Đang tải... (xem toàn văn)
Lưới điện cao thế Tp.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được thực tập tại Công ty, được tiếp xúc thực tế, giải đáp các thắc mắc, giúp em có thêm hiểu biết về công việc quản lý và vận hành lưới điện truyền tải trong suốt quá trình thực tập. Với vốn kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực tập tại Công ty có hạn nên em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và các anh, chị trong Công ty Lưới điện cao thế Tp.HCM. Đó sẽ là những hành trang quý báu giúp em hoàn thiện hơn trong kiến thức và công việc sau này. Cuối cùng em kính chúc quý Thầy, Côty Lưới điện cao thế Tp.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được thực tập tại Công ty, được tiếp xúc thực tế, giải đáp các thắc mắc, giúp em có thêm hiểu biết về công việc quản lý và vận hành lưới điện truyền tải trong suốt quá trình thực tập. Với vốn kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực tập tại Công ty có hạn nên em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng gópy Lưới điện cao thế Tp.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho em được thực tập tại Công ty, được tiếp xúc thực tế, giải đáp các thắc mắc, giúp em có thêm hiểu biết về công việc quản lý và vận hành lưới điện truyền tải trong suốt quá trình thực tập. Với vốn kiến thức còn hạn hẹp và thời gian thực tập tại Công ty có hạn nên em không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và các a
MPPT (Maximum Power Point Tracker) phương pháp dò tìm điểm làm việc có cơng suất tối ưu hệ thống nguồn điện pin mặt trời qua việc điều khiển chu kỳ đóng mở khố điện tử dùng DC/DC Phương pháp MPPT sử dụng phổ biến tronghệ thống pin mặt trời làm việc độc lập dần áp dụng hệ quang điện làm việc với lưới MPPT chất thiết bị điện tử công suất ghép nối nguồn điện PV với tải để khuyếch đại nguồn công suất khỏi nguồn pin mặt trời điều kiện làm việc thay đổi, từ nâng cao hiệu suất làm việc hệ MPPT ghép nối với biến đổi DC/DC điều khiển Hình 1.12 Bộ điều khiển MPPT hệ thống pin mặt trời Bộ điều khiển MPPT điều khiển tương tự truyền thống Tuy nhiên, việc sử dụng điều khiển số ngày thịnh hành có nhiều ưu điểm điều khiển tương tự Thứ là, điều khiển số lập trình khả thực thuật tốn cao cấp dễ dàng Nó dễ dàng mã hố biểu thức, ví dụ x = yxz, thiết kế mạch điện tương tự để thực biểu thức Nhờ lý mà việc hiệu chỉnh điều khiển số thực dễ dàng nhiều so với điều khiển tương tự Mặt khác điều khiển số không bị ảnh hưởng thay đổi nhiệt độ thời gian hoạt động rời rạc, bên ngồi thành phần tuyến tính Vì vậy, điều khiển số có trạng thái ổn định lâu Khơng có vậy, điều khiển MPPT số khơng phụ thuộc vào dung sai phận khác thực thuật tốn phần mềm, nơi mà thơng số giữ ổn định thay đổi Bộ điều khiển loại cho phép giảm số lượng thành phần dùng chíp đơn để làm nhiều nhiệm vụ khác Nhiều điều khiển số trang bị thêm biến đổi A/D nhiều lần nguồn tạo xung PWM, điều khiển nhiều thiết bị với điều khiển đơn lẻ.Vì ưu điểm điều khiển số mà đồ án chọn phương pháp điều khiển số cho MPPT Việc thiết kế mô MPPT thực chương với vi xử lý DSP thuật toán thực Giới thiệu chung Khi PV mắc trực tiếp vào tải, điểm làm việc PV giao điểm đường đặc tính làm việc I – V đường đặc tính I – V tải Giả sử tải trở đường đặc tính tải đường thẳng với độ dốc 1/Rtải Hình 3.1.Ví dụ pin mặt trời mắc trực tiếp với tải trở thay đổi giá trị điện trở Hình 3.2.Đường đặc tính làm việc pin tải trở có giá trị điện trở thay đổi Nói cách khác, trở kháng tải bám theo điều kiện làm việc pin Nói chung, điểm làm việc vị trí có cơng suất lớn nhất, khơng sinh cơng suất lớn Mạng nguồn pin mặt trời thường bị tải phải bù cho lượng công suất thấp vào thời gian ánh sáng yếu kéo dài mùa đông Sự khơng thích ứng tải pin mặt trời thường làm cho nguồn pin mặt trời bị tải gây tổn hao toàn hệ thống Để giải vấn đề này, phương pháp MPPT sử dụng để trì điểm làm việc nguồn điện pin điểm có cơng suất lớn MPPT Phương pháp MPPT xác định xác đến 97% điểm MPPT Phần đề cập đến đặc tính làm việc I – V mođun pin mặt trời tải, tương thích tải pin, phương pháp điều khiển MPPT; việc áp dụng thuật toán MPPT để điều khiển biến đổi DC/DC hệ thống giới hạn phương pháp MPPT Nguyên lý dung hợp tải Như nói trên, PV mắc trực tiếp với tải, điểm làm việc PV đặc tính tải xác định Điện trở tải xác định sau: Rtải=V0/I0 Trong đó: V0 điện áp ra, I0 dòng điện Tải lớn PV xác định sau: Ropt=VMPP/IMPP Trong đó: VMPP IMPP điện áp dòng điện cực đại Khi giá trị tải lớn khớp với giá trị Ropt cơng suất truyền từ PV đến tải công suất lớn Tuy nhiên, điều thường độc lập khớp với thực tế Mục đích MPPT phối hợp trở kháng tải với trở kháng lớn PV Dưới ví dụ việc dung hợp tải sử dụng mạch Boost Từ công thức (2 – 8): Vin=(1-D)V0 (3 – 3) Ta giả sử biến đổi lý tưởng, công suất trung bình nguồn cung cấp phải với cơng suất trung bình tải hấp thụ Pin= Pout Khi đó: Iin/Iout=V0/Vin (3 – 5) Từ cơng thức (3 – 3) (3 – 5) ta có: Iin=I0/(1-D) (3 – 6) Suy ra: (3 – 7) Rin=Vin/Iin=(1-D)2.V0/I0==(1-D)2Rtải Hình 3.3.Tổng trở vào Rin điều chỉnh D Từ hình vẽ 3.3 trở kháng PV tạo trở kháng vào Rin cho biến đổi Bằng cách điều chỉnh tỉ lệ làm việc D, giá trị Rin điều chỉnh giá trị phù hợp với Ropt Vì vậy, trở kháng tải khơng cần phải quan tâm nhiều miễn tỉ lệ làm việc khoá điện tử biến đổi điều chỉnh quy tắc hợp lý Thuật toán xác định điểm làm việc có cơng suất lớn MPPT Như nói trên, điểm làm việc có cơng suất lớn MPP định đường đặc tính I – V thay đổi điều kiện nhiệt độ cường độ xạ thay đổi Chẳng hạn, hình vẽ 3.4 thể đường đặc tính làm việc I – V mức cường độ xạ khác tăng dần giá trị nhiệt độ (25oC) hình 3.5 thể đường đặc tính làm việc mức cường độ xạ với nhiệt độ tăng dần Hình 3.4.Đường đặc tính làm việc pin cường độ xạ thay đổi mức nhiệt độ Hình 3.5.Đặc tính làm việc I – V pin nhiệt độ thay đổi mức cường độ xạ Từ hai hình vẽ này, ta nhận thấy có dịch chuyển điện áp quan sát vị trí điểm MPP Vì điểm MPP cần phải dùng thuật tốn để xác định Thuật toán trung tâm điều khiển MPPT Thuật toán MPPT coi phần thiếu hệ PV, áp dụng với mong muốn nâng cao hiệu sử dụng dãy pin mặt trời Nó đặt điều khiển biến đổi DC/DC Các thuật toán MPPT điều khiển biến đổi DC/DC sử dụng nhiều tham số, thường tham số dòng PV, điện áp PV, dòng ra, điện áp DC/DC Các thuật toán so sánh dựa theo tiêu chí hiệu định điểm làm việc có cơng suất lớn nhất, số lượng cảm biến sử dụng, độ phức tạp hệ thống, tốc độ biến đổi… Nhìn chung có nhiều thuật tốn MPPT nghiên cứu ứng dụng nhiều hệ thống Một phương pháp đo điện áp hở mạch Voc pin mặt trời 30 giây lần cách tách pin mặt trời khỏi mạch khoảng thời gian ngắn Sau khinối mạch trở lại, điện áp pin điều chỉnh lên 76% Voc Tỷ lệ % phụ thuộc vào loại pin mặt trời sử dụng Việc thực phương pháp điều khiển mạch hở đơn giản chi phí hiệu MPPT thấp (từ 73% đến 91%) Phương pháp tính tốn cũngcó thể dự đốn vị trí điểm MPPT, nhiên thực tế, phương pháp làm việc khơng hiệu khơng theo thay đổi vật lý, tuổi thọ pin ảnh hưởng bên ngồi khác bóng vật cản … Hơn nữa, học nhật xạ kế đo cường độ xạ có giá thành đắt Các thuật toán sử dụng phương pháp điều khiển kín mạch cho hiệu cao hơn, nên thuật toán sử dụng phổ biến cho MPPT Trong khuôn khổ đồ án phân tích phương pháp MPPT ứng dụng rộng rãi trở nên phổ biến, quen thuộc cho số hiệu làm việc sau đây: Phương pháp nhiễu loạn quan sát P&O Phương pháp điện dẫn gia tăng INC 3.1 Phương pháp nhiễu loạn quan sát P&O Đây phương pháp đơn giản sử dụng thông dụng nhờ đơn giản thuật toán việc thực dễ dàng Thuật toán xem xét tăng, giảm điện áp theo chu kỳ để tìm điểm làm việc có cơng suất lớn Nếu biến thiên điện áp làm cơng suất tăng lên biến thiên giữ nguyên chiều hướng tăng giảm Ngược lại, biến thiên làm công suất giảm xuống biến thiên có chiều hướng thay đổi ngược lại Khi điểm làm việc có cơng suất lớn xác định đường cong đặc tính biến thiên điện áp dao động xung quanh (điểm MPP) điểm làm việc có cơng suất lớn Hình 3.6.Phương pháp tìm điểm làm việc công suất lớn P&O Lưu đồ thuật tốn: Hình 3.7.Lưu đồ thuật tốn Phương pháp P&O Sự dao động điện áp làm tổn hao công suất hệ quang điện, đặc biệt điều kiện thời tiết thay đổi chậm hay ổn định Vấn đề giải cách điều chỉnh logic thuật toán P&O so sánh tham số hai chu kỳ trước Một cách khác để giải việc hao hụt công suất quanh điểm MPP giảm bước tính biến thiên xuống, điều kiện thời tiết thay đổi, thuật toán trở nên chậm chạp việc bám theo điểm MPP công suất bị hao hụt nhiều Như vậy, nhược điểm phương pháp khơng tìm xác điểm làm việc có cơng suất lớn điều kiện thời tiết thay đổi Đặc điểm phương pháp phương pháp có cấu trúc đơn giản nhất dễ thực nhất, trạng thái ổn định điểm làm việc dao động xung quanh điểm MPP, gây hao hụt phần lượng Phương pháp không phù hợp với điều kiện thời tiết thay đổi thường xuyên đột ngột 3.2 Phương pháp điện dẫn gia tăng INC Đây phương pháp khắc phục nhược điểm phương pháp P&O trường hợp điều kiện thời tiết thay đổi đột ngột Phương pháp sử dụng tổng điện dẫn gia tăng dãy pin mặt trời để dò tìm điểm cơng suất tối ưu Minh hoạ hình vẽ 3.8: Hình 3.8.Phương pháp điện dẫn gia tăng Phương pháp dựa đặc điểm là: độ dốc đường đặc tính pin điểm MPPT, độ dốc dương bên trái điểm MPP, âm bên phải điểm MPP Bằng cách so sánh giá trị điện dẫn tức thời (I/V) với giá trị điện dẫn gia tăng (V/I∆∆), Thuật toán tìm điểm làm việc có cơng suất lớn Tại điểm MPP,điện áp chuẩn Vref= VMPP Mỗi điểm MPP tìm ra, hoạt động pin lại trì điểm làm việc trừ có thay đổi dòng điện I∆, thay đổi dòng điện I∆ thể thay đổi điều kiện thời tiết điểm MPP Độ lớn điện dẫn gia tăng định độ nhanh chậm việc tìm điểm MPP Tuy nhiên điện dẫn gia tăng lớn làm cho hệ thống hoạt động khơng xác điểm MPP bị dao động Ưu điểm phương pháp cho kết tốt thời tiết thay đổi nhanh Phương pháp cho dao động nhỏ quanh điểm MPP phương pháp P&O Nhược điểm phương pháp mạch điều khiển phức tạp Nó sử dụng cảm biến để đo giá trị dòng điện điện áp, phí lắp đặt cao Tuy nhiên ngày với xuất nhiều phần mềm hay xử lý làm giá thành hệ giảm nhiều 3.1.1.Bảng tổng kết so sánh phương pháp MPPT Bảng 3.1 Bảng so sánh thuật tốn MPPT Hình 3.9 Lưu đồ thuật toán phương pháp điện dẫn gia tăng INC Phương pháp điều khiển MPPT Như trình bày trên, thuật tốn MPPT lệnh cho điều khiển MPPT phải làm để điều chỉnh điện áp làm việc Sau nhiệm vụ điều khiển MPPT điều chỉnh tăng giảm điện áp làm việc trì ổn định mức điện áp làm việc hệ nguồn pin mặt trời Có phương pháp phổ biến điều khiển MPPT 3.1 Phương pháp điều khiển PI MPPT đo giá trị điện áp PV dòng PV, sau dựa vào thuật toán MPPT (P&O, INC hay thuật toán MPPT khác…) để tính tốn giá trị điện áp quy chiếu Vref để nâng điều chỉnh điện áp làm việc PV lên theo Vref Nhiệm vụ thuật toán MPPT định giá trị điện áp Vref việc tính tốn lặp lại theo chu kỳ (thường khoảng từ 1đến 10 lần lấy mẫu giây) Hình 3.10.Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bù PI Bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân PI quy định điện áp đưa vào biến đổi DC/DC Bộ PI có nhiệm vụ bù sai lệch Vref điện áp đo cách điều chỉnh hệ số đóng cắt D PI có tốc độ làm việc nhanh, cho đáp ứng nhanh ổn định Bản thân điều khiển PI cấu tạo từ thành phần tương tự Analog, làm việc vớinguyên tắc điều khiển xử lý tín hiệu số DSP (Processing Signal Digital) xử lý tín hiệu số thực nhiều nhiệm vụ khác xác định điểm làm việc có cơng suất tối ưu giảm số lượng thành phần hệ 3.1.2.Phương pháp điều khiển trực tiếp Phương pháp điều khiển đơn giản sử dụng mạch vòng điều khiển, thực nhiệm vụ điều chỉnh hệ số làm việc thuật tốn MPPT Việc điều chỉnh hệ sơ làm việc hồn tồn dựa ngun lý dung hợp tải trình bày mục 3.2 Hình 3.11.Sơ đồ khối phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT Tổng trở PV coi tổng trở vào biến đổi Nhắc lại công thức (3 – 6) Rin=Vin/Iin=(1-D)2.V0/I0==(1-D)2Rtải (3 – 8) Trong đó: D hệ số làm việc biến đổi Boost Hình vẽ 3.12 cho thấy việc tăng D làm giảm tổng trở vào Rin, từ điện áp làm việc PV dịch sang bên trái (giảm đi) Tương tự giảm D làm tăng Rin điện áp làm việc dịch sang phải (tăng lên) Thuật toán MPPT (P&O, INC, thuật toán khác …) định việc dịch chuyển điện áp Hình 3.12.Mối quan hệ tổng trở vào mạch Boost hệ số làm việc D Thời gian đáp ứng tầng công suất nguồn PV tương đối chậm (10 – 50 mili giây tuỳ thuộc loại tải) Thuật toán MPPT thay đổi hệ số làm việc D, sau lần lấy mẫu điện áp dòng PV nên thực sau hệ đạt đến trạng thái ổn định để tránh đo phải giá trị trạng thái chuyển tiếp Tỷ lệ lấy mẫu phương pháp thường từ đến 100 lần giây tỷ lệ lấy mẫu điều khiển PI thường nhanh hơn, phương pháp điều khiển trực tiếp cho độ bền vững đối vớisự thay đổi đột ngột tải Tuy nhiên nhìn chung đáp ứng hệ thống lại chậm hơn.Phương pháp điều khiển trực tiếp làm việc ổn định thiết bị hệ thốngcó trang bị ắc quy hệ thống bơm nước Vì tỷ lệ lấy mẫu chậm nên sử dụng vi điều khiển giá thành thấp 3.2 Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu Phương pháp phương pháp cải tiến từ phương pháp điều khiển trực tiếp có ưu điểm cần hai cảm biến đo điện áp dòng điện khỏi biến đổi Phương pháp điều khiển PI phương pháp điều khiển trực tiếp đo tín hiệu vào biến đổi, có ưu điểm cho phép điều khiển xác điểm làm việc pin mặt trời Nhưng cảm biến vào thường cần phải có cảm biến khác đo tín hiệu đểtránh trường hợp điện áp hay dòng điện tải Như hai phương pháp fải cần đến cảm biến để hoạt động tốt phí lắp đặt cao Phương pháp điều khiển đo trực tiếp đo thay đổi công suất PV đầu biến đổi coi hệ số làm việc D biến điều khiển Phương pháp dùngthuật toán P&O để xác định điểm MPP Hình 3.13.Lưu đồ thuật tốn P&O dùng phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu Để coi D biến điều khiển thuật tốn P&O phải cải tiến chút khơng đổi Thuật tốn P&O điều chỉnh D đo công suất biến đổi Nếu công suất biến đổi DC/DC tăng lên, hệ số làm việcD tăng lên theo, ngược lại công suất giảm D giảm theo Khi công suất biến đổi đạt đến giá trị cực đại lúc PV làm việc điểm MPP Phương pháp dễ dàng thực mô với biến đổi lý tưởng thực tế với biến đổi khơng phải lý tưởng khơng thể đảm bảo liệu giá trị cực đại công suất khỏi biến đổi có tương ứng với điểm MPP hay khơng Một nhược điểm khác phương pháp thực với tham số thuật toán P&O hồn tồn khơng áp dụng cho thuật tốn INC Giới hạn MPPT Giới hạn MPPT khơng tác động đến tín hiệu xác định điểm làm việc có cơng suất lớn Nó khơng thể lúc tác động lên tín hiệu vàovà tín hiệu Vì vậy, hệ thống cần điện áp ổn định phải sử dụng đến ắc quy để trì điện áp ổn định Một nhược điểm khác MPPT là: việc xác định điểm làm việc có cơng suất tối ưu dừng lại tải tiêu thụ hết lượng công suất sinh Đối với hệPV làm việc độc lập có tải bị giới hạn dòng áp lớn phương pháp MPPT dịch chuyển điểm làm việc khỏi điểm MPP gây tổn hao công suất Với hệ này, việc xác định xác dung lượng tải quan trọng để tận dụng hết dunglượng pin mặt trời Ngược lại, hệ PV làm việc với lưới ln xác định điểm làmviệc có cơng suất lớn thừa cơng suất hệ thống bơm vào lưới điện để tăng lợi nhuận Tuy nhiên, hiệu suất biến đổi DC/DC thực tế dùng MPPT không đạt 100% Hiệu suất tăng lên từ phương pháp MPPT lớn hệ thống pin mặt trời cần phải tính đến tổn hao công suất biến đổi DC/DC gây Cũng phải cân nhắc hiệu suất giá thành Việc phân tích tính kinh tế hệ thống pin mặt trời với hệ thống cung cấp điện khác việc tìm cách thức khác để nâng cao hiệu suất cho hệ thống pin mặt trời (chẳng hạn dùng máy theo dõi mặt trời)cũng việc làm cần thiết ... pháp MPPT Bảng 3.1 Bảng so sánh thuật toán MPPT Hình 3.9 Lưu đồ thuật tốn phương pháp điện dẫn gia tăng INC Phương pháp điều khiển MPPT Như trình bày trên, thuật tốn MPPT lệnh cho điều khiển MPPT. .. thống Để giải vấn đề này, phương pháp MPPT sử dụng để trì điểm làm việc nguồn điện pin điểm có cơng suất lớn MPPT Phương pháp MPPT xác định xác đến 97% điểm MPPT Phần đề cập đến đặc tính làm việc... trung tâm điều khiển MPPT Thuật toán MPPT coi phần thiếu hệ PV, áp dụng với mong muốn nâng cao hiệu sử dụng dãy pin mặt trời Nó đặt điều khiển biến đổi DC/DC Các thuật toán MPPT điều khiển biến