(Luận văn thạc sĩ hcmute) nghiên cứu bộ biến đổi dc dc giảm áp tỉ số cao trong hệ thống pin mặt trời vừa và nhỏ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TẠ ANH DUY NGHIÊN CỨU BỘ BIẾN ĐỔI DC – DC GIẢM ÁP TỈ SỐ CAO TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VỪA VÀ NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 8520201 SKC007275 Tp Hồ Chí Minh, tháng 04/2021 Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NGHIÊN CỨU BỘ BIẾN ĐỔI DC – DC GIẢM ÁP TỈ SỐ CAO TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VỪA VÀ NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 1980601 LUẬN VĂN THẠC SỸ HỌC VIÊN: TẠ ANH DUY GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN PHAN THANH Luan van BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SỸ TẠ ANH DUY NGHIÊN CỨU BỘ BIẾN ĐỔI DC – DC GIẢM ÁP TỈ SỐ CAO TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI VỪA VÀ NHỎ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 1980601 Luan van Luan van i Luan van ii Luan van iii Luan van iv Luan van v Luan van LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: Tạ Anh Duy Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 01/04/1996 Nơi sinh: Đồng Nai Dân tộc: Kinh Quê quán: Ninh Bình Chỗ riêng địa liên lạc: 175/87/9, đường số 2, phường Tăng Nhơn Phú B, quận 9, TPHCM Điện thoại quan: Điện thoại nhà riêng: Fax: E-mail: anhduymoveek@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chuyên nghiệp: Hệ đào tạo: Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ Nơi học (trường, thành phố): Ngành học: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2014 đến 02/2019 Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kĩ thuật TP HCM, TP HCM Ngành học: CNKT Điện – Điện tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế hệ thống điện cho hộ Sunrise Cityview Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: 01/2019 trường vi Luan van Hình 3.10: Sơ đồ thể chiều dòng điện S4 ON tụ điện xả điện Khi S4 OFF, cuộn dây bắt đầu xả điện về tải Diode dẫn điện 36 Luan van Hình 3.11: Sơ đồ thể chiều dòng điện S4 OFF cuộn dây xả điện 3.3 Phương án điều khiển Bộ biến đổi luận văn có trạng thái hoạt động chu kỳ đóng cắt, điện áp tụ thời điểm ban đầu độ sau đó dần ổn định, Hình 3.12 Do tụ nhân điện áp ngõ vào được mắc nối tiếp với cuộn dây, mạch điện đề xuất hoạt động với chế độ dẫn liên tục (CCM - Continuous Conduction Mode) 37 Luan van Hình 3.12: Dạng sóng điều khiển điện áp tụ Cặp khóa điện S1 S3 đóng S2 S4 dẫn ngược lại, điều được thể qua Hình 3.13 Hình 3.14 Hình 3.13: Dạng sóng điện áp cặp khóa điện S1 S3 38 Luan van Hình 3.14: Dạng sóng điện áp cặp khóa điện S2 S4 3.4 Cải tiến hiệu suất Để đánh giá được hiệu suất mạch có được cải tiến hay không,phương pháp giảm áp để giảm áp cho mạch cải tiến ta xây dựng nhiều tầng mạch cải tiến,mục đích xây dựng nhiều tầng để mạch có thể giảm áp được nhiều hơn,hiệu suất được tăng cao mà mạch có thể tiết kiệm được linh kiện sử dụng mạch,tiết kiệm được chi phí.Nên ta tiến hành xét tầng theo thứ tự tăng dần số lượng tầng (xét tầng,2 tầng rối đến cuối tầng),trong đó điện áp đầu vào (400V),đầu (25V) giá trị tải khơng đổi Ta có Hiệu śt mạch bằng thương công suất đầu (P out) công suất đầu vào (P in), mà giá trị P out không đổi điện áp đầu (VR) giá trị tải không đổi Ta còn xét đến P in, mà P in = điện áp đầu vào (VIN) x dòng điện đầu vào (I2), đó điện áp đầu vào không đổi (400V) Ta xét mạch cải tiến sử dụng tầng, sử dụng khóa điện S1 S2: 39 Luan van Hình 3.15: Sơ đồ mạch cải tiến tầng có cặp khóa điện S1 S2 Theo kết mô phỏng, ta đo được giá trị dòng điện đầu vào I2 14,17305 A Ta xét mạch cải tiến sử dụng tầng, sử dụng khóa điện S1, S2 S3: Hình 3.16: Sơ đồ mạch cải tiến tầng có sử dụng khóa điện S1,S2 S3 40 Luan van Theo kết mô phỏng, ta đo được giá trị dòng điện đầu vào I2 9,30502 A Ta xét mạch cải tiến sử dụng tầng, sử dụng khóa điện S1, S2, S3 S4: Hình 3.17: Sơ đồ mạch cải tiến tầng có sử dụng khóa điện S1, S2, S3 S4 Theo kết mô phỏng, ta đo được giá trị dòng điện đầu vào I2 6,98378 A Nếu ta xét mạch giảm áp DC-DC (ở Hình 3.1) dòng điện đầu vào I2 28,38524 A Vậy câu hỏi đặt tải thay đổi hiệu suất mạch có còn được cải tiến hay không, ta tiếp tục xét tiếp trường hợp tải thay đổi hiệu suất mạch sẽ nào? Ở ta xét trường hợp tải 1, trường hợp ta xét tải Ta xét mạch cải tiến sử dụng tầng, sử dụng khóa điện S1 S2: 41 Luan van Hình 3.18: Sơ đồ mạch cải tiến tầng có cặp khóa điện S1 S2 tải thay đổi Theo kết mô phỏng, ta đo được giá trị dòng điện đầu vào I2 5,52199 A Ta xét mạch cải tiến sử dụng tầng, sử dụng khóa điện S1, S2 S3: Hình 3.19: Sơ đồ mạch cải tiến tầng có sử dụng khóa điện S1, S2 S3 tải thay đổi Theo kết mô phỏng, ta đo được giá trị dòng điện đầu vào I2 3,47413 A 42 Luan van Ta xét mạch cải tiến sử dụng tầng, sử dụng khóa điện S1, S2, S3 S4: Hình 3.20: Sơ đồ mạch cải tiến tầng có sử dụng khóa điện S1, S2, S3 S4 tải thay đổi Theo kết mô phỏng, ta đo được giá trị dòng điện đầu vào I2 2,53211 A Hình 3.21: Sơ đồ mạch giảm áp DC-DC tải thay đổi Nếu ta xét mạch giảm áp DC-DC (ở Hình 3.21) dòng điện đầu vào I2 11,0518 A 43 Luan van Như vậy, để xét xem hiệu suất mạch có được tiến hay không, ta giữ nguyên điện áp đầu vào (400V) điện áp đầu (25V), ta thay đổi độ rộng xung => thay đổi dòng điện đầu vào(I2) Phân tích, đánh giá hiệu quả: 3.5 Ta thấy mạch có khả cho hiệu suất đầu cao hơn, tổn hao thấp hơn, ổn định được điện áp đầu đầu vào thay đổi, từ đó chia nhỏ được linh kiện giúp cho linh kiện lúc hoạt động mạch đỡ nóng, đỡ gây hư hỏng linh kiện Đối với kiểu nguồn Buck cho công suất đầu rất lớn so với công suất đầu vào sử dụng cuộn cảm, tổn hao công suất thấp nên phải sử dụng mạch ghép nhiều tầng hoạt động xen kẽ khóa điện để dẫn dòng ổn định ổn định được điện áp, tiết kiệm được diện tích mạch cũng chi phí linh kiện Khi ta xét số lượng tầng mạch dựa vào kết mô phỏng, ta nhận thấy số lượng tầng mạch tăng dòng điện đầu vào mạch giảm, từ đó công suất đầu vào giảm, mà công suất đầu vào tỉ lệ nghịch với hiệu suất nên công suất đầu vào giảm hiệu suất mạch sẽ tăng Như vậy, ta có thể kết luận về cách cải tiến mạch rằng: Mạch nhiều tầng, dòng điện đầu vào nhỏ=>mạch sử dụng linh kiện nhỏ=> tiết kiệm diện tích mạch kinh tế, mơ hình sử dụng mạch sẽ gọn hơn, hiệu suất sẽ cao mạch thơng thường Tuy nhiên, mạch xây dựng cịn phức tạp, dùng nhiều linh kiện Hiện nay, điện mặt trời nguồn lượng có dự trữ lớn, mục tiêu nghiên cứu nhiều quốc gia nhằm mục đích nâng cao chất lượng điện, giảm giá thành có thể đưa vào sử dụng ngày nhiều thay được nguồn lượng cổ điển vừa có nguy cạn kiệt, vừa ô nhiễm môi trường Với tốc độ nghiên cứu ngày không xa hy vọng loài người về nguồn lượng nhiều rẻ sẽ được thành sự thật Vì thế, luận văn đề xuất cấu hình mạch giảm áp phù hợp 44 Luan van với ứng dụng công suất lớn để đáp ứng được nhu cầu sử dụng tải người dân dùng nay, đặc biệt cao điểm 45 Luan van CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN Kết luận hướng nghiên cứu 4.1 - Qua mơ hình mạch, ứng dụng phương pháp điều khiển đã nêu đề tài có sở để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm bước đầu để chứng minh được mức độ khả thi luận văn - Mạch cải tiến so với mạch đã cải thiện được hiệu suất so với mạch bản, tải thay đổi Ta thấy khả cho hiệu suất đầu cao hơn, tổn hao thấp hơn, ổn định được điện áp đầu đầu vào thay đổi, từ đó chia nhỏ được linh kiện giúp cho linh kiện lúc hoạt động mạch đỡ nóng, đỡ gây hư hỏng linh kiện Đối với kiểu nguồn Buck cho công suất đầu rất lớn so với công suất đầu vào sử dụng cuộn cảm, tổn hao cơng suất thấp nên phải sử dụng mạch ghép nhiều tầng hoạt động xen kẽ khóa điện để dẫn dòng ổn định ổn định được điện áp, tiết kiệm được diện tích mạch cũng chi phí linh kiện - Trong ta xét số lượng tầng mạch dựa vào kết mô phỏng,ta nhận thấy số lượng tầng mạch tăng dòng điện đầu vào mạch giảm (từ 28,38524 A -> 14,17305 A -> 9,30502 A -> 6,98378 A, xây dựng nhiều tầng dịng điện đầu vào giảm), ta thay đổi giá trị tải hiệu suất được cải thiện, dòng điện đầu vào mạch giảm (11,0518 A -> 5,52199 A -> 3,47413 A -> 2,53211 A, xây dựng nhiều tầng dịng điện đầu vào giảm) từ đó công suất đầu vào giảm, mà công suất đầu vào tỉ lệ nghịch với hiệu suất nên công suất đầu vào giảm hiệu suất mạch sẽ tăng Như vậy, ta có thể kết luận về cách cải tiến mạch rằng: Mạch nhiều tầng, dòng điện đầu vào nhỏ=>mạch sử dụng linh kiện nhỏ=> tiết kiệm diện tích mạch kinh tế, mơ 46 Luan van hình sử dụng mạch sẽ gọn hơn, hiệu suất sẽ cao mạch thông thường Tuy nhiên, mạch xây dựng phức tạp, dùng nhiều linh kiện - Có thể áp dụng mạch vào mục đích khoa học ứng dụng thực tế - Về phương thức tiến hành mơ phỏng mạch có cơng cụ mơ phỏng được đề x́t có tính thực tế cao là: cơng cụ mơ phỏng mơ hình điện tử cơng śt Power Sim (PSIM) Luận văn đã chứng minh được bước đầu phù hợp cho ứng dụng với pin mặt trời công suất vừa nhỏ còn có tiềm mở rộng sang số ứng dụng điện tử công suất khác Luận văn đưa số hướng phát triển sau: - Xây dựng phương pháp đánh giá tổn thất công suất sụt áp mạch có xét đến nội trở thực tế linh kiện - Xây dựng phương pháp tính độ phân giải điện áp ngõ cho biến đổi DC – DC tỉ số cao từ đó rút cách điều khiển độ phân giải tối ưu nhất cho mơ hình - Mơ phỏng kết nối hệ thống mạch với động - Mô phỏng kết để thích hợp cho ứng dụng giảm áp cần cơng suất lớn 47 Luan van TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A M Eltamaly, Chapter - Performance of MPPT Techniques of Photovoltaic Systems Under Normal and Partial Shading Conditions Elsevier Inc., 2018 [2] F Belhachat and C Larbes, “A review of global maximum power point tracking techniques of photovoltaic system under partial shading conditions,” Renew Sustain Energy Rev., vol 92, no January, pp 513–553, 2018 [3] X Li, H Wen, Y Hu, L Jiang, and W Xiao, “Modified Beta Algorithm for GMPPT and Partial Shading Detection in Photovoltaic Systems,” IEEE Trans Power Electron., vol 33, no 3, pp 2172–2186, 2018 [4] P S Vicente, E M Vicente, and E R Ribeiro, “A review of solar photovoltaic array reconfiguration methods,” IEEE Int Symp Ind Electron., vol 2015-Septe, pp 208–213, 2015 [5] A Ingle, D I Sangotra, R B Chadge, and P Thorat, “Module configurations in photovoltaic system: A review,” Mater Today Proc., vol 4, no 14, pp 12625– 12629, 2017 [6] Soheli, S N., Sarowar, G., Hoque, M A., & Hasan, M S (2018) Design and Analysis of a DC -DC Buck Boost Converter to Achieve High Efficiency and Low Voltage Gain by using Buck Boost Topology into Buck Topology 2018 International Conference on Advancement in Electrical and Electronic Engineering (ICAEEE) [7] Masri, S., Mohamad, N., & Hariri, M H M (2012) Design and development of DC-DC buck converter for photovoltaic application 2012 International Conference on Power Engineering and Renewable Energy (ICPERE) [8] Himanshu, & Khanna, R (2012) Various control methods for DC-DC buck converter 2012 IEEE Fifth Power India Conference [9] O Khan, W Xiao, and H H Zeineldin, “Gallium-Nitride-Based Submodule 48 Luan van Integrated Converters for High-Efficiency Distributed Maximum Power Point Tracking PV Applications,” IEEE Trans Ind Electron., vol 63, no 2, pp 966– 975, 2016 [10] Viet-Anh Truong, Xuan-Truong Luong, Phan-Thanh Nguyen and Thanh- Hai Quach, “The Improvement Switching Technique for High Step-Up DC-DC Boost Converter,” [11] B Nayak, A Mohapatra, and K B Mohanty, “Selection criteria of dc-dc converter and control variable for MPPT of PV system utilized in heating and cooking applications,” Cogent Eng., vol 4, no 1, pp 1–16, 2017 49 Luan van S K L 0 Luan van