Thiết-kế-điều-khiển-bộ-biến-đổi-công-suất-DC-DC-cho-điện-mặt-trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - THÔNG TIN BÁO CÁO ĐỒ ÁN Giảng viên hướng dẫn : TS.Vũ Xuân Hùng Sinh viên thực : Hoàng Trọng Đức-19A17010075 Nguyễn Như Đức-19A17010157 Lớp : K22E 2022 Đại học Mở Hà Nội Lời mở đầu Trong trình phát triển loài người, việc sử dụng lượng mặt trời đánh dấu cột mốc quan trọng Từ đến nay, lồi người sử dụng lượng ngày nhiều, vài kỷ gần Trong cấu lượng nay, chiếm phần chủ yếu lương tàn dư sinh học than đá, dầu mỏ, khí tự Kế lượng nước thủy điện, lượng hạt nhân, lượng sinh khối (bio, gas ) lượng mặt trời, lượng gió chiếm phần khiêm tốn Xã hội lồi người phát triển khơng có lượng Ngày nay, lượng tàn dư sinh học, lượng không tái sinh, ngày cạn kiệt, giá dầu mỏ ngày tăng, ảnh hưởng xấu đến phát triển kinh tế xã hội mơi trường sống Tìm kiếm nguồn lượng thay nhiệm vụ cấp bách lượng thay phải sạch, thân thiện với mơi trường, chi phí thấp, khơng cạn kiệt (tái sinh), dễ sử dụng Từ lâu, loài người mơ ước sử dụng lượng mặt trời nguồn lượng vô tận, đáp ứng hầu hết tiêu chí nêu Nhiều cơng trình nghiên cứu đực thực hiện, lượng mặt trời không lượng tương lai mà lượng Hiện lượng mặt trời khai thác đưa vào ứng dụng sống cơng nghiệp nhiều dạng hình thức khác nhau, thông thường để cấp nhiệt điện Một hệ pin mặt trời sử dụng lượng mặt trời gồm loại: hệ pin mặt trời làm việc độc lập hệ pin mặt trời làm việc với lưới Tuy nhiên nội dung chủ yếu giới thiệu báo cáo nghiên cứu thành phần hệ mặt trời làm việc độc lập Đồ án trình bày bao quát hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập với đầy đủ thành phần cần thiết hệ Sau đồ án tập trung nghiên cứu sâu vào nguồn điện pin mặt trời gồm pin mặt trời, DC/AC, phương pháp thuật toán điều khiển MPPT để thấy rõ đặc tính làm việc, ưu nhược điểm, khả ứng dụng thuật toán điều khiển MPPT nhằm để hệ pin mặt trời làm việc tối ưu Trong trình thực đồ án tốt nghiệp, chúng em cố kiến thức học tiếp thu thêm số kiến thức kinh nghiêm pin mặt trời Quá trình làm đồ án thực có ích cho em nhiều mặt Đại học Mở Hà Nội NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm : Khuyết điểm: Đánh giá : Điểm: ………………………………………………………… Bằng chữ: Hà Nội , ngày … tháng … năm 20… GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Kí ghi rõ họ tên) Đại học Mở Hà Nội Mục lục Lời mở đầu Thông số solar converter có thị trường 5-10kW Chọn pin mặt trời, đặc tính phát điện mặt trời 2.1 Pin mặt trời canadian 445W : 2.2 Hiệu suất vận hành điều kiện PTC cao giới 10 2.3 Thông số điều kiện chuẩn 11 Sơ đồ cấu trúc hệ thống phát điện mặt trời, biến đổi công suất DC/DC 12 Ngun lý làm việc, mạch vịng điều khiển, thuật tốn chương trình tối ưu cơng suất phát MPPT 13 4.1 Nguyên lý làm việc: 13 4.2 MPPT hoạt động nào? 13 4.3 Làm để đặt hiệu tối đa mppt hoạt động: 14 4.4 Thuật toán 15 Mơ Matlab, vẽ đặc tính phân tích trạng thái làm việc nhiệt độ xạ mặt trời thay đổi 16 5.1 Mô Matlab 16 5.2 Phân tích trạng thái làm việc 17 Tính tốn mạch lực, tính tốn van, tính tốn làm mát 22 Ví dụ áp dụng thực tế 30 30 Gate drive 31 8.1 Mạch mosfet driver 31 8.2 Mạch vòng: 33 8.3 Thuật toán xác định điểm có cơng suất cực đại (MPPT) 33 8.4 Bộ tăng áp DC/DC sử dụng thuật tốn bắt điểm cơng suất cực đại MPPT sử dụng phương pháp lai 35 Vi điều khiển embedded software 38 9.1 Giới thiệu cấu trúc hệ thống: 38 9.2 Sơ đồ nguyên lý mạch sạc MPPT 39 10 Tài liệu tham khảo 40 LỜI CẢM ƠN 41 Bảng phân công nhiệm vụ 42 Đại học Mở Hà Nội Thông số solar converter có thị trường 5-10kW Hình Inverter Solar Ares Pha 10kw Đại học Mở Hà Nội Thông số thiết bị : Model AR10KTSI ĐẦU VÀO (DC) Tối đa nguồn điện đầu vào 13 kw Tối đa điện áp đầu vào 1000 V Khởi động điện áp 180 V MPPT vo phạm vi điện áp 120 - 950 V Dải điện áp MPPT đầy tải 470 - 850 V Tối đa đầu vào 11 A / 11 A Tối đa Dòng điện ngắn mạch 12 A / 12 A Số lượng MPPT Số lượng đầu vào DC A:1 / B:1 Đại học Mở Hà Nội ĐẦU RA (AC) Định mức đầu lượng 10 kw Tối đa điện hoạt động 10 kw Tối đa sức mạnh rõ ràng 10 kVA Tối đa sản lượng 14,5 A Điện áp lưới định mức 230/400 V, W + N + PE Dải điện áp lưới 176 - 276 V / 304 - 480 V Tần số lưới định mức Dải tần số lưới THD Đầu thành phần DC Hệ số công suất Hệ số công suất điều chỉnh 50/60 Hz 45 - 55/55 - 65 Hz ΔI cần giảm dòng điện hoạt động để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP 34 Đại học Mở Hà Nội Lưu đồ thuật toán P&O 8.4 Bộ tăng áp DC/DC sử dụng thuật tốn bắt điểm cơng suất cực đại MPPT sử dụng phương pháp lai Hình bên trình bày sơ đồ khối mô tả chuyển đổi tăng áp DC/DC Boost converter tích hợp thuật tốn MPPT, đó: - Khối PV: Các pin lượng mặt trời - Khối DC/DC: Bộ chuyển đổi điện áp chiều DC/DC - Khối DC Load: Tải dùng điện áp chiều đồ khối mô tả chuyển đổi tăng áp DC/DC - Khối MosFet Driver: mạch đệm cơng suất để đóng cắt SBoost converter tích hợp thuật toán MPPT MosFet 35 Đại học Mở Hà Nội - Khối Micro Controler STM32F103: vi điều khiển STM32F103 chứa chương trình điều khiển thuật tốn MPPT Có nhiệm vụ thu thập giá trị điện áp dòng điện pin Vpv, Ipv; điện áp dòng điện ngõ biến đổi Vout, Iout STM32F103 lập trình với thuật tốn MPPT sử dụng chức điều chế độ rộng xung (PWM) gửi đến khối MosFet Driver để điều khiển đóng cắt mosfet - Bộ tăng áp DC-DC Boost Converter Mạch tăng áp sử dụng phổ biến với khả điều chỉnh điện áp đầu lớn điện áp đầu vào (Vo>Vin) Nguồn áp chiều mắc nối tiếp với cuộn cảm có vai trị nguồn dịng Một khóa chuyển mạch mắc song song đóng mở theo chu kỳ tụ điện dùng để lọc điện áp đầu hình Sơ đồ nguyên lý mạch DC/DC tăng áp Boost Mạch tăng áp làm việc luân phiên trạng thái khóa S đóng khóa S mở Dựa vào nguyên lý hoạt động dạng sóng điện áp dịng điện ta thiết lập mối liên hệ điện áp đầu vào điện áp đầu sau: Vout=Vin/1-D đó: - Vout điện áp đầu ra, (V) - Vin điện áp đầu vào, (V) - D độ rộng xung điều khiển Thuật toán MPPT sử dụng phương pháp lai Thuật toán bắt điểm cơng suất cực đại MPPT phương pháp dị tìm họ điểm làm việc tối ưu hệ thống PV theo điều kiện môi trường khác Ngày nay, để nâng cao công suất thu từ PV hay tăng hiệu suất chuyển đổi lượng, phương pháp MPPT áp dụng thuật toán nhiễu loạn quan sát P&O (Perturb and Observe), thuật toán Hill Climbing sử dụng thịnh hành 36 Đại học Mở Hà Nội Phương pháp P&O dựa việc theo dõi biến thiên điện áp theo chu kỳ để tìm điểm làm việc có cơng suất lớn Hình mơ tả ngun lý hoạt động thuật tốn P&O Ngun lý tìm điểm làm việc cơng suất lớn P&O 37 Đại học Mở Hà Nội Vi điều khiển embedded software 9.1 Giới thiệu cấu trúc hệ thống: Hệ thống khai thác lượng mặt trời bao gồm thiết bị sau (hình 6): (1) Tấm pin lượng mặt trời; (2) Bộ điều khiển sạc MPPT lập trình vi điều khiển PIC16F877A; (3) Bộ điều khiển solar tracking gồm động servo, vi điều khiển Arduino Uno R3 Thành phần cốt lõi hệ thống mạch sạc MPPPT điều khiển vi xử lý PIC16F877A Sơ đồ cấu trúc hệ thống 38 Đại học Mở Hà Nội 9.2 Sơ đồ nguyên lý mạch sạc MPPT Sơ đồ nguyên lý mạch sạc MPPT thiết kế phần mềm Proteus hình Trong gồm linh kiện chủ yếu: điện trở, tụ điện, transistor mosfet, cuộn cảm, LED, diode, thạch anh, LCD, vi điều khiển PIC Sơ đồ nguyên lý mạch MPPT phần mềm Proteus 39 Đại học Mở Hà Nội 10 Tài liệu tham khảo https://123docz.net//document/6910962-thiet-ke-bo-bien-doi-dc-dc-trong-dieu-khien-nguon-pinmat-troi.htm http://tailieumienphi.vn/doc/thiet-ke-bo-bien-doi-dc-dc-trong-dieu-khien-nguon-pin-mat-troihlieuq.html https://tailieu.vn/doc/thiet-ke-bo-bien-doi-dc-dc-trong-dieu-khien-nguon-pin-mat-troi2207509.html https://tapchikhcn.haui.edu.vn/media/29/uffile-upload-no-title29707.pdf https://nangluongsachvietnam.vn/d6/vi-VN/news/Cac-thuat-toan-MPPT-duoc-su-dung-choinverter-hien-nay-6-1965-7945 https://xemtailieu.net/tai-lieu/nghien-cuu-thiet-ke-he-dc-dc-theo-nguyen-tac-dieu-khien-toi-uucong-suat-maximum-power-point-tracking-mppt-su-dung-nang-luong-mat-troi-1484960.html https://www.ebookbkmt.com/2019/04/o-khao-sat-thuat-toan-do-tim-iem-cong.html 40 Đại học Mở Hà Nội LỜI CẢM ƠN Để đạt thành ngày hôm nay, chúng em xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến tồn thể thầy (cơ) khoa Công nghệ - Điện tử Thông tin đặc biệt thầy (cơ) chun nghành Tự Động Hóa Trường Đại Học Mở Hà Nội tận tình dạy chúng em suốt trình học tập trường Và xin chân thành cảm ơn TS Vũ Xuân Hùng người hướng dẫn , người tận tình bảo, góp ý định hướng cho chúng em suốt thời gian làm đồ án Xin gửi lời cảm ơn đến tất bạn bè, người thân động viên, ủng hộ chúng em thời gian làm đồ án Cuối kinh nghiệm kiến thức hạn chế, khả tiếp thu vấn đề cịn giới hạn nên khơng thể trách sai sót, chúng em mong nhận quan tâm giúp đỡ thầy (cô) để đồ án đầy đủ hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn! 41 Đại học Mở Hà Nội Bảng phân cơng nhiệm vụ Hồng Trọng Đức Nguyễn Như Đức Tuần 1.Lấy thông số solar converter có thị trường 510kW Tuần 3.Sơ đồ cấu trúc hệ thống phát điện mặt trời, biến đổi công suất DC/DC Tuần 5.Mô Matlab, vẽ đặc tính phân tích trạng thái làm việc nhiệt độ xạ mặt trời thay đổi Tuần 6.Tính tốn mạch lực, tính tốn van, tính tốn làm mát 2.Chọn pin mặt trời, đặc tính phát điện mặt trời 4.Nguyên lý làm việc, mạch vịng điều khiển, thuật tốn chương trình tối ưu cơng suất phát MPPT Mơ Matlab, vẽ đặc tính phân tích trạng thái làm việc nhiệt độ xạ mặt trời thay đổi - Tính tốn mạch lực, tính tốn van, tính tốn làm mát 7.Gate drive - Gate drive Tuần 8.Vi điều khiển embedded software 9.Vẽ mạch in Tuần Hoàn thiện báo cáo - Vi điều khiển embedded software - Vẽ mạch in Hoàn thiện báo cáo 42