Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ điều khiển tự động hõa lưới điện theo công nghệ Svpwm cho hệ thống điện có nguồn điện phân tán (pin Mặt trời)

Trong những năm gần đây, công nghệ điện tử công suất phát triển rất mạnh mẽ. Lý do thứ nhất là: các thiết bị điện tử công suất ngày càng được sử dụng nhiều, không những trong lĩnh vực công nghiệp mà còn thâm nhập vào cả lĩnh vực thương mại và dân dụng. Lý do khác là nhu cầu phát triển các thiết bị sử dụng hiệu quả và tiết kiệm, đồng thời, việc sử dụng nguồn năng lượng phân tán ngày càng gia tăng, trong đó có nguồn năng lượng mặt trời. 

Ở nước ngoài, thiết bị này được sản xuất, lắp đặt trên cơ sở ứng dụng công nghệ chuyển mạch, kỹ thuật vi xử lý tiên tiến và kết hợp với các tấm thu năng lượng mặt trời (solar panel), bộ biến đổi năng lượng mặt trời làm theo công nghệ điện tử công suất, có chức năng biến đổi năng lượng mặt trời thành điện xoay chiều (220V-50Hz) hòa trực tiếp vào lưới điện quốc gia hoặc hoạt động độc lập. 

Hiện nay một số nước đã triển khai lưới điện thông minh (smart grid) và với chính sách năng lượng tái tạo hiện hành đã cho phép các bộ solar inverter kết nối lưới (grid connected solar inverter) được trợ giá khi sản xuất và thương mại hóa. 

Hầu hết các loại solar inverter thương mại hiện nay là kiểu tập trung (central inverter) có công suất lớn, nhưng gần đây thị trường xuất hiện một thế hệ mới kiểu công suất nhỏ gọi là micro-inverter. Ưu điểm chính của nó so với loại loại tập trung là: khi có một số nhỏ panels bị che khuất ánh sáng mặt trời (do thời tiết hay yếu tố bên ngoài tác động), hay không đồng bộ khi lắp đặt thì không làm giảm công suất đầu ra một tỷ lệ lớn như đối với loại tập trung. Mỗi micro-inverter sẽ đảm bảo được công suất tối ưu nhờ thực hiện bám theo công suất cực đại (MPPT) cho mỗi panel. Loại microinverter rất thích hợp đầu tư cho các hộ dân cư cần công suất điện mặt trời nhỏ trong điều kiện không gian nhỏ hẹp, dễ bị che lấp ánh sáng.

Ở Việt Nam, mặc dù đã có nhiều dự án cấp điện mặt trời, nhưng chủ yếu là các hệ thống điện mặt trời độc lập cấp cho các khu vực vùng sâu vùng xa và hải đảo - những vùng chưa có lưới điện quốc gia. Tại những vùng có lưới điện quốc gia cũng có một số dự án điện mặt trời hòa vào lưới điện quốc gia nhưng hiệu quả đạt được chưa cao. Có rất nhiều nguyên nhân như: vốn đầu tư ban đầu lớn, công tác bảo dưỡng thiết bị gặp khó khăn (do chủ yếu là thiết bị ngoại nhập), ngân hàng dữ liệu chưa chính xác... Ngoài ra còn có một yếu tố rất quan trọng nữa là các thiết bị phụ trợ đi kèm không đồng nhất ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình phát triển của thiết bị này.

Xuất phát từ những thực tiễn đó, nhóm nghiên cứu do Cơ quan chủ trì đề tài Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội phối hợp cùng Chủ nhiệm đề tài Trinh Trọng Chưởng để thực hiện với những mục tiêu sau: Nghiên cứu phương pháp tính toán bộ chuyển đổi nguồn DC-AC; DC-DC của hệ thống nghịch lưu công suất nhỏ một pha khi hòa vào lưới điện; Tính toán các thông số khi hòa nguồn năng lượng mặt trời vào lưới điện phân phối; Xây dựng mô hình mô phỏng khi hòa nguồn năng lượng mặt trời hòa vào lưới điện; Áp dụng kết quả để tính toán thiết kế, chế tạo hệ thống tự động hòa lưới điện sử dụng công nghệ SVPWM công suất đến 5 kW; Lắp đặt, chỉnh định.

Sau thời gian nghiên cứu, đề tài đã thu được những kết quả như sau:
Việc sử dụng năng lượng hiệu quả, đặc biệt từ các nguồn năng lượng tái tạo ngày càng nhận được sự quan tâm của xã hội. Việc nghiên cứu, thiết kế và cho ra đời các sản phẩm phục vụ nâng cao chất lượng điện năng nói chung và bộ nghịch lưu hòa lưới điện của Pin mặt trời nói riêng trờ nên cấp thiết và việc đưa những sản phẩm này vào ứng dụng thực tế có thể đem lại những hiệu quả to lớn về nhiều mặt. Với tinh thần đó, nhóm thực hiện đề tài đã thực hiện nghiên cứu, thiết kế và xây dựng thành công bộ nghịch lưu hòa lưới phục vụ nhu cầu sử dụng điện năng với cấu hình và chức năng hiện đại, phù hợp với nhu cầu sử dụng và quy mô gia đình. Nhóm đã thiết kế, chế tạo thành công bộ nghịch lưu hòa lưới sử dụng công nghệ SVPWM với quy mô công suất đến 5kW. Các chỉ tiêu về hiệu suất, sóng hài đều đạt yêu cầu đặt ra (thông qua kết quả mô phỏng và thực nghiệm). 

Một số công việc chính mà đề tài đã hoàn thành bao gồm: 
- Nghiên cứu tổng quan công nghệ chế tạo bộ nghịch lƣu hòa lưới điện hạ áp của nguồn điện mặt trời 
- Xây dựng thuật toán và thiết kế bộ chuyển đổi nguồn năng lƣợng mặt trời hòa vào lưới điện phân phối sử dụng công nghệ SVPWM Thiết kế, lắp đặt và hiệu chỉnh hệ thống 
- Trong thời gian tới, nhóm thực hiện đề tài dự kiến tiếp tục nâng cấp ứng dụng và phát triển các thuật toán điều khiển khác nhau cho bộ nghịch lưu trên nền phần cứng đã phát triển, module hóa các phần tử công suất cho phép kết nối ghép nhiều cụm công suất khác nhau cho các hệ thống với quy mô tương ứng, tiến tới đưa sản phẩm vào ứng dụng thực tế. 
- Vấn đề phân tích điều khiển chế độ vận hành của hệ thống trong các trường hợp sự cố từ lưới điện, vấn đề hoàn thiện và nâng cấp các module truyền thông phục vụ giám sát online các thông số cũng sẽ được chúng tôi tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện. 

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15284/2018) tại Cục Thông tin KHCNQG.
Đ.T.V (NASATI)