i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ THOAN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI 3 PHA Ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóa M[.]
i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG PHẠM THỊ THOAN NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI PHA Ngành: kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LẠI KHẮC LÃI Thái Nguyên - 2020 ii MỤC LỤC MỤC LỤC i LỜI CAM ĐOAN v LỜI CẢM ƠN vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG .ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ x MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Bố cục luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 1.1 Bộ biến đổi chiều- chiều(DC-DC) 1.1.1 Chức biến đổi DC-DC 1.1.2 Bộ biến đổi DC-DC không cách li 1.1.2.1 Mạch Buck 1.1.2.1 Mạch Boost 1.1.2.3 Mạch Buck – Boost 1.1.2.4 Mạch Cuk 1.1.3 Bộ biến đổi DC- DC có cách ly 1.1.4 Điều khiển biến đổi DC-DC 10 1.1.4.1 Mạch vòng điều khiển điện áp 10 1.1.4.2 Mạch vòng điều khiển dòng điện 11 1.2 BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU SANG XOAY CHIỀU DC-AC (Inverter) 11 1.2.1 Biến đổi chiều sang hệ thống xoay chiều pha 11 1.2.2 Biến đổi chiều sang hệ thống xoay chiều ba pha 12 1.3 Các phép chuyển đổi 14 1.3.1 Các hệ trục tọa độ 14 1.3.1.1 Hệ trục tọa độ tự nhiên 14 1.3.1.2 Hệ trục tọa độ cố định αβ 16 1.3.1.3 Hệ trục tọa độ quay dq 17 1.3.2 Các phép chuyển đổi 17 iii 1.3.2.1 Biến đổi hệ thống ba pha sang pha 17 1.3.2.2 Chuyển đổi hệ thống pha sang hai pha 19 1.4 Điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) 21 1.4.1 Điều chế độ rộng xung dựa sóng mang (CB-PWM) 21 1.4.2 Điều chế véc tơ không gian (SVM) 22 1.5 Điều khiển chuyển đổi DC-AC 23 1.5.1 Bộ điều khiển PI 24 1.5.2 Bộ điều khiển cộng hƣởng tỉ lệ (PR - Proportional Resonant) 24 1.5.3 Bộ điều khiển phản hồi trạng thái 25 1.6 Vấn đề hòa nguồn điện với lƣới 26 1.6.1 Các điều kiện hòa đồng 26 1.6.1.1 Điều kiện tần số 26 1.6.1.2 Điều kiện điện áp 26 1.6.1.3 Điều kiện pha 27 1.6.2 Đồng vị pha hai hệ thống lƣới 27 1.7 Kết luận chƣơng 28 CHƢƠNG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 29 2.1 Năng lƣợng mặt trời 29 2.1.1 Cấu trúc mặt trời 29 2.1.2 Năng lƣợng mặt trời 30 2.1.3 Phổ xạ mặt trời 31 2.1.4 Đặc điểm xạ mặt trời bề mặt trái đất 33 2.1.4.1 Phổ xạ mặt trời 33 2.1.4.2 Sự giảm lƣợng mặt trời phụ thuộc vào độ dài đƣờng tia sáng qua lớp khí (air mass) 36 2.1.4.3 Cƣờng độ xạ mặt trời biến đổi theo thời gian 37 2.1.4.4 Cƣờng độ xạ mặt trời biến đổi theo không gian 37 2.2 Khai thác, sử dụng trực tiếp lƣợng mặt trời 38 2.2.1 Thiết bị sấy khô dùng NLMT 39 2.2.2 Thiết bị chƣng cất nƣớc sử dụng NLMT 39 2.2.3 Động stirling chạy NLMT 40 2.2.4 Bếp nấu dùng NLMT 40 2.2.5 Thiết bị đun nƣớc nóng lƣợng mặt trời 41 2.2.6 Thiết bị làm lạnh điều hịa khơng khí dùng NLMT 42 2.2.7 Nhà máy nhiệt điện sử dụng lƣợng mặt trời 43 iv 2.3 PIN mặt trời 43 2.3.1 Khái niệm 43 2.3.2 Mơ hình tốn đặc tính làm việc pin mặt trời 44 2.4 Hệ thống điện mặt trời 46 2.4.1 Ý nghĩa hệ thống điện mặt trời 46 2.4.2 Hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập 48 2.4.3 Hệ thống điện mặt trời nối lƣới 49 2.4.3.1 Sơ đồ khối hệ thống 49 2.4.3.2 Điều khiển hệ thống điện mặt trời nối lƣới 49 2.5 Kết luận chƣơng 50 CHƢƠNG ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI PHA 51 3.1 Giới thiệu 51 3.2 Cấu trúc hệ thống điện mặt trời pha nối lƣới 51 3.2.1 Sơ đồ khối 51 3.2.2 Xây dựng mơ hình tốn học khối chức 52 3.2.2.1 Mơ hình tốn máy phát quang điện (Photovoltaic Generator - PVG) 52 3.2.2.2 Mơ hình toán học chuyển đổi DC/DC 53 3.2.2.3 Mơ hình tốn Bus chiều (DC Bus) 54 3.2.2.4 Mơ hình nghịch lƣu nối lƣới pha (Inverter) 54 3.2.2.5 Mơ hình lƣới (Grid) 55 3.3 Điều khiển theo dõi điểm làm việc có cơng suất cực đại 55 3.4 Điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng cho biến tần pha nối lƣới57 3.4.1 Nguyên tắc điều khiển công suất 57 3.4.2 Công suất pha hệ qui chiếu khác 58 3.4.3 Sơ đồ điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng 59 3.5 Mô hệ thống điện mặt trời nối lƣới pha 61 3.5.1 Sơ đồ số liệu kịch mô 61 3.5.2 Kết mô 62 3.5.3 Nhận xét 66 3.6 KẾT LUẬN CHƢƠNG 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 Kết luận: 68 Kiến nghị: 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 v LỜI CAM ĐOAN Tên là: Phạm Thị Thoan Sinh ngày 01 tháng 09 năm 1984 Học viên lớp cao học CĐK17A - Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Trƣờng Đại học Cơng nghệ thơng tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên Hiện công tác Khoa Điện tử, Tin học- Trƣờng Cao đẳng Cơ điện Xây dựng Bắc Ninh Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Nghiên cứu điều khiển công suất hệ thống điện mặt trời nối lƣới pha” PGS.TS Lại Khắc Lãi hƣớng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Các số liệu, kết luận văn hoàn toàn trung thực chƣa công bố cơng trình khác Nếu sai tơi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Bắc Ninh, Ngày tháng năm 2020 Tác giả luận văn Phạm Thị Thoan vi LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, đƣợc động viên, giúp đỡ hƣớng dẫn tận tình thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn với đề tài “Nghiên cứu điều khiển công suất hệ thống điện mặt trời nối lƣới pha” hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hƣớng dẫn PGS TS Lại Khắc Lãi tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Phòng quản lý đào tạo sau đại học, thầy giáo, cô giáo Khoa Kỹ thuật điều khiển tự động hóa- Trƣờng Đại học Cơng nghệ thơng tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên giúp đỡ tác giả suốt trình học tập nhƣ q trình nghiên cứu đề tài Tồn thể đồng nghiệp, bạn bè, gia đình ngƣời thân quan tâm, động viên, giúp đỡ tác giả suốt q trình học tập hồn thành luận văn Bắc Ninh, Ngày tháng năm 2020 Tác giả luận văn Phạm Thị Thoan vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu NLMT PMT Pin mặt trời BĐK Bộ điều khiển BBĐ Bộ biến đổi DC-DC Bộ biến đổi chiều- chiểu DC-AC Bộ biến đổi chiều- xoay chiều PV MPPT Maximum Power Point Tracking PWM Pules- With- Modulation 10 CB- PWM Carrier Based Pulse With 11 ZSS Zero sequence signal 12 SVM Space vector Modulation 13 CC Current Control 14 VC Voltage Control 15 VSI Voltage Source Inverter 16 IN Cƣờng độ xạ mặt trời (w/m2) 17 UPV, IPV 18 Igc 19 I0 Dịng bão hịa (A) 20 q Điện tích điện tử; q= 1,6.10-19 (C) 21 K Hằng số Boltzman (J/K) 22 TC Nhiệt độ làm việc tế bào quang điện (0K) 23 ID, UD 24 ISC 25 UOC 26 G Chú thích Năng lƣợng mặt trời Tế bào quang điện Điện áp dòng điện dàn pin mặt trời Dòng quang điện (A) Dòng điện (A), điện áp diode (V) (Short circuit current): Dòng điện ngắn mạch PV Điện áp hở mạch Pin mặt trời Bức xạ mặt trời (Kw/m2) viii 27 D 28 Ton 29 T 30 fDC 31 IL1, IL2 32 UC1, UC2 33 tK 34 PLL Hệ số làm việc Thời gian khóa K mở Chu kỳ làm việc khóa Tần số đóng cắt Dịng điện cuộn cảm L1, L2 Điện áp tụ C1, C2 Thời điểm lấy mẫu Vịng khóa pha ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Bảng 2.1 Phân bố phổ xạ mặt trời theo bƣớc sóng Bảng 2.2 Màu sắc bƣớc sóng ánh sáng mặt trời Trang x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck Hình 2: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost Hình 3: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost Hình 4: Sơ đồ biến đổi Cuk Hình 5: Sơ đồ mạch Cuk khóa SW mở thơng dịng Hình 6: Sơ đồ mạch Cuk khóa SW đóng Hình 7: Bộ chuyển đổi DC- DC có cách ly 10 Hình 8: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển điện áp 11 Hình 9: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện 11 Hình 10: Sơ đồ mạch nghịch lƣu áp cầu pha đồ thị 12 Hình 11: Sơ đồ mạch nghịch lƣu pha 13 Hình 12: Sơ đồ dẫn transistor điện áp pha 14 Hình 13: Chuyển đổi từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ 18 Hình 14: Chuyển đổi từ hệ qui chiếu αβ sang hệ qui chiếu dq 19 Hình 15: Cấu trúc SOGI 20 Hình 16: Điều chế độ rộng xung dựa sóng mang hình sin 22 Hình 17: Biểu diễn véc tơ không gian điện áp 22 Hình 1: Cấu trúc mặt trời 30 Hình 2: Thang sóng điện từ xạ mặt trời 31 Hình 3: Định nghĩa vĩ tuyến (a) kinh tuyến (b) 33 Hình 4: Phổ xạ mặt trời bên ngồi bầu khí 34 Hình 5: Định nghĩa cách xác định air mass 37 Hình 6: Thiết bị sấy thực phẩm dùng NLMT 39 Hình 7: Thiết bị chƣng cất nƣớc dùng NLMT 39 Hình 8: Động stirling chạy NLMT 40 Hình 9: Bếp nấu dùng NLMT 41 Hình 10: Bình nƣớc nóng Thái Dƣơng Năng 41 Hình 11: Thiết bị làm lạnh điều hịa khơng khí dùng NLMT 42 Hình 12: Nhà máy sử dụng Năng lƣợng mặt trời 43 xi Hình 13: Mạch tƣơng đƣơng modul PV 44 Hình 14: Quan hệ I(U) P(U) PV 45 Hình 15: Họ đặc tính PV 46 Hình 16: Sơ đồ khối tổng quát hệ nguồn điện chiều 49 Hình 17: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lƣới 49 Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống PV nối lƣới điện pha …………………………….52 Hình 2: Mạch điện tƣơng đƣơng modul PV 53 Hình 3: Quan hệ I-V PV ứng với cƣờng độ xạ ánh sáng khác 53 Hình 4: Quan hệ I-V PV ứng với nhiệt độ làm việc khác 53 Hình 5: Sơ đồ nghịch lƣu pha 54 Hình 6: Sơ đồ tƣơng đƣơng thevenin lƣới pha 55 Hình 7: Lƣu đồ thuật tốn nhiễu loạn quan sát (P&O) 56 Hình 10: Vòng điều khiển dòng điện 59 Hình 11: Bộ điều khiển công suất 60 Hình 12: Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển công suất biến tần pha nối lƣới 60 Hình 13: Sơ đồ mơ điều khiển công suất hệ thống ĐMT nối lƣới 62 Hình 14: Điện áp dịng điện PV 63 Hình 15: Điện áp DC link 64 Hình 16 Sự thay đổi sector theo góc pha 64 Hình 17: Điện áp dịng điện pha A đầu Inveter 64 Hình 18: Điện áp dịng điện pha đầu inveter 65 Hình 19: hệ thống điện mặt trời bơm vào lƣới điện 65 Hình 20: Điện áp pha lƣới góc pha PLL 66 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, nguồn lƣợng trái đất nhƣ dầu mỏ, than đá… dần cạn kiệt, khơng cịn để khai thác đƣợc Ngoài ra, nguồn lƣợng ngun nhân gây nhiễm khơng khí làm ảnh hƣởng đến đời sống ngƣời Trong đó, nguồn lƣợng tái tạo dồi dào, có khả thay nguồn lƣợng hóa thạch, giảm thiểu tác động tới mơi trƣờng Vì vậy, tập trung nghiên cứu ứng dụng lƣợng tái tạo hƣớng lƣợng công nghiệp, thời đại ngày vấn đề tiết kiệm lƣợng đặt lên hàng đầu Việc khai thác lƣợng tái tạo có ý nghĩa quan trọng kinh tế, xã hội, an ninh lƣợng phát triển bền vững Năng lƣợng mặt trời nguồn lƣợng tái tạo quan trọng mà thiên nhiên ban tặng cho hành tinh Đồng thời, nguồn gốc nguồn lƣợng tái tạo khác nhƣ lƣợng gió, lƣợng sinh khối, lƣợng dịng sơng,…Đó loại hình lƣợng có khả áp dụng khu vực đô thị vùng mà điện lƣới không vƣơn đến đƣợc (vùng núi, vùng hải đảo hay cơng trình ngồi khơi, …) Năng lƣợng mặt trời nói vơ tận, để khai thác, sử dụng nguồn lƣợng cần phải biết đặc trƣng tính chất nó, đặc biệt tới bề mặt đất Ở Việt Nam, lƣợng mặt trời có tiềm lớn, với lƣợng xạ trung bình 5kw/m²/ngày với khoảng 2000 nắng/năm Một số liệu Trung tâm Thông tin Khoa học Công nghệ Quốc gia cho biết năm 2008 Việt Nam có khoảng 60 hệ thống đun nƣớc nóng lƣợng mặt trời cho tập thể 5.000 hệ thống cho gia đình Trên tổng thể, điện mặt trời chiếm 0,009% tổng lƣợng điện tồn quốc Mặc dù, có sách khuyến khích, nhƣng nhiều lý do, việc phát triển lƣợng mặt trời, vốn đòi hỏi đầu tƣ ban đầu lớn dạng lƣợng truyền thống nên việc sử dụng hạn chế Trong năm gần có nhiều nghiên cứu, ứng dụng nhằm sản xuất tích trữ lƣợng mặt trời, nhiên, việc sử dụng nguồn lƣợng này, chủ yếu dừng lại mức cục (tức khai thác sử dụng chỗ), lƣợng dƣ thừa chƣa hòa đƣợc lên lƣới điện quốc gia (bán trở lại cho lƣới điện thông qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện) Vì vậy, việc Nghiên cứu điều khiển công suất hệ thống điện mặt trời nối lƣới pha vấn đề cấp thiết Ý nghĩa khoa học thực tiễn Ý nghĩa khoa học Khi có ánh sáng mặt trời tạo lƣợng chiều (DC), Nguồn lƣợng chiều đƣợc chuyển đổi thành điện xoay chiều (AC) nghịch lƣu Bộ điều khiển có chức truyền lƣợng đến phụ tải để cung cấp điện cho thiết bị điện gia đình Đồng thời điện dƣ thừa đƣợc bán trở lại lƣới điện qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa đơn tiền điện Ý nghĩa thực tiễn Đề tài hoàn thành tài liệu quan trọng để thiết kế hoàn chỉnh hệ thống lƣới điện thông minh (Smart Grid System) Đem lại hiệu to lớn việc khai thác sử dụng hiệu nguồn lƣợng sạch; Ứng dụng nhà máy, xí nghiệp, khu dân cƣ sử dụng nguồn lƣợng mặt trời Q trình nghiên cứu góp phần tăng nguồn tƣ liệu phục vụ cho công tác học tập giảng dạy quan nơi học viên công tác Mục tiêu nghiên cứu Đề tài đặt mục tiêu “Nghiên cứu điều khiển cơng suất hệ thống điện mặt trời nối lưới pha’’ Các mục tiêu cụ thể: - Tổng quan biến đổi; - Vấn đề hòa nguồn điện với lƣới; - Hệ thống điện mặt trời; - Điều khiển công suất hệ thống điện mặt trời nối lƣới: + Mơ hình tốn học + Điều khiển theo dõi điểm làm việc có cơng suất cực đại + Điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng - Mô thực nghiệm Đối tƣợng nghiên cứu 3 Hệ thống điện mặt trời nối lƣới pha Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng thuật tốn điều khiển; - Mơ hình hóa, mơ để kiểm nghiệm đánh giá thuật toán đề xuất Bố cục luận văn Luận văn thực theo bố cục nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan lý thuyết sử dung đề tài Chƣơng 2: Hệ thống điện mặt trời Chƣơng 3: Điều khiển công suất hệ thống điện mặt trời nối lƣới pha Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo CHƢƠNG TỔNG QUAN LÝ THUYẾT SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 1.1 Bộ biến đổi chiều- chiều(DC-DC) 1.1.1 Chức biến đổi DC-DC Bộ biến đổi chiều chiều (Boot converter) có nhiệm vụ biến đổi điện áp chiều trị số phù hợp với điện áp chiều đặt vào nghịch lƣu (thƣờng 400V) Đồng thời thông qua Boost converter để thực điều khiển bám điểm công suất cực đại cho hệ thống Các biến đổi DC/DC đƣợc chia làm loại: Có cách ly loại không cách ly Loại cách ly sử dụng máy biến áp cao tần, chúng cách ly nguồn điện chiều đầu vào với nguồn chiều tăng hay giảm áp cách điều chỉnh hệ số biến áp Loại thƣờng đƣợc sử dụng cho nguồn cấp chiều sử dụng khoá điện tử cho hệ thống lai Loại DC/DC không cách ly không sử dụng máy biến áp cách ly Chúng đƣợc dùng điều khiển động chiều Các loại biến đổi DC/DC thƣờng dùng hệ PV gồm: Bộ giảm áp (buck) Bộ tăng áp (boost) Bộ biến đổi tăng - giảm áp Cuk Bộ giảm áp buck định đƣợc điểm làm việc có cơng suất tối ƣu điện áp vào vƣợt điện áp biến đổi, trƣờng hợp thực đƣợc cƣờng độ xạ ánh sáng xuống thấp Bộ tăng áp boost định điểm làm việc tối ƣu với cƣờng độ ánh sáng yếu Hệ thống làm việc với lƣới dùng Boost để tăng điện áp cấp cho tải trƣớc đƣa vào biến đổi DC/AC 1.1.2 Bộ biến đổi DC-DC không cách li 1.1.2.1 Mạch Buck Sơ đồ nguyên lý mạch buck đƣợc hình 1.1 Khóa K mạch khóa điện tử BJT, MOSFET, hay IGBT Mạch Buck có chức giảm điện áp đầu vào xuống thành điện áp nạp ắc quy Khóa transitor đƣợc đóng mở với tần số cao Hệ số làm việc D khóa đƣợc xác định theo cơng thức sau: = (1.1) Trong Ton thời gian khóa K mở, T chu kỳ làm việc khóa, fDC tần số đóng cắt Hình 1: Sơ đồ ngun lý mạch Buck Trong thời gian mở, khóa K thơng cho dòng qua, điện áp chiều đƣợc nạp vào tụ C2 cấp lƣợng cho tải qua cuộn kháng L Trong thời gian đóng, khóa K đóng lại khơng cho dịng qua nữa, lƣợng chiều từ đầu vào Tuy nhiên tải đƣợc cung cấp đầy đủ điện nhờ lƣợng lƣu cuộn kháng tụ điện Diode khép kín mạch Nhƣ cuộn kháng tụ điện có tác dụng lƣu giữ lƣợng thời gian ngắn để trì mạch khóa K đóng (1.2) Cơng thức (1.2) cho thấy điện áp điều khiển đƣợc cách điều khiển hệ số làm việc Hệ số làm việc đƣợc điều khiển cách phƣơng pháp điều chỉnh độ rộng xung thời gian mở ton Do đó, biến đổi đƣợc biết đến nhƣ điều chế xung PWM Bộ Buck có cấu trúc đơn giản nhất, dễ hiểu dễ thiết kế Bộ Buck thƣờng đƣợc dùng để nạp ắc quy nhƣng có nhƣợc điểm dịng vào khơng liên tục khóa điện tử đƣợc bố trí vị trí đầu vào, cần phải có lọc tốt Mạch Buck thích hợp sử dụng điện áp pin cao điện áp ắc quy Dịng cơng suất đƣợc điều khiển cách điều chỉnh chu kỳ đóng mở khóa điện tử Bộ Buck làm việc điểm MPP hầu hết điều kiện nhiệt độ, cƣờng độ xạ Nhƣng không làm việc xác điểm MPP xuống thấp ngƣỡng điện áp nạp ắc quy dƣới điều kiện nhiệt độ cao cƣờng độ xạ xuống thấp Vì để nâng cao hiệu làm việc, kết hợp Buck với thành phần tăng áp 1.1.2.1 Mạch Boost Sơ đồ nguyên lý mạch Boost nhƣ hình 1.2 Hình 2: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost Giống nhƣ Buck, hoạt động Boost đƣợc thực qua cuộn kháng L Chuyển mạch K đóng mở theo chu kỳ Khi K mở cho dòng qua (ton) cuộn kháng tích lƣợng, K đóng (toff) cuộn kháng giải phóng lƣợng qua Điốt tới tải (1.3) Mạch tăng điện áp võng phóng ắc quy lên để đáp ứng điện áp Khi khóa K mở, cuộn cảm đƣợc nối với nguồn chiều Khóa K đóng, dịng điện cảm ứng chạy vào tải qua Điốt Với hệ số làm việc D khóa K, điện áp đƣợc tính theo: Với phƣơng pháp điều chỉnh Ton chế độ dẫn liên tục để điều chỉnh điện áp vào V1 điểm công suất cực đại theo tải Vo 1.1.2.3 Mạch Buck – Boost Sơ đồ nguyên lý nhƣ hình 1.3 Hình 3: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost Từ công thức (1.4): Do D < nên điện áp lớn điện áp vào Vì mạch Boost tăng áp mạch Buck trình bày giảm điện áp vào Kết hợp hai mạch với tạo thành mạch Buck – Boost vừa tăng giảm điện áp vào Khi khóa đóng, điện áp vào đặt lên điện cảm, làm dòng điện điện cảm tăng dần theo thời gian Khi khóa ngắt điện cảm có khuynh hƣớng trì dịng điện qua tạo điện áp cảm ứng đủ để Điôt phân cực thuận Tùy vào tỷ lệ thời gian đóng khóa mở khóa mà giá trị điện áp nhỏ hơn, hay lớn giá trị điện áp vào Trong trƣờng hợp dấu điện áp ngƣợc với dấu điện áp vào, dịng điện qua điện cảm giảm dần theo thời gian Ta có cơng thức: Cơng thức (1.5) cho thấy điện áp lớn hay nhỏ điện áp vào tùy thuộc vào hệ số làm việc D: Khi D = 0.5 Uin = Uout; Khi D < 0.5 Uin > Uout; Khi D > 0.5 Uin < Uout 1.1.2.4 Mạch Cuk Sơ đồ nguyên lý nhƣ hình 1.4 Hình 4: Sơ đồ biến đổi Cuk Bộ Cuk vừa tăng, vừa giảm áp Cuk dùng tụ điện để lƣu giữ lƣợng dịng điện vào liên tục Mạch Cuk gây tổn hao khoá điện tử cho hiệu cao Nhƣợc điểm Cuk điện áp có cực tính ngƣợc với điện áp vào nhƣng Cuk cho đặc tính dịng tốt có cuộn cảm đặt tầng Chính từ ƣu điểm Cuk (tức có đặc tính dịng vào dòng tốt) Nguyên lý hoạt động Cuk chế độ dẫn liên tục Ở trạng thái ổn định, điện áp trung bình rơi cuộn cảm 0, theo định luật điện áp Kiếchơp vịng mạch ngồi hình vẽ 1.4 ta có: VC1 = VS + V0 Giả sử tụ C1 có dung lƣợng đủ lớn điện áp tụ khơng gợn sóng lƣu giữ chuyển lƣợng lƣợng lớn từ đầu vào đến đầu 8 Điều kiện ban đầu điện áp vào đƣợc cấp khoá SW khố khơng cho dịng chảy qua Điốt D phân cực thuận, tụ C1 đƣợc nạp Hoạt động mạch đƣợc chia thành chế độ Chế độ 1: Khi khố SW mở thơng dịng, mạch nhƣ hình vẽ 1.5 Hình 5: Sơ đồ mạch Cuk khóa SW mở thơng dịng Điện áp tụ C1 làm điơt D phân cực ngƣợc Điốt khố Tụ C1 phóng sang tải qua đƣờng SW, C2, Rtải, L2 Cuộn cảm đủ lớn nên giả thiết dòng điện cuộn cảm khơng gợn sóng Vì ta có quan hệ sau: (1.6) Chế độ 2: Khi SW khố ngăn khơng cho dịng chảy qua, mạch có dạng nhƣ hình vẽ 1.6 Hình 6: Sơ đồ mạch Cuk khóa SW đóng Tụ C1 đƣợc nạp từ nguồn vào VS qua cuộn cảm L1 Năng lƣợng lƣu cuộn cảm L2 đƣợc chuyển sang tải qua đƣờng D, C2, R tải Vì ta có: = (1.7) Để hoạt động theo chu kỳ, dịng điện trung bình tụ Ta có: (1.8) (1.9) (1.10) Trong đó: D tỉ lệ làm việc khoá SW (0 < D < 1) T chu kỳ đóng cắt Giả sử biến đổi lý tƣởng, cơng suất trung bình nguồn cung cấp phải với công suất trung bình tải hấp thụ đƣợc Pin= Pout (1.11) Vs.IL1= V0.IL2 (1.12) (1.13) Kết hợp công thức (1.10) (1.13) vào ta có: (1.14) Từ cơng thức (1.14): Nếu < D < 0.5: Đầu nhỏ đầu vào Nếu D = 0.5: Đầu đầu vào Nếu 0.5 < D < 1: Đầu lớn đầu vào Từ công thức (1.14) ta thấy điều khiển điện áp khỏi biến đổi DC/DC cách điều chỉnh tỉ lệ làm việc D khoá SW Nhƣ nguyên tắc điều khiển điện áp biến đổi cách điều chỉnh tần số đóng mở khóa K Việc sử dụng biến đổi hệ tùy thuộc vào nhu cầu mục đích sử dụng Để điều khiển tần số đóng mở khóa K để hệ đạt đƣợc điểm làm việc tối ƣu nhất, ta phải dùng đến thuật toán xác định điểm làm việc có cơng suất lớn (MPPT) đƣợc trình bày chi tiết chƣơng tiếp sau 1.1.3 Bộ biến đổi DC- DC có cách ly Bộ chuyển đổi DC-DC đƣợc mơ tả hình 1.7 Bộ chuyển đổi bao gồm tụ lọc đầu vào C1, chuyển mạch dùng MOSFET (M1-M6), sáu điôt xoay tự do, hai điôt chỉnh lƣu, D1 D2, biến áp cao tần với hệ số biến áp K tụ hóa C2 ... suất hệ thống điện mặt trời nối lưới pha? ??’ Các mục tiêu cụ thể: - Tổng quan biến đổi; - Vấn đề hòa nguồn điện với lƣới; - Hệ thống điện mặt trời; - Điều khiển công suất hệ thống điện mặt trời nối. .. pha nối lƣới57 3. 4.1 Nguyên tắc điều khiển công suất 57 3. 4.2 Công suất pha hệ qui chiếu khác 58 3. 4 .3 Sơ đồ điều khiển công suất tác dụng công suất phản kháng 59 3. 5 Mô hệ. .. pin mặt trời 44 2.4 Hệ thống điện mặt trời 46 2.4.1 Ý nghĩa hệ thống điện mặt trời 46 2.4.2 Hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập 48 2.4 .3 Hệ thống điện mặt