Đang tải... (xem toàn văn)
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬTTHÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
BÁO CÁO CUỐI KỲ
MÔN HỌC NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
MÔ PHỎNG HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN KẾT NỐI LƯỚI 12KW SỬ DỤNG HỆ
Trang 2A CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CÁC BỘ PHẬN 1
1 Mô hình Mathlab 1
2 Mạch động lực 1
3 Phần điều khiển 7
2.1 Mạch dò điểm công suất cực đại và bộ điều chỉnh tích phân 7
2.2 Mạch điều khiển biến tần (VCS Controller) 8
2.3 Khối giám sát 11
B KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 12
Trang 3MỤC LỤC BẢNG BIỂU
Hình 1: Mô hình hệ thống phát điện hòa lưới trên Simulink 1
Hình 2: Mô hình pin mặt trời trên Mathlab 1
Hình 3: Thông số tấm pin 2
Hình 4: Đặc tính PV và IV của dàn pin với bức xạ 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC 3
Hình 5: Thiết lập nhiệt độ và bức xạ cho tấm pin cho từng thời điểm 4
Hình 6: Cấu hình mạch tăng áp 4
Hình 7: Bộ biến tần cầu 3 pha 6
Hình 8: Thông số bộ biến tần 6
Hình 9: Hệ thống tụ lọc 6
Hình 10: Mạch dò điểm công suất cực đại và bộ điều chỉnh tích phân 7
Hình 11: Sơ đồ giải thuật tăng độ dẫn 8
Hình 12: Các thành phần của bộ điều khiển VSC 9
Hình 18: Đồ thị pha A sau khi qua bộ biến tần 13
Hình 19: Đồ thị điện áp và dòng điện pha A sau khi qua bộ tụ lọc 14
Trang 4A CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CÁC BỘ PHẬN 1 Mô hình Mathlab
Mô hình của hệ thống PV kết nối lưới 12kW:
Hình 1: Mô hình hệ thống phát điện hòa lưới trên Simulink
2 Mạch động lực Pin mặt trời
Trang 5Hình 2: Mô hình pin mặt trời trên Mathlab
Trước hết, cần một mô hình pin mặt trời để tạo ra công suất 12kW để sau đó có thể đưa vào lưới điện.
Nguyên lý hoạt động:
Đối với bài đang mô phỏng sử dụng nguồn điện ngõ vào từ dàn pin mặt trời (nguồn điện có thể thay đổi tùy theo điều kiện thời tiết) là nguồn có đặc tính phi tuyến nên cần có mạch tăng áp hoặc giảm áp để dò được điểm công suất cực đại MPPT (Maximum power point tracking) Thông thường sẽ sử dụng mạch tăng áp kết hợp với các tính năng của MPPT.
Trang 6Hình 3: Thông số tấm pin
Chọn model: SunPower SPR-305E-WHT-D
Chọn các chuỗi song song là 10 chuỗi và chuỗi nối tiếp là 4 chuỗi.
Như chúng ta biết, điện áp cộng lại theo chuỗi nối tiếp và dòng điện cộng lại theo chuỗi song song Điện áp ở điểm công suất tối đa của tấm pin là 54,7V và dòng điện tại thời điểm công suất tối đa là 5,58A.
Im=5.58 A
Tổng điện áp của tấm pin=54.7 V × 4=218.8VTổng dòng điện của tấm pin=5.58 A ×10=55.8 A
Công suất tối đa của tấm pin=218.8 V × 55.8 A=12209.04 W
Do đó,
Phệ thốn pin=12.2kW
Trang 7Hình 4: Đặc tính PV và IV của dàn pin với bức xạ 1000W/m2 và nhiệt độ là 25oC
Hình 5: Thiết lập nhiệt độ và bức xạ cho tấm pin cho từng thời điểm
Như đã đề cập trong tính toán, công suất tối đa là 12,21kW ở nhiệt độ 25.
Ngoài ra, lưu ý rằng khi nhiệt độ thay đổi từ 0 đến 50, công suất giảm khi điện áp giảm.
Mạch tăng áp DC-DC (boost)
Trang 8Hình 6: Cấu hình mạch tăng áp
Chức năng: Chuyển đổi năng lượng điện tín hiệu nhỏ ở đầu vào thành năng lượng điện
tín hiệu lớn ở đầu ra 500V – 5 kHz và để theo dõi điểm công suất tối đa.
Nguyên lý hoạt động:
Do điện áp chỉnh lưu phía 1 chiều cần cấp cho nghịch lưu nối lưới 3 pha với điện áp lưới lơn nên sẽ cần điện áp một chiều lên đến khoảng 500VDC và nếu ghép nhiều tấm pin mặt trời nối tiếp để đạt được điện áp 500V thì rủi ro rất cao Bởi vì chỉ cần 1 tấm pin hỏng và hở mạch sẽ làm cho các tấm pin nối tiếp còn lại bị ngắt khỏi nguồn 1 chiều của hệ thống Vì vậy chúng ta chỉ cần ghép các tấm pin lại sao cho điện áp ra bằng 1 nửa nhu cầu rồi dùng mạch tăng áp (DC Booster) để tăng lên 500V để đảm bảo đầu ra.
Khối IGBT/Đi-ốt có chế độ đơn giản hóa của cặp IGBT (hoặc GTO hoặc MOSFET)/Đi-ốt trong đó điện áp chuyển tiếp của thiết bị chuyển mạch cưỡng bức và đi-ốt bị bỏ qua.
Nguyên lý hoạt động: khi transistor IGBT được kích dẫn bảo hòa, điểm số 2 được nối xuống 0, khi đó, sẽ có dòng điện tăng dần qua điện cảm L Khi ngưng kích IGBT đột ngột sẽ làm cho điện cảm sinh ra sức điện động cảm ứng V có dấu - ở điểm số 1 và dấu + ở điểm số 2 Sức điện động này nối tiếp với nguồn Vdc sẽ giúp cho điện thế điểm số 2 cao hơn điện thế điểm số 3 nên diod D0 được phân cực thuận và phóng điện cấp cho tải và tụ lọc C Khi đó, dòng điện qua điện cảm giảm dần và khi IGBT được kích dẫn trở lại làm cho D0 bị phân cực nghịch và dòng điện qua điện cảm tăng lên Quá trình như vậy cứ
Trang 9lặp lại giúp cho điện áp ngõ ra cao hơn điện áp ngõ vào Quá trình hoạt động có thể ở chế độ liên tục hay gián đoạn tùy vào phương pháp lựa chọn của người thiết kế.
Bộ biến tần
Lấy đầu ra của mạch Boost là điện áp DC rồi chuyển đổi nó thành AC 3 pha để nó có thể được đưa vào lưới với tần số 60Hz.
Hình 7: Bộ biến tần cầu 3 pha
Hình 8: Thông số bộ biến tần
Tụ lọc
Trang 10Hình 9: Hệ thống tụ lọc
Sau khi được điều chế qua bộ biến tần, tụ lọc sẽ làm cho đầu ra (V, I) mịn hơn Sau đó, nó tiếp tục cung cấp cho máy biến áp rồi cung cấp điện cho lưới điện.
3 Phần điều khiển
2.1 Mạch dò điểm công suất cực đại và bộ điều chỉnh tích phân
Hình 10: Mạch dò điểm công suất cực đại và bộ điều chỉnh tích phân
Mạch dò điểm công suất cực đại sử dụng thuật toán độ tăng dẫn (Incremental conductance).
Thuật toán độ tăng dẫn:
Thuật toán này, được hiển thị bên dưới, so sánh độ dẫn tăng dần với độ dẫn tức thời trong hệ thống PV Tùy thuộc vào kết quả, nó tăng hoặc giảm điện áp cho đến khi
Trang 11đạt được điểm công suất tối đa (MPP) Không giống như thuật toán P&O, điện áp không đổi sau khi đạt MPP.
Hình 11: Sơ đồ giải thuật tăng độ dẫn
2.2 Mạch điều khiển biến tần (VCS Controller)
Mạch giúp đưa xung vào các IGBT của bộ biến tần được Giá trị đầu vào là điệc áp và dòng điện 3 pha trước khi đưa vào lưới và điện áp một chiều sau khi được tăng áp.
Trang 12Hình 12: Các thành phần của bộ điều khiển VSC
Hình 13: Bộ điều chỉnh điện áp Vdc
Trang 13Hình 14: Bộ điều chỉnh dòng điện
Trang 142.3 Khối giám sát
Hình 15: Các Thông số giám sát
Đo các thông sống điện áp, dòng điện sau khi qua mạch động lực và mạch điều khiển như điện áp một chiều sau bộ tăng áp, điện áp và dòng điền sau khi qua bộ biến tần và các thông số ảnh hưởng lên hệ thống pin quang điện Biểu thị các giá trị đo thông qua biểu đồ.
Trang 15B KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉTThông số của tấm pin
Hình 16: Đồ thị các thông số của tấm pin
Biểu đồ đầu tiên là bức xạ và thay đổi như mong đợi từ 1000->250->1000 Biểu đồ thứ hai là nhiệt độ thay đổi từ 25->50.
Biểu đồ thứ ba là của Pmean (Pmax) công suất cực đại Trong đó cho đến t=0,05s, không có bộ điều khiển nào hoạt động Nhưng sau đó công suất lên đến 12kW Khi giá trị bức xạ giảm xuống 250W/m^2, Pmean cũng giảm và khi bức xạ tăng lên 1000W/m2, Pmax lại tăng lên.
Biểu đồ thứ tư là của Vmean thay đổi theo Duty Cycle trong biểu đồ (biểu đồ thứ năm).
Điện áp của bộ điều khiển tăng áp Boost:
Điện áp DC vẫn còn 500V sau một khoảng thời gian, và bám sát theo điện áp tham chiếu 500VDC.
Trang 16Hình 17: Đồ thị điện áp VDC
Đồ thị pha A sau khi qua bộ biến tần và qua bộ tụ lọc:
Hình 18: Đồ thị pha A sau khi qua bộ biến tần
Trang 17Hình 19: Đồ thị điện áp và dòng điện pha A sau khi qua bộ tụ lọc