Bài tiểu luận kết thúc học phần học phần thiết kế hệ thống và mô phỏng

Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô Faculty of Electrical and Electronic Engineering Bài Tiểu Luận Kết Thúc Học Phần Học phần: Thiết kế hệ thống mô Tên: Lê Viết Đạt MSSV: 19010206 Trần Mạch Tuấn Kiệt 19010214 (Lớp K13-KTĐK-TĐH/Học kỳ năm học 2021-2022) Ngày 26 tháng năm 2022 Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô Mục lục I Tổng quan đề tài II Cơ sở lý thuyết Hệ thống pin mặt trời .3 Bộ điều khiển PI .5 II Mô phỏng hệ thống .7 Giao diện block: Kết chạy mô phỏng: 21 Thông số bộ điều khiển: 24 Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô I Tổng quan đề tài Hàng năm mặt trời cung cấp cho trái đất lượng khổng lồ, gấp 10 lần trữ lượng nguồn nhiên liệu có trái đất Thành phần hệ thống điện mặt trời bao gồm: pin mặt trời, trữ lượng (ắc quy), biến đổi DC/DC, nghịch lưu DC/AC, Hệ thống điện mặt trời bị phụ thuộc vào phụ tải, cấp điện áp, nhiều yếu tố khác, ở pin mặt trời, công suất đầu không cố định, công suất đạt định mức khoảng thời gian gần trưa công suất đầu nhỏ vào lúc sáng chiều, thời gian công suất bé 40% đạt vài ngày, chưa kể đến tượng bóng che ngày nắng hay cơng śt phản kháng bị thay đởi Vì vậy, việc thiết kế điều khiển PI cho hệ thống lượng mặt trời cần thiết II Cơ sở lý thuyết Hệ thống pin mặt trời Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô Với phần pin mặt trời: Theo định luật Kirchoff theo dòng: Theo định luật Kirchoff theo áp: Với: Bộ điều khiển PI Một điều khiển PI chế phản hồi vòng điều khiển tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp và điều khiển sử dụng nhiều điều khiển phản hồi Bộ điều khiển PI tính toán giá trị "sai số" hiệu số giá trị đo thông số biến đổi giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển thực giảm tối đa sai số cách điều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Tuy nhiên, để đạt kết tốt nhất, Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô thông số PID sử dụng tính tốn phải điều chỉnh theo tính chất hệ thốngtrong kiểu điều khiển giống nhau, thông số phải phụ thuộc vào đặc thù hệ thống Giải thuật tính tốn điều khiển PI bao gồm thông số riêng biệt: giá trị tỉ lệ và tích phân, viết tắt P và I Giá trị tỉ lệ xác định tác động sai số tại, giá trị tích phân xác định tác động tổng sai số khứ Tổng chập hai tác động dùng để điều chỉnh q trình thơng qua phần tử điều khiển vị trí van điều khiển hay nguồn phần tử gia nhiệt Nhờ vậy, giá trị làm sáng tỏ quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số và I phụ thuộc vào tích lũy sai số khứ Khâu tỉ lệ (đơi cịn gọi là độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với giá trị sai số Đáp ứng tỉ lệ điều chỉnh cách nhân sai số với số Kp, gọi hệ số tỉ lệ Khâu tỉ lệ cho bởi: Pout Pout =K p e (t) Pout P P : thừa số tỉ lệ đầu K p K p: Hệ số tỉ lệ, thông số điều chỉnh eefsdf =e : sai t tdfasdfasdfsd =fsmldfklsjvkxzccnvm , xzn snfklsjdkfjfsdffsdf t : thời gian hay thời gian tức thời (hiện tại) Phân phối khâu tích phân (đơi cịn gọi là reset) tỉ lệ thuận với biên độ sai số lẫn quảng thời gian xảy sai số Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích phân sai số) cho ta tích lũy bù hiệu chỉnh trước Tích lũy sai số sau Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô nhân với độ lợi tích phân cộng với tín hiệu đầu điều khiển Biên độ phân phối khâu tích phân tất tác động điều chỉnh xác định độ lợi tích phân,  Thừa số tích phân cho bởi: I out : thừa số tích phân đầu K i : độ lợi tích phân, thơng số điều chỉnh e : sai số  t : thời gian thời gian tức thời (hiện tại) τ : biến tích phân trung gian Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô II Mô phỏng hệ thống Giao diện block: Simulink Model for 1MW-Class Grid-Connected PV System with Boost Converter  PV Array Side System Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  PV Array Side System  Block “Plot” Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  PV Array Side System  Block “Plot”  Block (1), (2) và (3) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  PV Array Side System  Block (4) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (1)  Block (2) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (2)  Subsystem “Uabc_ref Generation” Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (3) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (4) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (5) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (6) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (7) và (8) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Block (9) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (10) Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Grid side system  Block (11) và (12)  Block (13) cho “Viabc Iiabc”, “Vpabc Ipabc”, “Vsabc Isabc”, “VLabc ILabc” Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô Kết chạy mô phỏng: Irradiace [W/m ]  Figure 1000 800 600 400 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 V ref [V] 800 700 600 V PV [V] 800 700 600 500 Time [s] Irradiace [W/m ]  Figure V PV [V] 1000 500 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 800 600 IPV [A] 2000 1000 0 P PV [W] 10 10 0 Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Time [s] Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô 1000 500 Vdc [V] Irradiace [W/m2]  Figure 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 800 600 IIN [A] 3000 IIN 2000 Iaverage 1000 0 10 PIN [W] 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 PIN 1 Paverage 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Time [s] 0.7 0.8 0.9 Vpca -500 0.3 10 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 Vsa Vsb Vsc -2 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 40 ILa 20 ILb ILc -20 -40 0.3 0.6 0.35 0.4 0.45 Time [s] 0.5 0.55 Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt 2000 0.6 Ipa Ipb Ipc -2000 Grid Currents [A] Local Load Currents [A] 0.35 Primary Currents [A] Vpbc Secondary Currents [A] Vpab 500 Secondary Voltages [V] Primary Voltages [V]  Figure 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 40 Is a 20 Is b Is c -20 -40 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 40 0.6 IG a 20 IG b IG c -20 -40 0.3 0.6 0.35 0.4 0.45 Time [s] 0.5 0.55 0.6 Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô  Figure 2000 Ip qd [A] Vp q 600 Vp d 400 200 Ipq Ipd 0 10 Vsqd [V] 0.2 0.4 0.6 0.8 Vsd 0 0.2 0.4 0.6 0.8 Sabc -2 Sc 0.2 0.4 0.6 Time [s] 0.8 0.4 0.6 0.8 Is q Is d 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0.2 0.4 0.6 0.8 2000 Sb 0.2 20 -20 Sa 0 40 Vsq -1 -2000 Is qd [A] -200 Vi ab [V] Vp qd [V] 800 -2000 Time [s]  Figure PQ GRID 10 0 PQ LOAD 0.4 0.6 0.8 PLOAD Q LOAD 0.2 10 0.4 0.6 0.8 Q GRID Q LOAD -5 0.2 0.4 0.6 Time [s] 0.8 Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt PGRID Q GRID -5 5 QGRID & QLOAD 0.2 10 10 10 10 PPV , P GRID & PLOAD P PV [W] 10 0.2 10 0.4 0.6 0.8 10 PPV PGRID PLOAD 0 0.2 0.4 0.6 Time [s] 0.8 Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô Thông số bộ điều khiển: Irradiace [W/m ] 1000 800 600 400 10 10 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.6 0.7 0.8 0.9 0.6 0.7 0.8 0.9 0.6 0.7 0.8 0.9 QS REF -5 Kp=2; Ki=700 Vdc [V] 800 700 600 500 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Kp=2; Ki=400 Vdc [V] 800 700 600 500 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Kp=2; Ki=200 Vdc [V] 800 700 600 500 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Tại thời điểm 0.2s, 0.5s và 0.8s, bức xạ mặt trời thay đổi làm cho Vdc thay đổi Bên cạnh đó, công suất phản kháng tại 0.33s và 0.66s cũng thay đổi làm cho Vdc thay đổi theo, có bộ điều khiển PI nên Vdc cân bằng theo mức điện áp Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt Bài tiểu luận kết thúc học phần: Thiết kế hệ thống mô tham chiếu là 700V Sau có kết quả của ba bộ thông số PI, ta có thể thấy với cùng hệ số Kp= 2, bộ PI với Ki= 400 có khoảng thời gian quá độ là ít nhất bộ PI với Ki= 700 có khoảng thời gian quá độ dài số đáp ứng dao động nhiều và bộ PI với Ki=200 có số đáp ứng dao động ít Đó là khâu tích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) tăng tốc chuyển động trình tới điểm đặt khử số dư sai số ổn định với tỉ lệ phụ thuộc vào điều khiển Tuy nhiên, khâu tích phân đáp ứng sai số tích lũy q khứ, khiến giá trị vọt lố qua giá trị tham chiếu Do đó, với các giá trị nhỏ của Ki, hệ thống sẽ ít các gợn sóng hơn, ngược lại với Ki quá lớn sẽ tạo nhiều gợn sóng Cần phải chọn giá trị Ki phù hợp để hệ thống tiến tới giá trị tham chiếu với thời gian quá độ và số gợn sóng là nhỏ nhất có thể Trong ba trường hợp trên, ta thấy bộ PI Kp= 2, Ki= 400 là phù hợp nhất Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt