Điều khiển bộ nghịch lưu nối lưới trong mạng điện phân phối luận án tiến sĩ ngàn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN ÁN TIẾN SĨ TRẦN QUANG THỌ ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN SKA 0 0 0 0 3 7 Tp. Hồ Chí Minh, năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** TRẦN QUANG THỌ ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI LUẬN ÁN TIẾN SỸ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN Tp. Hồ Chí Minh - 2017. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** TRẦN QUANG THỌ ĐIỀU KHIỂN BỘ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI TRONG MẠNG ĐIỆN PHÂN PHỐI NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 62520202 Hướng dẫn khoa học: 1.

Trương Việt Anh 2. Lê Minh Phương Phản biện 1: GS. Hồ Đắc Lộc Phản biện 2: PGS. Nguyễn Bội Khuê Phản biện 3: PGS.

Nguyễn Văn Nhờ LÝ LỊCH CÁ NHÂN I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC Họ và tên: Trần Quang Thọ Giới tính: Nam Ngày sinh: 15-09-1973 Nơi sinh: Tp. HCM Quê quán: Tp. HCM Dân tộc: Kinh Học vị cao nhất: Thạc sỹ Năm, nước nhận học vị: 2003 Đơn vị công tác: Khoa điện điện tử Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 39 Tam Châu, P.

Thủ Đức, Tp. HCM Điện thoại liên hệ: CQ: 028 38968641 DĐ: 0987634085 Email: thotq@hcmute. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Nơi đào tạo: ĐH.

Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM Ngành học: Điện khí hóa & Cung cấp điện Nước đào tạo: Việt Nam Năm tốt nghiệp: 1998 2. Sau đại học - Thạc sĩ chuyên ngành: Kỹ thuật điện Năm cấp bằng: 2003 i Nơi đào tạo: ĐH. Bách khoa Tp.

Ngoại ngữ: Tiếng Anh: TOEFL-ITP 530 III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 2003 đến nay ĐH. HCM CBGD IV. QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 1.

Các đề tài nghiên cứu khoa học đã và đang tham gia: TT Tên đề tài nghiên cứu Năm bắt đầu/Năm Đề tài cấp (NN, Bộ, Vai trò hoàn thành ngành, trường) 1. Nghiên cứu thiết kế module điều 2008 Cấp trường Chủ nhiệm khiển động cơ servo dùng cho thực đề tài T23-2008 tập truyền động điện. Nghiên cứu thiết kế module tải dùng 2009 Cấp trường Chủ nhiệm cho bộ thí nghiệm bù công suất phản đề tài T2009-86 kháng của phòng thí nghiệm cung cấp điện 3. Nghiên cứu, thiết kế và thi công mô 2008/2010 Cấp Bộ Chủ nhiệm hình vật lý chuyên dùng cho giảng đề tài B2008-22-32 dạy các bài thí nghiệm và thực tập vận hành trạm biến áp 4.

Nghiên cứu và thi công đèn chiếu 2011 Cấp trường Chủ nhiệm sáng hiệu suất cao dùng năng lượng T2011-27 đề tài mặt trời 5. Điều chỉnh điện áp MPPT trong hệ Cấp trường T 4 Chủ nhiệm 2013 thống điện mặt trời nối lưới 3 pha trọng điểm T 4 đề tài ii T2013-06TĐ T 4 6. Xây dựng giải thuật bộ điều khiển Cấp trường T 4 Chủ nhiệm dòng bằng phương pháp tối ưu bầy 2014 trọng điểm T 4 đề tài đàn (PSO) T2014-05TĐ T 4 7. Giảm tổn hao chuyển mạch trong Cấp trường T 4 Chủ nhiệm nghịch lưu nối lưới sử dụng sóng mang biến đổi 2015 trọng điểm T 4 đề tài T2015-35TĐ T 4 8.

Điều chế nghịch lưu nối lưới sử Cấp trường T 4 Chủ nhiệm dụng giải thuật di truyền 2016 trọng điểm T 4 đề tài T2016-49TĐ T 4 9. Đồng bộ nghịch lưu nối lưới sử Cấp trường T 4 Chủ nhiệm 2017 dụng giải thuật Levenberg-Mar- quardt trọng điểm T 4 đề tài (đang thực hiện) T2017-27TĐ T 4 2. Các công trình khoa học đã công bố: TT Tên công trình Năm công bố Tên tạp chí 1 Trần Quang Thọ, Trương Việt Anh, “Chế tạo mô hình thực tập trạm ngắt- trạm biến áp trong hệ thống truyền tải điện năng,” Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật – ĐH. 2 Trần Quang Thọ, “Điều chỉnh tham số khâu PI trong hệ thống nghịch lưu pin mặt trời nối lưới ba pha,” Tạp chí Khoa học & Công nghệ - ĐH.

Công Nghiệp Hà Nội, Số 13, 12/2012. 3 Tran Quang-Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “PWM technique with variable carrier wave frequency to reduce switching loss in grid-connected PV in- verter,” Journal of Technical Education Science-HCM UTE, vol. Anh, Tran Quang-Tho, and T. Deveikis, “Research of the Volt- age Stability of Distribution Network Connected Induction Machines,” Elektronika Ir Elektrotechnika, vol.

(SCIE) 5 Quang-Tho Tran, Anh Viet Truong, anh Phuong Minh Le, “Reduction of harmonics in grid-connected inverters using variable switching frequency,” International Jour- T 2 3 nal of Electrical Power & Energy Systems, vol 82, Nov 2016, pp. (SCIE) T 2 3 T 2 3 T 2 3 iii 6 Tran Quang-Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “Optimal Modulation to Reduce Harmonics in Inverters,” in Proc. IEEE ATC, 2015, pp. 7 Tran Quang-Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “PWM technique with variable carrier wave frequency to reduce switching loss in grid-connected PV in- verter,” Proc, 2nd GTSD, 2014, pp.

P P 8 Tran Quang-Tho, Le Thanh Lam, and Truong Viet Anh, “Reduction of switching loss in grid-connected inverters using a variable switching cycle,” International jour- nal of Electrical Engineering & Technology (IJEET), vol. 9 Trần Quang Thọ, Trương Việt Anh, Lê Minh Phương, “Sử dụng giải thuật di truyền để giảm sóng hài cho nghịch lưu nối lưới,” Tạp chí Khoa học Giáo dục Kỹ thuật, HCMUTE, Số 35B, 2016. 10 Tran Quang-Tho, Pham Huu Ly, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “A Syn- chronization Method for Three-Phase Grid-Connected Inverters Using Levenberg- Marquardt Technique,” Lecture Notes in Electrical Engineering 371, Springer AETA 2015, pp. 11 Tran Quang-Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “Estimation of Voltage Parameters for Grid-connected Inverters,” in Proc.

IEEE ATC, 2015, pp. 12 Tran Quang-Tho, Truong Viet Anh, and Le Minh Phuong, “A Robust Technique for Phase-Locked Loop of Grid-connected Inverters,” in Proc. 13 Trần Quang Thọ, Trương Việt Anh, Trảo Văn Hoan, Lê Minh Phương, “Bù điện áp offset trong các vòng khóa pha của nghịch lưu nối lưới,” Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ-VNU-HCM, vol. 14 Tran Quang-Tho and Truong Viet Anh, “MPPT voltage regulating in three-phase grid connected Photovoltaic system,” Science & Technology Development-VNU- HCM, vol.

15 Tran Quang-Tho and Truong Viet Anh, “Three-phase grid-connected inverter using current regulator,” International journal of Electrical Engineering & Technology (IJEET), vol. 16 Tran Quang Tho and Truong Viet Anh, “Optimization Of Current Controller for Grid-Connected Inverters Using A PSO Algorithm,” Journal of Technical Education Science, HCMC-UTE, vol. Xác nhận của cơ quan Thủ Đức, ngày 14 tháng 2 năm2017 Người khai ký tên Trần Quang Thọ iv LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 10 năm 2017. Tác giả luận án Trần Quang Thọ v LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS. Trương Việt Anh - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. HCM và PGS.

Lê Minh Phương - Đại học Bách khoa Tp. HCM đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ để tôi hoàn thiện luận án này. Tôi cũng muốn gởi lời cảm ơn đến những người thân trong gia đình luôn ủng hộ tôi trong thời gian thực hiện luận án. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh, các Cô, Thầy thuộc Khoa Điện – Điện tử và các đồng nghiệp trong trường đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án.

Tác giả Trần Quang Thọ TÓM TẮT Sự phổ biến của nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo như gió và mặt trời trong hệ thống điện ngày càng nhiều. Tuy nhiên, các bộ nghịch lưu nối lưới của các nguồn điện này lại phát sóng hài đáng kể vào lưới điện và ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng điện năng của hệ thống điện. Do đó, việc giảm sóng hài cho các bộ nghịch lưu nối lưới sẽ góp phần nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống điện. Dựa vào việc phân tích mô tả toán học của sóng hài dòng điện, tác giả nhận thấy rằng có bốn yếu tố chính ảnh hưởng đến sóng hài ngõ ra của nghịch lưu nối lưới, đó là: kỹ thuật điều chế, chất lượng các tham số của điện áp lưới ở tần số cơ bản ước lượng được, độ nhấp nhô của điện áp nguồn một chiều và chất lượng của bộ điều khiển dòng điện.

Từ đó, luận án đã nghiên cứu và đề xuất bốn giải pháp cơ bản để giảm sóng hài cho nghịch lưu nối lưới như sau: 1. Phương pháp điều chế có chu kỳ chuyển mạch thay đổi trong mỗi nửa chu kỳ cơ bản sử dụng giải thuật di truyền để giảm sóng hài dòng điện nhưng vẫn không làm tăng tổn hao chuyển mạch và không làm tăng thêm phần cứng. Với khả năng trải phổ hài trong một phạm vi rộng của phương pháp này giúp làm giảm nhiễu âm nên làm giảm bộ lọc thụ động. Kỹ thuật cải tiến để ước lượng nhanh và chính xác các tham số điện áp lưới ở tần số cơ bản sử dụng giải thuật Levenberg-Marquardt kết hợp với hồi tiếp ngõ ra để cập nhật cho các tham số ban đầu của giải thuật.

Kỹ thuật này giúp nâng cao chất lượng hòa đồng bộ cho nghịch lưu nối lưới để giảm sóng hài ngõ ra của nghịch lưu. Kỹ thuật này hoàn toàn mới so với các phương pháp kỹ thuật vòng khóa pha thông thường trong các hệ thống nghịch lưu nối lưới hiện nay. Phương pháp dò điểm công suất cực đại có số gia biến đổi để giảm độ nhấp nhô cho nguồn điện áp một chiều của nghịch lưu điện mặt trời nối lưới một giai đoạn. Phương pháp này góp phần làm giảm sóng hài ngõ ra của nghịch lưu mà không làm giảm đáp ứng động.

Phương pháp cải tiến để xác định tham số bộ điều khiển dòng điện sử dụng giải thuật tối ưu bầy đàn nhằm giảm sóng hài nghịch lưu mà không đòi hỏi nhiều thời gian và công sức cũng như kinh nghiệm của người thiết kế. Để khẳng định tính hiệu quả của từng giải pháp đề xuất, các chỉ tiêu kỹ thuật cũng đã được xem xét một cách định lượng thông qua các kết quả mô phỏng và thí nghiệm khi so sánh với kết quả của các phương pháp hiện nay. Các giải pháp đề xuất giảm sóng hài này sẽ giúp làm giảm kích thước bộ lọc phụ và giá thành của thiết bị nghịch lưu nối lưới. Các giải pháp đề xuất cũng đã được kiểm tra bằng mô phỏng trên phần mềm MATLAB/Simulink, thực nghiệm trên mô hình vật lý có chất lượng như DSP F28335, Dspace-1103 nhằm khẳng định tính khả thi khi ứng dụng.

viii ABSTRACT The penetration of distributed generation (DG) system using renewable energy sources like solar and wind power in grid systems is rapidly increasing worldwide.