123doc do an tot nghiep mo phong va thiet ke inverter cho nang luong mat troi đã chuyển đổi

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN LỜI CẢM ƠN Khơng có thành cơng mà phía sau khơng có nỗ lực cố gắng Có thể nói luận văn tốt nghiệp kết mà chúng em đạt sau ngày nghiên cứu phịng thí nghiệm Đó khơng sản phẩm q trình học tập tìm hiểu sinh viên mà cịn giúp đỡ hậu phương từ phía gia đình, thầy bạn bè Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy/ Cô ban chủ nhiệm khoa Điện - Điện tử trường đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh tận tụy giảng dạy truyền đạt kiến thức cho sinh viên nhiều năm qua Tiếp theo chúng em xin gửi lời cảm ơn đặc biệt sâu sắc đến thầy Nguyễn Đình Tuyên tận tình hướng dẫn, bảo nhắc nhở chúng em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Chúng em không quên cảm ơn chân thành đến anh phịng thí nghiệm điện tử cơng suất nhiệt tình giúp đỡ, giải đáp thắc mắc tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hoàn thành luận văn suốt thời gian qua Chúng em xin chân thành cảm ơn! TP.Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2019 Sinh viên Lê Trung Nam Đỗ Thanh Tùng TÓM TẮT ĐỀ TÀI Nhu cầu lượng thời đại khoa học kỹ thuật không ngừng gia tăng Tuy nhiên nguồn lượng truyền thống khai thác như: than đá, dầu mỏ, khí đốt, khí thiên nhiên thủy điện… ngày cạn kiệt Khơng chúng cịn có tác hại xấu với môi trường như: gây ô nhiễm môi trường, ô nhiễm tiếng ồn, mưa axit, trái đất ấm dần lên, thủng tầng ozon… Do việc tìm khai thác nguồn lượng như: lượng hạt nhân, lượng địa nhiệt, lượng gió lượng mặt trời… cần thiết Việc nghiên cứu lượng mặt trời ngày thu hút quan tâm nhà nghiên cứu, tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng nguồn lượng Năng lượng mặt trời nguồn lượng sạch, dồi dào, hồn tồn miễn phí, khơng gây ô nhiễm môi trường ô nhiễm tiếng ồn… Hiện lượng mặt trời vào sống người, chúng áp dụng rộng rãi dân dụng công nghiệp nhiều hình thức khác Pin mặt trời có nhiều ưu điểm ưu việt giá thành pin mặt trời đắt nên việc nâng cao hiệu suất kéo dài tuổi thọ pin trở thành vấn đề quan trọng Để tăng hiệu suất tuổi thọ pin cần phải có hệ thống pin mặt trời hoạt động ổn định Do chúng em chọn đề tài: “ Mô thiết kế Micro Inverter sử dụng T-type Inverter” MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN i NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ii LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT ĐỀ TÀI iv MỤC LỤC v DANH SÁCH HÌNH VẼ viii DANH SÁCH BẢNG BIỂU xii DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT xiii CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI HÒA LƢỚI 1.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 1.2 Giới thiệu pin mặt trời 1.2.1 Định nghĩa 1.2.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động phân loạt pin mặt trời 1.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời 1.3.1 Sơ đồ tƣơng đƣơng pin mặt trời 1.3.2 Đặc tính pin mặt trời 1.3.3 Những yếu tố bên ảnh hƣởng tới pin mặt trời 1.4 Kết luận chƣơng 11 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC VÀ GIẢI THUẬT MPPT 13 2.1 Bộ biến đổi DC/DC 13 2.2 Thuật tốn bám điểm cơng suất cực đại 16 2.3 Kết luận chƣơng 20 CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU VỀ BỘ NGHỊCH LƢU DC-AC VÀ CÁC GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN DÒNG ĐIỆN 21 3.1 Bộ nghịch lƣu DC/AC 21 3.2 Vòng khóa pha 26 3.3 Điều khiển điện áp Vbus 27 3.4 Điều khiển dòng điện cộng hƣởng 27 3.5 Kết luận chƣơng 29 CHƢƠNG 4: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH LỌC DÒNG ĐIỆN LCL 30 4.1 Giới thiệu 30 4.2 Bộ lọc LCL 30 4.3 Kết luận chƣơng 31 CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM PSIM 32 5.1 Giới thiệu phần mềm Psim 32 5.2 Xây dựng mơ hình mơ nghịch lƣu hịa lƣới pha 33 5.2.1 Mô pin mặt trời 33 5.2.2 Mô biến đổi DC/DC thuật toán MPPT 35 5.2.3 Mô nghịch lƣu DC/AC thuật tốn điều khiển dịng điện cộng hƣởng 38 5.3 Mơ hình mơ hồn chỉnh 40 5.4 Kết mô 42 CHƢƠNG 6: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG MẠCH NGHỊCH LƢU T-TYPE BẬC 45 6.1 Giới thiệu linh kiện cần thiết 45 6.1.1 Khóa đóng ngắt IGBT 45 6.1.2 Tụ điện đầu vào 46 6.1.3 Cuộn cảm tụ điện mạch lọc LCL 47 6.1.4 Mạch kích khóa bán dẫn 48 6.1.5 Kit vi điều khiển LAUNCHXL - F28379D 49 6.1.6 Op-amp LM358 51 6.1.7 Cảm biến hall ACS712 20A 51 6.1.8 Các cổng logic 52 6.2 Thiết kế mạch 53 6.2.1 Giới thiệu phần mềm Altium 53 6.2.2 Thiết kế mạch công suất 54 6.2.3 Thiết kế mạch đo điện áp, dòng điện mạch cổng logic 54 6.3 Thi công mạch 56 CHƢƠNG 7: LẬP TRÌNH VÀ THỬ NGHIỆM 60 7.1 Giới thiệu phần mềm Code Composer Studio 60 7.2 Lập trình điều khiển vịng hở 60 7.3 PLL Lập trình điều khiển vịng kín dịng điện kết nối với tải độc lập có sử dụng thuật toán 68 CHƢƠNG 8: KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 80 8.1 Kết 80 8.1.1 Các nội dung làm đƣợc 80 8.1.2 Các nội dung chƣa làm đƣợc 80 8.2 Hƣớng phát triển đề tài 80 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1: Cấu trúc nghịch lưu hòa lưới pha dùng điện mặt trời Hình 2: Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin mặt trời [4] Hình 3: Pin mặt trời đơn tinh thể (mono) đa tinh thể (poly)[2] .4 Hình 4: Mạch tương đương tế bào pin mặt trời [4] Hình 5: Mơ hình lý tưởng tế bào pin mặt trời Hình 6: Đặc tính I-V P-V pin mặt trời điều kiện lý tưởng [4] Hình 7: Cấu tạo pin mặt trời xét tới ảnh hưởng Rsh [4] Hình 8: Đặc tính I-V có điện trở Rsh [4] Hình 9: Cấu tạo pin mặt trời xét tới ảnh hưởng điện trở Rs [4] Hình 10: Đặc tính I-V có điện trở Rs [4] Hình 11: Đặc tính I-V P-V cường độ chiếu sáng thay đổi [4] 10 Hình 12: Đặc tính I-V P-V pin mặt trời nhiệt độ thay đổi [4] 11 Hình 1: Cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch Flyback Converter [11] .13 Hình 2: Nguyên lý hoạt động dạng sóng dịng điện mạch flyback hoạt động chế độ CCM ứng với trạng thái [11] 14 Hình 3: Nguyên lý hoạt động dạng sóng dịng điện mạch flyback hoạt động chế độ DCM ứng với trạng thái 1,2 [11] 15 Hình 4: Mạch tương đương biên áp Flyback [7] 15 Hình 5: Cấu tạo mạch Flyback Interleaved [8] 16 Hình 1: Cấu trúc nghịch lưu pha đa bậc, (a) half-bridge, (b) full-bridge, (c) hybrid-bridge [24] 21 Hình 2: Bộ nghịch lưu pha loại T bậc [24] 22 Hình 3: Ba chế độ hoạt động khóa đóng ngắt, (a) chế độ 1, (b) chế độ 2, (c) chế độ 23 Hình 4: Dạng sóng nghịch lưu T-type bậc, (a) tín hiệu khóa đóng ngắt chu kì, (b) nút điện áp van(t) dòng điện chu kỳ dương [24] 25 Hình 5: Thời điểm chuyển đổi chế độ phụ thuộc vào khác biệt điện áp đặt trước điện áp đầu (vo(t)) nửa điện áp bus (Vin/2) 26 Hình 6: Sơ đồ khối cấu trúc Vịng khóa pha 26 Hình 7: Vịng điều khiển điện áp Vbus 27 Hình 8: Sơ đồ khối vòng điều khiển dòng điện [10] 28 Hình 1: Các lọc bản, (a) lọc L, (b) lọc LC, (c) lọc LCL 30 Hình 1: Các đối tượng ứng dụng phần mềm Psim 32 Hình 2: Sơ đồ khối chi tiết nghịch lưu hòa lưới pha 33 Hình 3: Thông số pin mặt trời Redsun 220W nhập vào Solar Module PSIM 34 Hình 4: Mơ pin mặt trời kết nối với tải trở 35 Hình 5: Điện áp làm việc điểm cực đại pin mặt trời ghép với tải R=3.76Ω.35 Hình 6: Mơ khối flyback với thông số tính tốn .36 Hình 7: Mơ MPPT P&O phần mềm PSIM 37 Hình 8: Mơ ghép nối pin mặt trời, Flyback Interleaved MPPT lại với 37 Hình 9: Điện áp đầu pin mặt trời 38 Hình 10: Bộ nghịch lưu T-type bậc kết hợp với thuật tốn điều khiển dịng điện cộng hưởng 39 Hình 11: Mơ thuật tốn điều khiển điện áp Vbus 39 Hình 12: Mơ vịng khóa pha PLL 39 Hình 13: Mơ thuật tốn điều khiển dịng điện cộng hưởng 40 Hình 14: Mơ hình mơ nghịch lưu hịa lưới pha dùng điện mặt trời 41 Hình 15: Điện áp pin mặt trời 42 Hình 16: Điện áp Vbus 42 Hình 17: Điện áp ngõ inverter (đỏ) điện áp lưới (xanh dương) 43 Hình 18: Dịng điện ngõ Inverter 43 Hình 1: IGBT STGW40N120KD hãng STMicroelectronics 46 Hình 2: Tụ hóa 470uF 450V 47 Hình 3: Cuộn lọc tụ lọc mạch lọc LCL 48 Hình 4: Mạch kích khóa bán dẫn DA962D6 hãng Pwrdriver 49 Hình 5: Kit vi điều khiển LAUNCHXL- F28379D 50 Hình 6: Sơ đồ chân kit LAUNCHXL- F28379D 51 Hình 7: Op-amp LM358 sơ đồ cấu tạo chân 51 Hình 8: Module cảm biến hall ACS712 20A 52 Hình 9: IC logic 74HC32N (OR), 74HC08N (AND), 74HC04N (NOT) 53 Hình 10: Mạch công suất thiết kế Altium 54 Hình 11: Sơ đồ nguyên lý mạch đo điện áp [20,28] 55 Hình 12: Sơ đồ nguyên lý mạch đo dòng điện [20,28] 55 Hình 13: Mạch đo áp, dịng mạch cổng logic thiết kế Altium 56 Hình 14: Mạch PCB cơng suất 56 Hình 15: Mạch PCB đo điện áp, dịng điện mạch cổng logic 57 Hình 16: Mạch cơng suất sau hồn thành 57 Hình 17: Mạch đo áp, dịng logic sau hồn thành 58 Hình 18: Mơ hình mạch nghịch lưu T-type bậc 59 Hình 1: Trình biên dịch CCS 7.4 60 Hình 4: Sơ đồ điều khiển vòng hở qua tải 61 Hình 5: Diode chỉnh lưu 6RI100G-160 hãng FUJI 61 Hình 6: Tải gồm sáu bóng đèn mắc song song 62 Hình 7: Điện áp inverter trước lọc, không tải m=0.6 62 Hình 8: Điện áp inverter trước lọc, có tải m=0.6 63 Hình 9: Điện áp inverter sau lọc, có tải m=0.6 63 Hình 10: Dịng điện inverter có tải m=0.6 64 Hình 11: Điện áp inverter trước lọc, khơng tải m=0.8 64 Hình 12: Điện áp inverter trước lọc, có tải m=0.8 65 Hình 13: Điện áp inverter sau lọc, có tải m=0.8 65 Hình 14: Dịng điện inverter có tải m=0.8 66 Hình 15: Điện áp inverter trước lọc, không tải m=1 66 Hình 16: Điện áp inverter trước lọc, có tải m=1 67 Hình 17: Điện áp inverter sau lọc, có tải m=1 67 Hình 18: Dịng điện inverter có tải m=1 68 Hình 19: Sơ đồ điều khiển vịng kín dịng điện qua tải 69 Hình 20: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 1A 70 Hình 21: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 1A 70 Hình 22: Dòng điện inverter I_ref = 1A 71 Hình 23: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 2A 71 Hình 24: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 2A 72 Hình 25: Dịng điện inverter I_ref = 2A 72 Hình 26: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 3A 73 Hình 27: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 3A 73 Hình 28: Dịng điện inverter I_ref = 3A 74 Hình 29: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 4A 74 Hình 30: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 4A 75 Hình 31: Dịng điện inverter I_ref = 4A 75 Hình 32: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 5A 76 Hình 33: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 5A 76 Hình 34: Dịng điện inverter I_ref = 5A 77 Hình 35: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 6A 77 Hình 36: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 6A 78 Hình 37: Dịng điện inverter I_ref = 6A 78 Hình 38: Điện áp lưới (CH1) điện áp inverter (CH2) I_ref = 6A .79 Hình 17: Sơ đồ điều khiển vịng kín dịng điện qua tải Trong phần chúng em thay đổi giá trị I_ref 1A; 2A; 3A; 4A; 5A; 6A Đầu vào em cấp điện áp 200V, đầu sử dụng tải gồm bóng đèn để điều khiển dịng điện - Thử nghiệm với I_ref = 1A: Hình 18: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 1A Hình 19: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 1A Hình 20: Dịng điện inverter I_ref = 1A - Thử nghiệm với I_ref = 2A: Hình 21: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 2A Hình 22: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 2A Hình 23: Dòng điện inverter I_ref = 2A - Thử nghiệm với I_ref = 3A: Hình 24: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 3A Hình 25: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 3A Hình 26: Dịng điện inverter I_ref = 3A - Thử nghiệm với I_ref = 4A: Hình 27: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 4A Hình 28: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 4A Hình 29: Dịng điện inverter I_ref = 4A - Thử nghiệm với I_ref = 5A: Hình 30: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 5A Hình 31: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 5A Hình 32: Dòng điện inverter I_ref = 5A - Thử nghiệm với I_ref = 6A: Hình 33: Điện áp inverter trước lọc I_ref = 6A Hình 34: Điện áp inverter sau lọc I_ref = 6A Hình 35: Dịng điện inverter I_ref = 6A - Đồng thời chúng em lấy pha tần số điện áp lưới hình 7.36: Hình 36: Điện áp lưới (CH1) điện áp inverter (CH2) I_ref = 6A Kết luận: Từ kết thực nghiệm cho thấy chúng em điều khiển dịng điện qua tải thuật tốn điều khiển dòng điện cộng hưởng Đồng thời chúng em đọc xác góc pha điện áp lưới nhờ vào giải thuật PLL Từ tiền đề giúp chúng em nghiên cứu giải thuật điều khiển dòng điện kết nối với lưới điện Tuy nhiên dòng điện inverter bị méo dạng nhiều phần chưa lọc tốt mạch đo dòng điện mạch lọc LCL CHƢƠNG 8: TỔNG QUAN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI CHƢƠNG 8: KẾT QUẢ VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 8.1 Kết 8.1.1 Các nội dung làm đƣợc - Tìm hiểu hệ thống pin mặt trời - Tìm hiểu cấu trúc micro inverter - Tìm hiểu mơ biến đổi flyback converter với giải thuật MPPT - Tìm hiểu mơ nghịch lưu T-type bậc giải thuật điều khiển dòng điện, giải thuật vịng khóa pha PLL - Thiết kế lọc dòng điện LCL - Thiết kế thi công mạch nghịch lưu T-type bậc - Thiết kế thi cơng mạch đo dịng điện, đo điện áp mạch cổng logic - Lập trình thử nghiệm giải thuật điều khiển dòng điện PLL kết nối với tải độc lập 8.1.2 - Các nội dung chƣa làm đƣợc Lập trình thử nghiệm giải thuật điều khiển dòng điện PLL kết nối với lưới điện - Mạch lọc LCL chưa tốt - Mạch đo điện áp dòng điện thiết kế chưa xác 8.2 Hƣớng phát triển đề tài - Khắc phục hạn chế nêu - Tích hợp thêm mạch hiển thị thông số LCD - Thiết kế thêm mạch truyền thông 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.redsun-solar.com/tieng/ProductShow.asp?PicID=117 [2] https://nangluongtieudiem.com/pin-mat-troi-poly-va-mono-khac-nhau-ra-sao/ [3] So sánh hai thuật toán INC P&O điều khiển bám điểm công suất cực đại hệ thống pin mặt trời cấp điện độc lập Nguyễn Viết Ngư, Lê Thị Minh Tâm, Trần Thị Thường, Nguyễn Xuân Trường (2015) Tạp chí Khoa học Phát triển 2015, 8, 14521463 [4] Nghiên cứu thuật tốn điều khiển bám cơng suất cực đại cho pin mặt trời Trương Văn Trọng (2014) Đồ án tốt nghiệp, Đại học Bách khoa Hà Nội [5] Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng Ts Hoàng Dương Hùng Đại học Bách khoa Đà Nẵng [6] Thiết kế mạch động lực cho Micro – inverter [7] Flyback converter [8] An interleaved high-power flyback inverter for photovoltaic applications Bunyamin Tamyurek et al (2015) IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, vol 30 [9] IGBT or MOSFET: Choose Wisely [10] Design and Implementation of a Robust Current Controller for Single-Phase Inverters Connected Electrical Network via a damped LCL filter for Renewable Energy Systems J.A.Borges, M.V.B.Mendonca, F.A.M.Moura, et al (2018) International Conference on Renewable Energies and Power Quality (ICREPQ’18) [11] Fly-Back Converter CCM vs DCM Giridharan Shanmugavel [12] Slide Power Electronics and Control in Grid-Connected PV Systems [13] TMS320F28379D datasheet 81 [14] Psim and Matlab Co-Simulation of Photovoltaic System using “P and O” and “Incremental Conductance” MPPT, Anas El Filali, El Mehdi Laadissi, Malika Zazi, International journal of Advanced Computer Science and Applications, vol.7,No.8 [15] Software Phase Locked Loop Design Using C2000™ Microcontrollers for Single Phase Grid Connected Inverter Texas Intrument, 2017 [16] Solar Library, Controlsuite [17] Technical Reference Manual TMS320F2837xD Dual-Core Delfino Microcontrollers, Texas Intruments (2013) [18] Comparative Study of PI and Proportional Resonant Control for Single-Phase GridConnected Inverter System Vinay Sharma Department of Electronics 2014 [19] PR Controller to 2p2z [20] Voltage Source Inverter Design Guide Texas Instrument [22] Design Guidelines for Off-line Flyback Converters Using Fairchild Power Switch (FPS) Fairchild Semiconductor [23] Analysis and Design of Multioutput Flyback Converter Abdi Ahmed, Abdullahi Kosar Chalmers University of Technology (2016) [24] A High Efficiency Single-Phase T-type BCM Microinverter Zhen Zhang, Junming Zhang, Senior Member, IEEE, Shuai Shao, Member, IEEE, Junjun Zhang (2018) [25] C2000_launchpad_basics [26] LM358 datasheet [27] F28379D - Quick start guide Texas Instrument [28] Grid Connected Inverter Design Guide Texas Instrument [29] LAUNCHXL-F28379D Overview Texas Instrument 82 [30] LCL filter design for photovoltaic grid connected systems A.E.W.H Kahlane, L Hassaine and M Kherchi (2014) [31] STGW40N120KD datasheet 83 ... nhiều mơ hình cho người dùng sử dụng, kể đến số mơ Motor Driver Module; Digital Control Module; SimCoupler Module; 32 Thermal Module; SimCoder Module; Motor Control Design Suite… quan trọng nội... [4] Theo hình 1.6 cho thấy quan hệ dòng điện điện áp I(V) quan hệ công suất với điện áp P(V) = I.V mối quan hệ phi tuyến quan hệ phi tuyến thay đổi giá trị mà thời tiết thay đổi Ứng với điều kiện... C2 cung cấp lượng cho đầu dịng điện tăng tuyến tính từ âm sang dương Khi S1 tắt, S4 bật, dòng điện dẫn tự chạy qua S4 giảm tuyến tính đến âm lần Nút điện áp (van(t)) chuyển đổi đến Vin [24] c