(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia

(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia(Luận văn thạc sĩ) Thiết kế bộ nghịch lưu hòa năng lượng mặt trời lên lưới điện quốc gia

Luận văn tốt nghiệp Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2012 Người cam đoan Tạ Quang Minh GVHD: TS Trương Việt Anh Trang ii HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc em gửi đến Tiến Sĩ Trương Việt Anh, người Thầy tận tụy hướng dẫn em suốt trình nghiên cứu để hồn thành luận văn Chân thành cảm ơn q thầy Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM giảng dạy em suốt hai năm học Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất anh chị, bạn bè giúp đỡ tinh thần, vật chất cơng sức suốt q trình học tập để hoàn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn Tp Hồ Chí Minh, ngày 24 tháng 09 năm 2012 Tạ Quang Minh GVHD: TS Trương Việt Anh Trang iii HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Tóm tắt TĨM TẮT Trong sạc xe điện, lưới điện cung cấp lượng cho pin thông qua sạc Đối với lưới điện ba pha, chỉnh lưu ba pha cấu trúc quan trọng cho sạc Khả bơm công suất trực tiếp tính ưu việt hệ số cơng suất đặc tính phương án đề xuất trình bày luận văn Điều khiển tựa theo điện áp là phương pháp dựa theo hệ tọa độ d-q Phương pháp điều khiển tựa áp cho nghịch lưu ba pha thiết kế mô Việc mô thực phần mềm Matlab/Simulink Việc thiết kế phân lập dòng điện điều khiển kết hợp với phương pháp độ rộng xung dùng để điều khiển nghịch lưu Kết mơ trình bày so sánh với việc nghiên cứu lý thuyết Mơ hình tiếp tục phát triển để đáp ứng với thay đổi môi trường GVHD: TS Trương Việt Anh Trang iv HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Tóm tắt ABSTRACT In a plug-in hybrid electric vehicle, the utility grid will charge the vehicle battery through the battery charger For a three-phase grid supply voltage, threephase boost rectifiers are a commonly used scheme for chargers Directional power transfer capability and unit power factor operation are interesting features that can be achieved by the method proposed in this thesis The Voltage Oriented Control is one of these methods based on high performance dq-coordinate controllers The Voltage Oriented Control method for a three-phase inverter have been designed and simulated The system simulation has been done using Matlab/Simulink software Feedforward decoupled current control has been designed along with Pulse Width Modulation scheme to control the inverter The simulation results have been presented and control system performance evaluated in theoretical studies result This model is developing in response to environmental changes GVHD: TS Trương Việt Anh Trang v HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC Trang Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học i Lời cam đoan .ii Lời cảm ơn iii Tóm tắt iv Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách bảng ix Danh sách hình x Tài liệu tham khảo xiii Chương Tổng quan đề tài 01 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 01 1.2 Mục đích đề tài 04 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 04 1.4 Phương pháp nghiên cứu 04 1.5 Điểm luận văn 05 1.6 Giá trị thực tiễn luận văn 05 1.7 Bố cục luận văn 05 Chương Phương pháp tiếp cận 06 2.1 Mơ hình pin mặt trời 06 2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC boots converter 10 2.3 Điểm làm việc cực đại pin mặt trời 13 2.4 Các phương pháp tìm điểm cực đại pin mặt trời 17 2.4.1 Phương pháp điện áp số 17 GVHD: TS Trương Việt Anh Trang vi HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Mục lục 2.4.2 Phương pháp P&O (Perturb and Observe) 18 2.4.3 Phương pháp InC (Incremental Conductance) 19 2.4.4 Nhược điểm phương pháp P&O InC 21 2.5 Xây dựng mơ hình pin mặt trời Matlab/Simulink 22 Chương Phương án đề xuất 27 3.1 Phương pháp Voltage Oriented Control 27 3.1.1 Chuyển tọa độ (a, b, c) sang (d, q) ngược lại 30 3.1.2 Các thành phần nghịch lưu theo phương pháp VOC 32 3.1.2.a Khối hệ thống 32 3.1.2.b Vịng khóa pha PLL 33 3.1.2.c Bộ điều khiển dòng 34 3.1.3 Ưu nhược điểm phương pháp VOC 36 3.2 Thông số điều khiển 36 3.2.1 Kỹ thuật điều khiển PID 36 3.2.2 Dãy thuật bầy đàn Particle Swarm Optimization 39 Chương Kết mô 43 4.1 Sơ đồ mơ hình Matlab/Simulink 43 4.2 Kết mô 44 4.2.1 Khi Id* = (A), Iq*= (A) 44 4.2.2 Khi Id* = 10 (A), Iq*= (A) 46 4.2.3 Khi Id* = 12 (A), Iq*= (A) 48 4.2.4 Khi Id* = 14 (A), Iq*= (A) 50 4.3 Nhận xét 53 Chương Kết luận đề xuất 54 5.1 Kết luận 54 5.2 Hạn chế hướng phát triển đề tài 54 5.2.1 Hạn chế 54 5.2.2 Hướng phát triển đề tài 54 GVHD: TS Trương Việt Anh Trang vii HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Danh sách chữ viết tắt DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT MPPT: dị điểm cơng suất cực đại NOCT: nhiệt độ vận hành bình thường MPP: điểm công suất cực đại P&O: xáo trộn quan sát InC: tăng điện kháng VOC: phương pháp tựa theo điện áp PLL: vịng khóa pha PSO: dãy thuật bầy đàn THD: hệ số méo dạng GVHD: TS Trương Việt Anh Trang viii HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Danh sách bảng DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1 Thông số pin mặt trời thương mại MSX60 kW/m2, 250C 25 Bảng 4.1 Tổng hợp thông số nghịch lưu xạ thay đổi 56 GVHD: TS Trương Việt Anh Trang ix HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Danh sách hình DANH SÁCH CÁC HÌNH Trang [1] Hình 1.1 Phân bố tổng số nắng tháng 1, 2, năm 2011ở Việt Nam 02 Hình 1.2 Bức xạ mặt trời ba thành phố tiêu biểu năm 2010[3] 02 Hình 2.1 Mạch điện tương đương pin mặt trời 06 Hình 2.2 Mơ hình pin mặt trời lý tưởng 07 Hình 2.3 Mơ đun pin mặt trời 08 Hình 2.4 Đặc tuyến I-V với xạ khác 09 Hình 2.5 Đặc tuyến P-V với xạ khác 10 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý mạch boost 11 Hình 2.7 Mạch điện S đóng 11 Hình 2.8 Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L S đóng 11 Hình 2.9 Mạch điện S mở 12 Hình 2.10 Dạng sóng điện áp dòng điện L S mở 12 Hình 2.11 Đặc tuyến I-V, P-V pin mặt trời với điểm công suất cực đại 14 Hình 2.12 Các điểm MPP điều kiện môi trường thay đổi 14 Hình 2.13 Sơ đồ khối hệ thống MPPT tiêu biểu 15 Hình 2.14 Bộ DC/DC giúp hút công suất cực đại từ pin mặt trời 16 Hình 2.15 Giải thuật MPPT dựa điện áp số 18 Hình 2.16 Đặc tính pin mặt trời 18 Hình 2.17 Giải thuật P&O 19 Hình 2.18 Độ dốc (dP/dV) PV 20 Hình 2.19 Giải thuật InC 21 Hình 2.20 Bức xạ thay đổi đáp ứng P&O InC 22 Hình 2.21 Trường hợp phương pháp P&O phát sai 22 Hình 2.22 Mơ hình pin mặt trời xây dựng Matlab/Simulink 23 Hình 2.23 Mơ hình pin mặt trời thu gọn 24 Hình 2.24 Mơ hình pin mặt trời dạng vật lý 24 GVHD: TS Trương Việt Anh Trang x HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Danh sách hình Hình 2.25 Mơ hình pin mặt trời dạng vật lý nối tải 24 Hình 2.26 Bảng thơng số đầu vào pin mặt trời 25 Hình 2.27 Đặc tuyến I-V, P-V với xạ khác (Nhiệt độ pin 25oC) 26 Hình 2.28 Đặc tuyến I-V, P-V với nhiệt độ vận hành khác ………………….26 Hình 3.1 Sơ đồ kết nối nghịch lưu vào lưới phân phối 27 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động nghịch lưu theo phương pháp VOC 28 Hình 3.3 Sơ đồ tính tốn giá trị Id* Iq* 30 Hình 3.4 Hệ trục tọa độ cố định hệ tọa độ quay 31 Hình 3.5 Mơ hình khối hệ thống 32 Hình 3.6 Cấu trúc PLL 33 Hình 3.7 Sơ đồ Matlab/Simulink PLL 34 Hình 3.8 Sơ đồ điều khiển dòng 35 Hình 3.9 Giản đồ vecto dòng điện điện áp phương pháp VOC 35 Hình 3.10 Sơ đồ hoạt động điều khiển PID 37 Hình 3.11 Ảnh hưởng KP lên đáp ứng hệ thống (khi KI KD khơng đổi) 38 Hình 3.12 Ảnh hưởng KI lên đáp ứng hệ thống (khi KP KD khơng đổi) 38 Hình 3.13 Ảnh hưởng KD lên đáp ứng hệ thống (khi KP KI khơng đổi) 39 Hình 4.1 Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m2 43 Hình 4.2 Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m2 44 Hình 4.3 Điện áp ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m2 44 Hình 4.4 Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m 45 Hình 4.5 Tín hiệu THD dịng điện ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m2 46 Hình 4.6 Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 46 Hình 4.7 Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 47 Hình 4.8 Điện áp ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 47 Hình 4.9 Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 48 Hình 4.10 Tín hiệu THD dòng điện ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 48 Hình 4.11 Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m 49 Hình 4.12 Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 49 GVHD: TS Trương Việt Anh Trang xi HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ H4.4a H4.4b Hình 4.4: Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m2 H4.4a: Dòng điện công suất điểm cực đại, H4.4b vượt qua điểm cơng suất cực đại Phân tích THD dòng điện ngõ nghịch lưu: GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 45 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.5: Tín hiệu THD dịng điện ngõ cường độ xạ 0.2 kW/m2 4.1.2 Khi cường độ xạ Isolation = 0.4 kW/m2 Công suất tác dụng ngõ nghịch lưu (W): Hình 4.6: Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 Công suất phản kháng ngõ nghịch lưu (VAr): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 46 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.7: Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 Điện áp ngõ nghịch lưu (V): Hình 4.8: Điện áp ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 Dòng điện ngõ nghịch lưu (V): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 47 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mô Hình 4.9: Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 Phân tích THD dịng điện ngõ nghịch lưu: Hình 4.10: Tín hiệu THD dịng điện ngõ cường độ xạ 0.4 kW/m2 4.1.3 Khi cường độ xạ Isolation = 0.6 kW/m2 Công suất tác dụng ngõ nghịch lưu (W): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 48 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.11: Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 Công suất phản kháng ngõ nghịch lưu (VAr): Hình 4.12: Công suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 Điện áp ngõ nghịch lưu (V): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 49 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.13: Điện áp ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 Dòng điện ngõ nghịch lưu (V): Hình 4.14: Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 Phân tích THD dòng điện ngõ nghịch lưu: GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 50 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mô Hình 4.15: Tín hiệu THD dịng điện ngõ cường độ xạ 0.6 kW/m2 4.1.4 Khi cường độ xạ Isolation = 0.8 kW/m2 Công suất tác dụng ngõ nghịch lưu (W): Hình 4.16: Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 Công suất phản kháng ngõ nghịch lưu (VAr): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 51 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.17: Cơng suất phản kháng ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 Điện áp ngõ nghịch lưu (V): Hình 4.18: Điện áp ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 Dòng điện ngõ nghịch lưu (V): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 52 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mô Hình 4.19: Dịng điện ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 Phân tích THD dịng điện ngõ nghịch lưu: Hình 4.20: Tín hiệu THD dòng điện ngõ cường độ xạ 0.8 kW/m2 4.1.5 Khi cường độ xạ Isolation = kW/m2 Công suất tác dụng ngõ nghịch lưu (W): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 53 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.21: Cơng suất tác dụng ngõ cường độ xạ kW/m2 Công suất phản kháng ngõ nghịch lưu (VAr): Hình 4.22: Công suất phản kháng ngõ cường độ xạ kW/m2 Điện áp ngõ nghịch lưu (V): GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 54 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mơ Hình 4.23: Điện áp ngõ cường độ xạ kW/m2 Dòng điện ngõ nghịch lưu (V): Hình 4.24: Dịng điện ngõ cường độ xạ kW/m2 Phân tích THD dịng điện ngõ nghịch lưu: GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 55 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mô Hình 4.25: Tín hiệu THD dịng điện ngõ cường độ xạ kW/m2 Bức xạ (kW/m2) Imax (A) 0.2 1.7 0.4 Pmax Q (VAr) V (volt) Ir (A) THD (%) 750 315 1.583 17.02 3.4 1550 315 3.36 8.27 0.6 5.1 2350 315 5.094 5.42 0.8 6.8 3200 315 6.917 4.14 1.0 8.4 4000 315 8.387 2.85 (W) Bảng 4.1: Tổng hợp thông số nghịch lưu xạ thay đổi Imax tìm cách tăng dần Id* đến công suất tác dụng giảm, công suất tác dụng vị trí Pmax Ir dịng tần số 50 Hz, THD giá trị độ méo dạng dòng từ nghịch lưu bơm vào lưới 4.3 Nhận xét Với cường độ xạ khác ta tìm cơng xuất cực đại tương ứng với điều kiện GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 56 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 4: Kết mô Kết mô cho ta biết điểm công suất cưc đại ứng với điều kiện cường độ xạ thay đổi Khi dịng điện vượt qua dịng cực đại lượng công suất phản kháng bơm vào lưới đột ngột tăng, lý tượng điện áp làm việc pin tăng cao điểm điện áp VMPP hình 2.4 Nhược điểm mơ hình chưa thể vận hành liên tục lấy cơng suất cực đại điều kiện môi trường thay đổi GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 57 HVTH: Tạ Quang Minh Luận văn tốt nghiệp Chương 5: Kết luận đề xuất Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Xuất phát từ vấn đề cạn kiệt nguồn tài nguyên, môi trường ngày ô nhiễm Vấn đề lượng ngày cấp thiết, từ tiến công nghệ pin quang điện phương pháp lấy cơng suất cực đại biện pháp hịa lưới lượng mặt trời mở tiềm cho thị trường lượng mặt trời Kết thực mơ hình Matlab/Simulink cho ta thấy việc cơng suất tác dụng cực đại giảm thiểu phát công suất phản kháng Dạng sóng dịng điện nhiễu Về yếu tố kinh tế, mạch công suất đơn giản làm chi phí đầu tư thấp; đồng thời độ tin cậy cao 5.2 Hạn chế hướng phát triển đề tài 5.2.1 Hạn chế Mơ hình chưa thể đáp ứng thay đổi nhanh chóng điều kiện môi trường 5.2.2 Hướng phát triển đề tài  Phát triển mơ hình đáp ứng nhanh với thay đổi điều kiện mơi trường  Tính tốn tính ổn định hệ thống điều chỉnh lấy công suất cực đại  Thiết kế phần mềm gần thực tế Proteus  Thi công mạch nghịch lưu ứng giải thuật sở kết mô phần mềm Matlab phần thiết kế Proteus GVHD: TS Trương Việt Anh Trang 58 HVTH: Tạ Quang Minh S K L 0 ... lượng xạ mặt trời thành điện nhờ hiệu ứng quang điện gọi pin mặt trời Mạch điện tương đương pin mặt trời cho hình 2.1 Hình 2.1 Mạch điện tương đương pin mặt trời Mạch điện gồm có dịng quang điện. .. vecto điện áp nghịch lưu khung tham chiếu điện áp lưới ugu  usd  jusq : vecto điện áp lưới khung tham chiếu điện áp lưới isu  id  jiq : vecto dòng điện nghịch lưu khung tham chiếu điện áp lưới. .. Xây dựng mơ hình pin mặt trời Matlab/Simulink Pin mặt trời (PV) thiết bị chuyển lượng xạ mặt trời thành điện Đặc tuyến cơng suất, dịng điện pin mặt trời phụ thuộc vào xạ mặt GVHD: TS Trương Việt