Nghiên cứu điều khiển bộ biến đổi DC DC có hệ số biến đổi điện áp cao

Nghiên cứu điều khiển bộ biến đổi DC DC có hệ số biến đổi điện áp cao Nghiên cứu điều khiển bộ biến đổi DC DC có hệ số biến đổi điện áp cao Nghiên cứu điều khiển bộ biến đổi DC DC có hệ số biến đổi điện áp cao luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THÀNH LONG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC CÓ HỆ SỐ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VŨ THÀNH LONG NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC CÓ HỆ SỐ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP CAO Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS TRẦN TRỌNG MINH Hà Nội – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan luận văn: “Nghiên cứu điều khiển biến đổi DC-DC có hệ số biến đổi điện áp cao” em tự thiết kế hướng dẫn thầy giáo PGS TS Trần Trọng Minh Các số liệu kết hoàn toàn với thực tế Để hoàn thành đồ án em sử dụng tài liệu ghi danh mục tài liệu tham khảo không chép hay sử dụng tài liệu khác Nếu phát có chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, Ngày tháng 09 năm 2017 Học viên thực Vũ Thành Long i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ v MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC VỚI HỆ SỐ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP CAO .3 1.1 Các biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao 1.1.1 Nguyên lý hoạt động biến đổi DC-DC 1.1.2 Các biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao 1.2 Mô hình hóa biến đổi 1.3 Thiết kế hệ thống điều khiển cho biến đổi 1.3.1 Mục tiêu đặt thiết kế điều khiển biến đổi 1.3.2 Các loại hệ thống điều khiển 12 1.4 Ứng dụng biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao thực tế 14 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC VỚI HỆ SỐ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP CAO .15 2.1 Tìm hiểu mạch nguồn cách li Flyback 15 2.2.1 Nguyên lý hoạt động Flyback converter 15 2.2.2 Chế độ hoạt động 16 2.2.3 Ưu điểm nhược điểm Flyback converter 21 2.2 Bộ biến đổi Boost-Flyback 22 2.2.1 Khoảng thời gian từ t0 đến t1: T01 23 2.2.2 Khoảng thời gian từ t1 đến t2: T12 26 2.2.3 Khoảng thời gian từ t2 đến t3: T23 30 2.2.4 Khoảng thời gian từ t3 đến t4: T34 32 2.2.5 Khoảng thời gian từ t4 đến t5: T45 34 2.2.6 Khoảng thời gian từ t5 đến t6: T56 36 2.2.7 Khoảng thời gian từ t6 đến t7: T67 37 2.3 Xây dựng phương trình tính giá trị Duty (d) tỉ số máy biến áp (n) 38 ii 2.3.1 Điện áp trung bình qua điện cảm Lm không 39 2.3.2 Điện áp trung bình qua điện cảm Ld khơng 39 2.3.3 Dòng điện cân qua tụ C2 40 2.4 Tính tốn mạch lực 42 2.4.1 Tính chọn cuộn cảm máy biến áp diode 42 2.4.2 Tính chọn giá trị duty (d) tỉ số biến áp (n) 43 2.4.3 Tính chọn van MOSFET tụ điện đầu 45 CHƢƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 47 3.1 Khảo sát biến đổi 47 3.1.1 Mơ hình hóa biến đổi Matlab-Simulink 47 3.1.2 Nhận xét 50 3.2 Thiết kế điều khiển 51 3.3 Kết mô 57 CHƢƠNG ỨNG DỤNG CỦA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST-FLYBACK TRONG HỆ PIN MẶT TRỜI 59 4.1 Giới thiệu pin mặt trời 59 4.1.1 Định nghĩa 59 4.1.2 Đặc tính làm việc pin mặt trời 60 4.2 Hệ thống pin mặt trời 63 4.2.1 Hệ pin mặt trời làm việc độc lập 63 4.2.2 Hệ pin mặt trời làm việc với lưới 64 4.3 Ứng dụng biến đổi Boost-Flyback hệ pin mặt trời có MPPT 65 4.3.1 Giới thiệu MPPT 65 4.3.2 Mô biến đổi Boost-Flyback hệ pin mặt trời có MPPT 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt/Kí hiệu Cụm từ đầy đủ AC Alternating current DC Direct current SMPS Switch mode power supply CCM Continuous conduction mode DCM Discontinuous conduction mode PV Photovoltaics PWM Pulse-width modulation MPP Maximum power point MPPT Maximum power point tracking iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Các dạng biến đổi DC-DC Hình 1.2 Sơ đồ mạch Flyback converter Hình 1.2 Cấu trúc biến đổi boost-flyback Hình 1.3 Sơ đồ cấu trúc điều khiển điện áp đầu cho biến đổi boost Hình 1.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển cho hệ nguồn phát từ pin mặt trời 10 kết nối với lưới điện pha 10 Hình 2.1 Cấu hình Flyback converter 15 Hình 2.2 Cấu hình tương đương Flyback converter 16 Hình 2.3 Chế độ dịng điện khơng liên tục 17 Hình 2.4 Chế độ dòng điện liên tục 17 Hình 2.5 Trạng thái khóa (van đóng)… 18 Hình 2.6 Trạng thái mở (van ngắt)…… 18 Hình 2.7 Đồ thị dạng dòng điện, điện áp phần tử sơ đồ biến đổi Flyback 20 Hình 2.8 Mạch boost-flyback 22 Hình 2.9 Đồ thị dạng dòng điện khoảng thời gian 23 Hình 2.10 Dạng dịng điện phần tử khoảng thời gian T01 23 Hình 2.11 Sơ đồ mạch tương đương khoảng T01 24 Hình 2.12 Dạng dịng điện phần tử khoảng thời gian T12 26 Hình 2.13 Sơ đồ mạch tương đương khoảng T12 26 Hình 2.14 Sơ đồ mạch quy đổi máy biến áp từ sơ cấp sang thứ cấp 27 Hình 2.15 Dạng dịng điện phần tử khoảng thời gian T23 30 Hình 2.16 Sơ đồ mạch tương đương khoảng T23 30 Hình 2.17 Dạng dịng điện phần tử khoảng thời gian T34 32 Hình 2.18 Sơ đồ mạch tương đương khoảng T34 33 Hình 2.19 Dạng dịng điện phần tử khoảng thời gian T45 34 Hình 2.20 Sơ đồ mạch tương đương khoảng T45 34 Hình 2.21 Sơ đồ mạch quy đổi máy biến áp từ sơ cấp sang thứ cấp 34 Hình 2.22 Dạng dịng điện phần tử khoảng thời gian T56 36 Hình 2.23 Sơ đồ mạch tương đương khoảng T56 36 v Hình 2.24 Dạng dòng điện phần tử khoảng thời gian T67 37 Hình 2.25 Sơ đồ mạch tương đương khoảng T67 38 Hình 3.1 Mơ hình hóa biến đổi simulink 47 Hình 3.2 Thơng số điều chỉnh exact linearization 48 Hình 3.3 Giao diện hình 49 Hình 3.4 Tạo tín hiệu sin (tín hiệu nhỏ) để xác định đáp ứng đầu 49 Hình 3.5 Kết phân tích đặc tính tần số biến đổi 50 Hình 3.6 Cấu trúc điều khiển phản hồi điện áp đầu 51 Hình 3.7 Đồ thị biên pha điều khiển bù loại 52 Hình 3.8 Đồ thị Bode điều khiển 55 Hình 3.9 Mơ hình bù loại 55 Hình 3.10 Sơ đồ mạch mô PSIM thay đổi tải đầu 57 Hình 3.11 Kết mơ điện áp dòng điện đầu thay đổi tải đầu 57 Hình 3.12 Sơ đồ mạch mô PSIM thay đổi điện áp đầu vào 58 Hình 3.13 Kết mơ điện áp dịng điện đầu thay đổi điện áp đầu vào 58 Hình 4.1 Sơ đồ tương đương pin mặt trời 60 Hình 4.2 Sự phụ thuộc đường đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ 62 Hình 4.3 Thơng số kĩ thuật pin mặt trời MITSUBISHI sản xuất 62 Hình 4.4 Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc độc lập 63 Hình 4.5 Hệ pin mặt trời nối lưới 64 Hình 4.6 Mơ hình hóa biến đổi hệ pin mặt trời 66 Hình 4.7 Đồ thị dịng điện, điện áp cơng suất pin mặt trời 66 Hình 4.8 Đồ thị điện áp đầu biến đổi Boost-Flyback 67 vi MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày với tình hình dân số công nghiệp phát triển không ngừng, lượng thể rõ vai trò quan trọng trở thành yếu tố thiếu sống Tuy nhiên nhu cầu sử dụng lượng ngày gia tăng nguồn lượng truyền thống khai thác sử dụng hàng ngày dần cạn kiệt trở nên khan Trước tình hình đó, vấn đề mở rộng sử dụng nguồn lượng quan tâm mật thiết Chính thế, nhu cầu biến đổi với tỷ lệ biến đổi điện áp cao ngày tăng Chúng sử dụng nhiều lĩnh vực quang điện, pin, lưu trữ lượng v.v… Đây vấn đề cộng đồng điện tử sâu nghiên cứu Luận văn với đề tài: “Nghiên cứu điều khiển biến đổi DC-DC có hệ số biến đổi điện áp cao” xuất phát từ yêu cầu thực tế Tác giả hy vọng góp phần vào nghiệp nghiên cứu chung xã hội phát triển ngành công nghiệp sản xuất thiết bị điện tử Việt Nam Mục tiêu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu đề tài nghiên cứu cấu trúc tiêu biểu biến đổi DC-DC, trọng tâm nghiên cứu biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao, lựa chọn cấu trúc phù hợp, mơ hình hóa hệ thống thiết kế điều khiển cho biến đổi, khảo sát đánh giá chất lượng hệ thống Với mục tiêu đối tượng phạm vi nghiên cứu luận văn biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao, mơ hình hóa hệ thống thiết kế điều khiển, mơ thực tế đánh giá chất lượng Phƣơng pháp nghiên cứu Khảo sát mơ hình biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao Áp dụng phương pháp mơ hình hóa dựa vào mơ hệ thống biến đổi DCDC sở sử dụng cơng cụ MATLAB, từ áp dụng phương pháp tuyến tính để thiết kế điều khiển hệ thống Nội dung đề tài Thực nhiệm vụ cấu trúc luận văn gồm có phần Mở đầu; Chương 1,2,3,4 5; Kết luận kiến nghị; Tài liệu tham khảo Nội dung luận văn: Chương 1: Tổng quan biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao Chương 2: Nghiên cứu biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao Chương 3: Thiết kế điều khiển mô Chương 4: Ứng dụng biến đổi Boost-Flyback hệ pin mặt trời Kết luận kiến nghị Hàm truyền bù loại tính sau: G c (s)= Vo (sC5R + 1)[sC3 (R + R ) + 1] =Vi R (C4 + C5 )s(sC45R + 1)(sC3R + 1) (3.18) Trong đó: C45 = C4C5 C4 + C5 (3.19) Từ kết K = 287589, ωz  9390 , ωp = 420417 Ta tính ngược giá trị phần tử bù loại - Chọn R4  270k  , suy ta tính  1     ωz ωp  (3.20) ωz ωp R K (3.21) C5 = - C4 R 4K (3.22) R5 = (C4  C5 ) C C5 ω p (3.23) R3 =  R4 C3ωz (3.24) C3 = R4 C4 = Thay số vào ta được: R = 100kΩ , R = 5.6kΩ , C4 = 22pF , C5 = 100pF , C3 = 0.33nF 56 3.3 Kết mơ Hình 3.5 Sơ đồ mạch mô PSIM thay đổi tải đầu Hình 3.6 Kết mơ điện áp dòng điện đầu thay đổi tải đầu a) Khi tải thay đổi từ 0% đến 10% b) Khi thay đổi tải từ 10% đến 50% c) Khi thay đổi tải từ 50% đến 100% d) Khi thay đổi tải từ 100% đến 200% 57 Nhận xét: Từ kết mơ điện áp dịng điện PSIM ta thấy điện áp đáp ứng tốt ta thay đổi tải đầu mức khác Điện áp bám sát giá trị yêu cầu Hình 3.7 Sơ đồ mạch mơ PSIM thay đổi điện áp đầu vào Hình 3.8 Kết mơ điện áp dịng điện đầu thay đổi điện áp đầu vào Nhận xét: Từ kết mô ta thấy điện áp vào thay đổi từ dải 25V đến 35V điện áp đáp ứng tốt 58 CHƢƠNG ỨNG DỤNG CỦA BỘ BIẾN ĐỔI BOOST-FLYBACK TRONG HỆ PIN MẶT TRỜI 4.1 Giới thiệu pin mặt trời 4.1.1 Định nghĩa Pin mặt trời gọi pin quang điện thiết bị ứng dụng hiệu ứng quang điện bán dẫn (thường gọi hiệu ứng quang điện – quang dẫn ) để tạo dòng điện chiều từ ánh sáng mặt trời Loại pin mặt trời thông dụng loại sử dụng Silic tinh thể Tinh thể Silic tinh khiết chất bán dẫn điện điện tử bị giam giữ liên kết mạng, khơng có điện tử tự Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ kích thích, điện tử bị bứt khỏi liên kết, điện tử tích điện âm nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn để lại lỗ trống tích điện dương vùng hóa trị Lúc chất bán dẫn dẫn điện Có loại pin mặt trời làm từ tinh thể Silic: - Một tinh thể hay đơn tinh thể module Đơn tinh thể có hiệu suất tới 16% Loại thường đắt tiền cắt từ thỏi hình ống, đơn thể có mặt trống góc nối module - Đa tinh thể làm từ thỏi đúc từ Silic nung chảy, sau làm nguội làm rắn Loại pin thường rẻ loại đơn tinh thể, lại có hiệu suất Tuy nhiên chúng tạo thành vng che phủ bề mặt nhiều loại đơn tinh thể bù cho hiệu suất thấp - Dải Silic tạo từ miếng phim mỏng từ Silic nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể Loại thường có hiệu suất thấp loại rẻ loại khơng cần phải cắt từ thỏi Silicon Về chất pin quang điện diot bán dẫn bao gồm hai bán dẫn loại P loại N đặt sát cạnh nhau, khác chỗ pin quang điện có điện tích bề mặt rộng có lớp N cực mỏng để ánh sáng truyền qua Trên bề mặt pin quang điện có lớp chống phản xạ chiếu ánh sáng vào pin quang điện, có phần ánh sáng bị hấp thụ truyền qua lớp N phần ánh sáng bị phản xạ 59 ngược lại phần ánh sáng đến lớp chuyển tiếp, nơi có cặp electron lỗ trống nằm điện trường bề mặt giới hạn Với bước sóng thích hợp truyền cho electron lượng đủ lớn để thoát khỏi liên kết Khi thoát khỏi liên kết, tác dụng điện trường, electron bị kéo phía bán dẫn loại N, cịn lỗ trống bị kéo phía bán dẫn loại P Khi nối hai cực hai phần bán dẫn loại N P đo hiệu điện Giá trị hiệu điện phụ thuộc vào chất chất làm bán dẫn tạp chất hấp thụ 4.1.2 Đặc tính làm việc pin mặt trời Một pin mặt trời PV (photovoltaic cell) gồm lớp bán dẫn chịu tác dụng quang học để biến đổi lượng photon xạ mặt trời thành điện Theo quan điểm lượng điện tử, pin mặt trời coi nguồn dòng biểu diễn mối quan hệ phi tuyến I(V) Hiệu suất pin mặt trời lớn pin mặt trời cung cấp cho ta cơng suất cực đại Theo đặc tính phi Hình 5.1 xảy P(V) cực đại tức P(V)=Pmax điểm  Imax Vmax  gọi điểm cực đại MPP (Maximum Point Power ) Cơng suất pin tính theo cơng thức: P=I.V (4.1) Ta có sơ đồ tương đương pin mặt trời là: Rs Isc Id Ish Vd Rsh I V Hình 4.1 Sơ đồ tƣơng đƣơng pin mặt trời Từ sơ đồ tương đương, ta có phương trình đặc trưng vơn – ampe pin sau: 60 I  I sc - I D - I sh  I sc - I s (e V  I Rs q AkT -1) - V  I Rs Rsh (4.2) Với: qV Dòng điện qua diode Dòng quang điện ngắn mạch I D  I s (e AkT -1) [A] I sc  A.H  [A] (4.3) (4.4) Trong : I & V: dòng điện [A] điện áp [V] module Is: dòng bão hòa module [A] T: nhiệt độ tế bào, 0K k: số Boltzman, 1,38.10-23 J/K q: điện tích electron, 1,6.10-19 C Isc: dòng ngắn mạch [A] Ish: Dòng qua điện trở shunt [A] Rsh: điện trở Shunt, kΩ Rs: điện trở nối tiếp, Ω A: Diện tích pin mặt trời H: Cường độ chiếu sáng Nhận xét: - Dòng ngắn mạch Isc tỷ lệ thuận với cường độ xạ chiếu sáng Nên đường đặc tính V-I pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ xạ chiếu sáng Ở tầng xạ thu điểm làm việc V=VMPP có công suất lớn - Điện áp hở mạch V phụ thuộc trực tiếp vào nhiệt độ nên đường đặc tính VA Pin mặt trời phụ thuộc vào nhiệt độ pin 61 Isc(A) V(V) Hình 4.2 Sự phụ thuộc đƣờng đặc tính pin mặt trời vào nhiệt độ  Ví dụ thơng số kĩ thuật pin mặt trời hãng MITSUBISHI sản xuất Hình 4.3 Thông số kĩ thuật pin mặt trời MITSUBISHI sản xuất Trong bảng thông số kỹ thuật pin mặt trời hãng MITSUBISHI hình 5.3 ta quan tâm đến thông số sau: - Công suất tối đa PMAX [W] 62 - Điện áp hở mạch VOC [V] - Dòng ngắn mạch ISC [A] - Điện áp tối đa VMP [V] - Dòng điện tối đa IMP [A] 4.2 Hệ thống pin mặt trời Hệ thống pin mặt trời nhìn chung chia thành loại bản: Hệ pin mặt trời làm việc độc lập hệ pin mặt trời làm việc với lưới Hệ pin mặt trời làm việc độc lập thường sử dụng vùng xa xôi hẻo lánh, nơi mà lưới điện khơng thể kéo đến Cịn hệ pin mặt trời làm việc với lưới, mạng lưới pin mặt trời mắc với lưới điện qua biến đổi mà không cần dự trữ lượng Trong hệ này, biến đổi DC/AC làm việc với lưới phải đồng với lưới điện tần số điện áp 4.2.1 Hệ pin mặt trời làm việc độc lập PMT 25V-35V 200W-400W Bộ biến đổi DC/DC 350V-400V 200W-400W Bộ biến đổi DC/AC Tải xoay chiều MPPT Hình 4.4 Sơ đồ khối hệ quang điện làm việc độc lập Hệ pin mặt trời làm việc độc lập gồm có: a) Tấm pin mặt trời PMT Tấm pin mặt trời có nhiệm vụ hấp thụ chuyển hóa lượng xạ mặt trời thành lượng điện chiều, nguồn cung cấp cho biến đổi DC – DC b) Bộ điều khiển sạc MPPT Nhiệm vụ điều khiển sạc xác định lệnh cho biến đổi DC – DC bám theo điểm hoạt động có cơng suất cực đại pin mặt trời c) Các biến đổi hệ Các biến đổi hệ gồm có biến đổi chiều DC – DC biến đổi DC – AC 63 Bộ biến đổi DC – DC dùng để biến đổi điện áp chiều sinh từ pin mặt trời thành mức điện áp khác phù hợp để sạc acquy điều khiển điều khiển sạc MPPT Có nhiều loại biến đổi DC – DC sử dụng phổ biến loại: Bộ Boost converter, Buck converter Buck – Boost converter Cả ba biến đổi sử dụng nguyên tắc đóng mở khóa điện tử theo chu kỳ tính tốn sẵn để đạt mục đích sử dụng Tùy theo mục đích nhu cầu mà DC – DC lựa chọn cho thích hợp Điện áp đầu biến đổi DC-DC thường nằm khoảng 350V - 400V Công suất đầu khoảng 200W – 400W Bộ DC – AC có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn chiều sang nguồn xoay chiều để phục vụ cho thiết bị xoay chiều d) Tải tiêu thụ Tải xoay chiều nhận lượng từ nguồn AC sinh biến đổi DC – AC 4.2.2 Hệ pin mặt trời làm việc với lưới Hình 4.5 Hệ pin mặt trời nối lƣới a) Đặc điểm Đây hệ pin mặt trời kết nối với lưới điện Cấu trúc hệ cịn phụ thuộc vào quy mơ hệ đặc tính phụ tải sử dụng Hệ đòi hỏi độ phức tạp hoạt động, phải có đồng với lưới điện áp, tần số, góc pha phải bảo vệ ngắn mạch, dòng, áp, nối đất, chống sét, bảo vệ tách biệt … 64 Hệ pin mặt trời phụ thuộc vào thời gian chiếu sáng ngày, phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, đặc biệt thời gian cao điểm, đặc tính phụ tải điểm cao b) Bộ biến đổi hệ Bộ biến đổi giúp biến đổi nguồn điện chiều sinh từ pin mặt trời thành nguồn xoay chiều để hoà với lưới Bộ biến đổi DC – AC phải tạo điện áp dạng sin, phải đồng điện áp, tần số lưới, phải xác định điểm làm việc có cơng suất lớn dãy pin mặt trời Các loại biến đổi DC – AC thông thường điều khiển phương pháp PWM điều chỉnh độ rộng xung hoạt động tần số từ 2kHz đến 20kHz Nhìn chung, hệ pin mặt trời làm việc với lưới có ưu điểm lợi ích kinh tế đáng khuyến khích áp dụng rộng rãi hệ thống đòi hỏi nhiều u cầu phức tạp cịn phải phụ thuộc vào trạng thái, đặc điểm lưới điện phải đồng với lưới điện áp, pha tần số Hệ pin mặt trời làm việc độc lập có cấu trúc phức tạp có giá thành lắp đặt cao so với hệ làm việc với lưới lại đặc biệt thích hợp với vùng sâu vùng xa, nơi mà lưới điện không kéo đến chi phí đưa lưới điện vùng chí cịn cao chi phí lắp đặt hệ pin mặt trời 4.3 Ứng dụng biến đổi Boost-Flyback hệ pin mặt trời có MPPT 4.3.1 Giới thiệu MPPT MPPT hay Maximum Power Point Tracking thuật toán mà điều khiển sạc sử dụng để làm cho pin mặt trời kết nối vào hấp thụ tối đa lượng mặt trời Khi tia nắng mặt trời thay đổi (như trời râm mát hay nắng lên) điểm công suất cực đại pin mặt trời (Maximum Power Point : MPP) thay đổi theo Bộ điều khiển sạc có MPPT ln theo dõi quan hệ V-I, ép pin mặt trời phải làm việc điểm công suất cực đại, nhằm làm cho pin mặt trời hấp thụ lượng tối đa 4.3.2 Mô biến đổi Boost-Flyback hệ pin mặt trời có MPPT Sử dụng cơng cụ Simulink Matlab, ta mơ pin mặt trời với thông số mô tương tự thực tế Bộ pin mặt trời mô 65 ảnh hưởng yếu tố nhiệt độ độ ẩm thay đổi theo thời gian Ngồi khối MPPT sử dụng thuật tốn MPPT giúp điều khiển tìm điểm làm việc có cơng suất cực đại Sơ đồ mơ thể hình 5.6 Hình 4.6 Mơ hình hóa biến đổi hệ pin mặt trời Chạy file mô ta thu kết sau Hình 4.7 Đồ thị dịng điện, điện áp cơng suất pin mặt trời 66 Nhận xét: Dựa vào đồ thị ta thấy cơng suất pin mặt trời giữ mức cao tùy theo thay đổi liên tục dòng điện Đây tác dụng thuật tốn dị tìm điểm làm việc cực đại MPPT Kết mô điện áp đầu hệ thống thể hình 4.8 Hình 4.8 Đồ thị điện áp đầu biến đổi Boost-Flyback Nhận xét: Các đồ thị hình 4.8 cho thấy điện áp giữ ổn định khoảng 380V, không bị ảnh hưởng thay đổi điện áp vào Đặc tính dịng qua diode D1,D2 D3 cho thấy ngoại trừ lúc khởi động ổn định Đây kết hoàn toàn chấp nhận 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Sau thời gian miệt mài nghiên cứu, tìm hiểu thực tế thực luận văn, hướng dẫn tận tình thầy PGS TS Trần Trọng Minh thầy, cô Viện Điện – Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, với giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp, đề tài “Nghiên cứu điều khiển biến đổi DC-DC có hệ số biến đổi điện áp cao” hoàn thành đạt số kết sau: - Nêu tổng quan biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao - Nghiên cứu biến đổi DC-DC với hệ số biến đổi điện áp cao lựa chọn biến đổi Boost-Flyback Từ tìm phương pháp điều khiển cho hệ thống - Thiết kế điều khiển mô kiểm chứng cho biến đổi BoostFlyback - Khảo sát ứng dụng biến đổi Boost-Flyback thực tế làm việc với hệ pin mặt trời sở sử dụng phần mềm MATLAB Có thể cho rằng, luận văn hoàn thành nhiệm vụ đề ban đầu Cho dù khả hiệu ứng dụng kết nghiên cứu vào thực tế cần phải kiểm nghiệm nhiều Nhưng với kết đạt luận văn, khẳng định hướng tiếp cận, sở xây dựng hướng hồn tồn có khả thực áp dụng vào thực tiễn Từ kết nghiên cứu đến chế tạo cần phải có thời gian kinh phí Nhưng với kết nghiên cứu luận văn tiền đề để ứng dụng vào thực tiễn, đồng thời nghiên cứu chế tạo sản phẩm sử dụng rộng rãi Kiến nghị Được giúp đỡ tận tình thầy PGS TS Trần Trọng Minh thầy giáo, cô giáo Viện Điện- Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, với giúp đỡ bạn bè đồng nghiệp thân tác giả cố gắng hoàn thành luận văn Các nội dung luận văn cố gắng trình bày cách cẩn thận, trình độ 68 nhận thức vấn đề hạn chế, thời gian nghiên cứu chưa nhiều nhiệm vụ luận văn liên quan đến lĩnh vực rộng, nên luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì tác giả mong nhận đóng góp thầy, cô, bạn bè đồng nghiệp người quan tâm đến lĩnh vực để tác giả khắc phục thiếu sót bổ sung cho luận văn hoàn thiện Tác giả tiếp tục nghiên cứu để áp dụng tốt kết nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, áp dụng vào đối tượng thực tế sản xuất 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tài liệu tiếng Việt Võ Minh Chính, Phạm Quốc Hải, Trần Trọng Minh (2004), Điện tử công suất, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội Trần Trọng Minh (2012), Giáo trình điện tử công suất, NXB Giáo Dục Việt Nam Nguyễn Văn Thuấn (2003), Điện tử công suất, NXB Học viện KTQS, Hà Nội II Tài liệu tiếng Anh Robert W Erickson, Dragan Maksimovic; Kluwer Academic Publishers, Fundamental of Power Electronics, 2004, p 331-375 “Chapter Controller Design” Cyril W Lander (1993), Power Electronic Dewan S.B (1995), Power Semiconductor circuit Ryszard Strzelecki, Grzegorz Benysek; Power Electronics in Smart Electrical Energy Networks; Springer 2008 Frede Blaabjerg, Remus Teorescu, Zhe Chen, Marco Liserre; Power converters and control of renewable energy systems; ICPE (ISPE) (2004): 2-20 Carrasco J.M., Franquelo L.G., Bialasiewicz J.T., Galvan E.; Power-Electronic Systems for the Grid Integration of Renewable Energy Sources: A Survey; Industrial Electronics, IEEE Transactions on (Volume: 53, Issue: 4) 10 P Tenti, L Rossetto, G Spiazzi, S Buso, P Mattavelli, L Corradini; High step-up ratio DC-DC converter topologies; Dept of Information Engineering – DEI(2010) 70 ... CÁC BỘ BIẾN ĐỔI DC- DC VỚI HỆ SỐ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP CAO .3 1.1 Các biến đổi DC- DC với hệ số biến đổi điện áp cao 1.1.1 Nguyên lý hoạt động biến đổi DC- DC 1.1.2 Các biến đổi DC- DC... hệ thống điều khiển 12 1.4 Ứng dụng biến đổi DC- DC với hệ số biến đổi điện áp cao thực tế 14 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU BỘ BIẾN ĐỔI DC- DC VỚI HỆ SỐ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP CAO ... số biến đổi điện áp cao thực tế Bộ biến đổi DC- DC với hệ số biến đổi điện áp cao sử dụng nhiều lĩnh vực, tiêu biểu ứng dụng với hệ pin mặt trời Trong hệ pin mặt trời, biến đổi DC- DC với hệ số biến