BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TẠ QUANG MINH

THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU HÒA NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

S K C0 0 3 6 0 3

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TẠ QUANG MINH

THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU HÒA NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI LÊN LƯỚI ĐIỆN QUỐC GIA

NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 11/2012


Nơi sinh: Bến Tre

Quê quán: xã Bình Hòa, huyện Giồng Trôm, tỉnh Bến Tre

Dân tộc: Kinh

Địa chỉ liên lạc: xã Bình Hòa, huyện Giồng Trôm, tỉnh Bến Tre
Điện thoại: 0975120903

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui

Thời gian đào tạo từ: 2006 đến năm 2010

Nơi học (trường, thành phố): Đại học Cần Thơ, Thành phố Cần Thơ
Ngành học: Kỹ thuật điện
Tên luận văn tốt nghiệp: Khảo sát và cải tạo lưới điện trung thế 22kV huyện
Giồng Trôm tỉnh Bến Tre
Thời gian & nơi bảo vệ luận văn tốt nghiệp: 4/2010 tại Đại học Cần Thơ
Người hướng dẫn: Ths. Đỗ Nguyễn Duy Phương
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC

Thời gian

Nơi công tác


Trang ii

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

Lời cảm ơn

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất của em
gửi đến Tiến Sĩ Trương Việt Anh, người Thầy đã tận tụy hướng dẫn em trong suốt
quá trình nghiên cứu để hoàn thành luận văn này.
Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và
Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM đã giảng dạy em trong suốt hai năm học.
Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất cả các anh chị, bạn bè đã giúp đỡ tôi về tinh
thần, vật chất và công sức trong suốt quá trình học tập cũng như để hoàn thành
luận văn này.
Xin trân trọng cảm ơn.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2012

Tạ Quang Minh

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang iii

HVTH: Tạ Quang Minh




In a plug-in hybrid electric vehicle, the utility grid will charge the vehicle
battery through the battery charger. For a three-phase grid supply voltage, threephase boost rectifiers are a commonly used scheme for chargers. Directional power
transfer capability and unit power factor operation are interesting features that can
be achieved by the method proposed in this thesis. The Voltage Oriented Control is
one of these methods based on high performance dq-coordinate controllers.
The Voltage Oriented Control method for a three-phase inverter have been
designed and simulated. The system simulation has been done using
Matlab/Simulink software. Feedforward decoupled current control has been
designed along with Pulse Width Modulation scheme to control the inverter. The
simulation results have been presented and control system performance evaluated in
theoretical studies result. This model is developing in response to environmental
changes.

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang v

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

Mục lục

MỤC LỤC
Trang
Trang tựa
Quyết định giao đề tài
Xác nhận của cán bộ hướng dẫn



Luận văn tốt nghiệp

Mục lục

2.4.2. Phương pháp P&O (Perturb and Observe) ............................................ 18
2.4.3. Phương pháp InC (Incremental Conductance) ...................................... 19
2.4.4. Nhược điểm của các phương pháp P&O và InC ................................... 21
2.5. Xây dựng mô hình pin mặt trời trong Matlab/Simulink. ......................... 22
Chương 3 Phương án đề xuất ................................................................................ 27
3.1. Phương pháp Voltage Oriented Control .................................................. 27
3.1.1. Chuyển tọa độ (a, b, c) sang (d, q) và ngược lại.................................... 30
3.1.2. Các thành phần của bộ nghịch lưu theo phương pháp VOC ................. 32
3.1.2.a. Khối hệ thống ...................................................................................... 32
3.1.2.b. Vòng khóa pha PLL ............................................................................ 33
3.1.2.c. Bộ điều khiển dòng ............................................................................. 34
3.1.3. Ưu nhược điểm của phương pháp VOC ................................................ 36
3.2. Thông số điều khiển................................................................................. 36
3.2.1. Kỹ thuật điều khiển PID ........................................................................ 36
3.2.2. Dãy thuật bầy đàn Particle Swarm Optimization .................................. 39
Chương 4 Kết quả mô phỏng ................................................................................. 43
4.1. Sơ đồ mô hình trên Matlab/Simulink ...................................................... 43
4.2. Kết quả mô phỏng .................................................................................... 44
4.2.1. Khi Id* = 2 (A), Iq*= 0 (A) .................................................................... 44
4.2.2. Khi Id* = 10 (A), Iq*= 0 (A) .................................................................. 46
4.2.3. Khi Id* = 12 (A), Iq*= 0 (A) .................................................................. 48
4.2.4. Khi Id* = 14 (A), Iq*= 0 (A) .................................................................. 50
4.3. Nhận xét ................................................................................................... 53
Chương 5 Kết luận và đề xuất ............................................................................... 54


HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

Danh sách các bảng

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Thông số của pin mặt trời thương mại MSX60 tại 1 kW/m2, 250C ........ 25
Bảng 4.1. Tổng hợp thông số bộ nghịch lưu khi bức xạ thay đổi ............................ 56

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang ix

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

Danh sách các hình

DANH SÁCH CÁC HÌNH
Trang
[1]

Hình 1.1. Phân bố tổng số giờ nắng 3 tháng 1, 2, 3 năm 2011ở Việt Nam ........... 02
Hình 1.2. Bức xạ mặt trời tại ba thành phố tiêu biểu năm 2010[3] ............................. 02



Luận văn tốt nghiệp

Danh sách các hình

Hình 2.25. Mô hình pin mặt trời dạng vật lý nối tải ...................................................... 24
Hình 2.26. Bảng thông số đầu vào của pin mặt trời ...................................................... 25
Hình 2.27. Đặc tuyến I-V, P-V với các bức xạ khác nhau (Nhiệt độ pin 25oC) ........ 26
Hình 2.28. Đặc tuyến I-V, P-V với nhiệt độ vận hành khác nhau ………………….26
Hình 3.1. Sơ đồ kết nối bộ nghịch lưu vào lưới phân phối ......................................... 27
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý hoạt động bộ nghịch lưu theo phương pháp VOC ........ 28
Hình 3.3. Sơ đồ tính toán giá trị Id* và Iq* ................................................................... 30
Hình 3.4. Hệ trục tọa độ cố định và hệ tọa độ quay .................................................... 31
Hình 3.5. Mô hình khối hệ thống ................................................................................... 32
Hình 3.6. Cấu trúc bộ PLL.............................................................................................. 33
Hình 3.7. Sơ đồ Matlab/Simulink của bộ PLL ............................................................. 34
Hình 3.8. Sơ đồ bộ điều khiển dòng ............................................................................. 35
Hình 3.9. Giản đồ vecto của dòng điện và điện áp trong phương pháp VOC .......... 35
Hình 3.10. Sơ đồ hoạt động bộ điều khiển PID ............................................................. 37
Hình 3.11. Ảnh hưởng của KP lên đáp ứng hệ thống (khi KI và KD không đổi) ........ 38
Hình 3.12. Ảnh hưởng của KI lên đáp ứng hệ thống (khi KP và KD không đổi) ........ 38
Hình 3.13. Ảnh hưởng của KD lên đáp ứng hệ thống (khi KP và KI không đổi) ........ 39
Hình 4.1. Công suất tác dụng ngõ ra khi cường độ bức xạ 0.2 kW/m2 ..................... 43
Hình 4.2. Công suất phản kháng ngõ ra khi cường độ bức xạ 0.2 kW/m2 ............... 44
Hình 4.3. Điện áp ngõ ra khi cường độ bức xạ 0.2 kW/m2 ........................................ 44
2

Hình 4.4. Dòng điện ngõ ra khi cường độ bức xạ 0.2 kW/m .................................... 45
Hình 4.5. Tín hiệu THD dòng điện ngõ ra khi cường độ bức xạ 0.2 kW/m2 ........... 46

Hình 4.22. Công suất phản kháng ngõ ra khi cường độ bức xạ 1 kW/m2 ................... 54
Hình 4.23. Điện áp ngõ ra khi cường độ bức xạ 1 kW/m2 ............................................ 55
Hình 4.24. Dòng điện ngõ ra khi cường độ bức xạ 1 kW/m2 ....................................... 55
Hình 4.25. Tín hiệu THD dòng điện ngõ ra khi cường độ bức xạ 1 kW/m2 .............. 56

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang xii

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

Tài liệu tham khảo

TÀI LIỆU THAM KHẢO
TIẾNG VIỆT

[1]

Viện khí tượng thủy văn: />
[2]

First Solar Việt Nam – dự án công nghệ cao đầu năm 2011,


[3]

Đặng Đình Thống, “Cơ sở năng lượng mới và tái tạo”, Nhà xuất bản khoa

Marcio Mendes Casaro*, Denizar Cruz Martins Power Electronics Institute,

Federal University of Santa Catarina „Grid-Connected PV System: Introduction to
Behavior Matching’.
[9]

A.P.S Ramalakshmi „Comparision of solar panel power under varying load

and irradiance conditions’.

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang xiii

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

[10]

Tài liệu tham khảo

Jing Li , Fang Zhuo , Xianwei Wang , Lin Wang , Song Ni „A Grid-

Connected PV System with Power Quality Improvement Based on Boost + DualLevel Four-Leg Inverter’.
[11]

Samatcha Phuttapatimok, Anawach Sangswang, Member, IEEE, and



Vocational School of Technical Studies, Marmara University, Kadıkoy,

34722 Istanbul, Turkey ‘Recent Developments in MaximumPower Point Tracking
Technologies for Photovoltaic Systems’.
[18]

Ibrahim, H. E.-S. A. and Houssiny, F. F., “Microcomputer Controlled Buck

Regulator for Maximum Power Point Tracker for DC Pumping System Operates
from Photovoltaic System,” Proceedings of the IEEE International Fuzzy Systems
Conference, August 22-25,Vol. 1, pp. 406-411 (1999).

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang xiv

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

[19]

Tài liệu tham khảo

Jawad Ahmad, and Hee-Jun Kim “A Voltage Based Maximum Power Point

Tracker for Low Power and Low Cost Photovoltaic Applications” World Academy
of Science, Engineering and Technology 60 2009.

and Reviews in Electrical and Computer Engineering (IJRRECE) Vol. 1, No. 2,
June 2011, ISSN: 2046-5149.
[25]

R. Belaidi, M. Fathi, A. Haddouche, A. Chikouche, G. Mohand Kaci and Z.

Smara, “ Study and Simulation of a Mppt controller based on Fuzzy logic
controller for photovoltaic system” IGEC-VI-2011-208.
[26]

Theodoros L. Kottas, Athanassios D. Karlis, “New Maximum Power Point

Tracker for PV Arrays Using Fuzzy Controller in Close Cooperation With Fuzzy
Cognitive Networks” IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION,
VOL. 21, NO. 3, SEPTEMBER 2006.

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang xv

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

Tài liệu tham khảo

[27] Rym Marouani and Abdelkader Mami, “Voltage Oriented Control Applied
to a Grid Connected Photovoltaic System with Maximum Power Point Tracking
Technique”, American Journal of Applied Sciences 7, 2010, 1168-1173.


João Afonso, Carlos Couto, Júlio Martins, “Active Filters with Control

Based on the p-q Theory”, IEEE Industrial Electronics Society Newsletter, vol. 47,
nº 3, Sept. 2000, ISSN: 0746-1240, pp. 5-10.
[32]

J.J. Vague Cardona, J.C. Alfonso Gil, F.L. Gimeno Sales, S. Segui-Chilet,

S. Orts Grau, N. Munoz Galeano, “Improved Control of Current Controlled Grid
Connected Inverters in Adjustable Speed Power Energies”, Universidad
Politecnica de Valencia, Spain.
[33]

Graziella Giglia, Marcello Pucci, Calogero Serporta, Gianpaolo Vitale,

“Comparison of Control Techniques for Three-Phase Distributed Genneration
Based on VOC and DPC”, Institute on Intelligent System for the Automation,
Palermo-Italy.
[34]

Fatih Tagetiren M and Yun-Chia Liang, "A Binary Particle Swarm

Optimization Algorithm for Lot Sizing Problem", Journal of Economic and Social
Research, Vol.5 No.2, pp. 1-20, 2004.
[35]

S. J. Bassi, M. K. Mishra, E. E. Omizegba, “Automatic Tuning of

Proportional-Intergral-Derivative

No. 1 (March), pp. 101-114.
[37]

Mahmud Iwan Solihin, Lee Fook Tack and Moey Leap Kean, “Tuning of

PID Controller Using Particle Swarm Optimization (PSO)”, Proceeding of the
International Conference on Advance Science – Engineering and Information
Technology 2011, Malaysia, 14-15 January 2011.
[38]

/>
GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang xvii

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu

Chương 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1.

Tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và
ngoài nước đã công bố

suất chuyển đổi năng lượng còn thấp. Giá của một mô đun pin mặt trời khoảng

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang 2

HVTH: Tạ Quang Minh


Luận văn tốt nghiệp

Chương 1: Giới thiệu

3.5$/Wp và nếu tính cả chi phí lắp đặt hệ thống thì khoảng 7$/Wp dẫn đến giá thành
điện năng phát ra còn rất cao khoảng 0.25 – 0.65 $/kWh gấp gần 5 lần điện năng
phát ra dùng nguồn năng lượng hóa thạch [2]. Ngoài ra còn các rào cản khác như
thiếu sự hỗ trợ về chính sách của chính phủ, nhận thức của mọi người về năng
lượng, sự tham gia của các tổ chức cá nhân vào các dự án phát triển nguồn năng
lượng tái tạo.
Để khắc phục những rào cản đó, đặc biệt là liên quan đến giá thành và hiệu
suất của pin mặt trời rất nhiều giải pháp đã được thực hiện. Ví dụ như liên quan đến
giá thành của pin mặt trời, các nhà nghiên cứu và sản xuất đã phát triển công nghệ
sản xuất pin theo hướng hiện đại, liên quan đến việc cải thiện hiệu suất chuyển đổi
năng lượng có hai phương pháp chủ yếu đó là cải thiện hiệu suất của pin dựa trên
công nghệ sản xuất pin và cải thiện phương pháp sử dụng pin mặt trời.
Phương pháp thứ nhất, các nhà nghiên cứu đã và đang tìm ra rất nhiều các
phương pháp nhằm nâng cao hiệu suất của pin mặt trời như dùng vật liệu mới, thậm
chí là phương pháp phát điện mới. Phương pháp thứ hai có thể được thực hiện bằng
cách sự dụng bộ thu năng lượng tập trung để hút được bức xạ cực đại hoặc sử dụng
bộ dò điểm công suất cực đại để đảm bảo pin mặt trời luôn vận hành ở điều kiện tối

xạ mặt trời và nhiệt độ pin. Vì vậy tìm điểm làm việc cực đại (MPP) của pin mặt
trời là một phần không thể thiếu của hệ thống pin mặt trời để đảm bảo rằng các mô
đun pin mặt trời luôn vận hành trong điều kiện tối ưu.
Có rất nhiều phương pháp MPPT đã được nghiên cứu và công bố. Các
phương pháp khác nhau ở nhiều khía cạnh như mức độ phức tạp, thông số đo lường,
số lượng cảm biến yêu cầu, tốc độ chuyển đổi và giá thành. Đề tài sẽ nghiên cứu các
phương pháp MPPT. Mục đích của nghiên cứu của đề tài là đề xuất phương pháp
MPPT tối ưu với khả năng đáp ứng dưới các điều kiện môi trường như nhiệt độ, bức
xạ thay đổi và chi phí thấp.
1.3.

Nhiệm vụ của đề tài và giới hạn đề tài
- Xây dựng mô hình pin mặt trời, phân tích các đặc tuyến I-V, P-V của pin

mặt trời, sự phụ thuộc các đặc tính của pin mặt trời dưới các điều kiện môi trường.
- Phân tích tính cần thiết của điểm làm việc cực đại của pin mặt trời.
- Nghiên cứu các giải thuật MPPT của pin mặt trời, đề xuất phương pháp
MPPT mới.
- Dùng phần mềm Matlab/Simulink nghiên cứu xây dựng mô hình pin mặt
trời, xây dựng giải thuật dò tìm điểm làm việc cực đại.
1.4.

Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu các mô hình toán học của pin mặt trời. Đề nghị mô hình tính

toán cụ thể.
- Xây dựng mô hình mô phỏng pin mặt trời và các giải thuật MPPT.
- Phân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị.


nguồn năng lượng tái sinh này.
Với kết quả nhận được, có thể:
 Giúp các nhà hoạch định về nguồn năng lượng tái sinh cụ thể là năng lượng
mặt trời có thêm phương pháp ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống và nhanh
chóng thị trường hóa nguồn năng lượng này.
 Sử dụng làm tài liệu giảng dạy
 Bổ sung phương pháp mới cho việc nghiên cứu sau này
1.7

Bố cục luận văn:
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Phương pháp tiếp cận
Chương 3: Phương án đề xuất
Chương 4: Kết quả mô phỏng
Chương 5: Kết luận và kiến nghị

GVHD: TS. Trương Việt Anh

Trang 5

HVTH: Tạ Quang Minh