Nghiên ứu thuật toán tìm hiểu điểm ông suất lớn nhất ho hệ thống điện mặt trời sử dụng logi mờ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu thuật tốn tìm điểm cơng suất lớn cho hệ thống điện mặt trời sử dụng logic mờ LÊ ĐỨC TÂN Ngành Kỹ thuật điện Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Hoài Thu Viện: Điện HÀ NỘI, 2020 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061132207171000000 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu thuật tốn tìm điểm cơng suất lớn cho hệ thống điện mặt trời sử dụng logic mờ LÊ ĐỨC TÂN Ngành Kỹ thuật điện Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Thị Hoài Thu HÀ NỘI, 2020 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Lê Đức Tân Đề tài luận văn: Nghiên cứu thuật tốn tìm kiếm công suất lớn cho hệ thống điện mặt trời sử dụng logic mờ Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số SV: CB170181 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 29/10/2020 với nội dung sau: Nội dung luận văn gồm chương phần mở đầu, kết luận * Luận văn sau bổ sung, sửa chữa gồm chương sau: - Chương 1: Giới thiệu tổng quan dạng lượng tái tạo đặc điểm ứng dụng lượng mặt trời (PV) - Chương 2: Giới thiệu đặc tính PV; ảnh hưởng cường độ sáng nhiệt độ đến đặc tính PV; sơ đồ mơ PV Matlab/Simulink biến đổi DC-DC; - Chương 3: Giới thiệu thuật tốn tìm điểm cơng suất cực đại P&O, INC Logic mờ với cấu trúc điều khiển mờ - Chương 4: Thiết kế điều khiển mờ, thuật tốn mờ mơ thuật tốn MPPT sử dụng logic mờ Matlab/Simulink theo kịch khác - Chương 5: Kết luận đề xuất hướng nghiên cứu Luận án sử dụng 13 tài liệu tham khảo, nhiên trình bày nội dung luận văn * Sửa chữa, bổ sung luận văn: - Chỉnh sửa lại tài liệu tham khảo theo nội dung luận văn Các hình vẽ bảng biểu giải trình chương khơng với việc đánh số hình vẽ bảng biểu làm cho người đọc khó theo dõi * Sửa chữa, bổ sung luận văn: - Đã sửa lại phần đánh số trang hình vẽ bảng biểu chương 4 Xem lại tiêu đề chương * Sửa chữa, bổ sung luận văn: - Đã sửa tiêu đề chương 2: Mô hình mơ pin PV chuyển đổi DC-DC Matlab/Simulink Hà Nội, ngày 12 tháng 11 năm 2020 Giáo viên hướng dẫn TS Nguyễn Thị Hoài Thu Tác giả luận văn Lê Đức Tân CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG Bạch Quốc Khánh LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào Tạo Sau Đại Học, môn Hệ Thống Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho học tập thực luận văn tốt nghiệp Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Thị Hồi Thu tận tình hướng dẫn bảo tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi xin gửi lời chúc sức khoẻ chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Tác giả Lê Đức Tân năm 2020 MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ iv DANH SÁCH BẢNG BIỂU vi DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT vii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích, đối tượng, phạm vi nghiên cứu luận văn Nội dung bố cục luận văn Phương pháp nghiên cứu Kết luận CHƯƠNG TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Các dạng lượng tái tạo 1.3 1.2.1 Năng lượng gió 1.2.2 Năng lượng mặt trời 1.2.3 Năng lượng thủy điện 1.2.4 Năng lượng sinh khối 1.2.5 Năng lượng địa nhiệt 1.2.6 Năng lượng sóng biển 1.2.7 Hệ thống điện lượng mặt trời Sử dụng lượng mặt trời 11 1.3.1 Ưu, nhược điểm lượng mặt trời 11 1.3.2 Lợi ích lượng mặt trời 12 1.3.3 Ứng dụng lượng mặt trời 12 1.4 Kết luận 13 CHƯƠNG MƠ HÌNH MƠ PHỎNG PIN PV VÀ CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI DC-DC 14 2.1 Mơ hình pin mặt trời 14 2.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời 15 2.3 Đặc tính làm việc pin mặt trời 16 2.4 2.3.1 Sơ đồ tương đương pin mặt trời: 16 2.3.2 Phương trình Kirchoff dịng điện 17 Mô pin mặt trời phần mềm Matlab/Simulink 19 2.4.1 Mô C1 19 i 2.4.2 Mô C2 20 2.4.3 Mô I 20 2.4.4 Sơ đồ mô pin lượng mặt trời 21 2.5 Ảnh hưởng cường độ sáng đến pin lượng mặt trời 22 2.6 Ảnh hưởng nhiệt độ đến pin lượng mặt trời 23 2.7 Bộ chuyển đổi DC-DC 23 2.7.1 2.8 Giới thiệu chung 23 Phân loại biến đổi DC-DC: 24 2.8.1 Bộ biến đổi giảm áp (Buck) 24 2.8.2 Bộ biến đổi tăng áp (Boost) 28 2.8.3 Bộ biến đổi tăng – giảm áp (Buck – Boost) 32 2.9 Kết luận 35 CHƯƠNG THUẬT TỐN TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT LỚN NHẤT CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI SỬ DỤNG LOGIC MỜ 36 3.1 3.2 3.3 3.4 Điểm theo dõi công suất cực đại 36 3.1.1 Giới thiệu đặc tính tải 36 3.1.2 Điều khiển chọn ểm công suất cự c đại (MPPT) 38 Các phương pháp tìm điểm cơng suất cực đại MPPT 39 3.2.1 Phương pháp nhiễu loạn quan sát (P&O) 39 3.2.2 Phương pháp điện dẫn gia tăng INC 41 Phương pháp Logic mờ 42 3.3.1 Khái niệm logic mờ 42 3.3.2 Định nghĩa tập mờ 43 3.3.3 Biến ngôn ngữ 45 3.3.4 Các phép toán tập mờ 46 Cấu trúc điều khiển mờ 47 3.4.1 Nguyên lý điều khiển 48 3.4.2 Chức khối 49 3.5 Kết luận 50 CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG THUẬT TỐN TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT LỚN NHẤT CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI SỬ DỤNG LOGIC MỜ BẰNG MATLAB/SIMULINK 51 4.1 Thiết kế điều khiển mờ 51 4.1.1 4.2 Trình tự thiết kế 51 Thuật toán logic mờ 52 4.2.1 Biến mờ 54 4.2.2 Quy tắc điều khiển mờ 55 ii 4.2.3 Giải mờ 58 4.3 Mơ thuật tốn tìm điểm công suất lớn cho hệ thống điện mặt trời sử dụng logic mờ phần mềm Matlab – Simulink 59 4.4 4.3.1 Mô kịch 59 4.3.2 Mô kịch 62 Kết luận 65 CHƯƠNG KẾT LUẬN 66 5.1 Kết luận 66 5.2 Hạn chế 66 5.3 Kiến nghị hướng phát triển đề tài 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 iii DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 Ngun lý hoạt động tạo lượng từ gió Hình 1.2 Nguyên lý hoạt động tạo lượng từ xạ mặt trời sử dụng Parabol Hình 1.3 Các pin lượng mặt trời Hình 1.4 Nguyên lý hoạt động nhà máy thủy điện Hình 1.5 Nhà máy thủy điện Hình 1.6 Nguyên lý hoạt động tạo lượng sinh khối Hình 1.7 Nguyên lý hoạt động lượng địa nhiệt Hình 1.8 Nguyên lý hoạt động lượng sóng biển Hình 1.9 Hệ thống điện mặt trời hịa lưới 10 Hình 1.10 Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 10 Hình 2.1 Tế bào pin PV đơn tinh thể 14 Hình 2.2 Tế bào pin PV đa tinh thể 14 Hình 2.3 Tế bào pin PV khơng tinh thể (vơ định hình) 14 Hình 2.4 Cấu tạo pin lượng mặt trời 15 Hình 2.5 Nguyên lý hoạt động pin lượng mặt trời 16 Hình 2.6 Sơ đồ tương đương với phần tử pin lượng mặt trời 16 Hình 2.7 Sơ đồ khối mô giá trị C1 19 Hình 2.8 Sơ đồ khối mơ giá trị C2 20 Hình 2.9 Sơ đồ khối mơ giá trị I 20 Hình 2.10 Sơ đồ khối mơ pin lượng mặt trời 21 Hình 2.11 Bảng thông số pin PV chọn ngẫu nhiên 21 Hình 2.12 Ảnh hưởng cường độ sáng đến pin lượng mặt trời 22 Hình 2.13 Ảnh hưởng nhiệt độ đến pin lượng mặt trời 23 Hình 3.1 Sơ đồ chung chuyển đổi DC-DC 24 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý biến đổi Buck converter 25 Hình 3.3 Ngun lý hoạt động khóa S đóng (Buck converter) 25 Hình 3.4 Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L khóa S đóng (Buck) 25 Hình 3.5 Ngun lý hoạt động khóa S mở (Buck converter) 26 Hình 3.6 Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L khóa S mở (Buck) 26 Hình 3.7 Sơ đồ mơ biến đổi giảm áp Buck converter 27 Hình 3.8 Kết sau chạy mô Buck converter 28 Hình 3.9 Sơ đồ nguyên lý biến đổi Boost converter 28 Hình 3.10 Nguyên lý hoạt động khóa S đóng (Boost converter) 28 Hình 3.11 Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L khóa S đóng (Boost) 29 Hình 3.12 Ngun lý hoạt động khóa S mở (Boost converter) 29 Hình 3.13 Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L khóa S mở (Boost) 30 Hình 3.14 Sơ đồ mơ biến đổi tăng áp Boost converter 31 Hình 3.15 Kết sau chạy mô Boost converter 31 Hình 3.16 Sơ đồ nguyên lý biến đổi Buck - Boost converter 32 Hình 3.17 Ngun lý hoạt động khóa S đóng (Buck - Boost converter) 32 iv Hình 3.18 Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L khóa S đóng (Buck -Boost) 32 Hình 3.19 Ngun lý hoạt động khóa S mở (Buck - Boost converter) 33 Hình 3.20 Dạng sóng điện áp dịng điện cuộn dây L khóa S mở (Buck -Boost) 33 Hình 3.21 Sơ đồ mơ biến đổi tăng giảm áp Buck - Boost converter 34 Hình 3.22 Kết sau chạy mô Buck - Boost converter 35 Hình 5.1 Điểm hoạt động tải 36 Hình 5.2 Thay đổi tải R điểm hoạt động thay đổi đồ thi I-V pin pv 37 Hình 5.3 Xác định điểm cơng suất cực đại 37 Hình 5.4 Đồ thị tải R khơng đổi cường độ xạ thay đổi 38 Hình 5.5 Sơ đồ khối hệ thống MPPT 38 Hình 5.6 Đường đặc tính P-V phương pháp PO 39 Hình 5.7 Lưu đồ giải thuật thuật toán PO 40 Hình 5.8 Đường đặc tính P-V phương pháp INC 41 Hình 5.9 Lưu đồ giải thuật thuật toán INC 42 Hình 4.1 Biểu đồ hàm liên thuộc 44 Hình 4.2 Biểu đồ dạng hàm liên thuộc 45 Hình 4.3 Biểu diễn hàm liên thuộc 46 Hình 4.4 Sơ đồ khối điều khiển mờ 47 Hình 4.5 Sơ đồ chức điều khiển mờ 47 Hình 4.6 Sơ đồ nguyên lý điều khiển mờ 48 Hình 4.7 Bộ điều khiển mờ 48 Hình 5.10 Sơ đồ khối MPPT 52 Hình 5.11 Sơ đồ khối FLC 53 Hình 5.12 Lưu đồ giải thuật thuật toán FLC 54 Hình 5.13 Giá trị ngơn ngữ vào sai số E 54 Hình 5.14 Giá trị ngôn ngữ vào sai số CE 55 Hình 5.15 Giá trị ngõ tỷ số độ rộng xung D 55 Hình 5.16 Hoạt động luật điều khiển mờ (2D) 57 Hình 5.17 Hoạt động luật điều khiển mờ (3D) 57 Hình 5.18 Sơ đồ hệ thống FLC 58 Hình 5.19 Mơ hình mơ pin PV sử dụng thuật tốn MPPT 59 Hình 5.20 Mơ kịch 60 Hình 5.21 Trường hợp – Kịch 60 Hình 5.22 Trường hợp – Kịch 61 Hình 5.23 Trường hợp – Kịch 61 Hình 5.24 Mơ kịch 62 Hình 5.25 Trường hợp – Kịch 63 Hình 5.26 Trường hợp – Kịch 63 Hình 5.27 Trường hợp – Kịch bản2 64 Hình 5.28 Trường hợp – Kịch 64 v