Ngày nay khi các vấn đề ô nhiễm môi trường gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người nhiên liệu hóa thạch than dầu … ngày càng cạn kiệt đòi hỏi chúng ta phải thay đổi hướng phát triển và tìm cách khai thác tối đa nguồn năng lượng tái tạo mặt trời gió … Với những ưu điểm nổi bật như vô tận sạch có sẵn năng lượng tái tạo càng được ứng dụng rộng rãi trên hầu hết các nước trên thế giới Tuy nhiên bên cạnh những ưu điểm kể trên chúng cũng có nhiều hạn chế về hiệu suất làm việc và chịu ảnh hưởng nhiều bởi các điều kiện thời tiết bức xạ nhiệt độ… Vì vậy các bộ biến đổi điện tử công suất cần được tích hợp kèm theo phương pháp điều khiển Một số bộ chuyển đổi DC DC không thể đảm bảo khả năng hoạt động liên tục để cung cấp năng lượng cho phụ tải điển hình là bộ giảm áp DC DC Khi điện áp đầu vào thấp hơn mong muốn ở đầu ra thì bộ chuyển đổi này không thể hoạt động nếu như tải một chiều yêu cầu điện áp cao hơn mức có thể biến đổi có thể thấy rõ nhất là khi ánh sáng yếu buổi tối pin bị che khuất nhiều Do đó cần có một bộ chuyển đổi DC DC trong mọi điệu kiện ánh sáng và vẫn phải đảm bảo độ ổn định điện áp đầu ra cung cấp cho các tải 1 chiều Do hạn chế về mặt thời gian luận văn này mô hình hóa mạch tăng áp DC DC trên phần mềm Matlab Simulink thiết kế bộ điều khiển PI để đảm bảo sự ổn định cho điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi Từ kết quả mô phỏng thu được một mô hình thực tế mạch tăng áp DC DC kết hợp phương pháp điều khiển được lắp đặt với mục đích kiểm chứng khả năng hoạt động thực tế so với lý thuyết Kết quả đạt được cho thấy mạch thực tế hoạt động rất ổn định điện áp đầu ra thu được đáp ứng nhanh với yêu cầu và gần giống với quá trình mô phỏng
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM THÀNH TRUNG PHẠM THÀNH TRUNG THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÁP DC/DC CỦA PIN MẶT TRỜI CHO TẢI MỘT CHIỀU KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN KHÓA 34 Đà Nẵng – Năm 2018 i ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM THÀNH TRUNG THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÁP DC/DC CỦA PIN MẶT TRỜI CHO TẢI MỘT CHIỀU Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS DƯƠNG MINH QUÂN Đà Nẵng – Năm 2018 ii LỜI CAM ĐOAN Tác giả luận văn Phạm Thành Trung iv CHƯƠNG 2: TÍNH TỐN THIẾT KẾ BỘ TĂNG ÁP DC/DC 26 2.1 Giới thiệu chung chuyển đổi DC/DC 26 26 26 2.2 Mạch điều khiển cho chuyển đổi DC/DC 34 34 36 2.3 Thiết kế, tính tốn tăng áp DC/DC 40 40 41 44 2.4 Kết luận: 46 CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG BỘ TĂNG ÁP 47 3.1 Mô mạch tăng áp DC/DC phân tích ảnh hưởng thông số phần tử mạch 47 47 48 3.2 Mô mạch tăng áp kết hợp phương pháp điều khiển PI 48 3.3 Kết mô phân tích 50 3.4 Kết luận 51 CHƯƠNG 4: LẮP ĐẶT MẠCH TĂNG ÁP DC/DC THỰC TẾ 52 4.1 Thông số mạch thực tế lắp đặt mạch thực tế 52 52 53 4.2 Kết đo thực tế 55 4.3 Kết Luận hạn chế đề tài 56 PHỤ LỤC 60 vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Giải thích BXMT Bức xạ mặt trời AC/AC Alternating Current/ Alternating Current DC/AC Direct Current/ Alternating Current DC/DC Direct Current/ Direct Current IGBT Isulated Gate Bipolar Transistor MOSFET Metal – Oxide Semiconductor Field – Effect Transistor MPP Maximum Power Point- Điểm công suất cực đại MPPT Maximum Power Point Tracking- Bắt điểm công suất cực đại NLMT Năng lượng mặt trời OP Operational amplifier- Khuếch đại thuật toán PID Proportional Integral Derivative PV Photovoltaic System- Pin quang điện PWM Pulse – Width – Modulation- Điều rộng xung TOE Ton of Oil Equivalent ix DANH MỤC CÁC HÌNH Số hiệu 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 1.19 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 Tên hình Phân tích lượng xạ mặt trời chuyển tới Trái Đất Bức xạ mặt trời trung bình Việt Nam ngày Nhà máy lượng mặt trời Siemens-Pháp Năng lượng mặt trời dạng lắp mái trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Nguồn lưu trữ công suất thấp dùng điện mặt trời Một nhà máy nhiệt điện mặt trời Sơ đồ nguyên lí hệ thống nhà máy nhiệt điện mặt trời Cấu tạo tế bào pin mặt trời Pin Mono pin Poly Sơ đồ mạch điện tương đương PV theo mơ hình đi-ốt Mơ hình mơ dàn PV nhiệt độ, cường độ xạ thay đổi Minh họa đặc tính tương quan PV xạ mặt trời thay đổi Minh họa đặc tính tương quan PV nhiệt độ thay đổi Ví dụ pin mặt trời mắc trực tiếp với tải trở với giá trị thay đồi Đường đặc tính làm việc pin Lưu đồ thuật tốn P&O điều khiển thơng qua điện áp tham chiếu Vref Phương pháp tìm điểm làm việc cơng suất lớn P&O Đường đặc tính PV thuật toán INC Sơ đồ thuật toán INC Sơ đồ khối tổng quát chuyển đổi DC/DC Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp Trạng thái làm việc mạch tăng áp khóa S đóng Trạng thái làm việc mạch tăng áp khóa S mở Dạng sóng điện áp dịng điện mạch giảm áp chu kỳ Sơ đồ nguyên lý mạch giảm áp Trạng thái làm việc mạch giảm áp khóa S đóng Trạng thái làm việc mạch giảm áp khóa S mở Dạng sóng điện áp dòng điện mạch giảm áp chu kỳ Sơ đồ nguyên lý mạch đảo dấu điện áp Trạng thái làm việc mạch đảo dấu điện áp khóa S đóng Trạng thái làm việc mạch đảo dấu điện áp khóa S mở Trang 7 8 11 13 13 14 15 16 17 18 20 21 22 23 26 27 27 28 28 29 30 30 31 32 33 33 60 PHỤ LỤC Tồn chương trình điều khiển PI kết hợp PWM #include #include #include const int rs = 2, en = 3, d4 = 6, d5 = 7, d6 = 8, d7 = 9; LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7); //#define Ipv A2 //#define Upv A3 //#define Iout A1 //#define Uout A0 //new #define CS_DAC 10 #define Ipv A3 #define Upv A2 #define Iout A0 #define Uout A1 #define CS_DAC 10 String inString = ""; double Power, Power_old, dP, delta = 0, dV, U_pvold ; double U_pv, I_pv , U_out, I_out; double fold_vin = 0, fold_iin = 0, K1, K2; double MPPT_STEP = 1, k = 0, i = 0; float Sample, V1 = 0, V2 = 0, I1 = 0, I2 = ; float t2, j, Vinref, Vinrefold,t3=0; double Setpoint, Input, Output, Settime=20; double Kp=0.02 , Ki=0.5 , Kd=0 , Input_old , Output_old ; PID myPID(&Input, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT); void setup() { Setpoint=60; Input; Output; Settime=20; Kp = 20; Ki = 80; Kd = 0; Input_old = 0; Output_old = 0; myPID.SetOutputLimits(800, 2500); myPID.SetSampleTime(Settime); myPID.SetMode(AUTOMATIC); Serial.begin(115200); pinMode(CS_DAC, OUTPUT); digitalWrite(CS_DAC, HIGH); 61 pinMode(CS_DAC, OUTPUT); digitalWrite(CS_DAC, HIGH); SPI.begin(); SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV2);// 8Mhz lcd.begin(20, 4); K1 = 1; i = 0; U_pv = analogRead(Upv) * 0.052; //0.0493 delay(1); I_pv = (512.0 - analogRead(Ipv)) * 0.0264; Power_old = U_pv * I_pv; //Vinref = 1500; //Vinrefold = 200; //Write4921(Vinref, CS_DAC) ; //delta = Vinref - Vinrefold; delay(20); //MPPT_STEP = 1; delay(1000); t2 = 200; } void serialEvent() { if (k == 0) { char inChar = Serial.read(); if (inChar != '/') { inString += inChar; } else { K1 = inString.toFloat(); inString = ""; k = 1; } } if (k == 1) { 62 char inChar = Serial.read(); if (inChar != '/') { inString += inChar; } else { K2 = inString.toFloat(); inString = ""; k = 0; } } } void loop() { Sample = 30; V1 = 0; V2 = 0; I1 = 0; I2 = 0; delay(1); Serial.print(t2,0); Serial.print(" "); Serial.print(t3, 0); Serial.print(" "); Serial.println(U_pv, 0); //Serial.print(100.0*U_out * I_out/(U_pv * I_pv), 2); //Serial.print(" "); //Serial.println(U_out * I_out, 0); for (j = 0; j < Sample; j++) { V1 += analogRead(Upv); delayMicroseconds(70); I1 += analogRead(Ipv); delayMicroseconds(70); V2 += analogRead(Uout); delayMicroseconds(70); I2 += analogRead(Iout); delayMicroseconds(70); } U_pv = V1 * 0.0518 / Sample ; I1 = I1 / Sample; 63 I_pv = (512.0 - I1) * 0.0264*1.37; //1.312 I2 = I2 / Sample; U_out = V2 * 0.113 / Sample ; //0.1124 I_out = (512.0 - I2) * 0.0264*1.150; //510 //if (Kp == 1) // MPPT ON // { mppt_INCCOND(); //if(delta!=0) //{Write4921(Vinref, CS_DAC) ;} // } //if (Kp == 0) // MPPT OFF //{ // Vinref = 600; // Write4921(0, CS_DAC) ; // } Input = U_out; myPID.Compute(); Write4921(Output,CS_DAC); i++; if (i == 50) { lcd.clear(); lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("U_pv = "); lcd.print(U_pv, 1); lcd.print(" (V)"); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("P_pv = "); lcd.print(U_pv*I_pv, 0); lcd.print(" (W)"); lcd.setCursor(0, 2); lcd.print("U_out = "); lcd.print(U_out, 1); lcd.print(" (V)"); lcd.setCursor(0, 3); lcd.print("P_out = "); lcd.print(U_out * I_out, 0); lcd.print(" (W)"); i = 0; } } void Write4921(int value, int CS) { byte data; digitalWrite(CS, LOW); data = highByte(value); 64 data = B00001111 & data; data = B00110000 | data; SPI.transfer (data); data = lowByte(value); SPI.transfer (data); digitalWrite(CS, HIGH); } 65 66 67 68 69 70 71 72 73 ... cung cấp cho tải chiều Để giải vấn đề này, chọn đề tài: ? ?Thiết kế, mô phỏng, lắp đặt tăng áp DC/ DC pin mặt trời cho tải chiều Nội dung luận văn tập trung thiết kế tìm thơng số mạch tăng áp, mô phần... TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - PHẠM THÀNH TRUNG THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG, LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÁP DC/ DC CỦA PIN MẶT TRỜI CHO TẢI MỘT CHIỀU Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN... cực đại pin mặt trời - Nghiên cứu thiết kế điều khiển PI; - Thiết kế lắp đặt tăng áp DC/ DC; điều chi phí đầu tư xây dựng, lắp đặt thiết bị công nghệ kèm theo hệ thống pin lượng mặt trời đắt