Thiết kế, mô phỏng, lắp đặt bộ tăng áp DC DC của pin mặt trời cho tải một chiều

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHẠM THÀNH TRUNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÁP DC/DC CỦA PIN MẶT TRỜI CHO TẢI MỘT CHIỀU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ: KỸ THUẬT ĐIỆN Đà Nẵng - Năm 2018 Cơng trình hồn thành TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Người hướng dẫn khoa học: TS Dương Minh Quân Phản biện 1: TS Trịnh Trung Hiếu Phản biện 2: TS Vũ Phan Huấn Luận văn bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ Trường Đại học Bách khoa- Đại học Đà Nẵng Có thể tìm hiểu luận văn tại: Trung tâm Học liệu Truyền thông, Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, vấn đề ô nhiễm môi trường gây ảnh hưởng đến sức khỏe người, nhiên liệu hóa thạch (than, dầu, …) ngày cạn kiệt, đòi hỏi phải thay đổi hướng phát triển tìm cách khai thác tối đa nguồn lượng tái tạo (mặt trời, gió, …) Với ưu điểm bật như: vơ tận, sạch, có sẵn; lượng tái tạo ứng dụng rộng rãi hầu giới Tuy nhiên, bên cạnh ưu điểm kể trên, chúng có nhiều hạn chế hiệu suất làm việc chịu ảnh hưởng nhiều điều kiện thời tiết: xạ, nhiệt độ… Vì biến đổi điện tử cơng suất cần tích hợp kèm theo phương pháp điều khiển Một số chuyển đổi DC/DC đảm bảo khả hoạt động liên tục để cung cấp lượng cho phụ tải, điển hình giảm áp DC/DC Khi điện áp đầu vào thấp mong muốn đầu ra, chuyển đổi hoạt động tải chiều yêu cầu điện áp cao mức biến đổi, thấy rõ ánh sang yếu (buổi tối, pin bị che khuất nhiều) Do cần có chuyển đổi DC/DC điệu kiện ánh sáng phải đảm bảo độ ổn định điện áp đầu cung cấp cho tải chiều Để giải vấn đề này, chọn đề tài: “Thiết kế, mô phỏng, lắp đặt tăng áp DC/DC pin mặt trời cho tải chiều” Nội dung luận văn tập trung thiết kế tìm thơng số mạch tăng áp, mơ phần mềm Matlab/Simulink Từ đó, điều khiển PI thiết kế để điều khiển đảm bảo ổn định điện áp đầu mạch tăng áp DC/DC Một mơ hình mạch tăng áp DC/DC lắp đặt cho thấy khả hoạt động thực tế MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tính tốn lựa chọn thông số phù hợp cho mạch tăng áp DC/DC Thiết kế điều khiển Phân tích kết thơng qua việc mô phần mềm Thiết kế lắp đặt tăng áp DC/DC thực tế ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - 3.1 Đối tượng nghiên cứu Cách chọn lựa thông số mạch tăng áp DC/DC; Sơ lược thuật tốn bắt điểm cơng suất cực đại pin mặt trời; Bộ điều khiển mạch tăng áp; Lắp mạch thực tế 3.2 Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu số thuật tốn bắt điểm cơng suất cực đại pin mặt trời - Nghiên cứu thiết kế điều khiển PI; - Thiết kế lắp đặt tăng áp DC/DC; - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài “Thiết Kế, Mô Phỏng, Lắp Đặt Bộ Tăng Áp DC/DC pin mặt trời cho tải chiều” tập trung nghiên cứu mô mạch chuyển đổi Boost áp dụng phương pháp điều khiển PI để đưa điện áp đầu mong muốn gần giống với thực tế Đề tài xây dựng dựa ứng dụng cho hệ thống điện mặt trời Các mạch tính tốn thiết kế kiểm tra tính đắn phương pháp mơ cơng cụ tốn học Matlab/Simulink, sau thực lắp đặt tăng áp DC/DC Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI Ý nghĩa khoa học: Ứng dụng nghiên cứu lượng tái tạo nói chung lượng mặt trời nói riêng Tính tốn, mơ hình hóa lắp đặt mạch tăng áp DC/DC có điều khiển kiểm chúng lí thuyết thực tế Đề tài có khả phát triển tạo thành chuyển đổi hoàn thiện cho lượng mặt trời theo chiều hướng kết nối với lưới điện Tính thực tiễn: Kiểm chứng đánh giá khả hoạt động thực tế mạch tăng áp DC/DC Có thể ứng dụng cao đời sống: dùng cho đèn đường, đèn tín hiệu, … BỐ CỤC ĐỀ TÀI Mở đầu Chương 1: Tổng quan lượng mặt trời chuyển đổi lượng Chương 2: Tính tốn thiết kế giảm áp DC/DC Chương 3: Mơ hình hóa, mơ chuyển đổi tăng áp DC/DC Chương 4: Xây dựng mơ hình giảm áp DC/DC Kết luận kiến nghị CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG 1.1 Năng lượng mặt trời Việt Nam 1.1.1 Tình hình tổng quát nguồn lượng mặt trời Việt Nam Năng lượng tái tạo nói chung lượng mặt trời nói riêng coi trọng nhiều thập kỷ qua Việt Nam nằm khu vực nhiệt đới nên xem quốc gia có tiềm lớn lượng mặt trời, đặc biệt vùng miền Trung miền Nam đất nước, với cường độ BXMT trung bình khoảng kWh/m2, nhờ vào đặc điểm địa lý thuận lợi gần xích đạo với khu vực Tây Ngun có độ cao lớn Trong cường độ BXMT lại thấp vùng phía Bắc, ước tính khoảng kWh/m2 điều kiện thời tiết bất thuận lợi so với hai miềm lại Ở Việt Nam, BXMT trung bình 230-250 kcal/cm2 chiếm khoảng 2.000 - 5.000 năm, với ước tính tiềm lý thuyết khoảng 43,9 tỷ TOE, lượng BXMT thu cao di chuyển hướng phía nam [1] Ở Việt Nam, Năng lượng mặt trời có sẵn quanh năm, ổn định phân bố rộng rãi vùng miền khác đất nước Đặc biệt, số ngày nắng trung bình tỉnh miền trung miền nam khoảng 300 ngày/năm Năng lượng mặt trời khai thác sử dụng chủ yếu cho mục đích như: sản xuất điện cung cấp nhiệt Với tất điều kiện thuận lợi đó, phủ Việt Nam ngày có nhiều hành động khuyến khích phát triển loại hình lượng Quyết định số 428/QĐ-TTg ngày 18 tháng năm 2016 phê duyệt điều chỉnh Quy hoạch phát triển điện lực quốc gia giai đoạn 2011 - 2020 có xét đến 2030, cụ thể: tăng công suất lắp đặt điện mặt trời lên khoảng 850 MW vào năm 2020; khoảng 4.000 MW vào năm 2025 khoảng 12.000 MW vào năm 2030 Ngồi ra, thơng tư 16/2017/TT-BCT ban hành ngày 12/9/2017, Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg chế khuyến khích phát triển dự án điện mặt trời Việt Nam Ngồi nhiều sách ưu tiên sử dụng tồn lượng công suất nhà máy mặt trời gió phát đồng thời nâng cao giá bán điện lượng mặt trời 1.1.2 Tiềm phát triển nguồn lượng mặt trời Việt Nam Trên giới nói chung Việt Nam nói riêng đề xuất nhiều phương pháp để cố gắn tận dụng tối đa nguồn lợi mà nguồn lượng mang lại Theo đó, NLMT ứng dụng rộng rãi hai dạng nhiệt mặt trời điện mặt trời - Điện mặt trời: Hiện loại hình ngày phát triển mạnh Dựa tượng quang điện trong, lượng mặt trời dạng xạ nhiệt hấp thu thông pin quang điện (PV) chuyển hóa thành điện sử dụng trực tiếp gián tiếp thông qua công cụ hổ trợ biến đổi Điện mặt trời phát triển với nhiều quy mô khác nhau, ta xét quy mô lớn nối lưới, quy mô nhỏ nối lưới quy mô nhỏ không nối lưới - Nhiệt mặt trời: Loại hình sử dụng phổ biến cho thiết bị đun nước nóng hay thiết bị đun thu nhiệt NLMT, thiết bị sấy NLMT, thiết bị chưng cất nước dùng NLMT, dùng chạy động nhiệt (động Stirling) Đối với nhà máy điện kiểu nhiệt mặt trời, nhiệt thu từ parabol tập trung tiêu điểm làm nóng chất lỏng (dầu, nước) trải qua nhiêu cơng đoạn sinh làm quay tuabin, nhìn chung loại hình giống với nhà máy nhiệt điện 1.2 Pin Năng Lượng Mặt Trời 1.2.1 Giới thiệu Pin lượng mặt trời (hay gọi pin quang điện-PV) hoạt động dựa hiệu ứng quang điện (là khả phát điện tử ánh sáng chiếu vào bề mặt vật chất), chuyển đổi lượng ánh sáng mặt trời thành điện tế bào quang điện phần tử hệ thống pin mặt trời - Có loại PV: Pin Mono đơn tinh thể (Monocrystalline) Pin Poly đa tinh thể (Polycrystalline) Pin mặt trời dạng phim mỏng 1.2.2 Mơ hình hóa PV có phương pháp mơ hình hóa thơng dung: dựa mơ hình đi-ốt dựa mơ hình hai đi-ơt, song mơ hình đi-ơt thường lựa chọn để khảo sát nhiều RS + ID Iph D IPV Rsh VPV _ Hình 1.10: Sơ đồ mạch điện tương đương PV theo mô hình đi-ốt 1.3 Thuật tốn bắt điểm cơng suất cực đại MPPT 1.3.1 Giới thiệu thuật toán MPPT a) Giới thiệu chung 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 b) Thuật toán xác định điểm làm việc có cơng suất lớn MPPT Thuật tốn MPPT coi phần khơng thể thiếu hệ PV, áp dụng với mong muốn nâng cao hiệu sử dụng dãy pin mặt trời Trong khuôn khổ luận văn sử dụng thuật toán MPPT với phương pháp P&O 1.3.2 Thuật toán 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 Hình 1.1: Đường đặc tính P-V thuật toán P&O 1.3.3 Thuật toán INC 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 tốn tìm điểm làm việc có cơng suất lớn Tại điểm MPP, điện áp chuẩn Vref = VMPP Hình 1.18: Đường đặc tính PV thuật tốn INC Bộ điều khiển MPPT đo giá trị dòng điện I điện áp V, sau tính tốn độ sai lệch ∆I, ∆V so sánh Sau thuật bước so sánh hoàn thành, điều khiển cập nhật giá trị I V tiến hành tiếp tục vòng lặp 1.4 Các chuyển đổi lượng thường sử dụng cho nguồn lượng mặt trời 1.4.1 Bộ chuyển đổi DC/DC  Bộ giảm áp (Buck); CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TĂNG ÁP DC/DC 2.1 Giới thiệu chung chuyển đổi DC/DC Bộ chuyển đổi DC/DC sử dụng rộng rãi hệ thống điện chiều thiết bị điện tử hay động chiều Chúng có nhiệm vụ biến đổi nguồn điện chiều có điện áp khơng thơng dụng thành nguồn điện chiều ổn định thông dụng cho tải chiều VDC-vào PV VDC-ra Phụ tải Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng quát chuyển đổi DC/DC 2.1.1 Phân loại chuyển đổi Dựa chức mạch phân thành loại nói trên: - Mạch giảm áp; - Mạch tăng áp; - Mạch đảo dấu điện áp 2.1.2 Cấu trúc chi tiết nguyên lý hoạt động a) Mạch tăng áp Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp Mạch tăng áp làm việc luân phiên trạng thái: khóa S đóng khóa S mở Hai trạng thái thay đổi liên tục theo chu kỳ TS: 𝑇 =𝑇 +𝑇 (2.1) Trong đó: - Ton: Thời gian khóa S đóng - 𝑉 = Toff: thời gian khóa S mở 𝑉 = 1−𝐷 𝑉 1− (2.5) Trong đó: - Vo (V): điện áp đầu - Vin (V): điện áp đầu vào - 𝐷= - I0 (A): dòng điện đầu - ∆𝐼 (A): dao động dòng điện qua cuộn cảm L : hệ số làm việc khóa S b) Mạch tăng áp c) Mạch đảo dấu điện áp 2.2 Mạch điều khiển cho chuyển đổi DC/DC 2.2.1 Giới thiệu phương pháp điều khiển a) Điều khiển theo phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM b) Điều khiển theo phương pháp xung - tần 2.2.2 Phương pháp điều khiển PID a) Giới thiệu Bộ điều khiển PID - Proportional Integral Derivative chế phản hồi vòng điều khiển tổng quát sử dụng rộng rãi hệ thống điều khiển công nghiệp – điều khiển PID điều khiển sử dụng nhiều điều khiển phản hồi Giải thuật tính tốn điều khiển PID bao gồm thông số riêng biệt, đơi gọi điều khiển ba khâu: giá trị tỉ lệ, tích phân đạo hàm, viết tắt P, I, D Bằng cách điều chỉnh số giải thuật điều khiển PID, điều khiển dùng thiết kế có yêu cầu đặc biệt b) Các khâu PID  Khâu tỉ lệ  Khâu tích phân  Khâu vi phân c) Các phương pháp nhân tích PID Trong phạm vi nghiên cứu luận văn, phương pháp Ziegier – Nichols điều chỉnh thủ công chọn lựa để thiết kế điều khiển 2.3 Thiết kế tăng áp DC/DC 2.3.1 Cấu trúc, nguyên lý hoạt động Hình 2.18: Sơ đồ mạch điện giảm áp (a) Sơ đồ mạch điện giảm áp trạng thái 1; (b) Sơ đồ mạch điện giảm áp trạng thái 2.3.2 Mơ hình tốn học tăng áp Boost theo phương pháp trung bình không gian trạng thái U =U U = (1 − D)RI U = ( ( ) ) (2.24) (R + r ) Do hệ số điều chế điểm làm việc xác lập ≤ D < 1, theo (2.24) ta thấy mang đặc điểm tăng áp rõ rệt 2.3.3 Tính tốn phần tử giảm áp Theo nguyên lý hoạt động đề cập mục 2.1.2, ta có điều kiện chọn cuộn cảm theo cơng thức sau [13] (boost texzach): 𝑉 −𝑉 𝐿≥ (2.36) ∆𝐼 × 𝑓 Trong đó: - Vo(V) điện áp đầu Vin (V) điện áp đầu vào fs (Hz) tần số đóng cắt cài đặt cho khóa điện tử - ∆𝐼 (A) độ dao động dòng điện qua cuộn cảm Có thể ước lượng 20  40% độ lớn dòng điện đầu Io (Io tính với tải điện trở thuần) (2.37) = (0,2 ữ 0,4) ì T in c thiết lập theo độ dao động điện áp dòng điện chạy qua cuộn cảm trạng thái khóa S mở: 𝑖 × 𝛿𝑡 (2.38) 𝐶= 𝑢 Xét khoảng thời gian nhỏ (1 chu kỳ) xét thời gian ∆𝑡 = 𝑇 , cơng thức (2.20) tính lại sau:: 𝐶≥ ∆ × × ∆ hay 𝐶 ≥ ∆ × ×∆ (2.38) Trong đó: - C(F) điện dung tụ điện - ∆𝐼 (A) độ dao động dòng điện qua cuộn cảm, tính cơng thức (2.19) fs(Hz) tần số đóng cắt khóa điện tử S - ∆𝑉 (V) độ dao động điện áp đầu ∆𝑉 càn bé dạng song đầu chiều phẳng Dòng điện chuyển mạch lớn tính: 𝐼 ( ∆𝐼 ) (2.40) 𝐼 = + 1−𝐷 Trong đó: ISW dòng điện chuyển mạch lớn nhất, dựa vào ta chọn lựa thông số van bán dẫn Thơng thường, van bán bẫn phải có dòng điện làm việc lớn cao giá trị ISW - Iout(max) (A) độ dòng điện cực đại Trong luận văn này, chuyển đổi kiểu Boost thiết kế có thơng số sau: điện áp nguồn Vin=35V, điện áp Vo=60V cho dòng tải lớn I0=1,5A, tần số chuyển mạch fs=95kHz Chọn độ dao động điện áp đầu ∆𝑉 =0,2% Độ dao động dòng điện cuộn cảm: ∆𝐼 = 0,2 × 𝐼 = 0,2 × 1,5 = 0,3(𝐴) Độ dao điện áp đầu ra: ∆𝑉 = 0,002 × 𝑉 = 0,002 × 60 = 0,12 (𝑉) Hệ số băm xung: 𝐷 = − =1− = 0,4167 Điện dung tụ điện: ∆𝐼 × 𝐷 0,3 × 0,4167 𝐶≥ = = 11 (𝜇𝐹) 𝑓 × ∆𝑉 95000 × 0,12 Điện cảm cuộn dây: 𝑉 −𝑉 60 − 35 𝐿 > = = 0,9 (𝑚𝐻) ∆𝐼 × 𝑓 0,3 × 95000 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÁP DC/DC 3.1 Mơ mạch tăng áp DC/DC phân tích ảnh hưởng thông số phần tử mạch: 3.1.1 Lựa chọn thông số mô khiểm tra hoạt động mạch đơn giản Dưa sở lý thuyết mơ hình tốn học tính tốn trình bày trên, chương trình mơ thực với thông số phần tử ban đầu: L=1mH, C=50µF kết hợp với tần số băm xung fs=95kHz dung phương pháp điều khiển PWM với điện áp đầu vào khơng đổi, thể qua hình 3.1 Hình 3.1: Mạch mơ 3.1.2 Ảnh hưởng phần tử đến hoạt động mạch: Trong trình mơ phỏng, điện áp đầu dao động lớn Một số nghiên cứu cho thấy, thông số phần tử L C phần ảnh hưởng đến trình hoạt động mạch Vì vậy, tác giả thay đổi thống số khác để kiểm tra Giá trị C lựa chọn thay đổi với giá trị 50µF, 100µF, 200µF để giảm mức độ giao động điện áp, kết thu hình 3.3 Hình 3.3: Đồ thị mô thay đổi điện áp đầu thay đổi giá trị tụ điện Với giá trị tụ điện 50µF, 100µF, 200µF tương ứng với dạng sóng điện áp đầu VO1, VO2 VO3, ta thấy đường cong điện áp thay đổi so với thông số ban đầu độ giao động điện áp giảm (còn khoảng ±0.1V) nhiên lại có thời gian độ dài 3.2 Mô mạch tăng áp kết hợp phương pháp điều khiển PI: Từ yêu cầu tính ổn định điện áp đầu ra, phương pháp điều khiển PI (bộ điều khiển PI) kết hợp vào mơ hình mơ hình 3.4 Hình 3.4 Mach tăng áp kết hợp phương pháp điều khiển PI Như trình bày phần 2.2, điều khiển PID thiết kế dựa phương pháp Ziegier- Nichols phương pháp dò với hai khâu điều khiển PI Trải qua nhiều q trình mơ với thơng số mạch, hệ số chọn Kp=0.02 Ki=0,5 kết hợp với thơng số phần tử mạch L=1mH, C=100µF Hình 3.5: Bộ điều khiển PI Về nguyên tắc điều khiển, tín hiệu lỗi Error(t) tạo nên từ hiệu hai tín hiệu điện áp tham chiếu (Vrep) điện áp đầu mạch (Vout) Tín hiệu lỗi sau qua điều khiển PI khuếch đại xử lý cho Error(t) tiến đến gần giá trị tốt, điều có nghĩa điện áp đầu điều khiển tiến mức điện áp tham chiếu nhờ vào việc thay đổi tín D (Tín hiệu điều khiển van - hệ số băm xung) Khi D biến thiên kéo theo thay đổi xung PWM kích mở van bán dẫn (thay đổi độ rộng xung) 3.3 Kết mô phân tích Trong đề tài này, mạch mơ giả định điện áp tham chiếu đầu Vref = 60V điện áp đầu vào thay đổi từ 2040V Các đáp ứng trình biến đổi điện áp đầu lẫn đầu vào mô lại hình 3.8 Hình 3.8: Các điện áp thu Điện áp đầu thơng qua q trình mơ thu ổn định đạt mức khoảng 60V cho dù có biến đổi thất thường điện áp đầu vào Tuy nhiên thấy tồn giao động điện áp đầu điện áp đầu vào có nhiễu động Ở giây 0,5 điện áp PV giảm đột ngột xuống mức 20V làm cho điện áp đầu giảm khoảng 3V sau trở lại giá trị 60V Tương tự thời gian giây 1,5 giây, điện áp đầu vào tăng dần lên, điện áp đầu gặp tượng áp nhở khoảng 2-3V sau phụ hồi nhanh chóng CHƯƠNG 4: LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÁP DC/DC 4.1 Thông số mạch thực tế lắp đặt mạch thực tế 4.1.1 Thông số mạch thực tế Khi lắp đặt mạch thực tế, nhằm bảo đảm độ thực tiễn xác, thơng số phần tử lựa chọn dựa mơ hình hóa kết mô Giá trị cuộn cảm tụ giữ nguyên phần mô với L = 1mH C =100 µF Nguồn đầu vào mạch tăng áp cung cấp hệ thống pin mặt trời bao gồm pin với công suất Pmax = 22W đấu nối gồm mảng PV mắc song song, mảng cấu thành từ PV mắc nối tiếp Với thông số pin: VMPP = 17,46 V, IMPP = 1,27 A, Voc = 21,64 V, Isc = 1,35A Trong trạng thái cực đại, điều kiện lý tưởng, hệ thống có điện áp đầu đạt 43,28V hở mạch, dòng cực đại lên đến 2,7A Hình 4.1: Hệ thống pin mặt trời cung cấp nguồn cho mạch tăng áp Dựa vào điện áp, dòng điện cực đại pin tần số băm xung, ta chọn van bán dẫn diode Với thơng số có trên, ta chọn MOSFET IRFP250N diode MUR3060PT Từ thơng số phần tử tính tốn chọn lựa ta tiến hành lắp đặt mạch tăng áp thực tế 4.1.2 Mơ hình mạch thực tế Hình 4.2: Mơ hình mạch tăng áp a) Mạch động lực Như trình bày phần trên, phần tử mạch động lực lắp đặt với thông số lựa chọn Ta sử dụng MOSFET IRFP250N cho để đóng mở nửa chu kì xung từ mạch điều khiển đảm bảo độ xác giảm tổn hao van bán dẫn Các MOSFET diode gắn nhơm tản nhiệt để tránh tình trạng phát nóng làm việc dòng điện lớn Đầu vào mạch tăng áp lắp tụ lọc giữ điện áp vào phẳng hơn, đảm bảo ổn định cho mạch hoạt động Ngoài phần tử chính, mạch động lực có module đo dòng điện ACS72 đo dòng điện lên đến 5A cầu phân áp để phản hồi giá trị điện áp dòng điện mạch tăng áp, phục vụ cho việc tính tốn mạch điều khiển để đảm bảo đáp ứng đầu yêu cầu b) Mạch điều khiển Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ vi điều khiển tín hiệu số, việc thực thuật toán trở nên dễ dàng hết Các thuật toán đưa vào vi xử lí dạng dòng lệnh (Code) viết phần mềm máy tính Các vi điều khiển giúp cho việc thực thi thuật tốn xác hơn, giảm nhiễu tín hiệu tác nhân bên Mạch điều khiển lắp đặt chủ yếu hoạt động dựa vi xử lí Arduino Nano thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt Thuật tốn PI lập trình máy tính nạp vào Arduino Nano dạng Code thơng qua dây cáp nạp Hình 4.3: Vi xử lí Arduino Nano Các tín hiệu đo lường điện áp dòng điện phản hồi từ module đo lường mạch động lực Arduino để xử lí Arduino sau thực tính tốn vòng lặp PI đưa góc mở D hợp lý dạng tín hiệu số với độ phân giải 12bit IC MCP4921 có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (Digital – Analog Converter), truyền đến IC tạo xung SG3525 để tạo xung PWM cho MOSFET Nguồn điện cung cấp cho Arduino IC lấy từ pin mặt trời đưa qua module ổn áp nguồn LM2596S, tạo điện áp 12V cho SG3525 5V cho Arduino, MCP4921 Màn hình LCD 20x4 có tác dụng hiển thị giá trị điện áp cơng suất in từ Arduino, giúp ta quan sát đáp ứng đầu mạch tăng áp, từ kịp thời kiểm sốt điều chỉnh mạch có cố ổn định 4.2 Kết đo thực tế Hoạt động mô hình mạch kiểm tra theo dõi dựa phản hồi điện áp đầu vào điện áp đầu Quá trình đo trực tiếp xuất từ vi xử lý với độ xác cao Thông qua công cụ hỗ trợ, giá trị đo thực tế xuất dạng đồ thị phần mềm matlab Hình 4.4: Kết đo điện áp thực tế Với mơ hình mạch, giá trị điện áp tham chiếu Vref = 60V điện áp đầu vào thay đổi từ 20-42V tương tự mơ để đảm bảo tính thực tiễn xác Điện áp đầu vào thay đổi ngẫu nhiên cách che bớt pin mặt trời để mô theo trường hợp thực tế: nắng gắt nắng yếu yếu tố thời tiết bất định gây (hiện tượng che khuất, mây mù) Lúc nắng gắt, độ xạ cao, điện áp pin vào khoảng 42V (đường đáp ứng VPV) Khi pin bị che đi, điện áp thu từ pin giảm đột ngột dao động khoảng 20V Đường đồ thị cho thấy điện áp vào có nhiễu động (khoảng 1-2V) Với điện áp thay đổi đột ngột vậy, nhiệm vụ mạch phải giữ điện áp đầu mức điện áp mong muốn, đảm bảo ổn định cho phụ tải chiều kết nối với mạch Do mà phương pháp điều khiển mà phương pháp PI trở nên cần thiết Kết thực tế thấy, điện áp đầu mạch ln bám mức 60V Tuy nhiên có biến động điện áp đầu vào, giảm từ 42V xuống mức 20V, đáp ứng đầu thu bị ảnh hưởng (giảm khoảng 7V) sau phục hồi lại mức cài đặt gần (lần lượt giây thưc 5,15 20) Đánh giá chung, thấy điện áp đầu đáp ứng tốt, bám gần trùng với điện áp đặt Vref có độ dao động nhỏ Điều chứng minh khả hoạt động tốt điều khiển PI hoạt động độ phân giải 12bit Khi điện áp đầu vào thay đổi đột ngột từ 40V 20V, điện áp có tụt giảm mạnh Nhưng điều khiển PI thay đổi hệ số đóng cắt van bán dẫn nhanh, đưa điện áp bám sát trở lại với điện áp tham chiếu khoảng 0,7s Điện áp giữ ổn định khoản thời gian công suất pin mặt trời giảm (do bị che) Khi điện áp đầu vào tăng nhanh lên 40V, khơng có biến động lớn nào, điện áp dao động quanh điện áp tham chiếu Với phương pháp điều khiển PI tích hợp Các đáp ứng đầu thu cho thấy khả ổn định tốt cho dù đầu vào có thay đổi đột ngột hay nhiễu động Sự ổn định đảm bảo cho phụ tải kết nối hoạt động Đây kết thực tế thu sau lắp rắp mạch dựa vào điều kiện tham chiếu, tính tốn từ q trình mơ 4.3 Kết luận hạn chế đề tài Từ kết thực nghiệm mô phỏng, nguyên lý hiệu hoạt động mạch cho thấy rõ Mạch đáp ứng tốt yêu cầu điện áp đầu điện áp đầu vào thay đổi đột ngột có dao động, đảm bảo ổn định cho phụ tải Tuy nhiên tồn hạn chế: Trong nhiều lần đo, tác giả nhận thấy mạch hoạt động tốt cung cấp đủ công suất Công suất nhỏ gây tượng sụt áp, điện áp lên đến điện áp tham chiếu Thời gian đáp ứng thuật tốn PI trễ, số phụ tải cần ổn định chưa thỏa mãn yêu cầu Việc chọn lựa phần tử mạch mang tính chất tương đối, phụ thuộc vào kinh nghiệm mô để lựa chọn Một vài sai lệch tồn khó tránh khỏi làm cho kết nhiều bị ảnh hưởng Trong thời gian tới, tác giả tiến hành nghiên cứu thêm để khắc phục hạn chế trên, với nghiên cứu nâng cao hiệu suất làm việc Điều cần có thêm nhiều thiết bị thời gian Vì vậy, phạm vi luận văn tiến hành lắp đặt để kiểm chứng khả làm việc mạch tăng áp DC/DC kết hợp với thuật toán điều khiển PI Việc nâng cao hiệu suất làm việc pin hướng phát triển đề tài tương lai ... đại pin mặt trời - Nghiên cứu thiết kế điều khiển PI; - Thiết kế lắp đặt tăng áp DC/ DC; - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đề tài Thiết Kế, Mô Phỏng, Lắp Đặt Bộ Tăng Áp DC/ DC pin mặt trời cho tải chiều ... cấp cho tải chiều Để giải vấn đề này, chọn đề tài: Thiết kế, mô phỏng, lắp đặt tăng áp DC/ DC pin mặt trời cho tải chiều Nội dung luận văn tập trung thiết kế tìm thơng số mạch tăng áp, mô phần... mềm Matlab/Simulink Từ đó, điều khiển PI thiết kế để điều khiển đảm bảo ổn định điện áp đầu mạch tăng áp DC/ DC Một mô hình mạch tăng áp DC/ DC lắp đặt cho thấy khả hoạt động thực tế 2 MỤC ĐÍCH