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 - C H NGUYỄN NGỌC TRUNG H U TE 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 - C H NGUYỄN NGỌC TRUNG U TE TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI H LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : THIẾT BỊ , MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN Mã số ngành: 60 52 50 HƯỚNG DẪN KHOA 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 C H Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) U TE TS Huỳnh Châu Duy PGS TS Đinh Thành Việt TS Ngô Cao Cường TS Trần Vĩnh Tịnh PGS TS Quyền Huy Ánh - Chủ tịch - Phản biện - Phản biện - Uỷ viên - Uỷ viện, Thư ký H 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 Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09 - 06 - 1965 Nơi sinh: TP HCM Chuyên ngành: Thiết bị , mạng Nhà máy điện MSHV: 1081031028 I- TÊN ĐỀ TÀI: C H Họ tên học viên: NGUYỄN NGỌC TRUNG TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI U TE II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nội dung : Tìm điểm cơng suất cực đại pin mặt trời - Phương pháp nghiên cứu : Mô - Kết đạt : Thực mơ giải thuật tìm điểm cơng suất cực đại pin mặt trời H 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 Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc H U TE C H Học viên thực Luận văn Nguyễn Ngọc Trung ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Trương Việt Anh – Phó Trưởng khoa điện – điện tử – Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ thuật Tp.HCM, người thầy hết lòng bảo, hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên môn kinh nghiệm nghiên cứu suốt thời gian học tập thực luận văn 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 tạo điều kiện tốt vật chất lẫn tinh thần để chúng tơi hồn thành tốt luận văn C H Xin chân thành cám ơn đến tất Q Thầy, Cơ Trường Đại Học Kỹ thuật Cơng nghệ Tp.HCM giảng dạy, trang bị cho kiến thức bổ ích quí báu suốt trình học tập nghiên cứu sau U TE Xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp đặc biệt 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 tình cảm sâu sắc nhất, giúp đỡ khuyến khích tơi để vượt qua khó khăn suốt trình thực luận văn Xin cảm ơn Gia đình tạo điều kiện để tơi n tâm học tập tốt suốt thời gian vừa qua H Xin cảm ơn Ban Giám Hiệu Trường Cao đẳng Giao thông Vận tải TPHCM tất bạn bè thân thuộc động viên, tạo điều kiện thuận lợi hỗ trợ cho tơi nhiều q trình học tập, công tác suốt thời gian thực luận văn TP.Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2012 Người thực Nguyễn Ngọc Trung iii TÓM TẮT Nghiên cứu trình bày phương pháp tìm điểm làm việc có cơng suất cực đại pin mặt trời (MPPT) giải thuật INC Tác giả sử dụng Matlab/Simulink để xây dựng mơ hình pin mặt trời mơ giải thuật sử dụng thực nghiệm để kiểm tra giải thuật Kết mô thực nghiệm cho thấy cần thiết phải sử dụng MPPT hệ thống pin mặt trời việc sử dụng giải thuật INC, hệ thống nhanh H U TE C H chóng đưa pin mặt trời vào làm việc điểm có cơng suất tối ưu 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 H U TE C H optimum power point v MỤC LỤC TRANG Nội dung luận văn C H Lời cam đoan Lời cám ơn Tóm tắt Mục lục Danh sách chữ viết tắt Danh sách bảng Danh mục biểu đồ, đồ thị, sơ đồ, hình ảnh i ii iii v vii vii viii Chương TỔNG QUAN .1 U TE 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.2 Mục đích đề tài 1.3 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.5 Nộidung luận văn .5 H Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Mơ hình pin mặt trời 2.2 Bộ chuyển đổi DC/DC boost converter 13 2.3 Điểm làm việc cực đại Pin mặt trời 16 2.4 Các phương pháp tìm 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 CHỌN GIẢI THUẬT BỘ DỊ ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI 25 3.1 Phương pháp INC (Incremental Conductance) 25 vi 3.2 Mơ hình mơ giải thuật 27 3.2.1 Mơ hình Pin mặt trời 28 3.2.2 Giải thuật INC 31 Chương 33 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 33 4.1 Mơ hình pin mặt trời 33 4.2 Giải thuật MPPT 35 Chương 42 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 42 5.1 Mơ hình thực nghiệm .42 5.2 Kết thực nghiệm 50 C H Chương 54 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 54 6.1 Kết luận 54 6.2 Hướng phát triển đề tài 54 U TE TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 H PHỤ LỤC 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT Viện khí tượng thủy văn: http://www.imh.ac.vn/ First Solar Việt Nam – dự án công nghệ cao đầu năm 2011, http://www.hepza.hochiminhcity.gov.vn 3.Đặng Đình Thống “Cơ sở lượng tái tạo” Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2006 C H TIẾNG NƯỚC NGOÀI Jeyraj Selvaraj and Nasrudin A Rahim’Multilevel Inverter For Grid-Connected PV System Employing Digital PI Controller’ IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL LECTRONICS, VOL 56, NO 1, JANUARY 2009 Syafrudin Masri, Pui-Weng Chan ‘Development of a microcontroller – based U TE 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 H 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 FourLeg 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 ‘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 C H Reactive power control and adaptive predictive current controller’ Journal of applied sciences (8): 1593-1509, 2009 15 N Hamrouni and A.Cherif ‘Modelling and control of a grid connected 2007) U TE photovoltaic system’ Revue des Energies Renouvelables Vol 10 No3 September 16 Roberto F Coelho, Filipe M Concer, Denizar C Martins ‘A MPPT Approach Based on Temperature Measurements Applied in PV Systems’ Electrical Engineering Departament, Power Electronics Institute, Federal University of Santa H 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” World Academy of Science, Engineering and Technology 60 2009 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 C 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 U TE 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 H 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 Chương trình thực mơ hình tìm điểm cực đại pin mặt trời : #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); void TraCommand(int8 comm); void TraData(int8 data); void dich(int8 digital); U TE void xuat_vitri(); C H void congsuat(void); void xuatkytu(); void start_LCD(); void write_data(int data); void write_command(int command); H 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; int32 ik1 = 0; int32 deltaV = 0; int32 deltaI = 0; U TE int32 thoigian = 500 C H int32 ik = 0; int32 g1=0; int32 g2=0; int32 g3=0; int32 g4=0; H 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); set_pwm2_duty(duty); ///////////////////////////////////// set_tris_a(0xff); U TE start_LCD(); C H set_pwm1_duty(duty); output_high (pin_b1); output_high (pin_b0); output_high (pin_b2); output_high (pin_b3); H 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 write_data('W');//15 write_data(')');//16 write_command(0xc0); U TE ADC_Init_V(); C H write_data('(');//14 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; n = gan; /// putc(gan+0x30); write_data(gan+0x30); U TE amp=amp%10; C H gan = amp/10; k = gan; /// putc(amp+0x30); /// putc('A'); /// putc(' '); H 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 g5 = g4/100; g5=g5*46; g5=g5/10; vk1=g5; /// // H 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 } void ADC_Init_I(void) { C H write_data(' ');//6 U TE setup_adc(ADC_CLOCK_DIV_2); setup_adc_ports(sAN1); set_adc_channel(1); } //xuat string LCD H 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); write_command(0x0c);//0x0e write_command(0x01); } { U TE void write_data(int data) C H write_command(0x06); output_high(pin_c5); output_high(pin_c4);// muc 1->la du lieu xuat len LCD output_d(data); H 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; write_data(xp+0x30); p = p%1000; xp = p/100; U TE putc(xp+0x30); C H putc(xp+0x30); write_data(xp+0x30); write_data(',');//1 putc(','); p = p%100; H 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 { if (deltaI = 0) { } else { U TE duty = duty; if (deltaI>0) H { if (duty > low_duty) duty=duty - 1; else duty = duty; } else { if (duty < high_duty) duty=duty + 1; else duty = duty; } C H if (deltaV=0) } } else { if (delatI/deltaV = - ik1/vk1) { duty = duty; } else C H { if (delatI/deltaV > - ik1/vk1) { if (duty > low_duty) U TE duty=duty - 1; else duty = duty; } else { H 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 U TE C H } ... nghiên cứu phương pháp tìm điểm làm việc cực đại pin mặt trời Trên đặc tuyến pin mặt trời, tồn điểm vận hành tối ưu nơi mà công suất nhận từ pin mặt trời cực đại Tuy nhiên, điểm vận hành C H tối... TRUNG TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI U TE II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nội dung : Tìm điểm cơng suất cực đại pin mặt trời - Phương pháp nghiên cứu : Mô - Kết đạt : Thực mơ giải thuật tìm. .. GIẢI THUẬT BỘ DỊ TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA PIN MẶT TRỜI 3.1 Phương pháp INC (Incremental Conductance) Qua trình bày nghiên cứu giải thuật tìm điểm cơng suất cực đại pin mặt trời (MPPT) ứng