(Khoá luận tốt nghiệp) tổng quan các bộ biến đổi dùng trong lưới pv đi sâu xây dựng bộ biến đổi 12v sang 48v

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI 1.3 CẤU HÌNH CỦA MỘT HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG 1.3.1 Cấu hình hệ thống lƣợng mặt trời 1.3.2 Ứng dụng 14 CHƯƠNG HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BIẾN TẦN NỐI TIẾP 18 2.1 SƠ ĐỒ HỆ THỐNG 18 2.1.1 Hình ảnh cấu trúc Inverter 19 2.1.2 Loại Inverter 19 2.1.3 Cấu trúc 20 2.2 HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ INVERTER TRONG HỆ THỐNG 22 2.2.1 Mở đầu 22 2.2.2 Bộ nghịch lƣu làm việc hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập 22 2.2.3 Hệ thống pin mặt trời nối với lƣới điện 29 CHƯƠNG HỆ THỐNG TỐI ƯU HĨA CƠNG SUẤT 33 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG 33 3.2 CẤU TRÚC NỐI TẦNG BỘ BIẾN ĐỔI PV DC – DC [4] 35 3.2.1 Cấu trúc, hoạt động, nguyên lý hoạt động 35 3.2.2 Đồng hóa MPPT cho tất nguồn điện PV 37 3.3 ĐỀ SUẤT THUẬT TỐN KIỂM SỐT CHO TỐI ƢU HĨA NĂNG LƢỢNG CHUNG 41 3.4 MÔ PHỎNG SỐ 45 3.4.1 Trƣờng hợp nối tiếp với giám sát 45 3.4.2 So sánh với cấu hình song song 48 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54 Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Trong tiến trình phát triển lồi ngƣời, việc sử dụng lƣợng đánh dấu cột mốc quan trọng Từ đến nay, lồi ngƣời sử dụng lƣợng ngày nhiều, vài kỷ gần Trong cấu lƣợng nay, chiếm phần chủ yếu lƣợng hóa thạch nhƣ: than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên Tiếp theo lƣợng từ nƣớc (thủy điện), lƣợng hạt nhân, lƣợng sinh khối (bio gas,…), lƣợng gió lƣợng mặt trời chiếm phần nhỏ Xã hội lồi ngƣời khơng phát triển nhƣ khơng có lƣợng Ngày nay, lƣợng hóa thạch hay gọi lƣợng khơng tái sinh ngày cạn kiệt Nhƣ thấy, giá nhiên liệu đặc biệt dầu mỏ tăng ngày, điều gây ảnh hƣởng lớn tới phát triển kinh tế - xã hội mơi trƣờng sống Tìm kiếm nguồn lƣợng mới, lƣợng thay nhu cầu cấp thiết Nguồn lƣợng thay phải sạch, thân thiện với mơi trƣờng, chi phí thấp, khơng cạn kiệt hay nói cách khác tái sinh dễ sử dụng Nhƣ biết, lƣợng mặt trời nguồn lƣợng đƣợc nhắc tới nhiều vài thập niên gần Nguồn lƣợng gần nhƣ vô tận, đáp ứng đƣợc hầu hết tiêu chí nói Nhiều cơng trình nghiên cứu đƣợc thực hiện, lƣợng mặt trời lƣợng tƣơng laic ho phát triển loài ngƣời Ứng dụng công nghệ lƣợng mặt trời bƣớc tiến lồi ngƣời Chúng ta ứng dụng cơng nghệ cho gia đình chúng ta, trƣờng học, bệnh viện…, ứng dụng cho hệ thống lƣợng mặt trời nối lƣới Và ứng dụng đạt kết cải tiến nâng cao Lời mở đầu hiệu suất giảm chi phí tùy theo lƣợng tính sáng tạo việc sử dụng lƣợng Trên sở thực nghiên cứu đề tài: “Tổng quan biến đổi dùng lưới PV Đi sâu xây dựng biến đổi 12V sang 48V” Nôi dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Giới thiệu chung hệ thống lƣợng mặt trời Chƣơng 2: Hệ thống lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp Chƣơng 3: Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất Chƣơng Giới thiệu chung hệ thống lƣợng mặt trời CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Dƣới số sơ đồ tổng quát hệ thống lƣợng mặt trời sử dụng cho hộ gia đình Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống lượng mặt trời ứng dụng cho hộ gia đình Chƣơng Giới thiệu chung hệ thống lƣợng mặt trời Trong sống hang ngày, sử dụng khối lƣợng lƣợng khổng lồ Cuộc sống xoay quanh việc tiêu thụ tài nguyên thiên nhiên tiêu thụ lƣợng Phần lớn tỷ lệ tiêu thụ lƣợng đƣợc dùng cho sƣởi ấm, phần số cung cấp từ lƣợng mặt trời Sau phục vụ cho hoạt động sinh hoạt hàng ngày Ta sử dụng lƣợng mặt trời để thay thế… Theo nhƣ quan lƣợng quốc tế dự báo việc khai thác lƣợng trữ lƣợng dầu mỏ ngày giảm Không có dầu mỏ, than đá, khí tự nhiên…cũng dần cạn kiệt Tất nguồn tài nguyên có giới hạn, khơng thể khai thác Để tái tạo lại nguồn lƣợng phải hàng triệu năm, nhu cầu sử dụng ngày tăng Do việc tìm kiếm nguồn lƣợng thay yêu cầu cần thiết cho ngành lƣợng Các nguồn lƣợng thay cho nguồn lƣợng cổ điển có lợi ích sinh thái, mơi trƣờng Hiện ngƣời tìm số nguồn lƣợng thay nhƣ: lƣợng gió, lƣợng mặt trời, lƣợng sinh học, … Tƣơng tự nguồn lƣợng đến từ gió, cơng nghệ từ ánh sáng (solar technologies) sử dụng nguồn lƣợng mặt trời để biến thành nhiệt năng, điện cung cấp lƣợng cho hệ thống làm lạnh Đối với quốc gia có bờ biển dài, hay thuộc vùng nhiệt đới nhƣ Việt Nam hệ thống lƣợng có tiềm lớn để giải nhu cầu thiếu hụt lƣợng cho tƣơng lai Chƣơng Giới thiệu chung hệ thống lƣợng mặt trời 1.1.1 Lợi ích việc sử dụng lượng mặt trời Cùng với thay đổi khí hậu trái đất cạn kiện nguồn lƣợng truyền thống hệ thống lƣợng mặt trời cho ta các ƣu điểm sau: 1.1.1.1 Tiết kiệm - Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tƣ ban đầu ngắn tùy thuộc vào số lƣợng hộ gia đình sử dụng điện - Sau đầu tƣ ban đầu đƣợc thu hồi, lƣợng từ mặt trời thiết thực, miễn phí - Ƣu đãi tài có hình thức phủ giảm chi phí ban đầu - Năng lƣợng mặt trời nguồn lƣợng vô tận, khơng địi hỏi nhiên liệu - Khơng bị ảnh hƣởng việc cung cấp nhu cầu nhiên liệu khơng phải chịu mức giá ngày tăng xăng dầu 1.1.1.2 Thân thiện với môi trường - Năng lƣợng mặt trời sạch, tái tạo bền vững, góp phần bảo vệ mơi trƣờng - Khơng gây nhiễm môi trƣờng không sản sinh chất nhƣ: khí carbon dioxit, oxit nitor, khí lƣu huỳnh thủy ngân bay vào khí giống nhƣ hình thức sản xuất điện truyền thống - Do lƣợng mặt trời khơng tạo hiệu ứng nhà kính, đảm bảo cho mơi trƣờng an tồn - Khơng sử dụng nhiên liệu nên lƣợng mặt trời không thêm chi phí cho việc vận chuyển, thu hồi nhiên liệu lƣu trữ chất thải phóng xạ Chƣơng Giới thiệu chung hệ thống lƣợng mặt trời 1.1.1.3 Độc lập, bán độc lập - Năng lƣợng mặt trời đƣợc sử dụng để bù đắp lƣợng tiêu thụ, cung cấp tiện ích Nó khơng giúp giảm hóa đơn điện hang tháng, tiếp tục cung cấp điện trƣờng hợp điện - Một hệ thống lƣợng mặt trời hoạt động hồn tồn độc lập, khơng đòi hỏi kết nối đến mạng lƣới điện khí - Việc sử dụng lƣợng mặt trời làm giảm phụ thuộc vào nguồn lƣợng khác, tập trung lƣợng, ảnh hƣởng thiên tai, kiện quốc tế, góp phần cho tƣơng lai bền vững - Năng lƣợng mặt trời hỗ trợ việc làm cho địa phƣơng, thúc đẩy kinh tế địa phƣơng - Các hệ thống lƣợng mặt trời hầu nhƣ bảo dƣỡng miễn phí kéo dài nhiều thập kỷ (tuổi thọ trung bình pin mặt trời khoảng 30 năm) - Sau lắp đặt khơng có chi phí định kỳ - Hoạt động êm, khơng tiếng ồn, khơng gây mùi khó chịu khơng cần nhiên liệu - Có thể mở rộng hệ thống dễ dàng nhu cầu sử dụng tăng 1.1.2 Nhược điểm - Chi phí ban đầu bất lợi việc lắp đặt hệ thống lƣợng mặt trời, phần lớn chi phí cao vật liệu bán dẫn đƣợc sử dụng việc chế tạo pin mặt trời - Đòi hỏi diện tích lớn để lắp đặt pin mặt trời - Hiệu hệ thống phụ thuộc vào vị trí mặt trời, vấn đề đƣợc khắc phục việc lắp đặt phần tử hỗ trợ, nhiên giá thành tăng Chƣơng Giới thiệu chung hệ thống lƣợng mặt trời - Việc sản xuất điện mặt trời bị ảnh hƣởng ảnh hƣởng đám mây - Năng lƣợng mặt trời không sản xuất đƣợc ban đêm 1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng đƣợc chuyển đổi thành điện năng, tạo dòng điện chiều (DC) Dòng điện đƣợc dẫn tới điều khiển thiết bị điện tử có chức điều hịa tự động q trình phóng nạp ắc-quy thiết bị chiều Trƣờng hợp công suất giàn đủ lớn, mạch điện đƣợc lắp thêm biến đổi điện để chuyển đổi dòng điện chiều thành dòng xoay chiều, chạy đƣợc thêm nhiều thiết bị điện gia dụng 1.3 CẤU HÌNH CỦA MỘT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG 1.3.1 Cấu hình hệ thống lượng mặt trời Dƣới cấu hình hệ thống lƣợng mặt trời Hình 1.1 Cấu trúc hệ thống lượng mặt trời Chƣơng Giới thiệu chung hệ thống lƣợng mặt trời Một hệ thống lƣợng mặt trời bao gồm thiết bị sau: - Solar cell: pin mặt trời - Battery: bình sạc - Charge controller: điều khiển sạc - Inverter 1.3.1.1 Solar cell panel Hình 1.2 Pin mặt trời Là pin mặt trời Biến đổi quang hấp thụ từ mặt trời để biến thành điện Bảng nhật đƣợc cấu tạo phân tử, phân tử đƣợc gắn nối tiếp hay song song với nhau, với vật liệu bán dẫn Năng lƣợng mặt trời đƣợc gắn nối tiếp hay song song với với vật liệu bán dẫn Công suất đƣợc phát từ bảng nhật tổ hợp phân tử bán dẫn, cƣờng độ (ampere) điện (voltage) bảng nhật cƣờng độ (ampere) điện (voltage) phần tử bán dẫn Mỗi phân tử bán dẫn cung cấp cƣờng độ từ tới (ampere) điện 0.5 (volts) Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất cho phép giao tiếp với mạng lƣới 220V/50Hz; n = 3, Vr cung cấp đƣợc lựa chọn xung quanh Vdc*ideal /n, v.v…, 150 V Các tín hiệu xạ bị trễ khoảng thời gian từ máy nguồn PV tới nguồn khác mơ nhƣ đám mây qua Một mơ hình động phổ xạ tƣơng tự với mơ hình nguồn lƣợng tái tạo khơng quy luật, tốc độ gió, đƣợc sử dụng Ở đây, tốc độ biến thiên đƣợc thiết lập vòng 1s, đại diện cho biến đổi nhanh thƣờng xuyên xảy [xem hình 3.3 (a)] Mỗi ESC điều khiển đƣợc điều chỉnh nhƣ sau: số tích phân k = 100, nhiễu hình sin có biên độ a = 0,1 tần số ω = 100 Hz Ban đầu, tất máy phát điện PV, đƣợc áp dụng điện áp tham chiếu (trong trƣờng hợp này, VPV* = 65 V, giá trị đƣợc chọn tùy ý điểm khoảng biến đổi điện áp), sau đó, quyền điều khiển đƣợc chuyển sang MPPT Các kết hoạt động đồng thời MPPT tất nguồn điện đƣợc lƣu ý hình 3.3 (b) Khi giá trị xạ trở thành không cân tối đa, điện áp ngắt mạch thứ thứ 3, tức là, Vo1 Vo3, vƣợt xa giá trị định mức Vr = 150 V Giá trị tụ điện đƣợc chọn CPV = 4700 μF CDC = 22 000 μF Những giá trị cao lý điều khiển, nghĩa để làm phẳng biến đổi điện áp thay đổi nhanh nguồn sơ cấp Nhƣ vậy, tụ CPV đảm bảo phẳng của điện áp đầu biến đổi Giá trị CDC ngăn ngừa cân đột ngột mức độ chiếu xạ riêng từ lan truyền nhanh điện áp đầu ngắt Bằng cách này, đủ thời gian cấp cho cấu trúc giám sát để đƣa định, nhƣ trình bày phần Giá thành tụ điện định tiêu chí tốt để lựa chọn giá trị tụ điện 40 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất Sự hoạt động đồng thời MPPT tất nguồn phát điện mạng lƣới cấu trúc nối tiếp PV có hiệu nguồn phát điện PV phát điện gần nhƣ Tuy nhiên sức ép nguồn phát điện áp bị vi phạm Việc tối ƣu hóa lƣợng tồn cầu đòi hỏi giám sát để phát mức độ đủ làm giảm chiến lƣợc tối ƣu sơ để đáp ứng yêu cầu Hình 3.3 Phân tích hiệu suất cấu trúc PV tất nguồn điện hoạt động đồng thời MPPT thay đổi nhanh xạ 3.3 ĐỀ SUẤT THUẬT TỐN KIỂM SỐT CHO TỐI ƯU HĨA NĂNG LƯỢNG CHUNG Việc đạt đƣợc công suất tối đa không phụ thuộc vào điều kiện xạ, bị giới hạn điện áp, đƣợc đảm bảo nguồn phát điện PV đƣợc trang bị hai luật điều khiển thay sử dụng MPPT Thuật điều khiển MPPT, cịn luật thứ hai luật điều khiển OVL Một hệ điều khiển, quản lý (điều khiển) tồn hệ thống kiện khác sau đƣa định cho phép cách điều khiển cho nguồn phát điện PV, phải đƣợc thiết kế xác Một hệ thống nhƣ đƣợc 41 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất gọi hệ giám sát không cần phải chạy liên tục, quan sát xu hƣớng thay đổi cửa sổ thời gian có liên quan thay đổi tức thời Vì vậy, thuật toán giám sát chạy Tsv giây, Tsv đƣợc lựa chọn phù hợp tùy thuộc vào động nhanh hệ thống giám sát Giả sử hoạt động bình thƣờng MPPT tất nguồn phát điện,cơ cấu giám sát phải có khả phát lỗi OVL cân trọng số lƣợng điện nguồn phát điện, nhƣ điện áp Voi , i = 1, 2, , n Ngƣỡng chấp nhận đƣợc 1.2Vr Khi có hạn chế nhƣ đƣợc phát hiện, giá trị dc-bus điện áp tham chiếu lần tìm đƣợc, giá trị tái lập chế độ cân điện áp, có nghĩa nằm khoảng ±20% giá trị Vdc*ideal Nếu nhƣ giá trị nhƣ khơng tìm ra, thiết bị giám sát chuyển từ MPPT sang OVL cho nguồn phát điện vƣợt qua ngƣỡng điện áp chấp nhận, nguồn phát điện khác MPPT Nếu giá trị hệ điều khiển máy phát điện OVL giảm, điều có nghĩa nguồn lƣợng tổng tăng lên Điều gia tăng lƣợng đƣợc cung cấp nguồn phát điện hoạt động MPPT Hơn nữa, điều có nghĩa cân xạ đƣợc tái lập, MPPT lần lại Việc điều khiển nguồn phát điện có liên quan sau đƣợc chuyển trở lại MPPT dựa ƣớc tính gradient trọng số điện Sơ đồ khối giám sát, với kết nối với khối ngắt mạch điều khiển biến tần, đƣợc hiển thị hình 3.4 Sơ đồ lƣợng điện áp PPVi Voi, i = 1, 2, , n, nhƣ số đo điện áp dc Vdc-bus thuận tiện để lọc thông thấp phản ánh xu hƣớng cửa sổ thời gian mong muốn Trọng số lƣợng wi , i = 1, 2, , n, họ gradient đƣợc tính toán giám sát Quyết định giám sát đầu nhị phân 42 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất xác định kiểu hoạt động nguồn phát PV: Tín hiệu i cho MPPT cho OVL Chuyển đổi điều khiển chính, thực tế chuyển đổi giá trị điện áp tham chiếu Những đầu khối cấp hình 3.4 Hình 3.4 Sơ đồ khối giám sát thực tối ưu hóa lượng tồn cầu kết nối với ngắt mạch khối điều khiển Inverter Trong ý tổng quát cấu trúc ngắt mạch phần cung cấp tính hiệu PWM uchi ,i = 1, 2, , n, cho ngắt mạch Bộ giám sát tính giá trị điện áp tham chiếu liên kết dc Vdc*new , giá trị đƣợc cấp cho khối điều khiển biến tần [khối hình 3.4] Tín hiệu PWM uinv tín hiệu cuối gửi đến biến tần Đầu Khối tính tốn Vdc*new biến nhị phân ký hiệu " Vdc*new tìm thấy [hình 3.4], tín hiệu đó, với wi dwi / dt, i = 1, 2, , n, đƣợc sử dụng trạng thái tự động giới hạn để cung cấp cho chế độ hoạt động nguồn phát điện PV Giá trị Vdc*new đƣợc tính nhƣ sau Nếu cuối có nguồn phát điện PV vƣợt 43 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất qua ngƣỡng điện áp tối đa, có nghĩa khả cơng suất nguồn phát điện khác (hoặc từ nhiều nguồn khác) giảm Một điện áp tham chiếu dc-bus Vdc*new tìm thấy cho phép cho tất nguồn phát điện cịn trì MPPT, có nghĩa tất đến giới hạn Voi*new ≤ 1.2 · Vr, i = 1, 2, , n Khi tính tốn theo (1),có thể đủ giảm dc-bus tham chiếu đêna: Voi*new ax {wi} (3.3) 1,2 · Vr/ i m1,2, , n Lƣu ý (3.3) giá trị trạng thái ổn định, nguồn phát PV phản ánh xác mức độ xạ Nhƣ vậy, trọng số wi trọng số Irri tổng Im Giá trị (3.3) đƣợc thơng báo giá trị điện áp tham chiếu cho vòng điều khiển biến tần lớn 0,8 · Vdc*ideal Nếu không, giám sát làm giảm MPPT máy phát điện vƣợt qua giới hạn cách chuyển điều khiển sang OVL 1.2Vr Đây chế độ không tối ƣu từ quan điểm lƣợng; nhiên, suy giảm hạn chế đảm bảo u cầu(sức ép) để đƣợc mức giới hạn Trong hình 3.4, mô tả giám sát làm việc chu kỳ Tsv, s Các bƣớc thuật toán giám sát đƣợc liệt kê nhƣ sau: - Đối với tất nguồn phát điện PV, tính trọng số lƣợng wi, i = 1, 2, , n Ký hiệu gradient trọng số chúng gi, i =1, 2, , n - Nếu có nguồn phát điện vƣợt qua 1.2Vr, tính tốn giá trị tham chiếu điện áp dc -bus nhƣ (3.3) - Nếu Vdc*new [0,8 · Vdc*ideal , 1,2 · Vdc*ideal ], đơn giản nguồn phát điện PV vƣợt qua 1.2Vr Thiết lập điều khiển cho OVL - Nếu không, gửi Vdc*new nhƣ tín hiệu tham chiếu để điều khiển biến tần 44 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất - Với tất nguồn phát điện hoạt động OVL có gradient trọng số điện âm - (Re) đƣợc thiết lập điều khiển cho MPPT 3.4 MÔ PHỎNG SỐ 3.4.1 Trường hợp nối tiếp với giám sát Dƣới đồ thị cho ta thấy hiệu suất hệ thống PV nối tầng theo thay đổi mức độ xạ Hình 3.5 Hiệu suất hệ thống PV nối tầng theo thay đổi mức độ xạ a Mật độ xạ b Điện áp đầu ba ngắt mạch c Thời gian diễn biến điện áp DC-bus lưới điện d-f Thời gian diễn biến lượng cung cấp ba nguồn PV 45 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất Việc giám sát hệ thống PV nối tiếp dc-dc biến đổi đƣợc mô tả [mục 3.2] đƣợc mô số theo xạ [hình 3.5 (a)], với tất nguồn phát điện PV ban đầu hoạt động MPPT, dƣới mức xạ nghĩa là, Irr1 = Irr2 = Irr3 = 900 W/m2 Các trƣờng hợp bất lợi đƣợc xem xét, với thay đổi bƣớc xạ, điều gặp tự nhiên Sau Irr1 giảm từ 900 đến 400 W/m2 , Đầu điện áp Vo2 Vo3 đạt đến ngƣỡng tối đa 1.2Vr = 180 V [hình 3.5 (a)] Theo (3.3) giá trị tín hiệu so sánh điện áp dc-bus Vdc*new có giá trị khoảng 1,2 · 150 / (900/2200) = 440 V, chấp nhận đƣợc lớn 0,8 · Vdc*ideal = 360 V [Hình 3.2 (c)] Mối quan hệ wi = Irri / (Irr1 + Irr2 + Irr3), i = 1, 2, 3, đƣợc sử dụng để tính tốn trọng số wi Ngƣời ta phải lƣu ý (3.3) cung cấp lý thuyết mức điện áp dc mới, nhƣ số đo lƣợng PV và, đó, trọng số chúng wi phải đƣợc xác định giá trị trạng thái ổn định Sự thay đổi đột ngột xạ nguồn phát điện PV có liên quan xác định mức lƣợng thay đổi tối ƣu vậy, MPPTs cần thời gian để điều chỉnh lại, Tuy nhiên tín hiệu lƣợng PV ln ln biểu dao động thuật tốn MPPT Rất có khả thời gian đƣợc chờ đợi, giám sát phải định thay đổi Vdc* nhanh MPPTs đạt tới giá trị ổn định Nhƣ vậy, trọng số wi can thiệp vào (3.3) với số giá trị q độ, đó, kết tính tốn cho giá trị khác Vdc* so với lý thuyết Sự khác biệt nhận thấy phóng đại [hình 3.5 (c)] Giá trị tham chiếu cần đƣợc lọc qua lọc thông thấp sau cấp cho biến tần để chơng giá trị lớn dòng điện lƣới Giữa t2 t3, tất nguồn phát điện PV hoạt động MPPT [hình 3.5 (d) - (f)] Sự phóng đại hình 3.5 (e) (f) cho thấy rằng, giá trị điện áp dc –bus giảm có nhiễu MPPT tăng nhẹ Tại thời điểm t3, Irr1 trở lại mức ban đầu, nguồn phát điện MPPT t4, hai Irr1 Irr2 giảm đột ngột đáng kể, từ 900 đến 400 đến 500 W/m2 tƣơng ứng Ngay sau 46 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất đó, Vo3 đạt đến ngƣỡng 180 V, nhƣng điện áp dc-bus tham chiếu khơng thể tìm thấy Két điều khiển nguồn phát điện PV thứ ba đƣợc chuyển từ MPPT sang OVL- phát triển Vo3 công suất cấp máy phát điện thấy [hình 3.5 (b) (f)], tƣơng ứng Hai nguồn phát lại tiếp tục hoạt động MPPT, nhƣng rõ ràng giảm mức độ điện [hình 3.5 (d) (e)] Ngƣời ta nhận thấy trƣờng hợp cuối ứng với tình trạng riêng biệt Giá trị điện áp dc tính theo (3.3) 1,2·150 / (900/1800) = 360 V sử dụng giá trị chế độ ổn định wi Mặt khác, 360 V giá trị thấp xác ngƣỡng Vdc, Vì giám sát mặt lý thuyết cho phép tất nguồn phát điện PV hoạt động chế độ MPPT Tuy nhiên, giá trị wi đƣợc sử dụng hiệu giám sát khơng phải chế độ ổn định, lý nêu Hơn nữa, đột ngột giảm xạ nguồn phát điện t4 làm PPV1 PPV2 đƣợc sử dụng cho tính tốn wi (3.3) phải nhỏ so với giá trị trạng thái ổn định [hình 3.5 (d) (e)] Vì giá trị tối đa wi lớn 900/1800, kết Vdc*new có giá trị nhỏ 360 V Nhƣ vậy, định tức thời quan sát trƣờng hợp cụ thể giảm MPPT PV nguồn phát điện 3, đảm bảo hạn chế điện áp đƣợc đáp ứng Lƣu ý bƣớc thay đổi xạ chậm độ nhỏ xảy tự nhiên, trƣờng hợp này, giám sát có nhiều khả định giữ hoạt động MPPT cách giảm điện áp dc-bus Ngƣời ta nhận thấy tính chất động luật điều khiển MPPT tốt thay đổi độ xạ âm so với thay đổi xạ dƣơng l, thực tế đƣờng cong VPV-PPV không đối xứng mối quan hệ với giá trị cực đại đặc tính động tăng khác với đặc tính động giảm Cũng nhận thấy MPPT tăng nhanh hơn/ hay chậm lại hệ số khuếch đại tích phân lớn/hay bé 47 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất 3.4.2 So sánh với cấu hình song song Mơ số đƣợc sử dụng để thực so sánh trƣờng hợp cấu hình giám sát nối tiếp song song, ngắt mạch đƣợc nối song song vào kết nối dc chung Mơ nhằm mục đích so sánh hiệu lƣợng hai hệ thống PV theo hai tiêu chí cân cân mức độ xạ đơn Để đạt đƣợc mục tiêu này, mơ hình tổn hao cần thiết Một so sánh xác đƣợc đảm bảo hai hệ thống PV có cơng suất, nguồn phát điện PV đƣợc điều khiển riêng biệt phƣơng tiện ngắt mạch gióng nhau, biến tần lƣới nhƣ Lƣu ý kích thƣớc tải hệ thống PV nối tiếp mơ tả trƣớc, cấu hình song song cho công suất đƣợc cung cấp, điều khiển độc lập nguồn phát điện PV công suất bơm vào lƣới điện cách biến tần phải nhúng vào biến đổi DCDC tầng Sơ đồ khối cấu trúc mạng lƣới nối PV cho hình 3.6 Hình 3.6 Sơ đồ khối chuyển đổi DC-DC với cấu trúc song song với hai giai đoạn chuyển đổi DC-DC 48 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất Bộ boost 1-n đƣợc điều khiển trì nguồn phát điện PV MPPT, chúng đƣợc nối song song vào kết nối thứ ký hiệu Điện áp phải đƣợc trì liên tục V0 ngắt mạch chung Điện áp Vdc kết nối thứ hai đƣợc giữ không đổi biến tần lƣới, mà biến tần thay đổi với bơm công suất thông số lƣới Các thiết lập mô số đƣợc thành lập nhƣ sau Cả hai hệ thống PV nối tiếp song song chứa ba PV nguồn phát điện Các chopper (bộ ngắt mạch) PV giống chopper trƣờng hợp nối tiếp giống nhƣ chopper chung; nhƣng thông số điều khiển giống (để biết thêm chi tiết, xem Phụ lục) Các điện áp dc- kết nối cuối giống nhƣ trƣờng hợp nối tiếp, tức là, Vdc = 450 V, lý lƣới liên hệ sử dụng biến tần lƣới, điện áp kết nối trung gian dc đƣợc nhận V0 = 150 V để thực sử dụng tỷ số ngắt mạch khoảng Chỉ có tổn hao ngắt mạch đƣợc mơ hình để thay đổi điểm làm việc [26] cấu trúc sử dụng biến tần nhƣ so sánh hƣớng tới kết nối dc cuối nhƣ công suất Kịch xạ sử dụng mơ đƣợc thể hình 3.7 (a) 49 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất Hình 3.7 So sánh trường hợp ghép tầng với trường hợp ghép song song mức độ xạ từ điểm quan sát hiệu suất lượng Trong đó, ban đầu, tất xạ có giá trị tham chiếu Irr1 = Irr2 = Irr3 = 1000 W/m2 Ở thời gian 25 giây theo hƣớng nằm ngang ba kiện xảy ra: thời điểm giây, Irr1 giảm đột ngột đến 400 W/m2, thời gian 10 giây, xạ lần lại tối đa, cuối cùng, lúc 17 giây, hai Irr1 Irr2 biểu diễn giảm đột ngột đến 400 500 W/m2 , tƣơng ứng Trong hình 3.7(b), ta thấy diễn biến theo thời gian công suất quan tâm, cụ thể lƣợng tối ƣu tổng thể đƣợc phân chia nguồn phát điện PV công suất kết nối dc cuối hai trƣờng hợp Các lựa chọn cấu hình song song cung cấp cơng suất tối đa không tƣơng ứng điều kiện xạ khơng có hạn chế bổ sung; nguồn phát điện PV đƣợc bơm dịng tƣơng ứng với cơng suất tối đa kết nối dc Liên quan đến trƣờng hợp nối tiếp, nguồn hoạt động dƣới điều kiện xạ không cân với tất nguồn phát điện PV MPPT giám sát tìm thấy điện áp kết nối dc phép hạn chế điện áp đƣợc đáp ứng Ngƣời ta thấy 50 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất phát triển khoảnh khắc 10 giây hình 3.7 (b) phóng đại Mức công suất tối ƣu khoảng 840 W Công suất kết nối chiều trƣờng hợp nối tiếp lớn cỡ 790W so với công suất cung cấp trƣờng hợp song song khoảng 760W- rõ ràng hệ thống thứ hai có tổn thất hai giai đoạn Ngƣời ta xác định thời điểm kết nối tham chiếu điện áp DC giảm, biến đổi công suất kết nối dc tăng lên gia tăng nhiễu MPPT Hiệu suất cấu hình nối tiếp, trƣờng hợp này, với trƣờng hợp song song (0,94 so với 0,9) Trong điều kiện cân mức độ xạ tối đa, hiệu suất hai kiến trúc PV chí cịn phân biệt rõ ràng (0,95 so với 0,89) [hình 3.7] Hiệu chung trƣờng hợp nối tiếp trở nên so với trƣờng hợp song song xạ không cân hoạt động đồng thời MPPT tất PV nguồn phát điện xảy Một tình nhƣ đƣợc hiển thị sau giây thứ 17 [hình 3.7 (b)] Cơng suất tối ƣu tổng đạt khoảng 655 W Trong trƣờng hợp này, giám sát hệ thống nối tiếp tìm thấy giá trị giảm thích hợp điện áp dc, đó, MPPTs có bị loại trừ Kết là, hiệu suất tổng giảm khoảng 0,76 so với 0,93 cấu hình song song, nguồn phát điện PV cịn tất MPPT Cố gắng đƣa số khái quát phần cuối phân tích Hai cấu hình PV đƣợc so sánh từ quan điểm hiệu suất lƣợng dƣới điều kiện xạ bình thƣờng, hệ thống nối tiếp với lợi rõ ràng số lƣợng tầng biến đổi DC-DC cấu trúc song song lớn Khi mức độ xạ riêng khác nhau, giám sát có khả đảm bảo hiệu cao trƣờng hợp nối tiếp so với hệ song song Nếu suy giảm hoạt động MPPT số PV nguồn phát điện hồn tồn cần thiết, mức độ quan hệ hai hiệu suất hình nhƣ thay đổi rõ ràng số lƣợng giảm sút MPPT lớn 51 Chƣơng Hệ thống tối ƣu hóa cơng suất Một ƣu lớn cấu trúc nối tiếp so với song song giá thành rẻ sử dụng số lƣợng thiết bị điện tử cơng suất cấu trúc số thiết bị tƣơng đối rẻ hỗ trợ việc thực giám sát Nhận xét Trên trình bày làm tối ƣu hóa lƣợng thể đạt đƣợc cho biến đổi nối tầng nối tiếp DC-DC PV Các loại hệ thống đảm bảo hiệu tốt, với chi phí thấp so sánh với cấu hình song song, chủ yếu ngắt mạch khơng bắt buộc phải có tăng cao tỷ lệ Ngƣợc lại, hoạt động đồng thời tất PV máy phát điện MPPT, để tối đa hóa cơng suất, dải hạn chế bổ sung đƣợc đáp ứng miễn máy phát điện nhận đƣợc gần nhƣ mức độ xạ Khi trƣờng hợp khơng nữa, dc-bus q điện áp phát sinh, nhƣ đƣợc hiển thị phân tích trạng thái ổn định mơ số Một dịng điều khiển lớn để đảm bảo nhanh chóng biến xạ điều kiện nằm dải hạn chế giới hạn điện áp đề xuất Nhƣ vậy, máy phát điện PV đƣợc trang bị thêm quy luật kiểm soát, nhằm hạn chế điện áp đầu chopper Giám sát đƣợc thiết kế, cho máy phát điện PV, thiết bị chuyển mạch hai luật kiểm soát để thiết lập chế độ lƣợng tốt theo hạn chế định MATLAB / Simulink mô đƣợc thực trƣờng hợp hệ thống pha PV lƣới điện quốc gia Những điểm quan tâm mối quan tâm tƣơng lai thời gian thực xác nhận giàn khoan chuyên dụng thử nghiệm, nhƣ lý thuyết phát triển, khái quát dự kiến sức mạnh tối ƣu hóa tồn cầu chiến lƣợc kiểm sốt phối hợp 52 Kết luận KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu thực đồ án với hƣớng dẫn tận tình GS.TSKH Thân Ngọc Hồn, đồ án hoàn thành với nội dung sau: Chỉ đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động hệ thống lƣợng mặt trời nói chung nhƣ hệ thống lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp nói riêng Làm để tối ƣu hóa việc sử dụng lƣợng mặt trời Tuy nhiên thời gian có hạn lực thân hạn chế nên đồ án nhiều thiếu xót Lẽ đồ án cịn phải xây dựng biến đổi điện áp dòng chiều từ 12V tới 36V, nhƣng hạn chế thời gian, kiến thức tay nghề nên phần chƣa thực đƣợc Đồ án thực đƣợc phần tìm hiểu lí thuyết hệ thống lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp, tìm hiểu đƣợc phƣơng pháp điều khiển để có trạm lƣợng mặt trời có cơng suất cực đại Phận xây dựng biến đổi DC – DC 12V – 48V có điều kiện em thực Mong thầy cô giúp đỡ em Em xin chân thành cảm ơn! 53 Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, (2009), Điện tử công suất: Lý thuyết-Thiết kế-Ứng dụng tập Nhà xuất bản: Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [2] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, (2009) Điện tử công suất: Lý thuyết-Thiết kế-Ứng dụng, tập Nhà xuất bản: Khoa học Kỹ thuật Hà Nội [3].Cascaded DC–DC Converter Photovoltaic Systems: Power Optimization Issues Antoneta Iuliana Bratcu, Iulian Munteanu, Seddik Bacha, Damien Picault, and Bertrand Raison IEEE Transactions on industrial electrtonics Vol 58 No February 2011 [4] J M Carrasco, L G Franquelo, J T Bialasiewicz, E Galván,R C Portillo Guisado, Ma Á Martıacute;n Prats, J I León, andN Moreno-Alfonso, (2006), Power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey, IEEE Trans Power Electron.,vol 53, no 4, pp 1002–1016, Jun [5] S Jemeıuml;, D Hissel, A.-S Coince, and B Al-Nasrawi, (2006) Optimization and economic analysis of an hybrid fuel cell, photovoltaic and battery electric power generation system, J Fuel Cell Sci Technol., vol 3, no 4, pp 410–414, Nov [6] V Salas, E Olıacute;as, A Barrado, and A Lázaro, (2006), Review of the maximum power point tracking algorithms for stand-alone photovoltaic systems, Sol Energy Mater Sol Cells, vol 90, no 11, pp 1555–1578, Jul [7] Trang tìm kiếm tài liệu: http://www.google.com.vn [8] Diễn đàn: http://www.dientuvietnam.net/forums/forum.php [9] Diễn đàn: http://webdien.com/d/index.php 54