Nghiên cứu cải tiến sơ đồ bộ biến đổi công suất cấp nguồn cho hệ truyền động của hệ thống cương heliostat

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - VĂN KINH LUÂN NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN SƠ ĐỒ BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT CẤP NGUỒN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GƯƠNG HELIOSTAT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng12 năm 2016 ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - VĂN KINH LUÂN NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN SƠ ĐỒ BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT CẤP NGUỒN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GƯƠNG HELIOSTAT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ CHUYÊN NGÀNH: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS PHAN QUỐC DŨNG TP HỒ CHÍ MINH – 2016 iii Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS - TS Phan Quốc Dũng Cán chấm nhận xét : Cán chấm nhận xét : Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: ……………………………………… Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA………… iv ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: …………Văn Kinh Luân MSHV:…13183236 Ngày, tháng, năm sinh: ……03/10/1990 Nơi sinh: Bình Định Chuyên ngành: …….Kỹ Thuật Điện Mã số : …60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN SƠ ĐỒ BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT CẤP NGUỒN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GƯƠNG HELIOSTAT NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: II Tìm hiểu hệ thống nhiệt điện mặt trời gương định nhật Heliostat Phân tích đề xuất mơ hình cải tiến cho biến đổi cơng suất cho hệ truyền động hệ thống heliostat Mô so sánh kết mơ hình truyền thống mơ hình đề xuất Nghiên cứu chỉnh sửa bổ sung thành phần mơ hình thực nghiệm sẵn có NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 17/08/2015 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ THEO QUYẾT ĐỊNH : 18/12/2016 IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Phó Giáo Sư - Tiến Sĩ PHAN QUỐC DŨNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Tp HCM, ngày 06 tháng 12 năm 2016 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA….……… (Họ tên chữ ký) v LỜI CẢM ƠN Xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Phan Quốc Dũng, người hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành đề tài Xin gởi lời tri ân điều mà Thầy dành cho Cảm ơn Thầy Xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn đến tồn thể q Thầy Cô thuộc môn khoa Điện-Điện Tử Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu thực đề tài Tp Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 12 năm 2016 Học viên Văn Kinh Luân vi TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ Hệ thống gương định nhật Heliostat hệ thống gương phẳng dùng để hội tụ lượng mặt trời vào tháp thu nhiệt trung tâm hệ thống nhiệt điện mặt trời tập trung Mỗi gương định nhật xoay theo hai trục vận hành hai động DC, động DC cấp nguồn điều khiển hai chopper DCDC Trong hệ thống gương định nhật nhà máy nhiệt điện mặt trời, định nhật hệ thống độc lập, tự vận hành tự cấp nguồn PV gắn đỉnh gương Trong mơ hình gương định nhật truyền thống, chopper sử dụng chopper bốn khóa Ưu điểm chopper bốn khóa giá thành thấp điều khiển đơn giản Tuy nhiên việc sử dụng chopper bốn khóa điều khiển gương định nhật tồn số vấn đề như: khả điều khiển điện áp cấp cho động DC chưa linh hoạt, tổn hao lượng trình vận hành lớn dẫn đến phải tăng công suất nguồn (PV acquy) Đề tài đề xuất sử dụng chopper ba bậc NPC để thay cho chopper bốn khóa mơ hình điều khiển gương định nhật Việc thay giúp cải thiện điện áp ngõ điều khiển cấp nguồn cho động cơ, điện áp ngõ linh hoạt giúp động điều khiển đáp ứng vị trí điều khiển tốt hơn, giảm độ vọt lố sai số xác lập, từ giúp tăng hiệu sử dụng lương, giảm tổn hao, giảm cơng suất PV acquy cấp nguồn cho hệ thống Mặt khác chopper ba bậc NPC sử dụng nguồn điện ngõ vào hai nguồn điện áp thấp thay đổi linh hoạt việc sử dụng lượng từ hai nguồn hai nguồn, giúp tăng tuổi thọ nguồn khả cung cấp lượng linh hoạt cho tải Các khóa bán dẫn chopper ba bậc NPC đóng cắt điều kiện điện áp thấp so với khóa bán dẫn chopper bốn khóa nên tuổi thọ cao Ngồi nội dung nghiên cứu cải tiến sơ đồ biến đổi công suất cấp nguồn cho hệ truyền động hệ thống gương heliostat, đề tài cịn tìm hiểu lịch sử phát triển nhiệt điện mặt trời gương định nhật tìm hiểu phương pháp xác định vị trí mặt trời vii ABSTRACT Heliostat system is a system of flat mirrors used to collect and redirect solar beam into the thermal collectors in the central tower Each heliostat rotate in two axes are operated by two DC motors, DC motors are powered and controlled by one or two DC-DC chopper In heliostat systems of solar thermal power plants, each heliostat is an independent system, self-operating and self-powered by the PV panels mounted on top of the mirror In traditional heliostat model, four-quadrant chopper is used Advantages of the four-quadrant chopper is low cost and simple controls But there are some drawbacks when using four-quadrant chopper: the output voltage is not flexible, high energy losses leads to increased power (PV and battery) This thesis proposes to use three-level NPC chopper to replace the four-quadrant chopper This substitution improves output voltage, the output voltage is more flexible, lead to better control placement, thus helping to increase energy efficiency, reduce losses, which may reduce the capacity of the PV and battery supplies power in the system On the other hand, the three-level NPC chopper uses two input power low voltage source can be changed flexibly The MOSFET in three-level NPC chopper switching in low voltage conditions than the MOSFET in four-quadrant chopper so that they have a higher life expectancy In addition, this thesis study about the historical development of solar thermal power and heliostat, as well as about the method of determining the position of the sun viii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu cải tiến sơ đồ biến đổi công suất cấp nguồn cho hệ truyền động hệ thống gương heliostat” cơng trình nghiên cứu thân tơi, hướng dẫn Phó Giáo Sư - Tiến Sĩ Phan Quốc Dũng, số liệu kết thực nghiệm hồn tồn trung thực Tơi cam đoan khơng chép cơng trình khoa học người khác, tham khảo có trích dẫn rõ ràng Học viên cao học Văn Kinh Luân ix MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .v TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ vi LỜI CAM ĐOAN viii MỤC LỤC ix DANH MỤC HÌNH ẢNH xi DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU xiv CHƯƠNG 0: MỞ ĐẦU 0.1 Giới thiệu 0.2 Bài báo công bố CHƯƠNG 1: HỆ THỐNG NHIỆT ĐIỆN MẶT TRỜI VÀ GƯƠNG ĐỊNH NHẬT 1.1 Các dạng nhiệt điện Mặt Trời 1.1.1 Hệ thống nhiệt điện Mặt Trời sử dụng gương parapol 1.1.2 Hệ thống nhiệt điện Mặt Trời sử dụng gương Fresnel: 1.1.3 Hệ thống nhiệt điện Mặt Trời với tháp thu nhiệt trung tâm .9 1.2 Tổng quan lịch sử phát triển công nghệ gương định nhật 11 1.2.1 Tổng hợp nghiên cứu Hoa Kỳ 11 1.1.9 Tổng hợp nghiên cứu châu Âu 15 Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ MẶT TRỜI 19 2.1 Các hệ tọa độ để xác định vị trí thiên thể bầu trời 19 2.1.1 Một số khái niệm thiên văn 19 2.1.2 Hệ tọa độ đường chân trời 21 2.1.3 Hệ tọa độ xích đạo 22 2.1.4 Hệ tọa độ Hoàng đạo 24 2.2 Phương trình thời gian số phương pháp xác định vị trí mặt trời 25 2.2.1 Phương trình thời gian 25 2.2.2 Các giải thuật xác định vị trí mặt trời .28 Chương 3: MƠ HÌNH ĐIỀU KHIỂN GƯƠNG ĐỊNH NHẬT 30 3.1 Mơ hình tổng quan 30 x 3.2 Các hàm truyền hệ thống 32 3.2.1 Vòng điều khiển dòng điện 33 3.2.2 Vòng điều khiển hồi tiếp tốc độ .34 3.2.3 Vịng điều khiển hồi tiếp vị trí 35 3.2.4 Các khối hàm truyền .36 3.2.5 Giá trị tham chiếu .40 Chương 4: CẤU HÌNH BỘ CHOPPER ĐIỀU KHIỂN GƯƠNG ĐỊNH NHẬT .42 4.1 Cấu trúc chopper bốn khóa mơ hình truyền thống 42 4.2 Nguyên lý đóng cắt khóa bán dẫn cho chopper bốn khóa 42 4.2.1 Nguyên lý đóng cắt lưỡng cực chopper bốn khóa 43 4.2.2 Nguyên lý đóng cắt đơn cực chopper bốn khóa 44 4.3 Cấu trúc chopper ba bậc NPC mơ hình đề xuất 47 4.4 Nguyên lý đóng cắt khóa bán dẫn cho chopper ba bậc NPC .48 Chương 5: MÔ PHỎNG PSIM VÀ THỰC NGHIỆM .53 5.1 Giới thiệu PSIM Thermal Modul 53 5.2 Xây dựng mơ hình mơ PSIM 53 5.2.1 Nhập datasheet linh kiện cần mô vào sở liệu Thermal Module 53 5.2.2 Các thông số mơ hình mơ PSIM .54 5.2.3 Xây dựng khối mơ hình mô PSIM 56 5.3 Kết mô đánh giá tiêu thụ lượng hai mơ hình 62 5.3.1 Case study T = 25s 63 5.3.2 Case study T = 180s 75 5.3 Mơ hình kết thực nghiệm 87 Chương 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 94 6.1 Kết luận 94 6.2 Hướng phát triển đề tài 95 TÀI LIỆU THAM KHẢO 97 PHỤ LỤC 99 IMPROVEMENT OF POWER CONVERTER CONFIGURATION IN HELIOSTAT SYSTEM 99 ... TÀI: NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN SƠ ĐỒ BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT CẤP NGUỒN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GƯƠNG HELIOSTAT NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: II Tìm hiểu hệ thống nhiệt điện mặt trời gương định nhật Heliostat. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - VĂN KINH LUÂN NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN SƠ ĐỒ BỘ BIẾN ĐỔI CÔNG SUẤT CẤP NGUỒN CHO HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG GƯƠNG HELIOSTAT CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ CHUYÊN... Heliostat Phân tích đề xuất mơ hình cải tiến cho biến đổi cơng suất cho hệ truyền động hệ thống heliostat Mô so sánh kết mơ hình truyền thống mơ hình đề xuất Nghiên cứu chỉnh sửa bổ sung thành phần