Áp dụng thuật toán bầy đàn và chế độ quan sát trượt để tìm điểm công suất cực đại cho tấm pin năng lượng mặt trời trong điều kiện bóng mờ một phần luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** ÁP DỤNG THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN VÀ CHẾ ĐỘ QUAN SÁT TRƯỢT ĐỂ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG ĐIỀU KIỆN BÓNG MỜ MỘT PHẦN Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện Đồng Nai – Năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** ÁP DỤNG THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN VÀ CHẾ ĐỘ QUAN SÁT TRƯỢT ĐỂ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG ĐIỀU KIỆN BÓNG MỜ MỘT PHẦN Chuyên ngành Kỹ thuật điện Mã số 8520201 Luận văn thạc sĩ Kỹ thuật điện NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS Đồng Nai – Năm 2020 vii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn nhận quan tâm giúp đỡ Quý thầy cô, bạn bè tập thể cán trường Đại học Lạc Hồng Xin trân trọng cảm ơn PGS.TS người hướng dẫn khoa học Luận văn, hướng dẫn tận tình giúp đỡ em mặt để hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn Quý Thầy Cô Khoa Cơ Điện – Điện tử, Khoa Sau Đại Học, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Ứng dụng hướng dẫn giúp đỡ em trình thực Luận văn Xin trân trọng cảm ơn Quý Thầy Cô Hội Đồng Chấm Luận Văn có góp ý thiếu sót Luận văn này, giúp Luận văn hồn thiện Cuối cùng, để có kiến thức ngày hôm nay, cho phép em gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quý Thầy Cô Trường Đại học Lạc Hồng thời gian qua truyền đạt cho em kiến thức quý báu TÁC GIẢ LUẬN VĂN viii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan tất nội dung Luận văn hồn tồn hình thành phát triển từ quan điểm cá nhân tôi, hướng dẫn khoa học PGS.TS Các số liệu kết có Luận văn tốt nghiệp hoàn toàn trung thực chưa đăng ấn phẩm khoa học TÁC GIẢ LUẬN VĂN ix TÓM TẮT Trong năm gần đây, lượng mặt trời nguồn lượng tạo sử dụng phổ biến giới Năng lượng mặt trời nguồn lượng sạch, không gây ô nhiễm môi trường, không gây tiếng ồn đảm bảo an ninh lượng quốc gia Việc đánh giá tiềm năng, chất lượng lượng mặt trời bước quan trọng trình thực triển khai dự án mơ hình nhà máy điện mặt trời Xác định vị trí tiềm để xây dựng mơ hình nhà máy điện mặt trời công việc phức tạp, bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Các mỏ chứa dầu dần cạn kiệt dẫn đến việc đầu tư vào lượng tái tạo lượng mặt trời để đáp ứng nhu cầu lượng ngày tăng giới nước giảm thiểu tác động xấu đến môi trường loại nhiên liệu hoá thạch sử dụng Một công nghệ lượng tái tạo phổ biến hệ thống quang điện (solar photovoltaic - PV) Những pin quang điện gặp phải với số hạn chế Các phần tử chuyển đổi quang thành điện có tuổi thọ kém, hiệu suất chuyển đổi thấp, khơng ổn định Vì thế, hướng tiếp cận đề xuất thực nghiên cứu để giải hạn chế nêu hệ thống điều khiển thông dụng Giải thuật dựa điều khiển trượt (sliding mode controller - SMC) để theo dõi điểm công suất cực đại (maximum power point tracking - MPPT) pin lượng mặt trời, giải thuật có nghiên cứu đến điều kiện thời tiết khác Thuật toán bầy đàn (θ-modified krill herd - θ-MKH) sử dụng để xác định tối ưu hoá thông số SMC Hệ thống hoạt động điều kiện trực tuyến trạng thái kết nối lưới điện Kết giải thuật đề suất so sánh với giải thuật khác thuật toán leo đồi (hill climbing - HC), thuật toán tối ưu hoá bầy đàn (Particle Swarm Optimization – PSO), thuật toán gia tăng điện dẫn (incremental conductance - INC), thuật toán Bộ điều khiển logic mờ (fuzzy logic controller - FLC), thuật toán thay đổi quan sát (classic fixed-step perturb and observe - P&O) điều kiện thời tiết khác Việc điều khiển dựa SMC θ-MKH giúp cho hệ thống giảm bớt dao động, hoạt động ổn định, đạt hiệu suất tốt hơn, thời gian tìm điểm công suất cực đại hợp lý x MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN vii LỜI CAM ĐOAN viii TÓM TẮT ix DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH x Chương TỔNG QUAN 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 11 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 11 1.5 Phương pháp nghiên cứu 11 1.6 Dự kiến kết đ ạt 11 1.7 Kết luận luận văn 11 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Hệ thống pin lượng mặt trời PV 13 2.2 Phương pháp theo dõi điểm công suất cực đại (MPPT - Maximum power point tracking) 14 2.3 Những giải thuật điều khiển để tìm điểm MPPT pin mặt trời sử dụng 15 2.3.1 Thuật toán leo đồi (HC - hill climbing) 15 2.3.2 Thuật toán PSO 17 2.3.3 Thuật toán điện dẫn gia t ăng (Incremental conductance - INC) 21 2.3.4 Thuật toán Fuzzy logic controller (FLC) 22 2.3.5 Thuật toán Classic fixed-step perturb and observe (P&O) 25 2.4 Giới thiệu thuật toán Krill Herd điều khiển trượt 28 2.4.1 Quy trình giải pháp 28 2.4.1.1 Thuật toán θ-MKH 28 2.4.1.2 Phương pháp sửa đổi (Modification method) 31 2.4.2 Điều khiển thuật toán θ- MKH điều khiển trượt (θ-MKH-SMC) 32 xi 2.4.2.1 Sơ đồ điều khiển trượt (SMC) 32 2.4.2.2 Giải pháp thuật toán bầy đàn điều khiển trượt (θ-MKH-SMC) 34 Chương MƠ HÌNH HỐ TRÊN PHẦN MỀM MATLAB VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 35 3.1 Mô hình hố phần mềm Matlab 35 3.2 Kết mô bàn luận 36 3.2.1 Tác dụng c xạ 36 3.2.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 41 3.2.3 Quản lý điều kiện bóng che phần (PSC - Partial shading conditions) 45 Chương KẾT LUẬN 48 4.1 Kết luận 48 4.2 Hướng nghiên cứu 48 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ vi ết tắt ANN Nghĩa ti ếng Anh Nghĩa ti ếng Vi ệt f, g Artificial neural networks Dynamic leader based collective intelligence norm-vectors Mạng thần kinh nhân tạo Nhà lãnh đạo động dựa trí tuệ tập thể Vectơ chuẩn FLC Fuzzy logic controller Bộ điều khiển logic mờ G Solar irradiance Bức xạ mặt trời Gn Reference irradiation Bức xạ mặt trời tham chiếu HC Hill climbing Thuật toán leo đồi I Output current Dòng điện ngõ I0 Saturation current Dòng điện bão hòa INC Incremental conductance Thuật toán gia tăng điện dẫn Ipv Photocurrent generator source Nguồn máy phát quang Isc Cell short circuit Ngắn mạch tế bào MPP Maximum power point Điểm công suất cực đại MPPT Maximum power point tracking Theo dõi điểm công suất cực đại OVV Open-circuit voltage Điện áp hở mạch P Power output Cơng suất đầu P&O Perturb and observe Thuật tốn thay đổi quan sát PSC Partial shading conditions Điều kiện che bóng phần PSO Particle Swarm Optimization Thuật tốn tối ưu hóa bầy đàn PV Photovoltaic Pin quang điện PWM Pulse width modulation Điều chế độ rộng xung Rs Series resistance Điện trở mắc nối tiếp Rsh Shunt resistance Điện trở Shunt SMC Sliding mode controller Bộ điều khiển trượt SSC Short circuit current Dòng điện ngắn mạch T1 Start-up time Thời gian khởi động T2 Shut-down time Thời gian tắt THD Total harmonic distortion Tổng độ méo hài U control law Cơ chế điều khiển V Output voltage Điện áp ngõ ��, � � Speed of the krill Tốc độ bầy nhuyễn thể ����,� � Induction motion Hoạt động cảm ứng � Foraging motion Hoạt động kiếm ăn DLCI ����, � viii � �����,� θ-MKH Random diffusion Khuếch tán ngẫu nhiên θ-modified krill herd Thuật toán bầy đàn  Sliding surface Bề mặt trượt ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các đặc điểm c hệ thống PV nghiên c ứu 14 Bảng 2.2 Tham số giải thuật PSO 19 Bảng 2.3 Các quy t ắc mờ sử dụng nghiên cứu 25 Bảng 3.1 Kết so sánh cho đầu điện mảng PV (wat) sử dụng giá trị khác xạ 39 Bảng 3.2 Kết so sánh cho đầu điện mảng PV (wat) sử dụng kịch nhiệt độ khác 43 Bảng 3.3 Mẫu điều kiện che bóng phần (PSC) 46 ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** ÁP DỤNG THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN VÀ CHẾ ĐỘ QUAN SÁT TRƯỢT ĐỂ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO TẤM PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRONG ĐIỀU KIỆN BÓNG MỜ MỘT PHẦN... cực đại pin lượng mặt trời điều kiện bóng mờ phần 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng khảo sát pin lượng mặt trời (PV), giải thuật để điều khiển nhằm tìm điểm cực đại cho pin lượng mặt trời. .. nghiệm cho thấy sử dụng giải thuật đề xuất pin mặt trời ln hoạt động điểm có công suất cực đại Kết so sánh với giải thuật P&O cho thấy giải thuật đề xuất có tốc độ tìm điểm MPP nhanh hơn, độ dao động