Trong hàng loạt các cải tiến mới, từ công nghệ tấm pin, các hệ thống điều hướng, bộ chuyển đổi công suất,… thì trong đó việc phát triển thuật tốn dị tìm điểm cơng suất cực đại Max Power
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT ĐIỆN MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN THUẬT TỐN DỊ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI P&O CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS Lê Quốc Anh Lê Duy Quốc (MSSV: B2012758) Ngành: Kỹ thuật điện - Khóa: 46 Tháng 11/2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TRƯỜNG BÁCH KHOA BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ KỸ THUẬT ĐIỆN MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CẢI TIẾN THUẬT TỐN DỊ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI P&O CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS Lê Quốc Anh Lê Duy Quốc (MSSV: B2012758) Ngành: Kỹ thuật điện - Khóa: 46 Tháng 11/2023 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy TS Lê Quốc Anh hết lịng nhiệt tình hướng dẫn, truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu, đồng thời góp ý chỉnh sửa để em hồn thiện chun đề cách tốt Em xin cảm ơn quý thầy giảng viên khoa Kỹ thuật điện, thầy cô giảng viên Trường Bách khoa, Trường Đại học Cần Thơ nhiệt tình giảng dạy, truyền đạt suốt trình học tập trường để giúp em có kiến thức tảng phục vụ cho việc thực chuyên đề Cảm ơn các bạn nhóm đề tài ln đồng hành, chia sẻ, giúp đỡ em trình thực chuyên đề Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày … tháng … năm 2023 Sinh viên thực Lê Duy Quốc LỜI NĨI ĐẦU Với phát triển mạnh mẽ cơng nghệ lĩnh vực sản xuất điện từ quang ánh sáng mặt trời, hiệu suất hệ thống pin quang điện ngày trở nên cao hơn, giúp người sản xuất lượng điện nhiều Trong hàng loạt cải tiến mới, từ công nghệ pin, hệ thống điều hướng, chuyển đổi cơng suất,… việc phát triển thuật tốn dị tìm điểm cơng suất cực đại (Max Power point Tracking - MPPT) điều kiện then chốt, đảm bảo tối ưu lượng lượng chuyển đổi từ quang thành điện quang Trong nhiều thập kỷ qua, nhà khoa học liên tục đề xuất cải tiến thuật tốn MPPT sẵn có nhằm giải vấn đề phát sinh trình vận hành thực tế thuật tốn Trong đó, thuật tốn Nhiễu loạn Quan sát (Perturb and Observe – P&O) thuật toán đơn giản, sử dụng rộng rãi với nhiều ưu điểm cấu trúc thuật toán đơn giản, chi phí thấp,… Tuy nhiên, bất lợi P&O ra, đưa đến toán cho tối thiểu hố ảnh hưởng nhằm tối ưu hiệu suất mà giữ đặc tính ưu việt Chun đề sâu vào số nghiên cứu nhà khoa học cải tiến thuật toán P&O theo chiều hướng thích nghi nhanh với điều kiện mơi trường thay đổi, nhằm giải bất lợi dao động cơng suất, truy bắt sai hướng che phủ bóng phần Các nghiên cứu dựa công cụ mơ hình hố mơ để kiểm chứng lý thuyết đồng thời thực số thí nghiệm hệ thống thực để đánh giá vận hành điều kiện thực tế MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI NÓI ĐẦU ii MỤC LỤC i MỤC LỤC HÌNH iii MỤC LỤC BẢNG .v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Hệ thống pin lượng mặt trời 1.2 Mơ hình tốn học pin quang điện .2 1.3 Đường đặc tính I-V P-V PV 1.4 Bộ dị tìm công suất cực đại CHƯƠNG TỔNG QUAN MỘT SỐ THUẬT TỐN PHỔ BIẾN ĐỂ DỊ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI .6 2.1 Thuật toán Nhiễu loạn quan sát (Perturb and Observe – P&O) 2.2 Thuật toán Điện dẫn gia tăng (Incremental Conductant - InC) .8 2.3 Thuật toán dựa tỉ lệ điện áp hở mạch (Fractional Open Circuit Voltage FOCV) tỉ lệ dòng điện ngắn mạch (Fractional Short Circuit Current - FSCC) 10 2.4 Thuật toán ứng dụng logic mờ - FLC 11 CHƯƠNG THUẬT TỐN DỊ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CẢI TIẾN DỰA TRÊN THUẬT TOÁN NHIỄU LOẠN VÀ QUAN SÁT .14 3.1 Phương pháp thu thập đa mẫu để cải thiện đặc tính đáp ứng với điều kiện thay đổi nhanh xạ mặt trời, Theo H Abouadane et.al (2020) [14] .14 3.1.1 Vận hành thuật toán điều kiện xạ mặt trời thay đổi lớn đáng kể .15 3.1.2 Vận hành thuật toán điều kiện xạ mặt trời ổn định 17 3.1.3 Kết thử nghiệm giải thuật 18 SVTH: Lê Duy Quốc i 3.1.4 Nhận xét: 20 3.2 Thuật toán P&O cải tiến nhằm cải thiện đáp ứng xác lập thay đổi nhanh điều kiện xạ Theo V Kamala Devi et.al (2017) [15] 20 3.2.1.Tổng quan 20 3.2.2 Thuật toán cải tiến 21 3.2.3 Kết mô phỏng, thử nghiệm so sánh 22 3.3 Giải thuật thích nghi cho thuật tốn P&O, Theo Ahmed Salam (2016, 2018) [2, 17] 29 3.3.1 Tổng quan thuật tốn thích nghi đề xuất 29 3.3.2 Giải thuật thích nghi để đáp ứng với điều kiện chiếu sáng thay đổi nhanh dao động điểm MPP [17] 30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35 5.1 Kết 35 5.2 Kiến nghị hướng phát triển đề tài .35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 SVTH: Lê Duy Quốc ii MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống sản xuất điện từ lượng mặt trời có lưu trữ Hình 1.2 Mơ hình diode pin quang điện [1] Hình 1.3 Mơ hình diode pin quang điện [2] Hình 1.4 Đường cong I-V P-V pin quang điện Hình 1.5 Sự thay đổi dòng điện điện áp PV phụ thuộc vào thay đổi xạ mặt trời (a) nhiệt độ khơng khí (b) [3] Hình 2.1 Mơ tả thuật tốn P&O đường đặc tuyến P-V Hình 2.2 Lưu đồ thuật toán P&O [3] Hình 2.3 Biểu diễn nhược điểm thuật toán P&O điều kiện xác lập điều kiện chiếu sáng thay đổi [4] Hình 2.4 Lưu đồ giải thuật thuật toán InC [5] Hình 2.5 Lưu đồ giải thuật dị tìm điểm cơng suất cực đại theo điện áp hở mạch 10 Hình 2.6 Cấu trúc điều khiển theo logic mờ [6] 11 Hình 2.7 Các giá trị đầu vào mờ hoá phân hàm thành phần tương ứng [6] 12 Hình 2.8 Ma trận quy luật mờ [6] 12 Hình 2.9 Kết đầu điều khiển [6] 13 Hình 3.1 Ví dụ sai lệch chiều nhiễn loạn điện áp xạ liên tục thay đổi 14 Hình 3.2 Lưu đồ thuật tốn dị tìm thu thập đa mẫu 15 Hình 3.3 Minh hoạ biến thiên công suất vận hành quan hệ với biến thiên công suất nhiễu loạn điện áp 17 Hình 3.4 Vận hành thuật tốn điều kiện xạ khơng đổi 18 Hình 3.5 Bố trí thử nghiệm 18 Hình 3.6 Thông số đặt thành phần thí nghiệm 19 Hình 3.7 So sánh hai giải thuật P&O truyền thống giải thuật đề xuất với trường hợp tốc độ thay đổi xạ chậm 19 SVTH: Lê Duy Quốc iii Hình 3.8 So sánh hai giải thuật điều kiện xạ thay đổi mức trung bình 20 Hình 3.9 So sánh hiệu suất hai giải thuật 20 Hình 3.10 Lưu đồ giải thuật cải tiến 22 Hình 3.11 Mơ thuật tốn SIMULINK 23 Hình 3.12 Thứ tự điều kiện chiếu sáng thay đổi theo phương pháp Ropp 24 Hình 3.13 So sánh cơng suất hai thuật tốn thử nghiệm Ropp 24 Hình 3.14 Điện áp tham chiếu hai thuật toán đưa 25 Hình 3.15 So sánh bước nhiễu loạn hai thuật toán 25 Hình 3.16 So sánh cơng suất ngõ hai giải thuật điều kiện thực 26 Hình 3.17 So sánh hiệu suất trung bình hai giải thuật 27 Hình 3.18 Thông số môi trường theo thời gian thử nghiệm 27 Hình 3.19 So sánh cơng suất ngõ hai giải thuật 28 Hình 3.20 So sánh điện áp tham chiếu ngõ hai giải thuật 28 Hình 3.21 So sánh hiệu suất điều kiện thay đổi nhiệt độ xạ 29 Hình 3.22 Lưu đồ giải thuật thuật tốn thích nghi 30 Hình 3.23 MPP cường độ chiếu sáng khác biên điện áp 31 Hình 3.24 Kết thử nghiệm theo tiêu chuẩn EN50530 33 Hình 3.25 So sánh hiệu suất hai thuật toán thử nghiệm theo EN50530 33 Hình 3.26 Kết mơ thí nghiệm tốc độ 30W/m2/s 34 SVTH: Lê Duy Quốc iv MỤC LỤC BẢNG Bảng 3.1 Trạng thái hoạt động thuật toán truyền thống 22 Bảng 3.2 Trạng thái hoạt động thuật toán cải tiến 22 Bảng 3.3 Giá trị ϕ 31 SVTH: Lê Duy Quốc v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt GMPP MPP MPPT PV STC Tiếng Anh Global Max Power Point Max Power Point Max Power Point Tracking Photovoltaic panel Standard Test Condition SVTH: Lê Duy Quốc Tiếng Việt Điểm cơng suất cực đại tồn cục Điểm cơng suất cực đại Dị tìm điểm cơng suất cực đại Tấm pin quang điện Điều kiện thử nghiệm tiêu chuẩn vi