(Luận văn thạc sĩ hcmute) xây dựng cấu hình hệ thống điện cho hệ thống bơm nước bằng pin quang điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM TIẾN THUẬT XÂY DỰNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG ÐIỆN CHO HỆ THỐNG BƠM NƯỚC BẰNG PIN QUANG ÐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN- 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM TIẾN THUẬT XÂY DỰNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN CHO HỆ THỐNG BƠM NƢỚC BẰNG PIN QUANG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM TIẾN THUẬT XÂY DỰNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN CHO HỆ THỐNG BƠM NƢỚC BẰNG PIN QUANG ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN- 60520202 Hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS TRƢƠNG VIỆT ANH Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 Luan van Luan van Luan van PGS.TS Trƣơng Việt Anh Luan van Luan van Luan van Luan van Luan van Hình 39 Điểm làm việc pin Với thí nghiệm này, trạng thái hoạt động hệ thống tƣơng tự nhƣ xạ giảm từ 900W/m2 450W/m2 Thời gian động bị ngắt 3,5s sau giảm xạ thời gian xác lập sau 4s Công suất đỉnh công suất thực nghiệm MPPT lần lƣợt 9W 8,95W Hiệu suất dò đạt đƣợc 99,4% Cơng suất phía trƣớc phía sau tăng áp 8,9W(14,96V – 0,6A) 7,54W (32,8V – 0,23A) hiệu suất tổng trình biến đổi so với cơng suất lý thuyết 83,8% Vì có động nên th a điều kiện cơng suất bơm tối đa ứng với công suất Trang 70 Luan van CHƢƠNG 5.1 ẾT LUẬN Các kết đạt đƣợc qua luận văn Qua trình thực luận văn, số vấn đề thực đƣợc nhƣ sau: − Tìm hiểu đƣợc ứng dụng pin mặt trời cấp nguồn cho hệ thống bơm nƣớc Tình hình áp dụng thực tế giới sản phẩm nƣớc nhƣ hƣớng phát triển hệ thống Nắm đƣợc sơ đồ tổng quan chung cấu hình ứng dụng bơm nƣớc dùng pin mặt trời − Tìm hiểu cấu hình mạch điện tử cơng suất, xây dựng đƣợc mơ hình mơ ph ng phần mềm PSIM − Luận văn đề xuất giải pháp tận dụng tối đa nguồn lƣợng từ pin quang điện độc lập đến với khu vực có khó khăn vị trí địa lý Mang lại lợi ích cho hộ dân giảm giá thành cung cấp điện lƣới tới khu vực − Tìm hiểu giải thuật dị tìm điểm cơng suất cực đại hệ thống pin quang điện Từ đó, tác giả đề xuất giải thuật dị điểm cơng suất cực đại dựa giải thuật P&O − Biết đƣợc xu hƣớng sử dụng lƣợng mặt trời giới nhƣ nƣớc Từ đề xuất phƣơng pháp sử dụng lƣợng điện hiệu tiết kiệm − Hiểu đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động biến đổi DC/DC hệ thống pin quang điện − Đã thi cơng hồn thành mơ hình thực nghiệm Qua đánh giá, kiểm chứng đƣợc tính hiệu hệ thống bơm nƣớc pin lƣợng mặt trời qua điều kiện làm việc khác 5.2 Các tồn thiếu sót luận văn Tuy hồn thành nhƣng q trình thực luận văn tránh kh i thiếu sót cần khắc phục thời gian tiếp theo, cụ thể điểm cịn tồn là: Trang 71 Luan van − Chƣa khảo sát đƣợc tất trƣờng hợp làm việc thực nghiệm hệ thống bơm nƣớc lƣợng mặt trời − Mơ hình thử nghiệm với công suất nh − Trong cấu hình hệ thống khơng có nói đến vấn đề bảo vệ mạch kh i tải, áp áp Việc cƣờng độ mặt trời tra bảng số liệu trung bình tính tốn với nhiệt độ cố định Nhƣng thực tế cƣờng độ chiếu sáng thay đổi liên tục cƣờng độ nhƣ nhiệt độ bị mây che, thời tiết thay đổi nắng mƣa… 5.3 Hƣớng phát triển luận văn Từ phân tích ƣu nhƣợc điểm nhƣ trên, luận văn đề xuất hƣớng phát triển để hệ thống bơm nƣớc dùng lƣợng mặt trời trở nên hiệu qua nghiên cứu phát triển luận văn Các đề xuất bao gồm: − Các liệu thu nhận đƣợc qua luận văn cịn q để đánh giá toàn kết đạt đƣợc phƣơng pháp đƣợc đề xuất − Cần thiết kế thi công mơ hình phần cứng hồn chỉnh để đƣa vào vận hành thực tế − Thiết lập phần mềm tính tốn để đề nhu cầu lƣu lƣợng độ cao bơm ta lựa chọn đƣợc cấu hình hệ thống Trang 72 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tey, K S., & Mekhilef, S (2014) Modified incremental conductance algorithm for photovoltaic system under partial shading conditions and load variation IEEE Transactions on Industrial Electronics, 61(10), 5384-5392 [2] Faraji, R., Rouholamini, A., Naji, H R., Fadaeinedjad, R., & Chavoshian, M R (2014) FPGA-based real time incremental conductance maximum power point tracking controller for photovoltaic systems IET Power Electronics, 7(5), 1294-1304 [3] Mei, Q., Shan, M., Liu, L., & Guerrero, J M (2011) A novel improved variable step-size incremental-resistance MPPT method for PV systems IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(6), 2427-2434 [4] Zakzouk, N E., Elsaharty, M A., Abdelsalam, A K., Helal, A A., & Williams, B W (2016) Improved performance low-cost incremental conductance PV MPPT technique IET Renewable Power Generation, 10(4), 561-574 [5] Sundareswaran, K., Vigneshkumar, V., Simon, S P., & Nayak, P S R (2016, December) Gravitational search algorithm combined with P&O method for MPPT in PV systems In India Conference (INDICON), 2016 IEEE Annual (pp 1-5) IEEE [6] Tovar-Olvera, V M., Loredo-Flores, A., & Bárcenas, E (2016, November) Improved P&O algorithm for distributed MPPT PV configurations In Power, Electronics and Computing (ROPEC), 2016 IEEE International Autumn Meeting on (pp 1-6) IEEE [7] Sera, D., Mathe, L., Kerekes, T., Spataru, S V., & Teodorescu, R (2013) On the perturb-and-observe and incremental conductance MPPT methods for PV systems IEEE journal of photovoltaics, 3(3), 1070-1078 [8] Rezkallah, M., Sharma, S K., Chandra, A., Singh, B., & Rousse, D R (2017) Lyapunov Function and Sliding Mode Control Approach for the Solar-PV Trang 73 Luan van Grid Interface System IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64(1), 785-795 [9] Sonti, V., Jain, S., & Bhattacharya, S (2017) Analysis of the Modulation Strategy for the Minimization of the Leakage Current in the PV GridConnected Cascaded Multilevel Inverter IEEE Transactions on Power Electronics, 32(2), 1156-1169 [10] Xiao, H F., Lan, K., & Zhang, L (2015) A quasi-unipolar SPWM full-bridge transformerless PV grid-connected inverter with constant common-mode voltage IEEE Transactions on Power Electronics, 30(6), 3122-3132 [11] Wandhare, R G., & Agarwal, V (2014) Reactive power capacity enhancement of a PV-grid system to increase PV penetration level in smart grid scenario IEEE Transactions on Smart Grid, 5(4), 1845-1854 [12] Wandhare, R G., & Agarwal, V (2014) Novel stability enhancing control strategy for centralized PV-grid systems for smart grid applications IEEE Transactions on Smart Grid, 5(3), 1389-1396 [13] von Appen, J., Stetz, T., Braun, M., & Schmiegel, A (2014) Local voltage control strategies for PV storage systems in distribution grids IEEE Transactions on Smart Grid, 5(2), 1002-1009 [14] Barater, D., Buticchi, G., Crinto, A S., Franceschini, G., & Lorenzani, E (2012) Unipolar PWM strategy for transformerless PV grid-connected converters IEEE Transactions on Energy Conversion, 27(4), 835-843 [15] Buticchi, G., Barater, D., Lorenzani, E., & Franceschini, G (2012) Digital control of actual grid-connected converters for ground leakage current reduction in PV transformerless systems IEEE Transactions on Industrial Informatics, 8(3), 563-572 [16] Luna, A C., Aldana, N L D., Graells, M., Vasquez, J C., & Guerrero, J M (2016) Mixed-Integer-Linear-Programming based Energy Management System for Hybrid PV-wind-battery Microgrids: Modeling, Design and Experimental Verification IEEE Transactions on Power Electronics Trang 74 Luan van [17] Singh, S., & Kaushik, S C (2016) Optimal sizing of grid integrated hybrid PV-biomass energy system using artificial bee colony algorithm IET Renewable Power Generation, 10(5), 642-650 [18] Sekhar, P C., & Mishra, S (2016) Storage free smart energy management for frequency control in a diesel-PV-fuel cell-based hybrid AC microgrid IEEE transactions on neural networks and learning systems, 27(8), 1657-1671 [19] Lee, S H., Cha, W J., Kwon, J M., & Kwon, B H (2016) Control Strategy of Flyback Microinverter With Hybrid Mode for PV AC Modules IEEE Transactions on Industrial Electronics, 63(2), 995-1002 [20] Singaravel, M R., & Daniel, S A (2015) MPPT with single DC–DC converter and inverter for grid-connected hybrid wind-driven PMSG–PV system IEEE Transactions on Industrial Electronics, 62(8), 4849-4857 [21] Tummuru, N R., Mishra, M K., & Srinivas, S (2015) Dynamic energy management of hybrid energy storage system with high-gain PV converter IEEE Transactions on Energy Conversion, 30(1), 150-160 [22] Wang, G., Ciobotaru, M., & Agelidis, V G (2014) Power smoothing of large solar PV plant using hybrid energy storage IEEE Transactions on Sustainable Energy, 5(3), 834-842 [23] Bộ Giáo Dục Đào Tạo Sách giáo khoa vật lý 12 Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam [24] Al-Karaghouli A, Al-Sabounchi AM A PV pumping system Applied Energy 2000;65:231–8 [25] Firatoglu ZA, Yesilata B New approaches on the optimization of directly coupled PV pumping systems Solar Energy 2004; 77:81–93 [26] Fiaschi D, Graniglia R, Manfrida G Improving the effectiveness of solar pumping systems by using modular centrifugal pumps with variable rotational speed Solar Energy 2005; 79:234–44 Trang 75 Luan van [27] Odeh I, Yohanis OYG, Norton B Influence of pumping head, insolation and PV array size on PV water pumping system performance Solar Energy 2006;80:51–64 [28] Diarra DC Solar photovoltaic in Mali: potential and constraints Energy Conversion and Management 2002; 43:151–63 [29] Hamidat A, Benyoucef B, Hartani T Small-scale irrigation with photovoltaic water pumping system in Sahara regions Renewable Energy 2003;28:1081– 96 [30] Mahmoud E, El Nather H Renewable energy and sustainable developments in Egypt: photovoltaic water pumping in remote areas Energy 2003; 74:141–7 Trang 76 Luan van PHỤ LỤC #define A #define B #define Vref 50 #define fs 200 #define dlt 2500 //Gia tri gioi han rong xung #define min_duty 60 #define max_duty 290 //khai bao bien short int n = 0; signed int duty_off = 200, duty_max = 0; signed int denta = 10; int i=0, xl=0; long Vdi=0, Id=0, Vdo=0; float Vi1=0, Vi2=0, I1=0, I2=0, Vo=0; float P1=0, P2=0, dV=0, dP=0, dh=0, Pm=0; //doc gia tri dong dien va dien ap void sense() { Vdi = Vdo = Id = 0; for(i = 0; i0) { if (P2>Pm) { duty_max=duty_off; Pm=P2; } } //Chua co diem cuc dai if (xl 10) denta = 10; else if (denta < -10) denta = -10; duty_off += denta; } Trang 78 Luan van //Da co diem cuc dai else { if (abs(dP)>3) { denta = int(abs(dh/6)); if (dP>=0) duty_off = duty_max - denta; else duty_off = duty_max + denta*2; Pm=xl=0; } else if(abs(dP)>2) { if (xl>0) xl ; } else duty_off = duty_max; } if(duty_off > max_duty) duty_off = max_duty; else if(duty_off < min_duty) duty_off = min_duty; OCR1B = duty_off; } //DK Quat void Quat() { if (Vo > 1.1*Vref) { if (n1) { n ; digitalWrite(B, LOW); } else if (n > 0) { n ; digitalWrite(A, LOW); } xl=0; delay(dlt); } } } Trang 80 Luan van //Chuong trinh chinh void setup() { //Thiet ngo dieu khien pinMode(A, OUTPUT); pinMode(B, OUTPUT); digitalWrite(A, LOW); digitalWrite(B, LOW); //Khoi tao timer1 xuat xung PWM TCCR1A = 0; TCCR1B = 0; //reset ghi 1A, 1B DDR |= (1