Đang tải... (xem toàn văn)
Trong bài tập lớn này, chúng ta sẽ nghiên cứu và thiết kế hệ thống điều khiển một nguồn gồm một hệ solar cell nối với một battery, nối với tải ba pha. Sử dụng các bộ điều khiển PID và các phương trình toán học liên quan để đi đến kết quả mô phỏng. Nhiệm vụ chính là điều khiển sao cho solar cell luôn làm việc ở công suất tối ưu mà hệ thống luôn làm việc ổn định.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN HỌC PHẦN: ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO Đề tài: Thiết kế điều khiển cho hệ thống Solar cell, nối tải, có battery Nhóm sinh viên thực hiện: Nhóm Giảng viên hướng dẫn: Hà Nội, 7-2022 LỜI NÓI ĐẦU Hiện nay, nguồn nhiên liệu hóa thạch than đá, dầu mỏ, khí đốt đóng vai trị chủ yếu nguồn lượng cho hoạt động công nghiệp đời sống nước ta giới Tuy nhiên nguồn nhiên liệu hóa thạch có hạn, phải hàng triệu năm phục hồi lại Cùng với việc đốt nhiên liệu hóa thạch phát thải nhiều khí nhà kính CO2, NOx, CH4, H2S,… gây ô nhiễm môi trường, hiệu ứng nhà kính thủng tầng ozon, biến đổi khí hậu Do nguồn lượng tái tạo gió, mặt trời, … cho thay nguồn nhiên liệu hóa thạch tương lai độ phát thải mơi trường có trữ lượng coi vơ hạn Phát triển lượng tái tạo ngày xu hướng giới, làm thay đổi nhanh chóng cấu ngành lượng Nhiều quốc gia khẩn trương xây dựng thực thi chiến lược, sách phát triển lượng tái tạo với tầm nhìn dài hạn, tập trung nguồn lực người, khoa học – công nghệ tài – tín dụng… hướng tới việc phát triển kinh tế các-bon thấp, bền vững thân thiện với môi trường Pin mặt trời (solar cell) thiết bị hoạt động dựa hiệu ứng quang điện để chuyển đổi quang thành điện năng, tận dụng nguồn lượng vô hạn ánh sáng Mặt Trời phục vụ nhu cầu người Pin mặt trời có phát thải thấp mơi trường kể từ khâu sản xuất đến sử dụng Tuy có giá thành chưa rẻ, hiệu suất vô thấp (5%-10%), với quốc gia nắng nhiều nước ta phát triển kỹ thuật vật liệu mới, lượng mặt trời dần thay nguồn lượng khác khai thác nước tương lai không xa Trong tập lớn này, nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển nguồn gồm hệ solar cell nối với battery, nối với tải ba pha Sử dụng điều khiển PID phương trình tốn học liên quan để đến kết mơ Nhiệm vụ điều khiển cho solar cell làm việc công suất tối ưu mà hệ thống làm việc ổn định Lời cuối chúng em xin chân thành cảm ơn cô Vũ Thị Thúy Nga bảo giúp đỡ tận tình để em hồn thành báo cáo đồ án mơn học này! MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ i DANH MỤC BẢNG BIỂU ii CHƯƠNG PIN MẶT TRỜI (SOLAR CELL) 1.1 Giới thiệu 1.2 Cấu tạo 1.3 Nguyên lý hoạt động 1.4 Phân loại ứng dụng Solar cell CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG SOLAR CELL 2.1 Mô hình hóa solar cell 2.1.1 Mơ hình hóa cell .5 2.1.2 Mơ hình hóa PV system 2.1.3 Mơ hình hóa PV system Simulink 2.2 Bộ biến đổi DC/DC Boost converter 2.3 Bộ biến đổi DC/AC inverter với mạch lọc LC .9 2.4 Mơ hình pin 11 2.4.1 Mơ hình hóa pin .11 2.4.2 Mạch biến đổi điện áp buck-boost điều khiển pin 13 CHƯƠNG THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG SOLAR CELL 15 3.1 Bài tốn điều khiển mức cơng suất tối đa 15 3.2 Bài toán điều khiển pin 16 3.3 Bài toán điều khiển nối nguồn với tải 17 3.3.1 Phương pháp điều chế SV PWM 17 3.3.2 Điều khiển điện áp đầu tải 22 CHƯƠNG MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VỚI MATLAB-SIMULINK 23 4.1 Mô hệ thống Solar Cell .23 4.1.1 Mơ hình hóa hệ thống solar cell simulink .23 4.1.2 Kịch mô 23 4.2 Chất lượng điện áp trước chỉnh lưu 23 4.3 Cấp điện cho tải 24 4.4 Bám công suất cực đại 25 4.5 Quan sát pin sạc xả điện 26 TÀI LIỆU THAM KHẢO 27 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Cấu tạo tế bào lượng mặt trời điển hình .1 Hình Nguyên lý hoạt động solar cell Hình Hiện tượng quang điện lớp bán dẫn Hình Đường đặc tính làm việc U & I pin mặt trời .3 Hình Mạch ngun lí solar cell Hình Mạch ngun lí array (PV system) .6 Hình Mô simulink cho array (PV system) Hình Các tham số chương trình tính thơng số PV system Hình Mạch ngun lí boost converter Hình 10 Mạch ngun lí nghịch lưu với mạch lọc LC ba pha Hình 11 Sơ đồ tương đương pin 12 Hình 12 Bộ chuyển đổi non-isolated bidirectional buck-boost 13 Hình 13 Mơ hình simulink pin chuyển đổi DC/DC buck-boost 14 Hình 14 Lưu đồ thuật toán MPPT P&O 15 Hình 15 Mơ Simulink điều khiển mức công suất tối đa 15 Hình 16 Vịng điều khiển tầng cho pin 16 Hình 17 Bộ điều khiển pin MATLAB Simulink 16 Hình 18 Trạng thái (vector chuẩn) mạch nghịch lưu nguồn áp ba pha .17 Hình 19 Thuật tốn xác định vector điện áp đặt sector 19 Hình 20 Bộ điều khiển PI Simulink 22 Hình 21 Mơ hình hóa hệ thống solar cell simulink 23 Hình 22 Kết điện áp trước nghịch lưu 24 Hình 23 Kết điện áp dịng điện ứng với tải biến thiên .24 Hình 24 Đồ thị công suất cực đại theo nhiệt độ NSX đưa 25 Hình 25 Kết đồ thị công suất bám theo công suất cực đại (chế độ ban ngày) .25 Hình 26 Kết đồ thị công suất bám theo công suất cực đại (chế độ ban đêm) 26 Hình 27 Biểu đồ phần trăm pin đo 26 i DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Bảng giá trị điện áp vector chuẩn 18 Bảng Bảng hệ số điều chế 21 ii CHƯƠNG PIN MẶT TRỜI (SOLAR CELL) 1.1 Giới thiệu Việc chuyển đổi từ ánh sáng mặt trời thành dòng điện đòi hỏi hình thành điện tích âm điện tích dương lực điều khiển đẩy điện tích qua mạch điện ngồi Khi kết nối với mạch điện bên ngoài, thiết bị điện nào, chẳng hạn hình máy tính hay động máy bơm nước, sử dụng lượng mặt trời chuyển đổi Trên thực tế, tế bào lượng mặt trời hình dung bơm mà ánh sáng mặt trời điều khiển electron: Chiều cao tối đa mà electron “bơm” tương đương với điện áp cao mà tế bào lượng mặt trời đạt Dịng điện lớn định “tốc độ bơm” 1.2 Cấu tạo Pin lượng mặt trời có cấu tạo gồm lớp tiếp xúc bán dẫn p-n có khả biến đổi lượng xạ mặt trời thành điện nhờ hiệu ứng quang điện bên Hình Cấu tạo tế bào lượng mặt trời điển hình Lớp màng hữu (Organic Film) nhiều lớp bán dẫn hỗn hợp hay tổ hợp chúng 1.3 Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động pin mặt trời tượng quang điện xảy lớp tiếp xúc p-n Hình Nguyên lý hoạt động solar cell Hình Hiện tượng quang điện lớp bán dẫn Khi photon chạm vào mảnh silic truyền xuyên qua mảnh silic (thường xảy lượng photon thấp lượng đủ để đưa hạt electron lên mức lượng cao hơn) lượng photon hấp thu silic (thường xảy lượng photon lớn lượng đủ để đưa hạt electron lên mức lượng cao hơn)