Thiết kế và điểu khiển hệ thống turbine gió quy mô hộ gia đình

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ VÀ ĐIỂU KHIỂN HỆ THỐNG TURBINE GIĨ QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNH NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ ĐIỆN TỬ GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN : TS NGÔ HÀ QUANG THỊNH Sinh viên thực hiện: Mssv: Lớp: Lê Thanh Long 1711030017 17DCTA1 Trương Hoài Thương 1711030058 17DCTA1 Phạm Vũ Bảo 1711030063 17DCTA1 TP.HCM, ngày tháng năm 2021 i VIỆN KỸ THUẬT HUTECH PHIẾU ĐĂNG KÝ ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN/KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Hệ: ……CQ……… (CQ, LT, B2, VLVH) Họ tên sinh viên/ nhóm sinh viên đăng ký đề tài (sĩ số nhóm……): Lê Thanh Long MSSV: 1711030017…… Lớp: 17DCTA1 Điện thoại: 0964602300 Email: buledragon.long@gmail.com Trương Hoài Thương MSSV: 1711030058…… Lớp: 17DCTA1 Điện thoại: 0946819050 Email: ht1711030058@gmail.com Phạm Vũ Bảo MSSV: 1711030063…… Lớp: 17DCTA1 Điện thoại: 0768429239 Email: phamvubao140399@gmail.com Ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Tên đề tài đăng ký : Thiết kế điều khiển hệ thống Turbin gió thơng minh quy mơ hộ gia đình Sinh viên hiểu rõ yêu cầu đề tài cam kết thực đề tài theo tiến độ hoàn thành thời hạn TP HCM, ngày … tháng … năm ……… Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Ngô Hà Quang Thịnh Lê Thanh Long Trương Hoài Thương Phạm Vũ Bảo ii Mã đề tài: 123 Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Lê Thanh Long MSSV : 1711030017 Lớp : 17DCTA1 Điện thoại : 0964602300 Email : buledragon.long@gmail.com Ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Tên đề tài: Thiết kế điều khiển hệ thống Turbin gió thơng minh quy mơ hộ gia đình Nhiệm vụ thực đề tài: • • • • Tính cấp thiết đề tài Tình hình nghiên cứu ngồi nước Lựa chọn phân loại thiết bị điện Thiết kế mạch điện điều khiển TP HCM, ngày … tháng … năm ……… Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Ngô Hà Quang Thịnh Lê Thanh Long iii Mã đề tài:123 Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Trương Hoài Thương MSSV : 1711030058 Lớp :17DCTA1 Điện thoại : 0946819050 Email : ht1711030058@gmail.com Ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Tên đề tài: Thiết kế điều khiển hệ thống Turbin gió thơng minh quy mơ hộ gia đình Nhiệm vụ thực đề tài: • Đặt vấn đề • Khảo sát thuật tốn điều khiển • Mơ phổng mơ hình turbin • Thực nghiệm mơ hình TP HCM, ngày … tháng … năm ……… Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Ngơ Hà Quang Thịnh Trương Hồi Thương iv Mã đề tài: 123 Viện Kỹ thuật Hutech PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (Mỗi sinh viên phiếu, GVHD ghi rõ tên đề tài nhiệm vụ sinh viên GVHD chuyển cho SV để nộp VP Viện.) Sinh viên thực đề tài Họ tên : Phạm Vũ Bảo MSSV : 1711030063 Lớp : 17DCTA1 Điện thoại : 0768429239 Email: phamvubao140399@gmail.com Ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Tên đề tài: Thiết kế điều khiển hệ thống Turbin gió thơng minh quy mơ hộ gia đình Nhiệm vụ thực đề tài: • Tổng quan để tài • Tình hình nghiên cứu nước • Tính tốn sở lý thuyết • Thiết kế mơ hình 3D TP HCM, ngày … tháng … năm …… Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đăng ký (Ký ghi rõ họ tên) (Ký ghi rõ họ tên) Ngô Hà Quang Thịnh Phạm Vũ Bảo v LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình ngun cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2021 (Ký ghi rõ họ tên) Lê Thanh Long Trương Hồi Thương Phạm Vũ Bảo vi LỜI NĨI ĐẦU Trong 20 gần giới phát triển vượt mặt công nghệ so với thời trước,từ động đốt ta dần thay đổi xe điện Tesla, điện thoại thức nhiệm vụ nghe gọi dây điện thoại phương tiện giải trí, thiết bị GPS, máy ảnh, máy quay phim, nghe nhạc, truy cập internet Nhưng nguồn lượng vấn đề chưa thật phát triển với công nghệ Sau nhiều năm khai thác, nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt Nhu cầu tìm loại lượng tái sử dụng, … nhằm dần thay nguồn lượng hóa thạch truyền thống tốn lớn đặt từ lâu quốc gia phát triển Mỹ, Đức, Nhật,… Nước ta dã phủ điện toàn quốc đường dây 500kv Bắc Nam từ năm 1994 nay, Nhưng chủ yếu sử dụng lượng truyền thống nhiệt điện thủy điện dần đáp ứng không đủ Mặt khác, nước ta có 3000km đường bờ biển trải dài từ Bắc đến Nam nên nguồn lượng gió dồi Với lợi địa lý, Việt Nam hồn tồn sử dụng nguồn lượng gió giải pháp cho khó khăn Và năm gần đây, khai thác lượng gió nhà nước quan tâm phát triển Đề tài “ THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG TURBINE GIĨ QUY MƠ HỘ GIA ĐÌNHH ” đề tài lớn trình thực luận văn khơng tránh khỏi sai sót hạn chế kiến thức Em mong nhận góp ý đánh giá thầy giáo môn vii LỜI CẢM ƠN Lời chúng em cảm ơn đến ban lãnh đạo nhà trường Đại Học Công Nghệ TP.HCM tạo điều kiện tốt cho tất sinh viên chung em học tạp suốt năm qua Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Ngô Hà Quang Thịnh Thầy giáo viên hướng dẫn giảng dạy em nhiều mơn trước đó, thầy tận tình bảo, đẫn lỗi sai, hưỡng dẫn em từ cách làm việc, cách suy nghĩ để em hồn thành cơng đề tài Thầy cịn người mentor, không giảng học kỹ thuật đơi cịn kỹ sống, kỹ giao tiếp Cảm ơn gắn kết, nhiệt tình tất thành viên nhóm thực đồ ám này, bạn Thương, bạn Bảo cảm ơn thân bạn Long tất anh chị khóa trước hỗ trợ chúng em nhiệt tình Cuối gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp 17DCTA1 nhờ có bạn trải qua năm học ĐH thật vui vẻ bên nhau, tất thầy cô Viện Kỹ Thuật thầy chủ nhiệm chúng em thầy Nhân hỗ trợ chúng em viii TĨM TẮT LUẬN VĂN Nội dung luận văn nghiên cứu phát triển hệ thống điều khiển hướng góc đón gió turbine nhằm mục đích tối ưu hóa lượng điện đầu Điểm đặc biệt luận văn thiết kế cấu xoay đơn giản theo module, giảm thời gian bảo dưỡng làm sở cho phát triển mơ hình điện gió Phịng thí nghiệm Cơ Điện Tử Các cơng việc bao gồm: Lựa chọn phương án; tính tốn, thiết kế chế tạo khí cấu xoay turbine; thiết kế module điện; thiết kế giải thuật điều khiển; mơ hình hóa mơ hoạt động, đáp ứng, thông số đầu hệ thống qua phần mềm MATLAB, SolidWorks ix MỤC LỤC PHIẾU ĐĂNG KÝ ii PHIẾU GIAO NHIỆM VỤ iii LỜI CAM ĐOAN vi LỜI NÓI ĐẦU vii LỜI CẢM ƠN viii TÓM TẮT LUẬN VĂN .ix MỤC LỤC x DANH MỤC HÌNH ẢNH xiii DANH MỤC BẢNG BIỂU xv CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1.1 Phát triển ngành điện Việt Nam .1 1.1.1 Tiêu thụ nhu cầu sử dụng điện .1 1.1.2 Tổng quan sản lượng điện 1.2 Năng lượng gió giới Việt Nam 1.2.1 Năng lượng gió giới 1.2.2 Năng lượng gió Việt Nam 1.3 Các nghiên cứu nước 1.3.1 nguyên cứu nước 1.4 Cấu tạo chung tuabin gió 1.5 Các vấn đề liên quan 1.5.1 Sơ đồ nguyên lý 1.5.2 Các loại giải thuật 10 1.5.3 Mục tiêu đề tài 10 x - Hàm cơng suất đầu wind turbine Gió đặc trưng tốc độ hướng gió, bị ảnh hưởng số yếu tố vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu, độ cao mặt đất địa hình bề mặt Các turbine gió tương tác với gió, hấp thụ phần lượng động học gió biến thành lượng sử dụng Năng lượng luồng khơng khí tính sau (Borkar and Kulkarni, 2015): 𝑃𝑤𝑖𝑛𝑑 = 𝜌𝐴𝑉𝑤𝑖𝑛𝑑 2 (4.17) Trong đó: 𝑃𝑤𝑖𝑛𝑑 cơng suất luồng khí (𝑊) 𝜌 mật độ khơng khí (𝑘𝑔/𝑚3 điều kiện nhiệt độ 150 độ C áp suất 101,325 kPa) 𝐴 diện tích quét ngang turbine (𝑚2 ) 𝑉𝑤𝑖𝑛𝑑 vận tốc gió (𝑚/𝑠) 𝜂 hệ số cơng suất 𝜃 góc lệch turbine với hướng gió Trong trường hợp thực tế, turbine gió ln có hệ số cơng suất nhỏ Betz Cơng suất thu từ gió tính theo góc hướng gió là: 𝜌𝐴𝑟 𝑉𝑤𝑖𝑛𝑑 𝐶𝑝 (𝜆, 𝛽) 𝜂 𝑐𝑜𝑠𝜃 𝑃𝑚 = (4.18) Trong đó: 𝑃𝑚 cơng suất (𝑊) 𝜌 mật độ khơng khí (𝑘𝑔/𝑚3 điều kiện nhiệt độ 150 độ C áp suất 101,325 kPa) 𝐴𝑟 diện tích che phủ cánh quạt (𝑚2 ) 42 𝐴𝑟 = 𝜋𝑅2 (4.19) 𝑉𝑤𝑖𝑛𝑑 vận tốc gió (𝑚/𝑠) η hiệu suất θ góc lệch so với hướng gió 𝐶𝑝 (𝜆, 𝛽) hệ số hiệu suất turbine, 𝜆 tỉ lệ tốc độ đầu cánh, 𝛽 góc lật cánh Hệ số 𝐶𝑝 tính theo công thức: 21 116 𝐶𝑝 = 0.576 ( − 0.4𝛽 − 5) 𝑒 𝜆𝑖 + 0.0068𝜆 𝜆𝑖 (4.20) 1 0.035 = − 𝜆𝑖 𝜆 + 0.08𝛽 𝛽 + (4.21) Mối quan hệ moment 𝑇𝑚 công suất 𝐶𝑝 cho biểu thức (Eid et al., 2006; Omijeh at al., 2013): 𝑇𝑚 = 𝐶𝑝 𝜔𝑚 (4.22) Trong 𝑇𝑚 moment sinh cơng suất (Nm) 3.3.2 Mơ hình tốn học máy phát điện PMSG - Phương trình điện áp dòng điện 𝐿𝑞 𝑑 𝑣𝑑 𝑅𝑠 𝑖𝑑 = − 𝑖𝑑 + 𝜔𝑒 𝑖𝑞 𝑑𝑡 𝐿𝑑 𝐿𝑑 𝐿𝑑 (4.23) 𝑣𝑞 𝑅𝑠 𝐿𝑞 𝑑 𝜆0 𝜔𝑒 𝑖𝑑 = − 𝑖𝑞 − 𝜔𝑒 𝑖𝑞 − 𝑑𝑡 𝐿𝑑 𝐿𝑑 𝐿𝑑 𝐿𝑞 (4.24) - Moment điện từ Moment điện từ máy phát PMSG mơ tả phương trình sau (Rolan at el., 2009): 43 𝑇𝑒 = 1.5𝑝[𝜆0 𝑖𝑞 + (𝐿𝑑 − 𝐿𝑞 )𝑖𝑑 𝑖𝑞 ](𝑁 𝑚) (4.25) Trong đó: 𝐿𝑑 𝐿𝑞 độ tự cảm máy phát điện trục d q (H) 𝑅𝑠 điện trở stato (𝛺) 𝑖𝑑 𝑖𝑞 dòng điện trục d q (A) 𝑣𝑑 𝑣𝑞 điện trục d q (V) 𝜔𝑚 tốc độ góc rotor (rad/s) 𝜆0 từ thơng nam châm vĩnh cửu (Wb) p số cặp cực 3.3.3 Thuật tốn MPPT P&O tìm điểm cơng suất cực đại cho turbine gió Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu - Permanent magnet synchronous generator (PMSG) cung cấp giải pháp tối ưu cho turbine gió hoạt động với tốc độ gió thay đổi tính ổn định an tồn q trình hoạt động, đồng thời khơng cần nguồn điện chiều để kích từ Máy phát điện đồng nam châm vĩnh cửu Permanent magnet synchronous generator (PMSG) ngày phổ biến chúng có nhiều ưu điểm kích thước nhỏ, hiệu suất cao, chi phí bảo dưỡng thấp dễ dàng vận hành (Dalala et al., 2013) Maximum power point tracking (MPPT) phương pháp dị tìm điểm làm việc có công suất tối ưu hệ thống lượng điện thơng qua việc điều khiển chu kỳ đóng mở khóa điện tử dùng tăng áp boost converter Maximum power point tracking (MPPT) có nhiều kỹ thuật điều khiển thuật toán nhiễu loạn quan sát MPPT P&O, điều khiển tốc độ đầu cánh TSR), điều khiển tối ưu - mối quan hệ - sở ORBC,… Trong thuật tốn nêu thuật tốn nhiễu loạn quan sát MPPT P&O thuật toán tương đối bản, đơn giản, dễ áp dụng sử dụng rộng rãi phổ biến Đối với thuật toán TSRC, thuật toán đơn giản trực giác phụ thuộc nhiều vào xác việc đo lường tốc độ gió, 44 khó khăn cho thuật tốn Đối với thuật tốn ORBC, nhược điểm địi hỏi hiểu biết thơng số hệ thống cách xác mà thơng số thay đổi từ hệ thống sang hệ thống khác chí thay đổi theo thời gian nên phải cập nhật liên tục Thuật toán MPPT P&O khơng cần đo lường tốc độ gió, điều làm giảm nhiều chi phí Để làm việc với thuật tốn khơng cần hiểu biết trước thơng số hệ thống, điều làm cho thuật toán đáng tin cậy phức tạp (Dalala et al., 2013) Vì vậy, phương pháp MPPT P&O sử dụng vào việc mơ để tìm điểm cơng suất cực đại hệ thống máy phát điện gió Hình 16 Thuật toán nhiễu loạn quan sát (MPPT P&O) Thuật toán nhiễu loạn quan sát (MPPT P&O) sử dụng thông dụng nhờ đơn giản thuật toán việc thực dễ dàng Thuật toán xem xét tăng, giảm tốc độ rotor theo chu kỳ để tìm điểm làm việc có cơng suất lớn Nếu biến thiên tốc độ rotor làm cơng suất tăng lên biến thiên giữ nguyên chiều hướng tăng giảm Ngược lại, biến thiên làm công suất giảm xuống biến thiên có chiều hướng thay đổi ngược lại (Penaet al., 2011) Khi MPP xác định đường cong đặc tính biến thiên tốc độ rotor dao động xung quanh MPP Phương pháp MPPT P&O cịn gọi phương pháp “leo đồi” (Hill Climbing) 45 Hình 17 Giải thuật thuật toán MPPT P&O ứng dung đề tài - Thuyết minh giải thuật MPPT P&O: + Nếu tăng góc θ, cơng suất thu tăng, chu kì sau tiếp tục tăng tăng góc θ + Nếu tăng tăng góc θ, cơng suất thu giảm, chu kì sau tăng góc θ + Nếu giảm tăng góc θ, cơng suất thu tăng, chu kì sau tiếp tục giảm tăng góc θ + Nếu giảm tăng góc θ, cơng suất thu giảm, chu kì sau tăng tăng góc θ 46 3.3.4 Sơ đồ khối điều khiển + Sơ đồ khối điều khiển hệ thống: MODULE SENSOR SPEED MICRO CONTROLLER ESTIMATE MAXIMUM POWER POINT MPPT CONTROL PID CONTROLLER ACTUATOR POWER FEEDBACK Hình 18 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển + Sơ đồ khối MPPT P&O MODULE SENSOR SPEED MICRO CONTROLLER ESTIMATE YAW ANGLE RANGE TRACKING MAXIMUM POWER POINT SET POINT ACTUATOR MAXIMUM POWER POINT POWER FEEDBACK Hình 19 Sơ đồ khối MPPT P&O Control + Sơ đồ khối PID KP PROPOTIONAL YAW ANGLE YAW MISALIGNME NTERROR(t) KI INTEGRAL Σ ACTUATOR KD DERIVATIVE ENCODER Hình 20 Sơ đồ khối điều khiển PID 47 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA 4.1 Mơ hình hóa động với đầu sau hộp giảm tốc Để đơn giản cho việc điều khiển, động driver xem khối Tiến hành kiểm tra mối quan hệ tín hiệu vào khối việc cấp xung PWM ghi lại giá trị vận tốc động Hình Kết cấu hệ thống đổi hướng Sử dụng Arduino Uno có chế độ hiển thị monitor, kết hợp mạch driver IBT, dùng điều khiển động plantet kèm hộp giảm tốc với tỉ số truyền : 139, có gắn encoder có độ phân giải 13 xung/vịng Động cấp nguồn 24V quan sát chế độ hiển thị monitor, ghi lại giá trị vận tốc động tương ứng, với thời gian lấy mấu 10ms  Khảo sát đáp ứng theo thời gian khối driver – động cơ: + Cấp cho động điện áp ổn định, ta cấp PWM = 250, tương đương với 75% ứng với điện áp 24V + Ghi lại giá trị encoder, tính tốn xuất giá trị vận tốc đầu ra, chọn thời gian lấy mẫu: 48 𝑇𝑠𝑎𝑚𝑝𝑙𝑒 = 10 𝑚𝑠 Hình Mối quan hệ điện áp đầu vào tốc độ đầu Dựa vào đồ thị, ta thấy khơng có độ vọt lố, suy hàm truyền hệ thống có dạng bậc nhất: 𝑇𝐹 = 𝐾 + 𝑇𝑠 (5.1) Trong đó: K số độ lợi động (RPM/PWM) T thời gian đáp ứng (s) Hình Đồ thị đáp ứng hệ tuyến tính bậc 49 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM 5.1 Thiết kế khí 5.1.1 Kết thiết kế gia công phận yaw system - Trụ tháp lựa chọn dạng trụ trịn rỗng với đường kính ban đầu ϕ56 + Vì ổ lăn chọn hệ thống loại ổ lăn KOYO có đường kính ϕ55 Nên phải tiến hành tiện tinh để giảm đường kính ngồi trụ thơ Với đường kính lớn ϕ56 chiều dài 1500 mm Cần phải định tâm hai đầu trụ, trụ thép đúc nên tồn sai số lệch tâm điểm Vị trí lắp đặt ổ lăn cách đỉnh tháp 800 mm nên để dễ dàng gia công lắp đặt, tác giả định tiện thô 660 mm đầu tiên, chấp nhận sai số đường kính ϕ54 H9/d9 60 mm dùng để lắp ổ lăn tiến hành tiện tinh với sai số ϕ55 H7/g6 + Trên đoạn 200m tiến hành tiện vào rãnh sâu 1mm để định vị trí vịng phe ϕ55 - Phần đế sau hàn với trụ tháp để đảm bảo độ vững trình hoạt động, tác giả hàn thêm chân để cố định chuyển vị thân tháp - Phần gá động hàn từ thép khoét rãnh để phục vụ mục đích căng đai 5.1.2 Kết thiết kế gia công phương pháp in 3d module thử nghiệm Module sensor thiết kế phần mềm SolidWorks, sau chuyển sang phần mềm Repetier Host với thông số setup sẵn để tạo mẫu Sau đó, th đơn vị bên ngồi in Kết gia cơng q trình in thể Hình 6.1, 6.2, 6.3 Repetier Host ứng dụng để chuyển file STL từ phần mềm thiết kế thành file GCODE, để nạp vào máy in 3D Các thông số quan trọng cần setup phần mềm: + Nhiệt độ đầu mũi in: 180°C – 200°C + Nhiệt độ bàn in: 45°C - 55°C + Chiều rộng bàn in: 150 mm x 150 mm x 226 mm + Độ dày lớp mực in đầu tiên: 0,1 mm 50 + Độ dày lớp lớp mực in: 0.2 mm + Độ đặc lớp support: 40% + Tốc độ mũi in: 30 mm/s Hình Mơi trường SolidWorks Hình Mơi trường Repetier Host Hình Kết 5.2 Điều khiển công suất hồi tiếp Cơng suất hồi tiếp - Hồi tiếp giá trị dịng điện: Điện áp hồi tiếp trả từ cảm biến dòng điện ACS712 giá trị analog, hàm analogRead(A0) Arduino có vai trog ghi lại giá trị đầu vào Vì giá trị analog đọc liên tục thời gian ngắn kết hợp với phương pháp so sánh độ chênh lệch mức áp 51 chân A0 Arduino với điện áp chuẩn 5V, gây tượng nhiễu lớn, từ làm cho hệ thống hoạt động khơng ổn định (đường màu xanh) Chính vậy, tác giả lựa chọn sử dụng lọc Kalman để lọc lại tín hiệu analog đầu vào hệ thống (đường màu đỏ) Hình Dịng điện đầu vào trước sau lọc Kalman Qua đồ thị trên, ta thấy giá trị điện áp trả sau lọc ổn định nhiều Hệ thống hoạt động ổn định - Hồi tiếp điện áp: Hồi tiếp điện áp phần quan trọng việc tính tốn cơng suất đầu turbine Tác giả lựa chọn hai phương pháp hồi tiếp điện áp: + Đọc tín hiệu từ cảm biến điện áp: INA219 Trả giá trị thông qua giao tiếp I2C + Đọc trực tiếp tín hiệu analog qua cầu phân áp với điện trở 𝑅1 = 100𝐾 𝑅2 = 10𝐾 Qua thực nghiệm thực tế, điện áp hồi tiếp giá trị cảm biến điệp áp INA219 giá trị sau lọc Kalman cầu phân áp hoàn toàn giống Nhưng thời gian hồi tiếp INA219 chậm so với phương pháp đọc trục tiếp từ cầu phân áp Ưu điểm cảm biến khả làm việc lâu dài, bị ảnh hưởng nhiệt độ so với cầu phân áp 52 CHƯƠNG KẾT LUẬN 6.1 Công việc hoàn thành Luận văn hoàn thành công việc sau: + Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo cấu xoay trục yaw turbine gió PMSG 300W + Thiết kế, chế tạo khung tháp module cảm biến hướng gió + Áp dụng chuẩn truyền thơng công nghiệp RS485 với giao thức MODBUS RTU + Ứng dụng giải thuật P&O dị tìm điểm cơng suất cực đại 6.2 Vấn đề giải tương lai + Chạy thực nghiệm mơ hình + Cải thiện phần khí hệ thống bao gồm phận che chắn cấu truyền động khỏi tác động môi trường + Thêm tủ điện, bao bọc đường dây tín hiệu để chống nhiễu + Cải thiện thiết kế cảm biến hướng gió để tích hợp khả đo tốc độ gió phục vụ nhu cầu quan trắc + Ứng dụng Enthernet để quản lý, giám sát từ xa + Phát triển giải thuật MPPT P&O, sử dụng liệu quan trắc nhằm dự báo trước hướng gió, tối đa khả đáp ứng turbine 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Narayana, M., Putrus, G A., Leung, P S., Jovanovic, M., & McDonald, S (2012) Development of a model to investigate the yaw behaviour of small horizontal axis wind turbines Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, 226(1), 86-97 [2] Nguyễn, V X., Hoàng, Đ T., Vũ, T H., & Nguyễn, T C (2016) Một giải pháp bảo mật cho giao thức Modbus TCP phịng chống cơng vào hệ thống SCADA sử dụng giao thức Bản B Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, 4(1) [3] Tấn, N V., Quân, D M., Tuấn, T A., Kiên, P V., Lâm, L H., & Long, H H (2018) So sánh thuật tốn bắt điểm cơng suất cực đại phương pháp mô thực nghiệm Tạp chí KH&CN Đại học Đà Nẵng, Số, 11, 64-68 [4] Soetedjo, A., Lomi, A., & Mulayanto, W P (2011, July) Modeling of wind energy system with MPPT control In Proceedings of the 2011 International Conference on Electrical Engineering and Informatics (pp 1-6) IEEE [5] Sơn, N T., Danh, T H., Lợi, N P., Thành, Q Đ., & Nhân, L (2019) Tìm điểm cơng suất cực đại máy phát điện gió PMSG 200 W Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 11-20 [6] Annoni, J., Bay, C., Johnson, K., Dall'Anese, E., Quon, E., Kemper, T., & Fleming, P (2019) Wind direction estimation using SCADA data with consensusbased optimization Wind Energy Science, 4(2), 355-368 [7] Trịnh, C., & Lê, V U (2006) Tính tốn thiết kế hệ dẫn động khí NXB giáo dục [8] De Zutter, S., De Kooning, J D., Samani, A E., Baetens, J., & Vandevelde, L (2017, August) Modeling of active yaw systems for small and medium wind turbines In 2017 52nd International Universities Power Engineering Conference (UPEC) (pp 1-6) IEEE 54 Thông số Yêu cầu kỹ thuật: 300W Tỷ số truyền 1:3,75 Tốc độ gió tối đa 10m/s Trụ hàn với đế Thân trụ gắn thêm chân để chống Turbin gió trục ngang Cơng suất Gá truyền động gắn vng góc với phận căng đai Tiện tinh 660mm, đường kinh 54H9d9 Tiếp tụ tiện tinh 60mm, đường kính 5H7g6 để lắp ổ lăn 20 90 0.2 64 788 54H9/d9 660 10 11 12 15 1500 A B 20 20 709 65 500 A Tỷ lệ 1:3 200 42 C Tỷ lệ : 42 g6 R50H7/ 10 C 10 R22.25H7/g6 12.37 10 130 120 20 24 24.75 76 100 13 B Tỷ lệ : 56 14 16 15 Stt Tên Cánh quạt Nắp Trụ 17 Chú thích 18 Encoder Encoder 200 xung 5VDC Động Đông Phalet 24v 60w Chande Belt Đế trụ 500x500x20 Dây đai ren Hex bolt nut gradea_iso_ISO - 4161 - M6x90 - N Vít M6 x 90 Hex flange nut gradea_iso_ISO - 4161 - M6 - N Bu lông M6 10 Thanh truyền động Bánh bị động 12 Gá động chữ U 13 SKF_1211 ETN9 Vòng Bi SKF 1211 15 Hex bolt gradeab fine_iso_ISO 8765 - M10x1.0 x 100 x 26-N Vít M10 x 100 16 Hex flange nut gradea_iso_ISO - 4161 - M10 - N Bu Lông M10 17 Countersunk flat head cross recess screw_iso_ISO 7046-1 - M4 x 16 - Z - 16N Vít M4 x 16 Vít lục giác M10 x 25 Bu lông M10 20 Gá kẹp thân 21 Hex nut style gradeab_din_Hexagon Nut ISO 4032 - M10 - W - N 14 98541A171_BLACK-FINISH STEEL EXTERNAL RETAINING RING_98541A171 22 Socket head cap screw 4762_din_EN ISO 4762 M10 x 25 - 25N 23 Bánh Truyền Encoder 23 11 Bánh truyền encoder 22 socket head cap screw 4762_din_EN ISO 4762 M10 x 25 - 25S 21 18 20 55 X 1500 19 19 Số lượng có vịng ren 1 Vịng then 55 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: Thiết kế điều khiển hệ thống turbin gió quy mơ hộ gia đình Chức Thiết kế 84 Họ tên Lê Thanh Long Trương Hồi Thương Vít M10 x 25, đầu lục giác Phạm Vũ Bảo Hướng dẫn Duyệt Chữ ký Ngày Số lượng Khối lượng Tờ: A0 Số tờ: Tỷ lệ TURBIN GIĨ Trường Đại Học Cơng Nghệ Tp.HCM M C 220 uF D+ C 220 uF D+ R60 1K R60 1K A3 GND C 33pF D 1N4007 GND C 33pF A2 D 1N4007 A1 ~5 A7 0-RX A6 1-TX TX RX DC MOTOR 5V A15 A4 A0 A5 ~3 B0 Vin A0 RESET ~11 GND LH25767 GND ON / OFF Vin U1 GND LH25767 GND ON / OFF Vin U2 12 IORCF 5V GND AREF SDA FB OUT FB OUT 5V R60 1K R60 1K Inductor 47uH GND M1 M2 I- M- DIRVER A3 Inductor 47uH 24V IBT_2 D 1n4007 D 1n4007 M+ I+ A15 A14 A13 A12 A2 VCC POWER CIRCUIT D+ D+ ~6 L_PWM A14 GND GND Vin C 100nF C 100nF ARDUINO MEGA 2560 5V VCC GND 12 GND GND R60 1K R60 1K AREF SDA SCR 5V R60 1K R60 1K A15 A14 A13 A12 Vin ARDUINO MEGA 2560 12 IORCF 3V3 ~10 B3 5V ~9 A3 ENCODER ENCODER 5V IP- IP+ GND GND SCL Vs 5V GND GND GND C 0.1 uF 5V 5V SHURT 100 L1 YAV MORTOR L2 M L3 GND R60 1K R60 1K A9 A8 SCL SSA 5V VOUT A15 A14 A13 A12 GND A7 0-RX A11 A10 A6 1-TX TX RX CONVERTER 24 VDC POWER FEEDBACK SSA A0 A1 GND VIOUT VCC R60 1K R60 1K AREF SDA SCR 5V VCC GND IN- IN+ IP- IP- IP- IP+ FILTER ACS712 IP+ CF 0.1 nF IP+ GND MASTER - SLAVE 5V A9 A8 A11 A10 A2 GND 13 A13 5V ~9 EN R_PWM ARDUINO MEGA 2560 3V3 ~10 MS_EN A6 0-RX A7 1-TX TX RX A5 A1 A1 ~5 A12 A4 ~3 A2 A0 ~6 A9 A1 ~5 A8 5V ~9 SL1_EN A0 ~6 GND 13 GND A11 Vin ARDUINO MEGA 2560 A2 GND 13 A1 ~5 A10 R_IS L_IS EN R_EN L_EN EN 3V3 ~10 B1 5V 10K 10K 24V 10K A6 1-TX TX A5 A3 RESET ~11 B2 10K A4 ~3 A4 RESET ~11 B4 SL1_EN A5 A5 A0 ~6 SCR A9 A4 ~3 A6 RESET ~11 B6 3V3 ~10 B5 5V ~9 GND SL1_EN 5V VCC GND DE RE RO DE RE RO DE RE RO R60 1K R60 1K AREF SDA SCR 5V 5V VCC VCC VCC R60 1K R60 1K A9 A8 A6 1-TX TX A7 0-RX RX A15 A14 A13 A12 A11 A10 Vin ARDUINO MEGA 2560 A2 GND 13 A1 ~5 A8 R_PWM RPWM LPWM L_PWM 5V VCC GND GND M2 M1 M2 M1 GND GND 10K A5 A7 A0 ~6 A7 5V GND VCC VCC VCC IORCF 3V3 ~10 B7 5V ~9 GND B A GND DE DI VCC RE RO B A VCC GND RO DI DI DE GND DE RE B A RE R60 1K R60 1K AREF SDA SCR GND VCC 12 RO 5V VCC GND 13 A11 A4 ~3 A8 RESET ~11 B8 SL1_EN 0-RX A A0 10K 10K 10K 10k 10k 10k RX B B0 Phase 5V GND GND VCC GND VCC VCC 5V GND GND VCC GND VCC GND VCC A5 B4 A4 GND B 5V A B3 B A3 5V A B2 A2 B1 GND 5V A A1 GND B 5V A B0 A0 B GND 5V A VCC VCC TTL - MODBUS RTU - RS485 DE RE RO DE RE RO B A GND RE DE DI VCC GND DI RO B A DE VCC RE RO GND 5V A3 12 IORCF A3 IORCF ENCODER WIND DIRECTION SENSOR VCC VCC A10 Phase 24v Phase GND P- P+ 10K 10K 10K 10K 10K 10K 10K 20k 20k 20k 10K 10K 10K 20k GND 10k 10k 10K 20k 20k 20k 20k 20k B 20k 20k GND 20k GND VCC 20k 20k VCC 20k B5 ENCODER ENCODER 5V ENCODER GND ENCODER B7 A7 GND VCC GND VCC SL ENCODER 5V ENCODER GND ENCODER B A B A B6 A6 B A