Thuật toán P&O được đề xuất như trong Error! Reference source not found. ở trên. Ưu điểm của thuật toán này là luôn nhảy để có thể tiến đến điểm làm việc có công suất cực đại (MPP) của tấm pin NLMT. Tuy nhiên, do nhảy liên tục nên công suất tấm pin cũng thay đổi theo ít nhiều và không ổn định khi các điều kiện làm việc (bức xạ mặt trời và nhiệt độ tấm pin) không có sự thay đổi. Sự thay đổi này phụ thuộc vào giá trị ∆D
Nếu ∆D lớn thì nhanh tiến đến điểm MPP nhưng lại có sự nhấp nhô do thay đổi D tại điểm MPP.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 52 Nếu ∆D nhỏ thì tiến chậm đến điểm MPP nhưng lại ít nhấp nhô do thay đổi D tại điểm MPP
4.3 Giải thuật điều khiển logic P&O-Fuzzy thích nghi :
Hình 4.4 Lưu đồ giải thuật P&O-Fuzzy
4.3.1 Thay đổi giá trị ∆D bằng fuzzy.
Để khắc phục nhược điểm của thuật toán P&O, giá trị ∆D được thay đổi linh hoạt theo điều kiện làm việc của tấm pin. Giá trị này sẽ tăng cao khi có sự thay đổi điều kiện làm việc của tấm. Cụ thế:
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 53
Nếu điểm hoạt động gần và ngay điểm MPP thì ∆D có giá trị nhỏ.
Hình 4.5 Thay đổi giá trị ∆P theo điện áp.
Qua Hình 4.5 cho thấy bảng luật mờ dành cho giải thuật Fuzzy-P&O MPPT gồm hai biến đầu vào là biến độ dốc Sa = dP và giá trị ∆D của thông số áp biến động ΔVref. Biến đầu ra của bộ điều khiển mờ FLC là giá trị D của thông số ΔVref thích nghi cần hiệu chỉnh. có thể nhận thấy mối liên hệ giữa ∆P và ∆D như sau:
∆P lớn, khi điểm hoạt động ở xa điểm MPP, thì cần giá trị ∆D lớn để tiến nhanh đến điểm MPP.
∆P trung bình, khi điểm hoạt động gần hơn đến điểm MPP, cần giá trị ∆D nhỏ lại để tiến đến điểm MPP.
∆P nhỏ, khi điểm hoạt động rất gần hoặc trùng điểm MPP, cần giá trị ∆D nhỏ hợn hoặc bằng 0.
4.3.2 Xây dựng luật mờ và khối fuzzy trong bài toán MPPT của pin NLMT
Dựa vào mối liên hệ giữa ∆P và ∆D, một bảng luật mờ xác định giá trị ΔD dựa trên giá trị ΔP và giá trị ΔD trước đó được trình bày như sau.
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 54 Bảng 4.1 Bảng Luật Mờ của thuật toán Fuzzy P&O MPPT
∆D
Sa=dP
Small Medium Large
Small ZO NS NB
Medium PS ZO NS
Large PB PS ZO
Các hàm liên thuộc được đình nghĩa như trong
(a) Giao diện hàm liên thuộc (b) Hàm liên thuộc của Sa
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 55 Hình 4.6 Các hàm liên thuộc trong khối fuzzy
Hình 4.7 Xây dựng luật mờ trong khối fuzzy
Sau khi xây dựng xong luật mờ, kết quả được save lại thành một file dữ liệu có định dạng “.fis”. Khi muốn sử dụng chương trình này, chép tên chương trình vào
HVTH : LÊ VIỆT TIẾN 56 khối fuzzy trong simulink là được. Cụ thể, với yêu cầu hai ngõ vào và một ngõ ra, khối fuzzy trong Simulink được thiết lập như trong Hình và có giao diện chọn file luật mờ như trong Hình4.9. Lưu ý là luật mờ phải được viết đầy đủ cả phần tên và phần mở rộng. Tên đầy đủ này được đặt trong dấu nháy đơn như thể hiện trong.
Hình 4.8 Kết nối của một khối fuzzy có 2 ngõ vào và một ngõ ra.
Hình 4.9 Giao diện nhập file chương trình của khối fuzzy Cách chọn file.fis chèn vào khối Fuzzy Logic Controller
4.4 Mô phỏng bài toán MPPT cho pin NLMT dựa trên thuật toán P&O 4.4.1 Bài toán MPPT dựa trên P&O cơ bản. 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