Luận văn thạc sĩ về tối ưu hóa hiệu suất động cơ đồng bộ từ trở bằng năng lượng mặt trời

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kỹ thuật điện điều khiển tối ưu hiệu suất của động cơ đồng bộ từ trở được cấp nguồn bằng năng lượng, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Trường Nhu
• Người hướng dẫn: TS. Trương Phước Hòa
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG - HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Tối ưu hiệu suất của động cơ đồng bộ từ trở được cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT LUẬN VĂN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ
• 1.1. Ưu nhược điểm của động cơ đồng bộ từ trở
• 1.2. Nhược điểm
• 1.3. Tình hình nghiên cứu về động cơ đồng bộ từ trở được cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời
• 1.4. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.5. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.6. Ứng dụng năng lượng mặt trời cho SynRM
• 1.7. Mục tiêu nghiên cứu động cơ từ trở được cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời
• 1.8. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHOTOVOLTAIC (PV), ĐẶC TÍNH PV VÀ KỸ THUẬT ĐỂ TỐI ĐA CÔNG SUẤT ĐẦU RA
• 2.1. Tình hình phát triển điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam
• 2.2. Thách thức
• 2.3. Tiềm năng phát triển nguồn năng lượng mặt trời tại Việt Nam
• 2.4. Mô hình điện cho pin mặt trời
• 2.5. Đặc tính của pin năng lượng mặt trời
• 2.6. Kỹ thuật điều khiển công suất cực đại (MPPT) của hệ thống PV
• 2.7. Thuật toán xáo trộn và quan sát (P&O)
• 3. CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC VÀ MÔ HÌNH HÓA CỦA ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ TỪ TRỞ
• 3.1. Lịch sử phát triển của động cơ đồng bộ từ trở (SynRM)
• 3.2. So sánh các động cơ : động cơ đồng bộ từ trở, động cơ không đồng bộ và động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
• 3.3. Mô hình hóa của động cơ đồng bộ từ trở
• 3.4. Mô hình của động cơ trong hệ tọa độ a-b-c
• 3.5. Mô hình động cơ trong hệ tọa độ d-q
• 3.6. Mô hình vector của động cơ
• 4. CHƯƠNG 4: ĐIỀU KHIỂN MTPA CHO SYNRM CÓ XÉT ĐẾN BÃO HÒA TỪ VÀ TỔN HAO SẮT
• 4.1. Điều khiển MTPA cho SynRM
• 4.2. Tính toán dòng điện tối ưu cho giải thuật MTPA
• 4.3. Tính toán thông số động cơ dựa vào từ trường
• 4.4. Ước tính thông số động cơ dựa vào mạng Neuron dạng MLP
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 5.1. Thông số động cơ mô phỏng
• 5.2. Mô phỏng hệ thống pin năng lượng mặt trời sử dụng kỹ thuật MPPT
• 5.3. Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter
• 5.4. Công suất đầu ra quy đổi sang tốc độ đặt cung cấp cho SynRM
• 5.5. Điều khiển tối ưu mômen cho động cơ đồng bộ từ trở
• 5.6. Bộ điều khiển PI và tính toán mômen động cơ
• 5.7. Điều khiển MTPA
• 5.8. Ước lượng thông số động cơ
• 5.9. So sánh kết quả của phương pháp đề xuất với phương pháp thông thường (khi idT = iqT)
• 5.10. Mô phỏng tốc độ 500 vòng/ phút
• 5.11. Kết quả mômen, tốc độ và dòng điện hệ trục dq
• 5.12. Kết quả ước lượng thông số động cơ Ld, Lq và Ri
• 5.13. So sánh hiệu suất giữa hai phương pháp
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN
• 6.1. Kết quả đề tài
• 6.2. Hướng phát triển đề tài
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu động cơ đồng bộ từ trở

Động cơ đồng bộ từ trở (SynRM) là một trong những máy điện có nhiều ưu điểm vượt trội so với các loại máy điện khác. Động cơ này có cấu trúc đơn giản, chi phí sản xuất thấp, và không có tổn hao đồng trong rôto vì rôto không có dây quấn. Điều này dẫn đến hiệu suất cao, với chỉ số hiệu suất đạt tới IE4. Chính vì vậy, SynRM đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như công nghiệp, nông nghiệp và phương tiện giao thông. Tuy nhiên, SynRM cũng có một số nhược điểm như độ rung và tiếng ồn lớn khi hoạt động, cùng với hệ số công suất thường thấp. Những yếu tố này cần được xem xét trong quá trình thiết kế và ứng dụng.

1.1 Tình hình nghiên cứu về động cơ đồng bộ từ trở

Trong những năm gần đây, động cơ đồng bộ từ trở đã nhận được nhiều sự quan tâm từ cả trong và ngoài nước. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc kết hợp SynRM với hệ thống điện năng lượng mặt trời không chỉ giúp tối ưu hóa hiệu suất mà còn giảm thiểu chi phí năng lượng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng năng lượng mặt trời để cấp nguồn cho động cơ này có thể tạo ra những giải pháp bền vững cho các khu vực chưa có lưới điện quốc gia. Các ứng dụng này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của năng lượng tái tạo.

II. Hệ thống năng lượng mặt trời và công nghệ MPPT

Hệ thống năng lượng mặt trời (PV) đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng cho động cơ đồng bộ từ trở. Tại Việt Nam, sự phát triển của năng lượng mặt trời đang diễn ra mạnh mẽ, với nhiều tiềm năng chưa được khai thác. Kỹ thuật tối đa hóa công suất thu được từ hệ thống PV (MPPT) là một yếu tố quan trọng giúp đảm bảo rằng động cơ hoạt động ở mức hiệu suất tối ưu. Thuật toán P&O (Perturb and Observe) là một trong những phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để thực hiện MPPT. Phương pháp này cho phép hệ thống điều chỉnh công suất đầu ra dựa trên điều kiện thực tế của ánh sáng mặt trời, từ đó tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.

2.1 Tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại Việt Nam

Việt Nam đang đứng trước cơ hội lớn trong việc phát triển năng lượng mặt trời. Với vị trí địa lý thuận lợi và bức xạ mặt trời cao, Việt Nam có tiềm năng lớn để khai thác nguồn năng lượng này. Tuy nhiên, vẫn còn nhiều thách thức như cơ sở hạ tầng chưa hoàn thiện và chi phí đầu tư ban đầu cao. Để phát triển năng lượng mặt trời một cách hiệu quả, cần có sự hỗ trợ từ chính phủ và các tổ chức quốc tế trong việc đầu tư và phát triển công nghệ.

III. Điều khiển tối ưu hiệu suất động cơ

Điều khiển động cơ đồng bộ từ trở để đạt được mômen tối ưu với dòng điện cho trước (MTPA) là một trong những thách thức lớn trong nghiên cứu này. Việc tính toán dòng điện tối ưu không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu tổn hao năng lượng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xem xét bão hòa từ và tổn hao sắt là rất quan trọng trong việc tối ưu hóa điều khiển. Mô hình hóa và mô phỏng trong môi trường Simulink đã cho thấy những kết quả khả quan, cho phép điều chỉnh các tham số động cơ một cách linh hoạt và hiệu quả.

3.1 Kỹ thuật điều khiển MTPA

Kỹ thuật điều khiển MTPA cho động cơ đồng bộ từ trở không chỉ giúp tối ưu hóa mômen mà còn cải thiện đáng kể hiệu suất tổng thể của hệ thống. Việc sử dụng mạng nơron nhân tạo dạng MLP để ước lượng thông số động cơ đã cho thấy hiệu quả trong việc điều chỉnh các tham số cần thiết cho hoạt động của động cơ. Kết quả mô phỏng cho thấy, khi áp dụng kỹ thuật MTPA, động cơ có thể hoạt động ổn định và hiệu quả hơn, từ đó tối ưu hóa công suất thu được từ hệ thống năng lượng mặt trời.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Động cơ đồng bộ từ trở (SynRM) là một loại máy điện có nhiều ưu điểm vượt trội như cấu trúc đơn giản, chi phí sản xuất thấp, không có tổn hao đồng trong rôto và khả năng sinh mômen lớn hơn so với động cơ không đồng bộ cùng kích thước. Hiệu suất của SynRM có thể đạt chuẩn IE4, cao hơn khoảng 40% so với động cơ cảm ứng IE2. Những đặc tính này đã thúc đẩy sự phát triển và ứng dụng của SynRM trong các lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp và phương tiện giao thông, đặc biệt tại các khu vực chưa có lưới điện quốc gia.

Tuy nhiên, nguồn năng lượng mặt trời – nguồn cấp điện cho SynRM trong nghiên cứu này – có tính không ổn định do phụ thuộc vào bức xạ và nhiệt độ môi trường, gây ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của động cơ. Mục tiêu chính của luận văn là tối đa hóa công suất thu được từ hệ thống pin năng lượng mặt trời thông qua thuật toán xáo trộn và quan sát (P&O) của kỹ thuật MPPT, đồng thời điều khiển SynRM đạt mômen tối ưu với dòng điện cho trước (MTPA) có xét đến tổn hao sắt và bão hòa từ.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào ứng dụng trong lĩnh vực nông nghiệp, cụ thể là hệ thống máy bơm nước tại các vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa chưa có lưới điện quốc gia. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2021 tại Việt Nam, với mô hình mô phỏng trong môi trường Matlab/Simulink. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng mặt trời, góp phần phát triển bền vững và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình nghiên cứu chính:

1. Lý thuyết động cơ đồng bộ từ trở (SynRM):

   • Cấu trúc rotor dị hướng, không có dây quấn và nam châm vĩnh cửu, giúp giảm tổn hao đồng và nhiệt độ vận hành.
   • Mô hình toán học trong hệ tọa độ a-b-c và d-q, bao gồm các phương trình điện áp, dòng điện và mômen điện từ.
   • Tính toán mômen tối ưu dựa trên sự khác biệt điện cảm giữa trục d và trục q, với công thức mômen điện từ:
     [ T_e = p (L_d - L_q) i_{d} i_{q} ]
   • Xem xét ảnh hưởng của bão hòa từ và tổn hao sắt, sử dụng mô hình điện trở sắt Ri và điện cảm phụ thuộc dòng điện.

2. Thuật toán điều khiển tối đa hóa công suất và mômen (MPPT và MTPA):

   • Thuật toán xáo trộn và quan sát (P&O) để theo dõi điểm công suất cực đại (MPP) của hệ thống pin năng lượng mặt trời, giúp tối đa hóa công suất đầu ra trong điều kiện bức xạ và nhiệt độ thay đổi.
   • Điều khiển mômen tối ưu theo dòng điện cho trước (MTPA) nhằm đạt mômen tối đa trên mỗi ampe, giảm tổn hao Joule và tổn hao sắt.
   • Sử dụng mạng nơ-ron nhân tạo đa lớp (MLP) để ước lượng các thông số động cơ như điện cảm Ld, Lq và điện trở Ri trong thời gian thực.

Các khái niệm chính bao gồm: điểm công suất cực đại (MPP), thuật toán MPPT, điều khiển MTPA, tổn hao sắt, bão hòa từ, mạng nơ-ron nhân tạo (MLP).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu:
  Dữ liệu đầu vào bao gồm đặc tính điện áp-dòng điện của tấm pin năng lượng mặt trời dưới các mức bức xạ và nhiệt độ khác nhau, thông số kỹ thuật động cơ SynRM, và các tham số môi trường tại Việt Nam.
• Phương pháp phân tích:
  • Mô hình hóa hệ thống pin năng lượng mặt trời và động cơ SynRM trong Matlab/Simulink.
  • Áp dụng thuật toán P&O để điều khiển MPPT, thu thập điện áp và dòng điện đầu ra để xác định điểm công suất tối đa.
  • Sử dụng thuật toán MTPA có xét đến tổn hao sắt và bão hòa từ để tính toán dòng điện tối ưu trong hệ tọa độ d-q.
  • Ước lượng thông số động cơ bằng mạng nơ-ron MLP, giúp điều chỉnh tham số trong thời gian thực.
  • So sánh hiệu suất và mômen giữa phương pháp điều khiển MTPA và phương pháp truyền thống (idT = iqT).
• Timeline nghiên cứu:
  Nghiên cứu được thực hiện từ tháng 2 đến tháng 6 năm 2021, bao gồm giai đoạn thu thập tài liệu, xây dựng mô hình, mô phỏng và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tối đa hóa công suất thu được từ hệ thống pin năng lượng mặt trời:
   • Thuật toán P&O đã đạt hiệu quả cao trong việc theo dõi điểm công suất cực đại, với công suất đầu ra của mảng PV đạt gần 100% công suất lý thuyết tại các mức bức xạ từ 100 đến 1000 W/m².
   • Ví dụ, tại bức xạ 1000 W/m² và nhiệt độ 25°C, công suất đầu ra đạt khoảng 250 W, tương ứng với điện áp và dòng điện tối ưu (Vmp, Imp).
2. Điều khiển mômen tối ưu cho SynRM ở chế độ MTPA:
   • Dòng điện tối ưu trong hệ tọa độ d-q được tính toán chính xác, có xét đến tổn hao sắt và bão hòa từ, giúp giảm tổn hao Joule và tăng mômen điện từ.
   • So sánh với phương pháp truyền thống (idT = iqT), phương pháp MTPA cải thiện hiệu suất động cơ lên khoảng 5-10% ở tốc độ 500 vòng/phút.
3. Ước lượng thông số động cơ bằng mạng nơ-ron MLP:
   • MLP cho kết quả ước lượng điện cảm Ld, Lq và điện trở Ri với sai số nhỏ so với kết quả phân tích phần tử hữu hạn (FEA).
   • Việc ước lượng này giúp điều khiển mômen chính xác và duy trì điều kiện MTPA trong thời gian thực.
4. Hiệu suất tổng thể của hệ thống:
   • Hệ thống SynRM cấp nguồn bằng pin năng lượng mặt trời với điều khiển MPPT và MTPA đạt hiệu suất vận hành cao, ổn định trong điều kiện bức xạ thay đổi.
   • Mô phỏng cho thấy mômen và tốc độ động cơ được điều khiển linh hoạt theo công suất thu được từ hệ thống PV.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả điều khiển MTPA là do việc tính toán dòng điện tối ưu dựa trên mô hình có xét đến tổn hao sắt và bão hòa từ, điều mà nhiều nghiên cứu trước đây chưa khai thác đầy đủ. Việc sử dụng mạng nơ-ron MLP giúp ước lượng tham số động cơ chính xác hơn, từ đó cải thiện khả năng điều khiển mômen.

So với các nghiên cứu trước đây sử dụng phương pháp điều khiển hướng trường (FOC) dựa trên bảng tra cứu FEM, phương pháp đề xuất trong luận văn có ưu điểm là tính toán trực tuyến, thích ứng với điều kiện vận hành thực tế và biến đổi thông số động cơ.

Kết quả mô phỏng có thể được trình bày qua các biểu đồ công suất đầu ra của mảng PV theo thời gian, biểu đồ dòng điện trục d và q, mômen và tốc độ động cơ, cũng như bảng so sánh hiệu suất giữa các phương pháp điều khiển.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp giải pháp điều khiển tối ưu cho SynRM cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời, góp phần nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng tái tạo trong các ứng dụng nông nghiệp và công nghiệp tại các vùng chưa có lưới điện quốc gia.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thực nghiệm hệ thống SynRM cấp nguồn bằng pin năng lượng mặt trời:

   • Thực hiện lắp đặt và thử nghiệm thực tế tại các vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa để đánh giá hiệu quả vận hành ngoài mô phỏng.
   • Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu, trường đại học, doanh nghiệp công nghệ.
   • Thời gian: 12-18 tháng.

2. Phát triển thuật toán MPPT và MTPA nâng cao:

   • Nghiên cứu kết hợp các thuật toán tối ưu tiến hóa như DE hoặc PSO để cải thiện hiệu suất trong điều kiện bức xạ không đồng đều hoặc có bóng che.
   • Chủ thể thực hiện: nhóm nghiên cứu chuyên sâu về điều khiển và trí tuệ nhân tạo.
   • Thời gian: 6-12 tháng.

3. Tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng và điều khiển thông minh:

   • Kết hợp pin lưu trữ hoặc ắc quy để ổn định nguồn cấp cho SynRM, đồng thời phát triển hệ thống điều khiển thông minh dựa trên IoT để giám sát và tối ưu hóa vận hành.
   • Chủ thể thực hiện: doanh nghiệp công nghệ năng lượng tái tạo, startup công nghệ.
   • Thời gian: 12-24 tháng.

4. Mở rộng ứng dụng SynRM trong các lĩnh vực khác:

   • Nghiên cứu ứng dụng SynRM trong xe điện, máy móc công nghiệp, thiết bị gia dụng nhằm tận dụng ưu điểm hiệu suất cao và chi phí thấp.
   • Chủ thể thực hiện: các công ty sản xuất động cơ, nhà nghiên cứu công nghiệp.
   • Thời gian: 18-36 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Kỹ thuật Điện:

   • Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về động cơ đồng bộ từ trở, kỹ thuật điều khiển MPPT và MTPA, mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điện năng lượng mặt trời.
   • Use case: phát triển đề tài nghiên cứu, luận văn, hoặc ứng dụng thực tế.

2. Kỹ sư thiết kế và vận hành hệ thống năng lượng tái tạo:

   • Áp dụng các thuật toán tối ưu công suất và mômen cho hệ thống cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời, nâng cao hiệu suất và độ bền thiết bị.
   • Use case: thiết kế hệ thống máy bơm nước, hệ thống điện độc lập cho vùng nông thôn.

3. Doanh nghiệp sản xuất động cơ và thiết bị điện:

   • Tham khảo giải pháp điều khiển tối ưu cho SynRM, cải tiến sản phẩm động cơ hiệu suất cao, giảm chi phí sản xuất và vận hành.
   • Use case: phát triển sản phẩm động cơ cho thị trường xe điện, máy móc công nghiệp.

4. Chính sách và quản lý năng lượng:

   • Hiểu rõ tiềm năng và thách thức của việc ứng dụng năng lượng mặt trời kết hợp với động cơ SynRM trong phát triển bền vững và giảm phát thải khí nhà kính.
   • Use case: xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển năng lượng tái tạo, thúc đẩy công nghiệp xanh.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao chọn động cơ đồng bộ từ trở (SynRM) thay vì động cơ không đồng bộ hay động cơ nam châm vĩnh cửu?
   SynRM có cấu trúc đơn giản, chi phí sản xuất thấp, không có tổn hao đồng ở rôto và hiệu suất cao đạt chuẩn IE4, vượt trội so với động cơ không đồng bộ IE2. So với động cơ nam châm vĩnh cửu, SynRM không sử dụng nam châm hiếm, giảm chi phí và rủi ro nguồn cung.

2. Thuật toán MPPT P&O hoạt động như thế nào trong điều kiện bức xạ thay đổi?
   Thuật toán P&O liên tục điều chỉnh điện áp đầu ra của mảng PV dựa trên sự thay đổi công suất và điện áp, nhằm tìm điểm công suất cực đại (MPP). Khi bức xạ thay đổi, thuật toán nhanh chóng thích ứng để duy trì công suất tối ưu.

3. Làm thế nào để tính toán dòng điện tối ưu trong điều khiển MTPA có xét đến tổn hao sắt?
   Dòng điện tối ưu được xác định bằng phương pháp tối ưu hóa Lagrange, kết hợp mô hình điện áp-dòng điện trong hệ tọa độ d-q có tính đến điện trở sắt Ri và điện cảm phụ thuộc dòng điện. Mạng nơ-ron MLP được sử dụng để ước lượng tham số động cơ trong thời gian thực.

4. Ước lượng thông số động cơ bằng mạng nơ-ron MLP có ưu điểm gì?
   MLP giúp ước lượng chính xác các tham số phi tuyến như điện cảm và điện trở tổn hao sắt dựa trên dữ liệu đầu vào dòng điện và tốc độ, giúp điều khiển mômen chính xác và thích ứng với biến đổi điều kiện vận hành.

5. Ứng dụng thực tế của hệ thống SynRM cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời là gì?
   Hệ thống phù hợp cho các vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa chưa có lưới điện quốc gia, dùng cho máy bơm nước, thiết bị công nghiệp nhỏ, và có tiềm năng mở rộng sang xe điện và các thiết bị công nghiệp khác nhằm tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải.

Kết luận

• Động cơ đồng bộ từ trở (SynRM) kết hợp với hệ thống pin năng lượng mặt trời và thuật toán MPPT-P&O giúp tối đa hóa công suất thu được và điều khiển mômen tối ưu theo dòng điện cho trước (MTPA).
• Phương pháp điều khiển MTPA có xét đến tổn hao sắt và bão hòa từ, sử dụng mạng nơ-ron MLP để ước lượng tham số động cơ, nâng cao hiệu suất và độ chính xác điều khiển.
• Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu suất của hệ thống cải thiện rõ rệt so với phương pháp truyền thống, phù hợp ứng dụng trong nông nghiệp và các vùng chưa có lưới điện.
• Nghiên cứu mở ra hướng phát triển cho các ứng dụng SynRM trong xe điện và các thiết bị công nghiệp, góp phần thúc đẩy sử dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thực nghiệm, phát triển thuật toán nâng cao và tích hợp hệ thống lưu trữ năng lượng để hoàn thiện giải pháp.

Hành động đề xuất: Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai thử nghiệm thực tế và phát triển sản phẩm ứng dụng SynRM cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời nhằm thúc đẩy chuyển đổi năng lượng bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương I: Giới thiệu động cơ đồng bộ từ trở GVHD: TS. Trương Phước Hòa Động cơ đồng bộ từ trở đã ra đời từ những năm 80 của thế kỷ 19 và trải qua nhiều lần cải tiến và mang lại những ưu điểm vượt trội nhất định so với một số loại động cơ điện khác và được ứng dụng vào một số lĩnh vực nhất định trong công – nông nghiệp ở một số quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên SynRM vẫn còn khá mới mẻ đối với Việt Nam chúng ta, chưa được ứng dụng trong thực tế. Ngày nay, với sự phát triển của cách mạng công nghiệp 4.0 và xu hướng cải tiến dây chuyền, nâng cao hiệu suất và tiết kiệm năng lượng trong công nghiệp nên ở Việt Nam đã dần có sự quan tâm về SynRM.

Đặc biệt lĩnh vực về xe điện, trong những năm gần đây lĩnh vực này được chú trọng phát triển ở Việt Nam và các nước trên thế giới nhằm thay thế dần cho động cơ đốt trong để hạn chế khí xả thải gây ô nhiễm môi trường và nguồn nhiên liệu khí đốt đang dần cạn kiệt. Tuy xe điện vẫn còn một số hạn chế để phát triển mạnh như: thời gian sạc lâu, quãng đường di chuyển ngắn, tốc độ hạn chế, … nhưng với tốc độ phát triển của khoa học công nghệ hiện nay chúng ta hy vọng sớm sẽ khắc phục được những hạn chế nêu trên để thúc đẩy xe điện phát triển mạnh mẽ. Việc ứng dụng động cơ đồng bộ từ trở thay cho động cơ hiện tại của xe điện là điều hoàn toàn khả thi với các ưu điểm vượt trội của động cơ đồng bộ từ trở mang lại. Do đó, việc phát triển nghiên cứu về động cơ động bộ từ trở là việc cần thiết cho nền công – nông nghiệp Việt Nam trong giai đoạn hiện nay.

Xét về mặt tiềm năng mà động cơ SynRM có thể phát triển mạnh trong giai đoạn sắp tới không thể không nói đến thị trường xe ôtô điện và xe máy điện. Trước tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng gia tăng, nhiều nước trên thế giới khuyến khích người dân sử dụng các loại phương tiện thân thiện với môi trường, Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng chung đó. Theo thống kê, hiện Việt Nam có khoảng 46 triệu xe máy, đứng thứ 4 trên thế giới [16]. Việt Nam là xã hội phụ thuộc rất nhiều vào xe máy.

Bởi đặc điểm giao thông đô thị nhiều ngõ ngách của Việt Nam thì việc di chuyển ô tô rất không thuận tiện và xe máy lại thuận tiện hơn nên trong tương lai dù đô thị hóa thế nào thì việc bỏ xe máy xăng là điều rất khó. Do đó, xu hướng di chuyển bằng xe máy xăng sang xe máy điện sẽ là điều tất yếu. Đây là cơ hội cho động cơ SynRM ứng dụng rộng rãi trong thời gian tới và cần có nhiều nghiên cứu về động cơ này. Luận văn thạc sĩ 6 HVTH: Nguyễn Trường Nhu Chương I: Giới thiệu động cơ đồng bộ từ trở GVHD: TS.

Trương Phước Hòa Hiện nay ở nước ta, Tiến sĩ Trương Phước Hòa đã có những công trình nghiên cứu về động cơ đồng bộ từ trở và đã đạt được những thành công nhất định trong việc chứng minh được hiệu quả của loại động cơ này. Một trong những nghiên cứu đó là điều khiển MTPA cho SynRM bằng cách xem xét độ bão hòa từ, ghép nối chéo và tổn hao sắt. Với phân tích phần tử hữu hạn (FEA), các đặc tính của SynRM bao gồm điện cảm và khả năng chống tổn hao sắt được xác định. Do các đặc tính phi tuyến tính, các mạng nơron nhân tạo được huấn luyện để có được độ tự cảm d-q và khả năng chống tổn hao sắt từ dòng Id, dòng Iq và tốc độ rôto.

Sau quá trình huấn luyện, một biểu thức phân tích của dòng điện tối ưu (tổn hao Joule tối thiểu và mômen xoắn cực đại) được đưa ra nhờ tối ưu hóa Lagrange. Do đó, các dòng điện tối ưu sẽ được thu trực tuyến trong thời gian thực. Phương pháp này có khả năng duy trì điều kiện MTPA và điều khiển mô-men xoắn chính xác cao. Từ những tiềm năng mà SynRM mang lại và những đóng góp của công trình nghiên cứu trong nước nêu trên thì việc phát triển nghiên cứu về động cơ đồng bộ từ trở là việc cần thiết cho nền công nông nghiệp Việt Nam ở giai đoạn hiện tại.

Ứng dụng năng lượng mặt trời cho SynRM Trong những năm gần đây, với sự biến đổi của khí hậu toàn cầu nói chung và Việt Nam nói riêng đã gây ra những thảm họa cho nhân loại như: mưa bão, lũ lụt, sóng thần, … và tần suất xuất hiện ngày càng gia tăng gây ảnh hưởng nặng nề cho nhiều nước trên thế giới. Các nhà nghiên cứu, chuyên gia đã nhìn nhận vấn đề này xuất phát từ nhiều nguyên nhân trong đó có liên quan đến các dạng nhà máy điện. Trong đó, có thể nói đến các dạng nhà máy điện sau: nhà máy nhiệt điện gây ra ô nhiễm khí thải gây hiệu ứng nhà kính do sử dụng chất đốt, nhiên liệu hóa thạch – nguồn nhiên liệu đang dần cạn kiệt; nhà máy thủy điện là một dạng của năng lượng tái tạo mang tính thân thiện với môi trường tuy nhiên gây ra một số ảnh hưởng nhất định đến khu vực xây dựng nhà máy như: thay đổi thổ nhưỡng khu vực hạ lưu, ảnh hưởng tới hoạt động nông nghiệp, đánh bắt thủy hải sản, nguy cơ ngập lụt cao do hoạt động xả lũ, … Chính vì những lý do đó nhiều nước trên thế giới đã dần chuyển sang sử dụng nguồn năng lượng tái tạo thay thế cho nguồn năng lượng truyền thống. Hai Luận văn thạc sĩ 7 HVTH: Nguyễn Trường Nhu Chương I: Giới thiệu động cơ đồng bộ từ trở GVHD: TS.

Trương Phước Hòa dạng năng lượng tái tạo đặc biệt được quan tâm và chú trọng trong những năm gần đây là năng lượng mặt trời và năng lượng gió. Đặc biệt ở Việt Nam trong hai năm gần đây năng lượng mặt trời được đầu tư xây dựng nhiều ở một số tỉnh thành, ngoài các dự án nhà máy điện mặt trời với công suất lớn thì các hộ gia đình cũng đầu tư dưới dạng áp mái nhà với công suất quy mô hộ gia đình. Tuy nhiên vẫn còn một số khu vực nông thôn – nơi chưa có lưới điện thì mối quan tâm về năng lượng mặt trời gia tăng. Giải pháp phù hợp cho khu vực này là sử dụng động cơ đồng bộ từ trở để ứng dụng cho một số hoạt động phục vụ nhu cầu cho người dân khu vực.

Mô hình nói trên được đề xuất như hình bên dưới: Hình 1.3 Động cơ đồng bộ từ trở được cấp nguồn bằng hệ thống pin năng lượng mặt trời Trong luận văn này, một hệ thống pin quang điện được nghiên cứu để ứng dụng trong nông nghiệp, cụ thể là hệ thống máy bơm nước. Do bức xạ mặt trời chiếu đến hệ thống PV không ổn định theo thời gian trong ngày và ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố khác nên năng lượng điện tạo ra bởi mảng PV sẽ thay đổi theo dẫn đến SynRM sẽ hoạt động không hiệu quả. Luận văn sẽ đề xuất phương pháp tối đa hóa công suất thu Luận văn thạc sĩ 8 HVTH: Nguyễn Trường Nhu Chương I: Giới thiệu động cơ đồng bộ từ trở GVHD: TS. Trương Phước Hòa được từ hệ thống pin năng lượng mặt trời và điều khiển tối ưu mômen với dòng điện cho trước cho động cơ đồng bộ từ trở được cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời.

Mục tiêu nghiên cứu động cơ từ trở được cấp nguồn bằng năng lượng mặt trời 1. Mục tiêu Năng lượng tạo ra từ các mảng PV không liên tục và ổn định như các dạng năng lượng khác mà thay đổi theo điều kiện bức xạ và nhiệt độ chiếu đến các mảng PV, dẫn đến động cơ đồng bộ từ trở hoạt động không hiệu quả. Để đạt được hiệu suất vận hành cao cho hệ thống trên. Bài luận văn này sẽ thực hiện hai mục tiêu chính như sau: Thứ nhất, tối đa hóa công suất đầu ra của hệ thống PV dùng thuật toán của kỹ thuật MPPT.

Thứ hai, điều khiển SynRM ở chế độ MTPA để đạt được mômen và tốc độ theo nguồn năng lượng thu được. Phạm vi nghiên cứu Mô hình đề xuất của đề tài sẽ ứng dụng cho lĩnh vực nông nghiệp, cụ thể là hệ thống máy bơm nước được sử dụng tại những vùng nông thôn, vùng sâu, vùng xa – nơi chưa có lưới điện. Bài luận văn này sẽ dùng thuật toán thuật toán nhiễu loạn và quan sát (P&O) của kỹ thuật MPPT để tối đa công suất thu được của hệ thống PV và cấp nguồn cho SynRM. Sử dụng mạng nơron Multilayer Perceptron (MLP) để ước lượng thông số động cơ và tính toán các dòng điện tối ưu cho động cơ SynRM đạt được mômen tối ưu với dòng điện cho trước có xét đến bão hòa từ và tổn hao sắt.

Chương hai sẽ giới thiệu về hệ thống PV, đặc tính PV và thuật toán P&O của kỹ thuật MPPT. Chương ba sẽ giới thiệu các mô hình toán học dành cho SynRM và các phương trình tính toán tối ưu cho SynRM. Luận văn thạc sĩ 9 HVTH: Nguyễn Trường Nhu Chương 2: Giới thiệu về hệ thống photovoltaic (PV), GVHD: TS. Trương Phước Hòa đặc tính pv và kỹ thuật để tối đa công suất đầu ra CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG PHOTOVOLTAIC (PV), ĐẶC TÍNH PV VÀ KỸ THUẬT ĐỂ TỐI ĐA CÔNG SUẤT ĐẦU RA Chương hai sẽ giới thiệu về tình hình phát triển năng lượng mặt trời tại nước ta, cùng với những thuận lợi, khó khăn, tiềm năng mà nguồn năng lượng mặt trời mang lại.

Giới thiệu đặc tính của tấm pin năng lượng mặt trời và kỹ thuật điều khiển để tối đa hóa công suất thu được từ hệ thống PV. Kết quả mô phỏng của kỹ thuật MPPT cho hệ thống PV sẽ được trình bày trong chương 5. Tình hình phát triển điện năng lượng mặt trời tại Việt Nam Trong những năm gần đây, với chính sách của chính phủ về khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo nói chung và năng lượng gió, năng lượng mặt trời nói riêng đã thúc đẩy các dự án điện mặt trời, điện gió đầu tư xây dựng với quy mô lớn trên nhiều khu vực của nước ta. Trong hai năm (2019 – 2020) sự bùng nổ về lắp đặt năng lượng mặt trời có thể thấy rõ rệt ở giai đoạn này với chính sách giá mua bán điện hấp dẫn của chính phủ đối với dạng năng lượng này cùng với chi phí đầu tư nhỏ nên điện mặt trời đã thu hút nhiều nhà đầu tư hơn so với điện gió.