Nguyên lý hoạt động của bộ nghịch lưu nối lưới

I. Nguyên tắc hoạt động của bộ biến đổi nối lưới

Bộ biến đổi nối lưới là thiết bị chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) thành dòng điện xoay chiều (AC) và được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống phát điện quang điện (PV). Các nguyên tắc hoạt động bao gồm nhiều khía cạnh:

Quá trình Chuyển Đổi Năng Lượng:Dưới ánh sáng mặt trời, các tấm pin quang điện tạo ra điện DC. Đối với các bộ biến đổi nối lưới nhỏ và trung bình, thường sử dụng cấu trúc hai giai đoạn, trong đó điện DC từ các tấm pin quang điện được chuyển đổi qua một bộ chuyển đổi DC/DC để chuyển đổi sơ bộ, sau đó thông qua bộ chuyển đổi DC/AC để tạo ra AC. Các bộ biến đổi lớn thường sử dụng cấu trúc một giai đoạn cho việc chuyển đổi trực tiếp. Trong quá trình hoạt động, bộ biến đổi điều khiển mô-đun biến đổi ba pha bằng cách phát hiện điện áp DC, dòng điện và điện áp và dòng điện AC của lưới. Hệ thống điều khiển số tạo ra tín hiệu điều khiển PWM (Pulse Width Modulation), giúp bộ biến đổi tạo ra AC đồng bộ về tần số và pha với lưới. Ví dụ, khi điện DC từ các tấm pin quang điện đi vào bộ biến đổi nối lưới, nó sẽ đi qua một bộ chỉnh lưu (nếu cấu trúc hai giai đoạn bao gồm chức năng chỉnh lưu), chuyển đổi bất kỳ AC nào có sẵn thành DC, sau đó thông qua các thành phần điện tử của phần biến đổi để chuyển đổi DC thành AC, cuối cùng cung cấp cho tải gia đình hoặc công nghiệp hoặc đưa vào lưới.

Các Thành Phần Chính và Chức Năng Của Chúng:

• Bộ chỉnh lưu: Trong một số cấu trúc, nó chịu trách nhiệm chuyển đổi AC sang DC, đảm bảo rằng nguồn vào cho phần biến tần sau đó là DC.

• Biến tần: Đây là thành phần cốt lõi, sử dụng các linh kiện điện tử (như thiết bị bán dẫn công suất) để chuyển đổi DC sang AC.

• • Bộ điều khiển: Nó kiểm soát toàn bộ quá trình chuyển đổi, bao gồm theo dõi điện áp và dòng điện đầu vào và đầu ra, và điều chỉnh các tín hiệu điều khiển PWM dựa trên các tham số này để đảm bảo rằng điện AC đầu ra đáp ứng các tiêu chuẩn yêu cầu.

  • Cổng đầu ra: Nó đưa ra điện AC đã được chuyển đổi đến lưới điện hoặc tải.

  II. Mối quan hệ giữa bộ nghịch lưu nối lưới và lưới điện

  Truyền tải và tương tác năng lượng:Chức năng chính của bộ nghịch lưu nối lưới là chuyển đổi từ DC sang AC và kết nối với lưới điện, cho phép truyền tải năng lượng. Nó có thể cung cấp điện được tạo ra bởi hệ thống PV vào lưới điện, đáp ứng nhu cầu năng lượng của các người dùng khác. Trong quá trình này, lưới điện hoạt động như một trung tâm lưu trữ và phân phối năng lượng lớn, và bộ nghịch lưu nối lưới đóng vai trò là cầu nối giữa nguồn điện phân tán PV và trung tâm này. Ví dụ, trong các dự án PV phân tán, nhiều hộ gia đình có hệ thống PV bán điện dư thừa cho lưới điện thông qua bộ nghịch lưu nối lưới, đạt được luồng năng lượng hai chiều—cả nhận và cung cấp điện cho lưới điện.

  Từ góc độ của lưới điện, khi có nhiều bộ biến đổi nối lưới được tích hợp, nguồn điện lưới trở nên đa dạng hơn. Tuy nhiên, điều này cũng đặt ra những yêu cầu mới về sự ổn định và chất lượng điện lưới.

  Kiểm soát và thích ứng:Hiện nay, các bộ biến đổi nối lưới chủ yếu hoạt động trong hai chế độ kiểm soát cơ bản: kiểm soát dòng điện và kiểm soát điện áp. Trong chế độ kiểm soát dòng điện, bộ biến đổi nhằm mục đích kiểm soát dòng điện đầu ra và phải thích ứng với sự thay đổi của điện áp lưới và các tham số khác. Ví dụ, trong lưới điện yếu (độ cản cao, khung yếu, khả năng chống lại dòng điện xung thấp), bộ biến đổi cần có khả năng thích ứng mạnh mẽ với lưới điện có độ cản cao để tránh hiện tượng cộng hưởng có thể dẫn đến sự cố tăng cường. Các bộ biến đổi của các nhà sản xuất khác nhau sử dụng các thuật toán và cơ chế kiểm soát khác nhau để thích ứng với sự thay đổi của lưới, như thuật toán giảm chấn chủ động thông minh để giải quyết vấn đề cộng hưởng trong lưới điện yếu, và các chiến lược như kiểm soát lặp lại, các tham số PI động, ức chế谐波抑制和死区补偿等策略。在电压控制模式下，逆变器以电压控制为目标，使并网逆变器的外部特性表现为可控电压源，能够为电压和频率提供支持。这特别适合高渗透率的可再生能源并网，意味着逆变器可以在一定程度上调节电网的电压和频率，以保持稳定运行。 请注意，上述内容的最后一部分是中文，需要翻译成越南语。以下是完整的翻译： ```html

  Từ góc độ của lưới điện, khi có nhiều bộ biến đổi nối lưới được tích hợp, nguồn điện lưới trở nên đa dạng hơn. Tuy nhiên, điều này cũng đặt ra những yêu cầu mới về sự ổn định và chất lượng điện lưới.

  Kiểm soát và thích ứng:Hiện nay, các bộ biến đổi nối lưới chủ yếu hoạt động trong hai chế độ kiểm soát cơ bản: kiểm soát dòng điện và kiểm soát điện áp. Trong chế độ kiểm soát dòng điện, bộ biến đổi nhằm mục đích kiểm soát dòng điện đầu ra và phải thích ứng với sự thay đổi của điện áp lưới và các tham số khác. Ví dụ, trong lưới điện yếu (độ cản cao, khung yếu, khả năng chống lại dòng điện xung thấp), bộ biến đổi cần có khả năng thích ứng mạnh mẽ với lưới điện có độ cản cao để tránh hiện tượng cộng hưởng có thể dẫn đến sự cố tăng cường. Các bộ biến đổi của các nhà sản xuất khác nhau sử dụng các thuật toán và cơ chế kiểm soát khác nhau để thích ứng với sự thay đổi của lưới, như thuật toán giảm chấn chủ động thông minh để giải quyết vấn đề cộng hưởng trong lưới điện yếu, và các chiến lược như kiểm soát lặp lại, các tham số PI động, ức chế谐波抑制和死区补偿等策略。

  Trong chế độ kiểm soát điện áp, bộ biến đổi nhằm mục tiêu kiểm soát điện áp, làm cho đặc tính bên ngoài của bộ biến đổi nối lưới hoạt động như một nguồn điện áp được kiểm soát, có thể cung cấp hỗ trợ cho điện áp và tần số. Điều này đặc biệt phù hợp cho việc kết nối lưới điện với tỷ lệ thâm nhập cao của năng lượng tái tạo, nghĩa là bộ biến đổi có thể, ở một mức độ nào đó, điều chỉnh điện áp và tần số của lưới điện để duy trì hoạt động ổn định.

  ``` 请确认以上翻译是否符合您的要求。

  III. Bộ chuyển đổi nối lưới có thể hoạt động mà không cần lưới điện không?

  Trong điều kiện bình thường, việc hoạt động là không được phép:Theo các tiêu chuẩn và quy định an toàn liên quan, bộ chuyển đổi nối lưới thường được trang bị thiết bị chống đảo ngược. Khi điện áp lưới bằng không, bộ chuyển đổi sẽ ngừng hoạt động. Điều này là vì nếu bộ chuyển đổi tiếp tục hoạt động trong thời gian mất điện, nó có thể gây nguy hiểm cho nhân viên bảo trì. Ví dụ, nếu hệ thống PV tiếp tục cung cấp điện cho lưới thông qua bộ chuyển đổi trong thời gian mất điện, nó có thể dễ dàng gây ra sự cố điện giật và các sự cố an toàn khác. Do đó, các tiêu chuẩn quốc gia quy định rằng bộ chuyển đổi nối lưới PV phải có chức năng phát hiện và kiểm soát đảo ngược, và chúng phải ngừng hoạt động khi lưới không có sẵn.

  Hoạt động dưới các sửa đổi đặc biệt:Theo lý thuyết, mà không cần thay đổi phần mềm hoặc phần cứng, một bộ biến tần độc lập có thể được sử dụng để "mô phỏng" lưới điện, khiến bộ biến tần năng lượng mặt trời tin rằng lưới điện đang hoạt động bình thường, do đó cho phép nó cung cấp điện cho "lưới" này. Tuy nhiên, phương pháp này mang lại rủi ro và không tuân thủ các yêu cầu an toàn và quy định thông thường. Ngoài ra, nếu bộ biến tần nối lưới được sửa đổi để cho phép hoạt động độc lập, như trong một số bộ biến tần lai nối lưới và độc lập, nó có thể chuyển sang chế độ độc lập khi lưới điện bị mất. Tuy nhiên, điều này không còn là chức năng của một bộ biến tần nối lưới thuần túy mà là kết quả của thiết kế và sửa đổi đặc biệt.

  IV. Điều kiện thiết yếu cho hoạt động của bộ biến tần nối lưới

  Điều kiện kỹ thuật:

  • Đồng bộ tần số: Tần số lưới điện thường là 50Hz hoặc 60Hz ở hầu hết các khu vực. Tần số AC được tạo ra bởi bộ biến đổi phải được đồng bộ hóa với tần số này. Điều này thường được thực hiện thông qua công nghệ như Vòng Khoá Pha (PLLs) để đảm bảo tần số AC của bộ biến đổi khớp với tần số lưới, nếu không, nó không thể hoạt động bình thường.

  • Đồng bộ pha: Ngoài việc đồng bộ tần số, đầu ra AC của bộ biến đổi cũng phải được đồng bộ pha với điện áp lưới. Đồng bộ pha được thực hiện thông qua các công nghệ điều khiển liên quan. Chỉ khi có đồng bộ pha, năng lượng đầu ra của bộ biến đổi mới có thể được tích hợp mượt mà vào lưới mà không gây ra các tác động bất lợi như dao động công suất và giảm chất lượng điện.

  • Khớp điện áp: Điện áp đầu ra của bộ biến đổi phải khớp với điện áp lưới tại điểm kết nối. Mặc dù bộ biến đổi thường được thiết kế để thích ứng với các mức điện áp khác nhau, nhưng nó phải đảm bảo hoạt động trong giới hạn an toàn. Nếu điện áp không khớp, nó có thể ngăn cản truyền tải điện bình thường và thậm chí gây hư hại cho bộ biến đổi hoặc thiết bị lưới.

  Hạn chế hài: Trong quá trình chuyển đổi từ DC sang AC, bộ nghịch lưu có thể tạo ra các sóng hài, điều này có thể ảnh hưởng đến lưới điện, như gây méo điện áp và ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị điện khác. Do đó, bộ nghịch lưu phải đáp ứng các tiêu chuẩn hạn chế sóng hài nhất định để đảm bảo chất lượng điện. Ví dụ, dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu không nên chứa thành phần DC, và các sóng hài bậc cao trong dòng điện đầu ra của bộ nghịch lưu phải được giảm thiểu để tránh ô nhiễm lưới điện.

• Điều khiển công suất phản kháng: Bộ nghịch lưu phải có khả năng điều khiển công suất phản kháng để hỗ trợ ổn định điện áp lưới. Trong các lưới điện có tỷ lệ năng lượng tái tạo cao, việc điều khiển công suất phản kháng đặc biệt quan trọng. Bằng cách điều khiển công suất phản kháng, mức điện áp của lưới có thể được điều chỉnh, tăng cường sự ổn định và chất lượng điện.

• Bảo vệ hiệu ứng đảo: Khi lưới điện bị ngắt, bộ nghịch lưu phải nhanh chóng ngắt kết nối với lưới để ngăn chặn việc cung cấp điện cho lưới đã ngắt, do đó bảo vệ nhân viên bảo trì. Đây là một trong những chức năng an toàn thiết yếu của bộ nghịch lưu nối lưới.

Điều kiện an toàn:

• An toàn điện: Bộ chuyển đổi và việc lắp đặt phải tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn điện liên quan, bao gồm cách điện, bảo vệ quá tải và bảo vệ ngắn mạch. Ví dụ, hiệu suất cách điện của bộ chuyển đổi phải tốt để ngăn ngừa rò rỉ; trong trường hợp quá tải hoặc ngắn mạch, bộ chuyển đổi nên kích hoạt cơ chế bảo vệ để ngăn chặn hư hỏng thiết bị và khả năng hỏa hoạn.

• Đánh giá bảo vệ: Bộ chuyển đổi cần có một mức đánh giá bảo vệ nhất định để chống lại các yếu tố môi trường như bụi và độ ẩm. Bộ chuyển đổi ngoài trời thường yêu cầu mức đánh giá bảo vệ cao hơn, chẳng hạn như IP65. Mức đánh giá bảo vệ đảm bảo rằng bộ chuyển đổi có thể hoạt động bình thường trong các điều kiện môi trường khác nhau và kéo dài tuổi thọ của nó.

Quy định và Tiêu chuẩn:

• Tiêu chuẩn Quốc gia và Ngành công nghiệp: Bộ chuyển đổi nối lưới phải tuân thủ các tiêu chuẩn quốc gia và ngành công nghiệp liên quan, chẳng hạn như tiêu chuẩn GB/T 37408 - 2019 của Trung Quốc, quy định các yêu cầu kỹ thuật cho bộ chuyển đổi nối lưới điện mặt trời. Các tiêu chuẩn này bao gồm nhiều khía cạnh, bao gồm hiệu suất, an toàn và chất lượng điện, đảm bảo rằng bộ chuyển đổi đáp ứng các quy định khi hoạt động trên lưới.

• Giấy phép và Phê duyệt: Việc lắp đặt và vận hành bộ chuyển đổi nối lưới có thể yêu cầu giấy phép và phê duyệt từ cơ quan điện lực để đảm bảo chúng không gây ảnh hưởng xấu đến lưới. Cơ quan điện lực sẽ xem xét vị trí lắp đặt, công suất và thông số kỹ thuật của bộ chuyển đổi, và chỉ sau khi được phê duyệt, bộ chuyển đổi mới có thể được kết nối với lưới.

Yếu tố Kinh tế:

• Lợi nhuận đầu tư (ROI): Người dùng hoặc doanh nghiệp đang xem xét các bộ chuyển đổi nối lưới sẽ đánh giá ROI, bao gồm chi phí đầu tư ban đầu, chi phí vận hành và bảo dưỡng, cũng như các chính sách trợ cấp tiềm năng hoặc doanh thu từ việc bán điện. Nếu ROI không thuận lợi, điều này có thể ảnh hưởng đến sự nhiệt tình đối với các bộ chuyển đổi nối lưới. Ví dụ, nếu chi phí đầu tư ban đầu cao và giá bán điện thấp mà không có chính sách trợ cấp đủ, nhà đầu tư có thể bị ngăn cản.

• Chính sách trợ cấp: Các khu vực khác nhau có thể có các chính sách trợ cấp khác nhau, điều này có thể ảnh hưởng đến tính khả thi kinh tế của các dự án bộ chuyển đổi nối lưới. Một số khu vực cung cấp trợ cấp để khuyến khích phát triển năng lượng tái tạo, bao gồm trợ cấp cho việc mua bộ chuyển đổi và giá bán điện, giúp cải thiện lợi ích kinh tế của các dự án bộ chuyển đổi nối lưới.

Tương thích hệ thống:

• Tính tương thích với lưới điện: Bộ nghịch lưu phải tương thích với hệ thống lưới điện hiện có, bao gồm cấu trúc, quy mô và đặc tính hoạt động của lưới. Các cấu trúc lưới khác nhau (ví dụ: hệ thống điện TT, IT và TN) và các quy mô khác nhau (ví dụ: lưới điện hạ thế và lưới điện cao thế) có yêu cầu khác nhau đối với bộ nghịch lưu, và bộ nghịch lưu phải có khả năng thích ứng với những khác biệt này để đạt được kết nối lưới ổn định.

• Tính tương thích thiết bị: Bộ nghịch lưu phải phù hợp với thiết bị phát điện đã kết nối (ví dụ: tấm pin mặt trời, tua bin gió) để đạt được hiệu quả chuyển đổi năng lượng. Ví dụ, công suất đầu ra và điện áp của tấm pin mặt trời phải phù hợp với yêu cầu đầu vào của bộ nghịch lưu để đảm bảo hiệu suất và hiệu quả của toàn bộ hệ thống phát điện.

Yếu tố môi trường:

• Khả năng thích ứng với môi trường: Bộ biến tần phải có khả năng thích ứng với các điều kiện môi trường tại địa điểm lắp đặt, như nhiệt độ và độ ẩm, để đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài. Ví dụ, trong môi trường nhiệt độ cao, hiệu suất tản nhiệt của bộ biến tần phải tốt để tránh hư hỏng do quá nhiệt; trong môi trường độ ẩm cao, bộ biến tần phải có tính năng chống ẩm để tránh ngắn mạch bên trong.

• Tác động đến môi trường: Thiết kế và vận hành của bộ biến tần phải xem xét tác động của nó đến môi trường, như tiếng ồn và nhiễu điện từ. Cần nỗ lực giảm thiểu tiếng ồn phát sinh trong quá trình vận hành bộ biến tần để tránh ô nhiễm tiếng ồn, và kiểm soát nhiễu điện từ để ngăn chặn sự can thiệp vào các thiết bị điện tử khác.

Vận hành và bảo dưỡng:

• Giao diện người dùng: Bộ nghịch lưu nên cung cấp một giao diện người dùng trực quan để theo dõi trạng thái hệ thống và thực hiện các cài đặt cần thiết. Ví dụ, người dùng có thể xem các thông số hoạt động của bộ nghịch lưu (ví dụ: điện áp vào/ra, dòng điện, công suất) và thông tin báo lỗi qua giao diện, và thực hiện các cài đặt cơ bản (ví dụ: giới hạn công suất, chọn chế độ hoạt động).

• Yêu cầu bảo trì: Việc bảo trì bộ nghịch lưu phải xem xét sự dễ dàng trong việc bảo trì, chi phí bảo trì và chu kỳ bảo trì. Một bộ nghịch lưu dễ bảo trì có thể giảm chi phí và khó khăn trong bảo trì, trong khi một chu kỳ bảo trì hợp lý có thể đảm bảo hoạt động ổn định lâu dài. Ví dụ, cấu trúc bên trong của bộ nghịch lưu nên được thiết kế để thuận tiện cho việc kiểm tra bởi nhân viên bảo trì, và tuổi thọ và chi phí thay thế của các thành phần của nó phải hợp lý.

V. Vai trò của lưới điện trong hoạt động của bộ nghịch lưu nối lưới

Cung cấp tham chiếu cho hoạt động:Điện áp, tần số và các thông số khác của lưới điện cung cấp một tiêu chuẩn tham chiếu cho hoạt động của bộ nghịch lưu nối lưới. Bộ nghịch lưu cần điều chỉnh đầu ra của nó dựa trên điện áp và tần số của lưới để phù hợp với các thông số này. Ví dụ, bộ nghịch lưu sử dụng công nghệ như PLL để đồng bộ hóa tần số và pha của dòng AC đầu ra của nó với lưới và phù hợp với điện áp, đảm bảo sự tích hợp mượt mà của điện vào lưới. Nếu không có lưới cung cấp các tham chiếu này, bộ nghịch lưu sẽ không thể điều chỉnh chính xác đầu ra, và kết nối lưới bình thường sẽ không thể thực hiện được.

Cho phép truyền tải và phân phối điện:Lưới điện cung cấp một nền tảng cho việc truyền tải và phân phối điện từ bộ nghịch lưu nối lưới. Sau khi bộ nghịch lưu đưa dòng AC do hệ thống PV tạo ra vào lưới, lưới có thể truyền tải năng lượng này đến nơi cần thiết, đạt được sự phân phối rộng rãi. Điều này cho phép năng lượng PV tích hợp vào hệ thống điện lớn hơn, cung cấp điện cho nhiều người dùng hơn. Kích thước và cấu trúc của lưới cũng ảnh hưởng đến phương pháp kết nối và yêu cầu hoạt động của bộ nghịch lưu. Ví dụ, trong các lưới điện có mức điện áp khác nhau (ví dụ: lưới điện áp thấp và lưới điện áp cao), bộ nghịch lưu phải đáp ứng các tiêu chuẩn và yêu cầu kỹ thuật tương ứng để đảm bảo truyền tải điện an toàn và hiệu quả.

Đảm bảo hoạt động ổn định:Trong lưới điện, nhiều thiết bị phát điện và tiêu thụ điện được kết nối với nhau, tạo thành một hệ thống điện lớn. Hệ thống này có một mức độ ổn định và quán tính nhất định, giúp ổn định hoạt động của bộ nghịch lưu nối lưới. Ví dụ, khi công suất đầu ra của hệ thống năng lượng mặt trời thay đổi, lưới điện có thể cân bằng những biến động này thông qua các cơ chế điều chỉnh của chính nó (ví dụ: điều chỉnh công suất đầu ra của các thiết bị phát điện khác), do đó giảm thiểu ảnh hưởng đến bộ nghịch lưu. Ngoài ra, lưới điện còn cung cấp bảo vệ ngắn mạch và các tính năng an toàn khác. Nếu xảy ra lỗi ngắn mạch tại đầu ra của bộ nghịch lưu, các thiết bị bảo vệ của lưới điện sẽ hoạt động để ngăn chặn sự cố lan rộng, bảo vệ bộ nghịch lưu và các thiết bị khác.