Đồ án điều khiển này cung cấp kiến thức cơ bản về điều khiển hệ thống điện bơm nước sử dụng năng lượng mặt trời, thiết kế hệ thống và điều khiển. Khách hàng có thể liên hệ tác giả để lấy file mô phỏng MatlabSimulink nếu có nhu cầu.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI GVHD: TS TRẦN QUANG THỌ SVTH: NGÔ MINH HẢI MSSV: 19142302 BÙI KHÁNH HUY MSSV: 19142316 TP Thủ Đức, tháng 01 năm 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ - - ĐỒ ÁN MÔN HỌC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG BƠM NƯỚC SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Phần giới thiệu NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …… ………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………… Điểm số:……… Tp Thủ Đức, tháng 01 năm 2023 TS Trần Quang Thọ i Phần giới thiệu MỤC LỤC NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i LIỆT KÊ HÌNH iv LIỆT KÊ BẢNG v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .1 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.4 BỐ CỤC CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU VỀ MẠCH TĂNG ÁP DC - DC VÀ BỘ DỊ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI .3 2.1 MẠCH TĂNG ÁP DC - DC 2.2 BỘ DỊ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI 2.3 CÁC GIẢI THUẬT DỊ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI PHỔ BIẾN 2.3.1 Giải thuật P&O (Perturb and Obverse) .6 2.3.2 Giải thuật INC (Incremental Conductance) CHƯƠNG 3: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KINH ĐIỂN VỀ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 10 3.1 PHƯƠNG PHÁP DỰ BÁO MƠ HÌNH MPC 10 3.2 PHƯƠNG PHÁP TỰA TỪ THÔNG ROTOR FOC (FIELD ORIENTED CONTROL) 11 3.3 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VÔ HƯỚNG (V/F = CONST) 13 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG BƠM NƯỚC SỬ DỤNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 15 4.1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG 15 4.1.1 Khảo sát địa điểm lắp đặt 15 4.1.2 Các thành phần hệ thống 15 4.2 XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG 16 4.2.1 Chọn công suất dàn pin mặt trời .16 4.2.2 Chọn công suất máy bơm 18 4.2.3 Chọn công suất biến đổi (biến tần) 20 4.3 CHỌN THÔNG SỐ MẠCH TĂNG ÁP 22 ii Phần giới thiệu 4.4 BỘ DÒ CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI .22 4.5 MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM 27 4.6 MÔ PHỎNG, NHẬN XẾT KẾT QUẢ, TỐI ƯU HỆ THỐNG .30 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC iii Phần giới thiệu LIỆT KÊ HÌNH Hình 2.1 Sơ đồ ngun lý mạch Boost Hình 2.2 Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây Hình 2.3 Đường cong điện áp, cơng suất hệ thống pin mặt trời .5 Hình 2.4 Đường đặc tính PV dựa theo thuật tốn P&O Hình 2.5 Lưu đồ giải thuật P&O thông qua điện áp tham chiếu Vref Hình 2.6 Đặc tuyến PV dựa theo thuật toán INC Hình 2.7 Lưu đồ giải thuật INC thơng qua điện áp tham chiếu Vref Hình 3.1 Các sở MPC 10 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển FOC trực tiếp .11 Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý điều khiển FOC gián tiếp 12 Hình 3.4 Cấu trúc phương pháp FOC 13 Hình 3.5 Đặc tuyến V/f 14 Hình 4.1Ảnh vệ tinh địa điểm thơng số xạ Global Solar Atlas 15 Hình 4.2 Minh họa toàn hệ thống 16 Hình 4.3 Đồ thị xạ địa điểm khảo sát 17 Hình 4.4 Vùng xạ làm việc máy bơm 17 Hình 4.5 Ảnh máy bơm Pentax 4L 10/19 19 Hình 4.6 Thơng số kĩ thuật chi tiết lưu lượng cột áp 19 Hình 4.7 Thơng số hoạt động máy bơm Pentax 4L 9/09 20 Hình 4.8 Ảnh biến tần Schneider ATV310HU40N4E 21 Hình 4.9 Ảnh mạch tăng áp DC-DC mơ Matlab 22 Hình 4.10 Lưu đồ giải thuật INC dị tìm điểm cơng suất cực đại 23 Hình 4.11 Sơ đồ khối cách kết nối phương pháp dị MPPT INC 25 Hình 4.12 Sơ đồ khối cách kết nối phương pháp dò MPPT INC 26 Hình 4.13 Cấu trúc bên dị điểm cơng suất cực đại P&O 26 Hình 4.14 Cấu trúc bên dị điểm cơng suất cực đại INC 27 Hình 4.15 Cầu nghịch lưu pha sử dụng IGBT .28 Hình 4.16 Mơ hình khối điều khiển tốc độ động 29 Hình 4.17 Sơ đồ tổng quát hệ thống bơm nước sử dụng pin mặt trời 30 Hình 4.18 Hình bậc xạ cấp cho dàn pin 30 Hình 4.19 Cơng suất thu từ dàn pin 31 Hình 4.20 Dạng sóng điện áp, dịng điện, cơng suất dàn pin sử dụng P&O 32 Hình 4.21 Dạng sóng điện áp, dịng điện, công suất dàn pin sử dụng INC .32 Hình 4.22 Dạng sóng điện áp dịng điện biến tần cấp cho động 33 Hình 4.23 Dạng sóng điện áp dịng điện phóng to ngõ biến tần 33 Hình 4.24 Dạng sóng tốc độ đầu trục động cơ, tần số mơ men động 34 Hình 4.25 Đồ thị thay đổi mô men, lưu lượng nước công suất tiêu thụ đầu bơm .34 iv Phần giới thiệu LIỆT KÊ BẢNG Bảng 4.1 Thông số kĩ thuật máy bơm Pentax 4L 10/19 19 Bảng 4.2 Công suất cực đại bậc xạ mặt trời điểm MPP .31 v Phần giới thiệu DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT PV: Photovoltaic – Pin quang điện MPPT: Maximum Power Point Tracking – Dò tìm điểm cơng suất cực đại MPP: Maximum Power Point – Điểm công suất cực đại P&O: Perturb and Obverse – Làm nhiễu quan sát INC: Incremental Conductance – Gia tăng điện dẫn MPC: Model Predictive Control – Điều khiển dự báo DSP: Digital Signal Proccessor – Bộ xử lý tín hiệu kĩ thuật số FOC: Field Oriented Control – Điều khiển tựa từ thông SPWM: Sinusoidal Pulse Width Modulation – Điều chế xung tựa sóng sin SPV: Solar Photovoltaic – Pin lượng mặt trời IDM: Induction Motor – Động cảm ứng vi Phần nội dung CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Sản xuất điện từ nguồn lượng tái tạo lượng mặt trời tua-bin gió có vai trò quan trọng việc cung cấp điện tương lai Công nghệ lượng mặt trời (quang điện) phát triển tốt nguồn lượng tái tạo hứa hẹn nhất.Trong năm tới, tổng chi phí tế bào quang điện dự kiến giảm mạnh Nước vật chất cần thiết để uống, tưới tiêu, sinh hoạt, chăn nuôi sử dụng công nghiệp Bơm nước trở thành công việc thiếu sống hàng ngày Các hệ thống bơm nước lượng mặt trời trở nên phổ biến ngày với khái niệm chia sẻ lượng thơng minh Ngồi ra, hệ thống bơm nước giải pháp tiết kiệm chi phí khơng sử dụng hệ thống lưu trữ (pin ắc quy) Có nhiều bất lợi với việc sử dụng pin hay ắc quy tuổi thọ thấp, chất thải gây hại mơi trường việc rị rỉ axit pin axit chì Vì lý này, hệ thống bơm nước lượng mặt trời ưa chuộng Hệ thống bơm ứng dụng nhiều cho nông nghiệp Đây giải pháp giúp giải phần vấn đề thiếu điện, tưới nước nơi vùng sâu, vùng xa Với ưu điểm sử dụng nguồn điện trực tiếp từ mặt trời nên giúp người nông dân chủ động việc điều chỉnh dự trữ nguồn nước tưới tiêu điều kiện 1.2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI - Tìm hiểu “Hệ thống bơm nước sử dụng lượng mặt trời” - Thiết kế hệ thống bơm nước sử dụng pin mặt trời độc lập với lưới điện không lưu trữ 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp thu thâp số liệu - Phương pháp phân tích, tổng hợp - Phương pháp mô phỏng: sử dụng phần mềm Matlab Simulink để tiến hành mô phỏng, đánh giá kết 1.4 BỐ CỤC Chương 1: Tổng quan Phần nội dung Chương 2: Giới thiệu mạch tăng áp DC – DC dị tìm điểm cơng suất cực đại Chương 3: Một số phương pháp kinh điển điều khiển tốc độ động Chương 4: Thiết kế mô hệ thống bơm nước sử dụng pin lượng mặt trời