Nghiên cứu cấu trúc và hệ thống điều khiển bộ biến đổi bán dẫn công suất cho hệ pin mặt trời

iii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TRẦN U PIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Thái Nguyên - 2014 iv MỤC LỤC Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 1.1 Giới thiệu pin mặt trời 1.1.1 Đặc tính làm việc pin mặt trời 1.1.2 Ứng dụng 1.1.3 Tấm lượng mặt trời 1.1.4 Cách ghép nối lượng mặt trời 1.2 Hệ thống điện pin mặt trời 11 1.2.1 Cấu trúc chung 11 1.2.2.Ăc quy tích trữ lượng 12 1.3 Thuật toán dò tìm điềm công suất lớn ( MPPT ) 16 1.4 Bộ biến đổi DC/ DC 18 1.5 Bộ biến đổi DC/AC 20 1.6 Chƣơng 2: 25 26 2.1 Bộ biến đổi nguồn DC-DC giảm áp (Buck converter) 27 2.2 Bộ biến đổi nguồn DC – DC tăng áp (Boost Converter) 29 36 Chƣơng 3: - MPPT 37 3.1 Nguyên lý dung hợp tải 38 3.2 Thuật toán xác định điểm làm việc có công suất lớn MPPT 39 3.2.1 Phương pháp nhiễu loạn quan sát P&O 41 3.2.2 Phương pháp điện dẫn gia tăng INC 44 v 3.2.3 Tổng kết so sánh phương pháp MPPT 46 3.3 Phương pháp điều khiển MPPT 46 3.3.1 Phương pháp điều khiển PI 46 3.3.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp 47 3.3.3 Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu 49 50 CHƢƠNG 4: C-DC DÙNG CUỘN KHÁNG HỖ CẢM 51 4.1 Các phương pháp mô hình hóa biến đổi đóng cắt tần số cao 51 4.2 Phương pháp trung bình hóa phần tử đóng cắt 51 4.2.1 Sơ đồ tương đương bất biến phần tử đóng cắt 53 4.2.2 Mô hình tương đương trung bình phần tử đóng cắt cho Buck converter 58 4.2.3 Mô hình trung bình cho khóa PWM tổng quát 60 65 Chƣơng 5: 66 5.1 Hàm truyền đạt cho Boost Converter chế độ dòng liên tục (CCM) 66 5.2 Mạch vòng điều chỉnh điện áp 69 5.3 Thiết kế khâu điều chỉnh mạch vòng điện áp 70 5.3.1 Chọn tụ đầu 70 5.3.2 Lựa chọn điện trở cuộn cảm rL 71 5.3.3 Tách biệt tần số cặp điểm cực điểm zero bên phải trục ảo RHPzero 71 5.3.4 Tăng cường độ dự trữ pha mạch feedforward 72 5.3.5 Khảo sát tính ổn định thiết kế 74 5.4 Mô kiểm chứng sơ đồ Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm 74 5.5 Kết luận chương 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 84 85 86 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Đường đặc tính làm việc U – I pin mặt trời Hình 1.2 Sơ đồ tương đương pin mặt trời Hình 1.3 Sự phụ thuộc đặc trưng VA pin mặt trời vào cường độ xạ Mặt trời Hình 1.4 Sự phụ thuộc đường đặc tính pin mặt trời nhiệt độ pin Hình 1.5 Đường đặc tính tải đặc tính pin mặt trời Hình 1.6 Ghép nối tiếp hai môđun pin mặt trời (a) đường đặc trưng V-A môđun hệ (b) Hình1.7 Ghép song song hai môđun pin mặt trời (a) đường đặc trưng VA môđun hệ (b) Hình 1.8 Điốt nối song song với môđun để bảo vệ môđun dàn pin mặt trời.11 Hình 1.9 Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc độc lập 12 Hình 1.10 Đặc tính phóng ắc quy Power Sonic 13 Hình 1.11 Mạch chống tượng phóng điện sâu ắc quy 14 Hình 1.12 Bộ điều khiển MPPT hệ thống pin mặt trời 17 – Flyback converter 20 Hình 1.14 Bộ biến đổi nguồn dòng CSI 23 Hình 1.15 Bộ biến đổi VSI nguồn áp 23 Hình 1.16 Bộ biến đổi DC/AC pha dạng nửa cầu (trên) 24 -up DC/DC 26 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý - 27 Hình 2.3 Đồ thị dạng dòng áp 28 Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý biến đổi nguồn DC – DC tăng áp 29 Hình 2.5 Đồ thị dòng áp biến đổi nguồn DC – DC tăng áp 29 30 Hình 2.7 Sơ đồ (step-up) 30 31 vii Hình 2.9 Sơ đồ Boost conveter với cuộ ỗ cảm 31 32 2.11 Giản đồ dòng áp sơ đồ Boost conveter với cuộn hỗ cảm 34 - 35 – 35 Hình 3.1 Ví dụ pin mặt trời mắc trực tiếp với 37 tải trở thay đổi giá trị điện trở 37 Hình 3.2 Đường đặc tính làm việc pin tải trở 37 có giá trị điện trở thay đổi 37 Hình 3.3 Tổng trở vào Rin điều chỉnh D 39 Hình 3.4 Đường đặc tính làm việc pin cường độ 40 xạ thay đổi mức nhiệt độ 40 Hình 3.5 Đặc tính làm việc I – V pin nhiệt độ 40 thay đổi mức cường độ xạ 40 Hình 3.6 Phương pháp tìm điểm làm việc công suất lớn P&O 42 Hình 3.7 Lưu đồ thuật toán Phương pháp P&O 43 Hình 3.8 Phương pháp điện dẫn gia tăng 44 Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán phương pháp điện dẫn gia tăng INC 45 Hình 3.11 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT 47 Hình 3.12 Quan hệ tổng trở vào mạch Boost hệ số làm việc D 48 Hình 3.13 Lưu đồ thuật toán P&O dùng phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu 49 Hình 4-1 Phần tử đóng cắt sơ đồ biến đổi DC-DC 53 Hình 4-2 Sơ đồ khóa biến đổi, từ trái sang phải, từ xuống dưới: Buck, Boost, Buck-Boost, Cuk converters 54 Hình 4-3 Dạng dòng điện, điện áp cổng mạch điện phần tử đóng cắt 54 Hình 4-4 Sơ đồ Buck Converter 55 Hình 4-5 Dạng sóng điện áp, dòng điện phần tử sơ đồ Buck Converter (hình 4-4) chế độ dòng liên tục 56 viii Hình 4-6 Mạch điện tương đương khóa PWM 56 Hình 4-.7 Mạch điện tương đương tín hiệu lớn DC tín hiệu nhỏ AC phần tử đóng cắt 58 Hình 4-8 Mô hình cho chế độ dòng liên tục Buck Converter 58 Hình 4-9 Sơ đồ Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm 60 Hình 4-10 Sơ đồ thay cuộn kháng hỗ cảm máy biến áp lý tưởng cuộn cảm từ hóa riêng biệt 61 Hình 4-11 Dạng sóng dòng điện, điện áp phần tử sơ đồ Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm 62 Hình 4-12 Sơ đồ thay phần tử khóa nguồn dòng, nguồn áp liên tục, có điều khiển 63 Hình H 5-1 Sơ đồ Boost Converter 66 Hình H 5-2 Đồ thị Bode khâu cặp điểm cực 67 Hình H 5-3 Đồ thị Bode khâu có điểm zero bên phải trục ảo (điểm zero dương) 67 Hình H 5-4 Ảnh hưởng điểm zero dương đến độ dự trữ ổn định pha 68 Hình H 5-5 Mạch vòng điều chỉnh điện áp cho chế độ dòng liên tục 69 Hình H 5-6 Thiết kế điều chỉnh 70 Hình H 5-8 Ví dụ đặc tính tần số mạch phản hồi khâu phản hồi mềm 73 Hình 5-9 Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh điện áp sơ đồ Boost conevrter dùng cuộn kháng hỗ cảm 75 Hình 5-10 Đồ thị Bode cho hệ thống mạch vòng điện áp: đường nét chấm Kv*Gdv(s), đường nét đứt đặc tính điều chỉnh Gc(s), đường nét liền đặc tính hệ thống thiết kế 76 Hình 5-11 Mô hình mô biến đổi Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm với mạch vòng điện áp 79 Hình 5-12 Kết mô điện áp đầu dòng qua điôt D chế độ xác lập, mạch vòng hở 80 ix Hình 5-13 Chi tiết dạng xung dòng điện, điện áp, từ xuống dưới: dạng xung điều khiển van, dạng dòng qua cuộn cảm từ hóa iLm dòng đầu vào ig, dạng dòng qua điôt i2, dạng điện áp bên cuộn sơ cấp máy biến áp lý tưởng u1 80 Hình 5-14 Mô tác dụng mạch vòng điều chỉnh điện áp 82 Hình 5-15 Đặc tính đáp ứng điện áp đầu phóng to 83 x DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ DC - DC – DC - AC – MPPT MPP VDC VAC V-A VSI 10 CSI 11 PWM 12 PI Vôn – Ămpe Bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân Ngày với tình hình dân số công nghiệp phát triển không ngừng, lượng thể rõ vai trò quan trọng trở thành yếu tố thiếu sống Tuy nhiên nhu cầu sử dụng lượng ngày gia tăng nguồn lượng truyền thống khai thác sử dụng hàng ngày dần cạn kiệt trở nên khan Một số nguồn lượng sử dụng nguồn nguyên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá…) cho thấy tác động xấu đến môi trường, gây ô nhiễm bầu khí gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozôn, nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên Các khí thải từ việc đốt nguyên liệu gây mưa axit, gây hại cho môi trường sống người Còn nguồn lượng thuỷ điện (vốn coi loại lượng sạch) không đáp ứng nhu cầu tiêu thụ điện tình trạng mức nước hồ chứa thường xuyên xuống mực nước chết Trước tình hình đó, vấn đề phải tìm nguồn lượng để đáp ứng nhu cầu sử dụng lượng lớn mạnh hàng ngày, thay nguồn lượng có hại cho môi trường cạn kiệt trở nên cấp thiết, đòi hỏi nhiều quan tâm Luận văn với đề tài: “ ” xuất phát từ yêu cầu thực tế tiết kiệm nhiên liệu truyền thống giảm tối thiểu ô nhiễm môi trường phát triển ngành công nghiệp sản xuất Việt Nam Mục tiêu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Với mục tiêu i DC phần tử đóng cắt - - Thực nhiệm vụ cấu trúc luận văn gồm có phần mở đầu; chương 1, 2, 3, 5; Kết luận kiến nghị; Tài liệu tham khảo Nội dung luận văn: Chương 1: Chương 2: Bộ biến đổi DC-DC với hệ số biến điện áp hiệu suất cao Chương 3: Nghiên cứu xây dựng phương pháp dò tìm điểm công suất lớn – MPPT Chương 4: Mô hình tín hiệu nhỏ biến đổi DC/DC dùng cuộn kháng hỗ cảm Chương 5: Khảo sát đánh giá chất lượng hệ thống Kết luận kiến nghị 72 nghiệm dùng tụ lọc loại tantalum (tụ chất lượng cao, kích thước nhỏ mà giá trị lớn) ESR cỡ từ 20 m gốm ESR nhỏ, cỡ vài m đến 100 m , chọn M = 10 Nếu dùng tụ M phải lớn hơn, cỡ 15 trở lên để tách biệt hai tần số ESR tần số cặp điểm cực f zeroESR fo (5.13) M M= 10 dùng tụ tantalum, M=15 dùng tụ gốm Từ biểu thức tần số fRHPzero fo suy giá trị cần thiết điện cảm sau: R Vin M Vo L C (5.14) Khi tải lớn nhất, điện trở tải R nhỏ nhất, điện áp đầu vào nhỏ hai tần số fRHPzero fo gần Vì điều kiện xác định giá trị cuộn cảm lớn cho phép là: Lmax C Rmin Vin ,min M Vo (5.15) 5.3.4 Tăng cường độ dự trữ pha mạch feedforward Hình H 5-7 Mạch phản hồi điện áp feedforward Trên hình H.5-7 thể mạch lấy tín hiệu phản hồi điện áp qua phân áp R1, R2 Mạch feedforward qua RC Ci, Ri Đây mạch vi phân có tác dụng mạch phản hồi mềm từ đầu Mạch vi phân tác dụng lên thành phần đập mạch điện áp đầu thay đổi có làm thay đổi góc pha tín hiệu phản hồi Hàm truyền mạch là: G s sCi R1 Ri R1 sCi R1 Ri R2 R1Ri R2 (5.16) 73 fz fp Ci Ri (5.17) R1 (5.18) R1R Ri R R1Ri Ci R1 R Hình H 5-8 Ví dụ đặc tính tần số mạch phản hồi khâu phản hồi mềm Ví dụ đặc tính tần số biên pha mạch phản hồi khâu feedforward cho hình H.5-8 Trong ví dụ tham số sau: R1=1,24 M , R2=200 k , Ci = 10 pF, Ri = 100 k tính toán cho thấy fz = 11 kHz, fp = 58 kHz, độ bù pha lớn khoảng 25 kHz Trong tính toán để đơn giản giả thiết độ bù pha mạch phản hồi mềm đem lại xảy tần số 2fz Như băng thông mạch vòng điều chỉnh phải nhỏ tần số này: f BW (5.19) fz Trong băng thông xác định từ tần số fo cặp điểm cực đến tần số fBW, đặc tính biên độ có độ nghiêng -40dB/dec cắt với trục hoành (0 dB): Go f BW Go dB (5.20) f o 10 30 20log Gdo 5.R2 R1 R2 20log Vo2 R2 Vin R1 R2 (5.21) Trong (5.20) đặc tính biên độ cặp điểm cực có độ nghiêng 40dB/dec ta lấy gần -30dB/dec để tính đến ảnh hưởng làm mềm hóa ESR điện trở rL cuộn cảm 74 Từ phương trình (5.19), (5.20), (5.21) suy giá trị cận cuộn cảm phải thỏa mãn: Go 30 L 1 Vin 10 C Vo f z (5.22) Từ phương trình (5.5) lại thấy tần số fo, fBW, lớn điện áp đầu vào Vin có giá trị maximum Do Lmin phải tính Vin,max: Go 30 Lmin 1 Vin ,max 10 C Vo fz (5.23) Từ (5.15) (5.23) hai điều kiện để xác định giá trị cần thiết điện cảm L Trong giá trị Lmax xác định điều kiện tách tần số điểm zero bên phải trục ảo xa tần số cộng hưởng fo mạch lọc bậc hai LC khoảng M lần (M = 10 – 15), giá trị Lmin xác định điều kiện băng thông fBW hệ thống nằm hai tần số fo fRHPzero Có thể thấy Lmax tỷ lệ với C, Lmin tỷ lệ nghịch với C Vì tính toán Lmax không lớn Lmin, có nghĩa không đảm bảo điều kiện tần số, ta phải chọn lại giá trị C từ mục 1.3.1lớn Cmin, ví dụ ÷ Cmin 5.3.5 Khảo sát tính ổn định thiết kế Các bước thiết kế từ 5.3.1 đến 5.3.4 kiểm tra lại độ ổn định sau tính toán đồ thị Bode Tuy nhiên đồ thị Bode đảm bảo tính ổn định tín hiệu nhỏ mà chưa đảm bảo đặc tính độ mong muốn Vì phải kiểm tra lại thiết kế theo đặc tính độ, ví dụ tải thay đổi đột biến điện áp vào có bước nhảy đột ngột Nếu điện áp ổn định trở lại sau 3, lần dao động chứng tỏ độ dự trữ pha thấp, ta phải tiến hành chỉnh định lại thiết kế cách lặp lại bước từ đến 5.4 Mô kiểm chứng sơ đồ Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm Mô hình mô xây dựng để kiểm chứng tính đắn mô hình mục 5.3.3 Mặt khác điều chỉnh áp dụng cho mô hình tín hiệu nhỏ thu cho giá trị chung quanh điểm làm việc cân Vậy sơ đồ chuyển sang làm việc điểm khác, ví dụ lượng 75 đặt thay đổi, điện áp đầu vào biến động tải có biến động cần kiểm tra hệ thống ổn định không đáp ứng Thay phải thiết kế lại cho điểm làm việc khác ta dùng mô để kiểm tra lại tình Nếu mô tình không phù hợp cần phải tiến hành thiết kế, xem xét lại Để kiểm chứng mô hình tín hiệu nhỏ trước hết ta tiến hành thiết kế mạch vòng điều chỉnh điện áp Giả thiết mạch vòng điện áp có cấu trúc hình 5-9 Uoref Gc(s) Gvd(s) Uo Kv*Uo Kv Hình 5-9 Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh điện áp sơ đồ Boost conevrter dùng cuộn kháng hỗ cảm Trên hình 5-9 Gvd(s) hàm truyền từ điều khiển đến điện áp đầu (5.9) Kv hệ số khâu phản hồi điện áp Uoref lượng đặt điện áp Gc(s) hàm truyền khâu điều chỉnh cần thiết kế Các thông số sơ đồ Boost converter sau: - Điện áp vào: Ug = 24 VDC, 20 VDC, max 28 VDC; - Điện áp ra: Uo = 400 VDC; - Công suất định mức đầu ra: P = 400 W, điện trở tải R = 400 ; - Tần số đóng cắt khâu PWM: fpwm = 100 kHz; - Chọn lượng đặt Uoref = V ứng với điện áp đầu 400 V Vì hệ số khâu đo điện áp lấy Kv = 1/400 Tính toán thông số mạch lực không trình bày chi tiết đưa số liệu cần thiết sau: - Tỷ số máy biến áp: n = 10; - Điện cảm từ hóa: Lm = 50 µH; - Tụ lọc chiều: C = 10 µF, chọn loại tụ hóa có điện trở nối tiếp tương đương ESR rC = 100 m 76 Với số liệu tính toán chế độ xác lập từ xây dựng hàm truyền tín hiệu nhỏ từ điều khiển đến điện áp Đồ thị Bode hàm truyền Gvd(s) cho hình 5-10, đường mầu xanh nước biển Hình 5-10 Đồ thị Bode cho hệ thống mạch vòng điện áp: đường nét chấm Kv*Gdv(s), đường nét đứt đặc tính điều chỉnh Gc(s), đường nét liền đặc tính hệ thống thiết kế Đồ thị bode cho thấy hàm truyền đối tượng KvGdv(s) có điểm cực dao động khoảng 1,8 krad/s, tần số cắt c cỡ 4krad/s (637 Hz), hệ không ổn định khép kín mạch vòng phản hồi đơn vị không đủ độ dự trữ pha Ta thiết kế mạch vòng có tần số cắt lớn hơn, c = 10 krad/s (khoảng 1,5 kHz) Tại 10 krad/s góc pha hệ thống -24 , ta phải bù thêm cỡ 80 để có góc pha tần số cắt mong muốn = 80 -24 = 56 Quá trình thiết kế bắt đầu việc sử dụng khâu lead-lag để đảm bảo độ dự trữ pha (5.24): 77 s Gcleadlag z Go (5.24) s p Khâu lead-lag cần đưa đến góc pha lớn tần số cắt c mong muốn Muốn tần số điểm zero điểm cực cần thỏa mãn điều kiện sau [1]: z p c sin sin c sin sin Trong (5.25) góc pha mà ta muốn mạch lead-lag bù thêm vào tần số cắt fc Tùy theo độ dự trữ pha đối tượng ta cần chọn trường hợp ta chọn phù hợp Trong = 80 để có độ dự trữ pha toàn hệ thống cỡ 56 , đảm bảo hệ thống ổn định tốt Ngoài hệ số khuếch đại khâu lead-lag không ảnh hưởng đến hệ số khuếch đại tần số cắt (0 dB), muốn hệ số khuếch đại Go phải thỏa mãn: (5.26) z Go p Khâu lead-lag có hệ số khuếch đại nhỏ điểm zero phải đứng trước điểm cực theo trục tần số z p , hệ số khuếch đại chiều hệ thống bị suy giảm Ta muốn tần số cắt c mong muốn hệ số khuếch đại mạch vòng phải Trên đồ thị xác định hệ số khuếch đại hàm truyền hệ hở KvGdv j Gc ,comp exp 17dB / 20 17 dB , phải bù thêm vào: c 7, 08 Vậy hệ số khuếch đại yêu cầu khâu lead-lag là: Gc Go 7, 08 Để đảm bảo độ xác đáp ứng điện áp đầu theo lượng đặt khả loại bỏ ảnh hưởng nhiễu biến động đầu vào tải cần phải thêm vào mạch khâu tích phân PI 78 GPI s Gp (5.27) L s Khâu PI (5.24) đưa vào điểm zero ngược đáng kể tần số cắt c Trong ví dụ ta chọn L L Nếu chọn tần số L nhỏ độ dự trữ pha không bị ảnh hưởng nhiều = 250 Ngoài tác dụng khâu tích phân hệ thống có hệ số khuếch đại chiều vô cùng, nghĩa đảm bảo sai lệch tĩnh Kết hợp khâu PI điều chỉnh có dạng: Gc s Gc z L s s (5.28) s p Trên hình 5-10 cho thấy đặc tính biên pha hệ thống thiết kế Đường mầu xanh đặc tính điều chỉnh Ở vùng tần số thấp góc điều chỉnh mang lại -90 tác dụng khâu tích phân 1/s Ở vùng tần số cao góc pha điều chỉnh đưa vào , không ảnh hưởng đến hệ thống Đặc tính mầu đỏ đặc tính hệ thống thiết kế cho thấy tần số cắt mong muốn 10 krad/s độ dự trữ pha đạt 55,8 , đảm bảo độ an toàn cần thiết Độ dự trữ biên độ 7,93 dB (yêu cầu thấp dB) Các đặc tính biên pha hệ thống thu hình 5-10 cho thấy mạch vòng điện áp ổn định, sai lệch tĩnh lượng đặt điện áp Mô hình mô xây dựng thể hình 5-11 79 Hình 5-11 Mô hình mô biến đổi Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm với mạch vòng điện áp Trên hình 5-12 thể kết mô mạch vòng hở để thấy chế độ xác lập Dạng xung dòng, điện áp phần tử thể hình 5-13 Kết cho thấy với tính toán mạch lực phù hợp sơ đồ Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm cho tỷ số biến đổi điện áp cao, từ 28 VDC đầu vào lên 360 VDC đầu hệ số lấp đầy xung D = 0,55 Ở dòng tải định mức gần A dòng đỉnh qua van bán dẫn gần 20 A (xem dạng dòng đầu vào ig khoảng van dẫn, điôt khóa hình 5-13), dòng đỉnh qua điôt cỡ 2,1 A Điện áp van bán dẫn khóa 36 V (xem dạng điện áp bên sơ cấp máy biến áp u1 khoảng van khóa) Như chế độ làm việc van hợp lý, mong đợi sơ đồ dùng cuộn kháng hỗ cảm 80 Hình 5-12 Kết mô điện áp đầu dòng qua điôt D chế độ xác lập, mạch vòng hở Hình 5-13 Chi tiết dạng xung dòng điện, điện áp, từ xuống dưới: dạng xung điều khiển van, dạng dòng qua cuộn cảm từ hóa iLm dòng đầu vào ig, dạng dòng qua điôt i2, dạng điện áp bên cuộn sơ cấp máy biến áp lý tưởng u1 81 Kết mô tác dụng mạch vòng điều chỉnh điện áp thể hình 5-14 Quá trình mô đáp ứng sau: - Sơ đồ khởi động với tải định mức R = 400 , điện áp chiều đầu vào Ug = 28 V, - Đến 0,03 s, điện áp chiều giảm xuống Ug = 24 V đến cuối trình, - Đến 0,06 s tải ngắt ra, lại điện trở tải R = k , nghĩa dòng giảm 10 % định mức - Đến 0.09 s tải lại đóng vào tải định mức Các đồ thị hình 5-14 cho thấy điện áp giữ ổn định theo lượng đặt 400 V, không bị ảnh hưởng thay đổi điện áp vào tải từ 10 % đến 100 % Đặc tính dòng i2 qua điôt cho thấy ngoại trừ lúc khởi động ổn định, xung động lúc đóng tải 100 % đến A Đặc tính điều chỉnh độ lấp đầy xung d cho thấy thay đổi phạm vi 0,4 đến 0,6 theo thiết kế mong muốn (quanh 0,5) Tuy nhiên điều chỉnh đưa tín hiệu điều khiển d có ảnh hưởng nhiễu tần số đóng cắt 100 kHz không ảnh hưởng đến hoạt động bình thường điều chỉnh Các biến động điện áp đầu có dạng tắt dần ngay, không dao động, chứng tỏ độ dự trữ ổn định cao Đáp ứng độ cho tất loại biến động đầu vào tải cỡ 0,02 s, kể lúc khởi động trực tiếp 82 Hình 5-14 Mô tác dụng mạch vòng điều chỉnh điện áp Phóng to đáp ứng điện áp có hình 5-15 cho thấy số kết đặc biệt Hình 5-15 cho thấy đáp ứng điện áp khoảng +/- 20 V (5 % 400 V) Tuy nhiên thời điểm 0,06 s 0,09 s ngắt tải đóng tải trở lại thấy rõ ảnh hưởng điểm zero bên phải trục ảo Đó ngắt tải điện áp lại có xung giảm xuống, đóng tải điện áp lại tăng lên Có thể thấy điều đặc tính đầu tín hiệu điều khiển d hình 5-15, tải nhẹ d lớn 83 hơn, tải nặng d nhỏ Điều ngược với điện áp đầu vào cao d nhỏ điện áp vào thấp d tăng, thoe đặc tính biến đổi điện áp M Uo Ug 1 D Tuy nhiên điều chỉnh đảm bảo điện áp đầu trường hợp Hình 5-15 Đặc tính đáp ứng điện áp đầu phóng to Kết luận: trình thiết kế từ mô hình hóa đến xác định cấu trúc tham số điều chỉnh cho kết hoàn toàn chấp nhận Đây sở để tiến hành thực nghiệm xây dựng biến đổi DC-DC với hệ số truyền điện áp cao, có nhiều ứng dụng thực tế, biến đổi cho nguồn phát từ pin mặt trời 5.5 Kết luận chƣơng Trong chương tiến hành mô Matlab để khảo sát phần tử hệ thống Đồng thời tiến hành thực mô khảo sát đánh giá chất lượng hệ thố gần với thực tế kết phân tích đáng tin cậy 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời miệt mài nghiên cứu, tìm hiểu thực tế thực luận văn, hướng dẫn tận tình thầy TS Trần Trọng Minh thầy, cô môn Tự động hóa - Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên Đại Học Thái Nguyên, giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp, đề ’’ hoàn thành đạt số kết sau: - hệ thống pin mặt trời - Nghiên cứu nguyên lý làm việc Bộ biến đổi DC/DC với hệ số biến điện áp hiệu suất cao lựa chọn /DC cho hệ khiển, thuật toán điều khiển Từ tìm phương pháp điều - Nghiên cứu xây dựng phương pháp dò tìm điểm công suất lớn – MPPT ô hình tín hiệu nhỏ biến đổi DC/DC dùng cuộn kháng hỗ cảm ánh giá khả làm việc thiết kế sở sử dụng Có thể cho rằng, luận văn hoàn thành nhiệm vụ đề ban đầu Cho dù khả hiệu ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tế cần phải kiểm nghiệm nhiều Nhưng với kết đạt luận văn, khẳng định hướng tiếp cận, sở xây dựng hướng hoàn toàn có khả thực áp dụng vào thực tiễn Từ kết nghiên cứu đến chế tạo cần phải có thời gian kinh phí Nhưng với kết nghiên cứu luận văn tiền đề để ứng dụng vào thực tiễn, đồng thời nghiên cứu chế tạo sản phẩm sử dụng rộng rãi 85 Được giúp đỡ tận tình thầy TS Trần Trọng Minh thầy cô , - Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghi Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên, ự giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp thân tác giả cố gắng hoàn thành luận văn Các nội dung luận văn cố gắng trình bày cách cẩn thận, trình độ nhận thức vấn đề hạn chế, thời gian nghiên cứu chưa nhiều nhiệm vụ luận văn liên quan đến lĩnh vực rộng, nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Vì tác giả mong nhận đóng góp thầy cô, bạn bè đồng nghiệp người quan tâm đến lĩnh vực để tác giả khắc phục thiếu sót bổ sung cho luận văn hoàn thiện Tác giả tiếp tục nghiên cứu để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, áp dụng vào đối tượng thực tế sản xuất 86 [1] Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh (2004), Điện tử công suất, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội [2] (2012), [3] Nguyễn Văn Thuấn (2003), Điện tử công suất, NXB Học viện KTQS, Hà Nội [4] Đặng Đình Thống, Pin mặt trời ứng dụng Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2006 [5] Fundamental of Power Electronics; Robert W Erickson, Dragan Maksimovic; Kluwer Academic Publishers, 2004, p 331 – 375 “Chapter Controller Design” [6] - Voltage Mode Boost Converter Small Signal Control Loop Analysis Using the TPS61030; Application Report SLVA274A–May 2007–Revised January 2009 [7] Ryszard Strzelecki, Grzegorz Benysek; Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks; Springer 2008 [8] Frede Blaabjerg, Remus Teorescu, Zhe Chen, Marco Liserre; Power converters and control of renewable energy systems; ICPE (ISPE) (2004): 2-20 [9] Carrasco J.M., Franquelo L.G., Bialasiewicz J.T., Galvan E.; PowerElectronic Systems for the Grid Integration of Renewable Energy Sources: A Survey; Industrial Electronics, IEEE Transactions on (Volume:53, Issue: ) [...]... Tuỳ thuộc vào sự điều khiển mà bộ biến đổi DC/AC được phân thành loại bộ biến đổi điều khiển dòng (CCI) hay bộ biến đổi điều khiển áp (VCI) Nếu bộ biến đổi nguồn áp có một tụ điện mắc song song với đầu vào, thì bộ biến đổi nguồn dòng sẽ có một cuộn cảm mắc nối tiếp với đầu vào một chiều Trong bộ biến đổi nguồn dòng CSI, nguồn 1 chiều xuất hiện như dòng một chiều của bộ biến đổi Pin mặt trời có thể được... các bộ biến đổi trong hệ PV là nguồn áp, mặc dù pin mặt trời được coi như một nguồn dòng Các bộ biến đổi nguồn dòng thường được dùng cho các động cơ lớn Bộ biến đổi nguồn áp được dùng phổ biến và kết hợp với bộ biến đổi nguồn áp PWM để tạo thành bộ biến đổi dạng Sin Trong hình 1.10, bộ biến đổi nguồn áp hoạt động như một bộ biến đổi điều khiển dòng CSI Loại này sử dụng phương pháp PWM để điều khiển. .. thay đổi tốc độ, máy in lase và bộ điều khiển nhiệt độ… Phương pháp điều khiển PWM được sử dụng để giúp bộ biến đổi tạo được đầu ra có dạng Sin Các loại bộ biến đổi DC/AC trong hệ pin mặt trời độc lập tùy từng trường hợp có thể có sơ đồ dạng nửa cầu và dạng cầu 1 pha 22 Bộ biến đổi giúp liên kết những tấm pin mặt trời với các phần còn lại trong hệ PV Nó giúp biến đổi nguồn điện một chiều sinh ra từ pin. .. Bộ biến đổi phải điều khiển được các góc pha của lưới, và đầu ra của bộ DC/AC này phải được điều khiển cả về điện áp và tần số Các loại bộ DC/AC thông thường có thể được điều khiển bằng phương pháp PWM điều chỉnh độ rộng xung và hoạt động trong tần số từ 2kHz đến 20 kHz Bộ biến đổi làm việc với lưới được phân loại rộng rãi thành bộ biến đổi nguồn áp (VSI) và bộ biến đổi nguồn dòng (CSI) Tuỳ thuộc vào... mà không cần khâu tính toán năng lượng và đang dần được áp dụng trong hệ quang điện làm việc với lưới 17 Hình 1.12 Bộ điều khiển MPPT trong hệ thống pin mặt trời Bộ điều khiển MPPT có thể là bộ điều khiển tương tự truyền thống Tuy nhiên, việc sử dụng bộ điều khiển số đang ngày càng thịnh hành vì nó có nhiều ưu điểm hơn bộ điều khiển tương tự Thứ nhất là, bộ điều khiển số có thể lập trình được vì vậy... tính của pin mặt trời Trên hình vẽ 1.5 đường OA và OB là những đường đặc tính tải Nếu tải được mắc trực tiếp với dãy pin mặt trời thì tải có đường đặc tính là OA Khi đó, pin làm việc ở điểm A1 và phát công suất P1 Công suất lớn nhất do phơi nắng thu được là P2 Để có thể thu được công suất P2, cần có một bộ điều chỉnh công suất để liên kết giữa dãy pin mặt trời và tải 7 1.1.2 Ứng dụng Pin mặt trời đã... pin mặt trời để cung cấp cho tải và ắc quy M V o V in 8 15 15 30VDC lên 350 220 VAC, 50Hz 26 Chƣơng 2 Các bộ bán dẫn trong hệ PV gồm có bộ biến đổi 1 chiều DC-DC và bộ biến đổi DC-AC 1 DC-DC 2.1: 2.1 -up DC/DC Bộ biến đổi DC-DC được sử dụng rộng rãi trong nguồn điện 1 chiều với mục đích chuyển đổi nguồn một chiều không ổn định thành nguồn điện một chiều có thể điều khiển được Trong hệ thống pin mặt. .. phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng trong ngày, phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, đặc biệt là thời gian cao điểm, đặc tính phụ tải ở điểm cao nhất 1.4 Bộ biến đổi DC/ DC Các bộ bán dẫn trong hệ PV gồm có bộ biến đổi chiều DC/DC Bộ DC/DC được dùng để xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất của pin và 19 làm ổn định nguồn điện một chiều lấy từ pin mặt trời để cung cấp cho tải và ắc quy Bộ biến đổi DC/DC... nửa so với bộ biến đổi DC-AC 1 pha hình cầu nên có cấu trúc đơn giản và rẻ hơn 25 Cấu trúc bộ biến đổi DC-AC dùng biến áp thông thường có nhược điểm, do sử dụng biến áp thông thường nên kích thước thường lớn, tổn hao trên biến áp khá lớn, và hiện tại giá thành biến áp cũng không nhỏ 1.6 1 , sẽ chọn phương pháp điều khiển số cho MPPT xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất của pin và làm ổn định... Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI 1.1 Giới thiệu về pin mặt trời Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện trong bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang điện trong – quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh sáng mặt trời Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng Silic tinh thể Tinh thể Silic tinh khiết là chất bán dẫn điện rất kém vì ... Tấm lƣợng mặt trời Tấm lượng mặt trời tạo thành từ nhiều pin mặt trời gồm 36 đến 72 pin mặt trời mắc nối tiếp với Qua pin mặt trời, lượng mặt trời chuyển hoá thành điện Mỗi pin mặt trời cung... đến mặt trời Hiệu suất thu điện từ pin mặt trời vùng miền vào ngày khác nhau, xạ mặt trời bề mặt trái đất không đồng Hiệu suất pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố: - Chất liệu bán dẫn làm pin. .. dòng chiều biến đổi Pin mặt trời coi nguồn dòng Hầu hết biến đổi hệ PV nguồn áp, pin mặt trời coi nguồn dòng Các biến đổi nguồn dòng thường dùng cho động lớn Bộ biến đổi nguồn áp dùng phổ biến kết