Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.Nghiên cứu nâng cao hiệu quả làm việc bộ biến đổi tăng áp DCDC trong hệ thống nguồn Pin Mặt trời.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN ĐỨC MINH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC BỘ BIẾN ĐỔI TĂNG ÁP DC-DC TRONG HỆ THỐNG NGUỒN PIN MẶT TRỜI LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN HÀ NỘI – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT NGUYỄN ĐỨC MINH NGHIÊN CỨU NÂNG CAO HIỆU QUẢ LÀM VIỆC BỘ BIẾN ĐỔI TĂNG ÁP DC-DC TRONG HỆ THỐNG NGUỒN PIN MẶT TRỜI Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9.52.02.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ NHƯ Ý PGS.TS TRỊNH TRỌNG CHƯỞNG HÀ NỘI - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu độc lập Các số liệu, kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình tác giả khác Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Đức Minh LỜI CẢM ƠN Luận án “Nghiên cứu nâng cao hiệu làm việc biến đổi tăng áp DC-DC hệ thống nguồn Pin Mặt trời” kết trình nghiên cứu, cố gắng không ngừng tác giả suốt thời gian làm nghiên cứu sinh với giúp đỡ tận tình thầy, cô giáo Trường Đại học Mỏ - Địa chất, nhà khoa học ngành Điện, ạn , đồng nghiệp ủng hộ từ gia đình Với tình cảm chân thành, NCS xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Phòng Đào tạo Sau Đại học, Ban Chủ nhiệm Khoa Cơ Điện, tập thể khoa học Bộ mơn Điện khí hóa quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ suốt q trình học tập, cơng tác nghiên cứu NCS xin ày tỏ lịng kính trọng iết ơn sâu sắc tới tập thể hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Như Ý, PGS.TS Trịnh Trọng Chưởng, người thầy trực tiếp hướng dẫn khoa học dành thời gian, công sức để định hướng, giúp đỡ động viên tác giả suốt trình thực nghiên cứu hoàn thành luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Tác giả luận án Nguyễn Đức Minh MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC HÌNH VẼ viii DANH MỤC BẢNG BIỂU xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU …… 1.1 Khái quát chung nguồn Pin mặt trời 1.2 Đặc tính Pin mặt trời 1.3 Ảnh hưởng điều kiện môi trường đến đặc tính Pin mặt trời 1.4 Cấu trúc hệ thống Pin mặt trời 10 1.5 Tổng quan nghiên cứu nước Pin mặt trời 11 1.5.1 Về toán thiết kế cấu trúc biến đổi DC-DC 11 1.5.2 Về toán lựa chọn cấu trúc ghép nối tăng áp DC-DC 15 1.5.3 Về ài tốn tìm điểm cơng suất cực đại 16 1.5.4 Hướng nghiên cứu thiết kế tăng áp DC-DC có tích hợp thuật tốn tìm điểm cơng suất cực đại MPPT 19 1.6 Cách tiếp cận 20 1.7 Đề xuất hướng giải 21 1.8 Kết luận chương 22 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC NGUỒN PIN MẶT TRỜI 23 2.1 Mơ hình hệ thống nguồn Pin mặt trời 23 2.1.1 Mơ hình Pin mặt trời 23 2.1.2 Mơ hình tăng áp DC-DC 26 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến biến đổi DC-DC 30 2.2.1 Ảnh hưởng điều kiện mơi trường đến đặc tính PV Cell 30 2.2.2 Ảnh hưởng tượng bóng che phần 36 2.2.3 Ảnh hưởng linh kiện điện tử công suất 40 2.2.4.Ảnh hưởng tần số điều chế độ rộng xung đến hiệu suất biến đổi 42 2.2.5 Hiệu suất hệ PV với mạch boost truyền thống 46 2.2.6 Ảnh hưởng tần số điều chế độ rộng xung tới hiệu suất mạch boost truyền thống 46 2.3 Kết luận chương 49 CHƯƠNG XÂY DỰNG CẤU TRÚC BỘ BIẾN ĐỔI TĂNG ÁP DC-DC NGUỒN PIN MẶT TRỜI 50 3.1 Đặt vấn đề 50 3.2 Giá trị số phần tử mạch tăng áp DC-DC 50 3.3 Cấu trúc mạch Boost DC-DC 52 3.3.1 Đề xuất cấu trúc mạch DC-DC 52 3.3.2 Xác định tỷ số biến đổi điện áp tổn thất công suất mạch DC-DC 54 3.4 Mô đánh giá cấu trúc tăng áp DC-DC đề xuất 59 3.5 Mơ hình thực nghiệm cấu trúc mạch DC-DC đề xuất 67 3.5.1 Cấu trúc khối mơ hình thực nghiệm mạch tăng áp DC-DC 67 3.5.2 Giải thuật phần mềm 69 3.5.3 Kết mơ hình thực nghiệm 69 3.6 Kết luận chương 76 CHƯƠNG XÂY DỰNG CẤU TRÚC LIÊN KẾT CÁC BỘ BIẾN ĐỔI TĂNG ÁP DC-DC NGUỒN PIN MẶT TRỜI 77 4.1 Đặt vấn đề 77 4.2 Đặc tính Pin mặt trời làm việc điều kiện đồng 80 4.3 Đặc tính Pin mặt trời làm việc điều kiện không đồng 81 4.4 Cấu trúc liên kết đề xuất 83 4.5 Xây dựng giải thuật xác định điểm công suất cực đại 85 4.5.1 Phương pháp tối ưu ầy đàn PSO 85 4.5.2 Giải thuật đề xuất 89 4.6 Kết luận chương 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 101 PHỤ LỤC 113 DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT PV (Photovoltaic) Pin mặt trời MPP (Maximum Power Point) Điểm phát công suất cực đại GMPP (Global Maximum Power Point) Điểm phát cơng suất cực đại tồn cục GMPPT (Global Maximum Power Point Theo dõi điểm phát công suất cực đại Tracking) toàn cục LMPP (Local Maximum Power Point) Điểm phát công suất cực đại địa phương PSC (Partial Shading Conditions) Bóng che phần MPPT (Maximum Power Point Tracking) Dị điểm cơng suất cực đại P&O (Perturb & Observe) Tạo nhiễu quan sát INC (Incremental Conductance) Điện dẫn gia tăng GA (genetic algorithm) Giải thuật di truyền PSO (particle swarm optimization) Tối ưu ày đàn PWM (pulse width modulation) Điều chế độ rộng xung THD (total harmonic distortion) Độ méo hài toàn phần DSP (digital signal processor) Bộ xử lý tín hiệu số PLL (phase-locked loop) Vịng khóa pha SC (Serial Configuration) Cấu hình liên kết nối tiếp PC (Parallel Configuration) Cấu hình liên kết song song SPC (Serial-Parallel Configuration) Cấu hình liên kết nối tiếp – song song DC-DC Bộ biến đổi điện áp chiều DC-AC Bộ biến đổi điện áp xoay chiều NPC (Neutral Point Camped) Mạch nghịch lưu kẹp trung điểm bán cầu DCM (Discontinuous conduction mode) Chế độ dẫn không liên tục CCM (Continuous conduction mode) Chế độ dẫn liên tục IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) Transistor có cực điều khiển cách ly GTO (Gate Turn-Off Thyristor) Thyristor khóa cực điều khiển GTR (Giant Transistor) Transistor cỡ lớn MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field- Transistor hiệu ứng trường Effect Transistor) PID (Proportional Integral Derivative) Cơ chế phản hồi vòng điều khiển (Tỉ lệ, tích phân đạo hàm) Boost Converter Bộ biến đổi tăng áp PSIM (Power Electronics Simulation) Phần mềm mô điện tử công suất truyền động điện DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu tạo pin mặt trời Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời Hình 1.3 Các đường đặc tính ản module PV Hình 1.4 Đặc tính I-V theo xạ Hình 1.5 Đặc tính P-V theo xạ Hình 1.6 Đặc tính I-V theo nhiệt độ Hình 1.7 Đặc tính P-V theo nhiệt độ Hình 1.8 Minh họa tượng bóng che phần Hình 1.9 Vai trị diode bảo vệ dãy PV Hình 1.10 Đồ thị mối tương quan P-V có tượng bóng che 10 Hình 1.11 Cấu trúc hệ Pin mặt trời nối lưới 11 Hình 1.12 Mơ hình cấp chuyển đổi mơ hình hai cấp chuyển đổi 12 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống 23 Hình 2.2 Mơ hình tốn tế quang điện 24 Hình 2.3 Mơ hình pin mặt trời lý tưởng 25 Hình 2.4 Dịng điện modul pin 26 Hình 2.5 Cấu trúc mạch tăng áp DC-DC truyền thống 27 Hình 2.6 Hệ thống PV định hướng theo vị trí mặt trời hệ thống PV cố định 31 Hình 2.7 (a) Sản xuất điện ( ) cải thiện lượng điện tăng điện vào ngày nắng 32 Hình 2.8 (a) Sản xuất điện (b) cải thiện lượng điện tăng điện vào ngày nhiều mây 32 Hình 2.9 (a) Sản xuất điện (b) cải thiện cải thiện lượng điện tăng điện vào ngày mưa 33 Hình 2.10 So sánh tác động thời tiết tới hệ thống PV cố định có điều chỉnh theo hướng nắng 34 Hình 2.11 Đặc tính I-V với xạ khác 35 Hình 2.12 Đặc tính P-V với xạ khác 35 flag_boost=0; v_ref=50; i=0; /* USER CODE END */ /* Infinite loop */ /* USER CODE BEGIN WHILE */ while (1) { /* USER CODE END WHILE */ /* USER CODE BEGIN */ x1=ADC_value[0]; x2=ADC_value[1]; x3=ADC_value[2]; HAL_UART_Transmit(&huart3, Rx3Data, Rx3Length, 0x00fff); TIM1->RCR=1; //lua chon thoi diem cap nhat du lieu HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2); // HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2); HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3); /* if(x2>600) { flag_boost = 1; } if(x2CCR3 = u0; } else { TIM1->CCR3 = 0; }*/ HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_14); if(iSR & TIM_SR_UIF) // if UIF flag is set { TIM1->SR &= ~TIM_SR_UIF; // clear UIF flag if(angle < 121) { if(angleCCR2 = 0; TIM1->CCR1 = sinetable[angle]; } else { TIM1->CCR1 = 0; TIM1->CCR2 = sinetable[angle-60]; } angle=angle+1; } if(angle==121) { angle=0; } } HAL_TIM_IRQHandler(&htim1); } c) Điều khiển PID cho Boost void TIM2_IRQHandler(void) { /* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn */ // HAL_GPIO_TogglePin(GPIOC,GPIO_PIN_14); /* USER CODE END TIM2_IRQn */ HAL_TIM_IRQHandler(&htim2); /* USER CODE BEGIN TIM2_IRQn */ /* USER CODE END TIM2_IRQn */ } ... Pin mặt trời góp phần nâng cao hiệu cho hệ DC-DC thiết kế CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC NGUỒN PIN MẶT TRỜI 2.1 Mơ hình hệ thống nguồn Pin mặt. .. HƯỞNG ĐẾN HIỆU QUẢ LÀM VIỆC CỦA BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC NGUỒN PIN MẶT TRỜI 23 2.1 Mơ hình hệ thống nguồn Pin mặt trời 23 2.1.1 Mô hình Pin mặt trời 23 2.1.2 Mơ hình tăng áp DC-DC ... nối tăng áp DC-DC làm việc điều kiện chiếu sáng không đồng Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Luận án biến đổi tăng áp DC-DC hệ thống nguồn Pin Mặt trời, công suất 1kW 4 Phạm vi nghiên cứu