Đang tải... (xem toàn văn)
(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng Tiền Giang
LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS Trương Đình Nhơn, người Thầy ln tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt q trình nghiên cứu để hồn thành luận văn Chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy em suốt thời gian học vừa qua Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất anh chị học viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập để hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2015 Nguyễn Trung Kiên ii TÓM TẮT Việc thiếu hụt nguồn lượng vấn đề nghiêm trọng với nhiều quốc gia giới Để giải vấn đề nguồn lượng tái tạo, đặc biệt nguồn lượng mặt trời xem nguồn lượng bổ sung Nhưng khó khăn việc sử dụng nguồn lương mặt trời chi phí đầu tư cao, hiệu suất thấp Trong luận văn này, nhiệm vụ nghiên cứu thuật toán điều khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin lượng mặt trời Trung tâm Tiết kiệm lượng Tuy nhiên, luận văn giải vấn đề tối ưu cơng suất Giải thuật tìm điểm cơng suất cực đại hệ thống pin quang điện đề xuất luận văn giải thuật P&O Giải thuật P & O hoạt động theo định kỳ xáo trộn (tức tăng giảm) điện áp đầu cuối so sánh công suất PV với chu kỳ nhiễu loạn trước Nếu điện áp vận hành PV thay đổi công suất tăng (dP/dVPV> 0), hệ thống kiểm soát di chuyển điểm hoạt động PV theo hướng đó; khơng điểm hoạt động di chuyển theo hướng ngược lại Trong chu kỳ nhiễu loạn thuật toán tiếp tục theo cách tương tự Một vấn đề phổ biến thuật toán P & O điện áp đầu cuối bị bị xáo trộn chu kỳ MPPT Do đó, MPP đạt được, công suất đầu dao động quanh mức tối đa, làm giảm nguồn lượng tạo hệ thống PV Điều chủ yếu điều kiện khí khơng đổi chậm thay đổi điều kiện khí iii ABSTRACT The lack of energy is a serious problem for many countries around the world To solve the above problem, renewable energy sources, especially solar energy is being considered as a additional energy source But the main difficulty of using solar energy is the high investment cost, low perfomance In this thesis, the research mission control algorithm for inverter grid system of solar power in Energy Conservation Center of Tien Giang However, writing is only optimal problem-solving capacity Algorithm to find the maximum power point of the photovoltaic system is proposed in this thesis is the algorithm that P & O The P&O algorithms operate by periodically perturbing (i.e incrementing or decrementing) the array terminal voltage and comparing the PV output power with that of the previous perturbation cycle If the PV array operating voltage changes and power increases (dP/dVPV>0), the control system moves the PV array operating point in that direction; otherwise the operating point is moved in the opposite direction In the next perturbation cycle the algorithm continues in the same way A common problem in P&O algorithms is that the array terminal voltage is perturbed every MPPT cycle; therefore when the MPP is reached, the output power oscillates around the maximum, reducing the generable power by the PV system This is mainly true in constant or slowly-varying atmospheric conditions but also under rapidly changing atmospheric conditions iv MỤC LỤC Trang tựa Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii MỤC LỤC HÌNH ix Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục đích đề tài nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Điểm luận văn 1.7 Giá trị thực tiễn luận văn 1.8 Nội dung luận văn Chương 10 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Các biến đổi bán dẫn hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập 10 2.1.1 Bộ biến đổi DC/DC 10 2.1.2 Điều khiển biến đổi DC/DC 18 2.1.3 Bộ biến đổi DC/AC 19 2.2 Phương pháp dị tìm điểm làm việc tối ưu MPPT 20 2.2.1 Giới thiệu chung 20 2.2.2 Nguyên lý dung hợp tải 22 v 2.2.3 Thuật toán xác định điểm làm việc có cơng suất lớn MPPT…………23 2.3 Phương pháp nhiễu loạn quan sát P&O 24 2.4 Phương pháp điều khiển MPPT 26 2.4.1 Phương pháp điều khiển PI 26 2.4.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp 27 2.4.3 Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu 28 2.5 Kết nối hệ thống pin lượng mặt trời với lưới điện 29 2.5.1 Sự cần thiết việc kết nối hệ thống pin mặt trời với lưới điện 29 2.5.2 Các điều kiện hòa nguồn lượng mặt trời với lưới điện…………… 31 2.5.2.1 Điều kiện biên độ điện áp 31 2.5.2.2 Điều kiện tần số .32 2.5.2.3 Điều kiện thứ tự pha 33 2.5.2.4 Điều kiện góc lệch pha 34 Chương 35 MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT P&O VÀ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BOOST ĐIỆN ÁP DC 35 3.1 Tổng quan hệ thống boost điện áp DC 35 3.1.1 Mơ hình mạch Boost PFC nhánh 35 3.1.2 Mơ hình mạch Boost PFC n nhánh 39 3.2 Giải thuật điều khiển hệ thống Boost điện áp DC 41 3.2.1 Giải thuật điều khiển hệ thống Boost điện áp DC 41 3.2.2 Kết mô hệ thống Boost DC 42 3.3 Mơ hình mô giải thuật P&O 43 3.3.1 Mơ hình mơ phần tử pin mặt trời 43 3.3.2 Nghiên cứu Solar cell 43 3.3.2.1 Khi điện trở nối tiếp Rs thay đổi 43 3.3.2.2 Khi Is thay đổi 44 3.3.2.3 Khi thay đổi nhiệt độ T 45 3.3.3 Phân tích giải thuật P&O 46 3.3.4 Mô giải thuật P&O 51 vi Chương 53 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI 53 4.1 Cơ sở lý thuyết 53 4.1.1 Bộ nghịch lưu áp 53 4.1.2 Các phương pháp điều chế 54 4.2 Tổng quan nghịch lưu pha 58 4.2.1 Mơ hình nghịch lưu nhánh (Single Leg Inverter) 58 4.2.2 Mơ hình nghịch lưu cầu pha 59 4.3 Bộ điều khiển nghịch lưu hòa lưới 60 4.3.1 Giới thiệu…………………………………………………………………….60 4.3.2 Mạch tạo tín hiệu điều khiển van biến tần 60 4.3.3 Mơ hình mơ hệ thống điện mặt trời hịa lưới 63 4.3.3.1 Sơ đồ mô Matlab 63 4.3.3.2 Kết mô hệ thống điện mặt trời hòa lưới 65 Chương 68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 vii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT - PV (Photovoltaic): Pin quang điện, biến quang thành điện - MPP (Maximum Power Point): Điểm công suất cực đại - MPPT (Maximum Power Point Tracking): Dị tìm điểm cơng suất cực đại - Hệ MPPT: Ứng dụng điều khiển cho pin quang điện photovoltaic (PV) - P&O (Perturb & Observe): Thuật toán quan sát nhiễu loạn (biến đổi để đạt đến điểm cực đại), gọi phương pháp “Hill climbing: Leo đồi” - IncCond (Incremental Conductance): Thuật tốn độ dẫn - AC (Alternating Current): Dịng điện xoay chiều - DC (Direct Current): Dòng điện chiều - CC (Constant Current): Giải thuật dịng điện khơng đổi - CV (Constant Voltage): Giải thuật điện áp không đổi - PID (Proportional Intergral Derivative): Đạo hàm tích phân với số liệu dãy giá trị - PD (Proportional Integral Derivative): Điều khiển tỉ lệ vi phân - PI (Proportional Integral Derivative): Điều khiển tỉ lệ tích phân - PID (Proportional Integral Derivative): Điều khiển tỉ lệ tích phân vi phân - PWM (Pulse-width modulation): Điều chế độ rộng xung - IR (Infrared): Tia hồng ngoại - UV ( UltraViolet): Tia cực tím - AM (Air Mass ratio): Tỷ số khối khí Phổ xạ - FF (Fill Factor): Là hệ số lấp đầy viii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1: Phân bố tổng nắng tháng Hình 1.2: Biểu diễn lưu đồ giải thuật phương pháp P&O Hình 1.3: Biểu diễn lưu đồ giải thuật phương pháp INC Hình 2.1: Sơ đồ nguyên lý giảm áp Buck 11 Hình 2.2: Dạng sóng điện áp dòng điện mạch Buck 12 Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost 13 Hình 2.4: Dạng sóng dịng điện mạch Boost 14 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost 14 Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý biến đổi Cúk 15 Hình 2.7: Sơ đồ mạch Cúk khố SW mở thơng dịn 16 Hình 2.8: Sơ đồ mạch Cúk khố SW đóng 16 Hình 2.9: Mạch vịng điều khiển điện áp 18 Hình 2.10: Mạch vịng dịng điện phản hồi 19 Hình 2.11: Bộ biến đổi DC/AC pha dạng nửa cầu (a) hình cầu (b) 19 Hình 2.12: Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu kiểu Full-bridge 20 Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc nghịch lưu kiểu Half-bridge 20 Hình 2.14: Ví dụ pin mặt trời mắc trực tiếp với tải trở thay đổi giá trị điện trở 21 Hình 2.15: Đường đặc tính làm việc pin tải trở có giá trị điện trở thay đổi 21 Hình 2.16: Tổng trở vào Rin điều chỉnh D 23 Hình 2.17: Đường đặc tính làm việc pin cường độ xạ thay đổi mức nhiệt độ 23 Hình 2.18: Đặc tính làm việc I – V pin nhiệt độ thay đổi mức cường độ xạ 24 ix Hình 2.19: Phương pháp tìm điểm làm việc cơng suất lớn P&O 24 Hình 2.20: Lưu đồ thuật tốn Phương pháp P&O 25 Hình 2.21: Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bù PI 26 Hình 2.22: Sơ đồ khối phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT 27 Hình 2.23: Mối quan hệ tổng trở vào mạch Boost hệ số làm việc D 27 Hình 2.24: Sơ đồ véc tơ điện áp không thỏa mãn 32 Hình 2.25: Sơ đồ hệ thống ba pha véc tơ quay 34 Hình 3.1: Sơ đồ mạch boost PFC 35 Hình 3.2: Dịng điện điện áp vào boost PFC 35 Hình 3.3: Sơ đồ thay van đóng 36 Hình 3.4: Sơ đồ tương đương van cắt 37 Hình 3.5: Dạng sóng dịng điện cuộn dây chế độ dịng liên tục 38 Hình 3.6: Mạch boost PFC với n – giai đoạn 40 Hình 3.8: Nguyên lý hệ thống Boost DC 41 Hình 3.9: Cấu trúc khối giải thuật hệ thống boost DC 42 Hình 3.10: Kết mơ dạng sóng điện áp hệ thống boost DC 42 Hình 3.11: Mơ hình mơ phần tử pin mặt trời 43 Hình 3.12: Đặc tuyến I-V, P-V thay đổi Rs 44 Hình 3.13: Đặc tuyến I-V P-V Is thay đổi 45 Hình 3.14: Đặc tuyến I-V P-V T thay đổi .46 Hình 3.15: Lưu đồ giải thuật P&O 47 Hình 3.16: Sơ đồ hệ thống pin lượng mặt trời hòa lưới 48 Hình 3.17: Cơng suất thay đổi cường độ thay đổi 48 Hình 3.18: Sơ đồ điều khiển MPPT sử dụng thuật toán P&O 50 Hình 3.19: Bức xạ thay đổi ngẫu nhiên phạm vi từ 300 lux đến 950 W/m2 50 Hình 3.20: Điện áp pin mặt trời sử dụng thuật toán P&O 50 Hình 3.21: Cơng suất pin mặt trời sử dụng thuật tốn P&O 51 Hình 3.22: Điện áp pin mặt trời có khơng có điều khiển MPPT 51 x Hình 3.23: Cơng suất pin mặt trời có khơng có điều khiển MPPT 52 Hình 4.1: Dạng sóng đầu theo phương pháp điều chế độ rộng xung (vo1 thành phần sin bản, v i điện chiều vào nghịch lưu, vo điện áp ) 54 Hình 4.2: Nguyên lý điều chế SPWM pha 55 Hình 4.3: Nghịch lưu áp ba pha 55 Hình 4.4: Nguyên lý điều chế SPWM ba pha 56 Hình 4.5: Cấu trúc nghịch lưu nhánh 58 Hình 4.6: Sơ đồ nguyên lý kỹ thuật CPWM 59 Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch nghịch lưu pha 59 Hình 4.8: Mạch động lực biến tần 60 Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý mạch tạo xung điều khiển 61 Hình 4.10: Sóng sin tham chiếu chỉnh lưu 61 Hình 4.11: Sóng tam giác tần số cao 62 Hình 4.12: Mơ xung kích G1, G2, G3, G4 sử dụng mạch tương tự 63 Hình 4.13: Sơ đồ lý phương pháp điều chế PWM vi xử lý 63 Hình 4.14: Mơ xung kích G1, G2, G3, G4 sử dụng mạch vi xử lý 64 Hình 4.15: Sơ đồ mơ hệ thống điện mặt trời hịa lưới điều chỉnh điện áp sau nghịch lưu 65 Hình 4.16: Dạng sóng điện áp lưới điện áp NLMT điều chỉnh điện áp sau nghịch lưu 65 Hình 4.17: Dịng điện tải RL nghịch lưu hòa lưới điều chỉnh điện áp sau nghịch lưu 66 Hình 4.18: Phân tích sóng hài dịng tải hệ thống điện mặt trời hịa lưới điều chỉnh điện áp sau nghịch lưu 66 xi VAB1 = ma (4-3) Như phương pháp biên độ điện áp dây đầu nghịch lưu đạt 86,7% điện áp chiều đầu vào vùng tuyến tính (0