thiết lập hệ giả lập pin năng lượng mặt trời (PV emulator),

MỤC LỤC Từ viết tắt PV PVE MPPT Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt Photovoltaic Pin mặt trời Photovoltaic Emulator Thiết bị giả lập pin mặt trời Maximum power point tracking Thuật toán tìm điểm công suất tối đa FSBB PWM ePWM Four-switch noninverting buck boost Bộ biến đổi buck-boost van Điều chế độ rộng xung Pulse width modulator Mô-đun điều chế độ rộng xung Enhanced pulse width modulator GPIO vi điều khiển TMSF28055 Các chân đầu vào đầu PIE General input output pins Khối xử lý ngắt mở rộng G T D DSP Peripheral interrupt expansion Bức xạ Nhiệt độ Độ rộng xung Vi điều khiển xử lý tín hiệu số Iirradiance Temparature Duty Cycle Digital Signal Processing LỜI NÓI ĐẦU Năng lượng có vai trò quan trọng trở thành yếu tố thiếu sống Trước đây, lượng dầu mỏ - than đá sử dụng rộng rãi, nguồn lượng không tái sinh, gây ô nhiễm môi trường Ngày nay, kinh tế ngày phát triển, toán cấp thiết phải tìm nguồn lượng khác tái sinh không gây ô nhiễm môi trường So với nguồn lượng khai thác sử dụng lượng gió, lượng hạt nhân… lượng mặt trời coi nguồn lượng rẻ, vô tận Thực tế, có nhiều quốc gia sản suất pin lượng mặt trời sử dụng rộng rãi Nhiệm vụ đề tài nghiên cứu khoa học nhóm em thiết lập hệ giả lập pin lượng mặt trời (PV Emulator), nhằm kiểm tra hoạt động pin mặt trời điều kiện môi trường khác Nội dung báo cáo nghiên cứu khoa học gồm phần sau: Tìm hiểu pin mặt trời Thiết kế PV Emulator mô đặc tính pin mặt trời TE1700 Mô hệ thống PV Emulator Matlab – Simulink Xây dựng hệ thống mạch thực nghiệm lập trình cho hệ thống Được hướng dẫn tận tình thầy giáo TS Vũ Hoàng Phương, đề tài nghiên cứu khoa học nhóm em hoàn thiện Do khả hạn chế nên đồ án nhóm em nhiều thiếu sót Em mong nhận góp ý chân thành thầy cô bạn Hà nội, ngày 17 tháng 04 năm 2016 Nhóm sinh viên thực Nguyễn Đình Cường Trần Văn Luy Nguyễn Đình Ngọc Trần Anh Dũng TÓM TẮT CÔNG TRÌNH Thiết kế hệ thống giả lập pin lượng mặt trời nhằm mục đích: - Kiểm tra nghiên cứu hoạt động pin mặt trời thương mại - thị trường Phục vụ nghiên cứu, chỉnh định hiệu chỉnh phục vụ cho công việc nối lưới Đề tài nghiên cứu nhóm em phục vụ cho loại pin lượng mặt trời có dải công suất từ 0-200(W) pin Trong đề tài, nhóm em giả lập đường đặc tính P-V, I-V pin TE1700-160W Để tiến hành xây dựng đặc tính pin mặt trời nhóm em sử dụng biến đổi FSBB sử dụng điều khiển PID Thiết kế có vòng dòng điện, mạch vòng điện áp cài đặt thuật toán điều khiển DSP đồng thời thiết kế giao điện điều khiển, kiểm tra giám sát Hướng phát triển tương lai đề tài hoàn thiện mạch vòng, thuật toán phục vụ cho nối lưới; thiết kế hệ giả lập PV công suất lớn sử dụng chỉnh lưu tích cực Bộ chỉnh lưu tích cực đạt lợi ích sau: cung cấp hệ số công suất cao, tạo thành phần sóng hài dòng điện Chương 1: Giới thiệu pin mặt trời CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ PIN MẶT TRỜI 1.1 Định nghĩa Pin quang điện hay gọi pin mặt trời, có kí hiệu PV, bao gồm nhiều tế bào quang điện, phần tử bán dẫn có chứa bề mặt cảm biến ánh sáng diode quang, thực biến đổi ánh sáng thành lượng điện 1.2 Nguyên lý hoạt động pin mặt trời Pin quang điện điốt bán dẫn bao gồm hai bán dẫn loại P loại N đặt sát cạnh Hình 1.2.1 Hình ảnh mô tả pin quang điện Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ kích thích, electron tự điện cực N di chuyển sang để lấp đầy lỗ trống bên điện cực P Sau đó, electron từ điện cực N điện cực P tạo điện trường Khi đó, hai cực bán dẫn loại N P đo hiệu điện 1.3 Mô hình toán học tương đương PV Theo tài liệu [9], ta có mô hình: Hìn h 1.3.1 Mô hình toán học tương đương PV Chương 1: Giới thiệu pin mặt trời Dòng qua Diode:   qV   I d = I  exp  ÷ − 1 akT     (1.1 ) Trong đó: I0 dòng bão hòa qua diode q điện tích nguyên tố, có giá trị q = − 1,6.10− 19 (C) 23 k = 1,38.10 (J/ K) k số Boltzmann, có giá trị a hệ số diode lý tưởng, có giá trị ≤ a ≤ 1,5 Phương trình đặc tính PV (theo tài liệu [9]):   V + Rs I   V + Rs I I = I pv − I  exp  ÷ − 1 − V a Rp t     (1.2) Với: Vt = kT q điện trở đặc trưng cho tổn hao công suất trình làm việc pin quang điện 1.4 Đặc tính làm việc ứng dụng PV 1.4.1 Đặc tính làm việc PV Pin mặt trời có hai loại đặc tính quan trọng sau: đặc tính I-V P-V, ứng với giá trị xạ nhiệt độ định, pin quang điện cho đường đặc tính I-V P-V Đặc tính I-V pin quang điện có dạng hình vẽ Chương 1: Giới thiệu pin mặt trời Hình 1.4.1: Đặc tính I-V pin quang điện Đặc tính P-V pin quang điện có dạng hình vẽ Hình 1.4.2: Đặc tính P-V pin quang điện 1.4.2 Ứng dụng PV Trong chạy đua tìm kiếm nguồn lượng nhằm thay cho nguồn lượng dần cạn kiệt trái đất, giới khoa học tìm cách tận dụng nguồn lượng từ vũ trụ, mà đặc biệt lượng mặt trời Nguồn lượng giúp nhà khoa học ứng dụng vận hành thành công nhiều phát minh độc đáo, đồng thời mở hội khai thác lượng cho toàn nhân loại Chương 1: Giới thiệu pin mặt trời Ngày nay, pin mặt trời ứng dụng nhiều nơi giới Chúng đặc biệt thích hợp cho vùng mà lưới điện không đến Pin mặt trời sử dụng nhiều sản xuất đời sống Một số ứng dụng pin mặt trời sống ngày chiếu sáng, sưởi ấm, nấu ăn, sạc pin, đồng hồ, máy tính, điện thoại di động, túi xách, đèn giao thông… Ngoài ra, pin mặt trời ứng dụng nhiều ngành công nghiệp: xe điện, thiết bị bơm nước, trạm xe buýt tự động chiếu sáng, vệ tinh nhân tạo 1.5 Phân loại ứng dụng PV Emulator 1.5.1 Phân loại Dựa khâu PV model: sử dụng mô hình toán lookup table Dựa Power stage: sử dụng biến đổi DC-DC loại nào? (Buck, boost, flyback, ) 1.5.2 Ứng dụng Dùng để nghiên cứu, dự báo trình hoạt động pin mặt trời loại điều kiện thời tiết thay đổi khác nhau, từ dùng để thiết kế hiệu chỉnh thiết bị hệ thống lượng mặt trời Chương 3: Mô CHƯƠNG II: PV EMULATOR Trong giới hạn đồ án điều kiện phòng thí nghiệm, em thiết kế PV Emulator mô lại đặc tính I-V pin mặt trời TE1700 2.1 PV Emulator 2.1.1 Định nghĩa Hệ thống giả lập pin mặt trời (PV Emulator) mạch điện tử công suất, có khả tạo đặc tính hệ thống quang điện (PV) thật điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ chiếu sáng, độ ẩm) tải thay đổi lớn PV Emulator cần không gian, dự báo trình dài hạn cho kết thời gian ngắn Trong điều kiện thời tiết nào, PV Emulator kiểm nghiệm dễ dàng, đưa vào yếu tố khó xảy thực tế để dự báo 2.1.2 Hệ thống pin mặt trời Hệ thống pin lượng mặt trời có cấu trúc sau: Hình 2.1.1: Cấu trúc hệ thống pin lượng mặt trời Trong hệ thống này, pin mặt trời nhận cường độ ánh sáng (G), nhiệt độ môi trường (T); áp đầu qua thuật toán MPPT đưa tới nạp ác quy nối lưới Việc tối ưu (MPPT) để đảm bảo cho hệ quang điện làm việc hiệu Bộ biến đổi BOOST khuếch đại điện áp đưa vào biển đổi INVERTER Bộ biến đổi có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều phù hợp góc pha, biên độ tần số để nối lưới phục vụ cho thiết bị xoay chiều Chương 3: Mô 2.1.3 Cấu trúc PV Emulator i pv Power Radiance PV Model G W/m2 Controller PWM u pv Temperature °C i pv Stage u pv T Hình 2.1.2: Cấu trúc PV emulator • PV Model: khâu có nhiệm vụ nhận giá trị xạ (G), nhiệt độ (T), dòng phản hồi đưa giá trị điện áp đặt Giá trị giá trị tương ứng đặc tính I-V, dùng để làm điện áp đặt • Controller: Bộ điều khiển đưa giá trị duty cycle (d) • PWM: Từ duty cycle (d) khâu phát xung có độ rộng thời t gian on /T = d sau phân phát tới mạch van (MOSFET) • Power stage: Các khâu trước đưa ra, “giá trị theo số” đặc tính V-I hay P-V, khâu power stage xuất giá trị vật lý dòng áp thực Nó biến đổi DC-DC có chức điều khiển cho giá trị xuất đạt giá số đặt sau hữu hạn số chu kì trích mẫu PWM 2.2 Mô hình hóa PV Có hai cách mô hình hóa PV: • Dùng mô hình toán học: Phương pháp này, người ta dùng thông số Pin nhà sản xuất cung cấp, thay vào phương trình toán học (1.2) Từ mà vẽ đặc tính PV Phương pháp có đặc điểm: + Tổng quát, linh hoạt với nhiều loại pin khác + Thích hợp với việc mở rộng cho việc ghép tầng nhiều pin với + Chiếm nhiều tài nguyên vi điều khiển, thời gian tính toán lớn + Độ xác cao 10 Chương 4: Thực nghiệm Tương thích với MOSFET IRF540N, ta chọn IC chuyên dụng hãng International Rectifier - IR2103, có sơ đồ ghép nối sau: IC sử dụng dạng mạch dịch mức tụ Boostrap để điều khiển Hình 4.2.2: Sơ đồ ghép nối IR2103[7] Nguyên lý hoạt động mạch Bootstrap driver: Khi thực cấu hình chuyển mạch Half-bridge full-bridge, chuyển mạch công suất chia thành hai thành phần, chuyển mạch bên (high - side) chuyển mạch bên (low - side) Trong cấu hình mạch Half – bridge có chuyển mạch high – side chuyển mạch low – side Còn cấu hình Full – bridge có hai chuyển mạch high – side hai chuyển mạch low – side Đối với chuyển mạch sử dụng MOSFET hay IGBT, thành phần chuyển mạch low – side điều khiển cách dễ dàng cực S (source) tham chiếu với đất Tuy nhiên, chuyển mạch high – side, điện cực S bị thay đổi trình làm việc nên việc điều khiển không dễ dàng Kỹ thuật Bootstrap giải pháp dễ thực để chuyển mạch high – side Mạch Bootstrap thực theo nguyên lý dịch mức tín hiệu xung vào để phù hợp với giá trị điện Vsource chuyển mạch high – side 31 Chương 4: Thực nghiệm Hình 4.2.3: Nguyên lý hoạt động bootstrap driver Vbs (hiệu điện áp chân Vb chân Vs IC driver) cung cấp nguồn để điều khiển nửa Nguồn phải có giá trị từ 10V đến 20V Có nhiều cách để tạo lên điện áp này, mạch Bootstrap cách Sử dụng Bootstrap có ưu điểm đơn giản, rẻ tiền có hạn chế duty-cycle on-time bị giới hạn việc nạp xả tụ Bootstrap Khi Q2 trạng thái ON Q1 trạng thái OFF, cực S Q1 có mức điện áp Ground, tụ Cboot nạp đến giá trị Vbs thông qua Diode Khi Q2 điều khiển OFF Q1 ON, điện áp cực S Q1 bắt đầu tăng lên Tụ Cboot lúc đóng vai trò nguồn phân cực, tạo Vbs cung cấp dòng để điều khiển phía cao Q1 Theo [7], giá trị cần thiết tụ Cboot xác định sau: Qbs = 2Qg + ⇒C ≥ I qbs _ max f + Qls = 2*71nC + 55µ A ≈ 150nC 20kHz 2Qbs 2*150e − = ≈ 30nF Vcc − V f − Vls − Vmin 12 − 0.72 − 1.2 − 0.3 Trong đó: 32 (4.5) (4.6) Chương 4: Thực nghiệm Qg : Năng lượng nạp cổng MOSFET phía high - side I qbs _ max : Dòng điện tĩnh mạch kích thích IC Qls : Năng lượng chuyển mạch từ mức thấp lên mức cao Vf : Điện áp rơi Diode Vls : Điện áp rơi MOSFET phía low - side Vmin : Hiệu điện áp tối thiểu hai chân Vb ,Vs Để mạch hoạt động ổn định, ta lấy giá trị C boot khoảng 15 lần giá trị tối thiểu vừa tính Chọn Cboot = 470 nF Một số điểm lưu ý: Tụ Boostrap phải có điện trở nội (ESR) để hạn chế dòng rò nên ta dùng tụ Tanlalum Diode phải Diode nhanh có thời gian phục hồi nhỏ 100 (ns) Điện áp ngược Diode phải lớn nguồn cung cấp cho khóa 4.3 Vi điều khiển DSP TMS320F28055 4.3.1 Tổng quan vi điều khiển DSP TMS320F28055 vi điều khiển 32 bit, 80 chân, đóng gói kiểu LQFP, sử dụng kiến trúc Harvard Điểm bật vi điều khiển này: sử dụng tần số thạch anh 60MHz, nguồn cung cấp nguồn đơn 5V, có 42GPIO, timer 32bit, module bảo vệ code, nhớ (On-Chip Flash, SARAM, Message RAM, OTP, CLA Data ROM, Boot ROM, Secure ROM), cổng kết nối ngoại vi SCI/SPI/I2C/eCAN), ngoại vi điều khiển (ePWM, eCAP, eQEP), ngoại vi số (ADC 12 bit, cảm biến nhiệt độ on-chip, comparator, DAC, đệm DAC, khuếch đại lập trình, lọc số TMS320F28055 xử lí đáp ứng ngắt nhanh, lập trình ngôn ngữ C/C++/Asemble, chi phi hệ thống thiết bị thấp Vi điều khiển hỗ trợ nguồn oscillo nội, On-Chip Crystal Oscillator, xung clock ngoại, module watchdog timer, mạch phát lỗi xung clock 4.3.2 Một số module sử dụng • GPIO 33 Chương 4: Thực nghiệm GPIO (general pin input/output port): Có tới ba chức ngoại vi độc lập tích hợp chân GPIO, thêm vào chức làm đầu vào/ đầu chân Có hai I/O ports Port A gồm có: GPIO0-GPIO31 Port B gồm có: GPIO32- GPIO42 Trước sử dụng chân GPIO (làm I/O làm ngoại vi), ta phải cấu hình cho Việc cấu hình nên tuân thủ bước sau: - Dự định trước pin làm gì: sử dụng chân I/O chung hay chức -năng ngoại vi khác - Kích hoạt hay tắt trở treo có sẵn bên (internal pull-up resistor) - Lựa chọn đặc tính đầu vào - Lựa chọn chức cho pins (khi reset, chức mặc định general I/O) - Các chân I/O số, ta lựa chọn chiều liệu: - Lựa chọn chế độ tiết kiệm lượng GPIOLPMSEL - Lựa chọn nguồn ngắt • Khối xử lý ngắt mở rộng (PIE) Vì TMS320F28055 có nhiều ngoại vi, nhiều chức năng… phần tạo ngắt Số lượng ngắt nhiều vậy, đòi hỏi phải có khối chuyên xử lý ngắt trước chuyển đến CPU để thi hành Đó lý F28055 có thêm peripheral interrupt expansion (PIE) - Khối PIE cung cấp tới 96 ngắt độc lập, chia thành nhóm ngắt - Mỗi nhóm chia vào 12 đường ngắt (INT1INT12) - Mỗi ngoại vi có khả tạo một ngắt để đáp trả events xuất “mức ngoại vi” - PIE chia ngắt thành mức độ : mức ngoại vi, mức xử lý PIE, mức CPU Mức ngoại vi: Khi event làm xuất ngắt  có cờ ngắt (IF) tương ứng với event ngoại vi set lên Nếu bit interrupt enable (IE) tương ứng set, ngoại vi xuất interrupt request tới PIE controller Cờ ngắt (IF) phải xóa tay Mức PIE: Mỗi nhóm ngắt PIE có ghi cờ (PIEIFR) ghi kích hoạt (PIEIER) Mức CPU: Một request gửi tới CPU, bit cờ ngắt mức CPU (IFR) tương ứng với INTx set Sau cờ chốt IFR, chương trình 34 Chương 4: Thực nghiệm ngắt tương ứng (ISR) không thực thi mà bit kích hoạt tương ứng (IER) CPU bit ngắt chung (INTM) set • Khối tạo xung ePWM Một PWM hiệu có khả tạo xung có dạng phức tạp sử dụng tài nguyên CPU Nó cần có tính lập trình cao, linh hoạt dễ để hiểu sử dụng Bộ ePWM đáp ứng điều Nó hình thành từ PWM nhỏ riêng biệt, kết hợp với để tạo hệ thống tốt Một kênh ePWM đầy đủ bao gồm hai đầu ra: EPWMxA EPWMxB ( x = → ) Các kênh ePWM hoạt động đồng thời với hệ thống Mỗi module ePWM có đặc điểm sau: - Bộ đếm time-base counter 16 bit, hỗ trợ tính chu kỳ tần số xung - Hai đầu (EPWMxA EPWMxB) kết hợp với để tạo cấu hình sau: Hai xung PWM độc lập sườn đơn, hai xung PWM độc lập với sườn kép đối xứng, xung PWM độc lập với sườn kép, không đối xứng - Gồm khối bản: Time-base, counter - compare, action qualifier, deadband, chopper (tạo xung chùm), Event trigger and interrupt, tripzone, digital compare Mỗi khối mang chức năng, kết hợp với tạo đầy đủ hình dạng hoạt động cho xung PWM mong muốn như: trigger ADC, tạo deadband, tạo xung chùm, tạo ngắt, phát lỗi 35 Chương 4: Thực nghiệm Hình 4.3.2: Sơ đồ khối tạo xung PWM TMS320[8] 4.3.3 Lập trình DSP 36 Chương 4: Thực nghiệm 4.4 Kết thực nghiệm 4.4.1 Xung PWM DSP phát với độ rộng xung (d = 25%) Nhận xét: Với d = 25%, mạch FSBB hoạt động Buck Converter Điện áp đầu V0 ≤ Vi Hình 4.4.1 Tín hiệu xung với d = 25% Thực nghiệm: Điện áp đầu vào Vi = 24.4(V), điện áp 37 V0 = 8(V) Chương 4: Thực nghiệm Hình 4.4.2 Điện áp Vi (đường màu xanh), V0 (đường màu đỏ) với d = 25% 4.4.2 Xung PWM DSP phát với độ rộng xung (d = 75%) Nhận xét: Với d = 75%, mạch FSBB hoạt động Boost Converter Điện áp đầu V0 ≥ Vi 38 Chương 4: Thực nghiệm Hình 4.4.3 Tín hiệu xung với d = 75% Thực nghiệm: Điện áp đầu vào Hình 4.4.4 Điện áp Vi Vi = 10.5(V), điện áp (đường màu xanh), 39 V0 V0 = 60(V) (đường màu đỏ) với d = 75% KẾT LUẬN Nhằm mục đích test đặc tính động học pin mặt trời thị trường, nghiên cứu pin mặt trời chúng em thực đề tài “ Thiết kế hệ giả lập pin mặt trời PV Emulator” thực công việc sau: - Tìm hiểu Pin mặt trời PV Emulator Thiết kế cấu trúc PV Emulator lựa chọn biến đổi Mô hình hóa thiết kế điều khiển vòng kín cho biến đổi - Thiết kế mạch lực - Gián đoạn hóa mô miền gián đoạn Lập trình mạch hở thực nghiệm vi điều khiển TMS320F28055 Bước chúng em hoàn thiện đề tài chạy thực nghiệm vòng kín, thực cài đặt thuật toán điều khiển lên vi điều khiển DSP Với phương pháp cho ta xác đường đặc tính I-V cần sử dụng thuật toán MPPT nhằm đưa điểm làm việc tối ưu có công Với phương pháp sử dụng suất lớn phục vụ cho nối lưới Đường đặc tính I-V đạt được, nhiên công suất đầu bị giới hạn Để bù đắp lại khuyết điểm phương pháp DC/DC, hướng phát triển đưa biến đổi AC/DC PV Emulator, mà cụ thể sử dụng chỉnh lưu tích cực pha Ngoài việc đáp ứng yêu cầu chất lượng điểm nối, chỉnh lưu ngày yêu cầu đạt mục đích khác như: • • • • • Cung cấp hệ số công suất cao (hệ số công suất điều khiển được) Tạo thành phần song hài dòng điện Thay đổi điện áp dòng điện đầu (nhờ thay đổi độ rộng xung) Điều khiển xác toàn dải chế độ chỉnh lưu tái sinh Cho phép trả ngược lượng lưới 40 PHỤ LỤC Matlab script tính toán hàm truyền hệ thống % Tham so bo bien doi buckboost rC = 0; %esr rL = 0; C = 470e-6; %tu dien L = 7e-4; %cuon cam R = 15; %Tai thuan tro Vo = 30; %gia tri xac lap dien ap tren tu Vg = 24; %gia tri xac lap dien ap dau vao D = Vo/(Vo+Vg); %He so dieu che IL = Vo/((1-D)*R); %gia tri xac lap dong qua cuon cam f_pX = 5e+3; %tan so phat xung Ta = 1e-4; %chu ki trich mau %ham truyen giua dien ap dau va he so dieu che w_esr = 1/(rC*C); w_RHP = R*(1-D)*(1-D)/(D*L); f_RHP = w_RHP/(2*pi); Q0 = (1-D)*R*sqrt(C/L); w0 = (1-D)/sqrt(L*C); f0 = w0/(2*pi); Gvd0 = Vo/(D*(1-D)); num = Gvd0*[-1/(w_esr*w_RHP) (1/w_esr)-(1/w_RHP) 1]; den = [1/(w0*w0) 1/(Q0*w0) 1]; vd = tf(num,den); Matlab script tính toán PID %Tham số PID với độ dự trữ pha 55 fc = f_pX/20; fl = fc/10; Pm = -55.8; theta = 55-Pm; fz = fc*sqrt((1-sin(theta*pi/180))/(1+sin(theta*pi/180))); fp = fc*sqrt((1+sin(theta*pi/180))/(1-sin(theta*pi/180))); numc = [1/(2*pi*fz) 1]; denc = [1/(2*pi*fp) 1]; Gc1 = tf(numc,denc)*tf([1 2*pi*fl],[1 0]); kc = 1/((Gvd0*(f0*f0/(fc*fc))*sqrt(1+(fl*fl/(fc*fc)))*sqrt(fp/fz))); Gpid = kc*Gc1; % bo PID liên tục Gpidz = c2d(Gpid,Ta,'tustin'); % bo PID số Matlab script thông số pin TE1700 %% Information from the MSX60 solar array datasheet 41 Iscn = 5.0; Vocn = 43.2; Imp = 4.6; Vmp = 35.5; Pmax_e = Vmp*Imp; Kv = -161e-3; Ki = 1.4e-3; Ns = 72; Gn = 1000; Tn = 25; a = 1; %% Constants k = 1.38e-23; q = 1.602e-19; % Nominal short-circuit voltage [A] % Nominal array open-circuit voltage [V] % Array current @ maximum power point [A] % Array voltage @ maximum power point [V] % Array maximum output peak power [W] % Voltage/temperature coefficient [V/oC] % Current/temperature coefficient [A/oC] % Nunber of series cells % Nominal irradiance [W/m^2] % Nominal operating temperature [oC] % Boltzmann [J/K] % Electron charge [C] Source code chương trình a.Chương trình //===============================DECLARING===================================== #include "PVEmulator.h" // Prototype statements for functions found within this file void InitEPwm1Example(void); void InitEPwm2Example(void); void InitEPwm3Example(void); void Configure_ePWM(void); interrupt void epwm1_isr(void); interrupt void epwm2_isr(void); interrupt void epwm3_isr(void); // Global variables used in this application //===========================ENDDECLARING================================== //==============================MAIN============================ ============ void main(void) { //Initialize System Control InitSysCtrl(); //Initialize GPIO: InitEPwm1Gpio(); InitEPwm2Gpio(); InitEPwm3Gpio(); // Disable CPU interrupts 42 DINT; // Initialize the PIE control registers to their default state InitPieCtrl(); // Disable CPU interrupts and clear all CPU interrupt flags: IER = 0x0000; IFR = 0x0000; // Initialize the PIE vector table with pointers to the shell Interrupt InitPieVectTable(); // Interrupts that are used in this example are re-mapped to EALLOW; // This is needed to write to EALLOW protected registers PieVectTable.EPWM1_INT = &epwm1_isr; PieVectTable.EPWM2_INT = &epwm2_isr; PieVectTable.EPWM3_INT = &epwm3_isr; EDIS; // This is needed to disable write to EALLOW protected registers // Initialize the ePWM EALLOW; SysCtrlRegs.PCLKCR0.bit.TBCLKSYNC = 0; EDIS; InitEPwm1Example(); InitEPwm2Example(); InitEPwm3Example(); Configure_ePWM(); EALLOW; SysCtrlRegs.PCLKCR0.bit.TBCLKSYNC = 1; EDIS; // Step User specific code, enable interrupts: // Enable CPU INT3 which is connected to EPWM1-3 INT: IER |= M_INT3; // Enable EPWM INTn in the PIE: Group interrupt 1-3 PieCtrlRegs.PIEIER3.bit.INTx1 = 1; PieCtrlRegs.PIEIER3.bit.INTx2 = 1; PieCtrlRegs.PIEIER3.bit.INTx3 = 1; // Enable global Interrupts and higher priority real-time debug events: EINT; // Enable Global interrupt INTM ERTM; // Enable Global real time interrupt DBGM // Just sit and loop forever for(;;) { asm(" NOP"); } } //===============================END MAIN======================================= 43 b.Khởi tạo PWM1 void InitEPwm1Example(void) { // Setup TBCLK EPwm1Regs.TBPHS.half.TBPHS = 0x0000; EPwm1Regs.TBCTR = 0x0000; // Setup counter mode: TIME BASE EPwm1Regs.TBCTL.bit.CTRMODE = TB_COUNT_UPDOWN; EPwm1Regs.TBCTL.bit.PHSEN = TB_DISABLE; EPwm1Regs.TBCTL.bit.HSPCLKDIV = TB_DIV1; EPwm1Regs.TBCTL.bit.CLKDIV = TB_DIV1; // Setup shadowing: COMPARE EPwm1Regs.CMPCTL.bit.SHDWAMODE = CC_SHADOW; EPwm1Regs.CMPCTL.bit.SHDWBMODE = CC_SHADOW; EPwm1Regs.CMPCTL.bit.LOADAMODE = CC_CTR_ZERO; EPwm1Regs.CMPCTL.bit.LOADBMODE = CC_CTR_ZERO; // Set actions: ACTION QUALIFIER EPwm1Regs.AQCTLA.bit.CAD = AQ_SET; EPwm1Regs.AQCTLA.bit.CAU = AQ_CLEAR; EPwm1Regs.AQCTLB.bit.CBD = AQ_CLEAR; EPwm1Regs.AQCTLB.bit.CBU = AQ_SET EPwm1Regs.ETSEL.bit.INTSEL = ET_CTR_ZERO EPwm1Regs.ETSEL.bit.INTEN = 1; EPwm1Regs.ETPS.bit.INTPRD = ET_3RD; } 44 THAM KHẢO [1] Trần Trọng Minh, Giáo Trình Điện Tử Công Suất, NXB Giáo dục Việt Nam,2012 [2] Trần Trọng Minh – Vũ Hoàng Phương, Thiết Kế Bộ Điều Khiển Cho Các Bộ Biến Đổi, 2014 [3] Rick Zaitsu,(2007,May), Voltage Mode Boost Converter Small Signal Control Loop Analysis Using the TPS61030,[Online], Available: www.ti.com/ [4] Erickson, Robert W., Maksimovic, Dragan, “Controller design” , in Fundamentals of power electronics, NJ, USA: Kluwer Academic Publishers, 2000 [5] Jaw-Kuen Shiaun , Chun-Jen Cheng, Design of a non-inverting synchronous buckboost DC/DC power converter with moderate power level,[Online], Available at: www.elsevier.com/locate/rcim [6] Vrej Barkhordarian, Power MOSFET basics,[Online], Available at: www.irf.com [7] Jonathan Adams ,Bootstrap Component Selection For Control IC’s, [Online], Available at: www.irf.com [8] TMS320xF2805x Piccolo Technical Referrence Manual,[Online], Available at: www.ti.com [9] Marcelo Gradella Villalva, Jonas Rafael Gazoli, and Ernesto Ruppert Filho, “Comprehensive Approach to Modeling and Simulation of Photovoltaic Arrays”, ieee transactions on power electronics, vol 24,no.5, may 2009 [10] TE1700, Available at: http://www.solarpanel.co.za 45 [...]... lực: Hình 4.1.1 Mạch FSBB thực nghiệm Hệ thống giả lập pin mặt trời là một ứng dụng yêu cầu tần số đóng cắt cao (f = 20 (kHz)) nhưng không yêu cầu dòng điện và điện áp lớn, do vậy MOSFET là linh kiện bán dẫn phù hợp với thiết kế Ngày nay công nghệ chế tạo MOSFET đã cải tiến rất nhiều, RDS − ON nhỏ (mΩ) nên có thể đóng cắt ở tần số cao (đến 500kHz) với tổn thất nhỏ Với thiết kế Bộ biến đổi FSBB, ta có:... các đặc tính của đầu vào - Lựa chọn chức năng cho pins (khi reset, chức năng mặc định là general I/O) - Các chân I/O số, ta lựa chọn chiều dữ liệu: - Lựa chọn chế độ tiết kiệm năng lượng trong GPIOLPMSEL - Lựa chọn các nguồn ngắt ngoài • Khối xử lý ngắt mở rộng (PIE) Vì TMS320F28055 có rất nhiều ngoại vi, nhiều chức năng mỗi phần đều có thể tạo ra các ngắt Số lượng ngắt nhiều như vậy, đòi hỏi phải có... (3.4) Mặt khác, pha của hệ hở được định nghĩa như sau: arcGh (jω ) |ω = ω c = arcGc (jω ) |ω = ω c + arcGdt (jω ) |ω = ω c Suy ra, góc pha bộ bù tại tần số cắt fc (3.5) được tính như sau: arcGc (jω ) |ω = ω c = − 1800 + θ PM − arcGdt (jω ) |ω = ω c Tăng tần số khếch đại ở dải tần số thấp, giảm nhiễu ở tần số thấp và giảm sai lệch tĩnh Muốn vậy, người ta thiết kế thêm một điểm “không” nghịch đảo vào hệ. .. thuật toán tìm s và p trong mô hình tương đương pin quang điện Rs và Rp luôn thay đổi trong quá trình hoạt động của pin mặt trời Mục đích của phần này là tìm cặp đường đặc tính I-V Rs và Rp sao cho Pmax,m = Pmax,e = Vmp I mp ở điểm (Vmp , I mp ) trên f (V,I) = 0 Phương trình (2.1) là phương trình khó giải và cài đặt vào trong vi điều khiển Do đó, để giải phương trình này, ta sử dụng phương pháp NewtonRaphson:... đạt được chất lượng như sau: (2.32) (2.33) • Tính chọn điện cảm L Từ những phân tích trong phần trên, ta có: (2.34) (2.35) (2.36) 19 Chương 3: Mô phỏng Với mục tiêu thiết kế ổn định hệ thống trong toàn dải điện áp làm việc Ta sẽ dự đoán và tìm điểm làm cho hệ thống mất ổn định nhất và thiết kế bộ điều khiển tại điểm đó: (2.37) Khi mà tăng thì D tăng dẫn đến tăng và tăng (2.38) D tăng thì giảm dẫn tới... nhờ phương trình nội suy để có được những đường đặc tính khác Đặc điểm: + Dễ làm, dễ lập trình, tốc độ nhanh, chiếm ít tài nguyên vi điều khiển + Độ chính xác không quá cao + Muốn thay đổi loại pin phải mất công thực nghiệm lại 2.2.1 Các phương trình cơ bản của PV Phương trình toán học tương đương của một Pin mặt trời (theo tài liệu [9]): (2.1)   V + Rs I   V + Rs I Trong I = I pv − I 0  exp ... rộng (0 đến 50V), để dễ thiết kế và bộ điều khiển đạt hiệu suất cao, ta chọn bộ chuyển đổi vừa có khả năng tăng áp vừa có khả năng giảm áp Nếu chọn một bộ khác, ví dụ như Buck: P = 200W thì cỡ 300V, trong khi buckboost thì chỉ cần cỡ 24V Nếu sử dụng bộ biến đổi cách ly như flyback,.… sẽ làm tăng kích thước bộ biến đổi, tốn linh kiện, chi phí cho máy biến áp một cách không cần thiết Trong khi đó, sử... điện của mạng hai của này, trong trạng thái xác lập ta có mới quan hệ giữa điện áp và dòng điện như sau: D  U o = 1 − D U i  I = D I  i 1 − D o (2.20) 17 Chương 3: Mô phỏng Hệ phương trình trên mô tả một mạng điện hai cửa là một máy biến áp lý D tưởng với hệ số truyền áp là 1 − D Từ mô hình trên được viết lại dưới dạng biến áp d (t) lý tưởng với hệ số truyền áp là 1 − d (t) và được biểu diễn... cao Q1 Theo [7], giá trị cần thiết của tụ Cboot được xác định như sau: Qbs = 2Qg + ⇒C ≥ I qbs _ max f + Qls = 2*71nC + 55µ A ≈ 150nC 20kHz 2Qbs 2*150e − 9 = ≈ 30nF Vcc − V f − Vls − Vmin 12 − 0.72 − 1.2 − 0.3 Trong đó: 32 (4.5) (4.6) Chương 4: Thực nghiệm Qg : Năng lượng nạp cổng MOSFET phía high - side I qbs _ max : Dòng điện tĩnh của mạch kích thích trong IC Qls : Năng lượng chuyển mạch từ mức thấp... khuếch đại có thể lập trình, 4 bộ lọc số TMS320F28055 xử lí và đáp ứng ngắt nhanh, có thể lập trình bằng ngôn ngữ C/C++/Asemble, chi phi hệ thống và thiết bị thấp Vi điều khiển này hỗ trợ 2 nguồn oscillo nội, On-Chip Crystal Oscillator, xung clock ngoại, module watchdog timer, mạch phát hiện lỗi xung clock 4.3.2 Một số module sử dụng • GPIO 33 Chương 4: Thực nghiệm GPIO (general pin input/output port):