4.4.1 Bài toán MPPT dựa trên P&O cơ bản.
Trong bài toán bám theo điểm công suất cực đại của hệ thống pin NLMT, P&O là một thuật toán cơ bản trong họ các thuật toán leo đồi (Climing Hill). Dựa trên giải thuật được đề xuất trong hình 3.10 một mô hình mô phỏng được xây dựng như trong Hình .
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 57 Hình 4.10 Mô hình mô phỏng hệ thống pin NLMT có bộ MPPT dạng mạch Boost Mô hình bao gồm một tấm pin có công suất 250Wp cấp cho tải R=50Ω thông qua một mạch DC/DC Boost. Để điều khiển mạch điện hoạt động tại điểm MPP, một bộ điều khiển được xây dựng với ngõ vào là điện áp và dòng điện đo được trên tấm pin NLMT và ngõ ra là xung kích cho bán dẫn chuyển mạch của mạch DC/DC Boost.
Thông số các linh kiện trong mạch được thể hiện như trong Bảng 4.2 Tên linh kiện Kí hiệu trong mạch Giá trị Đơn vị
Tụ lọc ngõ ra tấm PV C 6000 μF
Cuộn dây mạch Boost L1 200 μH
Tụ lọc trên tải C_f 100 μF
điện trở tải Rload 50 Ω
Bảng 4.2 Thông số các thành phần trên mạch mô phỏng
Khối điều khiển trong mạch mô phỏng có kết nối như trong Hình 4.10. Trong mạch điều kiện bao gồm một khối hàm trong Matlab (MATLAB Function), các khối tạo delay, khối giới hạn tín hiệu, khối giá trị tuyệt đối, khối cộng và khối độ lợi.
Khối MATLAB Function: Thực thi giải thuật P&O cơ bản với các ngõ vào bao gồm dòng điện và điện áp trên tấm pin hiện tại và trước đó cùng với giá trị tỉ thời gian D trước đó. Qua thuật toán P&O này, giá trị tỉ số thời gian D mới được xác định tại ngõ ra của khối. Ngoài ra, nhằm tiết kiệm
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 58 không gian mô phỏng, các giá trị ∆P và ∆V cũng được tính toán qua khối hàm toán này.
Khối tạo delay: Khối này có nhiệm vụ lưu trữ giá trị tính toán trong chu kì trước đó nhằm phục vụ cho thuật toán P&O. Cụ thể, trong chương trình này khối sẽ xác định các giá trị điện áp và dòng điện trên tấm NLMT, giá trị tỉ số thời gian và giá trị ∆D.
Nhằm hạn chế sự sai lệch của các tín hiệu ngõ ra vượt quá giới hạn mong muốn. Khối Saturation được sử dụng nhằm tạo giới hạn trên và dưới của tín hiệu ngõ vào. Cụ thể trong mô hình này, khối có nhiệm vụ giới hạn kết quả ngõ ra của ∆D nằm trong khoảng cho phép.
Khối giá trị tuyệt đối. Do ngõ vào của các tín hiêu khối fuzzy được xác định dựa trên biên độ nên khối giá trị tuyệt đối được sử dụng để chuyển từ giá trị đại số của các tín hiêu về ∆D và ∆P về dạng biên độ của các tín hiệu này.
Khối độ lợi: Có nhiệm vụ chuyển các giá trị ngõ vào từ các con số sang kiểu hiểu mờ trong ngôn ngữ fuzzy. Khối fuzzy có cách hiểu là cao, thấp, trung bình,... Như vậy, để chuyển từ giá trị cụ thể về ngôn ngữ fuzzy thì cần phải có tỉ lệ tương ứng và nhiệm vụ đó được giao cho khối độ lợi thực hiện.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 59 Hình 4.11 Sơ đồ kết nối khối điều khiển của hệ thống pin NLMT
Sự khác nhau giữa chương P&O thông thường và fuzzy P&O nằm ở giá trị biến DeltaD được sử dụng. Nếu DeltaD là hằng số thì đó là P&O cơ bản. Nếu
DeltaD được lựa chọ dựa trên khối quan sát dùng fuzzy thì đó là thuật toán fuzzy P&O. Các kết quả thực hiện cho cả hai thuật toán trên được trình bày cụ thể như các phần bên dưới.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 60
4.4.2 Kết quả mô phỏng với bộ P&O cơ bản
4.4.2.1 Khi ∆D=0.002 Khi BXMT thay đổi 400-500-600Wp
Hình 4.12 Cường độ BXMT chiếu lên tấm pin Hình 4.13 Công suất ngõ ra pin NLMT Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được BXMT chiếu sáng lên tấm pin làm (400 w/m2 , T=0,5s BXMT=500 w/m2, T=1s BXMT=600) w/m2 và tương ướng với thời giam đó thì công suất ngõ ra của pin mặt trời là 101w ; 125w; 150w MPP
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 61 Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được điện áp ngõ ra và dòng điện ngõ ra bắt đầu tăng và quá độ một khoản thời gian rồi ổn định nhưng vẫn còn dao động. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho dòng điện và điện áp dao động mạnh trong khoản thời gian ngắn rồi lại ổn định. Đến thời điểm T=1s BXMT bắt đầu thay đổi quá trình diễn ra như trên.
Hình 4.16 Tỉ số điều chế thời gian mạch Boost
Tại thời điểm T=0s ta delay ∆D 0.1s sau đó mạch bắt đầu hoạt động trong thời gian quá độ 90ms rồi ổn định lại nhưng có dao động. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho tỉ số điều chết thay đổi, đến T=1s lại thay đổi tiếp.
Kết quả mô phỏng của thuật toán P&O cơ bản ở các BXMT khác nhau (400- 600) w/m2 ở và giá trị ∆D=0.002, ta thấy công suất bám theo MPP nhưng dạng sóng ngõ ra còn nhiều dao động không ổn định, hoạt động không tốt tại những lúc BXMT thay đổi.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 62
4.4.2.2 Khi BXMT thay đổi 700-800-900Wp
Hình 4.17 Cường độ BXMT chiếu lên tấm pin Hình 4.18 Công suất ngõ ra pin NLMT Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được BXMT chiếu sáng lên tấm pin làm (700 w/m2 , T=0,5s BXMT=800 w/m2, T=1s BXMT=900) w/m2 và tương ướng với thời gian đó thì công suất ngõ ra của pin mặt trời là 170w ; 201w; 220w MPP và thời gian quá độ ban đầu dài so với BXMT thấp
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 63 Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được điện áp ngõ ra và dòng điện ngõ ra bắt đầu tăng và quá độ một khoản thời gian rồi ổn định nhưng vẫn còn dao động và thời gian quá độ ban đầu dài so với BXMT thấp. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho dòng điện và điện áp dao động mạnh trong khoản thời gian ngắn rồi lại ổn định. Đến thời điểm T=1s BXMT bắt đầu thay đổi quá trình diễn ra như trên
Hình 4.21 Tỉ số điều chế thời gian mạch Boost
Tại thời điểm T=0s ta delay ∆D 0.1s sau đó mạch bắt đầu hoạt động trong thời gian quá độ 300ms rồi ổn định lại nhưng có dao động. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho tỉ số điều chết thay đổi, đến T=1s lại thay đổi tiếp.
Kết quả mô phỏng của thuật toán P&O cơ bản ở các BXMT khác nhau (700- 900) w/m2 ở và giá trị ∆D=0.002, ta thấy công suất bám theo MPP nhưng dạng sóng ngõ ra còn nhiều dao động không ổn định hơn so với bức xạ thấp, hoạt động không tốt tại những lúc BXMT thay đổi.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 64
4.4.2.3 Khi ∆D=0.008, BXMT thay đổi 400-500-600Wp
Hình 4.22 Cường độ BXMT lên tấm pin Hình 4.23 Công suất ngõ ra pin NLMT Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được BXMT chiếu sáng lên tấm pin làm (400 w/m2 , T=0,5s BXMT=500 w/m2, T=1s BXMT=600) w/m2 và tương ướng với thời giam đó thì công suất ngõ ra của pin mặt trời là 101w ; 125w; 150w MPP
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 65 Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được điện áp ngõ ra và dòng điện ngõ ra bắt đầu tăng và quá độ một khoản thời gian rồi ổn định nhưng vẫn còn dao động. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho dòng điện và điện áp dao động mạnh trong khoản thời gian ngắn rồi lại ổn định. Đến thời điểm T=1s BXMT bắt đầu thay đổi quá trình diễn ra như trên
Hình 4.26 Tỉ số điều chế thời gian mạch Boost
Tại thời điểm T=0s ta delay ∆D 0.1s sau đó mạch bắt đầu hoạt động trong thời gian quá độ 60ms rồi ổn định lại nhưng có dao động. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho tỉ số điều chết thay đổi, đến T=1s lại thay đổi tiếp.
Kết quả mô phỏng của thuật toán P&O cơ bản ở các BXMT khác nhau (400- 600) w/m2 ở và giá trị ∆D=0.008, ta thấy công suất bám theo MPP nhưng dạng sóng ngõ ra còn nhiều dao động không ổn định, hoạt động không tốt tại những lúc BXMT thay đổi.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 66
4.4.2.4 Khi ∆D=0.008, BXMT thay đổi 700-800-900Wp
Hình 4.27 Cường độ BXMT lên tấm pin Hình 4.28 Công suất ngõ ra pin NLM Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được BXMT chiếu sáng lên tấm pin làm (700 w/m2 , T=0,5s BXMT=800 w/m2, T=1s BXMT=900) w/m2 và tương ướng với thời gian đó thì công suất ngõ ra của pin mặt trời là 170w ; 201w; 220w MPP và thời gian quá độ ban đầu dài so với BXMT thấp
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 67 Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được điện áp ngõ ra và dòng điện ngõ ra bắt đầu tăng và quá độ một khoản thời gian rồi ổn định nhưng vẫn còn dao động. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho dòng điện và điện áp dao động mạnh trong khoản thời gian ngắn rồi lại ổn định. Đến thời điểm T=1s BXMT bắt đầu thay đổi quá trình diễn ra như trên
Hình 4.31 Tỉ số điều chế thời gian mạch Boost
Kết quả mô phỏng của thuật toán P&O cơ bản ở các BXMT khác nhau (700- 900) w/m2 ở và giá trị ∆D=0.08, ta thấy công suất bám theo MPP nhưng dạng sóng ngõ ra còn nhiều dao động hơn, không ổn định hơn, hoạt động không tốt
Khi ta so sánh hai giá trị ∆D=0.08 và ∆D=0.02 thì ta thấy rằng khi ∆D nhỏ thì sẽ ổn định hơn nhưng đạt được điểm MPP thì chậm hơn so với ∆D cao. ∆D cao thì dao động nhiều hơn khó xác định được điểm MPP, khó ổn định cho hệ thống khi hoạt động do ∆D cố định.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 68
4.5 Kết quả mô phỏng dựa trên thuật toán Fuzzy-P&O 4.5.1 BXMT thay đổi 400-500-600Wp 4.5.1 BXMT thay đổi 400-500-600Wp
Hình 4.32 Cường độ BXMT chiếu lên tấm pin Hình 4.33 Công suất ngõ ra pin NLMT Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được BXMT chiếu sáng lên tấm pin làm (400 w/m2 , T=0,5s BXMT=500 w/m2, T=1s BXMT=600) w/m2 và tương ướng với thời giam đó thì công suất ngõ ra của pin mặt trời là 103w ; 128w; 153w MPP
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 69 Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được điện áp ngõ ra và dòng điện ngõ ra bắt đầu tăng và quá độ một khoản thời gian rồi ổn định. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho dòng điện và điện áp dao động ngắn trong khoản thời gian ngắn rồi lại ổn định. Đến thời điểm T=1s BXMT bắt đầu thay đổi quá trình diễn ra như trên
Hình 4.36 Tỉ số điều chế thời gian mạch Boost
Tại thời điểm T=0s ta delay ∆D 0.1s sau đó mạch bắt đầu hoạt động trong thời gian quá độ 30ms rồi ổn định. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho tỉ số điều chết thay đổi, đến T=1s lại thay đổi tiếp.
Kết quả mô phỏng của thuật toán P&O cơ bản ở các BXMT khác nhau (400- 600) w/m2, ta thấy công suất bám theo MPP nhưng dạng sóng ngõ ra không còn dao động ổn định, hoạt động tốt tại những lúc BXMT thay đổi.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 70
4.5.2 Khi BXMT thay đổi 700-800-900Wp
Hình 4.37 Cường độ BXMT chiếu lên tấm pin Hình 4.38 Công suất ngõ ra pin NLMT Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được BXMT chiếu sáng lên tấm pin làm (700 w/m2 , T=0,5s BXMT=800 w/m2, T=1s BXMT=900) w/m2 và tương ướng với thời gian đó thì công suất ngõ ra của pin mặt trời là 170w ; 201w; 220w MPP và thời gian quá độ ban đầu dài so với BXMT thấp
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 71 Tại thời điểm T=0s cho ta thấy được điện áp ngõ ra và dòng điện ngõ ra bắt đầu tăng và quá độ một khoản thời gian rồi ổn định. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho dòng điện và điện áp dao động ngắn trong khoản thời gian ngắn rồi lại ổn định. Đến thời điểm T=1s BXMT bắt đầu thay đổi quá trình diễn ra như trên.
Hình 4.41 Tỉ số điều chế thời gian mạch Boost
Tại thời điểm T=0s ta delay ∆D 0.1s sau đó mạch bắt đầu hoạt động trong thời gian quá độ 90ms rồi ổn định. Đến thời điểm T=0,5s BXMT bắt đầu thay đổi làm cho tỉ số điều chết thay đổi, đến T=1s lại thay đổi tiếp.
Kết quả mô phỏng của thuật toán P&O cơ bản ở các BXMT khác nhau (700- 900) w/m2, ta thấy công suất bám theo MPP nhưng dạng sóng ngõ ra không còn dao động ổn định, hoạt động tốt tại những lúc BXMT thay đổi
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 72
4.5.3 So sánh kết quả thu được giữa P&O và Fuzzy-P&O
Hình 4.42 Công suất ngõ ra pin NLMT
Bảng 4.1 Kết quả so sánh cho điểm công suất tối đa
Thuật toán MPPT Công suất MPP % Dao động(ms) Tính ổn định
P&O 93-97 200 Không ổn định
Adaptive P&O-fuzzy
95-100 50 Ổn định hơn
Kết quả so sánh công suất ngõ ra của hai thuật toán Fuzzy-P&O và P&O cơ bản. Tại thời điểm T=0s mạch bắt đầu hoạt động xảy ra quá độ, ở bức xạ thấp thời gian quá độ ngắn hơn so với bức xạ cao. Theo thực tế thì công suất bám theo của Fuzzy-P&O cao hơn P&O và ổn định hơn nhiều so với P&O.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 73
Hình 4.43 Dòng điện ngõ ra pin NLMT Bảng 4.2 Kết quả so sánh dòng điện ngõ ra
Thuật toán MPPT Dòng điện MPP % Dao động(ms) Tính ổn định
P&O 90-95 200 Không ổn định
Adaptive P&O-fuzzy
95-100 85 Ổn định hơn
Kết quả so sánh công suất ngõ ra của hai thuật toán Fuzzy-P&O và P&O cơ bản. Tại thời điểm T=0s mạch bắt đầu hoạt động xảy ra quá độ, ở bức xạ thấp thời gian quá độ ngắn hơn so với bức xạ cao. Khi T=0.5s thì dòng điện ngõ ra của Fuzzy- P&O dao động và ổn định nhanh hơn so với P&O và tương tự vậy tại T=1s
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 74 Hình 4.44 Điện áp ngõ ra pin NLMT
Bảng 4.3 Kết quả so sánh điện ngõ ra
Thuật toán MPPT Độ vọt lố (V) Dao động(ms) Tính ổn định
P&O 5 200 Không ổn định
Adaptive P&O-fuzzy
2 90 Ổn định hơn
Kết quả so sánh công suất ngõ ra của hai thuật toán Fuzzy-P&O và P&O cơ bản. Tại thời điểm T=0s mạch bắt đầu hoạt động xảy ra quá độ, ở bức xạ thấp thời gian quá độ ngắn hơn so với bức xạ cao. Khi T=0.5s thì điện áp ngõ ra của Fuzzy- P&O dao động và ổn định nhanh hơn, độ vọt lố thấp so với P&O và tương tự vậy tại T=1s
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 75
Hình 4.45 Tỉ số điều chế thời gian mạch Boost Bảng 4.4 So sánh tỉ sổ đều chế thời gian
Thuật toán MPPT Thời gian phản ứng
(ms) Dao động(ms) Tính ổn định P&O 175 500 Không ổn định Adaptive P&O-fuzzy 100 100 Ổn định hơn
Kết quả so sánh công suất ngõ ra của hai thuật toán Fuzzy-P&O và P&O cơ bản. Tại thời điểm T=0s mạch bắt đầu hoạt động xảy ra quá độ, ở bức xạ thấp thời gian quá độ ngắn hơn so với bức xạ cao. Khi T=0.5s thì tỉ số điều chế thời giana của Fuzzy-P&O dao động và ổn định nhanh hơn so với P&O và tương tự vậy tại T=1s.