Đề cương - Hoàng Duy - 1510495 - 21.07

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ -o0o - ĐỀ CƯƠNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI PHA NỐI LƯỚI GVHD: ThS Tô Hữu Phúc SVTH: Phạm Hồng Duy MSSV: 1510495 TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 NĂM 2021 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tơ Hữu Phúc LỜI NĨI ĐẦU Kể từ lồi người biết đến sử dụng lượng điện công cụ để phục vụ sống, chất lượng sống xã hội không người cải thiện nâng cao Trong cấu lượng nay, chiếm chủ yếu nguồn lượng từ loại nhiên liệu hóa thạch, lượng thủy điện lượng hạt nhân[1] Việc sử dụng khai thác lượng từ nguồn nhiên liệu này, qua thời gian lại ảnh hưởng nặng nề đến sống khơng người mà tồn hệ sinh thái Lời giải cho vấn đề nên tìm kiếm sử dụng nguồn lượng khác thay cho nguồn lượng truyền thống Loài người nên sử dụng lượng mặt trời, lượng gió,… – nguồn lượng vơ tận – để phục vụ cho sống Nhiều cơng trình nghiên cứu nhà khoa học hàng đầu giới thực suốt nhiều năm qua lượng mặt trời khơng cịn lượng tương lai Năng lượng mặt trời khai thác, ứng dụng vào sống Và Việt Nam ta khơng đứng ngồi xu quốc gia nằm khu vực nội chí tuyến, thiên nhiên ưu đãi với lượng xạ năm dồi Tính đến tháng 1/2021, Việt Nam có 11 GW điện lượng mặt trời hoàn thành nối lưới[2] Đề cương này, sinh viên nghiên cứu tổng quan hệ thống lượng mặt trời, tập trung vào hệ thống nối lưới (On-grid) sâu vào tìm hiểu biến đổi DC/DC kết hợp với thuật toán MPPT ứng dụng cho Pin quang điện Làm tảng cho việc nghiên cứu hệ thống hoàn chỉnh cho Luận văn sau Trong trình thực Đề cương, sinh viên nhận hướng dẫn tận tình thầy - ThS Tô Hữu Phúc nhiều thầy cô, anh chị trước Sinh viên cố gắng áp dụng kiến thức học trường kết hợp với tự tìm hiểu thêm từ nhiều nguồn, tích lũy nhiều kiến thức, kinh nghiệm mẻ ngành lượng tái tạo Quá trình thực Đề cương mang lại lợi ích cho sinh viên nhiều mặt Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc LỜI CẢM ƠN Đề cương thực tập tốt nghiệp cơng trình thực cá nhân em với tảng kiến thức thầy cô trường Đại học Bách Khoa TP HCM cung cấp qua năm học Tuy vậy, thiếu kinh nghiệm thực tế, trình thực Đề cương sinh viên gặp phải nhiều vấn đề khó khăn cần đến hướng dẫn giúp đỡ thầy cô Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến giảng viên hướng dẫn ThS Tô Hữu Phúc, thầy cô Trường Đại học Bách khoa TP HCM, Khoa Điện – Điện tử, thầy cô môn Cảm ơn thầy cô trang bị cho em không kiến thức mà nhiều kinh nghiệm quý báu khác Đây hành trang q giá em ln mang bên đường phía trước Bên cạnh đó, em muốn cảm ơn gia đình, anh chị, bạn bè chỗ dựa vững tinh thần, đưa lời khuyên cần thiết Cuối cùng, em muốn lần cảm ơn thầy Tô Hữu Phúc tận tình hướng dẫn em thực hoàn thành Đề cương luận văn tốt nghiệp Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH SÁCH BẢNG Chương 1:GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI CHƯƠNG 2:GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PLECS 10 2.1 Tổng quan phần mềm PLECS 10 2.1.1 Cài đặt xin quyền phần mềm PLECS 10 2.1.2 Các khả phần mềm PLECS 12 2.2 Mô phần mềm PLECS Standalone Version 13 2.2.1 Xây dựng mạch 13 2.2.2 Mô 16 2.3 Lập trình điều khiển DSP phần mềm PLECS 18 2.3.1 Chức PLECS Coder 18 2.3.2 Lập trình DSP PLECS Coder 19 CHƯƠNG 3:GIỚI THIỆU HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI NỐI LƯỚI 21 3.1 Giới thiệu chung hệ thống lượng mặt trời 21 3.2 Các thành phần hệ thống điện mặt trời nối lưới: 21 3.3 Pin quang điện 22 3.4 Bộ biến đổi DC/DC 24 3.4.1 Bộ tăng áp Boost Converter: 24 3.4.2 Bộ giảm áp Buck Converter: 25 3.4.3 Bộ đảo dấu điện áp Buck-Boost Converter: 26 3.5 Thuật toán MPPT 26 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tơ Hữu Phúc 3.5.1 Thuật tốn MPPT theo phương pháp P&O 27 3.6 Bộ biến đổi DC/AC 29 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ SƠ KHỞI 30 4.1 Mô hệ thống Pin Quang điện – tăng áp kết hợp với thuật toán MPPT: 30 4.2 Kết sơ khởi đạt được: 34 CHƯƠNG 5:ĐỀ XUẤT NỘI DUNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC 37 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 2.1.Nhấn vào “Download PLECS Standalone” để tải phiên PLECS 11 Hình 2.2 Xin cấp quyền phần mềm PLECS 12 Hình 2.3 Các cửa sổ mặc định khởi động PLECS 13 Hình 2.4 Thực thao tác kéo-thả chuột để lựa chọn linh kiện phù hợp 14 Hình 2.5 Thay đổi số lượng tín hiệu ngõ vào với phần tử Scope 15 Hình 2.6 Click đúp vào linh kiện để thay đổi thơng số 16 Hình 2.7 Thiết lập trước tiến hành mô 17 Hình Mơ Boost Converter phần mềm PLECS với Vin = 10V, D=0.3 17 Hình 2.9 Kết mơ Boost Converter phần mềm PLECS 18 Hình 2.10 Thư viện TI C2000 Target sau thêm vào 19 Hình 2.11 Lựa chọn đối tượng cần nạp code 20 Hình 3.1.Sơ đồ khối hệ thống pin mặt trời nối lưới 22 Hình 3.2 Đặc tính làm việc tổng qt Pin quang điện 23 Hình 3 Sơ đồ nguyên lý mạch Boost Converter 24 Hình Sơ đồ nguyên lý mạch Buck Converter 25 Hình Sơ đồ nguyên lý mạch Buck-Boost 26 Hình Lưu đồ giải thuật thuật tốn MPPT theo phương pháp P&O 28 Hình Đặc tuyến P-V theo thuật tốn P&O 28 Hình 4.1 Sơ đồ mạch điện mơ PLECS 30 Hình 4.2.Bức xạ mặt trời khơng đổi (1=1000W/m2) 31 Hình 4.3 Thông số hệ thống Pin Quang điện theo kịch 31 Hình 4.4.Bức xạ mặt trời tăng (1=1000W/m2) 32 Hình 4.5 Thơng số hệ thống Pin Quang điện theo kịch 32 Hình 4.6 Bức xạ mặt trời giảm (1=1000W/m2) 33 Hình 4.7 Thơng số hệ thống Pin Quang điện theo kịch 34 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1.Tóm tắt thuật tốn MPPT theo phương pháp P&O 29 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc Chương 1: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Nội dung đề tài Hiện nay, nguồn nhiên liệu hóa thạch dùng để cung cấp điện giới ngày cạn kiệt Hơn việc sử dụng lượng từ nguồn nhiên liệu truyền thống dẫn đến nhiều ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái sống loài người Điều đặt vấn đề cho nhà khoa học tìm nguồn lượng nhằm thay cho nguồn lượng Và lượng tái tạo lượng mặt trời, lượng gió, địa nhiệt,… câu trả lời cho vấn đề Tuy vậy, để khai thác sử dụng nguồn lượng tái hiệu cịn câu hỏi chưa thật có lời giải Với điều kiện Việt Nam – quốc gia nằm khu vực vành đai nội chí tuyến, lượng nhiệt xạ cao năm – thuận lợi để phát triển dự án điện lượng mặt trời Hiện công nghệ thu xạ mặt trời chuyển hóa thành điện phát triển tương đối đầy đủ Tuy sinh viên muốn tự thực nghiên cứu để tích lũy kiến thức kinh nghiệm làm hành trang phát triển nghiệp kỹ sư sau Sinh viên thực Đề cương Luận văn tốt nghiệp để làm tảng cho việc tiếp tục phát triển, nghiên cứu hoàn thành Luận văn tốt nghiệp sau này, chủ yếu tập trung vào nội dung sau đây: - Nghiên cứu, mơ tồn hệ thống pin mặt trời nối lưới pha, công suất 1.2 kWp phần mềm PLECS - 1.2 Nghiên cứu thực nghiệm điều khiển phần ( toàn bộ) hệ thống Phương pháp nghiên cứu 1.2.1 Lý thuyết Nghiên cứu, tìm hiểu lý thuyết từ tảng kiến thức thầy cô trường Đại học Bách khoa TP HCM giảng dạy qua năm học tập Qua xây dựng mơ hình mạch lý thuyết, từ phát triển mơ hình thực nghiệm Thơng qua tổng hợp, nghiên cứu tri thức từ đề tài liên quan, nguồn tài liệu nước để phát triển sản phẩm phù hợp với điều kiện thực tế đất nước Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc 1.2.2 Mơ Dựa tính tốn, mơ hình lý thuyết để xây dựng mơ hình mơ tồn hệ thống pin mặt trời nối lưới cơng suất 1.2 kWp tảng phần mềm PLECS, từ đưa đánh giá nhận xét 1.2.3 Thực nghiệm Dựa vào kết mô phỏng, xây dựng phần toàn hệ thống trên, sử dụng vi xử lý DSP TI F28069M Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU PHẦN MỀM PLECS 2.1 Tổng quan phần mềm PLECS Matlab/Simulink công cụ mô thơng dụng dùng cơng trình nghiên cứu, phát triển hệ thống Tuy nhiên, việc mô hệ thống điện tử công suất, Matlab/Simulink lộ số khuyết điểm Đó nhà phát triển, nhà nghiên cứu cần phải mô tả hệ thống mơ hình vi tích phân Việc tiêu tốn họ nhiều thời gian, trình gặp lỗi – sửa lỗi cần lặp lặp lại nhiều lần Để khắc phục vấn đề này, phần mềm PLECS ( viết tắt từ Piecewise Linear Electrical Circuit Simulation ) đời nhằm hỗ trợ việc mô hệ thống điện tử cơng suất Phần mềm có sẵn khối, giúp người dùng mô hệ thống cách trực quan, đơn giản, dễ dàng xác Qua đó, hạn chế lỗi người dùng thường gặp, giúp tiết kiệm nhiều thời gian tăng hiệu suất cơng việc đáng kể Bên cạnh đó, PLECS cịn hỗ trợ nhiều cho lập trình viên cịn thiếu kinh nghiệm, giúp họ tiếp cận, nghiên cứu làm việc với hệ thống PLECS phần mềm nghiên cứu phát triển công ty Plecxim, Thụy Sỹ Trong đề tài đề cương luận văn tốt nghiệp này, sinh viên sử dụng phiên PLECS 4.5.3 Standalone hệ điều hành Windows 10 để mô nghiên cứu hệ thống 2.1.1 Cài đặt xin quyền phần mềm PLECS Phần mềm PLECS cài đặt dễ dàng Người dùng truy cập vào trang chủ Plexim địa https://www.plexim.com/ , tiếp tục truy cập vào mục Dowload Sau chọn tải phiên PLECS Standalone 10 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc 3.4 Bộ biến đổi DC/DC Bộ biến đổi DC/DC sử dụng nhằm chuyển nguồn điện chiều không ổn định thành nguồn chiều ổn định – điều khiển Cơng đoạn điều khiển nguồn điện chiều thực điều khiển MPPT, nhằm cung cấp điện áp phù hợp với hoạt động tải Các biến đổi DC/DC thường dùng hệ thống PV là: - Bộ tăng áp ( Boost Converter) - Bộ giảm áp ( Buck Converter) - Bộ đảo dấu điện áp ( Buck-Boost Converter) Việc lựa chọn biến đổi DC/DC phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể hệ thống pin mặt trời 3.4.1 Bộ tăng áp Boost Converter: Hình 3 Sơ đồ nguyên lý mạch Boost Converter Mạch Boost có chức tăng điện áp đầu vào V1 thành V0 Khóa K mạch thường BJT, Mosfet IGBT – linh kiện điện tử phù hợp cho việc đóng cắt với tần số cao Khóa K điều khiển mở - đóng theo chu kỳ Khi khóa K mở, cuộn kháng L tích lượng Khi khóa K đóng, cuộn kháng L giải phóng nguồn lượng tích trữ qua Diode D tới tải Với hệ số làm việc D khóa xác định theo cơng thức sau: D= 𝑇𝑜𝑛 𝑇 = 𝑇𝑜𝑛 *fđóng ngắt (3-2) 24 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc Trong thời gian khóa K mở, cuộn kháng L tụ điện C2 tích lượng Đến khóa K đóng, cuộn kháng L giải phóng lượng qua diode đến tải Điện áp ngõ phụ thuộc vào hệ số làm việc D khóa tính theo cơng thức: 𝑉 𝑖𝑛 Vout = 1−𝐷 (3-3) Qua đó, ta điều khiển để hệ thống hoạt động MPP cách điều chỉnh tần số đóng ngắt khóa K Đây mục đích thuật tốn MPPT Bộ tăng áp Boost Converter xác định điểm làm việc cực đại MPP lượng xạ mặt trời thấp Bộ biến đổi giúp tăng điện áp cho tải trước vào biến đổi DC/AC 3.4.2 Bộ giảm áp Buck Converter: Hình Sơ đồ nguyên lý mạch Buck Converter Tương tự mạch Boost Converter, khóa K thường BJT, Mosfet hay IGBT Khi khóa K dẫn, dịng điện qua có tác dụng cung cấp lượng cho cuộn cảm L nạp vào tụ C2 Khi khóa K mở, tải cung cấp lượng nhờ lượng tích trữ từ cuộn cảm tụ điện Với tần số đóng/ngắt D khóa K tính theo cơng thức: D= 𝑇𝑜𝑛 𝑇 = 𝑇𝑜𝑛 *fđóng ngắt (3-4) Điện áp ngõ V2 tính sau V2 = V1*D (3-5) Cụ thể Buck Converter hoạt động sau: Khi khóa K đóng, dịng điện qua L nạp cho tụ C2 Dịng điện lúc khơng tăng đột ngột mà tăng từ từ tác dụng cuộn dây L Diode D giai đoạn không dẫn bị phân cực ngược Khi khóa K mở, dịng qua tải dòng 25 ... mẻ ngành lượng tái tạo Quá trình thực Đề cương mang lại lợi ích cho sinh viên nhiều mặt Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc LỜI CẢM ƠN Đề cương thực tập tốt nghiệp cơng trình thực... hồn thành Đề cương luận văn tốt nghiệp Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH SÁCH BẢNG Chương 1:GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI ... Quang điện theo kịch 34 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: Th.S Tô Hữu Phúc DANH SÁCH BẢNG Bảng 3.1.Tóm tắt thuật tốn MPPT theo phương pháp P&O 29 Đề cương luận văn tốt nghiệp GVHD: