Mô hình chẩn đoán sự cố bóng che và bụi hệ thống điện mặt trời qua phân tích đường cong i v

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO MƠ HÌNH CHẨN ĐỐN SỰ CỐ BĨNG CHE VÀ BỤI HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI QUA PHÂN TÍCH ĐƯỜNG CONG I-V GVHD: TS HUỲNH THỊ MINH THƯ SVTH: LÊ TRẦN VÂN ANH NGUYỄN HỒNG LONG SKL009695 Tp.Hồ Chí Minh, tháng 12/2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP MƠ HÌNH CHẨN ĐỐN SỰ CỐ BĨNG CHE VÀ BỤI HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI QUA PHÂN TÍCH ĐƯỜNG CONG I-V SVTH: LÊ TRẦN VĂN ANH MSSV: 19154013 SVTH: NGUYỄN HOÀNG LONG MSSV: 19154039 GVHD: TS HUỲNH THỊ MINH THƯ Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: NĂNG Tên đề tài: MƠ LƯỢNG TÁI TẠO HÌNH CHẨN ĐỐN SỰ CỐ BĨNG CHE VÀ BỤI HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI QUA PHÂN TÍCH ĐƯỜNG CONG I-V SVTH: LÊ TRẦN VĂN ANH MSSV: 19154013 SVTH: NGUYỄN HOÀNG LONG MSSV: 19154039 GVHD: TS HUỲNH THỊ MINH THƯ Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2022 1.2 Các thành phần hệ thống Tên Pin mặt trời Mã hiệu Số lượng JA SOLAR, 5212 JAM72S30-540/MR Inverter Huawei Các thơng số kỹ thuật Pmax (W) 540 Voc (V) 49.75 Vmp (V) 41.80 Isc (A) 13.93 Imp (A) 13.04 Module Efficiency (%) 21.1 26 INPUT SUN2000-100KTL-M1 Max input voltage (V) 1,100 Max current per MPPT (A) 26 Start Voltage (V) 200 MPPT operating voltage range 200-1000 (V) Rated input voltage (V) 600 Number of MPPT 20 Number of MPP trackers 10 OUTPUT Rate AC active power (W) 100,000 Max AC active power (VA) 100,000 Rated output voltage (V) 400 Rated output frequency (Hz) 50/60 Rated output current (A) 144.4 Max output current (A) 160.4 Bảng Bảng thống kê thành phần hệ thống 55 Inverter Huawei cơng nghệ inverter đến từ Trung Quốc, có thiết bị giám sát điện tích hợp bên trong, từ giám sát người dùng thu thập liệu dịng điện, điện áp, cơng suất tức thời Các số liệu này, đóng vai trị quan trọng q trình theo dõi hệ thống, qua đưa chẩn đốn kịp thời cho hệ thống có dấu hiệu cố xảy ra, chi tiết cố hệ thống điện mặt trời thơng qua hình dáng đường cong liệu trình bày chi tiết phần sau báo cáo Công nghệ tích hợp giám sát hãng Huawei, nói cơng nghệ mang tính trước thời đạim mà công tác đo đạc thu nhận liệu hệ thống, phần lớn phải điện mặt trời phải tiến hành thủ công Với nâng cấp này, hứa hẹn mang lại nhiều lợi ích tăng hiệu suất hệ thống cách đáng kể 1.3 Kết nối chuỗi pin vào Inverter Hệ thống chia thành trạm Inverter: Trạm Inverter Trạm 10 Inverter Trạm 10 Inverter Trạm Inverter Bảng Các trạm Inverter hệ thống Các chuỗi pin đấu nối vào Inverter trạm trình bày bảng 11, bảng 12, bảng 13: 1.3.1 Trạm Inverter 220 pin 11 chuỗi – 20 pin Inverter 220 pin 11 chuỗi – 20 pin Inverter 220 pin 11 chuỗi – 20 pin Inverter 210 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin 56 chuỗi - 17 pin Inverter 220 pin 11 chuỗi – 20 pin Inverter 220 pin 11 chuỗi – 20 pin Inverter 220 pin 11 chuỗi – 20 pin Inverter 146 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin chuỗi - 17 pin Inverter 192 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin Inverter 10 194 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin Bảng 10 Đấu nối trạm Inverter 1.3.2 Trạm Inverter 218 pin chuỗi – 20 pin 11 chuỗi – 18 pin Inverter 231 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin chuỗi - 17 pin Inverter 215 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin 57 chuỗi - 17 pin Inverter 180 pin chuỗi - 20 pin Inverter 196 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin Inverter 196 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin Inverter 196 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin Inverter 196 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin Inverter 196 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin Inverter 10 196 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin Bảng 11 Đấu nối trạm Inverter 1.3.3 Trạm Inverter 206 pin chuỗi – 20 pin chuỗi – 18 pin Inverter 198 pin chuỗi - 20 pin 58 chuỗi - 18 pin Inverter 180 pin 10 chuỗi - 18 pin Inverter 170 pin chuỗi - 20 pin chuỗi - 18 pin chuỗi – 16 pin Inverter 156 pin chuỗi - 17 pin chuỗi - 18 pin Inverter 240 pin 12 chuỗi - 20 pin Bảng 12 Đấu nối trạm Inverter Kết so sánh, phân tích Với khả tính tốn với số lượng lớn, giao diện thống kê dễ kiểm sốt để đưa phân tích, báo cáo sử dụng Excel để tính tốn cho hệ thống với số lượng chuỗi pin cần tính tốn lớn Giống với Matlab Simulink, thơng số tính toán phần trên, xây dựng Excel, thay đổi thông số đầu vào theo pin mặt trời khác nhau, cho kết dựa số liệu pin cần tính Loại pin Half-cells Điện áp hở mạch Voc 49.6 V Dòng điện ngắn mạch Isc 13.86 A Điện áp cực đại Vmp 41.64 V Dòng điện cực đại Imp 12.97 A Số lượng cell PV module Ns 144 Pcs Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ Isc α_Voc -0.275 %/°C Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ củ Voc α_Isc 0.045 %/°C Nhiệt độ tiêu chuẩn STC Tcell 25 °C Bức xạ tiêu chuẩn STC Gref 1000 W/m2 59 Hệ số lý tưởng diode a 1.2 Bảng 13 Các thông số cần nhập cho q trình tính tốn Dịng điện ngắn mạch Iph Dịng điện bảo hoà ngược Io 6.93 A 1.4E-09 A Điện trở Shunt Rsh 433.171 Ω Series resistance Rs 0.20604 Ω Dòng điện diode Id 0.35178 A Dòng điện Shunt Ish 0.09921 A Dòng điện cực đại Ipv 12.958 A Bảng 14 Thơng số tính tốn dựa vào sở lý thuyết Các số liệu bảng 14 thông số cần nhập, thơng số có từ datasheet pin nào, thơng số đóng vai trị làm số liệu đầu vào cho tính tốn cần thiết để tiến hành xây dựng đường cong I-V, so sánh, phân tích hệ thống Khi thông số nhập vào, mơ hình bắt đầu tính tốn dựa vào sở lý thuyết, kết thể bảng 15, từ tính tốn đưa kết đường cong nominal theo tiêu chuẩn nhà sản xuất Hệ số a hệ số thay đổi tùy thuộc vào cơng nghệ sản xuất pin mặt trời, trình bày bảng ❖ Đường cong ảnh hưởng xạ, nhiệt độ Hình 48 Đường cong I-V P-V pin JA solar 540Wp theo xạ Đường cong I-V pin chịu ảnh hưởng hai yếu tố chính, xạ nhiệt độ Như trình bày trên, xạ gây ảnh hưởng tới dòng điện đầu pin, xạ tác động tới bề mặt pin ít, dòng điện đầu giảm xuống thấp, điện áp pin giảm nhẹ xạ giảm Điều lý giải rõ 60 cho cố bóng che, xạ giảm đột ngột dòng điện giảm lập tức, làm cho đường cong bị biến dạng Đường cong P-V thể công suất pin mặt trời xạ khác nhau, dễ thấy xạ giảm dẫn đến công suất cực đại cho pin bị giảm Hình 49 Đường cong I-V P-V pin JA solar 540Wp theo nhiệt độ Đường cong I-V cho thấy, nhiệt độ yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất pin mặt trời cách đáng kể, nhiệt độ tăng cao làm điện áp đầu pin bị giảm Ngày nay, hệ thống điện mặt trời chủ yếu hình thức áp mái, nên nhiệt độ bề mặt pin lớn vào thời điểm xạ tăng cao, nhiệt độ tăng cao làm cho hiệu suất chuyển đổi pin mặt trời giảm Đường cong P-V thể cơng suất giảm nhiệt độ tăng cao Ngồi ra, nhiệt tăng cao thời gian dài làm giảm tuổi thọ tế bào pin mặt trời Sau tính tốn số liệu theo điều kiện chuẩn hệ thống cần phân tích, tiến hành thu thập số liệu hệ thống đo đạc thực tế, cụ thể lấy số liệu thơng qua thiết bị giám sát điện tích hợp Inverter dùng cho hệ thống Số liệu thu bao gồm dải giá trị điện áp, dòng điện tất chuỗi hệ thống, với điều kiện hoạt động chuỗi thời điểm đo (bức xạ, nhiệt độ) Đường cong thực tế vẽ lại, để so sánh với đường cong lý thuyết tính toán 2.1 Chuỗi thứ Bức xạ Nhiệt độ Số lượng pin 1025.5 40.64 18 Bảng 15 Điều kiện hoạt động chuỗi thứ 61 Chuỗi Số lượng pin Thực tế 18 Lý thuyết Pmax Voc Isc [W] [V] [A] 6832.4 829.2 11.9 9451 854.4 14.3 Vmpp Inpp FF [%] [V] [A] 617.2 11.1 69% 709.2 13.3 77% Bảng 16 Số liệu tính tốn thực tế chuỗi thứ Sau có điều kiện hoạt động chuỗi phần phân tích, tính tốn thơng số cần thiết cho q trình so sánh, phân tích Số liệu hoạt động thực tế lý thuyết chuỗi thể bảng 17 (a) (b) Hình 50 Đường cong I-V P-V có dấu hiệu xảy cố Số lượng pin chuỗi phân tích 18 với xạ, nhiệt độ bảng 16 Đường cong I-V màu cam biểu thị cho số liệu tính tốn lý thuyết, đường cong màu xanh đường cong thu thập từ thực tế có dấu hiệu xảy cố Căn vào hình dáng đường cong I-V màu xanh hình 50(a), kết luận chuỗi gặp cố bóng che q trình thu thập dự liệu Trong phần mơ hình hóa chuỗi pin sử dụng Matlab Simulink, có mơ tả đường cong P-V xuất nhiều điểm công suất cực đại cục đường cong I-V gặp sử cố bóng che Trong hình 50(b), đường cong P-V thực tế xuất nhiều điểm công suất cực đại, điều làm cho hệ thống bị giảm hiệu suất hoạt động P/P' Voc/Voc' Isc/Isc' Vmpp/Vmpp' Impp/Impp' FF/FF' 62 72% 97% 83% 87% 83% 90% Bảng 17 Tính tốn mức độ giảm thông số Từ thông số lý thuyết thực tế bảng 17 Có thể thấy dịng điện ngắn mạch tính tốn thực tế có chênh lệch lớn, số liệu thực tế đạt 83% so với tính tốn, vượt qua ngưỡng tối đa đặt phần lưu đồ phân tích phía trên, ngưỡng tối đa mức độ giảm dòng điện ngắn mạch 6% Trong đó, chuỗi bị thất 17% Căn vào lưu đồ phân tích hình 37 kết luận chuỗi cịn gặp phải cố bụi phủ bề mặt pin làm giảm xạ nhận pin, dẫn đến giảm dòng điện đầu 2.2 Chuỗi thứ hai Bức xạ Nhiệt độ Số lượng pin 791.5 55.51 20 Bảng 18 Điều kiện hoạt động chuỗi Chuỗi Số lượng pin Thực tế 18 Lý thuyết Pmax Voc Isc [W] [V] [A] Vmpp Inpp FF [%] [V] [A] 7347.7 878.3 10.9 728.2 10.1 76% 7587.9 908.8 11.1 740 10.3 75% Bảng 19 Số liệu lý thuyết thực tế chuỗi Điều kiện hoạt động chuỗi thứ hai bảng 19 số liệu đầu vào, để tính tốn thơng số thực tế, lý thuyết chuỗi thứ hai bảng 20, đường cong I-V chuỗi xây dựng bao gồm đường cong I-V lý thuyết có qua tính tốn đường cong I-V thực tế dự án (a) (b) 63 Hình 51 Đường cong I-V, P-V thực tế lý thuyết chuỗi Số lượng pin có chuỗi 20 tấm, từ tính tốn thông qua điều kiện hoạt động thực tế site, đường cong I-V xây dựng để so sánh với đường cong IV đo site Trong hình 51(a), đường cong I-V có màu cam tính tốn lý thuyết đường cong I-V màu xanh qua đo đạc thực tế, đường cong không xuất điểm uốn, từ có nhận xét chuỗi thời điểm đo khơng gặp tượng bóng che Tính tốn biên độ thông số cần thiết, để đưa kết luận chuỗi có gặp cố bụi Đường cong P-V hình 51(b) khơng xảy biến dạng nhiều q trình đo, có mức độ giảm ít, cho thấy hiệu suất hệ thống không bị ảnh hưởng cố P/P' Voc/Voc' Isc/Isc' Vmpp/Vmpp' Impp/Impp' FF/FF' 97% 97% 99% 98% 98% 100% Bảng 20 Tính tốn biên độ giảm thơng số chuỗi Sau tính tốn biên độ thơng số lý thuyết thực tế, nhận thấy mức độ giảm thực tế thất 1% Isc khơng vượt q ngưỡng đề cập bảng 6, nhận xét chuỗi không xảy cố bụi che bề mặt pin ➔ Chuỗi khơng xảy tưởng bóng che cố bụi thời điểm thu thập liệu 2.3 Chuỗi thứ ba Bức xạ Nhiệt độ Số lượng pin 1157.8 59.04 20 Bảng 21 Điều kiện hoạt động chuỗi Chuỗi Số lượng pin Thực tế Lý thuyết 18 Pmax Voc Isc [W] [V] [A] 9700.2 870.9 14.9 11140.2 899.1 16.3 Vmpp Inpp FF [%] [V] [A] 686.5 14.1 75% 740 15.1 76% Bảng 22 Số liệu lý thuyết thực tế chuỗi 64 Từ điều kiện hoạt động thực tế bảng 22, tính tốn thơng số cần thiết cho q trình phân tích, kết luận có cố có hệ thống (a) (b) Hình 52 Đường cong I-V, P-V thực tế lý thuyết chuỗi Số lượng pin có chuỗi phân tích thứ 18 tấm, hình 52(a) thể đường cong I-V lý thuyết thực tế chuỗi, khơng xuất điểm uốn đường cong, chẩn đốn chuỗi khơng xảy cố bóng che Nhưng, biên độ giảm dòng điện Isc nhiều Do đó, đường cong P-V hình 52(b) có thấy có giảm cơng suất cực đại đầu Pmp chuỗi giảm dịng ngắn mạch Isc Phân tích mức độ giảm dòng điện Isc chuỗim để đưa kết luận xác cho cố mà chuỗi gặp phải P/P' Voc/Voc' Isc/Isc' Vmpp/Vmpp' Impp/Impp' FF/FF' 87% 97% 92% 93% 94% 98% Bảng 23 Tính tốn biên độ giảm thông số chuỗi Từ bảng 24, nhận thấy dòng điện ngắn mạch Isc chuỗi bị giảm 8% so với tính tốn lý thuyết, từ điều làm cho công suất đầu chuỗi bị giảm mạnh (13%) ➔ Sự cố chuỗi gặp phải bụi phủ bề mặt pin làm xạ chiếu tới pin bị giảm 65 CHƯƠNG KẾT LUẬN Kết luận Các cố thường gặp phải hệ thống điện mặt trời nhiều, báo cáo đề cập đến cố thường gặp phải hệ thống, làm cho công suất đầu hệ thống bị ảnh hưởng Xây dựng mơ hình tính tốn, phân tích, đưa kết luận cho chuỗi dựa sở lý thuyết, sử dụng lưu đồ phân tích để đánh giá đầy đủ tất trường hợp xảy ra, từ đưa kết luận xác loại cố mà hệ thống gặp phải Trong báo cáo sử dụng mơ hình hóa Matlab Simulink mơ hình tính tốn Excel để phân tích cho hệ thống, mơ hình phân tích cho hệ thống nào, cần có số liệu đầu vào thơng số pin, điều kiện hoạt động thực tế; Matlab Simulink tính tốn phân tích cho chuỗi pin có số lượng khơng q lớn, lý giới hạn tài ngun phần cứng (máy tính khơng đủ đáp ứng), với mơ hình tính tốn Excel đáp ứng cho hàng trăm chuỗi pin hệ thống Bài báo cáo hạn chế, chưa thể xây dựng mơ hình tính tốn cho tồn cố gặp phải trình hoạt động Cần mở rộng tính tốn, thu thập thêm liệu thực tế để tính tốn cho tất cố, mơ hình phân tích cần chặt chẽ để chẩn đốn xác cố Hướng phát triển Mở rộng phương pháp đánh giá cho toàn lỗi string từ đến phức tạp để kịp thời phát đưa giải pháp cho loại lỗi Ứng dụng Machine Learning vào việc phân tích để truy suất lỗi Phân tích chuẩn đốn lỗi theo phương pháp ngược: Từ đường cong I-V thực tế, sử dụng để tạo vòng lặp cho thành phần tác động tạo nên đường cong IV từ tính tốn gần giá trị đưa chuẩn đoán lỗi cho String 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Fault Diagnosis in a Photovoltaic system through I-V Characteristics Analysis Fault Detection and Diagnosis of Photovoltaic Systems through I-V Curve Analysis Comparing Mamdani Sugeno fuzzy logic and RBF ANN network for PV fault detection Mahmoud Dhimish, Violeta Holmes, Bruce Mehrdadi, Mark Dales A Complete and Simplified Datasheet-Based Model of PV Cells in Variable Environmental Conditions for Circuit Simulation https://givasolarcomvn.wordpress.com/2020/01/08/dac-tinh-iv-cua-bo-dieu-khiensac-nang-luong-mat-troi/ (truy cập ngày 03/11/2022) https://vuphong.vn/ban-do-buc-xa-mat-troi-tai-viet-nam/ (truy cập ngày 17/12/2022) https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/ (truy cập ngày 15/12/2022) https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/ (truy cập ngày 15/12/2022) https://ourworldindata.org/ (truy cập ngày 15/12/2022) 10 https://datsolar.com/cac-loai-pin-nang-luong-mat-troi-nen-chon-loai-nao/ (truy cập ngày 15/12/2022) 11 https://gwsolar.vn/inverter-hoa-luoi-micro-inverter-string-inverter-va-centralinverter/ (truy cập ngày 17/12/2022) 12 https://solartop.vn/blogs/tim-hieu-chi-tiet-ve-he-thong-gian-khung-danh-cho-dienmattroi/#:~:text=Khung%20gi%C3%A0n%20h%E1%BB%87%20th%E1%BB%9 1ng%20%C4%91i%E1%BB%87n%20m%E1%BA%B7t%20tr%E1%BB%9Di%2 0%C4%91%C6%B0%E1%BB%A3c%20chia%20l%C3%A0m,%C4%91i%E1%B B%87n%20m%E1%BA%B7t%20tr%E1%BB%9Di%20m%C3%A1i%20nh%C3 %A0 (truy cập ngày 15/12/2022) 13 https://sunemit.com/he-thong-dien-nang-luong-mat-troi-la gi/#:~:text=ngu%E1%BB%93n%20%C4%91i%E1%BB%87n%20l%C6%B0%E1 %BB%9Bi.,Ph%C3%A2n%20lo%E1%BA%A1i%20c%C3%A1c%20h%E1%BB %87%20th%E1%BB%91ng%20%C4%91i%E1%BB%87n%20n%C4%83ng%20l %C6%B0%E1%BB%A3ng%20m%E1%BA%B7t%20tr%E1%BB%9Di,tr%E1% BB%9Di%20k%E1%BA%BFt%20h%E1%BB%A3p%20(Hybrid) (truy cập ngày 67 15/12/2022) 14 https://givasolarcomvn.wordpress.com/2020/01/08/dac-tinh-iv-cua-bo-dieu-khiensac-nang-luong-mat-troi/ (truy cập lúc 9h12 ngày 03/11/2022) 68 S K L 0