Tài liệu Nghiên cứu giảm sóng hài dòng điện cho nghịch lưu điện mặt trời nối lưới bằng kỹ thuật điều chế sử dụng chu kỳ chuyển mạch thay đổi

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG HOÀNG THỊ NGỌC NGHIÊN CỨU GIẢM SÓNG HÀI DÒNG ĐIỆN CHO NGHỊCH LƯU ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI BẰNG KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỬ DỤNG CHU KỲ CHUYỂN MẠCH THAY ĐỔI LUẬN VĂN THẠC SỸ THÁI NGUYÊN - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là luận văn do tôi nghiên cứu và thực hiện. Các thông số, bảng biểu và kết quả sử dụng trong luận văn là hoàn toàn có thật và chưa từng được công bố ở bất kỳ luận văn nào khác. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020 Tác giả luận văn Hoàng Thị Ngọc \ LỜI CẢM ƠN Trước hết, Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến TS.Dương Chính Cương đã dành rất nhiều thời gian, tâm huyết và sự hướng dẫn tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông đã truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm quý báu cho chúng em trong thời gian học tập. Tác giả cũng xin được gửi lời cảm ơn đến các đồng nghiệp, tập thể giảng viên khoa Điện, Điện lạnh Trường Cao đẳng Cơ Điện và Xây Dựng Bắc Ninh đã tạo mọi điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Xin gửi lời cảm ơn ban cán sự lớp cô giáo chủ nhiệm và các bạn lớp cao học CĐK17A, những người thân trong gia đình đã động viên, chia sẻ, tạo kiện giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Thái Nguyên, tháng Tác giả Hoàng Thị Ngọc năm 2020 i MỤC LỤC Trang phụ bìa……………………………………………………………........ LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………. LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………….. MỤC LỤC…………………………………………………………………… i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT………………… iii DANH MỤC BẢNG BIỂU…………………………………………………. v DANH MỤC HÌNH ẢNH…………………………………………………… vi MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….. 1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI……………………………………………………… 1 NỘI DUNG........................................................................................................ 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN………………………………………………… 3 1.1.Khái niệm năng lượng tái tạo…………………………………………… 3 1.1.1.Khái niệm …………………………………………………………….. 3 1.1.2. Lịch sử………………………………………………………………… 3 1.2. Thực trạng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo………………………… 8 1.3. Cấu trúc của nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo……… 11 1.4. Các tiêu chuẩn nối lưới………………………………………………… 12 1. 5. Giới thiệu yêu cầu bài toán……………………………………………. 16 1.6. Kết luận chương 1...................................................................................... 16 CHƯƠNG 2: NHỮNG ẢNH HƯỞNG CỦA SÓNG HÀI LÊN HỆ THỐNG 18 ĐIỆN…... 2.1. Nguồn gốc sóng hài…………………………………………………….. 18 2.2. Phân tích sóng hài……………………………………………………… 21 2.3. Tiêu chuẩn quy định ngưỡng sóng hài………………………………… 23 2.4. Tác hại của sóng hài…………………………………………………… 24 2.4.1. Gây cổng hưởng…………………………………………………….. 24 ii 2.4.2. Tăng tổn thất trên động cơ…………………………………………….. 25 2.4.3. Tăng mômen bậc cao gây rung trên máy điện quay…………………… 25 2.4.4. Tăng tổn thất và giảm tổn thọ máy biến áp………………………… 26 2.4.5. Tăng tổn thất trên tụ bù………………………………………………. 26 2.5. Các phương pháp hạn chế sóng hài…………………………………….. 26 2.5.1. Kỹ thuật dựa vào yêu cầu về độ méo toàn phần…………………… 28 2.5.2 Kỹ thuật thay đổi sóng mang và sóng điều chế........................................ 29 2.5.3. Phương pháp trải phổ nhiễu âm.................................................................. 29 2.5.4. Phương pháp độ nhấp nhô hằng số………………………………… 29 2.5.5 Kỹ thuật thay đổi tần số chuyển mạch ổn định…………………….. 30 2.5.6. Nghịch lưu đa bậc……………………………………………………… 31 2.6. Kết luận chương 2………………………………………………………. 32 CHƯƠNG 3: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ SỬ DỤNG CHU KỲ CHUYỂN MẠCH 33 THAY ĐỔI………………………………………………………… 3.1. Yêu cầu bài toán……………………………………………………… 33 3.2 Đề nghị giảm sóng hài sử dụng kỹ thuật GA……………………………. 34 3.2.1. Xác định trọng số hàm chu kỳ chuyển mạch………………………… 34 3.2.2. Xác định từng chu kỳ chuyển mạch………. 34 ………………………… 3.3. Mô phỏng................................................................................................... 40 3.3.1 Nghịch lưu nối lưới................................................................................... 40 3.3.2. Tần số chuyển mạch cố định................................................................... 41 3.3.3. Phương pháp tần số chuyển mạch thay đổi dựa vào TDD.................. 43 3.3.4. Phương pháp nhấp nhô hằng số............................................................... 44 3.3.5. Phương pháp trải phổ cải tiến.................................................................. 46 3.3.6. Kỹ thuật đề nghị....................................................................................... 47 3.4. Kết luận chương 3....................................................................................... 53 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ........................................................................... 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................. 57 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VIẾT TẮT *Các ký hiệu DC Một chiều AC Xoay chiều ω Tần số góc θ Góc pha wi Giá trị trọng số của sai số phép đo Vdc Điện áp nguồn một chiều Vg Điện áp phía lưới Vi Điện áp nghịch lưu Ts-var Chu kỳ chuyển mạch thay đổi Ts Chu kỳ chuyển mạch Tc Chu kỳ chuyển mạch cố định τRcR Nhiệt độ của dàn pin mặt trời P Công suất tác dụng Q Công suất phản kháng R Tải trở R-L Tải trở nối tiếp tải cảm LRf Điện cảm bộ lọc LRg Điện cảm phía lưới iv *Các từ viết tắt Từ viết tắt PWM GA Thuật ngữ tiếng anh frequency modulated Điều khiển và điều chế tần số triangular carrier) sóng mang genetic algorithm Giải thuật di truyền Nửa chu kỳ cơ bản NCKCB SANS THD Thuật ngữ tiếng việt (spread of acoustic noise spec- trum) total harmonic distortion) Trải phổ nhiễu âm Độ méo hài toàn phần f-ref Tần số đặt f-est Tần số ước lượng được PLL MPPT DG (phase-locked loop) (Maximum Power Point Track- ing) (Distributed Generation) Vòng khóa pha Dò điểm công suất cực đại Nguồn điện phân tán Là phần mềm cho phép tính toán MATLAB Matrix Laboratory số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số, thuật toán... v DANH MỤC BẢNG BIỂU Tên bảng biểu Trang Bảng 1.1: Khả năng khai thác năng lượng tái tạo……………………... 10 Bảng 2.1: Giới hạn độ méo sóng hài điện áp……………………… 22 Bảng 2.2: Tiêu chuẩn quy định ngưỡng sóng hài……………… 23 Bảng 2.3: So sánh TDD và hiệu suất của các kỹ thuật điều khiển khác… 28 Bảng 3.1: Tóm tắt tổn hao chuyển mạch và sóng hài……… 50 vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Tên hình Trang Hình 1.1: Cấu trúc của một hệ hệ thống điện năng lượng tái tạo nối lưới.... 15 Hình 2.1: Nghịch lưu nối lưới cầu H…………………………………......... 18 Hình 2.2: Sóng mang, điện áp và độ nhấp nhô dòng điện………………… 20 Hình 2.3: Dạng sóng và thành phần cơ bản………………………………. 21 Hình 2.4: Dạng sóng dòng điện và điện áp………………………………. 30 Hình 3.1: Dòng điện ngõ ra của nghịch lưu………………………………. 35 Hình 3.2: Mã hóa chu kỳ sóng mang sử dụng GA ……………………….. 37 Hình 3.3: Chu kỳ ban đầu và các biên trong GA…………………………. 38 Hình 3.4: Giai thuật GA………………………………………………….... 39 Hình 3.5: Kết quả Ts-var sau khi thực hiện GA………………………….. 40 Hình 3.6: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của chu kỳ cố định...... 41 Hình 3.7: Tổn hao chuyển mạch và THD của chu kỳ cố định…………… 42 Hình 3.8: Tổn hao chuyển mạch và THD của phương phápTDD………… 43 Hình 3.9: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của độ nhấp nhô hằng số 44 Hình 3.10: Tổn hao chuyển mạch và THD của CR ……………………… 45 Hình 3.11: Đáp ứng của dòng điện và điện áp ngõ ra của MSANS……… 46 Hình 3.12: Đáp ứng của kỹ thuật đề nghị ……………………………….. 47 Hình 3.13: Chu kỳ và tổn hao chuyển mạch phóng to khi hệ số công suất bằng 1………………………………………………………………………. 48 Hình 3.14: Dòng và áp khi cosφ<1……………………………………….. 49 Hình 3.15: THD dòng điện……………………………………………….. 50 1 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nền khoa học kỹ thuật phát triển không ngừng và đời sống người dân ngày càng được cải thiện, kéo theo đó là nhu cầu sử dụng năng lượng điện ngày càng tăng cao. Trước tình trạng nguồn năng lượng truyền thống không tái tạo như dầu mỏ, than, nhiệt điện đều đang đứng trước những cảnh báo cạn kiệt, khi khai thác các nguồn năng lượng này đặc biệt là khi đốt những nhiên liệu hóa thạch sinh ra tro xỉ, khí dioxyd carbon, khí dioxyd sulfur, khí mono oxyd nitro và các chất thải. Tất cả đều được thải trực tiếp vào trong không khí gây ra hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ khí quyển, gây ra biến đổi thời tiết mà chúng ta bắt đầu nhận thấy và ô nhiễm môi trường, làm hại đến hệ hô hấp của sinh vật, làm tổn cháy thảo vật… Với nhu cầu về năng lượng của Việt Nam được dự báo tăng bốn lần từ 2005-2030 và nhu cầu về điện sẽ tăng chín lần từ 2005-2025, buộc chúng ta phải vào cuộc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế. Việt Nam có tiềm năng rất lớn về nguồn năng lượng tái tạo phân bổ rộng khắp trên toàn quốc, việc khai thác năng lượng tái tạo sẽ giúp Việt Nam giảm được sự phụ thuộc vào các nguồn năng lượng ngoại nhập và đảm bảo phát triển bền vững và đặc biệt cân bằng được năng lượng của quốc gia trong tương lai, Việt Nam đã và đang tập trung nghiên cứu phát triển các nguồn năng lượng mới trong đó Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tối ưu trong tương lai cho điều kiện Việt Nam đứng về phương diện địa lý và nhu cầu phát triển kinh tế. Đặc điểm chung của nguồn năng lượng tái tạo này là phụ thuộc vào tự nhiên và tần số của nó là không cố định. Do đó, chúng thường được nối với lưới điện để trở thành một nguồn điện với chất lượng tốt và giá thành rẻ thông qua các bộ nghịch lưu bán dẫn công suất. Tuy nhiên chính các bộ nghịch lưu nối lưới lại phát sinh sóng hài đáng kể vào lưới điện và ảnh hưởng tiêu cực 2 đến chất lượng điện năng của hệ thống điện [2][3][4][8]. Vì vậy, việc nghiên cứu các giải pháp điều khiển để giảm sóng hài cho nghịch lưu nối lưới luôn góp phần nâng cao chất lượng điện năng của hệ thống điện. Để giảm sóng hài thì trước đó người ta đã sử dụng phương pháp PWM tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm độ chính xác không cao và thiết bị cồng kềnh, do đó tác giả xây dựng đề tài nghiên cứu: “Nghiên cứu giảm sóng hài dòng điện cho nghịch lưu điện mặt trời nối lưới bằng kỹ thuật diều chế sử dụng chu kỳ chuyển mạch thay đổi”. Với việc thay đổi chu kỳ chuyển mạch trong mỗi nửa chu kỳ cơ bản để giảm sóng hài dòng điện đáng kể cho nghịch lưu nối lưới, mà không làm tăng tổn hao chuyển mạch, không phải thêm bất kỳ phần cứng nào. Ngoài ra, kỹ thuật còn có khả năng khử hài lựa chọn và trải phổ trong phạm vi rộng để làm giảm biên độ hài riêng lẻ. Kỹ thuật điều chế giảm sóng hài đề xuất sẽ giúp giảm kích thước bộ lọc thụ động trong nghịch lưu nối lưới, nên giảm kích thước và chi phí thiết bị. 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái niệm năng lượng tái tạo 1.1.1 Khái niệm Trong cách nói thông thường, năng lượng tái tạo được hiểu là những nguồn năng lượng hay những phương pháp khai thác năng lượng mà nếu đo bằng các chuẩn mực của con người thì là vô hạn. Vô hạn có hai nghĩa: Hoặc là năng lượng tồn tại nhiều đến mức mà không thể trở thành cạn kiệt vì sự sử dụng của con người (thí dụ như năng lượng Mặt Trời) hoặc là năng lượng tự tái tạo trong thời gian ngắn và liên tục (thí dụ như năng lượng sinh khối) trong các quy trình còn diễn tiến trong một thời gian dài trên Trái Đất.[1] Ưu điểm nổi bật của năng lượng tái tạo là có thể sử dụng lâu dài, bền vững và thân thiện với môi trường. 1.1.2 Lịch sử Trước khi khai thác than vào giữa thế kỷ 19, gần như tất cả các nguồn năng lượng con người sử dụng là năng lượng tái tạo. Hầu như không có một nghi ngờ việc sử dụng năng lượng tái tạo lâu đời nhất được biết đến, ở dạng sinh khối truyền thống nhiên liệu cháy, có từ 790.000 năm trước đây. Sử dụng sinh khối để đốt đã trở nên phổ biến hàng trăm, hàng ngàn năm sau đó, vào khoảng 200.000 đến 400.000 năm trước [2]. Khoảng năm 200 trước công nguyên, Người Trung Quốc sử dụng khí thiên nhiên làm bay hơi nước từ nước biển để tạo muối [3] Có lẽ việc sử dụng nguồn năng lượng tái tạo lâu đời thứ hai là khai thác gió để chạy các tàu buồm. Việc này đã được thực hiện cách nay 7000 năm, của các tàu trên sông Nin [4]. Khoảng 250 – 400 sau công nguyên người La Mã cổ đại chế tạo thành công cối xay thủy lực 16 bánh với công suất trên 40 mã lực . khoảng 800 – 1500 sau công nguyên năng lượng gió được sử dụng 4 trong hàng hải trong hàng hải. Khoảng 874 sau công nguyên bắt đầu sử dụng năng lượng địa nhiệt để sưởi ấm [3] Cho đến năm 1873, những mối quan tâm về cạn kiệt nguồn than đã thúc đẩy việc thí nghiệm sử dụng năng lượng mặt trời. [5] Sự phát triển của các động cơ năng lượng mặt trời vẫn tiếp tục cho đến khi nổ ra chiến tranh thế giới lần thứ nhất. Tầm quan trọng của năng lượng mặt trời được công nhận trong bài báo khoa học Mỹ năm 1911: "trong tương lai xa các nguồn nhiên liệu tự nhiên sẽ cạn kiệt [năng lượng mặt trời] sẽ là phương tiện duy nhất đối với sự tồn tại của nhân loại" [6] 1898-1988: Tái sử dụng năng lượng từ đốt rác ở New York vừa làm giảm khối lượng rác và tái sử dụng năng lượng thông qua quá trình nhiệt [3] 1900 - 1950: Cối xay gió bơm nước và phát điện ở vùng xa dân cư cộng đồng [3] Lý thuyết về đỉnh dầu được xuất bản năm 1956 [7]. Trong thập niên 1970, các nhà môi trường đã thúc đẩy phát triển các nguồn năng lượng tái tạo theo cả hai hướng là thay thế nguồn dầu đang dần cạn, cũng như thoát khỏi sự lệ thuộc vào dầu mỏ, và các tuốc bin gió phát điện đầu tiên ra đời. Năng lượng mặt trời đã được sử dụng từ lâu để nung nóng và làm lạnh, nhưng các tấm pin mặt trời quá đắt để có thể xây dựng những cánh đồng pin năng lượng mặt trời mãi cho đến năm 1980 [8] Lịch sử phát triển năng lượng mặt trời [9] 1860 Auguste Mouchout ( Pháp ), một giảng viên toán học đã chuyển đổi bức xạ mặt trời trực tiếp thành năng lượng cơ học 1878 William Adams ( Anh ) xây dựng phản xạ của gương phẳng - bạc những tấm gương sắp xếp theo hình bán nguyệt. Để theo dõi sự chuyển động của mặt trời, toàn bộ giá đã được cuộn quanh một đường bán nguyệt, chiếu bức xạ tập trung vào nồi hơi cố định 5 1883 Charles Fritts ( Hoa Kỳ ) xây dựng pin mặt trời thực sự đầu tiên với tỉ lệ hiệu suất khoảng 1% đến 2%. 1883- John Ericsson ( Hoa Kỳ ) phát minh và chế tạo nên động cơ mặt 1984 trời sử dụng xây dựng máng parabol 1921 Albert Einstein đoạt giải Nô-ben vật lý năm 1921 cho lý thuyết của ông ấy giải thích hiệu ứng quang điện. 1947 Năng lượng là khan hiếm trong thế chiến thứ 2 nên tòa nhà năng lượng mặt trời trở nên phổ biến ở Hoa Kỳ. Libbey-Owens-Ford Công ty Thủy tinh đã xuất bản một cuốn sách có tiêu đề, nhà năng lượng mặt trời của bạn, mô tả sơ lược tiểu sử của 49 kiến trúc sư mặt trời vĩ đại nhất của quốc gia. Giữa Frank Bridgers ( Hoa Kỳ ) thiết kế tòa nhà văn phòng thương mại những đầu tiên trên thế giới có hệ thống sưởi năng lượng mặt trời và thiết năm 50 kế thụ động. Toà nhà Bridgers-Paxton được liệt kê trong National Historic Register như tòa nhà văn phòng năng lượng mặt trời nước nóng đầu tiên của thế giới. 1969 " Lò năng lượng mặt trời" được xây dựng ở Odeillo, Pháp ; nó đặc trưng cho gương parabot tám tầng 1974 Hiệp hội ngành công nghiệp năng lượng mặt trời (SEIA) được thành lập. Các tổ chức đại diện cho lợi ích của ngành công nghiệp mặt trời và hoạt động như một nhóm vận động hành lang ở Washington, DC. 1977 Viện nghiên cứu năng lượng Mặt trời ( SERI ) được thành lập.( nay là Phòng thí nghiệm năng lượng tái tạo Quốc gia [ NREL ] ), phòng thí nghiệm quốc gia cung cấp nghiên cứu và phát triển ủng hộ mặt trời và quang điện 1978 Đạo luật Policies Điều chỉnh dịch vụ công cộng ( PURPA ) năm 6 1978 quy định việc mua điện từ các cơ sở đủ điều kiện đáp ứng các tiêu chuẩn nhất định về nguồn năng lượng và hiệu suất. 15% Năng lượng khấu trừ thuế được thêm vào 10% đầu tư khấu trừ thuế hiện có, cung cấp ưu đãi đối với đầu tư vốn vào cơ sở sản xuất nhiệt năng lượng mặt trời để sản xuất điện độc lập 1981 California ban hành một tín dụng thuế suất 25% cho chi phí vốn của các hệ thống năng lượng tái tạo. 1982 Pin mặt trời công suất 10 – megaoat , lần đầu tiên đã được vận hành và thiết lập tính khả thi của hệ thống tháp dùng điện. Vào năm 1988, những năm cuối cùng của hoạt động, hệ thống đạt được hiệu suất 96% 1983 California cung cấp hệ thống năng lượng điện tái tạo với một công ty tương đối, thị trường ổn định cho đầu ra của họ. Hệ thống này cho phép các nhà tài trợ của các công nghệ nặng vốn như là mặt trời nhiệt - điện. nhà máy SEGS ( 13.8 - megaoat ) đã được xây dựng. Nhà máy SEGS sử dụng công nghệ máng mặt trời để tạo ra hơi nước trong máy phát điện tua - bin hơi thông thường. Khí thiên nhiên được sử dụng như một loại nhiên liệu bổ sung lên đến 25% dữ liệu nhập vào sức nóng. 1991 Luz quốc tế đã bị phá sản khi xây dựng nhà máy SEGS thứ mười của nó. SEGS I đến IX vẫn hoạt động. 1992 Một hệ thống nguyên mẫu đĩa 7,5-kilowatt đi vào hoạt động, sử dụng một bộ tập trung kéo dài màng tiên tiến, thông qua một liên doanh của Phòng thí nghiệm quốc gia Sandia và Cummins Power Generation. Đạo luật chính sách năng lượng của 1992 khôi phục lại 10% đầu tư khấu trừ thuế cho nhà sản xuất dùng điện độc lập, sử dụng công 7 nghệ năng lượng mặt trời. 1994 Máy phát điện năng lượng mặt trời đầu tiên, sử dụng miễn phí piston động cơ Stirling, được đưua vào với lưới tiện ích. Tổng công ty năng lượng mặt trời công nghệ và Tài nguyên tái tạo, một công ty công cộng, được thành lập để tạo điều kiện phát triển năng lượng mặt trời tại các trang web thử nghiệm Nevada. Công ty 3M giới thiệu một bộ phim nhựa bạc mới cho các ứng dụng năng lượng mặt trời. 1995 Ủy ban Điều chỉnh Năng lượng liên bang ( FERC ) nghiêm cấm các hợp đồng cơ sở đủ điều kiện trên tránh chi phí 2000 Một hệ thống điện năng lượng mặt trời 12-kilowatt, ở Colorado, là xây dựng trong nhà lớn nhất ở Mỹ được đăng ký tại Sáng kiến Roofs của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ. 2001 Home Depot đã bắt đầu bán các hệ thống năng lượng mặt trời ở tại ba cửa hàng tại San Diego, California. Máy bay năng lượng mặt trời của NASA, Helios, thiết lập một kỷ lục độ cao thế giới mới cho nghề không tên lửa-powered: 96.863 feet (hơn 18 dặm). 2002 Sinh viên đến từ Đại học Colorado xây dựng một ngôi nhà năng lượng mặt trời tiết kiệm năng lượng cho Solar Decathlon, một cuộc thi được tài trợ bởi Bộ Năng lượng. Các đội sinh viên tích hợp tính thẩm mỹ và tiện nghi hiện đại với sản xuất năng lượng tối đa và hiệu quả tối ưu. Những ngôi nhà được chuyển đến National Mall ở Washington, DC, nơi mà các nhóm học sinh thi giải nhất tổng thể 2007 Technische Universität Darmstadt giành chiến thắng trong 2007 Solar Decathlon . các đội giành chiến thắng trong cuộc thi kiến trúc, chiếu sáng, và cuộc thi về kỹ thuật. 8 1.2 Thực trạng sử dụng nguồn năng lượng tái tạo Với điều kiện thiên nhiên và thổ nhưỡng, Việt Nam được đánh giá là một trong các quốc gia có nguồn năng lượng hết sức dồi dào và phong phú. Năng lượng cơ bản ở đây là những dạng năng lượng có sẵn ngoài tự nhiên: Than đá, dầu thô, khí tự nhiên, thủy năng… Dựa trên các nguồn năng lượng này, Việt Nam đã xây dựng lên hệ thống các nhà máy: thủy điện, nhiệt điện… và bước đầu xây dựng nhà máy điện nguyên tử… để tạo ra nguồn điện phục vụ cho sản xuất, sinh hoạt của con người. Tuy nhiên, thực tế cho thấy mặc dù đã và đang khai thác triệt để các nguồn năng lượng: thủy năng, năng lượng hóa thạch… nhưng vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu về điện đang ngày càng tăng và nếu tiếp tục nhịp độ khai thác như hiện nay thì các nguồn năng lượng này sẽ ngày càng trở nên cạn kiệt. Còn với năng lượng hạt nhân vì nước ta mới bắt đầu xây dựng nên hiệu quả đem lại của nguồn năng lượng này chưa cao và tiềm ẩn nhiều nguy cơ lớn do phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện kinh tế và kỹ thuật cao. Như vậy nếu không đáp ứng được nhu cầu về điện sẽ dẫn tới không đảm bảo kinh tế phát triển một cách bền vững. Một vấn đề nổi cộm nữa đó là khi khai thác các nguồn năng lượng này đặc biệt là khi đốt những nhiên liệu hóa thạch sẽ sinh ra tro xỉ, khí dioxyd carbon, khí dioxyd sulfur, khí mono oxyd nitro và các chất thải. Tất cả đều được thải trực tiếp vào trong không khí gây ra hiện tượng hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ khí quyển, dẫn tới biến đổi thời tiết và ô nhiễm môi trường, làm hại đến bộ hô hấp của sinh vật, làm tổn cháy thảo vật… do vậy chúng ta cần phải hướng tới sử dụng nguồn năng lượng tái tạo (năng lượng sạch) như năng lượng mặt trời, sức gió….. để tạo ra nguồn điện. Việt Nam được đánh giá là một trong các quốc gia có tiềm năng rất lớn về năng lượng tái tạo phân bổ rộng khắp trên toàn quốc. Ước tính tiềm năng 9 sinh khối từ các sản phẩm hay chất thải nông nghiệp có sản lượng khoảng 10 triệu tấn dầu/năm. Khí sinh học xấp xỉ 10 tỉ m3 năm có thể thu được từ rác, phân động vật và chất thải nông nghiệp. Thuỷ điện nhỏ (<30MW) hơn 4,000MW. Nguồn năng lượng mặt trời phong phú với bức xạ nắng trung bình là 5kWh/m2 /ngày. Bên cạnh đó, với vị trí địa lý hơn 3,400km đường bờ biển giúp Việt Nam có tiềm năng rất lớn về năng lượng gió ước tính khoảng 5001000 kWh/m2/năm. Những nguồn năng lượng tái tạo này được sử dụng sẽ đáp ứng được nhu cầu năng lượng ngày càng tăng nhanh. Khả năng khai thác cụ thể được liệt kê trong bảng 1.1 : Loại Tiềm năng nguồn 1.Thủy Khả năng khai Khu vực/đối tượng sử thác SX điện(MW) dụng > 4.000 MW điện nhỏ + Kỹ thuật: >4.000 Khu vực miền núi: + Kinh tế: 2.200 Đông Bắc; Tây Bắc, + Để khai thác hơn Bắc Trung bộ; Nam cần hỗ trợ giá. Trung Bộ; Tây Nguyên. Cho nối lưới và lưới điện mini 2. Gió >30.000 MW + Kinh tế: không + Miền trung, kinh tế ở giá bán nguyên, các đảo tây hiện nay. Cần hỗ trợ + Các khu vực ven biển và nơi có gió địa hình khác 3. Mặt trời 4-5 kWh/m2/ngày > 15 MW cho khu + Nhiệt mặt trời: Tất vực ngoài lưới. cả các khu vực dân cư + Để phát triển cần + Điện mặt trời: Khu hỗ trợ. 4. Sinh vực dân cư ngoài lưới Cho hộ gia đình, tiểu 10 khối thủ công nghiệp các +Gỗ củi tỉnh 600-700 MW +Phụ + Trấu: 197 - 5 Trấu: Khu vực ĐB phẩm + Bã mía: 1 - 276 sông Mê Kông nông Bã mía: Khu vực chế nghiệp biến đường 5. Sinh > 570 triệu m3 58 + Hộ gia đình nông học thôn +Khí sinh + Trang trại, khu vực học chế biến +Nhiên liệu Chưa xác định Chưa xác định sinh + Giao thông vận tải + Sản xuất điện học 6. Địa < 400 MW nhiệt + Không kinh tế với Khu vực miền Trung, giá điện hiện nay. Tây Bắc Cần hỗ trợ 7.Thủy > 100 MW Chưa xác định Các tỉnh duyên hải 2 Các khu đô thị triều 8. Rác thải 350 MW sinh hoạt Bảng 1.1 : Khả năng khai thác năng lượng tái tạo Trong luận văn này nguồn năng lượng tái tạo mà em hướng tới nghiên cứu là năng lượng mặt trời. NLMT ở Việt Nam có tiềm năng to lớn về khai thác và ứng dụng. Việt Nam có lợi thế là nước nằm trong giải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ mặt trời của thế giới. Theo giáo sư, tiến sĩ khoa học Nguyễn Tiến Khiêm, nguyên Viện trưởng Viện Cơ học, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, trong tất cả các nguồn 11 năng lượng tái tạo, năng lượng mặt trời là phong phú và ít biến đổi nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện nay. Ứng dụng NLMT ở Việt Nam hiện cũng rất phong phú với đa dạng sản phẩm như: Máy nước nóng, điện mặt trời, đèn, phát điện .... Với tổng số giờ nắng cao lên đến 2.000-2.500 giờ/năm, tổng lượng bức xạ trung bình hàng năm vào khoảng 4-5kWh/m2/ngày theo hướng tăng dần về phía Nam. Hiện nay, việc khai thác NLMT cho đun nước nóng là khả thi nhất về mặt kinh tế, có thể áp dụng ngay đối với các cơ sở dịch vụ, các cơ quan hoặc các hộ gia đình. Mặt khác những khu vực miền nùi, vùng sâu, vùng xa hay hải đảo có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi không thể đưa điện lưới đến được thì giải pháp sử dụng năng lượng mặt trời là rất tối ưu. Như vậy, ứng dụng NLMT ở Việt Nam như một nguồn năng lượng tại chỗ để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện hiện nay. 1.3 Cấu trúc của nguồn điện phân tán sử dụng năng lượng tái tạo Mặc dù thân thiện với môi trường và khả năng vô cùng lớn, nhưng nhược điểm của năng lượng tái tạo là bị loãng và không liên tục. Do đó, nó cần được nối lưới để đảm bảo một nguồn điện có chất lượng cao với chi phí rẻ. Để biến đổi và hòa đồng bộ nguồn điện từ năng lượng tái tạo vào trong hệ thống điện, thường có hai dạng kết nối lưới cơ bản [1]:  Phát điện trực tiếp lên lưới dùng máy điện quay đồng bộ hoặc không đồng bộ (đối với tua bin gió).  Phát điện dùng nghịch lưu gián tiếp hoặc trực tiếp (đối với điện gió và điện mặt trời). Cấu trúc của một hệ hệ thống điện năng lượng tái tạo nối lưới được thể hiện trên hình