Luận văn thạc sĩ kĩ thuật nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống lai điện gió và điện mặt trời nối lưới

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG BÙI THỊ HUYỀN TRANG NGHIÊN CỨU THUẬT TỐN XÁC ĐỊNH VÀ DUY TRÌ ĐIỂM LÀM VIỆC CĨ CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG LAI ĐIỆN GIÓ VÀ ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 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 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS LẠI KHẮC LÃI Thái Nguyên - 2020 ii LỜI CAM ĐOAN Tên là: Bùi Thị Huyền Trang Sinh ngày: 16 tháng 12 năm 1989 Học viên lớp CĐK17A – KTĐK&TĐH, Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu nêu luận văn trung thực Những kết luận luận văn chưa công bố cơng trình Mọi thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Bùi Thị Huyền Trang iii LỜI CẢM ƠN Tơi xin trân trọng bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi - người hướng dẫn, giúp đỡ tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin trân thành cảm ơn ác thầy cô giáo Khoa công nghệ tự động hóa trường đại học cơng nghệ thơng tin truyền thơng thái ngun đóng góp nhiều ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Phịng Đào Tạo, phòng ban, Khoa sau đại học, Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường đại học công nghệ thông tin truyền thông Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi mặt để tơi hồn thành khóa học Tác giả luận văn Bùi Thị Huyền Trang iv MỤC LỤC Lời cam đoan ii Lời cảm ơn iii Mục lục iv Danh mục chữ viết tắt ix Danh mục hình vẽ đồ thị viii CHƯƠNG 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 1.1.3 Bộ biến đổi DC- DC có cách ly 10 1.1.4 Điều khiển biến đổi DC-DC 11 1.2 BIẾN ĐỔI MỘT CHIỀU SANG XOAY CHIỀU DC-AC (Inverter) 12 1.2.1 Biến đổi chiều sang hệ thống xoay chiều pha 12 1.2.1.1 Cấu tạo 12 1.2.1.2 Nguyên lý làm việc 13 1.2.2 Biến đổi chiều sang hệ thống xoay chiều ba pha 15 1.3 Các phép chuyển đổi 16 1.3.1 Các hệ trục tọa độ 16 1.3.2 Các phép chuyển đổi 18 1.3.2.1 Biến đổi hệ thống ba pha sang pha 18 1.3.2.2 Chuyển đổi hệ thống pha sang hai pha 21 1.4 Điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) 22 1.4.1 Điều chế độ rộng xung dựa sóng mang (CB-PWM) 23 1.4.2 Điều chế véc tơ không gian (SVM) 24 1.5 Điều khiển chuyển đổi DC-AC 25 1.5.1 Bộ điều khiển PI 26 1.5.2 Bộ điều khiển cộng hưởng tỉ lệ (PR - Proportional Resonant) 26 1.5.3.Bộ điều khiển phản hồi trạng thái 27 1.6 Vấn đề hòa nguồn điện với lưới 28 v 1.6.1 Các điều kiện hòa đồng 28 1.6.2 Đồng vị pha hai hệ thống lưới 29 1.7 Kết luận chương 30 CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐIỆN GIÓ VÀ ĐIỆN MẶT TRỜI 31 2.1 Năng lượng gió lượng mặt trời 31 2.1.1 Năng lượng mặt trời 31 2.1.1.1 Cấu trúc mặt trời 31 2.1.1.2 Năng lượng mặt trời 32 2.1.2 Năng lượng điện gió 33 2.1.2.1 Sử dụng điện từ gió 33 2.1.2.2 Công suất lắp đặt giới 35 2.2 Khai thác, sử dụng trực tiếp lượng gió mặt trời 35 2.2.1 Thiết bị sấy khô dùng lượng mặt trời 35 2.2.2 Thiết bị chưng cất nước sử dụng lượng mặt trời 36 2.2.3 Động stirling chạy lượng mặt trời 36 2.2.4 Bếp nấu dùng lượng mặt trời 37 2.2.5 Thiết bị đun nước nóng lượng mặt trời 38 2.2.6 Thiết bị làm lạnh điều hịa khơng khí dùng lượng mặt trời 39 2.2.7 Cối xay gió 40 2.3 Hệ thống tích hợp điện gió điện mặt trời 41 2.3.1 Sơ đồ khối hệ thống 41 2.3.2 Pin mặt trời 41 2.3.2.1 Khái niệm 41 2.3.2.2 Mơ hình tốn đặc tính làm việc pin mặt trời 42 2.3.3 Tuabin gió máy phát điện 45 2.3.3.1 Cấu trúc chung tuabin gió 45 2.3.3.2 Mơ hình hóa tuain gió (WT) máy phát cảm ứng 47 2.3.3.3.Điều khiển điện gió 48 2.4 Hệ thống tích hợp điện gió mặt trời làm việc độc lập 49 2.4.1 Sơ đồ khối hệ thống 49 2.4.2 Đặc điểm phạm vi ứng dụng 50 vi 2.5 HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐIỆN GIĨ VÀ MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 51 2.5.1 Sơ đồ khối hệ thống 51 2.5.3 Các nhiệm vụ điều khiển hệ thống 51 2.6 Kết luận chương 52 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƯU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ VÀ MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 53 3.1 Ý nghĩa việc xác định điểm làm việc có cơng suất cực đại (MPPT) 53 3.1.1 Ý nghĩa MPPT mặt trời 53 3.1.2 Ý nghĩa MPPT điện gió 55 3.2 Thuật toán mppt cho hệ thống chuyển đổi lượng mặt trời 56 3.2.1 Thuật toán điện áp không đổi (CV – Constant Voltage) 56 3.2.2 Thuật toán xáo trộn quan sát (P&O - Perturb and Observe) 57 3.2.3 Thuật toán điện dẫn gia tăng (INC - Inremental Conductance) 57 3.2.4 Thuật toán điện dung ký sinh (PC – ParasiticCapacitance) 58 3.2.5 MPPT ứng dụng logic mờ 59 3.3 Thuật toán mppt điện gió 62 3.3.1 Phương pháp điều khiển TSR 62 3.3.2 Phương pháp điều khiển PSF 62 3.3.3 Phương pháp điều khiển leo đồi 63 3.3.4 MPPT cho turbine gió sử dụng máy phát điện đồng kích thích vĩnh cửu 64 3.4 Kết mô 67 3.4.1 Sơ đồ kịch mô 67 3.4.3 Nhận xét 70 3.5 Kết luận chương 70 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 Kết luận 71 2.Kiến nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 vii DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Inverter Grid Tie Inverter On Grid Biến tần nối lưới PLL - Phase Lock Loop Vịng khóa pha NLTT Năng lượng tái tạo DC-DC Biến đổi chiều sang chiều DC-AC Biến đổi chiều sang xoay chiều PR - Proportional Resonant Cộng hưởng tỉ lệ INC - Inremental Conductance Thuật toán độ dẫn gia tăng Anti Islanding Chống lập CV - Constant Voltage Thuật tốn điện áp khơng đổi P&O - Perturb and Observe Thuật tốn xáo trộn quan sát PC - Parasitic Capacitance Solar Power SOGI-Second-order generalised integrator Thuật toán điện dung ký sinh Năng lượng mặt trời Tích phân bậc tổng quát ZCD - Zero Cross Detection Phát điểm qua zero ZCZVS - Zero current Zero Voltage Switching Chuyển mạch với điện áp dòng điện CB-PWM - Carrier Based Pulse Width Điều chế độ rộng xung dựa sóng mang SVM - Space Vecto Modulation Điều chế véc tơ khơng gian CC - Current Control Điều khiển dịng điện VC - Voltage - Control Điều khiển điện áp VSI - Voltage Source Inverter Biến tần nguồn áp viii 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 12 Hình 10: Nghịch lưu áp cầu pha đồ thị 13 Hình 11: Sơ đồ mạch nghịch lưu pha 15 Hình 12: Sơ đồ dẫn transistor điện áp pha 15 Hình 13: Chuyển đổi từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ 19 Hình 14: Chuyển đổi từ hệ qui chiếu αβ sang hệ qui chiếu dq 20 Hình 15: Cấu trúc SOGI 22 Hình 16: Điều chế độ rộng xung dựa sóng mang hình sin 23 Hình 17: Biểu diễn véc tơ không gian điện áp 24 Hình 1: Cấu trúc mặt trời 32 Hình 2: Cối xay gió 34 Hình 3: Thiết bị sấy khơ dùng lượng mặt trời 35 Hình 4: Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT 36 Hình 5: Động stirling chạy lượng mặt trời 36 Hình 6: Bếp nấu dùng lượng mặt trời 37 Hình 7: Thiết bị đun nước nóng NLMT 38 Hình 8: Thiết bị làm lạnh điều hịa khơng khí dùng lượng mặt trời 39 Hình 9: Cối xay gió 40 Hình 10: Hệ thống tích hợp điện gió điện mặt trời 41 Hình 11: Mạch tương đương modul PV 43 ix Hình 12: Quan hệ I(U) P(U) PV 44 Hình 13: a, b, c, d : Họ đặc tính PV 44 Hình 14: Cấu tạo tuabin gió truc ngang 46 Hình 15: Tuabin gió với tốc độ thay đổi có biến đổi nối trực tiếp 47 Hình 16: Sơ đồ mơ tuabin gió 48 Hình 17: Chỉnh lưu cầu kép 48 Hình 18: Sơ đồ khối chức điều khiển tuabin gió 49 Hình 19: Hệ thống lượng mặt trời độc lập 50 Hình 20: Hệ thống tích hợp điện gió mặt trời nối lưới 51 Hình 21: Sơ đồ khối hệ thống tích hợp lượng gió mặt trời 52 Hình 2: Đặc tính V-A tải pin mặt trời 54 Hình 1: Quan hệ I(U) P(U) PV 53 Hình 3: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lưới sử dụng MPP 54 Hình 4: Sự thay đổi cơng suất turbine theo tốc độ gió 55 Hình 5: Quan hệ P(U) pin PV 56 Hình 6: Lưu đồ thuật tốnP&O 57 Hình 7: Lưu đồ thuật toán INC 58 Hình 8: Quan hệ P-U PV 59 Hình 9: Hàm liên thuộc tập mờ đầu vào (E, DE) 61 Hình 10: Hàm liên thuộc đầu (D) 61 Hình 11: Điều khiển tốc độ đầu cánh WECS 62 Hình 12: Phương pháp PSF 63 Hình 13: Nguyên tắc điều khiển HCS 63 Hình 14: WECS với thuật toán leo đồi 64 Hình 15: PMSG hệ thống chuyển đổi lượng gió 64 Hình 16: Lưu đồ thuật tốn điều khiển MPPT 66 Hình 17: Sơ đồ mô hệ thống điện mặt trời nối lưới 67 Hình 18: Điện áp chiều DC-bus (UDC-bus) 69 Hình 19: Cơng suất hệ thống Win-Solar công suất Inverter bơm vào lưới 69 x Hình 20: Đường cong điện áp dòng điện pha Inverter 70 LỜI MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hiện nguồn lượng truyền thống như: dầu mỏ, khí đốt tự nhiên than đá ngày cạn kiệt, đáp ứng nhu cầu lượng thêm 50-70 năm Vì vậy, cần phải tìm kiếm nguồn lượng để thay Giải pháp nghiên cứu sử dụng nguồn lượng tái tạo Năng lượng tái tạo tiêu biểu lượng gió lượng mặt trời nguồn lượng vô hạn mà thiên nhiên ban tặng cho người Việt Nam với lợi nước nằm dải phân bổ ánh nắng mặt trời nhiều năm đồ xạ giới, với bờ biển dài 3.000 km lượng gió nhiều vùng miền dồi dào, cần nghiên cứu, tiếp cận công nghệ hơn, đại để đưa chúng trở thành nguồn cung cấp lượng tương lai Xu hướng khai thác sử dụng nguồn lượng tái tạo chủ yếu chuyển chúng thành điện làm việc độc lập, hòa vào lưới điện cục (vi lưới) hòa lưới điện quốc gia Do đặc điểm nguồn lượng gió mặt trời ln ln thay đổi theo thời gian ngày, theo mùa, … nên việc xác định trì điểm làm việc tối ưu cho chúng thời điểm cần thiết Việt Nam có tiềm phát triển nguồn Năng lượng tái tạo sẵn có Những nguồn Năng lượng tái tạo khai thác sử dụng thực tế nhận diện đến gồm: thủy điện nhỏ, lượng gió, lượng sinh khối, lượng khí sinh học (KSH), nhiên liệu sinh học, lượng từ nguồn rác thải sinh hoạt, lượng mặt trời, lượng địa nhiệt Năng lượng gió: Được đánh giá quốc gia có tiềm phát triển lượng gió số liệu tiềm khai thác lượng gió Việt Nam chưa lượng hóa đầy đủ cịn thiếu điều tra đo đạc Số liệu đánh giá tiềm năng lượng gió có dao động lớn, từ 1.800MW đến 9.000MW, chí 100.000MW Theo báo cáo tiềm năng lượng gió Việt Nam tập trung nhiều vùng duyên hải miền Trung, miền Nam, Tây Nguyên đảo Năng lượng mặt trời: Việt Nam có tiềm nguồn lượng mặt trời, khai thác cho sử dụng như: (i) Đun nước nóng, (ii) Phát điện (iii) Các ứng dụng khác sấy, nấu ăn Với tổng số nắng cao lên đến 2.500 giờ/năm, tổng lượng xạ trung bình hàng năm vào khoảng 230-250 kcal/cm2 theo hướng tăng dần phía Nam sở tốt cho phát triển công nghệ lượng mặt trời So với nhiều nước giới, kết nêu nhỏ bé chưa phát huy hết tiềm có Để đáp ứng nhu cầu việc cung ứng lượng phải đối mặt với nhiều vấn đề thách thức, đặc biệt cạn kiệt dần nguồn nhiên liệu hóa thạch nội địa, giá dầu biến động theo xu tăng Việt Nam phụ thuộc nhiều vào giá lượng giới , Chính vậy, việc xem xét khai thác nguồn Năng lượng tái tạo giai đoạn tới có ý nghĩa quan trọng kinh tế, xã hội, an ninh lượng bảo vệ mơi trường Vấn đề Chính phủ quan tâm, đạo bước đầu đề cập số văn pháp lý Trong bối cảnh nhu cầu lượng Việt Nam ngày gia tang, khả cung cấp nguồn lượng nội địa hạn chế tiềm nguồn Năng lượng tái tạo Việt Nam lớn kèm theo nhu cầu sử dụng điện nhiệt cho sản xuất cao việc xem xét khai thác nguồn Năng lượng tái tạo sãn có cho sản xuất điện, đồng phát lượng khả thi công nghệ lẫn hiệu kinh tế môi trường Ý nghĩa khoa học đề tài Đề tài hoàn thành tài liệu tham khảo bổ ích để xây dựng hệ thống lai điện gió điện mặt trời nối lưới làm việc chế độ tối ưu có thay đổi liên tục điều kiện mơi trường gió, xạ mặt trời, nhiệt độ, v,v… Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng hệ thống tích hợp điện gió điện mặt trời nối lưới pha Nghiên cứu số thuật tốn xác định trì điểm làm việc cực đại hệ thống lai điện gió điện mặt trời nối lưới Đối tượng nghiên cứu Hệ thống tích hợp điện gió điện mặt trời nối lưới pha Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết để xây dựng thuật toán điều khiển Mơ hình hóa, mơ để kiểm nghiệm đánh giá thuật toán đề xuất Bố cục luận văn Chương 1: Tổng quan lý thuyết sử dụng đề tài Chương : Hệ thống tích hợp điện gió điện mặt trời Chương 3: Điều khiển bám điểm làm việc tối ưu hệ thống điện gió điện mặt trời nối lưới 4 CHƯƠNG 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 lưu (thường 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 chia làm loại: Có cách ly loại khơng 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 thường 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 dùng điều khiển động chiều Các loại biến đổi DC/DC thường dùng hệ PV gồm: Bộ giảm áp (buck) Bộ tăng áp (boost) Bộ biến đổi tăng - giảm áp Cuk Bộ giảm áp buck định điểm làm việc có cơng suất tối ưu điện áp vào vượt điện áp biến đổi, trường hợp thực cường độ xạ ánh sáng xuống thấp Bộ tăng áp boost định điểm làm việc tối ưu với cường độ ánh sáng yếu Hệ thống làm việc với lưới dùng Boost để tăng điện áp cấp cho tải trước đưa vào biến đổi DC/AC 1.1.2 Bộ biến đổi DC-DC không cách li a) Mạch Buck Sơ đồ nguyên lý mạch buck hình 1.1[1,2] 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 đóng mở với tần số cao Hệ số làm việc D khóa xác định theo công thức sau: 𝐷= 𝑇𝑜𝑛 𝑇 = 𝑇𝑜𝑛 𝑓𝐷𝐶 (1.1) Trong Ton thời gian khóa K mở, T chu kỳ làm việc khóa, f DC 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 nạp vào tụ C2 cấp lượng cho tải qua cuộn kháng L Trong thời gian đóng, khóa K đóng lại khơng cho dịng qua nữa, lượng chiều từ đầu vào Tuy nhiên tải cung cấp đầy đủ điện nhờ lượng lưu cuộn kháng tụ điện Diode khép kín mạch Như cuộn kháng tụ điện có tác dụng lưu giữ lượng thời gian ngắn để trì mạch khóa K đóng 𝑈𝑜𝑢𝑡 = 𝑈𝑖𝑛 𝐷 (1.2) Công thức (1.2) cho thấy điện áp điều khiển cách điều khiển hệ số làm việc Hệ số làm việc điều khiển cách phương pháp điều chỉnh độ rộng xung thời gian mở ton Do đó, biến đổi cịn biết đến điều chế xung PWM Bộ Buck có cấu trúc đơn giản nhất, dễ hiểu dễ thiết kế Bộ Buck thường dùng để nạp ắc quy có nhược điểm dịng vào khơng liên tục khóa điện tử 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 điều khiển cách điều chỉnh chu kỳ đóng mở khóa điện tử 6 Bộ Buck làm việc điểm MPP hầu hết điều kiện nhiệt độ, cường độ xạ Nhưng khơng làm việc xác điểm MPP xuống thấp ngưỡng điện áp nạp ắc quy điều kiện nhiệt độ cao cường độ xạ xuống thấp Vì để nâng cao hiệu làm việc, kết hợp Buck với thành phần tăng áp b) Mạch Boost Sơ đồ nguyên lý mạch Boost hình 1.2 [1,2] Hình 2: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost Giống Buck, hoạt động Boost thực qua cuộn kháng L Chuyển mạch K đóng mở theo chu kỳ Khi K mở cho dòng qua (t on) cuộn kháng tích lượng, K đóng (t off) cuộn kháng giải phóng lượng qua Điốt tới tải 𝑈1 − 𝑈0 = 𝐿 𝑑𝐼𝐿 𝑑𝑡 (1.3) Mạch tăng điện áp võng phóng ắc quy lên để đáp ứng điện áp Khi khóa K mở, cuộn cảm nối với nguồn chiều Khóa K đóng, dòng điện cảm ứng chạy vào tải qua Điốt Với hệ số làm việc D khóa K, điện áp tính theo: 𝑈𝑜𝑢𝑡 = 𝑈𝑖𝑛 1−𝐷 (1.4) Với phương pháp điều chỉnh Ton chế độ dẫn liên tục để điều chỉnh điện áp vào V1 điểm công suất cực đại theo tải Vo 7 c) Mạch Buck – Boost Sơ đồ nguyên lý hình 1.3 [1,2] Hình 3: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck - Boost Từ công thức (1.4): Do D < nên điện áp ln 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 hướng 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 trường hợp dấu điện áp ngược với dấu điện áp vào, dịng điện qua điện cảm giảm dần theo thời gian Ta có cơng thức: 𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑖𝑛 𝐷 1−𝐷 (1.5) Công 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 d) Mạch Cuk Sơ đồ nguyên lý hình 1.4 Hình 4: Sơ đồ biến đổi Cuk Bộ Cuk vừa tăng, vừa giảm áp Cuk dùng tụ điện để lưu giữ lượng dịng điện vào liên tục Mạch Cuk gây tổn hao khoá điện tử cho hiệu cao Nhược điểm Cuk điện áp có cực tính ngược với điện áp vào Cuk cho đặc tính dịng tốt có cuộn cảm đặt tầng Chính từ ưu điểm Cuk (tức có đặc tính dịng vào dịng 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 lượng đủ lớn điện áp tụ khơng gợn sóng lưu giữ chuyển lượng lượng lớn từ đầu vào đến đầu Điều kiện ban đầu điện áp vào cấp khoá SW khoá khơng cho dịng chảy qua Điốt D phân cực thuận, tụ C1 nạp Hoạt động mạch chia thành chế độ Chế độ 1: Khi khoá SW mở thơng dịng, mạch hình vẽ 1.5 [1,2] Hình 5: Sơ đồ mạch Cuk khóa SW mở thơng dịng Điện áp tụ C1 làm điơt D phân cực ngược Điốt khố Tụ C1 phóng sang tải qua đường SW, C2, Rtải, L2 Cuộn cảm đủ lớn nên giả thiết dòng điện cuộn cảm khơng gợn sóng Vì ta có quan hệ sau: −𝐼𝐶1 = 𝐼𝐿2 (1.6) Chế độ 2: Khi SW khố ngăn khơng cho dịng chảy qua, mạch có dạng hình vẽ 1.6 [1,2] Hình 6: Sơ đồ mạch Cuk khóa SW đóng Tụ C1 nạp từ nguồn vào VS qua cuộn cảm L1 Năng lượng lưu cuộn cảm L2 chuyển sang tải qua đường D, C2, R tải Vì ta có: 𝐼𝐶1 = 𝐼𝐿2 (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 tưởng, cơng suất trung bình nguồn cung cấp phải với cơng suất trung bình tải hấp thụ Pin= Pout (1.11) Vs.IL1= V0.IL2 (1.12) 𝐼𝐿1 𝐼𝐿2 = 𝑉0 𝑉𝑆 Kết hợp công thức (1.10) (1.13) vào ta có: (1.13) 10 𝑉0 𝑉𝑆 = 𝐷 1−𝐷 (1.14) Từ công 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 Như 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 điểm làm việc tối ưu nhất, ta phải dùng đến thuật toán xác định điểm làm việc có cơng suất lớn (MPPT) trình bày chi tiết chương tiếp sau 1.1.3 Bộ biến đổi DC- DC có cách ly Bộ chuyển đổi DC-DC mơ tả hình 1.7 [3] Bộ chuyển đổi bao gồm tụ lọc đầu vào C1, chuyển mạch dùng MOSFET (M1-M6), sáu điôt xoay tự do, hai điôt chỉnh lưu, D1 D2, biến áp cao tần với hệ số biến áp K tụ hóa C2 Hình 7: Bộ chuyển đổi DC – DC có cách ly Máy biến áp cung cấp điện áp cách ly bảng mạch PV lưới, nâng cao độ an toàn cho toàn hệ thống Điện cảm rò (Lk) sử dụng phần tử chuyển đổi nguồn, loại bỏ vấn đề áp thiết bị cần thiết cho chống rung ... hợp điện gió điện mặt trời nối lưới pha Nghiên cứu số thuật tốn xác định trì điểm làm việc cực đại hệ thống lai điện gió điện mặt trời nối lưới Đối tượng nghiên cứu Hệ thống tích hợp điện gió điện. .. khiển hệ thống 51 2.6 Kết luận chương 52 CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƯU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ VÀ MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 53 3.1 Ý nghĩa việc xác định điểm làm việc. .. xây dựng hệ thống lai điện gió điện mặt trời nối lưới ln làm việc chế độ tối ưu có thay đổi liên tục điều kiện mơi trường gió, xạ mặt trời, nhiệt độ, v,v… Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng hệ thống tích