(Đồ án hcmute) nghiên cứu ổn định điện áp trên bus dc

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN BUS-DC GVHD: TRƯƠNG VIỆT ANH SVTT:TÔ TẤN NGUYÊN MSSV:15142084 SVTT:NGUYỄN HỮU THỊNH MSSV:15142110 SKL 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 07/2019 an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN BUS-DC SVTH: TÔ TẤN NGUYÊN MSSV: 15142084 NGUYỄN HỮU THỊNH 15142110 KHĨA: 2015 NGÀNH: CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Trang i an TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN BUS-DC SVTH: TƠ TẤN NGUN MSSV: 15142084 NGUYỄN HỮU THỊNH KHĨA: 15142110 2015 NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN-ĐIỆN TỬ GVHD: PGS.TS Trương Việt Anh Tp.Hồ Chí Minh, tháng năm 2019 Trang i an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** Tp Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Tô Tấn Nguyên MSSV: 15142084 Nguyễn Hữu Thịnh 15142110 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện-Điện tử Lớp: 15142CL4 Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Việt Anh ĐT: 0913117659 Ngày nhận đề tài: 04/03/2019 Ngày nộp đề tài: 10/07/2019 Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN BUS-DC Các số liệu, tài liệu ban đầu: Bùng nổ thị trường lưới điện siêu nhỏ microgrid, theo EVN Bài giảng Chuyển đổi DC-DC ThS Nguyễn Phương Quang, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Thiết kế xác định điểm cơng suất cực đại Tubin gió, Luận văn Thạc sĩ, Võ Hoài Thương, Ngành Kỹ thuật Điện, tháng 10 năm 2018 Nội dung thực hiện: Tìm hiểu, nghiên cứu nguyên lý hoạt động Microgrid, mạch buck, boost, phương pháp ổn áp BUS DC Sản phẩm: Bài báo cáo, Mơ hình phần cứng, Code chạy phần mềm TRƯỞNG NGÀNH GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Trang ii an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Họ và tên Sinh viên: Tô Tấn Nguyên MSSV: 15142084 Nguyễn Hữu Thịnh 15142110 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN BUS-DC Họ và tên Giáo viên hướng dẫn: NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Ưu điểm: Khuyết điểm: Đề nghị cho bảo vệ hay không? Đánh giá loại: Điểm: (Bằng chữ: ) Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Giáo viên hướng dẫn (Ký & ghi rõ họ tên) Trang iii an CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc *** PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Họ và tên Sinh viên: Tô Tấn Nguyên MSSV: 15142084 Nguyễn Hữu Thịnh 15142110 Ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN BUS-DC Họ và tên Giáo viên phản biện: Đỗ Đức Trí NHẬN XÉT Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện: Sinh viên hoàn thành nội dung đề tài Ưu điểm: Sử dụng giải thuật ổn định điện áp Khuyết điểm: Cơng suất cịn bé chưa ứng dụng thực tế Đề nghị cho bảo vệ hay khơng? Được bảo vệ Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2019 Giáo viên phản biện (Ký & ghi rõ họ tên) Trang iv an LỜI CẢM ƠN Được sự phân công thầy Lê Mỹ Hà là trưởng ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện-Điện tử, khoa Đào tạo Chất lượng cao, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh, sau mười lăm tuần thực chúng em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp “NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN BUS DC” Để hoàn thành nhiệm vụ giao, bên cạnh sự cố gắng học hỏi từ thân cịn có sự hướng dẫn tận tình thầy hướng dẫn bạn bè xung quanh Chúng em xin chân thành cám ơn thầy Trương Việt Anh, trợ giảng Lương Xuân Trường hướng dẫn cho chúng em suốt thời gian làm đồ án phòng C201 tạo điều kiện để chúng em hoàn thành đồ án Mặc dù công việc giảng dạy thầy bận rộn thầy trực sát, tận tình bảo và hướng dẫn cho chúng em, tạo điều kiện thuận lợi giúp em vượt qua nhiều trở ngại suốt trình thực đồ án Một lần chúng em chân thành cám ơn thầy chúc thầy dồi sức khỏe Với điều kiện thời gian kiến thức chun mơn cịn hạn chế thân chưa có nhiều kinh nghiệm thực tiễn nên đồ án khơng thể tránh thiếu xót, chúng em mong nhạn sự góp ý, bảo thêm quý thầy để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức mình, phục vụ tốt công tác thực tế sau Một lần chúng em xin gửi đến thầy cơ, bạn bè, gia đình và tất người giúp dỡ chúng em thời gian qua lời cảm ơn chân thành và tốt đẹp nhất! Trang v an TÓM TẮT Do nhu cầu sử dụng điện Việt Nam tăng cao, với là sự thiếu hụt nguồn tài nguyên để tạo điện, nên viêc sử dụng lượng tái tạo để cung ứng cho ngành điện hướng mới, mang lại lại nhiều tiềm to lớn Tuy nhiên, nguồn lượng tái tạo sử dụng bất ổn, khó điều khiển mong muốn, phải phụ thuộc vào điều kiện khí hậu tự nhiên, yếu tố địa lý … nên việc điều khiển kiểm soát nguồn lượng này trước đưa vào sử dụng đưa lên hàng đầu Cùng với sự cố xảy lưới điện quốc gia xảy lúc không gây thiệt hại cho ngành điện mà gây tác hại đến ngành kinh tế cách nghiêm trọng Vì vậy, trước có mơ hình đưa và ngày phát triển tốt Đó là hệ thống điện mang tên “Microgrid”! Lưới điện siêu nhỏ (Microgrid) hệ thống tương đối lớn hồn chỉnh, hoạt động độc lập kết nối với lưới điện quốc gia cách linh hoạt Nó ứng dụng nơi xa xơi, quần đảo, nơi nguồn điện quốc gia khó kéo đến sử dụng khu vực nào để nâng cao khả cung cấp điện phịng có sự cố, thiên tai… ảnh hưởng đến mạng lưới điện Ở đề tài nghiên cứu đến vấn đề ổn định điện áp 48 VDC BUS DC Microgrid đơn giản, với tải có công suất vừa nhỏ Sai số lúc ổn định hệ thống vào khoảng ±2%, độ vọt lố lúc nguồn cung cấp thay đổi vào khoảng ±10% Microgrid đề tài bao gồm: Một nguồn mặt trời có dị MPPT đưa vào BUS DC Một nguồn gió có dị MPPT đưa vào BUS DC Một mạch DC/DC (Bidirectional) làm nhiệm vụ ổn áp BUS DC Tải sử dụng đa dạng, có cơng suất vừa nhỏ Giải thuật P&O sử dụng cho hai nguồn dùng để dò MPPT Trang vi an ABSTRACT Due to the increasing demand for electricity in Viet Nam, there is a shortage of resources to generate electricity, so using renewable energy to supply electricity is one of the new directions, bring great potential However, the renewable energy source used is very unstable, difficult to control as desired, because it depends on natural climatic conditions, geographic factors… so controlling and examining this energy source before putting it into use is put on top Along with that, incidents occurring on the national grid can occur at any time not only causing damage to the electricity industry but also seriously affecting the economic sector Therefore, there used to be a model that was launched and is growing better It is an electrical system called “Microgrids”! Microgrid is a relatively large and complete system that can be operated independently or connected to the national grid flexibly It can be applied in remote places, islands, where national power supplies are difficult to reach or use in a certain area to improve the availability of electricity in case of incidents, natural disasters… affect the electricity network In the topic, only the problem of stabilizing the 48 VDC voltage on the BUS DC of a simple Microgrid is studied with small and medium load capacity Error in system stability at approximate ±2%, overshoot when supply changes around ±10% Microgrid of the topic includes: A solar power source with MPPT detector is included in BUS DC A wind power source with MPPT detector is included in BUS DC A DC/DC Bidirectional make voltage stabilizer on BUS DC Load use variety, small and medium power The P&O algorithm is used for two power supplies used to detect MPPT Trang vii an MỤC LỤC TRANG BÌA PHỤ i NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN iii PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT vi ABSTRACT vii MỤC LỤC viii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT x DANH MỤC HÌNH xi Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.3 MỤC TIÊU 1.4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.5 Ý NGHĨA VÀ NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỒ ÁN .2 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 GIỚI THIỆU LƯỚI ĐIỆN SIÊU NHỎ (MICROGRID) 2.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ 2.2.1 NĂNG LƯỢNG GIÓ 2.2.2 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG GIÓ .6 2.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .7 2.3.1 NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.3.2 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 2.4 MƠ HÌNH HĨA PIN MẶT TRỜI CÓ TẢI 11 2.5 BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC 15 2.5.1 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH BOOST 15 2.5.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH BUCK 17 2.5.3 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH BIDIRECTION 19 2.6 GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN 22 2.6.1 PHƯƠNG PHÁP P&O (PERTURB AND OBSERVE) 22 2.6.2 PHƯƠNG PHÁP ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP TRÊN BUS DC 23 Trang viii an Đồ án Tốt nghiệp Hình 26 Điện áp dị MPPT gió (khơng có ổn áp) Thí nghiệm 3: Vận hành lưới điện siêu nhỏ ổn định điện áp BUS DC Hình 27 Nguồn mặt trời và giám sát điểm MPP phần mềm Trang 46 an Đồ án Tốt nghiệp Hình 28 Điện áp ổn định BUS DC với tải là hai bóng đèn Khi hịa thêm nguồn lượng khác vào BUS có độ vọt lố BUS, độ vọt lố này thường giao động vào khoảng ± VDC vv Hình 29 Mơ hình BUS DC (vọt lố) Trang 47 an Đồ án Tốt nghiệp Hình 30 Giao diện phần mềm Chroma (trước thay đổi xạ) Hình 31 Giao diện phần mềm Chroma (sau thay đổi xạ) Trang 48 an Đồ án Tốt nghiệp Hình 32 Mơ hình BUS DC (ổn định) Nhận xét Sau tiến hành thí nghiệm, nhóm rút số nhận xét sau:  Mạch điều khiển sử dụng lượng lấy lượng trực tiếp từ Acquy để điều khiển, với điều kiện điện áp Acquy khơng nhỏ 12 VDC  Kích FET cần sử dụng nguồn 12 VDC với dòng bé nên sử dụng nguồn DC-DC cách ly 12V-12V 1W để kích thay cho biến áp thơng thường qua chỉnh lưu chiếm diện tích chi phí cao  Do Turbin gió sử dụng để mơ cơng suất khơng cao, nên hồ chung nguồn vào BUS DC cơng suất gió dị MPPT khơng lớn bằng lúc Turbin gió dị MPPT hoạt động độc lập  Hệ thống hoạt động đạt yêu cầu đề đề tài, ổn định điện BUS DC 48 VDC  Hệ thống đáp ứng nhanh, ổn định sau khoảng đến s  Mạch Bidirectional thay đổi qua lại hai chế độ Buck và Boost, để ổn định điện áp BUS DC, mà không gây hư hỏng cho mạch Trang 49 an Đồ án Tốt nghiệp Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Sau trình tìm hiểu nghiên cứu, nhóm thi cơng mơ hình “Microgrid” đơn giản với nguồn gió, nguồn mặt trời, lưu trữ ắc quy thông qua mạch DC-DC để ổn áp cho BUS DC Ứng dụng thành công giải thuật P&O vào việc dị điểm cơng suất cực đại cho mơ hình nguồn gió nguồn mặt trời Thực việc mơ PSIM thực nghiệm mơ hình, kết mơ lý tưởng nhiều so với thực nghiệm, thời gian đạt đến độ mô so với thực tế nhanh khoảng 1000 lần, cụ thẻ mô khoảng 0.003 s cịn thực nghiệm khoảng s Nhưng nhìn chung, mơ hình vận hành ổn định với điện áp 48 VDC BUS DC Nhưng hạn chế khơng gian làm việc và điều kiện phịng thí nghiệm cần lấy dạng đồ thị nên sử dụng pin lượng mặt trời tua bin gió thực tế mà thay vào là sử dụng thiết bị giả lập nguồn lượng mặt trời nguồn lượng gió, chưa thể đáp ứng cho tải có cơng suất lớn Gặp khó khăn việc giao tiếp máy tính giả lập pin mặt trời Chroma Solar Bên cạnh để đáp ứng cá nhu cầu sử dụng khác, tải có cơng suất lớn thực tế nâng cấp bằng cách sử dụng linh kiện có công suất lớn thay cho linh kiện sử dụng để tài Cùng với việc tăng nhu cầu công suất sử dụng cho hệ thống, tăng điện áp BUS DC lên 220 VDC, ứng dụng cho tải thực tế thị trường Khi điện áp công suất BUS DC tăng lên để sử dụng cho tải thực tế, đòi hỏi hiệu suất hoạt động cao hơn, cần có giải thuật khác tốt để tăng độ nhạy giảm thiểu vọt lố q trình hoạt động Mặc khác, thay linh kiện có độ nhạy cao để đáp ứng nhanh và đạt hiệu suất cao có tác động vào hệ thống Ngồi ra, tăng quy mơ mơ hình thí nghiệm lên, sử dụng tải có cơng suất cao hơn, kết hợp thêm nhiều nguồn lượng khác lượng sóng biển, lượng thuỷ triều, lượng sinh khối, lượng địa nhiệt… tuỳ vào lợi địa lý khu vực Trang 50 an Đồ án Tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu sách, tạp chí, giảng [1] Xây dựng mơ hình pin Năng lượng mặt trời qunag điện sử dụng Matlab/Simulink Tạp chí Khoa học Phát Triển 2015, Tập 13, Số 8: 14521463 [2] Bài giảng Chuyển đổi DC-DC ThS Nguyễn Phương Quang, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM [3] Thiết kế xác định điểm công suất cực đại Tubin gió, Luận văn Thạc sĩ, Võ Hoài Thương, Ngành Kỹ thuật Điện, tháng 10 năm 2018 Tài liệu Website [4] https://www.evn.com.vn/d6/news/Bung-no-thi-truong-luoi-dien-sieu-nhomicrogrid-6-8-9421.aspx [5] http://www.yourarticlelibrary.com/energy/solar-energy-10-major-applicationof-solar-energy-explained/28197 [6] https://solarpower.vn/danh-gia-ung-dung-nang-luong-mat-troi-o-viet-nam/ [7] https://gpsolar.vn/so-do-dien-nang-luong-mat-troi.html [8] https://hqdt.vn/baiviet/nguyen-ly-va-su-dung-nguon-xung-hay-bo-bien-doinguon-dc-dc.html [9] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S231471721730017X [10] http://genk.vn/day-la-thu-se-cuu-roi-nhan-loai-luoi-dien-microgrid-vua-xanhsach-on-dinh-lai-vua-hoi-phuc-nhanh-chong-20180110104511306.chn [11] https://vi.scribd.com/doc/111341644/Ph%C6%B0%C6%A1ng-phap%C4%91i%E1%BB%81u-khi%E1%BB%83n-MPPT [12] https://automationforum.in/t/microgrid-basics-structure-advantagesdisadvantages/4390 Trang 51 an Đồ án Tốt nghiệp PHỤ LỤC Code MPPT #define fs 30 #define Ns 600 int duty=300, R = 0; // cai dat gia tri rong xung ban dau signed int denta = 20; int Ii = A5; int Vi = A3; int dem=0; float Vi1=0,Vi2=0,dV=0,dP=0,P1=0,P2=0,dh=0; float current=0; float voltage_in=0; float power=0; void setup() { TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; //reset ghi 1A, 1B DDRB |= (1