LUẬN VĂN THẠC SĨ TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM -    H   C    E    T    U    H NGUYỄN NGỌC TRUNG TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI  LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Thiết bị, mạng nhà máy điện Mã số ngành: 60 52 50 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM - NGUYỄN NGỌC TRUNG    H   C    E    T    U    H TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : THIẾT BỊ , MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành: 60 52 50 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HỌC: TS TRƯƠNG VIỆT ANH TP HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2012 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS TRƯƠNG VIỆT ANH Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày 14 tháng 07 năm 2012    H   C    E    T    U    H Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, t ên, ên, học hàm, học vị của H ội ội đồng chấm bảo vệ Luận văn T hạc sĩ) TS Huỳnh Châu Duy 2. PGS TS Đinh Thành Việt TS Ngô Cao Cường ần Vĩnh Tịnh TS Tr ần PGS TS Quy ền Huy Ánh - Chủ tịch - Phản biện - Phản biện - Uỷ viên - Uỷ viện, Thư k ý Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH KỸ THUẬT CƠNG NGHỆ TP HCM PHỊNG QLKH - ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM, ngày … tháng…  năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN NGỌC TRUNG Giới tính: Nam  Ngày,  Ngày, tháng tháng,, năm sinh: 09 - 06 - 1965  Nơi sinh: sinh: TP HCM Chuyên ngành: Thiết bị , mạng Nhà máy điện MSHV: 1081031028    H   C    E    T    U    H I- TÊN ĐỀ T ÀI: TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nội dung : Tìm điểm cơng suất cực đại pin mặt trời - Phương pháp nghiên cứu : Mô - K ết ết đạt : Thực mơ giải thuật tìm điểm cơng suất cực đại pin mặt trời III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 15 - 09 - 2011 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 15 - 06 -2012 V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS TRƯƠNG VIỆT ANH CÁN BỘ HƯỚNG DẪN TS TRƯƠNG VIỆT ANH KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công tr ình ình nghiên cứu riêng tơi Các s ố liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực L uận văn cảm ơn và các thơng tin trích dẫn Luận văn r õ nguồn gốc    H   C    E    T    U    H Học viên thực L uận văn  Nguyễn Ngọc Trung ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Trương Việt Anh  –  Phó   Phó Trưởng khoa điện  – òng điện tử  –  Trường   Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật Tp.HCM, người thầy đ ã h ết l òng bảo, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuy ên môn kinh nghiệm nghiên cứu suốt thời gian học tập v thực luận văn n ày  Xin chân thành cảm ơn Ban Giám Hiệu, Ban chủ nhiệm khoa Cơ -  Điện  –  Điện tử, Phòng quản lý sau đại học Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM đ ã t ạo ạo điều kiện tốt vật chất lẫn tinh thần để chúng tơi hồn thành t ốt ốt luận văn n ày    H   C    E    T    U    H  Xin chân thành cám ơn đến tất Quí Thầy, Cô Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM đ ã giảng dạy, trang bị cho kiến kiến thức bổ ích quí báu suốt tr ình ình học tập nghiên cứu sau n ày  Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đặc biệt l à nhóm thực nghiệm chung Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật Tp.HCM Trường Đại Học Kỹ thuật Công nghệ Tp.HCM hướng dẫn Thầy Trương Việt Anh người ln giành t ình ình cảm sâu sắc nhất, giúp đỡ v khuyến khích tơi để vượt qua khó khăn suốt tr ình ình thực luận văn n ày  Xin cảm ơn Gia đ ình ình đ ã t ạo ạo điều kiện để y ên tâm học tập tốt suốt thời gian vừa qua  Xin c ảm ơn Ban Giám Giám Hiệu Trường Cao đẳng Giao Giao thông Vận tải TPHCM ất bạn bè thân thuộc đ ã động viên, t ạo ạo điều kiện thuận lợi v h ỗ trợ cho tơi t ất r ất ình học tập, công tác suốt thời gian thực ất nhiều q tr ình luận văn TP.H ồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012  Người  Người thực thực hiện  Nguy  Nguyễn Ngọc Trung iii TÓM TẮT  Nghiên cứu n ày trình bày phương pháp tìm điểm làm việc có công suất cực đại  pin mặt trời (MPPT) giải thuật INC Tác giả sử dụng Matlab/Simulink để xây dựng mơ hình pin mặt tr ời ời mơ giải thuật sử dụng thực nghiệm để kiểm tra giải thuật ết mô th ực nghiệm cho thấy cần thiết phải sử dụng MPPT K ết hệ thống pin mặt trời v việc sử dụng giải thuật INC, hệ thống đ ã nhanh chóng đưa pin mặt trời vào làm việc điểm có cơng suất tối ưu    H   C    E    T    U    H iv ABSTRACT This study presents the Maximum Power Point Tracking (MPPT) technique of Photovoltaic by INC Algorithm The author uses Matlab / Simulink for modeling and simulation of solar cells and the Algorithm The simulation results and experiment shows the need to use MPPT solar system and by using the INC algorithm, the system was quickly put photovoltaic to work at optimum power point    H   C    E    T    U    H v MỤC LỤC TRANG Lời cam đoan i Lời cám ơn ii Tóm tắt  iii Mục lục v Danh sách ch ữ viết tắt vii Danh sách b ảng vii Danh mục biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, h ình ảnh  viii N ội dung luận văn .1 Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghi ên cứu 1 nước cơng bố 1.2 Mục đích đề t ài 1 1.3 Nhiệm vụ đề t ài giớ i hạn đề tài ài 4 .4 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Nộidung luận văn 5 .6 Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT ời 2.1 Mô hình pin mặt tr ời .6 2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter  13 .13 2.3 Điểm l àm việc cực đại Pin mặt trời 16 .16 2.4 Các phương pháp t ìm điểm cực đại pin mặt trời phổ biến 21 2.4.1 Phương pháp điện áp số 21 2.4.2 Phương pháp P&O (Perturb and Observe) .22 Chương .25 25 CHỌN GIẢI THUẬT BỘ D Ị ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT 25 25 TRỜI .25 .25 3.1 Phương pháp INC (Incremental Conductance)    H   C    E    T    U    H vi 3.2 Mơ hình mơ ph ỏng giải thuật 27 27 3.2.1 Mô hình Pin mặt trời 28 3.2.2 Giải thuật INC 31 .33 33 Chương 33 33 KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 4.1 Mơ hình pin mặt trời 33 33 4.2 Giải thuật MPPT 35 35 .42 42 Chương 42 .42 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 5.1 Mơ hình thực nghiệm 42 42 5.2 K ết 50 50 ết thực nghiệm 54 54 Chương KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ T ÀI 54 54 6.1 K ết 54 54 ết luận 54 54 6.2 Hướng phát triển đề t ài TÀI LIỆU THAM KHẢO .56 .56 PHỤ LỤC    H   C    E    T    U    H 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Viện khí tượng thủy văn: http://www.imh.ac.vn/ First Solar Vi ệt Nam – dự án cơng nghệ cao đầu năm 2011, http://www.hepza.hochiminhcity.gov.vn 3.Đặng Đình Thống “Cơ “Cơ sở lượng tái t ạo ạo” Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2006    H   C    E    T    U    H TIẾNG NƯỚC NGO ÀI Jeyraj Selvaraj and Nasrudin A Rahim ’Multilevel Inverter For Grid-Connected PV System Employing Digital PI Controller’ IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL LECTRONICS, VOL VOL 56, NO 1, JANUARY 2009 mi crocontroller – based Syafrudin Masri, Pui-Weng Chan ‘ Development of a microcontroller boost converter for photovoltaic system’ ISSN 1450-216X Vol.41 No.1 (2010) Ahmed A A Hafez ‘ Simple maximum power point contronller for single –  phase grid connected PV system ’ Cairo University, Egypt, December 19-21, 2010,  paper ID 123 Jae Ho Lee , HyunSu Bae and Bo Hyung Cho “Advanced Incremental Conductance MPPT Algorithm with a Variable Step Size”  - Seoul National University School of Electrical Engineering and Computer Science, Seoul, Korea2009 Marcio Mendes Casaro*, Denizar Cruz Martins Power Electronics Institute, Federal University of Santa Catarina ‘ Grid-Connected PV System: Introduction to  Behavior Matching’ A.P.S Ramalakshmi ‘ Comparision of solar panel power under varying load and irradiance conditions’ 10 Jing Li , Fang Zhuo , Xianwei Wang , Lin Wang , Song Ni ‘ A Grid-Connected PV System with Power Quality Improvement Based on Boost + Dual-Level Four Leg Inverter’ 57 11 Samatcha Phuttapatimok, Anawach Sangswang, Member, IEEE, and Krissanapong Kirtikara ’ Effects on Short Circuit Level of PV Grid-Connected Systems under Unintentional Islanding’ 12 Fei Wang, Chengcheng Zhang, Zengqiang Mi ’  Anti-islanding Detection and Protection for Grid connected PV System Using Instantaneous Power Theory’ 13 Fei Wang, Zengqiang Mi Mi ‘Passive Islanding Detection Method for Grid Connected PV System’ 2009 International Conference on Industrial and Information Systems 14 M.B Bana Sharifian ‘Single-Stage grid connected photovoltaic system with    H   C    E    T    U    H  Reactive power control and adaptive adapti ve predictive current controller’ control ler’ Journal of applied sciences (8): 1593-1509, 2009 g rid connected 15 N Hamrouni and A.Cherif ‘ Modelling and control of a grid  photovoltaic system’ Revue des Energies Renouvelables Vol 10 N 2007) o September 16 Roberto F Coelho, Filipe M Concer, Denizar C Martins ‘A MPPT Approach  Based on Temperature Measurements Applied Appli ed in PV Systems’ Electrical Engineering Departament, Power Electronics Institute, Federal University of Santa Catarina, P.O 5119 - Florianópolis, SC 88040-970, Brazil 17.Vocational School of Technical Studies, Marmara University, Kadıkoy, 34722 Istanbul, Turkey ‘Recent Developments inMaximumPower Point Tracking Technologies for Photovoltaic Systems’ 18 Ibrahim, H E.-S A and Houssiny, F F., “ Microcomputer Controlled Buck  Regulator for Maximum Power Point Tracker for DC Pumping System Operates  from Photovoltaic System,” Proceedings of the IEEE International Fuzzy Systems Conference, August 22-25,Vol 1, pp 406-411 (1999) 19 Jawad Ahmad, and Hee-Jun Kim “ A Voltage Based Maximum Power Point Tracker for Low Power and Low Cost Photovoltaic Applications” of Science, Engineering and Technology 60 2009 World Academy 58 20 Masoum, Mohammad A S Dehbonei, Hooman, “ Design, Construction and Testing of a Voltage-based Maximum Power Point Tracker (VMPPT) for Small Satellite Power Supply” SSC99-XII-7 21 Enslin, J H R and Snyman, D B., “ Simplified Feed-Forward Control of the  Maximum Power Pont in PV Installations” Proceedings of the IEEE International Conference on Power Electronics Motion Control, Vol.1, pp 548-553 (1992) 22.Sree Manju B, Ramaprabha R, Mathur B.L “ Design and Modeling of Standalone Solar Photovoltaic Charging System”International Journal of Computer Applications (0975 – 8887) Volume 18– No.2, March 2011    H   C    E    T    U    H 23 Mayssa Farhat, Lassâad Sbita “ Advanced Fuzzy MPPT Control Algorithm  for Photovoltaic Systems ” Science Academy Transactions on Renewable Energy Systems Engineering and Technology Vol 1, No 1, March 2011 24 Mohamed Salhi, Rachid El-Bachtri “ Maximum Power Point Tracker using Fuzzy Control for Photovoltaic System” International Journal of Research and Reviews in Electrical and Computer Engineering (IJRRECE) Vol 1, No 2, June 2011, ISSN: 2046-5149 25 R Belaidi, M Fathi, A Haddouche, A Chikouche, G Mohand Kaci and Z Smara, “ Study and Simulation of a Mppt controller based on Fuzzy logic controller for photovoltaic system” IGEC-VI-2011-208 26.Theodoros L Kottas, Athanassios D Karlis, “ New Maximum Power Point Tracker for PV Arrays Using Fuzzy Controller in Close Cooperation With Fuzzy Cognitive Networks” IEEE TRANSACTIONS ON ENERGY CONVERSION, VOL 21, NO 3, SEPTEMBER 2006 27 Huan-Liang Tsai “ Insnolation oriented model of PV using Matlab/Simulink ” Solar Energy 1318-1326 PHỤ LỤC ình thực mơ hình tìm điểm cực đại pin mặt trời : Chương tr ình #include #fuses HS,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,NOBROWNOUT #use delay(clock=4000000) #use rs232(baud=9600, parity=N,xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7,bits=8) void ADC_Init_V(void); void ADC_Init_I(void);    H   C    E    T    U    H void congsuat(void); void TraCommand(int8 comm); void TraData(int8 data); void dich(int8 digital); void xuat_vitri(); void xuatkytu(); void start_LCD(); void write_data(int data); void write_command(int command); void dich(int digital); void write_string(char* chuoi, int line, int index); int32 a=0; int32 b=0; int32 g=0; int32 h=0; int32 m=0; int32 k=0; int32 n=0; int32 p=0; int32 u=0; int32 i=0; int32 Vhigh = 170; int32 Vlow = 90; int32 bien = 0; int32 pk = 0; int32 pk1 = 0; int32 deltaP = 0; int32 vk = 0; int32 vk1 = 0;    H   C    E    T    U    H int32 ik = 0; int32 ik1 = 0; int32 deltaV = 0; int32 deltaI = 0; int32 thoigian = 500 int32 g1=0; int32 g2=0; int32 g3=0; int32 g4=0; int32 g5=0; int32 g6=0; int32 r=100; int32 rr=100; int32 z=0; int32 dd=0; int32 amp=0; int32 gan=0; int32 xp=0; int duty = 2; //50 int low_duty = 2; int high_duty =90; void main() ///////////////////////////////////// set_tris_c(0x0); //set_tris_b(0x06); setup_ccp1(CCP_PWM); // Configure CCP1 as a PWM setup_ccp2(CCP_PWM); // Configure CCP2 as a PWM setup_timer_2(t2_div_by_16,93,16);//1500hz //set_pwm1_duty(duty);    H   C    E    T    U    H set_pwm1_duty(duty); set_pwm2_duty(duty); ///////////////////////////////////// set_tris_a(0xff); start_LCD(); output_high (pin_b1); output_high (pin_b0); output_high (pin_b2); output_high (pin_b3); output_high (pin_b4); output_high (pin_b5); // delay_ms (3000); while(1) { /////////////// ///////////////// write_command(0x80); write_data('V');//1 write_data('o');//2 write_data('l');//3 write_data('t');//4 write_data(' ');//5 write_data(' ');//6 write_data('A');//7 write_data('m');//8 write_data('p');//9 write_data('e');//10 write_data(' ');//11 write_data('P');//13    H   C    E    T    U    H write_data('(');//14 write_data('W');//15 write_data(')');//16 write_command(0xc0); ADC_Init_V(); ADC_Init_I(); for (i=0;iVOLT a = amp;  b = b + a; }  b = b/r; amp = b; amp = amp/15; amp=amp*10; z = amp; ik1=z; gan = amp/1000; /// putc(gan+0x30); write_data(gan+0x30); amp = amp%1000; gan = amp/100; write_data(','); /// putc(','); /// putc(gan+0x30) write_data(gan+0x30); amp=amp%100;    H   C    E    T    U    H gan = amp/10; n = gan; /// putc(gan+0x30); write_data(gan+0x30); amp=amp%10; k = gan; /// putc(amp+0x30); /// putc('A'); /// putc(' '); write_data(' '); //thuan write_data(' '); //thuan //********CONG SUAT******************** //*********************************** congsuat(); } } //************************************* //chuong trinh void ADC_Init_V(void) { setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN0); set_adc_channel(0); for (i=0;iVOLT g3 = g2; g4 = g4 + g3; } g4 = g4/rr; g5 = g4/100; g5=g5*46; g5=g5/10; vk1=g5; g6 = g5/1000; /// putc(g6+0x30); // write_data(g6+0x30); g5 = g5%1000; g6 = g5/100; /// putc(g6+0x30); write_data(g6+0x30); g5=g5%100; g6 = g5/10; /// putc(g6+0x30); write_data(g6+0x30); g5=g5%10; write_data(','); /// putc(','); /// putc(g5+0x30); write_data(g5+0x30); /// putc('V'); /// putc(' '); // putc('\n'); // write_data(' ');//5    H   C    E    T    U    H write_data(' ');//6 } void ADC_Init_I(void) { setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN1); set_adc_channel(1); } //xuat string LCD void write_string(char *chuoi, int line, int index) { switch(line) { case 1: write_command(0x80 + index);  break; case 2: write_command(0xC0 + index);  break; } while (*chuoi) { write_data(*chuoi++); delay_ms(100); } } void start_LCD() { write_command(0x38); write_command(0x38); write_command(0x38);    H   C    E    T    U    H write_command(0x06); write_command(0x0c);//0x0e write_command(0x01); } void write_data(int data) { output_high(pin_c5); output_high(pin_c4);// muc 1->la du lieu xuat len LCD output_d(data); output_low(pin_c5); delay_ms(2); } //RS->pinA1, Enable->pinA2 void write_command(int command) { output_high(pin_c5); //set EN len mot output_low(pin_c4); //muc -> nhu mot lenh va ko hien thi len LCD output_d(command); output_low(pin_c5); //tao mot canh xuong delay_ms(2); } void congsuat(void) { u = g*10 + h; i = m*10 + k;  p = vk1*z;  p=p/100;  pk1 = p; xp = p/1000;    H   C    E    T    U    H  putc(xp+0x30); write_data(xp+0x30);  p = p%1000; xp = p/100;  putc(xp+0x30); write_data(xp+0x30); write_data(',');//1  putc(',');  p = p%100; xp = p/10;  putc(xp+0x30); write_data(xp+0x30);  p = p%10;  putc(p+0x30); write_data(p+0x30); /// putc('W');  putc(' '); //putc('F'); //putc(bien+0x30); //putc(' '); //putc (duty+0x30);  putc('\r');  putc('\n'); delay_ms(thoigian); //////////SO SANH/////////////// deltaP = pk1 - pk; deltaV = vk1 - vk; deltaI = ik1-ik //GUAI THUAT MPPT    H   C    E    T    U    H if (deltaV=0) { if (deltaI = 0) { duty = duty; } else { if (deltaI>0) { if (duty > low_duty) duty=duty - 1; else duty = duty; } else { if (duty < high_duty) duty=duty + 1; else duty = duty; } } } else { if (delatI/deltaV = - ik1/vk1) { duty = duty; } else {    H   C    E    T    U    H if (delatI/deltaV > - ik1/vk1) { if (duty > low_duty) duty=duty - 1; else duty = duty; } else { if (duty < high_duty) duty=duty + 1; else duty = duty; } } } vk = vk1;  pk = pk1; ik=ik1; //delay_ms(3); //set_pwm1_duty(duty); set_pwm1_duty(duty); set_pwm2_duty(100); }    H   C    E    T    U    H