nghiên cứu mạch lọc tích cực ba pha với ứng dụng photovoltaic

Điểm nổi bật của cấu trúc này lànó không chỉ cải thiện hiệu suất lọcsóng hài so vói một mạch lọc tích cực nối tắtthông thường, mà còn đồng thời cungcấp năng lượng từ mảng pin quang điện

THÀNH PHỐ HỔCHÍMINH,NĂM 2024

Công trình được hoàn thành tạiTrường Đại học Công nghiệp TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn khoa học: Phó giáo sư, tiến sĩChâu Minh Thuyên

Luận văn thạc sĩđược bảo vệ tại Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn thạc sĩ Trường Đạihọc Công nghiệp thành phố HồChí Minh ngày 21 tháng 01 năm 2024

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:

1 PGS.TS Dương Thanh Long2 PGS.TS Nguyễn Hùng3 TS Nguyễn NhậtNam

(Ghi rõ họ,tên, học hàm, họcvịcủaHội đồng chấmbảovệ ỉuậnvăn thạc Sĩ)

CHỦTỊCH HỘI ĐÒNGTRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

BỘ CÔNG THƯƠNG CỘNG HÒAXÃHỘI CHỦ NGHĨA VIỆTNAMTRƯỜNG ĐẠIHỌCCÔNG NGHIỆP Độc lập -Tự do - Hạnh phúc

THÀNH PHỐ HÒ CHÍMINH

NHIỆM VỤ LUẬN VẪN THẠC sĩ

Họ tên học viên: Nguyễn Tấn Phát

Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1994

Nghiên cứu mạch lọc tích cực ba pha với ứng dụng Photovoltaic

NHIỆMVỤVÀ NỘI DƯNG:

- Thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu.- Xây dựng mô hìnhtoán và thiết kế mạch lọc sóng hài có kếtnối Photovoltaic.- Môphỏng trên phần mềm Matlab.

- Phân tích kết quả mô phỏng.

II NGÀYGIAONHIỆM VỤ: Ngày 08 tháng 04 năm 2021

III NGÀY HOÀNTHÀNHNHIỆM VỤ: Ngày 05 tháng 02 năm 2024

IV NGƯỜI HƯỚNG DẪNKHOA HỌC: PGS.TS Châu Minh Thuyên

Tp HoChíMinh,ngày 05 tháng 02năm 2024

NGƯỜI HƯỚNGDẪN CHỦ NHIỆMBộ MÔN ĐÀO TẠO

PGS.TS ChâuMinh Thuyên

TRƯỞNG KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN

hướng dẫn: Thầy PGS.TS ChâuMinh Thuyên đã giúp đỡ, hướng dẫn và chỉ bảo

để tôi hoàn thành luận văn này.

Một lần nữatôi xin gửi lời cảm on chân thành nhất đến Ban giám hiệu Trường Đại

học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, Quý Thầy Cô trong khoa Công Nghệ Điện, người thân trong gia đình cùng tất cảcác bạn bè trong lớp đã giúp đỡ tôi trong thời gian qua.

Mặc dù đã cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi những thiếu sót rất mong đượcsự góp ý của Quý thầy cô.

Chân thành cảm ơn./.

TÓM TẤTLUẬN VĂN THẠC sĩ

Trong những năm gần đây, số lượngtải điện tử công suấtđược kết nối vào hệ thống

phân phối điện đã tăng lên đáng kể Những loại tải này gây ra cáchài trong hệthốngđiện vàlàm suy giảm chấtlượng điện năng.

Luận văn này nghiên cứu một mạch lọc tích cực kết hợp vói ứng dụng pin quangđiện Cấu trúc được đề xuất là mạch lọc APF dạng song song kết nối với hệ thống

photovoltaic Điểm nổi bật của cấu trúc này lànó không chỉ cải thiện hiệu suất lọc

sóng hài so vói một mạch lọc tích cực nối tắtthông thường, mà còn đồng thời cung

cấp năng lượng từ mảng pin quang điện tói tải.

Dòng bù tham chiếu cho cấu trúc đề xuất được xác địnhbằng cách áp dụng định lý

công suất phản kháng tức thời Định lý này đon giản hóa các phưong trình để ước

tính dòng tham chiếu, từ đó cho phép triển khai hiệu quả hon trên bộ xử lý tín hiệusố Để tạo ra dòng bù theo dõi chính xác dòng tham chiếu, phưong pháp điều khiển

dòng trễ đã được áp dụng Luận văn này trình bày chi tiết về thiết kế cấu trúc mạch,hệthống điều khiển và phưong phápước tính dòng bù tham chiếu Bộ điều khiển PI được sử dụng để ổn định điện áp busDC Phần mạch điều khiển đểcực tiểu sai số bùgiữa tín hiệu tham chiếu vàtín hiệu bù sử dụng bộ điều khiển Hysteresis Ưu điểm

của điều khiển Hysteresis là đơn giản, đáp ứngnhanh, nhưng nhược điểm của nó là sai số bù ởxác lập không phải nhỏ nhất Một bộ biến đổi DC/DC Boost được thiết kếđểtăng điện áp DC từ hệthống photovoltaic và ổn định điện áp DCđầu ra đúng 600V

để cấp cho bộ nghịch lưu Hệ thống đã được kiểm chứng bằngphương pháp mô phỏngsử dụng phần mềm MATLAB/Simulink Kết quả mô phỏng cho thấy hệthốngnghiêncứu cókhảnăng giảm thiểu đángkểtổng độ méodạng sóng hài của dòng điện nguồn,

nâng cao hệ sốcông suất xấp xỉ bằng 1 Đồng thời, kết quả cũng chứng minh rằng hệthống này cóthể cung cấp hiệu quả công suất tác dụng cho tải tiêu thụ.

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưatừng được ai côngbố trong bất kỳ công trình nào khác Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã được thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng theoyêu cầu.

Nguyễn TấnPhát

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương phápnghiên cứu 2

5 Ý nghĩa và những đónggópcủa luận văn 2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ LĨNH vực NGHIÊN cứu 4

1.1 Tổng quan cáccông trình nghiên cứu trước đằy 4

1.2 Tìm hiểu về photovoltaic 5

1.2.1 Giới thiệu 5

1.2.2 Cấu tạo và nguyên lý pin quang điện 6

1.3 Tìm hiểu về mô hình APF và HAPF 13

1.3.1 Mô hình mạch lọctích cực Shunt APF 15

1.3.2 Mô hình mạch lọctích cực Serial APF 17

1.3.3 Mô hình mạch lọctích cực Hybrid APF 18

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CẮU TRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦAHỆ THỐNG MẠCH LỌC TÍCH cựcVỚI PHOTOVOLTAIC 22

2.1 Cấu trúc mạch lọc tích cực với ghép nối Photovoltaic 22

2.2 Nguyên lý hoạt động 22

2.3 Mô hìnhtoán của hệthốngAPF với photovoltaic 24

CHƯƠNG 3 ĐIẾU KHIỂN CHO HỆ THỐNG MẠCH LỌC TÍCH cực VỚI PHOTOVOLATIC 26

3.1 Giới thiệu tổng quan hệ thống điều khiển cho mạch lọc tích cực 26

3.2 Phương pháp điều khiển cho mạch lọc tích cực 27

CHƯƠNG 4 CÁCKẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN 34

4.1 Kết quả môphỏng 34

4.2 Thảo luận 49

CHƯƠNG 5 KỂTLUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 51

5.1 Kếtluận 51

5.2 Hướng pháttriểncủa đề tài 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

LÝLỊCH TRÍCHNGANG CỦA HỌC VIÊN 59

DANH MỤCHỈNH ẢNH

Hình 1.1 Cell pin quang điệnthông dụng 5

Hình 1.2 Phân loại mạch lọc APF 14

Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý của ShuntAPF dựa trên VSI 16

Hình 1.4Nguyên lý hoạt động lọc sóng hài Shunt APF 17

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của Serial APF dựa trên VSI 18

Hình 1.6 Hệ thống HAPF điển hình 20

Hình 2.1 Sơ đồcấu trúc mạch lọc tích cực 3 pha ứngdụng PV 22

Hình 3.1 Sơ đồ điều khiển cho mạch lọc tíchcực kết nối photovoltaic 27

Hình 3.2 Mạch lọc LPF chocác thành phần DC 28

Hình 3.3 Mô hình PLL trong miền (z) 29

Hình 3.4 Bộ điều khiển PI để điều khiển điện áp bus DC 31

Hình 4.12Độ méo dạnghài tổng của dòng tải trướcbù 47

Hình 4.13 Độ méo dạnghài tổng của dòng nguồn sau bù 48

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Mô tảphân loại tấm pin năng lượng mặt trời theocác tiêu chí 13Bảng 1.2 Ưu điểm và nhược điểm của các loại mạch lọc 15Bảng 4.1 So sánh % THD 49

DANH MỤCTừ VIẾT TẮT

APF Active Power Filter

HAPF Hybrid Active Power Filter

LPF Low Power Filter

LTI LinearTime Invariant

MPPT Maximum Power PointTracking

PCC Point of CommonCoupling

PI Proportional-Integral

PLL Phase-Lock Loop

THD Total Harmonic Distortion

VSI Voltage Source Inverter

1.Đặt vấn đề

Ngày nay, năng lượng mặt trời đã và đang được ứng dụng rất rộng rãi trong hệthốngđiện Với sự pháttriển củacác thiết bị điện, điện tử trong công nghiệp và dân dụngvói những tải phi tuyến được kếtnốivào lưới điện ngày càng nhiều Điều này đãgâyphát sinh nhiều sóng hài, ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng điện năng, làm méo dạng và lệch phagiữa dòng vàáp, hệ sốcông suất thấp Để giảm bớt sóng hài và bù

công suất phản kháng người ta có thể sử dụng các mạch lọc thụ động Mặc dù cácmạch lọc thụ động có cấu trúc đơn giản,giá thành thấpvàdễ sử dụng nhưngcũng tồn tại nhiều khuyết điểm như là: dễ xảy ra cộng hưởng với lưới điện, mất ổn định, khó

để cải thiện độ méodạng hài tổng và khảnăngbù không linh hoạt Từ đó, mạchlọc

tích cực (APF) ra đời để giải quyết các khuyết điểm của mạch lọc thụ động.

APF cócác ưu điểm như làbù tức thời theotải phi tuyến, có khảnăng đáp ứng được

cho tất cả các dạngtải vàđặc biệt là khắc phục đượchiện tượngcộng hưởng ở mạch lọc thụ động Tuy nhiên,hiệu quả làm việccủa các APF còn phụ thuộcvàonhiều yếu tố như là: công suất thấp, công suất của bộ nghịch lưu nguồn áp lớn, rất khó ổn định

điện áp DC-linknhấtlàtrongtrườnghợp bộ nghịch lưu làm việc vớitần số đóng ngắt lớn Bên cạnh đó, các APF có giá thành cao, khó ứng dụng trong lưới điện áp cao,

Thông thường điện áp DC-link được cung cấp thông qua bộ chỉnh lưu không điều

khiển Như vậy mạch lọc tích cực đã tiêu thụ mộtlượng lớn công suấttừ lưới.

Xuấtpháttừ lý do trên màngười nghiên cứuchọn đềtài: i(Nghiên cữu mạch ỉọc tích

cực ba pha với ứng dụng photovoltaic” đểnghiên cứu thực hiện luận văn tốt nghiệp.Trong đề tài này, nguồn năng lượng được cấp chobộ nghịch lưu không phải lấy từ

lưới mà nó được lấy từ nguồn năng lượng mặt trời để cấp cho điện áp DC-link Đâylàmột vấn đề có ý nghĩahết sức thiết thựctrong cuộc sống.

2.Mụctiêunghiên cứu

Mục tiêu tổng quát: cải thiện chấtlượng điện năng trong hệthống điệnMục tiêu cụ thể:

• Độ méo dạng hài tổng của dòng nguồn <5%

• Ôn định điện áp bus DC

• Hệ sốcông suấtcosphi >0.9

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đốitượngnghiên cứu: mạch lọc tích cực dạng song song có ghép nối photovoltaicPhạm vi nghiên cứu: mạch lọc tích cực ba pha ba dây, 220/380V, 50Hz

Nghiên cứu kết quả trên mô hình MATLAB/Simulink, không cóthực nghiệm.

4 Phươngpháp nghiên cứu

Thu thập, phân tích và tổng hợp các tài liệu có liên quan đến vấn đề nghiên cứu.Xây dựngmô hìnhtoán và thiết kế mạch lọc sóng hài có kếtnối photovoltaicMô phỏng trên phần mềm MATLAB/Simulink.

Phân tích kết quảmô phỏng.

5 Ý nghĩa và nhữngđóng góp của luận văn

Việc nghiên cứu và ứng dụng mạch lọc tích cực ba pha kết hợp với hệ thống

Photovoltaic (PV) mang lại nhiều ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực điện và năng

lượng tái tạo Giải pháp này không chỉ góp phần cảithiện chất lượng điện năng bằng cách giảm thiểu độ méo dạng sónghài và bù công suất phản kháng, mà còn thúc đẩy

sự phát triển bền vững của lưới điện vàtạo tiền đề cho việc tích hợp hiệu quả cácnguồn năng lượng tái tạo.

Mạch lọc tích cực ba pha đóng vai trò quan trọng trong việc giảm tác động tiêu cực của sóng hài lên lưới điện, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho việc kếtnối các hệthống PV vào mạng lưới một cách hài hòa và ổn định Nhờ sự hỗ trợcủa mạch lọc,

các hệthốngPVcó thểhoạt động hiệu quả, đóng góp đángkể vàoviệc cungcấpđiện

năng sạch và bền vững, giảm sựphụ thuộc vào nhiên liệu hóathạch và góp phần giảm

thiểu phát thải khí nhà kính.

Bên cạnh đó, việc tích hợp mạch lọctích cực với hệ thống PV còn manglại lợi ích

kinh tế đáng kể Mạch lọc có khả năng sử dụng năng lượngtừ pin mặt trời đểbù công

suất phản kháng màkhông cần hấp thụ công suất từ lưới điện, giúp giảm chi phí vận

hành và nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng Điều này không chỉ manglại lợi ích

cho người sử dụng, mà còn góp phần giảm áp lực lên hệthống điện và tối ưu hóa việc

sử dụng cơ sở hạtầng hiện có.

Ngoài ra, nghiên cứu này còn mởra cơ hội để pháttriển các giải pháp tích hợp APF với các nguồn năng lượng tái tạo khác như điện gió, năng lượng sinh khối, v.v Việcđa dạng hóanguồn cấp cho mạch lọc tích cực và bù công suất phản khángsẽ thúc đẩysự pháttriển của các hệthống điện thông minh, nâng cao độ linh hoạt,tin cậy và bền

vững của cơ sở hạ tầng năng lượng.

Đồng thời, nghiên cứu này cũng đóng gópvào việc thúc đẩy chuyển đổi năng lượngsạch, giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch và hướng tới một tương lai năng

lượng bền vững hơn Việc áp dụng rộng rãi các giải pháp như mạch lọc tích cực kết hợp với PV sẽ góp phần đạt được các mục tiêu về giảm phát thải carbon, bảo vệ môi

trường và ứng phó với biến đổi khí hậu.

Tóm lại, nghiên cứu và ứng dụng mạch lọc tích cực ba pha kết hợp với hệthống PV mang lại nhiều ý nghĩa thiết thực, từ việc cải thiện chất lượng điện năng, tích hợp hiệu quả năng lượng tái tạo, nâng cao hiệu quả kinh tế, cho đến thúc đẩy phát triển

bền vững vàbảo vệ môi trường Đây là một hướngnghiên cứu tiềm năng và có tầm

quan trọng trong bối cảnh chuyển đổi năng lượng toàn cầu hiện nay.

CHƯƠNG 1TỔNG QUAN VỀLĨNHvựcNGHIÊN cứu

1.1 Tổng quan cáccôngtrình nghiên cứu trước đây

Một số nghiên cứu mongmuốn nâng cao hiệu suất hệthống PV, tối ưu vận hành, cảithiện hiệu quả mạch lọc đã được thực hiện trong thời gian qua như sau:

Năm 2016, Trần Minh Đức, Nguyễn VănAnh và cộng sự đã xây dựngthuật toán và mô phỏng mạch lọc tíchcực ba pha để cải thiện hiệu suấtcủa hệ thống PV và giảm

nhiễu điện Các kết quảchothấy mạch lọctích cực ba pha có khả năng cải thiện hệ sốcông suất và giảm thiểu méo sóng trong nguồn điện.

Năm 2018, nhóm tác giả gồm Xu, Binbin và cộng sự trình bày mộtchiến lược điều khiển mới cho mạch lọc tích cực ba pha trong hệ thống PV Đề xuất kiểm soát điều

khiển thích ứng để tối ưu hóa hiệu suất lọc và làm giảm chi phí điều khiển.

Năm 2019, Mehdizadeh,A và cộng sự đãthiếtkế vàthực hiện mạch lọc tích cực ba

pha cho hệthống PV Đềxuấtmột cấutrúc điều khiển đơn giản và hiệu quả cho mạch

có liên quan đến nội dung đề tài "Nghiên cứu mạch lọc tích cực ba pha với ứng dụng

Photovoltaic" Các nghiên cứunày đóng gópquan trọng vào việc tốiưu hóa hiệu suấtvà độ ổn định củacác hệ thống PV, giúp thúc đẩy sự phát triển của năng lượng mặt trời nói riêng và năng lượng tái tạo nói chung.

1.2 Tìm hiếu vềPhotovoltaic

1.2.1 Giới thiệu

Cácpin quang điện (solar cell) lànhữngthiết bị bán dẫn có khả năng chuyểnđổi trực tiếp năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng điện thông quahiệuứng quang

điện Khi các photon từánh sángmặttrời chiếu vào bề mặt của pin quang điện, chúng

sẽ được hấp thụbởi các electrontrong vật liệu bán dẫn Năng lượng củaphotongiúp

giải phóng các electron rakhỏi nguyên tử vàtạora dòng điện.[l]

Mỗi tế bào quang điệnđơn lẻthường có kích thước nhỏvà sản xuấtmột lượng điện

năng hạn chế Vì vậy, để tạo ra một tấm pinmặt trời vói công suất lớn hơn, nhiều tế

bào quang điện được kết nối và đóng gói lại vóinhau Điều này chophép tấm pin đạt

được diện tích bề mặt lớn và sản xuấtnăng lượng đáng kể.

Hình 1.1 Cell pin quang điện thông dụng

Hiệu suấtvà công suất đầu ra của tấm pin quang điện phụ thuộc vào nhiều yếu tố

Đầutiên là cườngđộ và góc chiếu của ánh sáng mặt trời lênbềmặt pin Các tấm pinquang điện thường đạthiệu suất cao nhất khi ánh sáng chiếu vuông góc vói bề mặt.Thứ hai, nhiệtđộmôi trường xung quanh cũng ảnh hưởng đếnhiệusuất của pin Khi

nhiệtđộ tăng cao, hiệu suất của pin có xu hướng giảm.

Đe tối ưu hóa việc tiếp nhận ánh sángmặt trời, các tấm pin quang điện thường được

lắp đặt ở những nơi có khả năng tiếp xúc vói ánh nắng trực tiếp trong thời gian dài nhất có thể Hướng và góc nghiêng của tấm pin cũng được tính toán để tối đa hóa lượng bứcxạ mặt trời thu được Sau khi sản xuất ra điện năngmột chiều(DC), dòng

điện được đưa qua bộ biến đổi (inverter) để chuyển đổi thành dòng điện xoaychiều

(AC)phù hợp với lưới điện hoặc các thiết bị sử dụng điệnthông thường.[2]

Với sựpháttriển của công nghệ, một số hệthống pin mặt trời hiện đạicòn được trangbị thêm co cấu tự động điều chỉnh góc của tấm pin để đón ánh sáng mặt trời tối ưu

nhất trong suốt cả ngày Hệ thống sẽ tự động xoayvà nghiêng tấm pin theohướng có

cường độ bức xạ cao nhất, giúp tăng hiệu suấtvà sản lượng điện.

Nhờ những ưu điểm như nguồn năng lượng sạch, vôtận và ngày càng trỏ nên hợp túi tiền hon, pin quang điện và năng lượng mặt trời đang đóng mộtvai trò quan trọng trong quátrình chuyển đổi sang nănglượng tái tạo trêntoàn cầu,góp phần giảm phát thải khí nhà kính và bảo vệ môi trường.

ỉ 2.2 Cấu tạo và nguyên lý tam pin năng lượng mặt trời

a)Cấu tạo

Một tấm pin mặt trời tiêu chuẩn thường có cấu tạo gồm các thành phần chính sau.

Lớp kính bảo vệ phíatrước (Tempered Glass):

• Là lớp kính cường lực trong suốt ở phía trên cùng của tấm pin, giúp bảo vệ cácthành phần bên trong khỏi tác độngmôi trường như mưa, bụi, và va đập.

• Lớp kínhthườngđược làm từ thủy tinh siêu trắng, có khảnăng chống phản xạvà truyền ánh sáng tối đađến các lớpbên dưới.

Lớp chấtbán dan (Semiconductor Layer)[3]:

• Thường là các tếbào quang điện làm từ silicon đon tinh thể hoặc đa tinh thể.

• Lớp bán dẫn gồm hai phần: lớp loại n (dư điện tử) và lớp loại p (dư lỗ trống), tạo

thành một điện trường xung quanh bề mặttiếp xúc p-n.

• Khi ánh sáng chiếu lên bề mặt, các hạt photon sẽ kích thích electron bật ra khỏi

nguyên tử, tạo thành dòng điện một chiều.Lớp kim loại dẫn điện (Metallization):

• Bao gồm các đường dẫn kim loại mỏng (thường là bạc hoặc nhôm) được in hoặcphủ lên bề mặt của lóp bán dẫn.

• Các đường dẫn này giúp thu thập và truyền tải điện tích từ các tế bào quang điện đến các thanh cái (busbars) và hộp đấu nối.

Lớp chống phản xạ (Anti-reflective Coating):

• Làmộtlớpmỏng,trong suốt đượcphủ lên bề mặt của lópbán dẫn để giảm sự phản xạ ánh sángvà tăng cường hấp thụ photon.

• Lớp này thường làm từ silicon nitride hoặc titan dioxide, giúp tối ưu hóa hiệu suất

của pin mặttrời.Lớpnền (Backsheet):

• Là lớp bảo vệ ở mặt sau của tấm pin, thường làm từ vật liệu polyme như tedlar

hoặc polyester.

• Lớp nền giúp cách điện, chống thấm nước, và bảo vệ các tế bào quang điện khỏi

hư hỏng co họcvà ăn mòn.Hộp đấu nối (Junction Box):

• Là hộp nhựa được gắn ở mặt sau của tấm pin, chứa các diode bypass và đầu nối

• Là khung viền bằng hợp kim nhôm bao quanh tấm pin, giúp tăng cường độ cứng

cáp và bảo vệ các cạnh của tấm pin.

• Khung nhôm cũng tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp đặt và cố định tấm pin trên

các giá đỡ hoặc mái nhà.

Tất cả các thành phần trên được liên kết và đónggói chặt chẽvới nhau thông qua quá

trình épnhiệt (lamination) đểtạothành một tấm pin mặttrời hoàn chỉnh vàbền vững

Cấu trúc này đảm bảo tính toàn vẹn và hiệu suất hoạt động lâu dài của pin mặttrời

trong điều kiện môi trường khắc nghiệt.

Hấp thụ photon và sinh cặpelectron-lỗ trống[3]:

• Tấm pin mặt trời đượcchế tạo từ vật liệu bán dẫn, thườnglà silic (Si), vói hai lớp

có tạp chất khác nhau: lớp p (dư lỗ trống)và lớp N (dư electron tự do).

• Khi photon ánh sáng vớinăng lượng đủ lớn chiếu lên bề mặt pin, chúng sẽ bị hấpthụ bởi các electron liên kết trongmạng tinh thể của vật liệu.

• Neu năng lượng photon lớn hon nănglượngvùngcấm của vật liệu, các electron sẽ

bị kích thích và nhảy lên vùng dẫn, để lại các lỗ trống tưong ứng ỏvùng hóatrị.

• Cặp electron-lỗ trống này chínhlà những hạttải tự do, san sàng tham gia vào quá

trình dẫn điện.

Phân ly và thu thập hạt tải tự do:

• Tại vùngtiếp xúc PN của pin mặt trời, một điệntrườngnội tại đượchình thành do

sự khuếch tán và tái hợp của electron và lỗ trống giữa hai miền.

• Điệntrường này tạo ramột lực tách cặpelectron-lỗ trống sinhra do hấpthụ photon, đẩy electron về phíamiền N và lỗ trống về phíamiền p.

• Các electron và lỗ trống tự do này được thu thập bởi các điện cực kim loại đặt ở hai mặt trên vàdưới của tấm pin.

• Nếu nối tải tiêu thụ vào hai điện cực, dòng điện một chiềusẽ chạy qua tải do chuyển

động có hướng của electron từ cực âm sang cực dưong.Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và nhiệt độ:

• Cường độ bức xạ mặt trời ảnh hưởng trực tiếp đến số cặp electron-lỗ trống đượcsinh ra, và do đó ảnh hưởng tới dòng điện đầu ra của pin.

• Mật độ dòng quang điện tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng chiếu lên bề mặt pin.

Nghĩa là pin sẽchodòng điện lớn hon khi đượcchiếu sáng mạnh hon.

• Ngược lại, điện áp đầu ra của pin lại phụ thuộc vào nhiệt độ hoạt động của tấm pin Khi nhiệt độ tăng, điện áp hở mạch của pin sẽgiảm đi.

• Do đó, việc giữ cho tấm pin mát và thoáng khí sẽ giúp nâng cao hiệu suất chuyển đổi quang điện của pin mặttrời.

Đặctuyến I-V và điểm công suất cực đại (MPP)[4][5][6][7]:

• Đặc tuyến dòng-áp (I-V) của pin mặt trời thể hiện mối quan hệ giữadòng điện và

điện áp đầu ratại một điều kiện chiếu sángvà nhiệt độ nhấtđịnh.

• Trên đặc tuyến I-V, luôn tồn tại một điểm làm việc mà tại đó công suất đầu racủa

pin đạt giá trị cực đại, gọi là điểm công suất cực đại (Maximum Power Point MPP).

-• Để tối ưu hóaviệc khai thác năng lượng từ pin mặt trời, cácbộ điều khiển MPPT (Maximum Power PointTracking) thường được sử dụng nhằm duy trì điện áp hoạt độngcủa pin xung quanh điểm MPP.

• Bộ MPPT liên tục theo dõi đặc tuyến I-V, áp dụng giải thuật tìm kiếm và điều chỉnh chu kỳ xung PWM của bộ chuyển đổi DC-DC sao cho tríchxuất công suấtcực đại từ pin mặt trời trongmọi điều kiện môi trường.

Tấm pin mặt trời thường được liên kết với nhau thành mộtmảng pin (PV array) đểnâng cao điện áp và công suất đầu ra Năng lượng điện một chiều tạo ratừ mảng PVsau đó có thể được nạp vào ắc quy, cung cấp chotải DC hoặc được biến đổi sang

dạng điện xoay chiều (AC) để sử dụng cho các thiết bị thông thường hoặc hòa lưới điện.

c)Phân loại pinquang điện

Có nhiều cách để phân loại tấm pin năng lượng mặt trời (solar panel) dựa trên các

tiêu chí khác nhau như vậtliệu chếtạo, cấutrúc tế bào, công nghệ sản xuất, ứng dụng,và hiệu suất Dưới đây làmột số phân loại phổ biến:

Dựa trên vật liệu chế tạo:

• Pin mặt trời silicon (c-Si): sử dụng tinh thể silicon đơn tinh thể hoặc đatinh thể

• Pin mặt trời đơn tinh thể(monocrystalline): sử dụng các tế bàosilicon đơntinhthể có cấu trúc tinhthể đồng nhất và hiệu suấtcao.

• Pin mặt trời đa tinh thể (polycrystalline): sử dụng các tế bào silicon đa tinh thể có

cấu trúc hạtkhông đồng nhất và hiệu suất thấp hơn so với đơn tinh thể.

• Pin mặt trời vô định hình (amorphous): sử dụng các tế bào silicon vô định hình

không có cấu trúc tinh thể, thường được sử dụng trongcác pin màngmỏng.

Dựa trên công nghệ sản xuất:

• Pin mặt trời thế hệ đầu (1st generation): bao gồm các pin silicon đơn tinh thể và đa tinh thể, chiếm phần lớn thị trường hiện nay.

• Pin mặttrời thế hệthứ hai (2nd generation): bao gồm các pin màngmỏng sửdụngvậtliệu như CdTe, CIGS, hoặc a-Si,có chi phí sản xuấtthấp hơn.

• Pin mặt trời thế hệ thứ ba (3rd generation): bao gồm các công nghệ mói như pin

hữu cơ, pin chấm lượng tử, pin perovskite, và pin tandem đa tiếp giáp, hứa hẹn hiệu suất caovà chi phí thấp trong tương lai.

• Pin mặt trời công nghiệp (utility-scale): sử dụng trong các trang trại năng lượng

mặt trời quy mô lớn, cung cấp điện trựctiếp cho lưới điện quốc gia.

• Pin mặt trời di động (portable): sử dụng trong các thiết bị điện tử di động, đèn chiếu sáng, hoặc sạc dựphòng cầm tay.

Tổng quan về pin N-Type:

• Pin N-Type là một công nghệ pin mặt trời tiên tiến, được phát triển dựa trên việc

sử dụng silicon loại N làm vậtliệu chính cho tế bào quangđiện Khác với pin thông thường sử dụng silicon loại p, pin N-Type mang lại nhiều ưu điểm vượt trội về

hiệu suất, tuổi thọ và khảnăng chống lại sự suy giảm công suất theo thờigian.• Mộttrong những đặc điểm nổi bật của pin N-Type là hiệu suất cao hơn so với pin

truyền thống Nhờ việc sử dụng silicon loại N, pin N-Type có khả năng hấp thụ

ánh sáng mặt trời hiệu quả hơn, dẫn đến việc sản xuấtnhiều điện năng hơn trong cùng một diện tích pin Điều này đồng nghĩa với việc pin N-Type có thể tạo ra công suất lớn hơn, giúptiết kiệm diện tích lắp đặt và chi phí đầu tư cho hệ thống

• Một ưu điểm khác của pin N-Type là khả năng chống chịu tốt hơn với điều kiện

môi trường khắc nghiệt Pin N-Type ít bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao, độ ẩm và

bụi bẩn, giúp duy trì hiệu suất hoạt động tối ưu ngay cảtrong những điều kiện thời

tiết khó khăn Điều này đặc biệt quan trọng đối với các dự án điện mặt trời quy môlớn, nơi mà sự ổn định và tin cậy của hệthống làyếu tố then chốt.

• Ngoài ra, pin N-Type còn mang lại lợi ích về mặt thẩm mỹ Với công nghệ sản

xuất tiên tiến, pin N-Type có thể được thiết kế với màu sắc đồng nhất và bề mặtđẹp mắt hơn so với pintruyền thống Điều này giúp nâng cao tính thẩm mỹ của hệthống điện mặt trời, đặcbiệtlàđối với các ứng dụng trên mái nhà hoặctrong các

công trình kiến trúc hiện đại.

• Tuy nhiên, pin N-Typecũngcó một số hạn chế nhất định Chi phí sản xuất pin

N-Type hiện tại còn cao hơn so với pin truyền thống do quy trình sản xuất phức tạp

hơn và đòi hỏi công nghệ tiên tiến Tuy nhiên, với sự pháttriển củacông nghệ và

quy mô sản xuất ngày càng tăng, giáthành của pin N-Type được kỳ vọng sẽ giảm

dần trong tương lai.[16][17][18][19][20]

• Với những ưu điểm vượt trội về hiệu suất, tuổi thọvàkhảnăng chống chịu, pin N- Type đang dần trở thành xu hướng mới trong ngành công nghiệp điện mặt trời.Nhiều nhàsản xuất hàng đầu đang đầu tư nghiên cứu và pháttriển công nghệ pin

N-Type, hứa hẹn manglại những bước tiến đáng kể trong tương lai Sự ra đời của

pin N-Typeđã mở ra một chương mới trong lĩnh vực năng lượng tái tạo, góp phần

thúc đẩy việcsử dụng năng lượng sạch và bền vững trên toàn cầu.

Tiêu chíPhân loại

Vật liệu

- Silicon (c-Si)

- Màng mỏng (thin-film)- Hữu cơ (organic)

- Chấm lượngtử (quantum dot)

Cấu trúc tế bào

- Đơn tinh thể (monocrystalline)- Đa tinhthể (polycrystalline)- Vô định hình (amorphous)

Công nghệ

- Thế hệ đầu (1stgeneration)

- Thế hệ thứ hai (2nd generation)- Thế hệ thứ ba (3rd generation)

ứng dụng

- Dân dụng (residential)- Thương mại (commercial)- Công nghiệp (utility-scale)- Di động(portable)

Bảng 1.1 Mô tả phân loại tấm pin năng lượng mặt trời theo các tiêu chí

1.3 Tìm hiểu về môhình APF và HAPF

Theo cấu hình và kết nối mạch công suất thì APF được phân thành các loại như sơđồbên dưới.[21][22]

Hình 1.2 Phân loại mạch lọc APF

ưu và nhược điểm của từng loại mạch lọc sẽ được tổng quan theobảng 1.2 sau đây:

Loạibộ lọcƯuđiểmNhược điểm

Shunt APF

Lọc sóng hài từ nguồn dòng điện.

Kết hợp với Series APF giúp lọc

mọi nhiễu loạn.

Current-Source inverter: Lọc sóng hài dòng điện hiệu quả.Voltage-Source inverter: Công

nghệ inverter nguồn áp phổ biến

vàđon giản hon.

Không lọc được nhiễu điện áp.

Phải cần kết hợp với Series APF

Series APF

Lọc sóng hài từ nguồn điện áp.

Kết hợp với ShuntAPF lọc được

mọi nhiễu loạn.

Không lọc được nhiễu dòng điện.

Cần phối hợp với Shunt APF để

lọc toàn diện.

Bảng 1.2ưu điểm và nhược điểm của các loại mạch lọc

Kết hợp ưu điểm của cả Shunt

APF và Series APF.

Lọc được sóng hài từ cả nguồn

điện áp và dòng điện.

Lọc triệt để cácdạng nhiễu loạn.Shunt APF + Series APF: Lọc toàn diện cả sóng hài điện áp và

dòng điện.

Series APF + Shunt PF: Lọc sóng

hài điện áp tốt, cải thiện hệ số công suất.

ShuntAPF + Shunt PF: Lọc sóng

hài dòng điện tốt, cải thiện hệ số công suất.

APF in series with shunt PF: cấutrúc đon giản hon so vói các loại

Hybrid APF khác, lọc sóng hài và cải thiện hệ số công suất.

Cấu trúc phức tạp hơn các bộ lọc

đơn lẻ.

Chi phílắp đặtvàvận hànhcó thể caohơn.

Shunt APF + Series APF: cấu

trúc phức tạp nhất trong các loại

Hybrid APF.

Series APF + Shunt PF: Không

lọc triệt để sónghài dòng điện.

Shunt APF + ShuntPF: Không lọc

triệt để sónghài điện áp.

APF in serieswith shunt PF: Hiệu quả lọc có thể kém hơn so với các

loại Hybrid APF khác.

Chi tiết cho từng môhình mạch lọc sẽ được tổng quát ở phần tiếptheo.

1.3.1 Mô hình mạch lọc tích cực Shunt APF

Hiện nay mạch ShuntAPF được sử dụng rộng rãi và phổ biến Mạch shunt APF dựa trên biến tần nguồn điện áp (VSI) hiện nay là loại phổ biến nhất, do cấu trúc thông

dụng và quy trình lắp đặtdễ dàng.[23] [24] [25]

Hình 1.3 hiển thị cấu hìnhcơ bản của mộtshunt APF dựa trển biến tần nguồn điện áp(VSI) Nó bao gồm một tụbus DC (Cf), các công tắc điện tử công suất và cáccuộncảmgiao tiếp (Lf) Shunt APF hoạt động như một nguồn dòng,bù các dòng điện hài

do tải phi tuyến gây ra Hoạt động của shunt APF dựa trên việc tiêm vào dòng bù, tương đương với dòng bịméo, do đó loạibỏ dòng méo ban đầu Điềunày được thựchiện bằng cách "tạo hình" dạng sóng dòng bù (if), sử dụng các công tắc của VSI.

Dạng sóng dòng bù thu được bằng cách đo dòng tải (iL )và trừ nó đi từ một tínhiệusóng hình sin Mục đích của shunt APF làđể có được dòng nguồn hìnhsin (is )bằngcách sử dụng mối quan hệ:

Hình 1.3 Sơ đồ nguyênlý của Shunt APF dựa trển VSI

Giả sử dòng tải phi tuyến có thể đượcviết dưới dạng tổng của thành phần dòng điện

cơ bản (ÍL,f) và các hài dòng điện (ĨL,h ) theo

ưu điểm của Shunt APF là mang theo dòng bù cộng với lượng nhỏ dòng hoạt động

để bù chotổn thấthệ thống Bên cạnh đó cũng có thể kết nối song song nhiều mạch Shunt APF với nhau để dap ứng cho các tải cao hơn, điều này giúp cho mạch shunt

APF phù hợp vớiđa dạng công suất.

Hình 1.4 Nguyênlý hoạtđộng lọc sónghài Shunt APF

1.3.2 Mô hình mạch lọc tích cực Serial APF

Serial APF được mắc nối tiếp với nguồn thông qua máy biến áp VSI được sửdụng

làm nguồn điều khiển, do đó sơ đồ nguyên lý của Serial APF tương tự như ShuntAPF, ngoại trừ cuộn cảmgiao tiếp của Shunt APF được thay thế bằngbiếnáp [24]Nguyên lý hoạtđộng của Serial APF dựa trên sự cáchly sóng hài giữa tải phí tuyến và nguồn Điều này thực hiện được bàng cách đưa điện áp (vf)vàomáy biếnáp giao

tiếp Các điện áp hài đưa vào được cộng/trừ với điện áp nguồn vào để duy trì dạng

sóng sin chuẩn trên tải phi tuyến Serial APF có thể được coi như là một bộ cách lysóng hài Nó được điềukhiển theo cách sao cho nócó trở khángbằng 0 đốivới thành

phần cơbản, nhưng xuất hiện dướidạng điện trở có trở kháng cao đối với các thành

phần tần số hài Nghĩa là, không có sóng hài dòng điện nào có thể truyền từ tải phituyếnsangnguồnvà ngược lại.

Hình 1.5 Sơ đồ nguyênlý của Serial APF dựa trển VSI

Mạch Serial APF ít phổ biếnhơn so với Shunt APF Nguyên nhân là do chúng phảixử lý dòng tải cao Dòng điện tải có công suất cao sẽ làm tăng định mức dòng điệnđáng kể so với Shunt APF, đặc biệt là ởphíathứ cấp của máy biến áp giao tiếp Điều

này sẽ làmtăng tổn thất I2R Tuy nhiên, ưu điểm chính của Serial APF là chúng lý tưởngcho việc loại bỏ sónghài điện áp Nó cungcấptải có dạng sóng thuần hình sin,

điều nàyrất quan trọng đối với các thiếtbị nhạy cảm với điện áp(như thiếtbịbảo vệhệ thống điện) Với đặc điểmnày, SerialAPF phù hợp cho việc nângcao chất lượng

điện áp nguồn phân phối.

1.3.3 Mô hình mạch ỉọc tích cực Hybrid APF

Trước đây, phần lớn các bộ điều khiển cho bộlọc tíchcực APF (Active PowerFilter)

được phát triển dựa trên mạch tương tự (Analogue) Việc sử dụng mạch tương tựthườngdẫn tới sự sai lệch đáng kể trong tín hiệu điều khiển Nguyên nhân chínhlà doảnh hưởngcủa nhiễu và sai số của các linh kiện tương tự Điều này ảnh hưởngtiêu

cựctới độ chínhxác và ổn đinh của hệ thống APF.

Để khắc phục những hạn chế của mạch tương tự,các bộ điều khiển dựa trên bộ xử lýtín hiệu số DSP (Digital Signal Processor) hoặc vi điều khiển (Microcontroller) đã được ưu tiên sử dụng Những bộ điều khiển số này có tính linh hoạt cao và khả năng

chống nhiễu tốt hơn, giúp cải thiện đảng kể chất lượng của tín hiệu điều khiển Tuy nhiên, việc áp dụng kỹ thuậtxử lý số cũng gặp phải một số thách thức Cụthể, các

sónghài bậc cao (high-order harmonics) thường không được lọc một cách hiệu quả.

Đây là hệ quảcủa nhữnggiói hạn vềtốc độ lấy mẫu (samplingrate) của phần cứng Vói tốc độ lấy mẫu hạn chế, các thành phần tần số caocủa sóng hài không thể đượcxử lý một cách đầy đủ, dẫntới hiệu suất lọc không tối ưu.[23]

Một vấn đề khác liên quan tới APF là sự xuất hiện của nhiễu tần số chuyển mạch (switching frequency noise) trong dòng điện bù Nhiễu nàythường bắt nguồn từ việc

sử dụng các linh kiện công suất như IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor) trong

cấu trúc của APF Sự chuyển mạch của IGBT ỏ tần số cao tạo ra những xung nhiễu với biên độ lớn, gây ảnh hưởng tiêu cực tói chất lượng của dòng điện bù Để giải

quyết vấn đềnày, cần phải áp dụngcác biện pháp lọc bổ sung nhằm loạibỏ nhiễu tần

số chuyển mạch Việclọc nhiễu không chỉ góp phần cải thiện hiệu suất của APF, mà

còn giúp bảo vệ các thiết bị nhạy cảm khác trong hệthống khỏi tác động của nhiễu.Để vượt quanhững thách thức về mặt kỹ thuật của APF thông thường, cấu hình bộ lọc tích cực lai HAPF (Hybrid ActivePowerFilter) đã được nghiên cứu và phát triển

HAPF là sự kết hợp giữa mộtAPF cơ bản và một bộ lọc thụ động (Passive Filter),nhằm tận dụng ưu điểm của cả hai loại bộ lọc Trong cấu trúc HAPF, bộ lọc thụ độngđảm nhận vai trò lọc các sóng hài bậc thấp, trong khi APF tập trung xử lý các sóng

hài bậc cao và bù công suất phản kháng Sự phân chia nhiệm vụ này cho phép giảm

đáng kể yêu cầu về tốc độ lấy mẫu và dải tần hoạt động của APF Nhờ đó, ta có thể

sử dụng các linh kiện công suấtvà giải thuật điều khiển đơn giản hơn, góp phần tiếtkiệm chi phí và tăng độ tincậycủa hệthống [26]

Bên cạnh đó, bộ lọc thụ động trong HAPF còn góp phần quan trọng trong việc hạn chế ảnh hưởng của nhiễu tần số chuyển mạch Bộ lọc này hoạt động như một tấmchắn, ngăn chặn sự lan truyền của nhiễu vào nguồn cung cấp và các thiết bị khác

trong hệ thống Kết quả làchất lượng điện năng đượccải thiện đáng kể, đảm bảo sựổn định và tin cậy của nguồn cung cấp.

Với nhữngưu điểm vượt trội về hiệu suất lọc, khảnăng tiết kiệm chi phí và đảm bảo

chất lượng điện năng, HAPF đang ngày càng trở thành lựa chọn phổ biến trong các

ứng dụng công nghiệpvàdân dụng Việcáp dụng rộng rãi HAPF không chỉ góp phầnnâng cao chất lượng điện năng, mà còn đóng vaitrò quan trọngtrong việc bảo vệcác thiết bị điện và tăng cường độ tincậycủa hệ thống điện nói chung [27]

Hình 1.6 Hệ thống HAPF điểnhình

Mạch lọc thụ động là một thành phần quantrọng trong mạch lọc HAPF, đóng vai trò

lọc các tín hiệu không mong muốn và chỉ cho phép các tín hiệu mong muốn đi qua.Mạch lọc thụ động chỉ sử dụng các linhkiện thụ động như điện trở, cưộn cảm và tụ

điện, không cócác linh kiện chủ độngnhư bóng bán dẫn [28][29] [30] [31][32] [33]Có bốn loại mạch lọc thụ động chính:

• Mạch lọc thông thấp (Low-pass filter): Mạchlọc này cho phép các tín hiện có tần

số thấp hon tần số cắt đi qua, trong khi triệt tiêu các tín hiệu có tần số cao hon

Mạch lọc thông thấp thường được sử dụng để loại bỏ nhiễu tần số cao hoặc làm mượt các tín hiệu.

• Mạch lọc thông cao (High-pass filter): Ngược lại với mạch lọc thông thấp, mạch

lọc thông cao chỉ cho phép các tín hiệu có tần số cao hon tần số cắt đi qua, đồng

thời triệttiêu các tín hiệu có tần số thấp hon Mạchlọc này thường được dùng để

loại bỏ nhiễutần số thấp hoặc táchtín hiệu DC.

• Mạch lọc thông dải (Band-pass filter): Mạch lọc thông dải kết hợp đặc tínhcủa cả

mạch lọc thông thấp và thông cao, chỉ cho phép các tín hiệu trong một dải tần số

xác định đi qua, đồng thời triệt tiêucác tín hiệu nằm ngoài dải tần số đó Mạch lọc

này được sử dụng rộng rãi trong các hệthống truyền thông và xử lý tín hiệu.

• Mạch lọcchặn dải (Band-stop filter): Ngược lại với mạch lọc thông dải, mạch lọcchặn dải triệt tiêu các tín hiệu trongmột dải tần số cụ thể vàcho phép các tín hiệu

khácđi qua Mạch lọc này thường đượcdùng để loại bỏ nhiễu trong mộtdải tần số hẹp.

Các thông số quan trọng của mạch lọc thụ động bao gồm:

• Tan so cat(Cutofffrequency): Tần số mà tạiđó, mứctín hiệu đầu ra giảm một nửa

(-3dB) sovới mức tín hiệu đầu vào.

• Độ doc(Roll-off): Tốc độ giảm của tín hiệu sau tần sốcắt, thường được tínhbằng đon vị dB/octave hoặc dB/decade.

• Độ gọn (Ripple): Sự dao độngcủa đáp ứng tần số trong vùngthông của bộ lọc.

• Trỏ kháng đầu vào và đầu ra: Trởkháng tại đầu vào và đầu ra của mạch lọc, ảnh

hưởng đến sự phù hợp và truyền tải công suất.

Thiếtkếmạch lọc thụ độngđòi hỏi sự cân nhắcvềcácyêu cầu hệ thống, bao gồm dải

tần số mong muốn, độ suy hao, độ dốc, độ gọn và trở kháng Cácphưong pháp thiếtkế phổ biến bao gồm mạch lọc Butterworth, Chebyshev, Bessel và Elliptic, mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng.

Mạch lọc thụ động đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng tín hiệu,

giảm nhiễu và đảmbảo tính toàn vẹn củatínhiệu trongnhiều ứng dụng điệntử Chúng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống âm thanh, truyền thông, điều khiển và đo

lường.

CHƯƠNG 2 GIỚITHIỆU CÁUTRÚC VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT

2.1Cấu trúcmạch lọc tích cực vói ghép nối Photovoltaic

Hình2.1 thể hiệnsơ đồ cấu trúc của mạchlọc tíchcực ba pha với ứng dụng PV.

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúcmạch lọc tíchcực 3 pha ứng dụng PV

Cấu trúc mạchlọctíchcực ba phavớikếtnối PV bao gồm cácthành phần chính như sau:

♦ Mảng pin quang điện (PV array) để chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điệnnăng

• Mạch DC/DC Boost đểnâng điện ápđầura từ mảng PV lên mức phù họp

• Bộ lọc tích cực APF để giảm sóng hài và cải thiện chất lượng điện

• Bộ nguồngiúp cungcấp nguồn chotải phi tuyến

♦ Bộtảiphi tuyếnđại diện cho cácthành phầngây hài, nhiễu và làmgiảm chất lượng điệnnăng.[34][35][36][37][38][39][40][41][42]

2.2Nguyên lýhoạtđộng

Hoạt độngcủa APF trong điềukiệncó ánhsáng mặt trời: Trongnhững giờ banngày kill có ánh sáng mặt trời, mảng pin quang điện (PV) sẽ hoạt động và cung cấp một

phần công suất cho tải thông qua bộ lọc tích cực APF Lúc này, APF sẽ lấy năng

lượng từ nguồn DC của mảng PV và bơm thêm dòng điện ĨPV vào tải song song vớinguồn lưới.[43]

Điều này giúp giảm bớt công suất và dòng điện mà lưới điện phải cung cấp, từ đó

giảm tải cho hệthống điện và tiết kiệm chi phí năng lượng Đồngthời, việc sửdụngnăng lượng tái tạotừ pin mặt trờicũng góp phần giảm phát thải carbon vàbảovệ môi trường.

Tuy nhiên, do đặc tínhkhông ổn định của nănglượngmặt trời, điệnáp đầu ra từ mảngPVthường dao động theo cường độ bứcxạ và nhiệt độ Đe đảm bảo điện áp cấp choAPF làhằng định, mạchtăng ápDC-DC được sử dụng Bộ tăng ápsẽ điều chỉnhđiện áp từ mảng PV về mộtgiátrị phù hợp và ổn địnhnhất định trước khi nối vào bus DC

của APF.

Hoạt động của APF trong điều kiện không có ánh sáng mặt trời: Vào ban đêm hoặcnhững lúc trời nhiều mây, cường độ ánh sáng yếu, mảng PV sẽ khôngthể sinhra đủnăng lượng để đápứng nhu cầu của phụ tải Lúcnày, toàn bộ công suất tiêu thụ của

tải sẽ đượccung cấp từ lưới điện thông qua nguồn phân phối chính.

Ngoài ra, trong thời gian APF hoạt động để lọc sóng hài và bù công suấtphản kháng,năng lượng cần thiết sẽ được lấy từ tụ điện trên bus DC của APF Tụ điện này đóng vai trò như một bộ lưu trữ năng lượng tạm thời, giúp duy trì dòng bù ngay cả khi không có nguồn năng lượng từ PV Khi tụ DC bị xả điện dưới một ngưỡng nào đó,

APF sẽ lấy năng lượng từ nguồn lưới để sạc lại tụ, đảm bảo độ ổn định và liên tục của quá trình lọc.

Nguyên lý bù sóng hài và công suất phản kháng của APF: Mục tiêu chính của APF

là tạo ra dòng bù if sao cho khi cộng với dòng tải iL, ta sẽ thu được dòngnguồn is dạng sin cơbản cùng pha với điện áp nguồn vs Để đạt được điềunày, APF sẽ tạo ra hai thành phần dòng bù chính:

• Dòng bù cho sóng hài iL,h'. Đây là cácthànhphần dòng cótần số bội số của tần số

cơ bản 50Hz, gây ra méo dạng và nhiễu trên lưới điện APF sẽ phân tích dòng