(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu bộ chuyển đổi năng lượng từ pin mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TẤN NGUYỆN NGHIÊN CỨU BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG TỪ PIN MẶT TRỜI NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, năm 2013 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRẦN TẤN NGUYỆN NGHIÊN CỨU BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG TỪ PIN MẶT TRỜI NGÀNH: TB MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 601401 Hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG VIỆT ANH Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Trần Tấn Nguyện Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/10/1986 Nơi sinh: Quảng Ngãi Quê quán: Đức Nhuận - Mộ Đức – Quãng Ngãi Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: km32, QL51, Long Phước, Long Thành, Đồng Nai Điện thoại quan: 0986.687.895 Điện thoại nhà riêng: Fax: tannguyen.dkc@gmail.com E-mail: II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ …… Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 9/2005 đến 9/ 2010 Nơi học (trường, thành phố): TP Hồ Chí Minh Ngành học: Điện khí hóa cung cấp điện Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế cung cấp điện cho cao ốc COFICO Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 1/2010 trường ĐH SP KT TP.HCM Người hướng dẫn: TS Võ Viết Cường i Luan van III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian 3/2010-3/2011 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Cty TNHH XD Cơ Điện Đất Phan Giám sát M&E Trường CĐN Đồng Nai Giáo viện Trường ĐH SPKT TP.HCM Học viên Trường ĐH SPKT TP.HCM Học viên Trường ĐH SPKT TP.HCM Học viên Trường CĐN Lilama2 Giáo viên 3/2011-7/2011 7/2011-4/2012 4/2012 đến i Luan van LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2013 (Ký tên ghi rõ họ tên) Trần Tấn Nguyện ii Luan van LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp đánh dấu việc hoàn thành gần hai năm cố gắng học tập nghiên cứu luận văn đánh dấu cuối q trình học cao học Để có thành hôm nay, em xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn Nhà trường, Thầy Cơ, Gia đình bạn bè, người ln cố gắng tạo điều kiện để em có kết tốt học tập Riêng luận văn này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy Trương Việt Anh giáo viên giảng dạy hướng dẫn Thầy tận tình giảng dạy bảo hướng dẫn cho em, tạo điều kiện thuận lợi giúp em vượt qua nhiều trở ngại suốt trình nghiên cứu Em xin chân thành cảm ơn thầy! Cuối cùng, xin cảm ơn tất bạn, người đồng hành em suốt khoá học trình thực chuyên đề Học viên thực thực Trần Nguyện iii Luan van TÓM TẮT Trong điều kiện thay đổi môi trường, làm cho đặc tuyến PV pin mặt trời thay đổi Có nhiều chuyển đổi lượng đề xuất từ nghiên cứu tác giả khác bao gồm giải thuật tìm điểm MPP Nhưng có tác giả xét đặc tuyến PV điều kiện bị bóng che xạ Luận văn tập trung nghiên cứu cải thiện chuyển đổi cánh đồng pin mặt trời bị bóng che Luận văn trình bày phương pháp tìm điểm cực đại pin mặt trời cấu hình chuyển đổi NL cho hệ thống cánh đồng pin mặt trời xét điều khiện bị bóng che Cấu hình chuyển đổi NL đề xuất chia cánh đồng pin thành nhiều phần tử pin nhỏ, phần tử pin, phần từ trang bị DC/DC riêng, ghép song song lại với bus voltage Bộ MPPT dò từ đến 100%, trình dị lưu lại điểm có cơng suất lớn nhất, dị xong xuất điểm có cơng suất lớn làm việc Kết mô thực nghiệm cho thấy cấu hình truyền cơng suất lưới lớn so với cấu hình chuyển đổi NL dùng chung cho cánh đồng pin Giải thuật MPPT khắc phục nhược điểm dò sai điểm cực trị địa phương cánh đồng pin bị bóng che iv Luan van ABSTRACT In the changing conditions of the environment, PV characteristics of solar are changed Energy converters has been proposed from studies of different authors including algorithm maximum power point tracking But few authors consider the PV characteristics under partially shaded insolation conditions This thesis focus research and improve energy converters for solar fields under partially shaded insolation conditions This thesis presents the algorithm to maximum power point tracking and energy converter configuation for solar fields under partially shaded insolation conditions Solar fields are divided into several small elements for Energy converter configuation that is proposed, each element is a solar panel, each of which is equipped with a saperated DC/DC, and is installed together on the bus voltage parallelly The MPPT set tracks from to 100%, in the tracking process, it will save the maximum power point, when completing the track process, the maximum power point will be output for working Simulation and experimental results shows that this configuration transmits output power that is larger than configuration of energy converter used for whole the fields MPPT algorithm can overcome disadvantages of error detecting at the local maximum power point when solar fields is under shaded insolation conditions iv Luan van MỤC LỤC Trang tựa Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Lý lịch khoa học Lời cam đoan Cảm tạ Tóm tắt Abstract Mục lục Danh sách chữ viết tắt Danh sách hình Danh sách bảng Chƣơng TỔNG QUAN TRANG i ii iii iv iv v vi vii viii 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu chƣơng CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Mơ hình pin mặt trời 2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC 11 2.2.1 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter 11 2.2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC buck converter 14 2.3 Điểm làm việc cực đại Pin mặt trời 17 2.4 Các phương pháp tìm điểm cực đại pin mặt trời phổ biến 20 2.4.1 Phương pháp điện áp số 20 2.4.2 Phương pháp P&O (Perturb and Observe) 22 2.4.3 Phương pháp INC (Incremental Conductance) 23 2.5 Pin mặt trời bị ảnh bóng che 25 v Luan van Chƣơng ĐỀ XUẤT BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƢỢNG ĐÁP ỨNG CÁC ĐIỀU KIỆN THAY ĐỔI 3.1 Xây dựng cấu hình chung cho chuyển đổi lượng 29 3.2 Giải thuật đề xuất cho việc tìm điểm cực đại cho pin mặt trời bị bóng 31 3.2.1 Cấu hình DC/DC cho tồn hệ thống cánh đồng pin (cấu hình 1) 31 3.2.2 Cấu hình DC/DC cho pin (cấu hình 2) 3.3 Xây dựng mơ hình mơ giải thuật 32 33 3.3.1 Mơ hình Pin mặt trời 33 3.3.2 Cấu hình chuyển đổi NL cho cánh đồng pin mặt trời đề xuất 37 3.3.3 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter 39 Chƣơng KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 4.1 Mơ hình mơ 43 4.1.1 Mơ hình hệ thống mơ cấu hình 43 4.1.2 Mơ hình hệ thống mơ cấu hình 46 4.2 Kết mơ 47 Chƣơng KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Mơ hình thực nghiệm 56 5.2 Kết thực nghiệm 66 chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 6.1 Kết luận 70 6.2 Hướng phát triển đề tài 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 v Luan van Chương Lưu đồ chương trình chính: BEGIN KHỞI TẠO LCD, RS232-PC, KHỞI TẠO BỘ ĐIỀU RỘNG XUNG ĐỌC ĐIỆN ÁP HIỆN THỊ LCD VÀ TRUYỀN VỀ MÁY TÍNH ĐỌC DỊNG ĐIỆN HIỆN THỊ LCD VÀ TRUYỀN VỀ MÁY TÍNH TÍNH TỐN CƠNG SUẤT DELAY (THỜI GIAN LẤY MẪU) GIẢI THUẬT MPPT LƯU GIÁ TRỊ CÔNG SUẤT CẬP NHẬT ĐỘ RỘNG XUNG END Hình 5.9 Lưu đồ chương trình Chương trình vi xử lý PIC16F887 61 Luan van Chương while(1) { write_command(0x80); write_data('U');//1 write_data('(');//2 write_data('V');//3 write_data(')');//4 write_data(' ');//5 write_data(' ');//6 write_data('I');//7 write_data('(');//8 write_data('m');//9 write_data('A');//10 write_data(')');//11 write_data(' '); write_data('P');//13 write_data('(');//14 write_data('W');//15 write_data(')');//16 write_command(0xc0); ADC_volt(); ADC_volt_out(); ADC_amper(); congsuat (); giai_thuat (); } } void ADC_volt(void) { 62 Luan van Chương setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN0); set_adc_channel(0); for (a=0;a < chongnhieu_ap;a++) { tmp_v = read_adc(); volt=(5000*tmp_v)/256; b = volt; c = c + b; } c = c/chongnhieu_ap; c = c*10; c = c/100; volt = c; V1=c; } void ADC_amper(void) { setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN2); set_adc_channel(2); for (e=0;e < chongnhieu_dong;e++) { tmp_i = read_adc(); amper =(5000*tmp_i)/256; f = amper; g = g + f; } 63 Luan van Chương g = g/chongnhieu_dong; g = g*100; g = g/15; amper = g; } void congsuat(void) { c_s = V1*g; c_s = c_s/100; c_s = c_s/10; P1 = c_s; } void giai_thuat(void) { timer = timer + 1; duty = duty + 1; if (timer Pmpp) { Pmpp = P2; Vmpp = V1; Dmpp = duty; } } if (timer > 220) { duty = Dmpp; 64 Luan van Chương } trunggian_tren = Pmpp*12; trunggian_tren = trunggian_tren/10; can_tren = trunggian_tren; trunggian_duoi = Pmpp*8; trunggian_duoi = trunggian_duoi/10; can_duoi = trunggian_duoi; if (timer > 300) { if (P1>=can_tren) { timer = 30; duty = 30; Dmpp = 0; Pmpp = 0; Vmpp = 0; } if (P1