Đề tài giới thiệu ứng dụng Matlab/Simulink xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy. Như chúng ta đã biết, nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch có trữ lượng lớn, đang là mục tiêu nghiên cứu của nhiều nước trên thế giới nhằm thay thế dần nguồn năng lượng hóa thạch có nguy cơ cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trường.
See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/330397002 Mô hệ điện mặt trời nối lưới sử dụng kết hợp nguồn ắc-quy Article in Solar Physics · January 2019 CITATIONS READS 18 authors, including: Vu Tien Lam Hanoi University of Science and Technology 105 PUBLICATIONS 1,205 CITATIONS SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Solar Panel View project All content following this page was uploaded by Vu Tien Lam on 15 January 2019 The user has requested enhancement of the downloaded file BÁO CÁO SEMINAR MÔN HỌC: PIN MẶT TRỜI Chủ đề: Mô hệ điện mặt trời nối lưới sử dụng kết hợp nguồn ắc-quy Giảng viên: PGS TS Dương Ngọc Huyền Thành viên: Vũ Tiến Lâm, Dương Thị Nụ, Mai Đức Dũng, Mai Hồng Nhung, Đỗ Văn Hữu, Ngô Quang Vũ * Viện Vật lý kỹ thuật – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tóm tắt Đề tài giới thiệu ứng dụng Matlab/Simulink xây dựng mô hình mơ hệ thống nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy Như biết, nguồn lượng mặt trời nguồn lượng có trữ lượng lớn, mục tiêu nghiên cứu nhiều nước giới nhằm thay dần nguồn lượng hóa thạch có nguy cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trường Trong trình làm việc, pin mặt trời phụ thuộc nhiều yếu tố ảnh hưởng cường độ ánh sáng, nhiệt độ mơi trường, tượng bóng râm… mặt khác, cơng suất sinh pin mặt trời phụ thuộc vào xạ mặt trời nhiệt độ Nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy thực nối lưới, đòi hỏi phải có giải thuật điều khiển Ở sử dụng giải thuật hệ bám điểm công suất cực đại nhằm đảm bảo pin mặt trời luôn làm việc điểm cực đại tải thay đổi Phần I Đặt vấn đề Nguồn điện mặt trời dạng nguồn lượng tái tạo vô tận với trữ lượng lớn Đây nguồn lượng tái tạo quan trọng Việc tìm cách thức để khai thác, sử dụng nguồn lượng điện mặt trời cho hiệu thay dần nguồn lượng hóa thạch ngày cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trường mục tiêu nghiên cứu nhiều quốc gia Năng lượng mặt trời (NLMT) thực chất nguồn lượng nhiệt hạch vô tận thiên nhiên Hàng năm, mặt trời cung cấp cho trái đất lượng khổng lồ, gấp 10 lần trữ lượng nguồn nhiên liệu có trái đất Hiện nay, nước ta chủ yếu sử dụng hệ thống pin mặt trời độc lập, hệ thống độc lập kết hợp pin mặt trời nguồn lượng khác nguồn ắc quy, pin nhiên liệu,vv Đề tài ứng dụng matlab/simulink xây dựng mơ hình mô Hệ thống nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy điều khiển theo phương pháp bám điểm công suất cực đại (MPPT) Kỹ thuật điều khiển tìm kiếm dựa mơ hình nhằm hướng đến phát triển lưới điện thơng minh điều khiển nối lưới linh hoạt cho nguồn lượng tái tạo Bảng Mật độ NLMT trung bình năm số theo khu vực (Nguồn: VNL) NLMT trung bình năm (kcal/cm2) Khu vực Số nắng trung bình năm(hrs/năm) Đơng Bắc Bộ 100 - 125 1500 - 1700 Tây Bắc Bộ 125 - 150 1750 - 1900 Bắc Trung Bộ 140 - 160 1700 - 2000 150 - 175 2000 - 2600 130 - 150 2200 - 2500 130 - 152 1830 - 2450 Nam Trung Bộ Tây Nguyên Nam Bộ Trung bình nước Bảng Điện từ NLTT công suất lắp đặt giai đoạn 2011 – 2030 (nguồn: Quyết định số 1208/QĐ –TTg ngày 21/7/2011 Thủ tướng Chính phủ, Phụ lục 1) Năm Cơng suất lắp đặt (MW) Năm Công suất lắp đặt (MW) 2011 30 2018 200 2012 100 2019 230 2013 130 10 2020 300 2014 120 11 2011 - 2020 1.660 2015 150 12 2021 - 2025 2.500 2016 200 13 2026 - 2030 4.200 2017 200 2011 - 2030 8.360 = 8.36GW Phần II Mơ hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc-quy Hệ thống nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy bao gồm thành phần Hình Hình Sơ đồ cấu trúc điều khiển nối lưới nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy 2.1 Mơ hình nguồn pin mặt trời Pin mặt trời PV (Photovoltaic cell) gồm lớp bán dẫn chịu tác dụng quang học để biến đổi lượng phôton xạ mặt trời thành lượng điện Theo quan điểm lượng điện tử, pin mặt trời coi nguồn dòng biểu diễn mối quan hệ phi tuyến I-V Hình Hình Đặc tính làm việc pin mặt trời Hình Sơ đồ tương đương pin mặt trời Hiệu suất pin mặt trời lớn pin mặt trời cung cấp cho ta cơng suất cực đại Theo đặc tính phi tuyến hình 2, xảy P-V cực đại, tức P-V = Pmax thời điểm (Imax,Vmax) gọi điểm cực đại MPP (Maximum Point Power) Hệ bám điểm công suất cực đại MPPT (Maximum Point Power Tracking) sử dụng để đảm bảo pin mặt trời luôn làm việc điểm MPP bất chấp tải nối vào pin Dòng điện đầu pin theo [Saurav Satpathy, Aryuanto Soetedjo] tính sau: q(V + IRs ) V + IRs I = I ph − I s exp − 1 − (1) KT A R c sh Trong đó: q: điện tích electron = 1.6 x10-19 C, K: số Boltzmann’s = 1.38 x10-23J/K, Is: dòng điện ngược bão hòa pin, Iph: dòng quang điện, Tc: nhiệt độ làm việc pin, Rsh: điện trở shunt, Rs: điện trở pin, A: hệ số lý tưởng Theo công thức (1), dòng quang điện phụ thuộc vào lượng mặt trời nhiệt độ làm việc pin, đó: I ph = I SC + K I (Tc − Tref ) H (2) Với: I : dòng ngắn mạch nhiệt độ 250C, KI: hệ số nhiệt độ dòng điện ngắn mạch, Tref: nhiệt độ bề mặt pin (nhiệt độ tham chiếu), H: xạ mặt trời kW/m2 Ở đây, giá trị dòng điện bão hòa pin với nhiệt độ pin tính sau: T I s = I RS c T ref qEG (Tc − Tref ) exp (3) T T kA ref c Trong đó: IRS: dòng bão hòa ngược bề mặt nhiệt độ xạ mặt trời, EG: lượng vùng cấp chất bán dẫn, phụ thuộc vào hệ số lý trưởng công nghệ làm pin Mặt khác, pin mặt trời có điện áp khoảng 0,6V Do muốn có điện áp làm việc cao ta mắc nối tiếp pin lại, muốn có dòng điện lớn mắc song song Như vậy, dòng điện modul pin là: V IRs qN + N s p I = N p I ph − N p I s exp kTc A N pV N + IRs − 1 − s (4) Rsh Hình Dòng điện modul pin 2.2 Mơ hình nguồn ắc-quy Theo [M.Makhlouf, F.Messai , H.Benalla], điện áp ắc quy trạng thái nạp (state of charge – SOC) xác định theo biểu thức: k vI SOC (t ) = SOC (t − 1) + b b − SOC (t − 1).D dt (5) Qm Từ biểu thức (5), giá trị điện áp thay đổi ắc quy tính sau: v1 = + 0.148.SOC ( t ) ns (6) Với ns: số lượng ắc quy 2V nối tiếp Điện trở ắc-quy là: 0.758 + R1 = 0.1309 1.06.SOC (t ).n s (7) Qm 2.3 Phương pháp điều khiển Để điều khiển nối lưới nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy, ta sử dụng phương pháp điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT) Hiện nay, kỹ thuật điều khiển bám điểm cơng suất cực đại phân thành nhóm sau: nhóm kỹ thuật tìm kiếm nhóm kỹ thuật tìm kiếm dựa mơ hình Kỹ thuật tìm kiếm dễ thực đòi hỏi số bước lớn hội tụ điểm cực đại (MPP), nhóm kỹ thuật tìm kiếm dựa theo mơ hình hội tụ nhanh điểm MPP Tuy nhiên, việc sử dụng kỹ thuật tìm kiếm dựa theo mơ hình đòi hỏi ta phải biết xác thơng số pin mặt trời số đo, kể nhiệt độ xạ mặt trời Phần III Các biến đổi Theo [D Ganesh, S Moorthi, H Sudheer], để thực chuyển đổi trạng thái ta sử dụng chuyển đổi DC/DC (từ nguồn chiều thành nguồn chiều) nhằm thích nghi với mức điện áp điện trở từ pin mặt trời Ngồi nghịch lưu DC/AC biến đổi (từ nguồn chiều thành nguồn xoay chiều) để thực nối tải nối lưới xoay chiều (AC) Hình Sơ đồ chuyển đổi DC/DC; DC/AC Phần IV Xây dựng mơ hình Matlab/Simulink 4.1 Xây dựng mơ hình Matlab/Simulink Hình Bộ chuyển đổi trạng thái DC/DC Hình Mơ hình Pin mặt trời Hình Mơ hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy 4.2 Kết mơ Matlab/Simulink Hình Đặc tính I – V Hình 10 Đặc tính P – V Hình 11 Điện áp đầu U_dc(V) Hình 12 Công suất đầu P (W) Nhận xét: kết mô cho thấy chiếu độ (G) thay đổi dòng PV thay đổi Hình 13 Điện áp đầu Uabc (V) Hình 14 Dòng điện đầu Iabc (A) Hình 15 Điện áp nối với lưới Uabc (V) Hình 16 Dòng điện nối lưới Iabc (A) Phần V Kết luận Mơ hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy sử dụng giải thuật điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT), công suất PV thu đạt giá trị cực đại, ứng với độ chiếu sáng khác Tại thời điểm t = 0.2s, dòng điện áp đầu đạt giá trị ổn định giá trị đặt, nối lưới thông qua máy biến áp đường dây tải điện Hiện nay, nước ta chủ yếu sử dụng hệ thống lượng mặt trời độc lập nên nhiều hạn chế bất cập Do vậy, hệ thống điều khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy giải pháp nhằm hướng đến phát triển lưới điện thông minh điều khiển nối lưới linh hoạt cho nguồn lượng tái tạo Tài liệu tham khảo [1] Aryuanto Soetedjo, Abraham Lomi, Yusuf Ismail Nakhoda, Awan Uji Krismanto 2012 Modeling of Maximum Power Point Tracking Controller for Solar Power System Telkomnika [2] D Ganesh, S Moorthi, H Sudheer 2012 A Voltage Controller in Photo – Voltaic System with Battery Storage for Stand – Alone Applications International Journal of Power Electronics and Drive System [3] Đặng Đình Thống 2012 Cơng nghệ Pin mặt trời học kinh nghiệm từ Việt Nam Trung tâm nghiên cứu lượng Trường Đại học bách khoa Hà Nội [4] Hoàng Dương Hùng 2008 Năng lượng mặt trời lý thuyết ứng dụng Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng [5] M.Makhlouf, F.Messai , H.Benalla 2012 Modeling and Simulation of Gridconnected Hybrid Photovoltaic/Battery Distributed Generation System Canadian Journal on Electrical and Electronics Engineering Vol 3, No 1, January [6] Saurav Satpathy 2012 Photovoltaic power control using MPPT ang boost converter Department of Electrical Engineering National Institute of Technology Rourkela View publication stats ... khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc-quy Hệ thống nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy bao gồm thành phần Hình Hình Sơ đồ cấu trúc điều khiển nối lưới nguồn. ..BÁO CÁO SEMINAR MÔN HỌC: PIN MẶT TRỜI Chủ đề: Mô hệ điện mặt trời nối lưới sử dụng kết hợp nguồn ắc-quy Giảng viên: PGS TS Dương Ngọc Huyền Thành... sinh pin mặt trời phụ thuộc vào xạ mặt trời nhiệt độ Nhằm nâng cao hiệu suất sử dụng pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy thực nối lưới, đòi hỏi phải có giải thuật điều khiển Ở sử dụng giải thuật hệ