Chương 1: Giới thiệu chung + Chương 2: Tổng quan các nghiên cứu phân tích hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng mặt trời + Chương 3: Phân tích hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng mặt trời + Chương 4: Mô phỏng phân tích hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng mặt trời + Chương 5: Kết luận và hướng phát triển tương lai 8 1. Kết luận Sự phát triển của cơ cấu nguồn điện gắn liền với sự phát triển của hệ thống phụ tải mà đã yêu cầu các nhà khoa học phải tích cực nghiên cứu và triển khai đưa các nguồn năng lượng tái tạo tham gia vào cơ cấu nguồn hiện hữu. Trong số các nguồn năng lượng tái tạo đang tồn tại và được sử dụng phổ biến thì nguồn năng lượng mặt trời được nhiều nhà khoa học quan tâm. Việc kết nối nguồn năng lượng điện mặt trời vào cơ cấu nguồn điện truyền thống có thể gây ra các ảnh hưởng mà cần phải được quan tâm nghiên cứu và đánh giá.
Các ảnh hưởng có thể xuất phát từ sự thay đổi của các điều kiện tự nhiên như sự thay đổi của điều kiện bức xạ, sự thay đổi của nhiệt độ hoặc các sự cố như ngắn mạch xảy ra trong hệ thống điện có xét đến nguồn năng lượng mặt trời. Các vấn đề trên sẽ được tìm hiểu và nghiên cứu trong luận văn này. 9 Chương 2 Tổng quan các nghiên cứu phân tích hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng mặt trời 2. Giới thiệu Việc kết nối hệ thống điện năng lượng mặt trời vào hệ thống điện truyền thống bao gồm các nguồn thủy điện và nhiệt điện là một xu hướng phát triển của ngành năng lượng điện.
Giải pháp này nhằm mục đích giảm bớt các gánh nặng của các nguồn năng lượng điện truyền thống trong giai đoạn các nguồn nhiên liệu sơ cấp đầu vào bao gồm than đá, dầu mỏ, khí đốt,. trở nên khan hiếm và có nhiều biến động về giá. Bên cạnh đó, giải pháp này cũng giải quyết bài toán lưu trữ của hệ thống điện năng lượng mặt trời. Trong trường hợp này, hệ thống điện truyền thống sẽ được xem như là một hệ thống lưu trữ vô cùng lớn cho hệ thống điện năng lượng mặt trời.
Khi hai hệ thống này được kết nối lại với nhau thành một hệ thống điện mà được gọi là hệ thống điện có xét nguồn điện năng lượng mặt trời thì các phân tích liên quan đến hệ thống điện này cần thiết phải được nghiên cứu. Gần đây, các nhà khoa học đã quan tâm nhiều đến vấn đề này mà sẽ được trình bày trong phần kế tiếp. Tình hình nghiên cứu trong nước Tác giả Tạ Văn Toàn đã thực hiện nghiên cứu, "Phân tích hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời kết nối vào lưới phân phối khi có hiện tượng sụt áp" trong Luận văn Thạc Sĩ của mình [1]. Trong đề tài nghiên cứu này, tác giả đã nghiên cứu ảnh hưởng của hiện tượng sụt áp do ngắn mạch đến sự hoạt động của hệ thống năng lượng mặt trời; dựa vào kết quả phân tích hoạt động của hệ thống điện năng lượng mặt trời kết nối với lưới điện xác định được các trường hợp cắt không mong muốn của hệ thống điện năng lượng mặt trời ra khỏi lưới điện khi gặp hiện tượng sụt áp.
Thêm vào đó, tác giả cũng đề ra giải pháp để hệ 10 thống điện năng lượng mặt trời ngắt kết nối khi sự cố trong vùng tác động của nó và giữ kết nối đối vối các trường hợp ngoài vùng tác động. Tác giả Nguyễn Thành đã thực hiện nghiên cứu, "Pin quang điện và vấn đề kết nối lưới điện" trong Luận văn Thạc sĩ của mình [2]. Tác giả đã tìm hiểu hệ thống pin quang điện, phân tích các phương pháp điều khiển truy tìm điểm tối ưu công suất “MPPT” (Maximum Power Point Tracking). Có nhiều cách khác nhau để điều khiển MPPT như giải thuật P&O, INC, CV … thông thường sử dụng hệ điều khiển MPPT theo giải thuật P&O.
Tuy nhiên, giải thuật P&O vẫn còn những vấn đề như thời gian đáp ứng chậm, chưa chính xác khi các điều kiện môi trường thay đổi nhanh, tồn tại dao động xung quanh điểm MPP. Tác giả đã đề nghị một phương pháp điều khiển MPPT khác, đó là ứng dụng mạng ANFIS để điều khiển truy tìm điểm tối ưu công suất “MPPT” với các ưu điểm như: đạt hiệu quả chuyển hóa năng lượng tối đa, tốc độ đáp ứng nhanh, phương pháp điều khiển đơn giản, phù hợp với xu hướng phát triển của công nghệ. Khi tiến hành mô phỏng hệ quang điện kết nối lưới điện để so sánh hai phương pháp điều khiển MPPT (P&O và ANFIS) kết quả thu được tốt hơn khi cải thiện độ méo dạng sóng hài (THD). Các tác giả Nguyễn Xuân Trường, Nguyễn Đình Quang và Trần Tùng đã thực hiện nghiên cứu, "Nghiên cứu tiêu chuẩn và phương pháp tối ưu công suất phát của hệ thống điện mặt trời nối lưới: xét cho trường hợp lưới điện hạ thế 1 pha" [3].
Các tác giả đã tập trung nghiên cứu hệ thống điện mặt trời nối lưới trên cơ sở kỹ thuật điều khiển công suất phát nhờ thay đổi góc pha giữa điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu và điện áp lưới điện và đồng bộ dòng công suất xoay chiều đầu ra của bộ nghịch lưu vào lưới điện. Bên cạnh đó, các tác giả cũng đưa ra được những nghiên cứu về tiêu chuẩn kết nối. Các tác giả Trương Việt Anh và Nguyễn Bá Thuận đã giới thiệu một nghiên cứu, "Phương pháp mới hòa nguồn năng lượng mặt trời vào lưới điện phân phối" [4]. Trong nghiên cứu này, các tác giả trình bày một mô hình kết nối nguồn năng lượng mặt trời, cũng như các nguồn năng lượng phân tác khác tại cá hộ gia đình, hòa đồng bộ vào lưới điện phân phối.
Việc hòa này dùng phương pháp điều khiển bám sát tần số, điện áp của nguồn lưới cũng như 11 nguồn năng lượng mặt trời. Kết quả khảo sát trên mô hình của phương pháp cho thấy khả năng ổn định dòng điện bơm vào lưới bất chấp sự thay đổi của điện áp và tần số lưới điện hoặc điện áp nguồn một chiều của hệ thống nghịch lưu bị suy giảm hay tăng cao. Ngoài ra, mô hình còn có khả năng giảm thiểu lượng công suất kháng truyền vào lưới để tận dụng tối đa khả năng các khóa điện tử của bộ biến đổi nghịch lưu trong việc truyền dòng công suất tác dụng. Các tác giả Tran Cong Binh, Mai Tuan Dat, Ngo Manh Dung, Pham Quang An, Pham Dinh Truc va Nguyen Huu Phuc đã nghiên cứu, "Active and reactive power controller for single-phase grid-connected photovoltaic systems" [5].
Các tác giả đã trình bày một giải thuật điều khiển cho một hệ thống điện năng lượng mặt trời kết nối lưới điện một pha. Trong đó, biến tần được thiết kế cho các mảng pin quang điện kết nối lưới có thể đồng bộ hóa ngõ ra hình sin với một lưới điện. Công suất tác dụng và phản kháng được điều khiển tuần tự bằng góc tải và biên độ điện áp ngõ ra của biến tần. Ngoài ra, điểm công suất cực đại luôn tìm được công suất tối ưu của mảng pin quang điện đang sử dụng.
Bộ điều khiển nạp công suất tác dụng cực đại vào lưới với hệ số công suất là bằng 1, trong khi nó cũng cho phép điều chỉnh công suất phản kháng được đưa vào lưới điện. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hệ thống điều khiển có hiệu suất tốt. Tình hình nghiên cứu nước ngoài Khi hệ thống điện có sự tham gia của các nguồn pin quang điện, các phân tích liên quan đến chất lượng điện năng và ổn định của hệ thống điện mới này cần được quan tâm. Các tác giả Natthanon Phannil, Chaiyan Jettanasen và Atthapol Ngaopitakkul đã giới thiệu các phân tích về chất lượng điện năng của một hệ thống điện có sự tham gia của nguồn pin quang điện [6].
Có thể nhận thấy rằng nguồn pin quang điện được nối với lưới điện truyền thống thông qua hệ thống nghịch lưu. Trong đó, quá trình đóng cắt của các thiết bị nghịch lưu là nguyên nhân chính. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng phần lớn các họa tần là xuất phát từ nguồn hệ thống pin quang điện và tải. Ngoài ra, các so sánh và đánh giá cũng cho thấy rằng họa tần của hệ thống nguồn pin quang điện ảnh 12 hưởng nhiều đến tải và các họa tần của lưới bị ảnh hưởng bởi tải nhiều hơn là bởi hệ thống nguồn pin quang điện.
Các tác giả Kaveh Rahimi, Saeed Mohajeryami và Alizera Majzoobi đã phân tích các ảnh hưởng của các hệ thống nguồn pin quang điện đến chất lượng điện năng của hệ thống điện [7]. Các tác giả đã mô phỏng các dao động trên các nguồn pin quang điện thông qua hiện tượng bóng râm. Các chỉ tiêu lần lượt được khảo sát bao gồm: tổng nhiễu họa tần (Total Harmonic Distortion (THD)) và nhiễu họa tần thành phần (Individual Harmonic Distortion (IHD)). Ngoài ra, các kết quả mô phỏng cũng cho thấy rằng cường độ bức xạ giảm do hiện tượng bóng râm cũng ảnh hưởng một cách đáng kể đến THD hiện tại của hệ thống.
Fetissi Selxa, Labed Djamel, Labed Imen và Serghine Hassiba đã trình bày ảnh hưởng của thiết bị ổn định hệ thống điện (Power system stabilizer, PSS) và thiết bị bù đồng bộ tĩnh (Static synchronous compensator, STATCOM) đối với việc phân tích ổn định động cho một hệ thống điện có xét đến nguồn pin quang điện [8]. Báo cáo thực hiện khảo sát cho các hệ thống điện sau: hệ thống điện bao gồm nhiều máy phát, hệ thống điện có xét đến nguồn pin quang điện và hệ thống có xét đến nguồn pin quang điện và các thiết bị hỗ trợ nâng cao ổn định khác như PSS và STATCOM. Rõ ràng rằng, các thiết bị PSS và STATCOM đã hỗ trợ đắc lực để cải thiện ổn định góc rotor, cũng như làm giảm các dao động tần số. Vahidnia đã nghiên cứu tác động lên sự ổn định góc rotor mà bao gồm cả sự ổn định góc rotor quá độ và nhiễu nhỏ với sự thâm nhập lớn của hệ thống điện pin năng lượng mặt trời vào hệ thống điện truyền thống [9].
Trong nghiên cứu này, một phương pháp luận có hệ thống được đề xuất để nghiên cứu sự ổn định góc rotor có xét đến hệ thống điện năng lượng mặt trời bằng cách duy trì hằng số các thông số hệ thống ở trạng thái xác lập. Các thông số này bao gồm công suất tác dụng, công suất phản kháng và sai lệch góc rotor cực đại.