Trongăđó,ăVo, Io lƠăđiệnăápăvƠădòngăđiệnăphátăraăc aăpinănhiênăliệu. Tổngătr tốiă uăc aătảiăchoăpinănhiênăliệuăđ cămiêuătảănh ăsau:
= (2.24)
Trongăđó,ăVMPP, IMPPlƠăđiệnăápăvƠădòngăđiệnăphátăraăc aăpinănhiênăliệuăt iăđiểmătốiă u.ă
Khiăăgiáătr ăRLOAD bằngăvớiăROPT,ăcôngăsuấtăcựcăđ iăsẽăđ cătruyềnătừăpinănhiênăliệuă đếnătải.ăTuyănhiên,ătrongăthựcătếăhaiătổngătr nƠyăl iăkhôngăbằngănhau.ăM căđíchăc aă b ăMPPTălƠăđiềuăch nhătổngătr tảiănhìnătừăphíaănguồnăbằngăvớiătổngătr tốiă uăc aă pinănhiênăliệu.
Thôngăth ngăb ăbiếnăđổiăDC/DCă(tĕngăáp,ăgiảmăáp)ăđ căph căv ăchoăviệcătruyềnă côngăsuấtătừăpinănhiênăliệuătớiătải.ăB ăDC/DCăho tăđ ngănh ăthiếtăb ăgiaoătiếpăgiữaă tảiă vƠă pin nhiênă liệu.ă Bằngă việcă thayă đổiă đ ă r ngă xung,ă tổngă tr tảiă nhìnă từă phíaă nguồnăsẽăđ căthayăđổiăbằngăvớiătổngătr nguồnăt iăđiểmăcựcăđ i,ăvìăvậyăcôngăsuấtă cựcăđ iăđ căcungăcấpăchoătải.
Chư ng 2. C sở lý thuyết
33
Hình 2.26. Sơ đồ khối c a hệ thống MPPT tiêu biểu
Giảăsử,ăđốiăvớiăm chăgiảmăápăDC/DCă(Buckăconverter),ătaăcó: VOUT=D.VIN (2.25)
Trongăđó,ăVOUTlƠăđiệnăápăđầuăra,ăVINđiệnăápăđầuăvƠo,ăkhiăđó: ROUT = D2.RIN (2.26)
(ROUTlƠătổngătr đầuăra,ăRIN tổngătr đầuăvƠoănhìnătừăphíaănguồn) RIN = ROUT/D2 (2.27)
Vìăvậy,ătổngătr ROUT đ căduyătrìăhằngăsốăbằngăviệcăthayăđổiăđ ăr ngăxung,ăkhiăđóă RINnhìnătừăphíaănguồnăsẽăđ căthayăđổi.
Hayăđốiăvớiăm chătĕngăápă(Boostăconverter),ămốiăquanăhệăgiữaăđiệnăápăđầuăvƠoăvƠă đầuăraăđ cămiêuătảănh ăsau:
= 1− (2.28)
Giảăsử,ăkhôngăcóăcôngăsuấtătổnăhao,ătaăcó:
= (2.29)
= 1
1− (2.30)
Chư ng 2. C sở lý thuyết
34
= 1− 2 (2.31)
Vìăvậy,ătổngătr ROUT đ căduyătrìăhằngăsốăbằngăviệcăthayăđổiăđ ăr ngăxung,ăkhiăđóă RINnhìnătừăphíaănguồnăsẽăđ căthayăđổi.
2.5. Các thu tătoánătìmăđi m cựcăđ i ph bi n 2.5.1. Thu tătoánăquanăsátăvƠăleoăđ iă(P&O)
Kháiăniệmăphíaăsauăgiảiăthuậtă"PăvƠăO"ălƠăthayăđổiăđiệnăápăho tăđ ngăhoặcădòngăđiệnă c aăFCSăchoăđếnăkhiăcóăđ căcôngăsuấtătốiăđaătừănó.
Víăd ,ănếuătĕngăđiệnăápăm tăPNL thìăcôngăsuấtăđầuăraătĕng,ăhệăthốngălƠmătĕngăđiệnă ápăho tăđ ngăchoăđếnăkhiăcôngăsuấtăđầuăraăbắtăđầuăgiảm.ăM tăkhiăđiềuănƠyăxảyăra,ă điệnăápăđ căgiảmăđểăcóăđ cătr ăl iăgiáătr ăcôngăsuấtăđiệnătốiăđa.ăQuáătrìnhănƠyătiếpă t căchoăđếnăkhiăđ tăđ căđiểmăcôngăsuấtătốiăđa.ăNh ăvậy,ăgiáătr ăcôngăsuấtăđầuăraă daoăđ ngăxungăquanhăm tăgiáătr ăcôngăsuấtătốiăđaăchoăđếnăkhiănóăổnăđ nh.ăPăvƠăOălƠă giảiăthuậtăMPPTăđ căsửăd ngăphổăbiếnănhấtădoădễăthựcăhiện.
Hình 2.27. Lưu đồ P&O
M tătrongănhữngăh năchếălớnăc aăPăvƠăOăph ngăth călƠăcôngăsuấtăthuăP&Oădaoă đ ngăxungăquanhăđiểmăcôngăsuấtătốiăđaătrongăho tăđ ngătr ngătháiăổnăđ nh. Ngoài
Chư ng 2. C sở lý thuyết
35
P&O,ăthuậtătoánănƠyăcóăthểătheoădõiătheoăsựăthayăđổiănhỏăvềăcôngăsuấtăc aăFCăm tă cách nhanh chóng.
2.5.2. Thu tătoánătĕngăđ ăd nă(IncrementalăConductance)
MPPăbằngăcáchăsoăsánhăđ ădẫnăđiệnăt căth iă(I/V)ăvớiăđ ădẫnăgiaătĕngă(ΔI/ΔV).ă uăđiểm:ă uăthếăh năgiảiăthuậtăP&Oăvìănóăxácăđ nhăchínhăxácăt iăMPPămƠăkhôngă daoăđ ngăxungăquanhăgiáătr ănƠy.
Nh căđiểm:ăth iăgianătínhătoánălớnăvƠătầnăsốălấyămẫuătrễă(V,I).
Chư ng 2. C sở lý thuyết
36
2.5.3. Thu tătoánăt ăl ăđi năápăm ăm chă(FractionalăOpenăCircuităVoltage)
Giảiăthuậtătruyềnăthốngătỷălệăđiệnăápăm ăm chălƠăMPPăđiệnăáp
= .
Trong đó:
Với hệ số k đối với PV(0,71÷ 0,78) VOCđiện áp mở mạch
Chư ng 2. C sở lý thuyết
37
2.5.4.Thu tătoánăt ăl ădòngăng năm chă(FractionalăShortăCircuităCurent)
Giảiăthuậtătỷălệădòngăđiệnăngắnăm chălƠăgiảiăthuậtămƠădòngăđiệnăt iăMPPăIMPP gầnă tuyếnătínhăvớiădòngăngắnăm chăISC.
= .
Trong đó:
Với hệ số k đối với PV(0,78÷ 0,92) ISCdòng điện ngắn mạch
Đ ăchínhăxácăvƠăhiệuăquảăc aăgiảiăthuậtănƠyăph ăthu căvƠoătínhăchínhăxácăc aăđoă l ngăK2vƠăchuăkỳăc aădòngăngắnăm ch.
2.5.5. Thu tătoánăđi uăkhi nădùngălogic m ă(FuzzyăLogicăControl)
MPPTăsửăd ngăđiềuăkhiểnădùngălogic m ăgiƠnhăđ căm tăsốăl iăthếănh ăhiệuăsuấtă tốtăh n,ăm nhămẽăvƠăthiếtăkếăđ năgiản.ăNgoƠiăra,ăkỹăthuậtănƠyăkhôngăđòiăhỏiăkiếnă th căvềămôăhìnhăchínhăxácăc aăhệăthống.ă
Hình 2.30. Sơ đồ khối thuật toán điều khiển dùng logic mờ ΔP : Độ chênh lệch công suất
ΔI : Độ chênh lệch dòng điện
ΔIref: Độ chênh lệch dòng điện tham chiếu
= .
∆ = − −1
Chư ng 2. C sở lý thuyết
38
Hình 2.31. Lưu đồ điều khiển dùng logic mờ
2.5.6. Thu tătoánăm ngăn ron (Neural Network)
Thuậtătoánăm ngăl ớiăthầnăkinhăth ngăcóăbaălớp:ăđầuăvƠo,ăẩn,ăvƠăcácălớpăđầuăra.ăSốă l ngăcácănútătrongăm iălớpăkhácănhauăvƠăph ăthu căvƠoăng iăsửăd ng.ăCácăbiếnă đầuăvƠoănh ăVOC , ISCvƠăm tăsốădữăliệuăc aăthôngăsốăđặcătr ng.
Chư ng 2. C sở lý thuyết
39
Hình 2.32. Sơ đồ thuật toán mạng nơron
2.5.7. Thu tătoánăđi uăkhi năt ngăquanăg năsóngă(RippleăCorrelationă Control)
GiảiăthuậtănƠyănhằmăkiểmăsoátăsựăg năsóngăđiệnăápăvƠădòngăđiện.ă
(V > 0 hoặc I > 0) và P > 0 >>> (V < VMPP hoặc I < IMPP) (V > 0 hoặc I > 0) và P < 0 >>> (V > VMPP hoặc I > IMPP)
Chư ng 2. C sở lý thuyết
40
Hình 2.33. V-I-P gợn sóng
2.5.8. Thu tătoánăquétădòngăđi nă(CurrentăSweep)
QuétădòngăđiệnălƠăgiảiăthuậtăsửăd ngăm tăd ngăsóngăquétăchoăcácăđốiăt ngăcầnătốiă uăđiểmăcôngăsuấtălƠmăviệc,ăđặcătínhăI-Văc aăđốiăt ngăthuăđ căvƠăcậpănhậtănhữngă khoảngăth iăgianăcốăđ nhădòngăđiệnăhƠnh.ăVMPP sauăđóăcóăthểăđ cătínhătừăđ ngă congăđặcătr ngă ăcùngăm tăkhoảngăth iăgian.
Cácăch cănĕngălựaăchọnăchoăcácăd ngăsóngăquétătỷălệăthuậnăvớiădẫnăxuấtăc aănóănh ă trong
= ( )
Chư ng 2. C sở lý thuyết 41 = � = ( ) T iăMPP ( ) = + = 0 ( ) = + = 0 = . = . − � ( ) = + = 0
Giảiăthuậtăquétădòngăđiệnăđ căthựcăhiệnătínhătoánătínăhiệuăt ngătự.ăTh iăgianăđápă ngăkhoảngă50ăms.
2.5.9. Thu tătoánăđi uăkhi năt ăl căDCă(DCăLinkăCapacitorăDroopăControl)
Điềuăkhiểnăt ălọcăDCălƠăm tăkỹăthuậtăMPPTăđ căthiếtăkếăđặcăbiệtăđểălƠmăviệcăvớiă m tăđốiăt ngăđ căkếtănốiăsongăsongăvớiăm tăđ ngădơyăhệăthốngăđiệnăxoayăchiều.
Hình 2.34. Sơ đồ khối c a hệ thống
Hệăsốănhuăcầuăc aăb ăchuyểnăđổiătĕngă(boostconverter)
= 1−
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
42
Ch ngă3
T Iă UăL UăL NG NHIÊN LI U C AăNGĔNăX P
PIN NHIÊN LI U V I GI I THU T MPPT
3.1. Gi i thu tăđ xuất
3.1.1. Phân tích gi i thu tăc ăb n
CảăhaiăgiảiăthuậtăP&OăvƠăInCăălƠăhaiăgiảiăthuậtăđ năgiảnăvƠăđ că ngăd ngăr ngărƣi.ă TuyănhiênăcảăhaiăgiảiăthuậtănƠyăcóăthểădễădƠngătìmăsaiăđiểmăMPPăkhiăđiềuăkiệnămôiă tr ngăthayăđổiănhanh.ăB iăvìăcảăhaiăgiảiăthuậtăđ căxơyădựngădựaătrênăđ ngăđặcă tuyếnăP-VăkhiănhiênăliệuăđầuăvƠoăkhôngăđổi.ăNh ngăthựcătếănhiênăliệuăluônăluônă thayăđổi,ădẫnăđếnăcácăđ ngăcongănƠyăkhôngăcốăđ nh.ăChẳngăh n,ăxétătr ngăh pă sau:
Hình 3.1. Nhiên liệu thay đổi và đáp ng c a P&O và InC
Trongătr ngăh pănh ăhìnhă3.1a,ăkhiănhiênăliệuăthayăđổi,ăkhiăđóătaăvẫnăcóădP>dP2 khiăđóăgiaătốcăđiệnăápăΔVăsẽăvẫnăđ căgiảmăđ aăVREF vềăđiểmăcựcăđ iăMPP,ătheoă đúngănh ăgiảiăthuậtăP&O,ăvƠăb ăMPPTăvẫnăho tăđ ngăchínhăxác.ăTuyănhiên,ănếuă nhiênăliệuăthayăđổiănh ăhìnhă3.1b,ăkhiăđóătaăcóădP<dP2,ăvƠăb ăMPPTăvẫnăsẽăchoăgiaă
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
43
tốcăđiệnăápăΔVătĕng,ălƠmăchoăVREF ngƠyăcƠngăxaăđiểmăMPP,ăđiềuănƠyăxảyăraăt ngă tựăkhiă ăbênătráiăvƠăxaăđiểmăMPP.
Hình 3.2. Trường hợp giải thuật P&O phát hiện sai
Quaăcácănh căđiểmăc aăcácăgiảiăthuậtăP&OăvƠăInCăthìăgiảiăthuậtămớiăraăđ iănhằmă khắcăph căcácănh căđiểmătrên.ăGiảiăthuậtănƠyălƠăgiảiăthuậtăkếtăh păgiảiăthuậtăđiện ápăm ăm chăvƠăP&Oă(Associativeăalgorithm_OCV & P-O) hình 3.3 và hình 3.4.
Hình 3.3. Phân chia các vùng tìm điểm MPP c a FC
Nh ăvậy,ănếuăxácăđ nhăđ căđiệnăápăV(k)ăc aăFCăđangă ătrongăhaiăvùngănƠyătaăcóă thểă tĕngă nhanhă (bênă tráiă MPP)ă hoặcă giảmă nhanhă (bênă phảiă MPP)ă VREF đểă nhanhă
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
44
chóngăđ aăFCăvƠoălƠmăviệcăt iăđiểmăcựcăđ i.ăH nănữaăcóăthểăh năchếăđ căviệcătìmă saiăđiểmăMPPăkhiănhiênăliệuăthayăđổi,ănh ăchọnătr ớcăhaiăgiáătr ăgiớiăh nătrênăvƠă d ới.ăChẳngăh năđiểmălƠmăviệcăc aăFCăđangă ăbênătráiăxaăđiểmăMPPăthìădùăkhiăđóă P(k) < P(k-1)ădoănhiênăliệuămặtătr iăgiảm,ătaăvẫnătĕngăVREF.ăĐiềuănƠyăsẽătránhăđ că việcătìmăsaiăđiểmăMPP.
Theoăgiảiăthuậtăđiệnăápăm ăm ch,ăVMPP ≈ăk.VOC.ăNh ngăđểăđoăđ căVOC,ătaăphảiă ngắtăpinănhiênăliệuăraăkhỏiăhệăthống,ăđiềuănƠyăsẽădẫnăđếnăthấtăthóatăcôngăsuấtăhayă dùngăpinămẫuăđểăđoăđiệnăápăVOC nh ngăsẽălƠmăgiáăthƠnhăhệăthốngătĕng.ăThayăvìălƠă VMPP thì ta tìm VLOW và VHIGH,ă nh ă vậyă taă cóă thểă chọnă giớiă h nă d ớiă VLOW≤ă (0.5VOC.REF) và VHIGH ≥ă(0.8VOC.REF).ăTrongăđóăVOC.REF =ă69VălƠăđiệnăápăh ăm chă t iănhiệtăđ ăchuẩnăc aăFCăđ căchoăb iănhƠăsảnăxuất.ăNếuătrongăvùngă1ăthìătĕngă VREF nhanh,ătrongăvùngă3ăthìăgiảmăVREF nhanh,ătrongăvùngă2ătĕng-giảmăVREF tinh h n.
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
45
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
46
3.1.2. Gi i thu tăđ xuất
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
47
3.2. Xây dựng mô hình mô ph ng
3.2.1.ăPhơnătíchămôăhìnhăngĕnăx p pin nhiên li u
Hình 3.6. Mô hình ngăn xếp PNL (PEMFC - 6 kW - 45 Vdc)
DựaăvƠoăm tăsốăngĕnăxếpăpinănhiênăliệuăthôngăd ngătrênăth ătr ngăMatlabăxơyă dựngăsẵnăcácămôăhìnhăngĕnăxếpăpinănhiên: - (User-Defined) - PEMFC - 1,26 kW - 24 Vdc - PEMFC - 6 kW - 45 Vdc - PEMFC - 50 kW - 625 Vdc - AFC - 2,4 kW - 48 Vdc
Ng iăsửăd ngămôăhìnhăcóăthểchọnăm tătrongăcácămôăhìnhănƠyăcƠiăsẵnăđểătảiăcácă thôngăsốăt ngă ngătrongăcácăm căc aăh pătho iăvƠăchọnă(User-Defined) nếuăkhôngă muốnăsửăd ngăm tămôăhìnhăđ nhăsẵn.ă
Ng iăsửăd ngăđ cătuỳchọnăcácătínăhiệuăngõăvƠoăđểăthíchăh păvớiăm căđíchămôă phỏng:
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
48
- ThƠnhăphầnănhiênăliệu:Tỷălệăphầnătrĕmăc aăhydroătrongănhiênăliệuă(%).
- ThƠnhăphầnăOxyăhóa:ăTỷălệăphần trĕmăc aăoxyătrongăchấtăoxyăhóaă(%).ă
- hóahóaTỷălệădòngăchảyănhiênăliệu:ăL ul ngănhiênăliệuălítăm iăphútă(lpm).ă
- L ul ngăgió: L uăl ngăgióălítăm iăphútă(lpm).ă
- Nhiệtđ ăhệăthốngă: Nhiệt đ ăho tăđ ngăc aăhệăthốngăđ ăKă(Kelvin).ă
- Ápăsuấtănhiênăliệuăcungăcấp:Ápăsuấtănhiênăliệuăcungăcấpă(bar).ă
- Áp suấtăăkhôngăkhícungăcấp: Ápăsuấtăkhôngăkhíăcungăcấpă(bar).
Ng iăsửăd ngăcóăthểăchọnăthêmăh pătho iăFuelăcellDynamics nhằmkhảoăsátăho tă đ ngăgiốngătrongăthựcătếăc aăngĕnăxếpăPNL
- Th iăgianăđápă ngăPNLt iă95%ăgiáătr ăcuốiă(giây).
- Tỷălệăphầnătrĕmăsửăd ngăO2ăđ nhă(%).
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
49
XétăngĕnăxếpăPNL đốiăt ngă(PEMFC - 6 kW - 45 Vdc)ăvớiăcôngăsuất 6 kW,ăđiệnă ápădanhăđ nhălƠă45ăV.ă
Cácăthôngăsốăchiătiếtăsauăđơyăđ cărútăraătừădatasheet:
- Điện ápăt ngă ngăt iădòngăđiệnă0ăAăvƠă1ăAă[Eoc, V1] = [65, 63]
- Điểmădanhăđ nhăđiềuăhƠnhă[Inom, Vnom] = [133.3, 45]
- Điểmăho tăđ ngătốiăđaă[Iend, Vend] = [225, 37]
- Hiệuăsuấtăngĕnăxếpădanhăđ nhă[ηnom] = 55%
- Nhiệtđ ăho tăđ ngă=ă65ă0 C
- Áp suấtădanhăđ nhăcungăcấpă[H2,ăAir]ă=ă[1.5ă1]
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
50
- Sốăl ngăPNL
Nếuăkhôngăquyăđ nh,ă ớcătínhătừăcácăcôngăth căd ớiăđơy:
= 2.96485.
241.83.103.� =
2.96485.45
241.83.103.0,55 = 65,28 = 65 � (3.1)
- Tốcăđ ădòngăkhôngăkhíădanhăđ nhă
Nếuătốcăđ ădòngăkhôngăkhíătốiăđaăđ căđ aăra,ătốcăđ ădòngădanhăđ nhăcóăthểă đ cătínhătoánăgiảăđ nhăsửăd ngăoxyăliênăt că ăbấtăkỳătải.ăHiệnănayărútăraăb iă các PNL tuyếnătínhăph ăthu căvƠoătốcăđ ădòngăkhôngăkhíăvƠătốcăđ ădòngă danhăđ nhăđ căchoăb i:
( � ) = . ( � ) = 133,3.500
225 = 297 / ℎú (3.2)
Tỷălệăchuyểnăđổiăc aăoxy lƠă50%ă(tr ngăh păchoăhầuăhếtăcácăngĕnăxếpăPNL nhiênăliệu),ăcôngăth căxácăđ nhătỷălệăl uăl ngăkhôngăkhí:
( � ) = 60000 . . . .
2. . . � ( ).0,5.0,21 (3.3)
- Th iăgianăphảnă ngăPNL nhiênăliệuălƠă10ăgiơy.
ĐặcătínhăV-I và P-Iăc aămôăhìnhăđ căhiểnăth ăquaăm căPlotăV-I characteristic c aă Parameters :
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
51
Thôngăsốătổngăthểăc aăngĕnăxếpăđ căhiểnăth ăquaăm căViewăCellăParametersăc aă Parameters:
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
52
3.2.2. Mô hình gi i thu t
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
53
Hình 3.8. Giải thuật kết hợp đặc tuyến với tín hiệu ra là độ rộng xung dùng cho mạch Boost DC-DC Coverter
Ph ngăphápăthôngăth ngălƠăxơyădựngămôăhìnhămôăphỏngătrongăMatlab/Simulinkă bằngăkhối,ătuyănhiênăph ngăphápănƠyăđòiăhỏiăng iămôăphỏngăphảiăhiểuăbiếtănhiềuă cácăkhốiătrongăMatlab/SimulinkăvƠămôăhìnhăph căt p.ăĐểăđ năgiảnăhóa mô hình ta dùngăcáchăxơyădựngămôăhìnhămôăphỏngăbằngălậpătrìnhăhƠmăFunctionăgiảiăthuậtăđềă xuất.
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
54
Hình 3.9. Khối hàm MPPT
3.2.3. B chuy năđ i DC/DC boostconverter
Hình 3.10. Mạch boost trong Matlab & Simulink
Tínhătoánălựaăchọnăcácăphầnătửăc aăm chăboost:
Giáătr ăc aăcu nădơyăL:
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
55
= �
1− (3.4)
Hình 3.11. Dạng sóng điện áp và dòng điện trên cuộn dây L
Bỏăquaătổnăhaoătrênăcácălinhăkiện,ătaăcó:
� � =
2
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT 56 � = 2 = � 1− 2 = � 2 1− 2 (3.6)
Giáătr ătrungăbìnhăc aăIL:
= � 1− 2 (3.7) = +∆ _ 2 = � 1− 2 + � 2 (3.8) � = −∆ _ 2 = � 1− 2 − � 2 (3.9) ăchếăđ ăliênăt c: � 0 ↔ � 1− 2 − � 2 0 (3.10) � 2 = � 1− 2 (3.11) Suy ra: � = (1− )2 2 = (1− )2 2 (3.12)
Vớiăf lƠătầnăsốăc aăxungăkích.
Giáătr ăt ăđi năC:
∆ = = ∆ (3.13) ∆ = = (3.14)
=∆
= (3.15)
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
57
= (3.16)
Vớiăr lƠăđ ădaoăđ ng điệnăápăVO
Thôngăsốăm chămôăphỏng,ătaătínhătoánăchọnălựaătheoăđiềuăkiệnăsau:
- M chăcungăcấpăchoătảiăRă=ă30Ω
- Tầnăsốăsóngămangăf = 20 kHz
- Chọnăđ ădaoăđ ngđiệnăápăr = 1%
KhiăPinănhiênăliệuălƠmăviệcăt iăđiểmăcựcăđ iătaăcóăVMPP=ă45V,ătaăgiớiăh năđiệnăápă Voă=ă500V,ăkhiăđóăđ ăr ngăxungăt ngă ngălƠ:
= �
1− → = 1− � = 1−
45
500 = 0,91
Giáătr ăLminc aăcu nădơy:
� = (1− )2 2 = 0,91(1−0,91)2. 30 2.20000 = 5,528. 10 −6 ChọnăLă=ă120ăµH Giáătr ăc aăt ăđiệnăC
= 0,91
30.20000.1% = 152. 10
−6
ChọnăCă=ă2000ăµF
3.2.4. Gi i thu tăđi u khi n dòng nhiên li u
GiảiăthuậtăđiềuăkhiểnădòngănhiênăliệuăgiúpăngĕnăxếpăPNL đápă ngăl ngănhiênăliệuă cungăcấpăk păth iă ngăvớiăsựăthayăđổiătổngătr c aă ngăd ngănó,ănhằmăổnăđ nhăcôngă suấtăraăc aănó.ăGiảiăthuậtăđiềuăkhiểnădòngănhiênăliệuăchínhălƠăgiảiăthuậtălấyătínăhiệuă hồiătiếpăc aădòngăđiệnăngõăraăc aăngĕnăxếpălƠmăm tăbiếnătronghƠmăđiềuăkhiểnădòngă nhiênăliệu:
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
58
( ) = 60000. . . .�
. . . 2. % (3.17)
ĐốiăvớiăngĕnăxếpăPNL (PEMFC - 6 kW - 45ăVdc)ăcácăthôngăsốăc aăhƠmăđ căxácă đ nhănh ăsau:
R –hằng số cáckhí lý tưởng 8.3145 J/(molK) T –nhiệt độ hoạt động (K); T (K) = 273 + T (o
C) N –số lượng cell (65 cell)
� –dòng điện PNL hồi tiếp (A)
F –hằng số Faraday, F = 96485 (C/mol)
Pfuel – là áp suất c a nhiên liệu, trong trường hợp này Pfuel = Pfuel*101325 (kPa)
2–tỷ lệ chuyển đổi c a hydro,( 2 = 99.56%)
x –tỷ lệ phần trăm c a hydro trong nhiên liệu (x = 99.95%)
Chương 3. Tối ưu lưu lượng nhiên liệu c a ngăn sếp pin nhiên liệu với giải thuật MPPT
59
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
60
Ch ngă4
K TăQU ăMỌăPH NG
4.1. Mô hình mô ph ng
Môăhìnhăbaoăgồmă2ăb ădòăMPPTăc aăPNLvƠăm chătĕngăápăchuyểnăđổiăDC-DC vớiă cácăthamăsốăđầuăraăgiúpăkhảoăsátăc ăthểăđiệnăáp,ădòngăđiện,ăcôngăsuấtăc aăpinănhiênă liệuăd ớiătácăđ ngăc aă2ăgiảiăthuậtăMPPT.
TrongămôăhìnhănƠyăgiảăsửăcácăthôngăsốđ tăgiáătr ădanhăđ nhăc aănhƠăsảnăxuất:
- Tỷ lệ phầnătrĕmăc a hydro trong nhiên liệu (%). _ 2(%) = 99.95%
- Tỷălệăphầnătrĕmăc aăoxy trongăchấtăoxy hóa (%). y_ 2(%) = 21%
- L uăl ng gió lít m i phút (lpm). �� _ = 300
- Nhiệtăđ ăho tăđ ngăc aăhệăthốngăđ ăKă(Kelvin).ăT = 338O
- Ápăsuấtănhiênăliệuăcungăcấpă(bar).ă = 1.5
- Ápăsuấtăkhôngăkhíăcungăcấpă(bar).ă � = 1
BiếnăđầuăvƠoăthayăđổiălƠătỷălệădòngăchảyănhiênăliệu,ăđiềuănƠyăt ngă ngăvớiăb căx ă nĕngăl ngămặtătr iăc aăPV.ă
Môă hìnhă khảoă sát th iă giană đápă ngă c aă 2ă giảiă thuậtă đốiă vớiă m că nhiênă vƠă m că nhiênăliệuăthayăđổiătĕngădần; m căđ ăđápă ngăc aăgiảiăthuậtăđềăxuất khiăđiềuăkhiểnă tốiă uăl uăl ngănhiênăliệuăđốiăvớiătảiăcốăđ nhăvƠătảiăthayăđổi.
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
61
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
62
4.2. K t qu mô ph ng
4.2.1.ăL uăl ng nhiên li u cung cấp hằng s
Hình 4.2. Sự biến thiên c a V – I – Duty –P tại m c nhiên liệu 50lpm và 80lpm
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
63
Hình 4.4. Đặc tuyến P-V
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
64
Hình 4.6. Đáp ng công suất c a giải thuật kết hợp và giải thuật đề xuất
Qua hình 4.2ătaăcóăthểăthấyă ngăvớiăm cănhiênăliệuăđầuăvƠoăthamăsốăDutyădaoăđ ngă t iăkhoảngăt ngă ngă nhằmăgiúpăhệăthốngăđ tăgiáătr ăcôngăsuấtăcựcăđ i.ăGhiăchúă trongăhìnhă4.3ăvƠăhìnhă4.4ălƠăkhoảngăthayăđổiă@ăđ căsinhăraăt iăgiáătr ădanhăđ nhă (37V,ă225A,ă8325W)ăc aănhƠăsảnăxuất,ăt iăgiáătr ădanhăđ nhănƠyăsẽădễăgơyănênăl iă tìmăsaiăđiểmăMPP.ăĐểăkhắcăph căđ căl iănƠyăcầnătínhătoánăb ớcătĕngăđiệnăápăthíchă h p.
Kếtăquảămôăphỏngăhìnhă4.5ăvƠăhìnhă4.6ăchoătaăthấyăhiệuăquảărõărệtăc aăgiảiăthuậtăđềă xuấtăsoăvớiăgiảiăthuậtăkếtăh p.ăTh iăgianăđápă ngănhanhăh năvƠădaoăđ ngănhỏăkhiă đ tăđ căgiáătr ăMPP.
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
65
4.2.2.ăL uăl ng nhiên li u cung cấpăthayăđ i
Đểăsoăsánhăđápă ngăc aăgiảiăthuậtăđềăxuấtăvớiăgiảiăthuậtăkếtăh pătaăchoănhiênăliệuă đầuăvƠoăthayăđổiătĕngădầnă50lpm,ă60lpm,ă70lpm.
Hình 4.7. Đặc tuyến I-V & P-V ng với 3 m c nhiên liệu thay đổi (50lpm, 60lpm, 70lpm)
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
66
Hình 4.8. Đáp ng điện áp c a giải thuật kết hợp và giải thuật đề xuất ng với 3 m c nhiên liệu thay đổi (50lpm, 60lpm, 70lpm)
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
67
Hình 4.9. Đáp ng công suất c a giải thuật kết hợp và giải thuật đề xuất ng với 3 m c nhiên liệu thay đổi (50lpm, 60lpm, 70lpm)
Taănhậnăđ căkếtăquảămôăphỏngăgiảiăthuậtăđềăxuấtăvẫnăđ tăđếnăgiáătr ăMPPănhanhă h n,ătuyănhiênăquáătrìnhăquáăđ ăchuyểnăbậcănhiênăliệuăc aăgiảiăthuậtăđềăxuấtănhiềuă h n.
4.2.3.ăĐi u khi n t iă uăl uăl ng nhiên li u cung cấp 4.2.3.1 T i c đnh
Quayătr ăl iătrọngătơmăc aănghiênăc uănƠyăchínhălƠătốiă uăl uăl ngănhiênăliệuăvƠătaă cóăkếtăquảămôăphỏngăgiảiăthuậtăđềăxuấtăcóăđápă ngănhanhăh năgiảiăthuậtăkếtăh păvƠă có các giá tr ăMPPăc ăthểăsau:
VMPP = 36,5 V IMPP = 227 A
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
68 PMPP = 8280 W
DutyMPP = 0,7
Vlpm_MPP(fuel) = 85 lpm
Hình 4.10. Đáp ng điện áp c a giải thuật kết hợp và giải thuật đề xuất khi kết hợp MPPT và điều khiển tối ưu lưu lượng nhiên liệu
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
69
Hình 4.11. Đáp ng côngsuất c a giải thuật kết hợp và giải thuật đề xuất khi kết hợp MPPT và điều khiển tối ưu lưu lượng nhiên liệu
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
70
Hình 4.12. Sự biến thiên c a V – I – Duty –P khi kết hợp MPPT và điều khiển tối ưu lưu lượng nhiên liệu
4.2.3.2 T iăthayăđ i
ngăvớiăhaiăm cătảiălƠă30ΩăvƠă60Ωătaăthấyăph ngăphápăđiềuăkhiểnănƠyăgiữổnăđ nhă cácăthôngăsốănh ătrongăhìnhăvẽ,ăđiềuănƠyălƠmăchoăPNL lƠmăviệcăổnăđ nhătránh sựă
Chư ng 4. Kết quả mô phỏng
71
xuốngăcấpăc aăc ăcấuăc ăhọcăvƠămƠngăPNL bằngăcáchătránhăquáănhiệtăvƠăv tăquáă sựăhìnhăthƠnhăn ớc,ăbảoăvệăFCăkhỏiăsựxuốngăcấpvƠătĕngătuổiăthọăc aănó.
Chư ng 5. Kết luận và hư ớng phát triển của ề tài
72
Ch ngă5
K TăLU NăVĨăH NGăPHÁTăTRI NăC AăĐ ăTĨI
5.1. K t lu n
Quaăkếtăquaănghiênăc uăvƠămôăphỏngămôăhìnhăngĕnăxếpăPNL taăthấyăđiềuăkhiểnătốiă uăl uăl ngănhiênăliệuăc aăngĕnăxếpăPNL bằngăgiảiăthuậtăMPPTătaăcóăvòngălặpă điềuăkhiểnăl uăl ngănhiênăliệuăkếtăh păvớiăgiảiăthuậtăMPPTăbằngăm chăDC-DC BoostăConverterălƠmătĕngăđ căhiệuăquảăcaoăsửăd ngănhiênăliệuăt iăđiểmălƠmăviệcă cựcăđ i,ălƠmăgiảmădaoăđ ngăđiệnăáp,ădòngăđiệnăv tăquáăgiớiăh nădoăđóăgiúpăngĕnă xếpălƠmăviệcăổnăđ nhăh n,ătĕngătuổiăthọ.
Vớiăgiảiăthuậtăđềăxuấtăđ năgiảnăh năcácăgiảiăthuậtăthôngăd ngăđồngăth iăgiúpăm chă lƠmăviệcăhiệuăquảăvƠăătốcăđ ăđápă ngănhanhăh n.ăTốcăđ ăđápă ngăc aăgiảiăthuậtăđềă xuấtătuyăthu căvƠoăđ ădócăc aăđặcătuyếnăđốiăt ngăkhảoăsátă(Eă=ăΔP/ΔV).ăTuyănhiênă điểmăh năchếăc aăgiảiăthuậtănƠyăchínhălƠăm căđ ădaoăđ ngălớnăkhiăxảyăraăquáăđ ădoă l uăl ngăthayăđổiăđ tăng t.
5.2.ăH ng phát tri n c aăđ tài
Nơngă caoă hiệuă suấtă b ă MPPTă thôngă quaă việcă thiếtă kếă cảiă tiếnă m chă chuyểnă đổiă DC/DC.
Phátătriểnăthêmăm chăDC-ACănhằmăhoƠnăch nhămôăhìnhăngĕnăxếpăcungăcấpăđiệnă đ călậpăchoăcácăkhuăvựcăcôălậpăvớiăl ớiăđiệnăquốcăgiaăvƠătínhătoánăhoà l ớiăđiệnă quốcăgia.
Tài liệu tham khảo
73
TĨIăLI UăTHAMăKH O TI NGăVI T
1.ăNguyễnăVĕnăNh ,ăGiáo trình Điện tử công suất 1,ăNhƠăxuấtăbảnăĐHQG, 2002.
TI NGăN CăNGOĨI
2.ă“http://en.wikipedia.org/wiki/Fuel_cell”
3.ăAntjeăWörner,ă“FuelăCellsăandăHydrogenăforăAirborneăApplications”ăăNWVă– 7th National Hydrogen & Fuel Cell Conference December 10, 2009
4.ăFuelCellToday,ăTheăleadingăauthorityăonăfuelăcells,ăă“TheăIndustryăReviewă 2011”;ăwww.fuelcelltoday.com 5.ăEnergyăEfficiencyăandăRenewableăEnergyă(EERE),ă“ComparisonăofăFuelăCellă Technologies”,ăFebruaryă2011 6. Hydrogenics, “PowerăBackup”;ăwww.hydrogenics.com 7.ăRogerăTaylor;ă“RenewableăHybridăSystemăApplicationsăaroundătheăWorld”,ă National Renewable Energy Laboratory, August 21-22, 2001
8. Martin Howley, Emer Dennehy, Mary Holland and Dr. Brian Ó Gallachóir, Energy Policy StatisticalăSupportăUnită“2011ăReportăforăEnergyăinăIrelandă1990ă– 2010”;ăSustainableăEnergyăAuthorityăofăIreland,ăDecemberă2011
9. Dr. Robert J. Remick, NREL Center Director Hydrogen Technologies and SystemsăCenteră“ManyăPathwaysătoăRenewableăHydrogen”,ăNational Renewable Energy Laboratory, USA, February 19-21, 2008
10.ă“http://www.datacenterknowledge.com/archives/2009/02/19/powering-a-data- center-with-methane/”
11.ă“http://thefutureofthings.com/news/6700/new-catalyst-makes-efficient-fuel- cells-feasible.html”
Tài liệu tham khảo
74
12. Ahmad Saudi Samosir, Taufiq, Abd Jaafar Shafie, Abdul Halim Mohd Yatim, “SimulationăandăImplementationăofăInterleavedăBoostăDC-DC Converter for Fuel CellăApplication”,ăDecemberă2011,ăpp.ă168~174 13.ă“http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Pin-nhien-lieu-Nhung-nghien-cuu-dau-tien-o- VN/20452101/189/” 14.ă“http://www.thanhnien.com.vn/pages/20120314/may-phat-dien-chay-bang- nuoc-lam-nong-gioi-khoa-hoc.aspx” 15.ăWorldăBankăstaffăbasedăonăEVNădata,ă“DataăEVN”,ă2006 16.ăRahulăRajivăSharma,ăMontanaăStateăUniversity,ăBozeman,ăMontanaă“Aănewădc- dcăconverterăforăfuelăcellăpoweredăresidentialăpowerăgenerationăsystems”,ăNovember 2006. 17. http://www.fuelcellmarkets.com/ 18. http://en.wikipedia.org 19. http://www.nfcrc.uci.edu/EnergyTutorial/sofc.html 20. http://www.machine-history.com/Direct%20Methanol%20Fuel%20Cell 21. http://electrochem.cwru.edu/encycl/art-f04-fuel-cells-pem.htm 22. http://www.mathworks.com 23.ăColleenăSpiegel,ă“PEMăFuelăCellăModelingăandăSimulationăUsingăMATLAB” 24.ăAtandaăKamoruăRaji,ăCapeăPeninsulaăUniversityăofăTechnologyă“Modellingăandă development of fuelăcellăoffăgridăpowerăpowerăconverterăsystem”,ă1-1-2008
25. Tae-Yeong Lee, Eun-Ju Yoo, Won-Yeong Choi, and Young-Woo Park, Member,ă IEEE,ă “Designă andă Controlă ofă DC-DC Converter for the Military ApplicationăFuelăCell”
26. Nabil Karami, Rachid Outbib, Nazih Moubayed, October 3-5,ă2012ăIEEEă“Fuelă FlowăControlăofăaăPEMăFuelăCellăwithăMPPT”