Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì công suất cực đại cho hệ thống điện gió và điện mặt trời

• Tác giả: Bùi Thị Huyền Trang
• Người hướng dẫn: PGS. Lại Khắc Lãi
• Trường học: Trường Đại học Công Nghệ Thông Tin Và Truyền Thông
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống lai điện gió và điện mặt trời nối lưới
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI
• 1.1. Bộ biến đổi một chiều- một chiều(DC-DC)
• 1.2. Chức năng bộ biến đổi DC-DC
• 1.3. Bộ biến đổi DC-DC không cách li
• 1.4. Bộ biến đổi DC- DC có cách ly
• 1.5. Điều khiển bộ biến đổi DC-DC
• 1.6. BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU SANG XOAY CHIỀU DC-AC (Inverter)
• 1.7. Biến đổi một chiều sang hệ thống xoay chiều một pha
• 1.8. Nguyên lý làm việc
• 1.9. Biến đổi một chiều sang hệ thống xoay chiều ba pha
• 1.10. Các phép chuyển đổi
• 1.11. Các hệ trục tọa độ
• 1.12. Các phép chuyển đổi
• 1.13. Biến đổi hệ thống ba pha sang 2 pha
• 1.14. Chuyển đổi hệ thống một pha sang hai pha
• 1.15. Điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation)
• 1.16. Điều chế độ rộng xung dựa trên sóng mang (CB-PWM)
• 1.17. Điều chế véc tơ không gian (SVM)
• 1.18. Điều khiển bộ chuyển đổi DC-AC
• 1.19. Bộ điều khiển PI
• 1.20. Bộ điều khiển cộng hưởng tỉ lệ (PR - Proportional Resonant)
• 1.21. Bộ điều khiển phản hồi trạng thái
• 1.22. Vấn đề hòa nguồn điện với lưới
• 1.23. Các điều kiện hòa đồng bộ
• 1.24. Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới
• 1.25. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐIỆN GIÓ VÀ ĐIỆN MẶT TRỜI
• 2.1. Năng lượng gió và năng lượng mặt trời
• 2.2. Năng lượng mặt trời
• 2.3. Cấu trúc của mặt trời
• 2.4. Năng lượng mặt trời
• 2.5. Năng lượng điện gió
• 2.6. Sử dụng điện năng từ gió
• 2.7. Công suất lắp đặt trên thế giới
• 2.8. Khai thác, sử dụng trực tiếp năng lượng gió và mặt trời
• 2.9. Thiết bị sấy khô dùng năng lượng mặt trời
• 2.10. Thiết bị chưng cất nước sử dụng năng lượng mặt trời
• 2.11. Động cơ stirling chạy bằng năng lượng mặt trời
• 2.12. Bếp nấu dùng năng lượng mặt trời
• 2.13. Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời
• 2.14. Thiết bị làm lạnh và điều hòa không khí dùng năng lượng mặt trời
• 2.15. Cối xay gió
• 2.16. Hệ thống tích hợp điện gió và điện mặt trời
• 2.17. Sơ đồ khối hệ thống
• 2.18. Pin mặt trời
• 2.19. Mô hình toán và đặc tính làm việc của pin mặt trời
• 2.20. Tuabin gió và máy phát điện
• 2.21. Cấu trúc chung của tuabin gió
• 2.22. Mô hình hóa tuabin gió (WT) và máy phát cảm ứng
• 2.23. Điều khiển điện gió
• 2.24. Hệ thống tích hợp điện gió và mặt trời làm việc độc lập
• 2.25. Sơ đồ khối hệ thống
• 2.26. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng
• 2.27. HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐIỆN GIÓ VÀ MẶT TRỜI NỐI LƯỚI
• 2.28. Sơ đồ khối hệ thống
• 2.29. Các nhiệm vụ điều khiển trong hệ thống
• 2.30. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƯU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ VÀ MẶT TRỜI NỐI LƯỚI
• 3.1. Ý nghĩa việc xác định điểm làm việc có công suất cực đại (MPPT)
• 3.2. Ý nghĩa của MPPT đối với mặt trời
• 3.3. Ý nghĩa của MPPT đối với điện gió
• 3.4. Thuật toán mppt cho hệ thống chuyển đổi năng lượng mặt trời
• 3.5. Thuật toán điện áp không đổi (CV – Constant Voltage)
• 3.6. Thuật toán xáo trộn và quan sát (P&O - Perturb and Observe)
• 3.7. Thuật toán điện dẫn gia tăng (INC - Inremental Conductance)
• 3.8. Thuật toán điện dung ký sinh (PC – Parasitic Capacitance)
• 3.9. MPPT ứng dụng logic mờ
• 3.10. Thuật toán mppt đối với điện gió
• 3.11. Phương pháp điều khiển TSR
• 3.12. Phương pháp điều khiển PSF
• 3.13. Phương pháp điều khiển leo đồi
• 3.14. MPPT cho turbine gió sử dụng máy phát điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu
• 3.15. Kết quả mô phỏng
• 3.16. Sơ đồ và kịch bản mô phỏng
• 3.17. Kết luận chương 3
• LỜI MỞ ĐẦU
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về nghiên cứu thuật toán tối ưu công suất hệ thống điện gió và điện mặt trời

Nghiên cứu thuật toán tối ưu công suất cho hệ thống điện gió và điện mặt trời đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong bối cảnh năng lượng tái tạo ngày càng được chú trọng. Việc tối ưu hóa công suất không chỉ giúp nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường. Các thuật toán này giúp xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại (MPPT) cho hệ thống điện gió và điện mặt trời, từ đó tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng tái tạo.

1.1. Khái niệm về công suất hệ thống điện gió và điện mặt trời

Công suất hệ thống điện gió và điện mặt trời được xác định bởi khả năng chuyển đổi năng lượng gió và năng lượng mặt trời thành điện năng. Việc hiểu rõ về công suất này là cần thiết để phát triển các thuật toán tối ưu hóa hiệu quả.

1.2. Tầm quan trọng của năng lượng tái tạo trong phát triển bền vững

Năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng gió và mặt trời, đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường và giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch. Việc nghiên cứu và phát triển các hệ thống này là cần thiết cho sự phát triển bền vững.

II. Vấn đề và thách thức trong nghiên cứu thuật toán tối ưu công suất

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng việc tối ưu hóa công suất cho hệ thống điện gió và điện mặt trời vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các yếu tố như biến đổi khí hậu, sự không ổn định của nguồn năng lượng và yêu cầu về hiệu suất cao đều là những vấn đề cần được giải quyết.

2.1. Biến đổi khí hậu và ảnh hưởng đến công suất

Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi cường độ gió và bức xạ mặt trời, ảnh hưởng đến khả năng sản xuất điện của hệ thống. Việc phát triển các thuật toán có khả năng thích ứng với những thay đổi này là rất quan trọng.

2.2. Sự không ổn định của nguồn năng lượng tái tạo

Năng lượng gió và mặt trời có tính không ổn định cao, điều này đòi hỏi các thuật toán tối ưu phải có khả năng điều chỉnh nhanh chóng để duy trì hiệu suất tối ưu trong mọi điều kiện.

III. Phương pháp tối ưu hóa công suất cho hệ thống điện gió và điện mặt trời

Có nhiều phương pháp khác nhau để tối ưu hóa công suất cho hệ thống điện gió và điện mặt trời. Các thuật toán như Perturb and Observe (P&O) và Incremental Conductance (INC) đã được áp dụng rộng rãi trong nghiên cứu này.

3.1. Thuật toán Perturb and Observe P O

Thuật toán P&O là một trong những phương pháp phổ biến nhất để xác định điểm công suất cực đại. Phương pháp này hoạt động bằng cách thay đổi điện áp và quan sát sự thay đổi công suất để tìm ra điểm tối ưu.

3.2. Thuật toán Incremental Conductance INC

Thuật toán INC sử dụng thông tin về độ dốc của đường đặc tính công suất để xác định điểm công suất cực đại. Phương pháp này có thể hoạt động hiệu quả hơn trong các điều kiện thay đổi nhanh.

IV. Ứng dụng thực tiễn của thuật toán tối ưu công suất trong hệ thống điện gió và điện mặt trời

Các thuật toán tối ưu công suất không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có nhiều ứng dụng thực tiễn. Chúng giúp cải thiện hiệu suất của các hệ thống điện gió và điện mặt trời, từ đó tăng cường khả năng cung cấp năng lượng tái tạo.

4.1. Tăng cường hiệu suất hệ thống điện mặt trời

Việc áp dụng các thuật toán tối ưu giúp hệ thống điện mặt trời hoạt động hiệu quả hơn, từ đó tăng cường khả năng cung cấp điện cho lưới điện.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống điện gió

Các thuật toán tối ưu cũng được áp dụng trong hệ thống điện gió, giúp cải thiện khả năng sản xuất điện và giảm thiểu tổn thất năng lượng.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu thuật toán tối ưu công suất

Nghiên cứu thuật toán tối ưu công suất cho hệ thống điện gió và điện mặt trời đang mở ra nhiều cơ hội mới. Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao về năng lượng tái tạo, các nghiên cứu này sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong tương lai.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ năng lượng tái tạo

Công nghệ năng lượng tái tạo đang phát triển nhanh chóng, mở ra nhiều cơ hội cho việc tối ưu hóa công suất và nâng cao hiệu suất hệ thống.

5.2. Tương lai của nghiên cứu thuật toán tối ưu

Nghiên cứu về các thuật toán tối ưu sẽ tiếp tục được mở rộng, với mục tiêu cải thiện hiệu suất và khả năng thích ứng của hệ thống điện gió và điện mặt trời.