khảo sát đặc tính làm việc của pin nhiên liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH VĂN PHƯƠNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA PIN NHIÊN LIỆU S K C 0 9 NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ TRỊNH VĂN PHƢƠNG KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA PIN NHIÊN LIỆU NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ NGÀNH: 60 52 50 Hƣớng dẫn khoa học: TS LÊ CHÍ KIÊN TP Hồ Chí Minh, tháng 04/2013 LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC Họ & tên: TRỊNH VĂN PHƢƠNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 19-10-1980 Nơi sinh: KIÊN GIANG Quê quán: RẠCH GIÁ – KIÊN GIANG Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trƣớc học tập, nghiên cứu: Giảng viên, khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trƣờng Cao Đẳng Cộng đồng Kiên Giang Chỗ riêng địa liên lạc: 445 Nguyễn Trung Trực – Khu phố – Phƣờng Vĩnh Lạc – Tp Rạch Giá – Tỉnh Kiên Giang Điện thoại quan: Điện thoại riêng: 0939772100 Fax: E-mail: ptrinhvan.trinh@hotmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Đại học: Hệ đào tạo: quy Thời gian đào tạo từ 09/2000 đến 04/2005 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TPHCM Ngành học: Điện – Điện tử Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp:Thi tốt nghiệp Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 05/2011 đến 05/2013 Nơi học (trƣờng, thành phố): Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngành học: Thiết bị mạng Nhà máy điện Tên luận văn: Khảo sát đặc tính làm việc Pin nhiên liệu vi Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 05 năm 2013, Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Ngƣời hƣớng dẫn: Ts Lê Chí Kiên Trình độ ngoại ngữ: tiếng Anh - Trình độ: B1 III QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhận 05/2006 đến Trƣờng Cao Đẳng Cộng đồng Giảng viên khoa Kỹ Kiên Giang thuật Công nghệ vii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn phản ánh trung thực nội dung trình nghiên cứu luận văn Tp HCM, ngày tháng 04 năm 2013 Ngƣời thực Trịnh Văn Phƣơng viii LỜI CẢM TẠ Trong suốt trình thực đề tài, ngƣời thực đƣợc hƣớng dẫn tận tình TS Trƣơng Việt Anh TS Lê Chí Kiên – giảng viên trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh Dƣới hƣớng dẫn Thầy, đề tài đƣợc nghiên cứu hoàn thành thời hạn nhƣ mục tiêu đề ban đầu Ngƣời thực xin gửi lòng tri ân sâu sắc đến TS Trƣơng Việt Anh TS Lê Chí Kiên kiến thức quý báu phƣơng pháp nghiên cứu mà thầy truyền dạy Ngƣời thực gửi lòng tri ân đến quý thầy cô trƣờng Đại Học Sƣ Phạm Kỹ Thuật Tp Hồ Chí Minh, quý thầy cô trƣờng Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh tận tình hƣớng dẫn truyền đạt kiến thức, phƣơng pháp nghiên cứu kinh nghiệm suốt hai năm học Những kiến thức kinh nghiệm tảng giúp ngƣời thực hoàn thành tốt luận văn Ngƣời thực chân thành cảm ơn quý anh chị, chân thành cảm ơn bạn bè ngƣời thân tận tình giúp đỡ suốt khóa học nhƣ trình thực luận văn Tp HCM, ngày tháng 04 năm 2013 Ngƣời thực Trịnh Văn Phƣơng ix NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN Tp HCM, ngày tháng 04 năm 2013 TS LÊ CHÍ KIÊN x NHẬN XÉT CỦA CHỦ NHIỆM NGÀNH Tp HCM, ngày xi tháng 04 năm 2013 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN Tp HCM, ngày xii tháng 04 năm 2013 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG BẢO VỆ LUẬN VĂN Tp HCM, ngày xiii tháng 04 năm 2013 Chư ng Kế t mô phỏ ng Hình 4.1 Hệ thống mô 61 Chư ng Kế t mô phỏ ng 4.2 Kết mô 4.2.1 Lƣu lƣợng nhiên liệu cung cấp số Hình 4.2 Sự biến thiên V – I – Duty – P mức nhiên liệu 50lpm 80lpm Hình 4.3 Đặc tuyến I-V 62 Chư ng Kế t mô phỏ ng Hình 4.4 Đặc tuyến P-V Hình 4.5 Đáp ứng điện áp giải thuật kết hợp giải thuật đề xuất 63 Chư ng Kế t mô phỏ ng Hình 4.6 Đáp ứng công suất giải thuật kết hợp giải thuật đề xuất Qua hình 4.2 ta thấy ứng với mức nhiên liệu đầu vào tham số Duty dao động khoảng tƣơng ứng nhằm giúp hệ thống đạt giá trị công suất cực đại Ghi hình 4.3 hình 4.4 khoảng thay đổi @ đƣợc sinh giá trị danh định (37V, 225A, 8325W) nhà sản xuất, giá trị danh định dễ gây nên lỗi tìm sai điểm MPP Để khắc phục đƣợc lỗi cần tính toán bƣớc tăng điện áp thích hợp Kết mô hình 4.5 hình 4.6 cho ta thấy hiệu rõ rệt giải thuật đề xuất so với giải thuật kết hợp Thời gian đáp ứng nhanh dao động nhỏ đạt đƣợc giá trị MPP 64 Chư ng Kế t mô phỏ ng 4.2.2 Lƣu lƣợng nhiên liệu cung cấp thay đổi Để so sánh đáp ứng giải thuật đề xuất với giải thuật kết hợp ta cho nhiên liệu đầu vào thay đổi tăng dần 50lpm, 60lpm, 70lpm Hình 4.7 Đặc tuyến I-V & P-V ứng với mức nhiên liệu thay đổi (50lpm, 60lpm, 70lpm) 65 Chư ng Kế t mô phỏ ng Hình 4.8 Đáp ứng điện áp giải thuật kết hợp giải thuật đề xuất ứng với mức nhiên liệu thay đổi (50lpm, 60lpm, 70lpm) 66 Chư ng Kế t mô phỏ ng Hình 4.9 Đáp ứng công suất giải thuật kết hợp giải thuật đề xuất ứng với mức nhiên liệu thay đổi (50lpm, 60lpm, 70lpm) Ta nhận đƣợc kết mô giải thuật đề xuất đạt đến giá trị MPP nhanh hơn, nhiên trình độ chuyển bậc nhiên liệu giải thuật đề xuất nhiều 4.2.3 Điều khiển tối ƣu lƣu lƣợng nhiên liệu cung cấp 4.2.3.1 Tải cố định Quay trở lại trọng tâm nghiên cứu tối ƣu lƣu lƣợng nhiên liệu ta có kết mô giải thuật đề xuất có đáp ứng nhanh giải thuật kết hợp có giá trị MPP cụ thể sau: VMPP = 36,5 V IMPP = 227 A 67 Chư ng Kế t mô phỏ ng PMPP = 8280 W DutyMPP = 0,7 Vlpm_MPP(fuel) = 85 lpm Hình 4.10 Đáp ứng điện áp giải thuật kết hợp giải thuật đề xuất kết hợp MPPT điều khiển tối ưu lưu lượng nhiên liệu 68 Chư ng Kế t mô phỏ ng Hình 4.11 Đáp ứng công suất giải thuật kết hợp giải thuật đề xuất kết hợp MPPT điều khiển tối ưu lưu lượng nhiên liệu 69 Chư ng Kế t mô phỏ ng Hình 4.12 Sự biến thiên V – I – Duty – P kết hợp MPPT điều khiển tối ưu lưu lượng nhiên liệu 4.2.3.2 Tải thay đổi Ứng với hai mức tải 30Ω 60Ω ta thấy phƣơng pháp điều khiển giữ ổn định thông số nhƣ hình vẽ, điều làm cho PNL làm việc ổn định tránh 70 Chư ng Kế t mô phỏ ng xuống cấp cấu học màng PNL cách tránh nhiệt vƣợt hình thành nƣớc, bảo vệ FC khỏi sựxuống cấpvà tăng tuổi thọ Hình 4.13 Đáp ứng mạch ứng với tải thay đổi 71 Chư ng Kế t luậ n hư ng phát triể n củ a đề tài Chƣơng KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 5.1 Kết luận Qua kết qua nghiên cứu mô mô hình ngăn xếp PNL ta thấy điều khiển tối ƣu lƣu lƣợng nhiên liệu ngăn xếp PNL giải thuật MPPT ta có vòng lặp điều khiển lƣu lƣợng nhiên liệu kết hợp với giải thuật MPPT mạch DC-DC Boost Converter làm tăng đƣợc hiệu cao sử dụng nhiên liệu điểm làm việc cực đại, làm giảm dao động điện áp, dòng điện vƣợt giới hạn giúp ngăn xếp làm việc ổn định hơn, tăng tuổi thọ Với giải thuật đề xuất đơn giản giải thuật thông dụng đồng thời giúp mạch làm việc hiệu tốc độ đáp ứng nhanh Tốc độ đáp ứng giải thuật đề xuất thuộc vào độ dóc đặc tuyến đối tƣợng khảo sát (E = ΔP/ΔV) Tuy nhiên điểm hạn chế giải thuật mức độ dao động lớn xảy độ lƣu lƣợng thay đổi đột ngột 5.2 Hƣớng phát triển đề tài Nâng cao hiệu suất MPPT thông qua việc thiết kế cải tiến mạch chuyển đổi DC/DC Phát triển thêm mạch DC-AC nhằm hoàn chỉnh mô hình ngăn xếp cung cấp điện độc lập cho khu vực cô lập với lƣới điện quốc gia tính toán hoà lƣới điện quốc gia Xây dựng mô hình ngăn xếp PNL thực tế phù hợp với công nghệ xe ô tô lai ghép 72 Tài liệ u tham khả o TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Nguyễn Văn Nhờ, Giáo trình Điện tử công suất 1, Nhà xuất ĐHQG, 2002 TIẾNG NƢỚC NGOÀI “http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell” Antje Wörner, “Fuel Cells and Hydrogen for Airborne Applications” NWV – 7th National Hydrogen & Fuel Cell Conference December 10, 2009 FuelCellToday, The leading authority on fuel cells, “The Industry Review 2011”; www.fuelcelltoday.com Energy Efficiency and Renewable Energy (EERE), “Comparison of Fuel Cell Technologies”, February 2011 Hydrogenics, “Power Backup”; www.hydrogenics.com Roger Taylor; “Renewable Hybrid System Applications around the World”, National Renewable Energy Laboratory, August 21-22, 2001 Martin Howley, Emer Dennehy, Mary Holland and Dr Brian Ó Gallachóir, Energy Policy Statistical Support Unit “2011 Report for Energy in Ireland 1990 – 2010”; Sustainable Energy Authority of Ireland, December 2011 Dr Robert J Remick, NREL Center Director Hydrogen Technologies and Systems Center “Many Pathways to Renewable Hydrogen”, National Renewable Energy Laboratory, USA, February 19-21, 2008 10 “http://www.datacenterknowledge.com/archives/2009/02/19/powering-a-datacenter-with-methane/” 11 “http://thefutureofthings.com/news/6700/new-catalyst-makes-efficient-fuelcells-feasible.html” 73 Tài liệ u tham khả o 12 Ahmad Saudi Samosir, Taufiq, Abd Jaafar Shafie, Abdul Halim Mohd Yatim, “Simulation and Implementation of Interleaved Boost DC-DC Converter for Fuel Cell Application”, December 2011, pp 168~174 13 “http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Pin-nhien-lieu-Nhung-nghien-cuu-dau-tien-oVN/20452101/189/” 14 “http://www.thanhnien.com.vn/pages/20120314/may-phat-dien-chay-bangnuoc-lam-nong-gioi-khoa-hoc.aspx” 15 World Bank staff based on EVN data, “Data EVN”, 2006 16 Rahul Rajiv Sharma, Montana State University, Bozeman, Montana “A new dcdc converter for fuel cell powered residential power generation systems”, November 2006 17 http://www.fuelcellmarkets.com/ 18 http://en.wikipedia.org 19 http://www.nfcrc.uci.edu/EnergyTutorial/sofc.html 20 http://www.machine-history.com/Direct%20Methanol%20Fuel%20Cell 21 http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-f04-fuel-cells-pem.htm 22 http://www.mathworks.com 23 Colleen Spiegel, “PEM Fuel Cell Modeling and Simulation Using MATLAB” 24 Atanda Kamoru Raji, Cape Peninsula University of Technology “Modelling and development of fuel cell off grid power power converter system”, 1-1-2008 25 Tae-Yeong Lee, Eun-Ju Yoo, Won-Yeong Choi, and Young-Woo Park, Member, IEEE, “Design and Control of DC-DC Converter for the Military Application Fuel Cell” 26 Nabil Karami, Rachid Outbib, Nazih Moubayed, October 3-5, 2012 IEEE “Fuel Flow Control of a PEM Fuel Cell with MPPT” 74