BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

MAI CÔNG CƯƠNG

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI P VÀ Q
TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : KỸ THUẬT
ĐIỆN Mã số ngành: 60520202

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm
2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

---------------------------

MAI CÔNG CƯƠNG

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI P VÀ Q
TRONG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chuyên ngành : KỸ THUẬT
ĐIỆN Mã số ngành: 60520202
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ MINH PHƯƠNG

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm
2015


CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS: LÊ MINH PHƯƠNG

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM
ngày … tháng … năm 2015
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:

TT

Họ và tên

Chức danh Hội đồng

1

Chủ tịch

2

Phản biện 1

3


Phản biện 2

4

Ủy viên

5

Ủy viên, thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được
sửa chữa (nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV


TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

PHÒNG QLKH – ĐTSĐH

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
TP. HCM, ngày..… tháng 11 năm 2015

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: MAI CÔNG CƯƠNG

Giới tính: NAM

Ngày, tháng, năm sinh: 12/01/1980


Nơi sinh: THÁI BÌNH

Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN

MSHV: 1241830002

I- Tên đề tài:
Phương pháp điều khiển chia tải p và q trong hệ thống năng lượng mặt
trời. II- Nhiệm vụ và nội dung:
1. Tổng quan về Microgrid.
2. Các phương pháp điều khiển chia tải.
3. Mô phỏng giải thuật chia tải đề xuất.
4. Mô hình thực nghiệm.
III- Ngày giao nhiệm vụ:
IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
V- Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS: LÊ MINH PHƯƠNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS. Lê Minh Phương

KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH


i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả
nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện Luận văn

Mai Công Cương


ii

LỜI CÁM ƠN
Tôi xin gửi đến thầy PGS. TS. Lê Minh Phương lời biết ơn sâu sắc vì đã dành
thời gian quý báu để hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cũng như cho tôi những lời
khuyên bổ ích để hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy, Cô trong Phòng Thí Nghiệm
Nghiên Cứu Điện Tử Công Suất trường đại học Bách Khoa – ĐHQG Tp. HCM đặc
biệt Tôi muốn gửi lời cảm ơn của Tôi tới Thạc sĩ Nguyễn Minh Huy đã giúp đỡ và
đồng hành cùng tôi trong thời gian thực hiện luận văn.
Trong suốt thời gian học tập tại Trường Đại Học Công Nghệ Tp. HCM, tôi đã
được Thầy, Cô giảng dạy tận tình, cho tôi nhiều kiến thức mới và bổ ích. Tôi xin gửi
đến Quý Thầy, Cô lời cảm ơn chân thành nhất.
Cuối cùng, tôi xin cám ơn những người thân trong gia đình đã động viên và tạo
điều kiện giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu
vừa qua.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 2 tháng 11 năm 2015

Mai Công Cương


3


TÓM TẮT
Lưới điện siêu nhỏ là một phần của hệ thống lưới điện thông minh trong tương
lai bao gồm mạng các nguồn phân tán có công suất nhỏ, điện áp thấp kế nối với nhau
có hoặc không sử dụng hệ thống tích trữ năng lượng. Hiện nay hệ thống lưới phân phối
điện cục bộ (DG) sử dụng nguồn năng lượng tái tạo mặt trời, gió và nguồn lưu trữ
được phát triển rộng rãi. Tuy nhiên các nguồn điện này không trực tiếp tạo ra điện áp
xoay chiều 3 pha. Vì vậy, yêu cầu phải sử dụng các bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha. Các
bộ nghịch lưu này tạo lưới siêu nhỏ (Microgrid) trước khi kết nối với lưới điện.
Để truyền tải lượng công suất lớn hay kết nối nhiều nguồn phát với lưới cần
thiết kết nối và vận hành song song các bộ nghịch lưu do khả năng mang dòng điện
lớn của các thiết bị bán dẫn bị hạn chế. Một lý do khác là các bộ nghịch lưu hoạt động
song song sẽ tạo thành hệ thống dự phòng, nâng cao độ tin cậy hệ thống đồng thời tạo
tính linh hoạt cho phép đóng ngắt nguồn vào lưới một cách dễ dàng.
Trong giới hạn luận văn thạc sĩ, tác giả tập trung giải quyết vấn đề kết nối song
song các bộ nghịch lưu là làm thế nào để chia tải và đảm bảo chúng được kết nối một
cách linh hoạt không ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống. Mô hình mô phỏng
được xây dựng và kiểm tra trên matlab Simulink, mô hình thực nghiệm thực
hiện tại phòng thí nghiệm để kiếm chứng tính đúng đắn của lý thuyết đưa ra.


4

ABSTRACT
Micro grid is an element of smart grid in future which includes low power, low
voltage distributed energy resources connected together. Currently, electricity
distributed generator (DG) using renewable energy sources solar, wind and storage
resources are developing extensively. However, this power source does not directly
converter to 3 – phase AC voltage. Therefore, giving the claim to use the 3 – phase
inverter before connecting to the grid.
To transmit large amounts of power, or connect multiple sources to micro –

grid, parallel operation of the inverters are required due to large current-carrying
capability of the semiconductor device is limited. Another reason is that the parallel
inverters will enhance the redundant power system which increases reliability and
creates flexibility of system.
In this master thesis, authors focus on solving parallel inverter issues in micro
grid such as how to share the load and ensure that they are connected in a flexible way,
not affect the reliability of system. Simulation model was built and tested on
MATLAB Simulink, empirical model implemented in the laboratory to verify the
correctness of the theory presented.


5

MỤC LỤC
Chương 1.

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ..............................................................................1

1.1. Tính cấp thiết của đề tài .....................................................................................1
1.1.1.

Tình hình năng lượng thế giới .................................................................1

1.1.2.

Tiềm năng của năng lượng mặt trời tại Việt Nam ...................................3

1.2. Mục tiêu đề tài ...................................................................................................5
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................6
1.4. Nhiệm vụ của luận văn ......................................................................................7

Chương 2.

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ..............8

2.1. Pin năng lượng mặt trời (PV).............................................................................8
2.1.1.

Giới thiệu .................................................................................................8

2.1.2.

Mô hình tương đương của pin năng lượng Mặt trời ................................9

2.1.3.

Các đặc tuyến của pin năng lượng mặt trời ...........................................10

2.2. Giới thiệu về bộ biến đổi công suất – tăng áp DC/DC ....................................13
2.3. Giới thiệu về bộ biến đổi công suất – nghịch lưu DC/AC ...............................15
2.4. Các hệ thống năng lượng mặt trời....................................................................17
2.4.1.

Hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động độc lập ..................................17

2.4.2.

Hệ thống năng lượng mặt trời kết nối lưới ............................................17

2.4.3.


Hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp...................................................18

2.5. Tổng quan về các cấp điều khiển trong hệ thống năng lượng mặt trời ...........19
2.5.1.

Bộ điều khiển Zero: ...............................................................................19

2.5.2.

Bộ điều khiển sơ cấp:.............................................................................19

2.5.3.

Điều khiển thứ cấp .................................................................................21

2.5.4.

Điều khiển Tertairy ................................................................................22


6

Chương 3.

PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN CHIA TẢI DROOP CONTROL P/F –

Q/V

23


3.1. Phương pháp điều khiển Droop .......................................................................23
3.1.1.

Khi tải ngõ ra thuần cảm:.......................................................................23

3.1.2.

Khi δ nhỏ................................................................................................24

3.1.3.

Điều khiển độ trượt – Droop control .....................................................25

3.2. Điều khiển hệ thống .........................................................................................27
Chương 4.

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI CHIA TẢI P

VÀ Q TRÊN MATLAB SIMULINK............................................................................28
4.1. Mô phỏng tấm pin năng lượng mặt trời ...........................................................29
4.2. Mô phỏng bộ tăng áp DC/DC và giải thuật MPPT ..........................................30
4.2.1.

Giải thuật MPPT Perturbation And Observe (PO) ................................30

4.2.2.

Bộ tăng áp DC/DC .................................................................................31

4.3. Mô phỏng bộ nghịch lưu DC/AC.....................................................................32

4.3.1.

Các khối đo lường..................................................................................32

4.3.2.

Các khối điều khiển ...............................................................................35

4.3.3.

Điều chế vector không gian (SVPWM) .................................................38

4.4. Mô phỏng điều khiển độ trượt – Droop control...............................................43
4.5. Mô hình mô phỏng bộ nghịch lưu 3 pha hoàn chỉnh .......................................43
4.6. Kết quả mô phỏng ............................................................................................45
4.6.1.

Trường hợp 2 đường dây có thuần trở R và khác nhau .........................46

4.6.2.

Trường hợp 2 đường dây có thuần cảm L và khác nhau .......................48

4.6.3.

Trường hợp 2 đường dây R,L có R lớn và khác nhau ...........................49

4.6.4.

Trường hợp 2 đường dây L,R có R nhỏ và khác nhau ..........................52


4.6.5.

Trường hợp 2 đường dây có L, R bằng nhau.........................................54


vii

4.6.6.

Trường hợp tải R=50Ω, L=35e-3H .......................................................56

4.6.7.

Trường hợp tải R=35Ω, L=25e-3H .......................................................58

Chương 5.

THIẾT KẾ MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM.....................60

5.1

Thiết kế bộ lọc DC/DC: ...................................................................................62

5.2

Thiết kế mạch nguồn phụ:................................................................................63

5.3


Thiết kế mạch cảm biến dòng điện, điện áp: ...................................................68

5.4

Thiết kế bộ nghịch lưu 3 phase: .......................................................................74

5.5

Thiết kế mạch điều khiển: ................................................................................76

5.5.1

Mạch giao tiếp ...........................................................................................77

5.5.2

Mạch hiển thị.............................................................................................78

5.5.3

Mạch lái cách ly. .......................................................................................79

NHẬN XÉT VÀ TỔNG KẾT .......................................................................................86
Nhận xét và tổng kết ..................................................................................................86
Hướng phát triển tương lai: .......................................................................................................... 86


8

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Bản đồ năng lượng thế giới ..............................................................................................1
Hình 1.2: Mô hình hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động độc lập ....................................2
Hình 1.3: Mô hình lưới Microgrid với các nguồn năng lượng khác nhau ...........................3
Hình 1.4: Bản đồ cường độ bức xạ mặt trời tại Việt Nam.........................................................4
Hình 1.5: Mô hình 1 hệ thống microgrid hoạt động độc lập.....................................................5
Hình 1.6: Mô hình nghiên cứu của đề tài ........................................................................................5
Hình 1.7: Sơ đồ khối mô hình nghiên cứu ......................................................................................6
Hình 2.1: Chuyển hóa năng lượng .....................................................................................................8
Hình 2.2: Phân vùng năng lượng của electron trong bán dẫn P-N. ........................................9
Hình 2.3: Mô hình một cell pin PV ...................................................................................................9
Hình 2.4: Dòng ngắn mạch ...................................................................................................................9
Hình 2.5: Điện áp hở mạch ................................................................................................................ 10
Hình 2.6: Đặc tuyến I-V và P-V của pin mặt trời ...................................................................... 11
Hình 2.7: Đặc tuyến P - V và P – I tại các công suất bức xạ khác nhau............................ 11
Hình 2.8: Tấm cell, module và dãy pin năng lượng mặt trời................................................. 12
Hình 2.9: Đặc tuyến V-I khi các cell pin mắc nối tiếp............................................................. 12
Hình 2.10: Đặc tuyến V-I khi các module mắc nối tiếp .......................................................... 12
Hình 2.11: Đặc tuyến V-I khi mắc các module song song ..................................................... 12
Hình 2.12: Tác động do bóng che lên pin năng lượng mặt trời ............................................ 13
Hình 2.13: Cấu hình của bộ tăng áp ............................................................................................... 14
Hình 2.14: Dạng sóng ở chế độ dòng liên tục ............................................................................. 14
Hình 2.15: Dòng điện ngõ ra............................................................................................................. 15
Hình 2.16: Mô hình các khóa nghịch lưu 3 pha ......................................................................... 16
Hình 2.17: Hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động độc lập ................................................ 17
Hình 2.18: Hệ thống năng lượng mặt trời kết nối lưới ............................................................ 18
Hình 2.19: Hệ thống năng lượng mặt trời kết hợp acquy và máy phát điện .................... 18
Hình 2.20: Các cấp điều khiển trong hệ thống năng lượng mặt trời ................................... 19
Hình 2.21: Sơ đồ điều khiển cho cấp Secondary ....................................................................... 21
Hình 3.1: Mô hình đơn giản của bộ nghịch lưu kết nối lưới.................................................. 23



9

Hình 3.2: Đường đặc trưng Droop điều khiển theo tần số...................................................... 25
Hình 3.3: Cấu trúc của điều khiển toàn hệ thống....................................................................... 27
Hình 4.1: Mô hình mô phỏng hệ thống ......................................................................................... 28
Hình 4.2: Mô phỏng hệ thống trên Matlab Simulink ............................................................... 28
Hình 4.3: Cấu trúc mô phỏng của 1 bộ nghịch lưu ................................................................... 29
Hình 4.4: Bên trong của tấm PV...................................................................................................... 30
Hình 4.5: Mô hình tấm PV mô phỏng ........................................................................................... 30
Hình 4.6: Bộ biến đổi điện áp DC/DC Boost .............................................................................. 31
Hình 4.7: Khối biến đổi điện áp DC/DC boost trên mô phỏng............................................. 32
Hình 4.8: Mô hình bộ MPPT và bộ DC/DC Boost ................................................................... 32
Hình 4.9: Mô hình khối đo lường dòng điện ............................................................................... 33
Hình 4.10: Bên trong của khối chuyển đổi với T1 và T3 là các hàm truyền ................... 33
Hình 4.11: Mô hình khối đo điện áp trên Matlab Simulink ................................................... 33
Hình 4.12: Mô hình mô phỏng khối đo công suất P và Q ...................................................... 34
Hình 4.13: Mô hình lý thuyết điều khiển điện áp ...................................................................... 35
Hình 4.14: Mô hình mô phỏng bộ điều khiển điện áp ............................................................. 36
Hình 4.15: Mô hình lý thuyết điều khiển dòng điện ................................................................. 36
Hình 4.16: Mô hình mô phỏng của khối điều khiển dòng điện ............................................ 37
Hình 4.17: Bảng trạng thái chuyển đổi của các khóa ............................................................... 38
Hình 4.18: Trạng thái điện áp của của các pha ........................................................................... 39
Hình 4.19: Vector không gian, các vector trạng thái và các sector ..................................... 39
Hình 4.20: Vector không gian được tổng hợp từ 2 vector trạng thái .................................. 40
Hình 4.21: Mô hình khối chuyển đổi dq/αβ................................................................................. 42
Hình 4.22: Khối tính toán góc tương ứng của hệ trục α và β............................................. 42
Hình 4.23: Khối tạo xung SVPWM................................................................................................ 42
Hình 4.24: Bộ điều khiển độ trượt trên Matlab Simulink ....................................................... 43
Hình 4.25: Mô hình 3 pha 6 khóa trên Matlab Simulink ........................................................ 43

Hình 4.26: Các thành phần động lực như cuộn lọc, tụ lọc và cảm biến dòng, áp .......... 44
Hình 4.27: Các bộ điều khiển kết nối với nhau .......................................................................... 44
Hình 4.28: Mô hình mô phỏng bộ nghịch lưu............................................................................. 44


10

Hình 4.29: Mô hình mô phỏng trên Matlab Simulink.............................................................. 45
Hình 4.30: Công suất sau khi qua bộ MPPT ............................................................................... 45
Hình 4.31: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện khi đường dây thuần trở ..................... 46
Hình 4.32: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện ở khoảng thời gian nhỏ khi đường
dây thuần trở ........................................................................................................................................... 46
Hình 4.33: Dòng điện ngõ ra tương ứng khi đường dây thuần trở ...................................... 47
Hình 4.34: Điện áp ngõ ra tương ứng khi đường dây thuần trở ........................................... 47
Hình 4.35: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện khi đường dây thuần cảm .................. 48
Hình 4.36: Dòng điện ngõ ra tương ứng khi đường dây thuần cảm.................................... 48
Hình 4.37: Điện áp ngõ ra tương ứng khi đường dây thuần cảm ......................................... 49
Hình 4.38: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện khi đường dây R, L có R lớn ............ 50
Hình 4.39: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện ở khoảng thời gian nhỏ khi đường
dây R,L có R lớn ................................................................................................................................... 50
Hình 4.40: Dòng điện 3 pha tương ứng khi đường dây R,L có R lớn ................................ 51
Hình 4.41: Điện áp 3 pha tương ứng khi đường dây R,L có R lớn ..................................... 51
Hình 4.42: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện khi đường dây R, L có R nhỏ ........... 52
Hình 4.43: Dòng điện 3 pha tương ứng khi đường dây R,L có R nhỏ ............................... 53
Hình 4.44: Điện áp 3 pha tương ứng khi đường dây R,L có R nhỏ .................................... 53
Hình 4.45: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện khi đường dây R,L bằng nhau.......... 54
Hình 4.46: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện ở khoảng thời gian nhỏ khi đường
dây R,L bằng nhau ................................................................................................................................ 54
Hình 4.47: Dòng điện 3 pha tương ứng khi 2 đường dây R,L bằng nhau ......................... 55
Hình 4.48: Điện áp 3 pha tương ứng khi 2 đường dây R,L bằng nhau .............................. 55

Hình 4.49: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện khi tải R=50Ω, L=35e-3H ................. 56
Hình 4.50: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện ở khoảng thời gian nhỏ khi tải
R=50Ω, L=35e-3H................................................................................................................................ 56
Hình 4.51: Dòng điện ngõ ra tương ứng khi tải R=50Ω, L=35e-3H .................................. 57
Hình 4.52: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện khi tải R=35Ω, L=25e-3H ................. 58
Hình 4.53: Công suất P, Q và điện áp, dòng điện ở khoảng thời gian nhỏ điện khi tải
R=35Ω, L=25e-3H................................................................................................................................ 58


11

Hình 4.54: Điện áp 3 pha tương ứng khi tải R=35Ω, L=25e-3H ......................................... 59


xii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam ......................................................................4
Bảng 2.1: Bảng so sánh các loại nghịch lưu ................................................................................ 15
Bảng 4.1: Thông số của tấm pin PV............................................................................................... 29
Bảng 4.2: Bảng tra phương pháp P&O.......................................................................................... 30
Hình 4.3: Lưu đồ giải thuật P&O .................................................................................................... 31


xiii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
DER : Distributed Energy Resources (Các nguồn năng lượng phân phối)
MPPT : Max Power Point Tracking (Tìm điểm công suất cực đại)
NLTT : Năng lượng tái tạo

PV

: Photovoltaics

PO

: Perturb and Observe


1

Chương 1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
1.1.1. Tình hình năng lượng thế giới
Kể từ khi điện ra đời cho tới nay, con người đã sử dụng nó một cách hiệu quả
và sử dụng điện năng trong nhiều lĩnh vực của đời sống. Con người ngày càng phụ
thuộc vào điện năng, do đó cần phải cung cấp điện năng một cách liên tục. Ở nhiều
vùng sâu xa, điện năng vẫn chưa tới được với người dân, những khu vực này khó hoặc
không thể kéo lưới điện đến được. Nhu cầu về điện rất cần thiết để phục vụ đời sống
và sinh hoạt của họ.

Hình 1.1: Bản đồ năng lượng thế giới
Hệ thống năng lượng tái tạo (NLTT) ngày càng được sử dụng rộng rãi và phổ
biến. Hệ thống NLTT gồm nhiều nguồn năng lượng khác nhau như: năng lượng mặt
trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều, địa nhiệt,… NLTT tận dụng các nguồn
năng lượng thiên nhiên có thể tái tạo tuần hoàn để biến đổi thành điện năng cung cấp
cho con người. Các nguồn năng lượng tái tạo tồn tại khắp nơi trên nhiều vùng địa lý,
ngược lại với các nguồn năng lượng khác chỉ tồn tại ở một số quốc gia. Việc đưa vào
sử dụng năng lượng tái tạo nhanh và hiệu quả có ý nghĩa quan trọng trong an ninh
năng lượng, giảm thiểu biến đổi khí hậu, và có lợi ích về kinh tế. Hệ thống năng lượng



2

tái tạo là cần thiết để cung cấp nguồn điện 1 cách liên tục hay phục vụ cho những vùng
sâu, vùng xa hoặc hải đảo, biên giới.

Hình 1.2: Mô hình hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động độc lập

Do đó, hiện nay trên thế giới người ta đã sử dụng nhiều biện pháp để cung cấp
điện áp một cách liên tục. Một trong những phương pháp đó là dùng hệ thống
microgrid (lưới siêu nhỏ) để hoạt động một cách độc lập hay kết nối lưới tùy vào nhu
cầu sử dụng.
Trên thế giới, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu nhiều công trình sử dụng nhiều
bộ nghịch lưu mắc song song để chia sẻ công suất với nhau nhằm cải thiện chất lượng
điện năng của khu vực, cũng như đáp ứng nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng của
con người.


3

Hình 1.3: Mô hình lưới Microgrid với các nguồn năng lượng khác nhau
Trong các mô hình microgrid, mô hình các bộ nghịch lưu kết nối song song với
nhau sử dụng các phương pháp chia tải khác nhau cũng đang rất phổ biến như phương
pháp sử dụng giao tiếp truyền thông và phương pháp chia tải thụ động. Phương pháp
chia tải thụ động như Droop control tỏ ra hữu hiệu khi dự đoán trước được công suất
yêu cầu của hệ thống.
1.1.2. Tiềm năng của năng lượng mặt trời tại Việt Nam
Vị trí địa lý đã ưu ái cho Việt Nam một nguồn năng lượng tái tạo vô cùng lớn,
0


0

đặc biệt là năng lượng mặt trời. Trải dài từ vĩ độ 23 23’ Bắc đến 8 27’ Bắc, Việt Nam
nằm trong khu vực có cường độ bức xạ mặt trời tương đối cao. Trong đó, nhiều nhất
phải kể đến thành phố Hồ Chí Minh, tiếp đến là các vùng Tây Bắc (Lai Châu, Sơn La,
Lào Cai) và vùng Bắc Trung Bộ (Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh)…


4

Hình 1.4: Bản đồ cường độ bức xạ mặt trời tại Việt Nam
(nguồn: Số liệu Khí tượng Thủy văn Trung ương)
Năng lượng mặt trời ở Việt Nam có sẵn quanh năm, khá ổn định và phân bố
rộng rãi trên các vùng miền khác nhau của đất nước. Đặc biệt, số ngày nắng trung bình
trên các tỉnh của miền trung và miền nam là khoảng 300 ngày/năm với dải bờ biển dài
hơn 3.000km, có hàng nghìn đảo hiện có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi không thể
đưa điện lưới đến được.

Bảng 1.1: Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam
Vì vậy, sử dụng năng lượng mặt trời như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay
thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư này


5

là một mục tiêu có ý nghĩa về mặt kinh tế, an ninh quốc phòng. Tuy nhiên, việc ứng
dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho đến nay chưa phát triển.
Nếu so với một số nước ở châu Phi hay Nam Á có cùng hoàn cảnh, Việt Nam
vẫn còn đi sau họ. Tại Thái Lan, Malaysia, Trung Quốc, Hàn Quốc từ nhiều năm nay

đã coi hướng phát triển năng lượng tái tạo như một quốc sách vì thế năng lượng mặt
trời ở đây có sự tăng trưởng rất mạnh và chiếm một tỷ lệ đáng kể trong cơ cấu phân bổ
điện năng. Tại Mỹ, Hungary, Đức, Thụy Sỹ từ nhiều năm nay cũng đã tăng nhanh tốc
độ xây dựng các nhà máy sản xuất pin mặt trời, trong đó chủ yếu xây dựng các nhà
máy sản xuất pin màng mỏng vô định hình.
Do đó, ta cần phải nghiên cứu và phát triển các hệ thống năng lượng mặt trời
cung cấp nguồn năng lượng cho sinh hoạt người dân ở các vùng sâu xa chưa có điện
cung cấp đến được, cũng như giảm thiểu các nguồn năng lượng không tái tạo được
như than đá, dầu mỏ, … Hệ thống microgrid hoạt động độc lập rất phù hợp cho tình
huống này.

Hình 1.5: Mô hình 1 hệ thống microgrid hoạt động độc lập
1.2. Mục tiêu đề tài

Hình 1.6: Mô hình nghiên cứu của đề tài


6

Giả sử, ở một khu vực mà lưới điện quốc gia không kéo tới được, cần phải cung
cấp điện cho khu vực bị cách ly hay có điện nhưng không ổn định, ta có 2 hay nhiều
bộ nghịch lưu 3 pha công suất như nhau, kết nối song song với nhau và hoạt động như
một microgrid độc lập.
Các bộ nghịch lưu đặt cách xa nhau và cách xa hộ tiêu thụ, cần phải có biện pháp
để 2 bộ nghịch lưu hoạt động song song với nhau để bảo đảm tính ổn định của hệ
thống và giúp cho các bộ nghịch lưu không bị quá tải. Cần có phương pháp điều khiển
để giải quyết bài toán này!
Phương pháp điều khiển thụ động Droop control không sử dụng giao tiếp tỏ ra
phù hợp trong trường hợp này khi không cần sự liên lạc hay trao đổi thông tin giữa các
bộ nghịch lưu mà vẫn có thể chia sẻ được công suất P và Q đều nhau giữa các bộ

nghịch lưu khi ta dự đoán trước được công suất tiêu thụ của các bộ nghịch lưu. Droop
control chia công suất P và Q đều do đó kéo dài tuổi thọ cho các thiết bị khi chạy tải
nhẹ cũng như giúp cho hệ thống ổn định. Do đó tiết kiệm được chi phí bảo dưỡng thiết
bị và chi phí phát sinh khi cần tăng công suất tiêu thụ, chỉ cần lắp thêm các bộ nghịch
lưu có công suất tương tương, không phải đầu tư lại toàn bộ hệ thống.


7

DC/DC

Nghịch lưu 3
pha
Tải tiêu thụ
Nghịch lưu 3
pha

Hình 1.7: Sơ đồ khối mô hình nghiên cứu
1.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Mô phỏng và nghiên cứu tính khả thi của phương pháp
điều khiển chia tải công suất P và Q trong hệ thống năng lượng mặt trời hoạt động độc
lập và khả năng ứng dụng trên thực tế của phương pháp điều khiển Droop control.
Phạm vi nghiên cứu: Trên mô phỏng và xây dựng phần cứng là các bộ nghịch
lưu, kiểm tra phương pháp điều khiển Droop control trong phòng thí nghiệm với công
suất nhỏ.


1.4. Nhiệm vụ của luận văn
-


Tổng quan về Microgrid.

-

Các phương pháp điều khiển chia tải.

-

Mô phỏng giải thuật chia tải đề xuất.

-

Mô hình thực nghiệm.