thấy rằng nó có thể đạt được hiệu suất cao trong nhiều điều kiện hoạt động khác nhau. Các thông số như điện áp đầu ra và dòng điện đều nằm trong giới hạn cho phép, cho thấy tính ổn định của hệ thống. Việc sử dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến cũng giúp cải thiện hiệu suất tổng thể, giảm thiểu tổn thất năng lượng và đảm bảo chất lượng điện năng cung cấp cho lưới điện.

V. Kết luận và hướng phát triển

Nghiên cứu về bộ nghịch lưu 3p2lqsb cho hệ thống phát điện tại HCMUTE đã chỉ ra rằng công nghệ này có tiềm năng lớn trong việc phát triển các hệ thống năng lượng tái tạo. Việc áp dụng công nghệ năng lượng này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các thuật toán điều khiển và mở rộng ứng dụng của công nghệ này trong các lĩnh vực khác nhau.

5.1. Hướng phát triển tiếp theo

Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu này có thể bao gồm việc áp dụng các công nghệ mới trong lĩnh vực điện năng và mở rộng ứng dụng của nghịch lưu nguồn Z trong các hệ thống năng lượng khác. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp tối ưu hóa sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống, đồng thời giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh xã hội hiện đại, nhu cầu sử dụng điện năng ngày càng tăng cao trong các lĩnh vực như vận chuyển, sản xuất, chiếu sáng và thiết bị điện tử tiêu dùng. Theo ước tính, sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch và nhận thức về tác động môi trường đã thúc đẩy ngành năng lượng chuyển hướng sang sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời và gió. Tại Việt Nam, kể từ khi chính phủ ban hành Thông tư về giá mua điện mặt trời vào tháng 9 năm 2017, công suất điện mặt trời hòa lưới đã đạt hàng ngàn MW, góp phần quan trọng vào lưới điện quốc gia.

Luận văn tập trung nghiên cứu bộ nghịch lưu 3 pha dạng nguồn quazi-Z tựa khóa (3p2lqZSI) ứng dụng trong hệ thống phát điện mặt trời nối lưới. Bộ nghịch lưu nguồn Z (ZSI) là một cấu hình biến đổi điện tử công suất có khả năng tăng và giảm điện áp đầu ra, phù hợp với các hệ thống năng lượng tái tạo có điện áp đầu vào biến đổi lớn. Mục tiêu nghiên cứu là phát triển mô hình điện tử công suất cho các mô-đun pin mặt trời (PV), xây dựng giải thuật điều khiển bộ nghịch lưu 3p2lqZSI nhằm đảm bảo nguồn điện đầu ra lưới ổn định, hiệu quả và đạt công suất tối đa từ mảng PV. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2018-2020 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh, với phạm vi tập trung vào kỹ thuật điện và điện tử công suất trong hệ thống phát điện mặt trời.

Việc ứng dụng bộ nghịch lưu 3p2lqZSI không chỉ nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng mà còn góp phần giảm chi phí và tăng độ tin cậy cho hệ thống phát điện mặt trời, đồng thời hỗ trợ phát triển lưới điện thông minh và các hệ thống microgrid phân tán.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Lý thuyết điện tử công suất: Nghiên cứu các cấu trúc nghịch lưu, đặc biệt là nghịch lưu nguồn Z (ZSI) và biến thể quazi-Z tựa khóa (qZSI), với khả năng tăng áp và giảm áp trong một tầng chuyển đổi duy nhất. Các đặc tính như shoot-through, điều chế độ rộng xung (PWM), và các phương pháp điều khiển như điều khiển trượt (SMC) được áp dụng để tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định.

• Mô hình toán học tấm pin mặt trời: Sử dụng sơ đồ tương đương nguồn dòng với điện trở nội Rs, Rsh và các tham số vật lý như dòng quang điện, dòng bão hòa, nhiệt độ và bức xạ mặt trời để mô phỏng đặc tuyến I-V, P-V của tấm pin. Mô hình này giúp xác định điểm công suất cực đại (MPP) và hỗ trợ thuật toán điều khiển MPPT.

• Mô hình điều khiển công suất hòa lưới: Áp dụng kỹ thuật điều khiển công suất thực (P) và công suất phản kháng (Q) theo hệ tọa độ dq, kết hợp bộ điều khiển pha khóa (PLL) để đồng bộ hóa nghịch lưu với lưới điện ba pha, đảm bảo hoạt động ở hệ số công suất gần đơn vị và ổn định điện áp đầu ra.

Các khái niệm chính bao gồm: shoot-through trong nghịch lưu nguồn Z, chỉ số điều chế (modulation index), kỹ thuật điều chế vector không gian (SVPWM), và các trạng thái chuyển mạch của nghịch lưu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp lý thuyết, mô phỏng và phân tích thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ các công trình nghiên cứu uy tín trên các tạp chí quốc tế như IEEE, Springer, cùng với dữ liệu thực nghiệm và mô phỏng trên phần mềm PSIM.

• Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình toán học của tấm pin mặt trời và bộ nghịch lưu 3p2lqZSI, phát triển giải thuật điều khiển MBPWM (Modulation Based PWM) và các phương pháp điều khiển shoot-through như SBC, MBC, MCBC để tối ưu hóa hiệu suất và giảm gợn dòng.

• Cỡ mẫu và timeline: Mô phỏng được thực hiện trên hệ thống nghịch lưu với các thông số cụ thể như điện áp đầu vào 150 V, cuộn cảm 20 mH, tụ điện 100 µF, tần số chuyển mạch 5 kHz, trong khoảng thời gian nghiên cứu từ 2018 đến 2020.

• Kiểm chứng: Kết quả mô phỏng được so sánh với các nghiên cứu trước và đánh giá qua các chỉ số như điện áp RMS, dòng điện, THD (độ méo hài tổng), và hiệu suất chuyển đổi.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính khoa học, khả thi và ứng dụng thực tiễn trong hệ thống phát điện mặt trời nối lưới.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả chuyển đổi của nghịch lưu 3p2lqZSI: Kết quả mô phỏng trên PSIM cho thấy điện áp đỉnh đầu ra đạt khoảng 450 V với dạng sóng điện áp và dòng điện tải gần dạng sin chuẩn, đảm bảo chất lượng điện năng cao. Điện áp RMS pha đầu ra đạt giá trị ổn định, phù hợp với yêu cầu hòa lưới.

2. Giải thuật điều khiển MBPWM và shoot-through: Phương pháp điều khiển MCBC giúp duy trì mức tăng điện áp tối đa mà không gây ra gợn điện áp tần số thấp, giảm ứng suất điện áp trên các thiết bị chuyển mạch. So với SBC và MBC, MCBC giảm thiểu gợn dòng và tăng độ bền thiết bị.

3. Khả năng mở rộng chỉ số điều chế: Nghiên cứu mở rộng chỉ số điều chế cho nghịch lưu nguồn Z tựa khóa, giúp tăng biên độ điện áp đầu ra mà không làm tăng tổn hao hoặc giảm độ ổn định hệ thống.

4. Đồng bộ và điều khiển công suất hòa lưới: Bộ điều khiển công suất thực và phản kháng theo hệ tọa độ dq kết hợp bộ PLL hoạt động hiệu quả, đảm bảo nghịch lưu đồng bộ chính xác với lưới điện ba pha, duy trì hệ số công suất gần đơn vị và đáp ứng nhanh các biến đổi tải.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả tích cực là do cấu trúc nghịch lưu 3p2lqZSI tận dụng trạng thái shoot-through để tăng điện áp đầu ra trong khi giảm ứng suất trên thiết bị, đồng thời giải thuật điều khiển MCBC tối ưu hóa việc phân phối trạng thái chuyển mạch, giảm gợn dòng và tăng độ tin cậy. So với các nghiên cứu trước, kết quả này cải thiện đáng kể hiệu suất và độ bền của nghịch lưu nguồn Z.

Việc mô phỏng dạng sóng điện áp và dòng điện qua các biểu đồ dạng sóng và phân tích FFT cho thấy THD được giảm xuống mức thấp, phù hợp với tiêu chuẩn chất lượng điện năng. Bảng so sánh các phương pháp điều khiển cũng minh chứng ưu điểm vượt trội của MCBC trong việc cân bằng giữa hiệu suất và độ ổn định.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp một giải pháp nghịch lưu hiệu quả, phù hợp với các hệ thống phát điện mặt trời nối lưới hiện đại, góp phần nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng tái tạo và hỗ trợ phát triển lưới điện thông minh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thực nghiệm bộ nghịch lưu 3p2lqZSI: Thực hiện xây dựng mô hình thực tế để kiểm chứng các kết quả mô phỏng, đánh giá hiệu suất và độ bền thiết bị trong điều kiện vận hành thực tế. Thời gian đề xuất: 6-12 tháng. Chủ thể: các phòng thí nghiệm nghiên cứu và doanh nghiệp công nghệ điện tử công suất.

2. Phát triển giải thuật điều khiển nâng cao: Nghiên cứu và áp dụng các thuật toán điều khiển thích nghi hoặc điều khiển trượt (SMC) để tăng khả năng chống nhiễu và đáp ứng nhanh với biến đổi tải và môi trường. Mục tiêu giảm THD dưới 5%. Thời gian: 12 tháng. Chủ thể: nhóm nghiên cứu và kỹ sư phát triển phần mềm điều khiển.

3. Tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS): Kết hợp bộ nghịch lưu với các hệ thống pin lưu trữ để tăng tính linh hoạt và ổn định cho hệ thống phát điện mặt trời, đặc biệt trong các hệ thống microgrid. Thời gian: 18 tháng. Chủ thể: doanh nghiệp năng lượng tái tạo và viện nghiên cứu.

4. Nâng cao khả năng mở rộng và ứng dụng trong lưới điện thông minh: Phát triển các giải pháp điều khiển phân tán, hỗ trợ kết nối nhiều nguồn năng lượng tái tạo và quản lý công suất phản kháng hiệu quả. Mục tiêu tăng khả năng hòa lưới và giảm tổn thất điện năng. Thời gian: 24 tháng. Chủ thể: các tổ chức quản lý lưới điện và nhà sản xuất thiết bị.

Các đề xuất trên nhằm thúc đẩy ứng dụng thực tiễn và nâng cao hiệu quả của bộ nghịch lưu 3p2lqZSI trong hệ thống phát điện mặt trời hiện đại.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành kỹ thuật điện, điện tử công suất: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về nghịch lưu nguồn Z, mô hình toán học tấm pin mặt trời và kỹ thuật điều khiển hiện đại, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển đề tài liên quan.

2. Kỹ sư thiết kế và phát triển hệ thống năng lượng tái tạo: Tham khảo để áp dụng các giải pháp nghịch lưu 3p2lqZSI trong thiết kế bộ biến tần mặt trời, nâng cao hiệu suất và độ tin cậy hệ thống.

3. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện tử công suất và biến tần: Nghiên cứu các cấu trúc nghịch lưu mới, giải thuật điều khiển tối ưu để cải tiến sản phẩm, giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh trên thị trường.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách năng lượng: Hiểu rõ các công nghệ biến đổi điện năng hiện đại, hỗ trợ xây dựng chính sách phát triển năng lượng tái tạo và lưới điện thông minh phù hợp với xu hướng toàn cầu.

Việc tham khảo luận văn giúp các đối tượng trên nâng cao năng lực chuyên môn, cập nhật công nghệ mới và áp dụng hiệu quả trong thực tiễn.

Câu hỏi thường gặp

1. Bộ nghịch lưu nguồn Z là gì và ưu điểm chính của nó?
   Bộ nghịch lưu nguồn Z (ZSI) là một loại biến đổi điện tử công suất có khả năng tăng và giảm điện áp đầu ra trong một tầng chuyển đổi duy nhất. Ưu điểm chính là phạm vi điện áp đầu vào rộng, không cần giai đoạn xử lý năng lượng bổ sung, giảm sóng hài và không yêu cầu thời gian chết (dead time), giúp tăng độ tin cậy và hiệu suất.

2. Tại sao sử dụng nghịch lưu nguồn Z tựa khóa (quasi-ZSI)?
   Nghịch lưu nguồn Z tựa khóa giảm ứng suất điện áp trên các thành phần, cải thiện độ bền thiết bị và giảm tổn hao. Nó cũng cho phép mở rộng chỉ số điều chế, tăng biên độ điện áp đầu ra mà không làm giảm độ ổn định, phù hợp với các ứng dụng biến đổi điện năng trong hệ thống năng lượng tái tạo.

3. Giải thuật điều khiển MCBC có điểm gì nổi bật?
   MCBC (Maximum Constant Boost Control) đạt được mức tăng điện áp tối đa ở bất kỳ chỉ số điều chế nào mà không gây ra gợn điện áp tần số thấp, giảm thiểu ứng suất điện áp trên thiết bị và giảm gợn dòng điện. Điều này giúp nâng cao hiệu suất và độ bền của nghịch lưu.

4. Điều kiện môi trường ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất tấm pin mặt trời?
   Hiệu suất tấm pin mặt trời phụ thuộc nhiều vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường. Bức xạ tăng làm tăng dòng quang điện, trong khi nhiệt độ ảnh hưởng đến điện áp hở mạch. Sự biến đổi nhanh của các yếu tố này đòi hỏi hệ thống MPPT để duy trì điểm công suất cực đại và giảm tổn thất công suất.

5. Làm thế nào để nghịch lưu 3p2lqZSI hòa lưới hiệu quả?
   Bộ điều khiển công suất thực và phản kháng theo hệ tọa độ dq kết hợp bộ PLL giúp đồng bộ nghịch lưu với điện áp lưới ba pha, duy trì hệ số công suất gần đơn vị và đáp ứng nhanh các biến đổi tải. Giải thuật điều khiển đảm bảo điện áp và dòng điện đầu ra ổn định, giảm sóng hài và tăng độ tin cậy.

Kết luận

• Nghiên cứu đã phát triển thành công mô hình và giải thuật điều khiển cho bộ nghịch lưu 3 pha nguồn quazi-Z tựa khóa, phù hợp cho hệ thống phát điện mặt trời nối lưới.
• Giải thuật MCBC được chứng minh hiệu quả trong việc tăng điện áp đầu ra tối đa, giảm gợn dòng và ứng suất điện áp trên thiết bị.
• Mô phỏng trên PSIM cho thấy dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra đạt chuẩn sin, với điện áp đỉnh khoảng 450 V và THD thấp.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống phát điện mặt trời, hỗ trợ phát triển lưới điện thông minh và microgrid.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực nghiệm, phát triển giải thuật điều khiển nâng cao và tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng để ứng dụng rộng rãi trong thực tế.

Để tiếp tục phát triển công nghệ này, các nhà nghiên cứu và kỹ sư được khuyến khích áp dụng các giải pháp đề xuất, đồng thời phối hợp với các đơn vị sản xuất và quản lý lưới điện nhằm thúc đẩy ứng dụng năng lượng tái tạo hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 đổi. Kết quả thực nghiệm đã được trình bày để xác minh phân tích lý thuyết của giải thuật đề xuất. Phân bố xung kích nghịch lưu nguồn Z theo nghiên cứu [2] ✓ “Switched-Boost Modified Z-Source Inverter Topologies with Improved Voltage Gain Capability”, Anish Ahmad, Vinod Kumar Bussa, R. Mahanty, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, Volume: 6, Issue: 4, Dec.

Bài báo trình bày các cấu trúc nghịch lưu nguồn Z tang áp ba pha (ZSI) với khả năng tang áp được cải thiện (hình 1. Trong các cấu trúc ZSI được đề HVTH: Nguyễn Hùng Trang 6 GVHD: TS. Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 1 xuất, mức tăng điện áp được tăng lên đáng kể bằng cách thêm một công tắc phụ và một diode mà không sử dụng các thành phần thụ động bổ sung. Khái niệm này được áp dụng cho ZSI truyền thống, ZSI dòng đầu vào không liên tục (qZSI) và qZSI dòng đầu vào liên tục dẫn đến ba cấu trúc liên kết nghịch lưu mới; ZSI chuyển đổi tăng cường (SB-ZSI), dòng điện đầu vào không liên tục qZSI (DC-qZSI) và dòng điện đầu vào liên tục qZSI (CC-qZSI).

Tác giả đã phân tích nguyên lý hoạt động, phân tích trạng thái ổn định, khả năng tăng điện áp, đáp ứng điện áp, đáp ứng dòng điện, phân tích năng lượng dự trữ, tổn hao, độ méo hài tổng THD và phân tích hiệu quả được thực hiện để làm nổi bật các ưu điểm của nghịch lưu được đề xuất so với các ZSI thông thường khác. Cuối cùng, tác giả kiểm chứng giải thuật bằng thực nghiệm và mô phỏng. Cấu trúc nghịch lưu nguồn Z cải tiến nghiên cứu [3] ✓ “Sliding Mode Control of Single-Phase GridConnected Quasi-Z-Source Inverter”, Umesh K. Jaya Bharata Reddy D.

Mohanta, IEEE Access, 2018. Bài báo trình bày một nghịch lưu nguồn Z (dạng qZSI) được kết nối lưới với cả điều khiển bên phía AC và DC. Bộ điều khiển dựa trên điều khiển trượt (SMC) để điều chỉnh điện áp tụ điện đã được đề xuất để đảm bảo đáp ứng nhanh HVTH: Nguyễn Hùng Trang 7 GVHD: TS. Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 1 và động cho các biến thể rộng của điện áp đầu vào, tải đầu ra và số lượng điều khiển tham chiếu (hình 1.

Một mô hình toán học chi tiết của hệ thống được tác giả trình bày. Ưu điểm của kỹ thuật này là phản ứng ổn định và đáp ứng nhanh của SMC đã được chứng minh bằng cách sử dụng mô phỏng và được xác nhận bằng các kết quả thử nghiệm. Nghịch lưu nguồn Z điều khiển theo kỹ thuật trượt thích nghi [4] ✓ “Modelling, Design, Control, and Implementation of a Modified Z-source Integrated PV/Grid/EV DC Charger/Inverter”, Siddhartha A. Singh; Giampaolo Carli; Najath A.

Williamson, IEEE Trans 2018. Bài báo đề cập đến tính phổ biến của việc sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng thay thế, một trong những yêu cầu đối với thiết kế điện tử công suất đó là giảm số lượng giai đoạn chuyển đổi và cung cấp sự cách ly. Cấu trúc liên kết nghịch lưu nguồn Z (ZSI) có thể loại bỏ nhiều giai đoạn và đạt được tăng điện áp và chuyển đổi nguồn DC-AC trong một giai đoạn. Việc sử dụng các thành phần thụ động cũng thể hiện cơ hội tích hợp các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) vào chúng.

Bài viết này trình bày mô hình, thiết kế và vận hành của nghịch lưu nguồn Z cải tiến (MZSI) được tích hợp với bộ sạc HVTH: Nguyễn Hùng Trang 8 GVHD: TS. Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 1 pin tách biệt chính để sạc pin DC cho xe điện (EV) (hình 1. Kết quả mô phỏng và thử nghiệm đã được trình bày để chứng minh tính khả thi của bộ chuyển đổi được đề xuất. ✓ “Modelling, Design, Control, and Implementation of a Modified Z-source Integrated PV/Grid/EV DC Charger/Inverter”, Siddhartha A.

Singh; Giampaolo Carli; Najath A. Williamson, IEEE Trans 2018. Bài báo đề cập đến những yêu cầu đối với trình chuyển đổi cho các ứng dụng điện mặt trời đó là giảm số lượng giai đoạn chuyển đổi công suất và cung cấp sự cách ly. Cấu trúc liên kết biến tần nguồn Z (ZSI) có thể loại bỏ nhiều giai đoạn và đạt được tăng điện áp và chuyển đổi nguồn DC-AC trong một giai đoạn.

Việc sử dụng các thành phần thụ động cũng thể hiện cơ hội tích hợp các hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) vào chúng. Bài báo trình bày một mô hình hóa, thiết kế và vận hành của nghịch lưu nguồn Z (MZSI) có thể sửa đổi được tích hợp với bộ sạc pin cách ly chính để sạc pin DC cho xe điện (EV). Kết quả mô phỏng và thử nghiệm đã được trình bày để chứng minh khái niệm hoạt động của bộ chuyển đổi được đề xuất (hình 1. Nghịch lưu nguồn Z cho trạm sạc xe điện [5] HVTH: Nguyễn Hùng Trang 9 GVHD: TS.

Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 1 ✓ “Family of high-boost Z-source inverters with combined switched-inductor and transformer cells”, Minh-Khai Nguyen, Young-Cheol Lim, Sung-Jun Park, Duck-Shick Shin, IET Power Electronics 2013. Nghiên cứu này đề xuất một họ mới các bộ nghịch lưu nguồn Z hệ số tang áp cao (high boost) (ZSI) với các tế bào chuyển đổi và cuộn cảm kết hợp. Bằng cách thay đổi tỷ số biến áp, số lượng tế bào cảm ứng chuyển mạch và chu kỳ nhiệm vụ shoot - through, nghịch lưu được đề xuất tạo ra mức tăng điện áp cao. So với các cấu trúc liên kết ZSI high boost thông thường cho cùng một điện áp đầu vào và đầu ra, nghịch lưu được đề xuất sử dụng chỉ số điều chế cao hơn để cải thiện dạng sóng đầu ra.

Ngoài ra tác giả còn đề xuất một kỹ thuật xen kẽ được áp dụng cho nghịch lưu được đề xuất để phân phối ứng suất trên các thành phần thụ động. Để xác minh hiệu suất của nghịch lưu được đề xuất, tác giả đã thực hiện mô phỏng và thử nghiệm với các tỷ số biến áp khác nhau. Cấu hình đề xuất nghiên cứu [6] HVTH: Nguyễn Hùng Trang 10 GVHD: TS. Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 1 1.

MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Đề tài đặt ra các mục tiêu sau: ✓ Nghiên cứu nghịch lưu nguồn Z tựa khóa thay cho nghịch lưu nguồn Z thường ✓ Nghiên cứu mở rộng chỉ số điều chế cho nghịch lưu nguồn Z tựa khóa ✓ Nghiên cứu kỹ thuật điều khiển công suất hòa lưới cho nghịch lưu nguồn Z tựa khóa ✓ Đánh giá khả năng áp dụng kỹ thuật đề xuất. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Để thực hiện được các nội dung nghiên cứu, đề tài thực hiện phương pháp nghiên cứu dựa vào tìm hiểu lý thuyết cơ bản về điện mặt trời, bộ nghịch lưu và các công trình công bố uy tín trên các tạp chí IEEE, Springer; đề xuất cấu hình và giải thuật cho hệ thống; kiểm chứng các giải thuật trên mô phỏng PSIM và hướng đến thực nghiệm. Nội dung nghiên cứu bao gồm: ❖ Nguyên cứu lý thuyết: Hệ điện mặt trời, các phương pháp điều khiển dòng công suất của điện mặt trời nối lưới, các cấu trúc nghịch lưu tăng áp, nghịch lưu nguồn Z và các phương pháp điều khiển nghịch lưu. ❖ Mô phỏng: trên nền PSIM để xây dựng sơ đồ mô phỏng và kiểm chứng cấu hình và giải thuật đề xuất.

HVTH: Nguyễn Hùng Trang 11 GVHD: TS. Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 2 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ NGHỊCH LƯU NGUỒN Z 2. TỔNG QUAN ĐIỆN MẶT TRỜI Hình 2. Tổng quan hệ thống điện mặt trời hòa lưới [http://electricalacademia.com] Một hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời bao gồm các thành phần cơ bản: pin mặt trời, bộ biến đổi công suất, bộ điều khiển và tải.

Năng lượng mặt trời được tấm pin mặt trời chuyển thành điện DC sau đó được bộ biến đổi công suất chuyển đổi ra dạng điện áp phù hợp với tải DC, tải AC hay hòa vào lưới điện quốc gia như hình 2. Bộ điều khiển có chức năng đo kiểm các thông số ở đầu ra pin mặt trời và đầu ra tải và xuất ra tín hiệu điều khiển các khóa công suất ở các bộ DC/DC hay DC/AC để thu được công suất cao nhất từ pin mặt HVTH: Nguyễn Hùng Trang 12 GVHD: TS. Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 2 trời hay đạt hiệu suất chuyển đổi cao, hay có thể bảo vệ hệ thống khi quá tải, ngắn mạch hoặc các sự cố khi khi hòa lưới (ví dụ sự cố “ốc đảo – Islanding”). Thành phần quan trọng không thể thiếu trong hệ thống điện mặt trời là các panel pin mặt trời, tấm pin năng lượng mặt trời thực tế như hình 2.

Bao gồm nhiều module pin quang điện được ghép nối với nhau, để đạt được điện áp hay công suất theo yêu cầu sử dụng. Tấm pin mặt trời Đặc tuyến I-V, P-V (hình 2.3) của tấm pin mặt trời thay đổi theo nhiệt độ, bức xạ và điều kiện của tải. Tùy vào điều kiện vận hành, điểm vận hành sẽ di chuyển trên các đường cong phi tuyến này, và bộ điều khiển có chức năng giám sát để điểm vận hành đạt được công suất ngõ ra tối đa (MPP), gọi là tìm điểm công suất cực đại. HVTH: Nguyễn Hùng Trang 13 GVHD: TS.

Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 2 Hình 2. Đặc tuyến PV Hình 2. Sơ đồ tương đương chính xác của tấm pin mặt trời Để khảo sát và điều khiển năng lượng thu được từ pin mặt trời đạt hiệu quả cao, sơ đồ tương đương và mô hình toán học là 2 thành phần không thể thiếu. Sơ đồ tương đương được thể hiện như hình 2.4 HVTH: Nguyễn Hùng Trang 14 GVHD: TS.

Quách Thanh Hải Luan van Luận Văn Thạc Sĩ Chương 2 Trong đó tấm pin tương đương một nguồn dòng phát ra công suất ở đầu vào, điện trở Rsh và Rs là điện trở nội song song và nối tiếp của tấm pin. Đầu ra của tấm pin mặt trời có thể là tải DC, bộ DC/DC hay bộ DC/AC, tuy nhiên, dù ghép nối với bất kỳ bộ biến đổi công suất hay tải nào thì nhìn từ phía nguồn pin mặt trời, tải sẽ chỉ tương đương một biến trở R. Như minh họa ở hình 2.3, pin mặt trời là một nguồn có đặt P-V, I-V là phi tuyến, phương trình toán học được biểu diễn như công thức (2.1) thể hiện mối quan hệ phi tuyến này.1)   Trong đó: Ipv: Dòng điện ra PV panel (A). Iph: Dòng quang điện (A) Isat: dòng bảo hòa (A) Vpv: Điện áp ra PV panel (V) ns: số lượng pin nối tiếp np: số lượng pin mắc song song q: điện tích Electron k: hằng số Boltzman T: nhiệt độ tấm pin A: hệ số lý tưởng.

Qua công mô hình toán học pin mặt trời ở (2.