Nghiên ứu thiết kế hệ thống biến đổi năng lượng mặt trời

Lưu đ thuật toán P&O điều khiển thông qua dng tham chiếu Iref.. Lưu đ thuật tốn INC điều khiển thơng qua dng điện tham chi u Iế ref.. Lưu đ thuật toán chương trnh bám điểm công suấ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG ĐC DNG NGHIÊN CU THIT K H THNG BIN ĐI NĂNG LƯNG MT TRỜI Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS V MINH CHNH Hà Nội - năm 2018 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057204815641000000 Lời cam đoan LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn thạc sỹ: “Nghiên cu thit k h thng bin đi lưng mt tri” em tự thiết kế hướng dẫn PGS TS V Minh Chnh Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành luận văn em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Học viên Hoàng Đc Dng Mục lục MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH VẼ iii DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vi LỜI NÓI ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯNG MT TRỜI ĐT VN ĐỀ 1.1 Giới thiệu hệ thống lượng mt trời 1.1.1 Năng lưng mt tri 1.1.2 Đin mt tri 1.1.3 Nhit đin mt tri 1.2 Quang điện mt trời 1.2.1 Khái nim v pin quang đin 1.2.4 Hiu ng quang đin 1.2.5 Cu to nguyên l hot động ca pin mt tri 1.2.6 Các đc trưng pin mt tri 1.3 Ứng dụng pin mt trời đời sống 13 1.3.1 Tch hp vào thit b 13 1.3.2 Ngun đin di động 13 1.3.3 Ngun đin cho ta nhà 14 1.3.4 Nhà máy đin mt tri 15 1.4 Điện mt trời Việt Nam 15 1.4.1 Tim đin mt tri  Vit Nam 15 1.4.2 Nhng d án đin mt tri  Vit Nam 15 1.5 Kết luận chương 16 Chương CC VN ĐỀ THIẾT KẾ – ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NĂNG LƯNG MT TRỜI 17 2.1 Cấu trúc hệ thống điện mt trời 17 2.2 Vấn đề tối ưu hóa hoạt động pin mt trời – Bám điểm công suất cực đại 18 i Mục lục 2.3 Thuật toán bám điểm công suất cực đại – Maximum power tracking point 20 2.3.1 Thut toán điu khin t l đin áp h mch 20 2.3.2 Thut toán nhiu lon quan sát P&O (Perturb and Observer) 21 2.3.3 Thut toán đin dn gia tăng INC (Incremental Conductance) 26 2.3.4 Hn ch ca MPPT 29 2.4 Bộ biến đi ngun dng cho hệ thống 30 2.4.1 Các cu hình bin đổi DC/DC 31 2.4.2 Các cu hình bin đổi DC/AC 34 2.5 Ắc quy phương pháp nạp c quy 41 2.5.1 c quy 41 2.5.2 Phương pháp np c quy 42 2.5.3 Điu khin sc kt hp MPTT 45 2.6 Kết luận chương 46 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG NĂNG LƯNG MT TRỜI HOẠT ĐỘNG ĐỘC LẬP 47 3.1 Yêu cu thiết kế 47 3.1.1 Tnh toán kch c pin mt tri 47 3.1.2 Tnh toán yêu cu DC/DC 50 3.1.3 Tnh toán yêu cu dung lưng c quy 51 3.2 Lựa chọn cấu hnh biến đi DC/DC 51 3.2.1 Tnh toán t lc đu 54 3.2.2 Tnh toán cuộn cm 55 3.2.3 Tnh toán tham s 55 3.3 Thiết kế biến đi DC/AC 56 3.3.1 Tnh chn van điu khin 57 3.3.2 Mch khuch đi điu khin Mosfet 57 3.3.3 Mch lc đu ca nghch lưu 57 3.3.4 Bin áp AC/AC 58 3.4 Lựa chọn vi điều khiển giải thuật 58 3.4.1 Vi điu khin 58 3.4.2 Chn phương pháp điu khin MPPT 60 3.5 Thiết kế mạch đo 61 3.5.1 Mch đo đin áp 61 3.5.2 Mch đo dng đin 61 ii Mục lục 3.5.3 Mch đo nhit độ 62 3.6 Thiết kế mạch sạc c quy 62 3.7 Sơ đ mạch tng thể hệ thống 63 3.8 Thiết kế phn mềm hệ thống 65 3.8.1 Lưu đ thut tốn chương trình chnh - điu khin sc c quy bám MPPT 65 3.8.2 Lưu đ thut toán chương trình bám đim cơng sut cc đi 66 3.8.3 Lưu đ thut tốn chương trình điu khin nghch lưu 67 3.9 Kết luận chương 69 Chương KẾT QUẢ MÔ PHNG HỆ THỐNG BNG MATLAB/SIMULINK 70 4.1 Mô phng pin mt trời 70 4.1.1 Khi Iph 70 4.1.2 Khi Irs 70 4.1.3 Mơ hình pin mt tri 71 4.2 Mơ hnh hóa giải thuật MPPT 71 4.2.1 Gii thut P&O 71 4.2.2 Gii thut INC 72 4.2.3 Kho sát công sut ca h c điu khin MPPT 72 4.2.4 Mô phng làm vic nghch lưu SPWM 74 4.3 Kết luận chương 76 KẾT LUẬN 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 82 iii Danh mục hnh vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hnh 1.1 Nguyên l hoạt động nhà máy điện mt trời Hnh 1.2 Cấu tạo nguyên l hoạt động pin mt trời Hnh 1.3 Hiện tượng hiệu ng quang điện Hnh 1.4 Cấu tạo pin măt trời Hnh 1.5 Hoạt động pin mt trời Hnh 1.7 Đc tnh V-A đc tnh P-V pin mt trời Hnh 1.8 Đc tnh V-A  nhiệt độ khác 10 Hnh 1.9 Điểm làm việc điểm công suất cực đại 11 Hnh 1.10 Trạm v trụ ISS Robot tự hành ha 13 Hnh 1.11 Ngun sạc di động hệ thống điện tàu biển 14 Hnh 1.13 Nhà máy điện sử dụng pin mt trời 15 Hnh 2.1 Hệ thống điện mt trời 17 Hnh 2.2 Đc tnh I-V, P-V pin mt trời với điểm công suất cực đại 18 Hnh 2.4 Sơ đ khối hệ thống MPPT tiêu biểu 20 Hnh 2.5 Sơ đ hệ thống MPPT điều khiển theo dng điện tham chiếu Iref 21 Hnh 2.6 Đường đc tnh quan hệ công suất dng điện P – I pin mt trời 22 Hnh 2.7 Lưu đ thuật tốn P&O điều khiển thơng qua dng tham chiếu Iref 23 Hnh 2.8 Sơ đ khối phương pháp MPPT điều khiển trực tiếp chu kỳ nhiệm vụ D 24 Hnh 2.9 Mối quan hệ tng tr vào mạch boost với chu kỳ nhiệm vụ D 24 Hnh 2.9 Lưu đ thuật toán P&O điều khiển trực tiếp chu kỳ nhiệm vụ D 25 Hnh 2.10 Độ dốc (dP/dV) PV 26 Hnh 2.11 Lưu đ thuật toán INC điều khiển thông qua chu kỳ nhiệm vụ D 28 Hnh 2.12 Lưu đ thuật toán INC điều khiển thông qua dng điện tham chiếu I ref 29 Hnh 2.13 Mô hnh đc tnh I – V, P – V hệ thống pin mt trời 30 Hnh 2.14 Mô hnh hệ thống pin mt trời 31 Hnh 2.15 Phân loại cấu hnh biến đi DC-DC 31 Hnh 2.16 Cấu hnh DC-DC không cách ly 32 iii Danh mục hnh vẽ Hnh 2.17 Cấu hnh biến đi Forward & Push-Pull 32 Hnh 2.18 Cấu hnh biến đi Flyback 33 Hnh 2.19 Cấu hnh Half-Bridge Full-Bridge 34 Hnh 2.20 Nghịch lưu cu pha 34 Hnh 2.21 Nghịch lưu có điểm trung tnh 34 Hnh 2.22 Giản đ xung nghịch lưu cu pha 36 Hnh 2.23 Sơ đ nghịch lưu áp cu pha 37 Hnh 2.24 a) Nghịch lưu cộng hưng song song – b) Giản đ xung 37 Hnh 2.25 a) Nghịch lưu cộng hưng nối tiếp – b) Sơ đ thay 37 Hnh 2.26 Luật điều khiển 38 Hnh 2.27 Sơ đ khối điều khiển van PWM 39 Hnh 2.28 Điện áp nghịch lưu điều khiển bi xung đơn cực 40 Hnh 2.29 Điện áp nghịch lưu điều khiển bi xung lưng cực 40 Hnh 2.30 Sơ đ nạp với dng điện không đi 42 Hnh 2.31 Quan hệ nng độ dung dịch điện phân trạng thái điện c quy 43 Hnh 2.32 Bốn giai đoạn sạc c quy 45 Hnh 2.33 Giải thuật sạc c quy hai giai đoạn kết hợp MPPT 46 Hnh 3.1 Mô hnh hệ thống pin mt trời 47 Hnh 3.2 Đ thị đc tnh Kyocera KC130GHT-2 48 Hnh 3.3 Đ thị đc tnh IV PV hệ cường độ bc xạ 1kW/m2 49 Hnh 3.4 Đ thị đc tnh IV PV hệ mc cường độ bc xạ khác 50 Hnh 3.5 Mô hnh biến đi tăng áp 52 Hnh 3.6 Sơ đ thay a) Mosfet đóng, b) Mosfet ct 52 Hnh 3.7 a) Dạng sóng điện áp cuộn cảm, b) Dạng sóng dng điện tụ điện 53 Hnh 3.7 c) Dạng sóng điện áp dng điện  chế độ dng liên tục 53 Hnh 3.8 Dạng sóng điện áp đu 54 Hnh 3.9 Dạng sóng dng điện cuộn cảm 55 Hnh 3.10 Nghịch lưu cu H 57 iv Danh mục hnh vẽ Hnh 3.11 Sơ đ kết nối IR2101 57 Hnh 3.12a Vi điều khiển 18F2331 59 Hnh 3.12b Vi điều khiển 18F2331 60 Hnh 3.13 ACS 712 62 Hnh 3.14 Mạch sạc c quy nạp/xả 63 Hnh 3.15 Sơ đ mạch hệ thống 64 Hnh 3.16 Lưu đ thuật toán chương trnh sạc c quy bám MPPT 66 Hnh 3.17 Lưu đ thuật toán chương trnh bám điểm công suất cực đại MPPT 67 Hnh 3.18 Lưu đ thuật toán chương trnh điều khiển nghịc lưu 68 Hnh 4.1 Mô phng Iph 70 Hnh 4.2 Mô phng Irs 70 Hnh 4.3 Mô hnh pin mt trời với thông số H, T, V, I 71 Hnh 4.4 Sơ đ giải thuật P&O 71 Hnh 4.5 Sơ đ giải thuật INC 72 Hnh 4.6 Hệ pin mt trời với điều khiển MPPT 73 Hnh 4.7 Đ thị điện áp đu vào Boost converter 73 Hnh 4.8 Đ thị điện áp đu Boost converter 74 Hnh 4.9 Sơ đ mô phng inverter pha 74 Hnh 4.10 Tn hiệu điều khiển PWM 75 Hnh 4.11 Đc tnh I, V sau qua nghịch lưu 75 Hnh 4.12 Đc tnh I V tải 76 v Danh mục bảng số liệu DANH MỤC BẢNG S LIU Bảng 3.1 Kyocera KC130GHT-2 47 Bảng 3.2 Bảng thông số IXSH30N60AUI 56 Bảng 3.3 Bảng thông số SW04PCN020 56 v Danh mục từ viết tt DANH MỤC TỪ VIT TẮT MPPT Maximum Power Tracking Point Tm điểm công suất cực đại PV Photovoltaic Pin quang điện P&O Perturb and Observer Nhiu loạn quan sát INC Incremental Conductance Điện dẫn gia tăng CMC Current Mode Control Điều khiển dng EMI ElectroMagnetic Interference Nhiu điện từ DC Direct Current Điện chiều AC Alternating Current Điện xoay chiều VAC Voltage Alternating Current Điện áp xoay chiều VDC Voltage Direct Current Điện áp chiều IC Intergrated Control Chip điều khiển BAX - Biến áp xung MBA - Máy biến áp vi