(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu thuật toán điểu khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin năng lượng mặt trời tại trung tâm tiết kiệm năng lượng tiền giang

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU HÒA LƯỚI CHO HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TRUNG TÂM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TIỀN GIANG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TRUNG KIÊN NGHIÊN CỨU THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN NGHỊCH LƯU HỊA LƯỚI CHO HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TẠI TRUNG TÂM TIẾT KIỆM NĂNG LƯỢNG TIỀN GIANG NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202 Hướng dẫn khoa học: TS TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) Dán hình 3x4 & đóng mộc giáp lại hình I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: NGUYỄN TRUNG KIÊN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 12/7/1981 Nơi sinh: Tiền Giang Quê quán: Song Bình, Chợ Gạo, Tiền Giang Dân tộc: Kinh Chức vụ, đơn vị công tác trước học tập, nghiên cứu: Trưởng phịng Hành - Tổng hợp, Trung tâm Tiết kiệm lượng Tiền Giang Chỗ riêng địa liên lạc: ấp Bình Hiệp, xã Song Bình, huyện Chợ Gạo, tỉnh Tiền Giang Điện thoại quan: 073 3974787 Fax: 073 3977077 Điện thoại di động: 0909 823 824 E-mail: trungkiennguyen@tiengiang.gov.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Trung học chun nghiệp: Khơng Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ 2000 đến 2006 Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.Hồ Chí Minh Ngành học: Điện khí hóa Cung cấp điện Tên đồ án, luận án môn thi tốt nghiệp: Thiết kế Vận hành hệ thống điện; Quản lý dự án; Trí tuệ chuyên gia Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án thi tốt nghiệp: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: 10/2013 đến 10/2015 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện Tên luận văn: Nghiên cứu thuật toán điều khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin lượng mặt trời Trung tâm Tiết kiệm lượng Tiền Giang Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Ngày 25/10/2015, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS Trương Đình Nhơn III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Kiểm toán lượng;xây dựng hệ thống quản lý Trung tâm Tiết kiệm lượng 6/2007 đến 2013 lượng theo ISO 50001 thực - Sở Công Thương Tiền Giang đề tài, dư án tiết kiệm lượng 2013 đến Trung tâm Tiết kiệm lượng - Sở Cơng Thương Tiền Giang Trưởng phịng Hành Tổng hợp XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI HỌC (Ký tên, đóng dấu) Ngày 24 tháng 11 năm 2015 Người khai ký tên Võ Hữu Thiện Nguyễn Trung Kiên LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy TS Trương Đình Nhơn, người Thầy ln tận tình hướng dẫn giúp đỡ em suốt q trình nghiên cứu để hồn thành luận văn Chân thành cảm ơn quý thầy cô Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh giảng dạy em suốt thời gian học vừa qua Và cuối cùng, xin cảm ơn đến tất anh chị học viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập để hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, ngày 25 tháng 10 năm 2015 Nguyễn Trung Kiên ii TÓM TẮT Việc thiếu hụt nguồn lượng vấn đề nghiêm trọng với nhiều quốc gia giới Để giải vấn đề nguồn lượng tái tạo, đặc biệt nguồn lượng mặt trời xem nguồn lượng bổ sung Nhưng khó khăn việc sử dụng nguồn lương mặt trời chi phí đầu tư cao, hiệu suất thấp Trong luận văn này, nhiệm vụ nghiên cứu thuật toán điều khiển nghịch lưu hòa lưới cho hệ thống pin lượng mặt trời Trung tâm Tiết kiệm lượng Tuy nhiên, luận văn giải vấn đề tối ưu cơng suất Giải thuật tìm điểm cơng suất cực đại hệ thống pin quang điện đề xuất luận văn giải thuật P&O Giải thuật P & O hoạt động theo định kỳ xáo trộn (tức tăng giảm) điện áp đầu cuối so sánh công suất PV với chu kỳ nhiễu loạn trước Nếu điện áp vận hành PV thay đổi công suất tăng (dP/dVPV> 0), hệ thống kiểm soát di chuyển điểm hoạt động PV theo hướng đó; khơng điểm hoạt động di chuyển theo hướng ngược lại Trong chu kỳ nhiễu loạn thuật toán tiếp tục theo cách tương tự Một vấn đề phổ biến thuật toán P & O điện áp đầu cuối bị bị xáo trộn chu kỳ MPPT Do đó, MPP đạt được, công suất đầu dao động quanh mức tối đa, làm giảm nguồn lượng tạo hệ thống PV Điều chủ yếu điều kiện khí khơng đổi chậm thay đổi điều kiện khí iii ABSTRACT The lack of energy is a serious problem for many countries around the world To solve the above problem, renewable energy sources, especially solar energy is being considered as a additional energy source But the main difficulty of using solar energy is the high investment cost, low perfomance In this thesis, the research mission control algorithm for inverter grid system of solar power in Energy Conservation Center of Tien Giang However, writing is only optimal problem-solving capacity Algorithm to find the maximum power point of the photovoltaic system is proposed in this thesis is the algorithm that P & O The P&O algorithms operate by periodically perturbing (i.e incrementing or decrementing) the array terminal voltage and comparing the PV output power with that of the previous perturbation cycle If the PV array operating voltage changes and power increases (dP/dVPV>0), the control system moves the PV array operating point in that direction; otherwise the operating point is moved in the opposite direction In the next perturbation cycle the algorithm continues in the same way A common problem in P&O algorithms is that the array terminal voltage is perturbed every MPPT cycle; therefore when the MPP is reached, the output power oscillates around the maximum, reducing the generable power by the PV system This is mainly true in constant or slowly-varying atmospheric conditions but also under rapidly changing atmospheric conditions iv MỤC LỤC Trang tựa Trang LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii MỤC LỤC HÌNH ix Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.2 Lý chọn đề tài 1.3 Mục đích đề tài nghiên cứu 1.4 Nhiệm vụ đề tài giới hạn đề tài 1.5 Phương pháp nghiên cứu 1.6 Điểm luận văn 1.7 Giá trị thực tiễn luận văn 1.8 Nội dung luận văn Chương 10 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Các biến đổi bán dẫn hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập 10 2.1.1 Bộ biến đổi DC/DC 10 2.1.2 Điều khiển biến đổi DC/DC 18 2.1.3 Bộ biến đổi DC/AC 19 2.2 Phương pháp dị tìm điểm làm việc tối ưu MPPT 20 2.2.1 Giới thiệu chung 20 2.2.2 Nguyên lý dung hợp tải 22 v 2.2.3 Thuật toán xác định điểm làm việc có cơng suất lớn MPPT…………23 2.3 Phương pháp nhiễu loạn quan sát P&O 24 2.4 Phương pháp điều khiển MPPT 26 2.4.1 Phương pháp điều khiển PI 26 2.4.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp 27 2.4.3 Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu 28 2.5 Kết nối hệ thống pin lượng mặt trời với lưới điện 29 2.5.1 Sự cần thiết việc kết nối hệ thống pin mặt trời với lưới điện 29 2.5.2 Các điều kiện hòa nguồn lượng mặt trời với lưới điện…………… 31 2.5.2.1 Điều kiện biên độ điện áp 31 2.5.2.2 Điều kiện tần số .32 2.5.2.3 Điều kiện thứ tự pha 33 2.5.2.4 Điều kiện góc lệch pha 34 Chương 35 MÔ PHỎNG GIẢI THUẬT P&O VÀ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG BOOST ĐIỆN ÁP DC 35 3.1 Tổng quan hệ thống boost điện áp DC 35 3.1.1 Mơ hình mạch Boost PFC nhánh 35 3.1.2 Mơ hình mạch Boost PFC n nhánh 39 3.2 Giải thuật điều khiển hệ thống Boost điện áp DC 41 3.2.1 Giải thuật điều khiển hệ thống Boost điện áp DC 41 3.2.2 Kết mô hệ thống Boost DC 42 3.3 Mô hình mơ giải thuật P&O 43 3.3.1 Mơ hình mơ phần tử pin mặt trời 43 3.3.2 Nghiên cứu Solar cell 43 3.3.2.1 Khi điện trở nối tiếp Rs thay đổi 43 3.3.2.2 Khi Is thay đổi 44 3.3.2.3 Khi thay đổi nhiệt độ T 45 3.3.3 Phân tích giải thuật P&O 46 3.3.4 Mô giải thuật P&O 51 vi Chương 53 THIẾT KẾ VÀ MÔ PHỎNG BỘ NGHỊCH LƯU NỐI LƯỚI 53 4.1 Cơ sở lý thuyết 53 4.1.1 Bộ nghịch lưu áp 53 4.1.2 Các phương pháp điều chế 54 4.2 Tổng quan nghịch lưu pha 58 4.2.1 Mơ hình nghịch lưu nhánh (Single Leg Inverter) 58 4.2.2 Mơ hình nghịch lưu cầu pha 59 4.3 Bộ điều khiển nghịch lưu hòa lưới 60 4.3.1 Giới thiệu…………………………………………………………………….60 4.3.2 Mạch tạo tín hiệu điều khiển van biến tần 60 4.3.3 Mơ hình mơ hệ thống điện mặt trời hòa lưới 63 4.3.3.1 Sơ đồ mô Matlab 63 4.3.3.2 Kết mô hệ thống điện mặt trời hòa lưới 65 Chương 68 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 vii VAB1 = ma (4-3) Như phương pháp biên độ điện áp dây đầu nghịch lưu đạt 86,7% điện áp chiều đầu vào vùng tuyến tính (0