CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN ĐỀ ÁN 1 1.1 CÁC VẤN ĐỀ ĐẶT RA Với môi trường sống, sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp nặng đã xuất hiện nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến. Trong bối cảnh ngày nay, vấn đề bảo vệ môi trường đang là một ưu tiên toàn cầu quan trọng. Áp lực từ cộng đồng quốc tế đang tác động lên các vấn môi trường toàn cầu. Nhằm khắc phục tình trạng này, nhiều quốc gia trên thế giới đang tận dụng năng lượng tái tạo từ tài nguyên thiên nhiên, được gọi là năng lượng tái tạo [1]-[2].
Với những đặc tính bền vững và thân thiện với môi trường, năng lượng tái sinh đang trải qua một cuộc phát triển nhảy vọt với tiềm năng to lớn về ứng dụng và phát triển. Trong thời gian gần đây, năng lượng tái sinh trên thế giới đã trải qua sự phát triển nhảy vọt, vượt qua sự thống trị của năng lượng từ nguồn nhiên liệu truyền thống. Để xử lý tình trạng môi trường nghiêm trọng và giảm thiểu áp lực của hoạt động có ảnh hưởng tiêu cực lên môi trường, cũng như giải quyết các cuộc khủng hoảng kinh tế, các nước như Trung Quốc, Hoa Kỳ, Ấn Độ, và Việt Nam đang rất quyết tâm đẩy mạnh việc xây dựng và phát triển năng lượng sạch [3]. Nhằm giảm bớt tác động tiêu cực đến môi trường, các quốc gia trên thế giới hiện đang mạnh tay vào việc thực thi chính sách khuyến khích sự phát triển năng lượng.
Chính phủ của nhiều nước đã đưa ra nhiều sáng kiến, giải pháp nhằm cải thiện môi trường sinh thái, cùng với việc tổ chức các hội thảo quốc tế nhằm cung cấp các chỉ dẫn chiến lược cho việc nghiên cứu và sử dụng năng lượng tái tạo. Với với các khu vực có diện tích rộng hoặc nằm xa cách hệ thống điện quốc gia việc đầu tư và xây dựng hệ thống truyền tải điện cao thế xuyên qua biên giới đang là một rào cản lớn, vì vậy để vượt qua rào cản trên thì việc sử dụng điện và nguồn năng lượng sạch đã trở thành một giải pháp hấp dẫn. Việc phát triển hệ thống sử dụng nguồn năng lượng từ gió và năng lượng mặt trời đã dẫn đến việc thay đổi chính sách năng lượng tại nhiều quốc gia. Các phương tiện đi lại đang thu hút sự quan tâm của cả chính quyền và người dân sử dụng, như xe hybrid và xe chạy hoàn toàn bằng pin.
Bộ lưu trữ không dây (UPS) cũng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống lớn bao gồm hệ thống y tế, quản lý sức khoẻ và tài chính, vì chúng phải luôn duy trì độ tin cậy nguồn điện áp và tần số liên tục trong mọi trường hợp sử dụng. 1: Sự gia tăng của của các loại năng lượng tái sinh trong tổng mức sử dụng năng lượng chung theo ngành, năm 2009 và 2019 (Nguồn: GTR 2022, UN, BloombergNEF). Quốc hội đã thể hiện quyết tâm mạnh mẽ trong việc đảm bảo môi trường và phân bổ nguồn lực phù hợp khi thông qua nghị quyết huỷ bỏ dự án điện nguyên tử vào năm 2016. Những lo ngại về tác hại tiềm ẩn đến môi trường và khó khăn về khía cạnh tài chính đã đưa ra sự thay đổi quan trọng hơn đối với chính sách về năng lượng của quốc gia.
Nhiệt điện than và thủy điện đang là nguồn cung cấp điện chủ yếu trong hệ thống điện hiện nay của Việt. Tuy nhiên, thế giới đang phải đối mặt với một thử thách mới khi mà sự phát triển thuỷ điện ngày càng chạm đến đỉnh điểm và năng lượng hiện có đã được sử dụng gần như cạn kiệt. Hơn nữa, các dự án phát triển thuỷ điện cũng gây ra những ảnh hưởng tiêu cực đối với môi trường, đặc biệt là đối với hệ thống sông ngòi và thuỷ sinh. Trong bối cảnh đó, việc sử dụng những nguồn năng lượng mới, sạch và thân thiện với môi trường trở thành một vấn đề cấp thiết để giải quyết sự khan hiếm năng lượng điện hiện tại và trong tương lai.
Chính phủ đã sớm nhìn ra tính cấp bách của vấn đề và có các chính sách thúc đẩy phát triển năng lượng mặt trời. Cụ thể, Thông tư số 16/2017/TT- BCT và kế đến là Thông tư số 05/2019/TT-BCT đã được Bộ Công Thương ban hành, theo đó ban hành các chính sách và khuyến khích đối với hoạt động đầu tư phát triển các dự án năng lượng mặt trời. Những chính sách mới trên đã mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Chúng ta có thể chứng kiến một làn sóng đầu tư vào các dự án năng lượng mặt trời trên khắp cả nước, dựa trên những tác động tích cực và đảm bảo mà các thông tư trên mang lại.
Kết quả là, trong việc giảm thiểu gánh nặng đối với hệ thống năng lượng quốc gia và kiến tạo một tương lai năng lượng bền vững hơn Việt Nam đã có 3 được những bước tiến đáng kể. Những tiến bộ trên chứng tỏ quyết tâm của Việt Nam đối với việc ngăn chặn ô nhiễm năng lượng và cải thiện môi trườngViệt Nam không chỉ bảo đảm an ninh năng lượng mà còn giúp phát triển một nền nông nghiệp xanh và thân thiện với môi trường thông qua việc thúc đẩy phát triển năng lượng tái tạo. Việt Nam sẽ trở thành một quốc gia tiên phong trong cuộc cách mạng năng lượng sạch, với những quyết sách đúng đắn và thiết thực hơn, giúp đem lại lợi ích cho người dân Việt Nam và toàn cầu. Trong việc khai thác tối đa tiềm năng của các nguồn năng lượng tái tạo, bộ nghịch lưu đóng một vai trò then chốt.
Chúng ta có thể xem bộ nghịch lưu như một người kiểm soát giao thông, bảo đảm nguồn năng lượng lưu thông một cách trơn tru và hiệu quả từ nguồn năng lượng tái tạo đến mạng lưới điện. Khi chúng ta đề cập đến việc khai thác tối ưu lợi ích của năng lượng mặt trời, gió,. thì việc lựa chọn và tối ưu bộ nghịch lưu thích hợp trở thành một yếu tố then chốt. Chúng hoạt động như một cầu nối, chuyển tiếp nguồn năng lượng từ dạng này sang dạng khác, để nó có thể được kết nối một cách liền mạch vào hệ thống điện sẵn có [4].
2: Hệ thống thiết bị inverter trong trang trại năng lượng mặt trời. Với vai trò là một công nghệ then chốt, bộ nghịch lưu cho thấy ứng dụng của nó vượt ra ngoài khuôn khổ của các nguồn năng lượng truyền thống. Trong những năm gần đây, chúng ta có thể thấy sự xuất hiện mạnh mẽ của bộ nghịch lưu trong nhiều lĩnh vực của đời sống hàng ngày và trong các lĩnh vực công nghiệp. sự xuất hiện mạnh mẽ của xe điện, nơi mà bộ nghịch lưu đóng một vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hoá năng lượng tổng thể, giúp những chiếc xe này hoạt động một cách mạnh mẽ và hiệu quả mà không tạo ra nhiệt.
Ngoài ra, trong các thiết bị tự động hoá, bộ nghịch lưu là thành phần quan trọng trong bộ biến tần, giúp kiểm soát chính xác công suất và mô-men xoắn của động cơ, nâng cao năng suất và hiệu quả của các quá trình tự động hoá. trong các thiết 4 bị gia dụng thông minh, bộ nghịch lưu cũng góp phần vào sự ổn định và hiệu suất năng lượng. Chúng ta có thể thấy nó trong các bộ điều khiển động cơ hiệu suất cao, giúp điều khiển tốc độ và hiệu suất của các thiết bị gia dụng, từ tủ lạnh đến máy điều hoà không khí, giảm chi phí điện năng và mang lại hiệu suất tối đa. Nhằm tận dụng tối đa tiềm năng của công nghệ này trong nhiều lĩnh vực khác nhau, các nhà khoa học trên toàn thế giới đang nỗ lực để nâng cao hiệu quả và chất lượng của công nghệ này.
Những tiến bộ trong công nghệ bộ nghịch lưu từ việc tối ưu hoá hiệu suất năng lượng đến nâng cao độ tin cậy và tính bền vững đang định hình lại cách thức chúng ta lưu trữ và sử dụng năng lượng [5]. 3: Sơ đồ của hệ thống điện sử dụng năng lượng mặt trời có tích hợp bộ bộ nghịch lưu. Thiết bị nghịch lưu có điện áp đầu ra + V và 0V thường được sử dụng trong các thiết bị dân dụng công suất vừa và nhỏ cũng như thiết bị công nghiệp công suất lớn, vì có những ưu điểm như chi phí thấp, dễ sử dụng và lắp ráp, nhanh gọn. Tuy nhiên, loại mạch hình nghịch lưu này cũng có các nhược điểm sau [6]-[7][4]: Khi làm việc với dải tần số chuyển mạch cao, tổn thất điện áp đặt trên các bán dẫn chuyển mạch (switching losses) lớn.
Trong các ứng dụng với điện áp công suất cao, khi dòng điện và điện áp tăng cao, tình trạng tổn thất điện áp trở nên trầm trọng hơn. Lượng nhiệt tạo ra do hoạt động chuyển mạch khi các khoá công suất đang xử lý dòng điện và điện áp cao cũng tăng theo. Điều này rất dễ dẫn tới công suất thấp, quá điện áp, hoặc thậm chí làm hư hỏng các linh kiện điện tử. THD lớn dẫn đến ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng điện áp và dòng điện đầu ra.
Điện áp và dòng điện có THD cao có thể dẫn đến hiệu suất kém của thiết bị, gây ra các vấn 5 đề như nhiễu tín hiệu, hoạt động không chính xác của cấu hình nghịch lưu và hư hỏng sớm. Để hạn chế ảnh hưởng của THD, hệ thống cần phải có bộ lọc lớn và phức tạp. Điều này làm ảnh hưởng đến hiệu quả kinh doanh, làm gia tăng chi phí và mức độ phức tạp của hệ thống. Với hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp, mạch nghịch lưu 1 pha truyền thống đặc biệt là khi so sánh với các mạch đa bậc.
Điều này dẫn đến hiệu suất tổng thể của hệ thống có thể bị hao tổn dưới dạng nhiệt, gây ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ. Các khoá chuyển mạch trong mạch nghịch lưu, chẳng hạn như IGBT hoặc MOSFET có thể suy giảm hiệu năng và tuổi thọ bởi nhiệt độ tạo ra trong khi chuyển mạch ở tần số cao. Các nhà nghiên cứu đã nhanh chóng nhận thấy được khuyết điểm của bộ nghịch lưu truyền thống và nghiên cứu áp dụng việc nghiên cứu phát triển cấu hình bộ nghịch lưu đa bậc bởi những ưu điểm nổi bật của nó bao gồm [8]-[9]: Giảm độ biến dạng hài (THD): Mạch nghịch lưu đa bậc có khả năng giảm đáng kể THD so với mạch nghịch lưu truyền thống Một dạng sóng điện áp đầu ra mượt mà và gần giống với dạng sóng điện áp theo tiêu chuẩn hơn khi được tạo ra từ cấu hình đa bậc. Điều này dẫn đến giảm thiểu nhiễu, tối ưu hoá hiệu năng, và tăng cường sự tin cậy của hệ thống.