Luận văn thạc sĩ Tự động hóa: Thiết kế, mô hình hóa và điều khiển các bộ biến đổi công suất trong hệ thống năng lượng mặt trời

Nhiém vu đề tài: + Dé xuất và thiết kế phan cứng các bộ biến đổi công suất trong hệ thôngnăng lượng mặt trời dạng “micro grid” bao gôm bộ sac, bộ nghịch lưu | pha, bộ nghịch lưu 3 pha hò

ĐẠI HỌC QUOC GIA THÀNH PHO HO CHÍ MINH

TRUONG DAI HOC BACH KHOA

NGUYEN MINH HUY

THIET KE, MO HINH HOA VA DIEU KHIEN

NANG LUONG MAT TROI

Chuyên ngành: Tự động hóa

Mã số chuyên ngành: 60.52.60

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP HO CHÍ MINH, Tháng 12 năm 2013

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa —- ĐHQG —- HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Minh PhươngCán bộ chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Vĩnh Hao

3.TS Nguyễn Vĩnh Hảo - Ủy viên hội đồng.4 TS Nguyễn Đức Thành — Ủy viên hội đồng.5 TS Trương Dinh Châu — Ủy viên hội đồng.Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên

ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRUONG KHOA ĐIỆN —- ĐIỆN TỬ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BACH KHOA >= CONG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM Độc lập — Tự do — Hạnh phúc

NHIEM VỤ LUẬN VAN THAC SYHo và tên học viên: NGUYEN MINH HUY Phai: NamNgày, thang, năm sinh: 20/9/1989 Noi sinh: Déng Thap

Chuyên ngành: Tự động hóa MSHV: 12153174

I Tén dé tai:

THIET KE, MO HINH HOA VA DIEU KHIEN CAC BOBIEN DOI CONG SUAT TRONG HE THONG NANG

LUONG MAT TROI

Il Nhiém vu đề tài:

+ Dé xuất và thiết kế phan cứng các bộ biến đổi công suất trong hệ thôngnăng lượng mặt trời dạng “micro grid” bao gôm bộ sac, bộ nghịch lưu |

pha, bộ nghịch lưu 3 pha hòa lưới.+ Mô hình hóa các bộ điêu khiên và đê xuât giải thuật điêu khiên chotừng bộ biên đôi công suât bao gôm:

e© Điều khiển bộ sạc sử dụng năng lượng mặt trời, kết hợp sạc dò tìmcông suất cực đại (MPPT) và sạc 3 trạng thái sử dụng bộ điều khiến

mờ (Fuzzy logic).

e Điều khiến bộ inverter I pha công suất từ 1 đến 2.5KW có thé ghépnối song song để tăng công suất và tăng tính linh hoạt

e Mô hình hóa và điêu khiến bộ biến đổi công suất năng lượng mặt trời

3 pha hòa lưới sứ dụng bộ lọc thích nghi và ức lượng Kalman.

+ Thực nghiệm mô hình, triển khai áp dụng thực tế mô hình bộ sạc, bộinverter | pha, triển khai mô hình nghiên cứu bộ inverter 3 pha hòa lưới

HL Ngày giao nhiệm vụ: 21/01/2013IV Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 20/12/2013

V Họ và tên cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Lê Minh PhươngCÁN BỘ HƯỚNG DÂN CN BỘ MON QL CHUYEN NGANH

KHOA DIEN — DIEN TU TRUONG DAI HOC BACH KHOA

LỜI CÁM ƠN

Tôi xin gởi đến thầy PGS TS Lê Minh Phương lời biết ơn sâu sắc vìđã dành thời gian quý báu để hướng dẫn, tạo điều kiện thuận lợi cũng như chotôi những lời khuyên bồ ích dé hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả các Thầy Cô Bộ Môn Cung CấpĐiện, Phòng Thí Nghiệm Nghiên Cứu Điện Tử Công Suất đã giúp đỡ và đồng

hành cùng tôi trong thời gian thực hiện luận văn.

Ngoài ra, trong suốt thời gian học tập tại trường đại học Bách Khoa —ĐHQG Tp HCM, tôi đã được các Thay Co khoa Dién — Dién tu, va dac biétlà các Thầy Cô bộ môn Điều khiến tự động giảng day tận tinh, cho tôi nhiềukiến thức mới bổ ích, bên cạnh đó tôi cũng được các bạn bè cùng khóa, cùnglớp đóng góp nhiều ý kiến cũng như các tài liệu có giá trị Xin gởi đến cácThầy Cô và các bạn lời cảm ơn chân thành nhất

Cuối cùng, tôi xin cám ơn Cha Mẹ và các anh chị em trong gia đình đãđộng viên và tạo điều kiện giúp tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá

trình học tập và nghiên cứu vừa qua.

Tp Hô Chí Minh, ngày 01 tháng 12 năm 2013

Nguyễn Minh Huy

TÓM TAT LUẬN VĂN

Luận văn nay nghiên cứu, thiết kế, điều khiến và triển khai mô hình các bộbiến đổi công suất ứng dụng trong hệ thống năng lượng mặt trời dang micro grid sửdụng trong dân dụng bao gồm các bộ sạc thông minh, bộ inverter 1 pha24VDC/220VAC công suất từ 1 đến 2.5KW, bộ inverter 3 pha hòa lưới

Bộ sạc có nhiệm vụ sử dụng kết hợp nguồn năng lượng từ pin mặt trời va từlưới nhằm tiết kiệm năng lượng nhưng vẫn bảo đảm acquy luôn trong trạng thái sẵnsàng sử dụng trong các ứng dụng cần nguồn điện liên tục Bộ sạc có cấu trúc bộ biếnđôi DC/DC dạng Buck, điều khiển băng vi điều khiển PIC 16F của microchIp

Bộ inverter | pha ứng dụng trong dân dụng với điện áp có dạng sóng sin ở

ngõ ra với chất lượng điện năng đáp ứng theo tiêu chuẩn sóng hài, cho phép thay đổilinh hoạt cau hình chuyển đôi năng lượng và linh hoạt về công suất thiết kế Bộinverter 1 pha có thé sử dụng như ] bộ nguồn dự phòng (UPS) hoặc sử dụng kết hợpvới bộ sac và pin mặt trời để tạo thành hệ thong năng lượng mặt trời BO inverterđược dé xuất sử dụng bộ điều khiển Fuzzy va VOC (voltage oriented control) détăng tính linh động và tăng kha năng thay đổi công suất

Bộ inverter 3 pha kết nối lưới có tác dụng biến đổi công suất năng lượng mặttrời thành điện áp AC hòa lưới bao gồm bộ biến đổi công suất DC/DC dang push

pull và bộ DC/AC 3 pha 2 bậc Bộ inverter sử dụng bộ lọc thích nghi và bộ ước

lượng kalman để cho đáp ứng tốt trong trường hợp lưới điện có sự mất cân bằnghoặc có sóng hài, ngoài ra bộ nghịch lưu còn có thé điều khiến công suất thực, côngsuất kháng trong trường hợp cần bù công suất phản kháng trên lưới

Luận văn sử dụng phân mềm Matlab/Simulink thực hiện các mô hình môphỏng dé kiếm chứng lý thuyết của đề tai, mô hình mô phỏng được xây dựng banghàm truyền, phương trình trạng thái mô hình hóa của hệ thống cũng như là mô phỏnghệ thống thực sử dụng Sim Power system

Mô hình thực nghiệm được xây dựng sử dụng với card điều khiển DSP C2000

(TMS320F2812/TMS320F28069), được thử nghiệm tại phòng thí nghiệm Nghiên

cứu Điện tử Công suất va | phan của mô hình đã được triển khai thực tế tai NinhThuận từ tháng 4/2013 đến nay

LOI CAM KET

Tôi xin cam kết các nội dung ly thuyết trình bày trong luận văn này là do tôitham khảo các tài liệu và biên soạn lại, tất cả các kết quả mô phỏng, thực nghiệm đềudo chính bản thân tôi tự làm ra, hoàn toàn không phải sao chép của từ bất kỳ một tài

liệu hoặc công trình nghiên cứu nào khác.

Nêu tôi không thực hiện đúng các cam két nêu trên, tôi xin chịu hoàn toàntrách nhiệm trước kỷ luật của nhà trường cũng như pháp luật Nhà nước.

Nguyễn Minh Huy

MỤC LỤC

LOI CẢM ƠN 5S: c1 1 12 111111121111 1111 111111011101 0111 111101111101 0101 111120101111 y0 |TOM TAT LUẬN VĂN - G1151 515111111151 515111 11 1111111111111 11151111 ce 2

MUC LUC 22 4

DANH MUC HINH ANH 1 6DANH MỤC BANG BIÊU SG s11 E211 13811 5111111 1E xnxx ree 10CHUONG 1 GIỚI THIEU DE TAL occ ccccececescesecscecsecscscecsccevevscscecsesevevacececeaveves 111.1 Đặt vấn 6 occ ccccccscecscscecescccscsceccsevsvscscecscsevavscesevavacecessesavacaceceasavavsceceees 111.2 Các vẫn dé cơ bản của một hệ thong năng lượng mặt trỜI: - I11.3 Hệ thống năng lượng mặt trời GE XUẤT: SG G1291 1 1E 11111211 5 xe 121.4 Phạm vi để tài c1 11121911 111g 111g TH ng Tri 141.5 Sản phẩm đạt được của để tài: - - ctctchnH1ngTng 11T ng ng ng 14CHUONG 2 TONG QUAN VE CÁC HE THONG BIEN DOI NĂNG LUONGv00 90 l6

2.1 Hoạt động của Pin năng lượng mặt trời — PV celÏ 5< << xseesss 162.1.1 Giới thiệu pin năng lượng MAL tTỜI (<< << 1 S11 seeses 162.1.2 Mô hình toán pin năng lượng mặt CLOT: - << <<<<<++++sss 17

2.2 Hệ Thống PV Độc Liập - + E521 E231 12152111 1111111511111 1111 xck 212.3 Hệ thông PV kết nối LUGi eee cccscssescscscsesscscsescscssssescscssssesssesessesevesees 222.4 Hệ thông PV Kết hợp: - 5-5-5252 1 E5 E5 1112151111 1111111111111 11111 24CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG GIẢI THUAT DIEU KHIEN VA MO PHONG CÁC BOBIEN DOI CONG SUAT NĂNG LƯỢNG MAT TRỜI - 5556 £e£scsz 25

3.1 Bộ sạc từ PV và bộ sạc tte LUG oo eee ccccccccccccccccceeseeeeecccceeeeeeceaaaeseseeeeecceeeeeeas 253.2 BO inverter 1 pha 24V / 220V HH kh 37

3.2.1 Bộ chuyến đổi push pull ¿5 + 52 +s+£+S£+E+E£EE£E+EeEe+eexererxerererree 383.2.2 Mô hình hóa bộ biến đổi công suất DC/DC ¿-5-5- + 252 5s+s+cscse: Al

3.3 Bộ nghịch lưu 1 pha - (<< 1 1113311101111 1939 10101 ng ve 493.4 Inverter 3 pha hòa TƯỚI G09 ke 56

CHUONG 4 : THIET KE PHAN CỨNG - ¿2 55 2+2 £E£E£ESEEErErkrrerees 804.1 Thiết kế mạch sạc AC QUY ¿+ 2 5E2E+S£SE‡E#EEEE£EEEE E321 E111 1111 xee 80

4.1.1 Mach sac Multimode - << << 333111111111 111155311 1111555111 1511155555 S0

4.1.2 Mạch sạc ắc quy từ pin mặt trời ¿+ 5c Secxrcxcterrkrrerxrerreee 834.1.3 Thiết kế mạch hiển thi - - + + 6E E9EEEESE SE EeESESESESESkErkekserersesed 874.1.4 Thiết kế nguồn phụ tro - - + +52 S226 2E£E2E2EEEE£E£ESEEEEEEEEEESErrkrkrerree 89CHUONG 5 : KET QUÁ THỰC NGHIỆỆM - - 6 E2 £eEsEsEeEeesersesed 1105.1 Két quả thực nghiệm bộ sac va bộ inverter | pha - «<< <<<<<+++2 1105.1.1 Kết quả thực nghiệm dò tìm MPPT, ¿2-5 52 s+x+c+zs+xerererree III5.1.2 Khảo sát về hiệu suất của bộ inV€T©T -¿-c-c + + xxx £sEseserxes 1145.1.3 Khảo sát khả năng đáp ứng của bộ nguÖn - + 22 s+c5s+s+sze: 114

3.2 Inverter 3 pha - c0 nọ vớ I17

5.2.1 Kết quả bộ nghịch lưu - - 52 252 SE2E*E2EEEE£EEEEEEEEEErkrkrrrrerkred 1185.2.2 Kết quả hòa LUG i .c.ceceecccccescssesescsesessesessssssesscscsesscsesesseseseessscsesesseseseesese 118

5.2.3 Phan tích dang dong nghịch lưu và ap lưới trên | pha 119

5.2.4 Chat lượng dòng hòa UG) c.cecccccsesceescscssecsscsesescscssssesescscssssesssssesees 119CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN G- G1511 21 1 E111 91 1 3 8121561 11181 xe rerrei 122TÀI LIEU THAM KHẢOO G-G- s61 E5E 53198 1E 1111121 5111151 3E xnxx ree 123PHAN LY LICH TRÍCH NGANG SG + St ESE 939128 ESESEEESESEEEsErkrkeeree 127QUA TRÌNH ĐÀO TAO -G- s sSsS E 1519151811111 11 11111111 1111111151111 1x crrki 127

QUA TRÌNH CONG 'T ÁCC - k2 S111 1 11111 SE E1 115151111111 18 111 ree 127

DANH MỤC HÌNH ANH

Hình 1.1 Mô hình microgrid đề xuất 12

Hình 2.1 Phân vùng năng lượng của electron trong bán dẫn P-N 16

Hình 2.2 Mô hình một cell pin PV 17

Hình 2.3 Đặc tuyến I-V và P-V của pin mặt trời 18Hình 2.4 Đặc tuyến P - V tại các nhiệt độ khác nhau 18Hình 2.5 Đặc tuyến P-V của pin khi công suất bức xạ cố định và nhiệt độ thay đổi 19

Hình 2.6 Đặc tuyến khi mắc các cell pin nối tiếp (bên trái) và song song (bên phải) 20

Hình 2.7 Diode bypass để bảo vệ cúc cell pin 21Hình 2.8 Tấm pin thực tế gồm nhiều cell pin ghép song song hoặc nối tiếp với nhau 21Hình 2.9 Hệ thống PV độc lập 22Hình 2.10 Mô hình hệ thống PV kết nối lưới 22Hình 2.11 (a)Kiéu Low Frequency Transformer (b) Kiểu High Frequency Transformer 23Hinh 2.12 Kiéu Transformerless 24Hình 2.13 Hệ thống PV kết hợp máy phát điện và accu lưu trữ 24Hình 3.1 Bộ sạc accu sử dụng bộ biến đổi công suất DC/DC 26

Hình 3.2 Bộ sạc accu 2 ngõ vào 27

Hình 3.3 Giải thuật thực hiện bộ sạc 28Hình 3.4 Giải thuật MPPT và giải thuật sạc 3 trạng thái 29Hình 3.5 Hàm liên thuộc cho biến ngõ vào E 30Hình 3.6 Hàm liên thuộc cho biến ngõ vào dE 31Hình 3.7 Hàm liên thuộc cho biến ngõ vào AVref 31Hình 3.8 Đặc tuyến P-V pin mặt trời 32Hình 3.9 Mô hình mô phỏng giải thuật MPPT 33Hình 3.10 Đồ thị bức xạ cho mô phỏng 1 34

Hình 3.11 Dò MPP 35Hình 3.12 Vreƒ và Vpv 35

Hình 3.13 Đồ thị bức xạ 2 36Hình 3.14 Fuzzy - dò MPP - mô phỏng 2 36Hình 3.15 Fuzzy - đáp ứng Vref, Vpv - mô phỏng 2 36

Hình 3.16 Mắc song song các bộ inverter để tăng công suất 38

Hình 3.17 Bộ DC/DC converter kiểu Push-Pull 39

Hình 3.18 Bộ DC/DC converter kiểu Half-BridgeHình 3.19 Bộ DC/DC converter kiểu Full-BridgeHình 3.20 Sơ đồ tương đương của bộ push pullHình 3.21Mô phỏng bộ push pull trên matlab — simulink.Hình 3.22 Điện áp ngõ vào, điện dp trên tải và dòng tải của bộ push pull.Hình 3.23 Biểu đồ bode hệ trước khi hiệu chỉnh.

Hình 3.24 Biểu đồ bode hệ sau hiệu chỉnh PI.

Hình 3.25 Hàm liên thuộc ngõ vào

Hình 3.26 Hàm liên thuộc vi phân của ngõ vào.

Hình 3.27Hàm liên thuộc ngõ ra.

Hình 3.28 Mô phỏng bộ push pull sử dụng bộ điều khiển PIHình 3.29 Điện áp DC - link và dòng điện trên tải AC

Hình 3.30 Dòng điện trên bộ DC/DC

Hình 3.31Bộ push pull sử dụng bộ điều khiển Fuzzy logic.Hình 3.32 Điện áp DC - link và dòng điện trên tải AC (fuzzy logic)

Hình 3.33 Dòng điện trên bộ DC/DC (fuzzy logic)

Hình 3.34 Sơ đồ khối tổng quát bộ nghịch lưuHình 3.35 Sơ đồ bộ điều khiển nghịch lưu đồng bộHình 3.36 Khối tạo điện dp trực giao.

Hình 3.37 Đặc tuyến biên tần, pha tần khối tạo điện áp trực giao.Hình 3.38 Bộ biến đổi dq và bộ điều khiển.

Hình 3.39 Bộ inverter hòa đồng bộ trên simulink

Hình 3.50 Biểu đồ bode của bộ lọc.Hình 3.51 Điện áp lưới (a), tần số lưới (50 Hz) trong trường hợp không có bộ lọc (b) và có bộ lọc (c).

39394142424444454545464747484849505151525253545455565758596061626364Hình 3.52 Điện dp lưới (a), tần số lưới (50 Hz) trong trường hợp có mất cân bằng lưới 6 = y = 5%, không có bộ

Hình 3.53 Điện dp lưới (a), tần số lưới (50 Hz) trong trường hợp có mất cân bằng lưới, có sóng hài, không có

Hình 3.56 Điện áp lưới với tần số lưới (55 Hz) trong trường hợp mất cân bằng lưới, có sóng hài, đáp ứng tần

số khi không có bộ lọc (a) và có bộ lọc (b,c) 68

Hình 3.57 Mô hình nghịch lưu hòa lưới 69Hình 3.58 Mô hình trạng thái bộ nghịch lưu hòa lưới 3 pha 70

Hình 3.59 Mô hình bộ inverter hòa lưới hoàn chỉnh Z1Hình 3.60 Mô hình bộ nghịch lưu hòa lưới trên simulink bao gồm PV, bộ DC/DC push pull, inverter 3 pha và bộđiều khiển 72

Hình 3.61 Bộ ước lượng Kalman 73

Hình 3.62 Biểu đồ bode (singular values) của hệ trước và sau khi hiệu chỉnh 75

Hình 3.63 Điện dp trên DC - Link (a) và dòng điện trên tải (b) trong trường hợp không có nhiễu 76Hình 3.64 Điện áp trên DC — Link (a) và dòng điện trên tải (b) trong trường hợp có nhiễu, không sử dụng bộlọc Kalman 77

Hình 3.65 Điện áp trên DC ~ Link (a) và dòng điện tải thực tế (b) 77

Hình 3.66 Điện áp lưới Vd, Vq (a) và dòng điện hòa lưới (b) 78

Hình 3.67 Điện áp lưới Vd, Vq (a) và dòng điện hòa lưới (b) trong trường hợp có sử dụng các bộ lọc thích nghĩ.

79Hình 4.1 Sơ đồ khối bộ sac ắc quy đa chế độ từ nguồn lưới và pin mặt trời 80

Hình 4.2 Sơ đồ layout và sơ đồ thi công mạch chuyển đổi 81

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý bộ sạc ắc quy từ lưới 82Hình 4.4: Sơ đồ layout và sơ đồ thi công bộ sạc ắc quy từ lưới 83Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý mạch sạc ắc quy từ pin mặt trời 84Hình 4.6: Sơ đồ layout và sơ đồ thi công bộ sạc ắc quy pin mặt trời 85

Hình 4.7: Sơ đồ nguyên lý mạch hiển thị LCD 87Hình 4.8: Sơ đồ layout và sơ đồ thi công mạch hiển thị LCD 88Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến dòng điện 88Hình 4.10:Sơ đồ layout và sơ đồ thi công mạch cảm biến dòng điện 89Hình 4.11: Sơ đồ nguyên lý mạch nguồn phụ trợ 15VDC cách ly 90Hình 4.12: Sơ đồ layout và sơ đồ thi công mạch nguồn phụ trợ 15VDC 90Hình 4.13: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển IC LM2576 91Hình 4.14: Sơ đồ layout và sơ đồ thi công mạch điều khiển LM2576 91

Hình 4.15Hình 4.16Hình 4.17:Hình 4.18:Hình 4.19:Hình 4.20:Hình 4.21:Hình 4.22:Hình 4.23:Hình 4.24:Hình 4.25:Hình 4.26:Hình 4.27:Hình 4.28:Hình 4.29:Hình 4.30:

Hình 5.1: Hình ảnh các bộ inverter sau khi thi công.Hình 5.2: Dòng và áp của pin khi chạy mô hình thực nghiệm.Hình 5.3: Công suất của pin khi chạy thực nghiệm.

Hình 5.4: Kết qué mô phỏng U (V) với giả sử nhiệt độ trên bề mặt pin không đổi là 30 độ C.Hình 5.5: Giản đồ điên áp DC-link, điện úp tải, dòng điện tải.

Hình 5.6:Giản đồ điên áp DC-link, điện áp tỏi, dòng điện tải.Hình 5.7:Giản đồ điên áp DC-link, dòng điện tải trong trường hợp công suất thay đổi.

: Sơ đồ nguyên lý mach push pull.Sơ đồ nguyên lý bộ DC/DC Push-Pull và DC/AC92

93

Sơ đồ bộ nghịch lưu dp cầu một pha96

Sơ đồ mach Idi bộ nghịch lưu áp cầu một pha.97

Sơ đồ nguyên lý phần công suất của bộ nguồn.98

Sơ đồ layout và sơ đồ thi công phần công suất của bộ nguồn99

Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bộ Push-Pull DC/DC.99

Sơ đồ layout và sơ đồ thi côngmạch điều khiển bộ Push-Pull DC/DC.Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển bộ nghịch lưu áp DC/AC.

Sơ đồ layout và sơ đồ thi côngmạch điều khiển bộ nghịch lưu dp DC/AC.Sơ đồ mạch đệm schmitt trigger.

Sơ đồ nguyên lý cảm biến úp.Sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến dòng.Mạch thi công cảm biến úp và cảm biến dòng.Sơ đồ nguyên lý mạch kích IGBT.

Mạch thi công inverter.

100102102103105107107108109110112112113115115116

Hình 5.8:Giản đồ điên áp DC-link, điện úp tải, dòng điện tải Phân tích phổ điện úp ngõ ra (thành phần hài cơbản và THD)

Hình 5.9: Mô hình phần cứng bộ nghịch lưu hòa lưới.

Hình 5.10:Hình 5.11:Hình 5.12:Hình 5.13:

Hình 5.14 a,b,c: Kết quả phân tích THD dòng điện.

Hình 5.15:

Dạng điện áp ngõ ra bộ nghịch lưu.Dạng dòng điện trên 1 pha và dp 3 pha nghịch lưu hòa lưới.

Công suất, hệ số công suất hòa lưới.

Dạng dòng điện phân tích THD.

Nghịch lưu hòa lưới với các hệ số công suất điều khiển được.

116117118118119119120121

DANH MỤC BANG BIEU

;21;2W8>1ico81738,( s08 32Bảng 3.2 Các đặc trưng cơ bản của 3 bộ DC/DC - +5 +4 1111230111133 111130 1 1 vn Tp 40Bang 4.1: Bang th6ng SO DG SQC CU g1/,10000000n0n8n8Ẻ868Ẻ8 81Bang 4.2: Théng S6 DG DC/DC PUSH PUII ccccsccesscesscesscenscescsessessssessesseessessscessceasecesscascenseassenseessessssessnasenssees 92Bảng 4.3: Bang thông số bộ nghịch lưu Full-Bridge DC/AC ccccsscsesssesseesseesseesseessseesseesscesseesseenscesessssnssstssenssens 96Bảng 4.4: Bảng thông số biến Gp LEM LV 25ỊP - 2c 22 163811381131 113 1111111111111 11H HH HH gu rủ 104Bảng 4.5: Bảng thông cảm biến dòng LEM HX 2ÖP (G40 312311 3111311151111 11111111 11H kg kg gu Hy 106Bảng 5.1: Thông số kỹ thuật của các bộ nguồn thiết kẾ: ó4 S4 1111112111511 1511 8111111811111 1H kg kg kg 111Bảng 5.2:Thông số của hệ thống pin khi chạy thực nghiệm .- óc cà nSSt 1121114111111 1H 1H kg kg ky 113Bảng 5.3: Hiệu suất của bộ nQUỒN - - - + 2z 1131 1131113111311 Tờ 114

CHUONG 1 GIỚI THIỆU DE TÀI

1.1 Đặt vẫn đềCác nguồn năng lượng truyền thống như dầu mỏ, than đá, dang dan cạn kiệt vavấn đề bức thiết đặt ra cho các nhà khoa học trên toàn thế giới đó chính là tìm ra cácnguôn năng lượng thay thế Trong nhiều nguồn năng lượng mới, năng lượng mặt trờiđóng một vai trò quan trọng và được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học

Tiếp cận được nguồn năng lượng mặt trời không chỉ góp phân giải quyết van décung cấp điện năng, mà nguồn năng lượng này còn là một nguồn năng lượng sạch,không gây ô nhiễm môi trường Trong tất cả các nguồn năng lượng tái tạo, nănglượng mặt trời là phong phú và ít biến đổi nhất trong thời kỳ biến đổi khí hậu hiện

nay.

Thuận lợi tại Việt Nam: là một trong những nước nằm trong dải phân bồ ánh năngmặt trời nhiều nhất trong năm trên bản đỗ bức xạ mặt trời của thé giới cho nên nguồnnăng lượng mặt trời ở Việt Nam rất phong phú

Việt Nam có hàng nghìn đảo hiện có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi không théđưa điện lưới đến được Sử dụng được nguồn năng lượng mặt trời sẽ có ý nghĩa như“nguồn năng lượng tại chỗ” đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện của cư dân những vùngnày Như vậy, yêu câu sử dụng được nguồn năng lượng mặt trời ở Việt Nam cònmang ý nghĩa kinh tế, xã hội, quốc phòng

Tuy nhiên, tình hình nghiên cứu và ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam cho

đến nay vẫn chưa phát triển đủ dé đáp ứng nhu cau, thực trạng đó đòi hỏi phải có cácnghiên cứu cụ thể nhằm chế tạo được các bộ nghịch lưu pin mặt trời tạo thành nguồn

điện có khả năng ứng dụng được trong dân dụng cũng như trong công nghiệp Các

bộ nghịch lưu này phải đảm bảo chất lượng điệp áp, tính 6n định và giá thành hop lý.1.2 Các van đề cơ ban của một hệ thong năng lượng mặt trời:

Đầu tiên, năng lượng điện tạo ra bởi các tắm pin mặt trời là năng lượng điện 1chiều (DC), dé str dụng được (trong công nghiệp, dân dung, hoà lưới điện), nó phảiđược chuyển đôi thành năng lượng điện xoay chiều AC Sự chuyển đối đó được thực

hiện bởi các bộ nghịch lưu — inverter.

Thông thường, điện áp ngõ ra của các tâm pin mặt trời chưa đủ để đưa vào bộDC-AC (hoặc do nhu câu muôn tăng hiệu suat của các bộ biên đôi công suât), giữapin mặt trời va tang chuyền đối DC/AC, thường có thêm một bộ biên đôi công suất

dang DC/DC, tăng hoặc giam áp (Boost/Buck).

Tuy nhiên, cong suất của pin mặt trời là một đại lượng biên thiên liên tục và phụthuộc nhiêu yêu tô môi trường như bức xạ mặt trời, nhiệt độ, bóng ram, khiến chonøõ ra thường không 6n định và không tận dụng được công suất tôi đa Do đó, trongbài toán năng lượng mặt trời, làm sao dé sử dụng công suất pin mặt trời hiệu quảnhật, hay nói cách khác là làm sao để làm việc ở điểm công suất cực đại MPP (Maxpower point) là một van dé hết sức quan trong Có rất nhiêu kĩ thuật tôi ưu điểmcông suất cực đại, những kĩ thuật này còn đang được tiếp tục nghiên cứu và pháttrién

Nếu hệ thống năng lượng mặt trời phải thoả mãn yêu câu nối lưới thi cân phảiđông bộ điện áp ng6 ra với điện áp lưới điện Việc đông bộ này phải được thực hiệndựa trên việc đảm bảo tân sô và góc pha Kĩ thuật nỗi lưới gọi là điêu khiến vòng

khoá pha PLL

1.3 Hệ thông nang lượng mat trời đê xuất:Hệ thong năng lượng mặt trời dé xuât có cau trúc như hình

AC/DC220VAC-40VDC

SW1~ _

bao g6m các tải nặng 3 pha và tải sinh hoạt 1 pha Hệ thông sẽ đảm bảo cung cấpnăng lượng cho các tải theo thứ tự ưu tiên | cách liên tục trong trường hợp mat điệnáp lưới và cả trường hợp về đêm.

Trong điều kiện vận hành bình thường, nguôn năng lượng từ pin mặt trờiđược dùng nạp accu lưu trữ qua bộ sạc, phân năng lượng thừa sẽ trả vào lưới qua bộinverter hòa lưới, các tải vận hành băng nguôn năng lượng kết hợp giúp tiết kiệmnăng lượng tai từ hệ thông điện

Khi có sự cô mất lưới xảy ra, các tải nặng (3pha) được ngắt đi, bộ sạc, accu vàinverter 1 pha kết hợp thành hệ thông năng lượng mặt trời | pha cung cấp cho các tảisinh hoạt hoặc các tải cân thiết, trong trường hợp mất lưới về đêm không có nănglượng mặt trời, năng lượng từ accu được sử dụng kết hợp với inverter | pha như là 1bộ nguôn dự phòng (UPS)

Khi sự cô được khắc phục accu được ưu tiên nạp đây và hệ thông vận hành

lại trong trạng thái bình thường.

Hệ thông được thiết kế nhăm bảo đảm tính liên tục của nguồn điện và tínhlinh động, dễ dàng nâng cap mà không can phải thiết kê lại toàn bộ các thiết bi, từngphân của hệ thông có thể sử dụng cho nhiêu mục đích khác nhau tùy theo khả năngkinh tế và mục đích sử dụng

e Nếu chỉ sử dụng PV, bộ sạc kết hợp với accu ta có hệ thông năng

lượng mặt trời đơn giản nhất cung cap cho các tải DCe Sử dung PV, bộ sac, accu, va inverter | pha ta có hệ thông năng

lượng mặt trời stand alone cung cấp cho các tai sinh hoạt ở vùng

không có điện lưới.

e Sử dụng PV và bộ inverter 3 pha hòa lưới ta có hệ thông nănglượng mặt trời 3 pha kết nối lưới giúp tiết kiệm năng lượng

e Nếu kết hợp tất cả các thiết bị trên ta có hệ thông năng lượng mặttrời micro grid cung cấp điện liên tục

1.4 Phạm vi đề tài

Bài toán xây dựng hệ thống năng lượng mặt trời với yêu cầu tận dụng tối ưunguồn năng lượng này, đạt hệ SỐ công suất cao, khả năng hoà lưới, hoạt động ồnđịnh và giảm giá thành sản xuất là một bài toán phức tạp và cho đến nay vẫn cònđược tiếp tục nghiên cứu

Phạm vi dé tài tập trung nghiên cứu, giải quyết các van dé sau:+ Đề xuất phướng án thiết lập hệ thống biến đổi năng lượng mặt trời theo

hướng micro-inverter.

+ Ứng dụng thuật toán MPPT để dò tìm điểm công suất cực đại của bộ pinnăng lượng mặt trời, điều khiến hệ thong nghịch lưu năng lượng mặt trời 1 pha va 3pha hòa lưới bang các bộ điều khiến thích hop, phân tích ưu, nhược điểm từng bộđiều khiến

+ Mô phỏng hệ thống với các giải thuật khác nhau.+ Thiết kế các bộ biến đổi công suất năng lượng mặt trời thử nghiệm tạiphòng thí nghiệm và thử nghiệm trong điều kiện thực tế

1.5 Sản phẩm đạt được của đề tài:1 Mô hình thí nghiệm bộ nghịch lưu năng lượng mặt trời 3 pha kết nối lưới vàgiải thuật điều khiến kết nối lưới trên DSP TMS320F2812

2 Mô hình triển khai thử nghiệm và áp dụng thực tế bộ sạc, bộ inverter 1 phatrong dự án “Hệ thống tưới phun mưa sử dụng năng lượng mặt trời áp dụng tạiNinh Thuận” tại Ninh Thuận từ tháng 4/2013 đến nay

3 06 Bài báo khoa học đăng trong tap chí, kỷ yếu hội nghị trong nước hoặc

quốc té:

- 01 bài báo khoa học được nhận đăng trên Tạp chí Phat triên KH&CN, tập 16,số K3-2013: “Design an uninterruptible power supplies based on high efficiency

Push-Pull converter”.- 02 bài báo được đăng tai hội nghị The 2013 International Symposium OnElectrical — Electronics Engineering (ISEE 2013): “The New Space Vector PulseWidth Modulation for Unbalanced Voltage Sources For Five-Level Diode

`

Clamped Converter” pp 300 - 305, va “Applying Fuzzy-logic Control for Tracking

MPP of a PV System Based on Push-pull DC/DC Converter” , pp 332 — 340,ISBN: 978 - 604 - 73 - 2039 - 4

- Q1 bài báo được đăng tại hội nghị International Conference on GreenTechnology and Sustainable Development (GDST- 2012): “A Three-Phase Grid-Connected Photovoltaic System with Power Factor Regulation”.

- 2 bai báo duoc đăng tai hội nghị APSAEM 2012: “A three-phase connected Photovoltaic (PV) System based on DSP Control” pp 398-403 va“An Experimental Grid-tie Inverter using DSP C2000 digital powerframework” pp 404-407, ISBN Ø78-4-931455-20-7.

grid-CHUONG 2 TONG QUAN VE CÁC HE THONG BIEN DOI NANG LƯỢNG

Năng lượng từ photon:

E=hf=< (2.1)Trong đó:

E: năng lượng của photon (J).

h: hăng số Planck = 6.626e-34 (Js).f, A: tương ứng là tan số (Hz) và bước sóng (m) của photon.c: vận tốc ánh sáng (m/s)

thuộc vào từng loại bán dân.

2.1.2 Mo hình toan pin nang lương mat trời:

Do 1 cell PV được cau tao từ bán dẫn P-N,nén ta có thé tương đương thành 1

diode mặc song song với | nguôn dong có điện trở nội.

Hình 2.2 Mô hình một cell pm PVTa có dòng điện ra khỏi một cell pin mặt trời:

+ lạ là dòng bão hòa của diode

+ I,-l4 dong ngắn mạch của pin PV.+ A là hệ số phẩm chất của diode+ k là hằng số Boltzmann = 1 ,38x10723

+ T là nhiệt độ Kelvin.+ W„ là điện áp hở mạch của PV.

Isc thay đối theo nhiệt độ theo phương trình: Ise = l;;(+K(ŒT—T,)) (24)Cùng | nhiệt độ, Isc thay đổi theo bức xa:

Từ các phân tích trên, pin mặt trời sẽ có các đặc tuyến dòng-áp và công suất-điệnáp như trong hình dưới đây Từ đặc tuyến của pin, ta có thể thấy răng, chỉ có duynhất một điểm làm việc mà tại đó công suất của pin sẽ dat giá tri cực đại.

Điểm nay được gọi là MPP — Maximum Power Point, tức là điểm có công suất

cực đại.

Dòng điện [A] Công suất [W]

18016014012010080

0 20 40 60 80 100 120

Hình 2.4 Đặc tuyến P- V tại các nhiệt độ khác nhau

Hình 2.4 mô tả sự thay đối các đặc tuyến của pin khi nhiệt độ môi trường là cốđịnh còn bức xạ thay đối, hình 2.5 biểu diễn các đặc tuyến của pin khi bức xạ giữ cỗ

định là 1000[W/m7] còn nhiệt độ thay đối với các giá trị khác nhau

36 T T

mmm 25 do C 1KW/m2wm 45 do C 1KW/m2mmm 55 do C 1KW/m2 fj25-

Hình 2.5 Đặc tuyến P-V cua pin khi công suất bức xa cô định và nhiệt độ thay đổi.Điện áp ngõ ra từ mỗi cell pin thường rất nhỏ, do đó tắm pin thực tế được ghépnối từ nhiễu cell, bao gồm ghép nối tiếp và song song dé đạt được công suất và điệnáp mong muốn

Các cell pin khi mắc nối tiếp sẽ làm tăng áp hở mạch của bộ pin và tương tự, mắc

song song sẽ làm tăng dòng ngăn mạch của bộ pin.

~ One cell

Hình 2.6 Đặc tuyến khi mắc các cell pin nồi tiếp (bên trái) và song song (bên phải)

Nêu các cell pin khi mặc nôi tiêp không được chiêu sáng đồng đêu, thì sẽ có mộtsô cell pin xuât hiện dòng ngược, dân đên đảo cực tính của các cell pin đó, điêu này

sẽ làm hong cell pin do dòng dương từ các cell pin được chiếu sáng.Vì vậy, ta can códiode bypass dé bảo vệ cell pin không được chiếu sáng

Hình 2.8 Tam pin thực tế gom nhiễu cell pin ghép song song hoặc nổi tiếp với nhau2.2 Hệ Thống PV Độc Lập.

PV đầu tiên được ứng dụng độc lập Đối với những vùng nông thôn, vùng núicao, hay ở những vùng hẻo lánh của các nước đang phát triển, nơi mà lưới điện quốc

gia chưa cung cấp đến, thì việc sử dụng các hệ thong PV độc lập hoàn toàn cấp thiết

Nguồn điện lẫy xuống từ PV sẽ được cấp cho tải DC hoặc qua hệ thống nghịch lưurồi cấp cho tải AC Phần lưu trữ cũng rất quan trọng giúp lưu năng lượng và phát lại

MPPT

Ye control

Hình 2.9 Hệ thống PV độc lập.2.3 Hệ thong PV kết nối lưới

lpva MPPT

các nước phát triển Hơn nữa hệ thống PV kết lưới không cần phải có các thiết bị lưutrữ vì công suất không dùng hết có thé cấp hết lên lưới Trong những năm gan đây,hệ thong kết lưới gia tăng đáng kể trên toàn thế giới Trong năm 2004, ở Đức gan |tỷ watt hệ thống PV kết lưới được lắp đặt Các hệ thống kết lưới để sử dụng ở mộtđất nước, cân phải có sự hỗ trợ và tiêu chuẩn từ chính phủ Chất lượng điện năng rất

quan trọng trong các hệ thống này Có hai nhóm cấu hình chính sử dụng trongviệc kết nối lưới hệ thống PV là cách ly và không cách ly

Dạng biến đổi có cách ly: Có thê sử dụng dạng nâng áp DC — DC sử dụng

Transformer tân sô cao, nghịch lưu và lọc dau ra LC sau đó kết nôi với lưới điện.Hoặc sử dụng nghịch lưu điện áp thâp rôi dùng Transformer tân sô thap nâng mức

điện áp băng với điện áp hệ thông và kết nôi vào lưới điện.

(a) (6)Hinh 2.11 (a)Kiéu Low Frequency Transformer (b) Kiéu High Frequency

Transformer.

Trong phương pháp “Low Frequency Transformer”, năng lượng điện lấy ra từSolar Panel dưới dạng điện áp một chiều được đưa qua bộ ngịch lưu (Inverter) và bộlọc điện dung dé biến đổi thành điện xoay chiều áp thấp Điện áp này được chuyềnđưa qua máy biến áp lõi thép dé nâng mức điện áp lên 220V dé cung cấp cho tai AC

Cau hình “High Frequency Transformer” cần thêm | tầng biến đối dạng DC/DCcó sử dụng biến áp xung, đóng cat ở tần số cao với các phương pháp như Flyback,Halfbridge, Fullbridge nhằm nâng điện áp thấp từ pin Mặt Trời thành điện áp DCđủ cao dé phục vụ cho việc nghịch lưu trực tiếp 220/380 đưa vào tai

Dạng biến đổi không cách ly bằng máy biến áp — Transformerless: Là biến đỗitrực tiếp năng lượng dạng điện một chiều từ ngõ ra PV và đưa lên lưới thông qua các

bộ nâng áp DC không cách ly Hầu hết những phát triển quan trọng của dạngTransformerless với mục đích là hiệu suất cao hơn, đầu tư hệ thống ít và đơn giảnhơn ở qui mô lớn Kiểu Transformerless có thể có hiệu suất tối đa lên đến 98% trongkhi cau hình cách ly dùng Transformer cả tần số thấp lẫn tần số cao chỉ đạt hiệu suấttôi đa là 95% - 96%.

CHUONG 3 XÂY DỰNG GIẢI THUẬT DIEU KHIEN VÀ MO PHONG CÁC

BỘ BIEN DOI CÔNG SUAT NĂNG LUONG MAT TRỜIChương 3 tập trung dua ra mô hình toán và giải thuật điều khiển các bộbiến đổi công suất trong hệ thông năng lượng mặt trời Các mô hình vàgiải thuật điều khiển được mô phỏng trên matlab — Simulink trong các

trường hợp khác nhau.3.1 Bộ sạc từ PV và bộ sạc từ lưới

Bộ sạc có cau hình của 1 bộ DC/DC có thé điều chỉnh được điện áp đầu radùng để sac accu chì — thiết bị lưu trữ hay dùng trong bộ biến đổi công suất nănglượng mặt trời Tuy theo các thông số đầu vào mà bộ sac có cau hình của bộ tăng áp(boost) hay giảm áp (buck) Do bộ pin năng lượng mặt trời gom các tam pin duocghép song song hoặc nối tiếp với nhau dé dat được tầm điện áp và công suất mongmuốn của hệ thống Giá trị điện áp ngõ ra của bộ pin không phải là một giá trị cốđịnh Đặc tuyến của pin thay đổi phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ Do đó,ứng với đặc tuyến tại một thời điểm nhất định, tuỳ thuộc vào dòng tải tiêu thụ, giá triđiện áp sau bộ pin sẽ khác nhau Bộ sạc lẫy các thông tin bao gồm dòng điện từ PV,điện áp, dòng điện từ accu và được điều khiến theo giải thuật dò tìm công suất cựcđại Thuật toán MPPT sẽ điều khiến tỷ số đóng cắt của các khoá bán dẫn, tương

đương với việc thay đổi tải, nên thay đôi được điểm làm việc của hệ thong, dua hé

thống tới điểm MPP Song song với tìm công suất cực đại cũng cần phải quan tâmđến độ bên của accu Giải thuật sạc 3 trạng thái được áp dụng kèm với giải thuật dòtìm công cuất cực đại nhằm bảo đảm năng lượng thu được từ PV là lớn nhất và tudithọ accu là tốt nhất

tìm công suât cực đại và chê độ sạc 3 trạng thái.

Bộ sạc ắc quy CÓ thé làm việc ở 3 chế độ: Chế độ sạc từ lưới, sạc từ pin mặttrời, và sạc kết hợp cả 2 chế độ trên Hoạt động của bộ sạc được trình bày ở hìnhdưới đây, trong đó khóa SW 1 va SW 2 có nhiệm vụ chuyển đối giữa các chế độ sạc.Bộ chuyển mạch có thể điều khiến băng tay và chế độ tự động Ở chế độ tự động bộchuyển đổi sẽ tự động dùng nguôồn năng lượng mặt trời dé nạp acquy khi không cónăng lượng mặt trời sẽ tự động dùng nguồn lưới nạp acquy dé dự phòng mat điện Ởchế độ băng tay, ta có thé chọn nạp điện cho acquy bang | trong 2 nguồn

DC/DCMax 100VDC

Hình 3.2 Bộ sac accu 2 ngõ vào

e Ở chế độ sạc từ lưới (SW1 on, SW 2 off).Ở chế độ sạc từ lưới, hệ thông hệ thông PV được tách ra khỏi bộ sạc, lúc nàyđiện áp đầu vào của bộ sạc 6n định ở 40V Bộ sạc sạc theo quá trình 3 trạng tháigiám sát điện áp và dòng điện trên accu để có quyết định sạc thích hợp

Nếu điện áp trên Accu bé hơn 12.2V, accu đã xa hết năng lượng, bộ sạc sạc

accu ở chê độ 6n dòng 20A (dòng cho phép sạc accu 100Ah là từ SA đến 25A).Trong quá trình sac này, điện ap trên accu tăng dân đến khi đạt 13.8V, accu đã đượcnạp ~ 80% năng lượng, bộ sạc chuyển sang trạng thái sạc thứ 2

Ở trạng thái thứ 2, accu được sạc ồn áp ở 13.8V, quá trình sac tiếp tục cho đến

khi dong sạc nhỏ hơn 5A, accu đã đạt 100% dung lượng, bộ sạc duy trì dòng sạc <

5A để bù lại hiện tượng tự xả điện của accu, accu đã sẵn sàng sử dụng.e Chế đô sac từ PV:

Chê độ sạc từ PV SWI off và SW2 on, bộ biến đổi AC/DC ở chế độ khôngtải PV sử dụng các tâm panel pin mặt trời mắc nối tiếp nhau Điện áp trên PV đạtlớn nhất là 100VDC.Ở chế độ này, trong giai đoạn 1 bộ sạc sẽ ưu tiên dò tìm côngsuất cực đại dé sạc ắc quytrong khoảng thời gian ngắn nhất Ở chế độ 2, bộ sạc ưutiên ø1ữ ồn định điện áp trên ặc quy.Ở chế độ 3, bộ sạc 2101 han dong sạc nhỏ hơn 5Adé bao vé 4c quy

e Ché dé sạc kết hop (SWI và SW2 déu on)Chê độ sạc kết hợp cho sự cân băng tốt nhat giữa mục tiêu cân đôi thời giansạc và mục tiêu tiết kiệm năng lượng Ở chế độ này ca SW1 và SW2 déu on, nguôndòng của pin mặt trời va nguôn áp của bộ AC/DC từ lưới mac song song với nhau.Bộ sạc ưu tiên sạc ở chế độ 3 trạng thái trên ắc quy

Trong chê độ sạc thứ 1, dòng điện được lây từ pin mặt trời, phân còn thiếu sẽlây từ lưới dé đảm bảo dong sac đủ 20A

Trong chế độ sạc thứ 2, dòng sạc giam dân, khi công suất cân sạc nhỏ hơncông suất của pin mặt trời, điện áp trên đầu pin tang lớn hơn 40V, bộ sạc từ lưới tự

động ngắt xung, chỉ còn PV duy trì dòng sạc cho accu Trong trường hợp công suấttrên PV nhỏ hơn công suất cần nạp cho accu, điện áp trên đầu pin nhỏ hơn 40V, bộsạc từ lưới hoạt động trở lại để duy trì điện áp 40V, bảo đảm cung cấp đủ công suấtcho bộ sạc.Ở chế độ sạc thứ 3 dòng sạc vẫn được duy trì nhỏ hơn 5A.

Giải thuật điều khiến bộ sạc MPPT kết hợp sạc 3 trạng thái:

MPPTchargeUaccu < 24.8V

CC charge I* = 20A +

A

CV charge V* = 27.6VHoating Charge

I*=2A

Hình 3.4 Giải thuật MPPT và giải thuật sac 3 trạng thái

3.1.1 Thuát toán dò tìm diém cong suất cực dai MPPT

Ung dụng thuật toán điều khiển Logic Mờ vào việc dò tim điểm công suất cựcđại đang dần phát triển trong khoảng một thập kỷ gần đây, do những ưu điểm củaphương pháp này thể hiện trong các hệ thống với các ngõ vào không tiên đoán được(imprecise), không cần thiết lập mô hình toán chính xác, và có thé điều khiến đượchệ phi tuyến [22]

Bộ điều khiển mờ gồm ba giai đoạn: mờ hoá, hệ suy diễn và giải mờ Khâumờ hoá có nhiệm vụ chuyển giá trị số “rõ” ở ngõ vào thành các biến ngôn ngữ

(“mờ”), dựa trên các hàm thành viên.

Xây dựng bộ điều khiến Logic mờ dò tim MPP:* Biến ngõ vào được chọn là sai số E=AP/AV và đạo hàm của sai số E theo

thời gian (hay tốc độ thay đôi sai số) AE.Ngay tại điểm công suất cực đại MPP, E sẽ có giá trị băng 0.Biểu thức E và AE đã được dẫn ở phan trên:

_Pk —P(k—1)

Vk -V(k-1)

AE=Ek —-E(k —1)

Y Giá trị ngõ ra của bộ điều khiến mờ: là mức độ thay đôi trong tín hiệu điện

áp đặt của DC Link, A Vreƒf

Y Biến ngôn ngữ:NB (Negative Big — âm nhiều)NM (Negative Medium — Am vừa)NS (Negative Small — Am it)

ZE (Zero - không), PS (Positive Small — Duong it)PM (Positive Medium — Dương vừa)

PB (Positive Big — duong nhiéu)

¥ Hàm liên thuộc:

Đối với ngõ vào E, tầm giá trị được chọn là từ -100 tới +100 ứng với giá trịlớn nhất của IAP/AVI=100W/V Tại điểm MPP thì E=0 do đó hàm ZE chỉ có giá trịbằng 0

NB NM NS ZE PS PM PB

ci | MU | zi ¬ T

input variable “E”

Hình 3.5 Hàm liên thuộc cho biến ngõ vào EĐối với ngõ vào dE (AE), tầm giá trị được chọn là từ -30 tới +30 ứng với giátrị lớn nhất của |dE|=30W/(V.s) Hàm ZE cũng chỉ có giá trị duy nhất bang 0

NB NM NS F42 PS PM PB

Hư | |

input variable "dE"

Hình 3.6 Ham liên thuộc cho biến ngõ vào dEĐối với ngõ ra dU (A Vre/: tầm giá trị được chon là từ -6 tới +6 ứng với giá trịlớn nhất của ldUl=6 (V) Hàm ZE cũng chỉ có giá trị duy nhất băng 0 Khi đã hệthống đã đạt tới diém MPP thi không thay đối Vref nữa, loại bỏ được trường hợp dao

động quanh giá trị MPP.

I

NB NM NS z PS PM PB

0 = _| ail L uh

cutput variable “dU”

Hình 3.7 Ham liên thuộc cho biến ngõ vào AVref

Y Bộ luật mờ:

Một cách tong quat, khi điểm làm việc hiện tai của hệ thong dang 0 xa vé phiabên phải của điểm MPP, E có giá trị âm nhiều, ứng với biến ngôn ngữ NB, đồng thờinếu lúc này AE có giá trị băng 0, ứng với biến ngôn ngữ ZE Như vay, dé tiến nhanhtới điểm MPP, điện áp đặt cho bộ DC/DC cần phải được giảm xuống nhanh, do đóAV phải là NB (âm nhiều)

Bảng 3.1 Bảng luật mờMô tả E\AE | NB NM |NsS ZE PS PM |PBBén phải | NB

MPP NM

NSMPP ZEBên trái | PS

300250200

Cổng suất (W)Ss 3&8

noo

mm Bên -—` ` MPP ee

O

Các luật suy diễn được cụ thể hoá như sau:

If (E is 4E) and (AE is NB), then (AVref is NB)If (E is ZE) and (AE is NM), then (AVref is NM)If (E is ZE) and (AE is NS), then (AVref is NS)If (E is ZE) and (AE is ZE), then (AVref is ZE)If (E is ZE) and (AE is PS), then (AVref is PS)If (E is ZE) and (AE is PM), then (AVref is PM)If (E is ZE) and (AE is PB), then (AVref is PB)

3.1.2 Kết qua mô phòng

Mô phỏng giải thuật dò tìm điểm công suất cực đại MPP với bộ điều khiến

Fuzzy

Discete,p = 2e-006

powergui

aay

[ = | : g PV module (V)ipy

t VpvHHIrradiance 1 9 Np Vins

Hình 3.9 Mô hình mô phỏng giải thuật MPPT

Trong đó khối MPPT có giải thuật điều khiến là Fuzzy Ngõ ra bộ MPPT làgiá trị Vref, tức là giá trị mà bộ điều khiến tầng DC/DC sử dụng để thiết lập cho pin

mặt trời làm việc tại giá trị điện áp này.

Đó cũng là giá trị điện áp tối ưu của hệ thống ứng với điểm công suất cực đạimà thuật toán MPPT có thé tìm được

Để chứng minh giải thuật MPPT theo Logic mờ có kết quả đáp ứng tốt honkhi điều kiện môi trường thay đổi đột ngột (thay đổi về bức xạ, nhiệt độ theo hàmnắc), ta thực hiện các mô phỏng:

0.2s bức xạ tăng lên 800W/m’, tới 0.25s tăng lên 1000W/m’, tại 0.35s giảm xuống

600W/m’

Như vậy sự thay đối bức xa giữa các bước không thay đổi quá nhiều.Kết quả dò tìm MPPT của giải thuật như sau:

Mô phỏng 2: Trong mô phỏng 2, dap ứng cua bức xa được cho là ham thay

đối đột ngột theo thời gian:

Irco 1Ý E ESTE SES Eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee eee ne rT 0= mmmmmmmmmạh hố ốc08e eee eee eee Sere 68 680 8 ee eee 89 0 8 07 8 6 0 8.68 6 0 eee eee 4 89 0 689.6 89.0.4890 9-8 (Pere e 9 0 0 6 0 6 80 6 60 4 eee 6 80 6 6 0 6 038 0 6 6 6 eee 6 0 6 89 6 69 0.4 6 0.4.6 0.0.0.0 0 0 CL ee errr errr reer 0 0 8 eer errr 80:0 8 0 0.0 689 08 0.689.689 669 0.9.6 0.6 6 SOeeer rere errr ee 089 0.6.6 4 0 0.4.0 CẾ Ofte reer 9 0 0 0 0 0 0 0 0 6 0 0 6 6 8 000 0 60006q.B— eee eee eee ee 4 8 0 60 eee 8 8 4 0 8 006 8 8 6 8 Đ eee ee eee 0 0 6 9 9 09 0 0 0 0: 6 89 0-0 0 Creer er reer ree eee eee 0 0 8 0 rere Peer 9 B9 8 0 0 0 9 0 0 89 6 80 4 0 0:4 6 8: 0 LH Serre eee rere eee eee eee eee eee es Sere eee 8 0 0 8 0 0 0 6 9: 0 0 0:0 0 0: 0 8 (Pere er rere ee eee eee eee re

140|— - a "¬ e eee eeeeeeeeseeeeeneeeee : cee e eee eeeeeeeeeeeeeneeee : y.182 ¬— cee — 4

PL) ¬ eee eee eeeeeeeeueeeeeees " ốằằ TH g0 HỆ 14 1k tớ 0v bà ¬ eee eee eeeeeeeeeeeeeeees 4

5 100‡— 4

Ễ g0 ee d4 — ieee — 1 ỊỊỊƠỊƠỊƠỊƠ mm _B0|— - .-.-.- i cee bee e cece ee eeeeeeeeeeees eS Sena "———ẰẶẰẮằẹặaaỮ i a, Senna : fete eee eee eee eee eee ees 4

Hình 3.15 Fuzzy - dap ung Vref, Vpv - mơ phỏng 2

Nhận xét: Bộ Fuzy điều khién bộ DC/DC dị tìm và bắt được điểm cơng suấtcực dai trong các điều kiện thay đổi về bức xạ và nhiệt độ Cau trúc bộ điều khiếnkhơng phụ thuộc nhiều vào thơng số hệ thơng nên cĩ thé áp dụng cho các hệ thốngcĩ câu hình DC/DC khác nhau mà khơng can thay đổi bộ điều khiến quá nhiều