Đồ án tốt nghiệp năng lượng điện mặt trời đầy đủ kèm file 2019 (Khoa Điện ĐHBK Đà Nẵng)

Đồ án tốt nghiệp năng lượng điện mặt trời đầy đủ kèm file 2019 (Khoa Điện ĐHBK Đà Nẵng) .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... .................................................................................................................... ....................................................................................................................

TÓM TẮT Với nhu cầu sử dụng lượng ngày cao sống, lượng sử dụng (than đá, dầu mỏ…) ngày cạn kiệt gây ảnh hưởng không nhỏ đến môi trường, điều địi hỏi phải có phát triển loại hình nguồn phát Năng lượng mặt trời ngày bùng nổ dẫn trở thành giải pháp hữu hiệu việc phát triển nguồn phát, đáp ứng nhu cầu phụ tải, đồng thời giảm tác động xấu đến môi trường, với suất đầu tư thấp nhiều loại hình lắp đặt linh hoạt: nhà máy, lắp mái,… Bên cạnh đó, chuyển đổi inverter có giá thành đắt chưa tối ưu với công suất thay đổi liên tục Để cải thiện điều chuyển đổi nghiên cứu để đảm bảo ổn định, có chất lượng điện áp cao, kích thước nhỏ gọn cho thiết bị sử dụng điện cần thiết, bao gồm chuyển đổi chiều DC/DC Vì nhóm chúng em chọn đề tài “Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời”, tập trung nghiên cứu chuyển đổi lượng DC/DC nhằm cao công suất thu từ hệ thống pin lượng mặt trời Các kiến thức tổng quan giới thiệu từ làm sở cho q trình tính tốn mơ hình mạch DC/DC Các mơ hình mạch mơ sau mơ hình thực tế lắp đặt thử nghiệm LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực đồ án tốt nghiệp, em nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến ThS.Trần Anh Tuấn, giảng viên Trung Tâm Thí Nghiệm Điện ThS.Nguyễn Văn Tấn, giảng viên Bộ môn Điện Công Nghiệp, trường Đại Học Bách Khoa, Đại Học Đà Nẵng tận tình hướng dẫn, bảo em suốt trình hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô khoa Điện truyền dạy cho em kiến thức môn học đại cương môn chuyên ngành, giúp em có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập Do thời gian kiến thức hạn chế, q trình hồn thiện đồ án khơng tránh khỏi sai sót Kính mong q thầy/cơ bảo thêm Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 20 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Huỳnh Trần Thanh Nhi CAM ĐOAN Chúng em xin cam đoan nội dung, số liệu, kết đồ án, hướng dẫn ThS.Trần Anh Tuấn trung thực chép đồ án hay cơng trình có từ trước Chúng em xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực đồ án cảm ơn thơng tin trích dẫn đồ án rõ nguồn gốc rõ ràng phép công bố Đà Nẵng, ngày 20 tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Huỳnh Trần Thanh Nhi MỤC LỤC TÓM TẮT i LỜI CẢM ƠN ii CAM ĐOAN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ix Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI VIỆT NAM VÀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI ĐỘC LẬP 1.1 Năng lượng mặt trời Việt Nam 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Xu hướng phát triển lượng mặt trời Việt Nam 1.2 Hệ thống lượng mặt trời độc lập 1.2.1 Pin quang điện 1.2.2 Ắc quy 1.2.3 Bộ chuyển đổi DC/DC 11 1.2.4 Bộ chuyển đổi DC/AC 12 1.3 Kết luận 13 CHƯƠNG 2: BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/DC (BOOST CONVERTER) VÀ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC/AC 14 2.1 Bộ chuyển đổi DC/DC tăng áp (Boost Converter) 14 2.1.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động mạch tăng áp 14 2.1.2 Thiết kế, tính tốn mạch tăng áp 17 2.2 Bộ chuyển đổi DC/AC cầu H pha 20 2.2.1 Cấu tạo nguyên lí hoạt động 20 2.2.2 Phương pháp điều khiển SPWM 21 2.3 Các phương pháp điều khiển DC/DC 22 2.3.1 Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung PWM 22 2.3.2 Điều khiển phương pháp xung tần 23 2.4 Kết luận 23 CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI BOOST CONVERTER ĐA TẦNG 24 3.1 Tổng quan 24 3.2 Lựa chọn linh kiện thiết bị 24 3.2.1 Vi điều khiển ARM STM32F103C8T6 24 3.2.2 IC ổn áp 7805 7812 26 3.2.3 Mosfet IRFP250N 27 3.2.4 Diode D92-02 28 3.2.5 IC 74HC32 29 3.2.6 IC IR2110 30 3.2.7 Mosfet IRFP460 31 CHƯƠNG 4: LẮP ĐẶT, HÌNH ẢNH THỰC TẾ VÀ KẾT QUẢ BỘ CHUYỂN ĐỔI ………… 32 4.1 Lắp đặt mơ hình thực tế 32 4.1.1 Mạch nguồn 5VDC 12VDC 32 4.1.2 Mạch điều khiển STM32 32 4.1.3 Mạch điều khiển công suất sử dụng IR2110 33 4.1.4 Mạch công suất 34 4.2 Hoàn thành bo mạch 36 4.3 Kết chuyển đổi DC/DC 42 4.4 Kết luận 46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 48 PHỤ LỤC 50 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Số liệu xạ mặt trời Việt Nam Bảng 3.1 Các thông số STM32F103C8T6 26 Bảng 3.2 Thông số IC 7805 IC 7812 27 Bảng 3.3 Thông số kỹ thuật Mosfet IRFP250N 28 Bảng 3.4 Thông số kỹ thuật IC 74HC32 29 Bảng 3.5 Thông số kỹ thuật IC IR2110 30 Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật Mosfet IRFP460 31 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Bản đồ xạ mặt trời Việt Nam Hình 1.2 Nhà máy điện mặt trời Hồng Phong – tỉnh Bình Thuận Hình 1.3 Nhà máy điện mặt trời BP Solar – Ninh Thuận Hình 1.4 Cấu tạo nguyên lí hoạt động tế bào pin mặt trời Hình 1.5 Cấu tạo Pin Mono Pin Poly Hình 1.6 Ắc quy 12V-5Ah Hình 1.7 Các loại biến đổi DC/DC khơng cách ly 12 Hình 1.8 Bộ chuyển đổi DC/AC 12 Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp 14 Hình 2.2 Trạng thái làm việc mạch tăng áp khóa S đóng 15 Hình 2.3 Trạng thái làm việc mạch tăng áp khóa S mở 15 Hình 2.4 Dạng sóng điện áp dịng điện mạch tăng áp chu kỳ 16 Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lí nghịch lưu cầu H pha 20 Hình 2.6 Dạng sóng dòng điện, điện áp mạch nghịch lưu áp pha 21 Hình 2.7 Ngun lí hoạt động SPWM 22 Hình 2.8 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển băm xung chiều PWM 23 Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc mạch băm xung chiều kiểu xung – tần 24 Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan chuyển đổi 24 Hình 3.2 Vi xử lý STM32F103C8T6 25 Hình 3.3 Cấu trúc mạch CPU 25 Hình 3.4 IC ổn áp 7805 26 Hình 3.5 IC ổn áp 7812 27 Hình 3.6 Mosfet IRFP250N 27 Hình 3.7 Diode D92-02 28 Hình 3.8 IC 74HC32 29 Hình 3.9 IC IR2110 30 Hình 3.10 Mosfet IRFP460 31 Hình 4.1 Sơ đồ mạch nguồn 5VDC kết hợp 12VDC 32 Hình 4.2 Sơ đồ nối chân STM32 32 Hình 4.3 Mạch điều khiển mosfet 33 Hình 4.4 Mạch cơng suất Boost 34 Hình 4.5 Mạch công suất Boost 34 Hình 4.6 Mạch bảo vệ áp 35 Hình 4.7 Bản vẽ thiết kế 3D 36 Hình 4.8 Bộ Boost sau lắp đặt linh kiện 37 Hình 4.9 Bộ Boost sau lắp đặt linh kiện 38 Hình 4.10 Hoàn thành lắp đặt hai Boost 39 Hình 4.11 Mặt modul 40 Hình 4.12 Hệ thống hồn chỉnh 41 Hình 4.13 Khi bắt đầu nạp nguồn 42 Hình 4.14 Kết đạt 43 Hình 4.15 Điện áp nguồn vào đo 44 Hình 4.16 Điện áp dịng điện đạt chuyển đổi 45 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT : Ký hiệu Giải thích BXMT Bức xạ mặt trời NLMT Năng lượng mặt trời DC/AC Chuyển đổi điện chiều/xoay chiều DC/DC Chuyển đổi điện chiều IGBT Van bán dẫn IGBT MOSFET Van bán dẫn Mosfet NLMT Năng lượng mặt trời PV Pin quang điện PWM Điều rộng xung TOE Tấn dầu tương đương MPPT Thuật toán bắt điểm công suất cực đại 10 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Hình 4.8 Bộ Boost sau lắp đặt linh kiện SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 40 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Hình 4.9 Bộ Boost sau lắp đặt linh kiện SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 41 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Hình 4.10 Hồn thành lắp đặt kết hợp hai Boost SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 42 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Hình 4.11 Mặt modul SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 43 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Hình 4.12 Hệ thống hồn chỉnh SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 44 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời 4.3 Kết chuyển đổi : Hình 4.13 Khi bắt đầu nạp nguồn SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 45 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Hình 4.14 Kết đạt SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 46 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Hình 4.15 Điện áp nguồn vào đo ( 48.5V ) SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 47 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Hình 4.16 Điện áp dịng điện đạt chuyển đổi SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 48 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời 4.4 Kết luận : Qua tiến hành lắp đặt thử nghiệm tồn mơ hình mạch Boost DC-DC 48V lên 400V thực tế, kết cho thấy khả hoạt động hệ thống ổn định đạt cơng suất khác tùy thuộc vào góc mở Góc mở lớn, cơng suất đạt lớn Hệ thống tản nhiệt khơng có tượng bị nóng mức, mosfet diode hoạt động ổn định SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 49 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời KẾT LUẬN : Trong đồ án này, nhóm em hồn thành thiết kế chuyển đổi tăng áp Boost Converter ứng dụng hệ thống lượng mặt trời độc lập Đây sở để chúng em tiếp tục phát triển hướng đề tài để hoàn thiện chuyển đổi lượng DC/DC kết hợp DC/AC ứng dụng cho hệ thống điện lượng mặt trời độc lập Với ưu điểm thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp ráp, đơn giản tận dụng tính vi điều khiển Tuy nhiên hệ thống cịn chưa đạt tối đa công suất yêu cầu Kết thu chưa thật tối ưu hạn hẹp mặt kiến thức thời gian gặp phải số khó khăn q trình làm hồn thiện đề tài, đồ án nhóm em khơng tránh khỏi sai sót, mong q thầy thơng cảm, đóng góp ý kiến, bảo để hồn thiện SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 50 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tạ Văn Ða, Hoàng Xuân Cơ, Ðinh Mạnh Cường, Đặng Thị Hải Linh, Đăng Thanh An, Lê Hữu Hải, “Khả khai thác lượng mặt trời phục vụ hoạt động đời sống miền trung”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Tập 32, Số 1S (2016), 8388 [2] Buchholz, Bernd M., and Zbigniew Styczynski Smart grids-fundamentals and technologies in electricity networks Vol 396 Heidelberg: Springer, 2014 [3] Fuentes, M., et al "Application and validation of algebraic methods to predict the behaviour of crystalline silicon PV modules in Mediterranean climates." Solar Energy 81.11 (2007): 1396-1408 [4] Green, Martin A., et al "Crystalline silicon on glass (CSG) thin-film solar cell modules." Solar energy 77.6 (2004): 857-863 [5] Trần Trọng Vũ, Huỳnh Minh Phương, “Thiết kế điều khiển cho biến đổi điện tử công suất”, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, 2014, trang 57-59 [6] Chihchiang Hua and Chihming Shen, "Study of maximum power tracking techniques and control of DC/DC converters for photovoltaic power system," PESC 98 Record 29th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference (Cat No.98CH36196), Fukuoka, 1998, pp 86-93 vol.1 [7] Ned Mohan, Tore M Undeland, William P Robbins, (1989), “Power Electronics: Converters, Applications, and Design” New York: Wiley [8] Rashid, Muhammad H., ed Power electronics handbook ButterworthHeinemann, 2017 [9] Erickson, Robert W "DC–DC power converters." Wiley encyclopedia of electrical and electronics engineering (2001) [10] Phạm Quốc Hải, “Hướng dẫn thiết kế Điện tử Công suất”, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật - Hà Nội, 2009 [11] Brigitte Hauke, “Basic Calculation of a Boost Converter's Power Stage, Low Power DC/DC Application”, Texas Instrument, 1-2014 SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 51 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời [12] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, “ Điện tử công suất – Tập 1”, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật - Hà Nội [13] Nguyễn Bính, “Điện tử cơng suất”, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật - Hà Nội, 2000 [14] H W van der Broeck, H - Skudelny and G V Stanke, "Analysis and realization of a pulsewidth modulator based on voltage space vectors," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol 24, no 1, pp 142-150, Jan.-Feb 1988 SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 52 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời PHỤ LỤC #include STM32ADC myADC(ADC1); int Sample; #define PWMpin PB0 HardwareTimer pwmtimer(3); String inString = "";// biễn chuỗi ký tự int Vinref; int j, p; unsigned long time1, MaxDuty, Duty_gh; static char outstr[15]; void setup() { pwmtimer.setPrescaleFactor(1); pwmtimer.setPeriod(20); pwmWrite(PWMpin, 0); Serial.begin(500000); pinMode(PC13, OUTPUT); pinMode(PWMpin, PWM); myADC.calibrate(); myADC.setSampleRate(ADC_SMPR_71_5); myADC.setScanMode(); myADC.setContinuous(); myADC.startConversion(); SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 53 Nghiên cứu thiết kế Boost đa tầng ứng dụng hệ thống lượng mặt trời Vinref=0; delay(2000); } void loop() { for (j = 1;j938) Vinref=938; pwmWrite(PWMpin, Vinref); delay(5); } SVTH: Huỳnh Trần Thanh Nhi GVHD: Th.S Trần Anh Tuấn – Th.S Nguyễn Văn Tấn 54