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

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

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


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

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


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

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


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 4.49: 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



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

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

Tổng quan về Microgrid.

-

Các phương pháp điều khiển chia tải.

-

Mô phỏng giải thuật chia tải đề xuất.

-

Mô hình thực nghiệm.