L ỜI CẢM ƠN
3.2.3 Các đường đặc tính của PV
Với các thông số pin mặt trời đã lựa chọn ở trên, sử dụng phần mềm matlab – simulink để mô phỏng hệ PV trong điều kiện giả thiết là được bức xạ đều với cường độ 1000W/m2, ta xác định được các đường đặc tính của PV như sau:
47
Hình 3.8 Đặc tính I -V
Hình 3.9 Đặc tính P -V
Dựa vào đường ta có thể nhận thấy công suất cực đại của dàn PV là 67.000W.
3.3 Mô phỏng bộ chỉnh lưu DC/DC và thuật toán điều khiển MPPT
3.2.1 Mô phỏng bộ chỉnh lưu Boost converter có điều khiển
Bộ điều khiển cho Boost converter lấy tín hiệu vào là điện áp từ dàn pin mặt trời, xuất tín hiệu ra UDC để đưa đến đầu vào bộ nghịch lưu DC/AC. Bộ Boost converter có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp một chiều từ 550VDC lên 700VDC. Tín hiệu điều khiển nghịch lưu được thiết kế theo kiểu điều chế độ rộng xung PMW để điều khiển đóng/mở IGBT.
48
Hình 3.10 Sơ đồ ộ điều khiển chỉnh lưu Boost converter b 3.2.2 Thuật toán điều khiển MPPT
Dựa vào bộ chỉnh lưu Boost converter ở trên, ta có trở kháng vào của PV là: Rin(D,R) = (1 - D)2.Rtai
Ta nhận thấy Rin(D,R) phụ thuộc vào D và giá trị của R. Ở đây, phụ tải là bộ sấy của hệ thống điều hòa không khí nên ta coi là thuần trở, có giá trị không đổi. Như vậy, để thay đổi Rei(D,R) ta thay đổi giá trị D. Để thay đổi vị trí của điểm làm việc thì chúng ta cần thay đổi góc nghiêng của đường đặc tính tải, việc thay đổi D một cách hợp lý sẽ cho phép giao điểm giữa hai đường đặc tính xác lập tại đúng điểm MPP.
Có hai phương pháp điều khiển bám công suất cực đại chính là: điều khiển trực tiếp chu kì nhiệm vụ D và điều khiển bám công suất cực đại theo dòng tham chiếu, các tín hiệu ra của bộ điều khiển MPPT sẽ điều khiển sự đóng cắt của van đóng cắt trong bộ Converter. Ở đây, tôi xin được trình bày phương pháp điều khiển trực tiếp hệ số Duty cycle (D).
o giá U, Phương pháp đo được tiến hành như sau: Đầu mỗi chu kì, ta đ trị I của PVđưa vào bộ điều khiển MPPT rồi kết hợp với các giá U, I trị của chu kì trước để tính các thay độ đổi của điện dáp V và thay độ đổi công suất dP để đưa ra sự điều chỉnh hệ số D, nhằm thay đổi trở kháng đầu vào Rin của Pin mặt trời sao
49
cho phù hợp với trở kháng tối ưu Ropt. D Hệ số đượcchuyển đến một bộ tạo xung PWM để tạo ra xung điều khiển sự đóng cắt của van đóng cắt trong Boost bộ Converter. Hết mộtchu kì, bộ điều khiển lưu lại giá trị điện áp, công suất và hệ số D của chu kì trước rồi chuyển sang chu kì mới. Khi kháng Rtrở in = Ropt thì công suất ra của hệthốngPinmặt trời sẽ là lớn nhất.
Sự thay đổi của D phụ thuộc vào dP và dV được thể hiện qua bảng sau: D
>0 >0 Giảm D
<0 <0 Giảm D
>0 <0 Tăng D
<0 >0 Tăng D
Trong đó dV tính bằng điện áp chu kì sau trừ điện áp chu kì trước, dP tính bằng công suất chu kì sau trừ công suất chu kì trước.
- Khi điểm hoạt động của hệ thống Pin mặt trời nằm bên trái điểm MPP thì phải giảm góc nghiêng của đặc tính tải → giảm chu kỳnhiệmvụ D xuống → tăng điện làm áp việc.
- Khi điểm hoạt động của hệ thống Pin mặt trời nằm bên phải điểmMPP thì phải tăng góc nghiêng của đặc tính tải → Tăng chu kỳnhiệmvụ D lên, → giảm điện làm áp việc.
Dựa vào thuật toán MPPT, ta đã xác định được điểm công suất làm việc cực đại của PV, điện áp và dòng điện của hệ PV như sau:
50
Hình 3.12 Điện áp đầu ra của PV
Hình 3.13 Dòng điện đầu ra của PV
51
Ta có thể nhận thấy, công suất đầu ra của pin nhìn chung là bám theo giá trị cực đại là Pmax = 67kW. Tuy nhiên với phương pháp này giá trị của điện áp, dòng điện và công suất của Pin thay đổi gần như liên tục quanh gia trị mong muốn chứ không ổn định tại một giá trị và đều có độ gợn nhất định. Giá trị độ gợn có giảm đi khi ta giảm độ biến thiên của hệ số Duty cycle sau mỗi lần điều chỉnh nhưng không thể làm mất hoàn toàn độ gợn nếu chỉ sử dụng thuật toán MPPT này. Hơn nữa nếu giảm độ thay đổi hệ số Duty cycle đi quá nhỏ thì thời gian để hệ xác lập rất lâu, gây khó khăn cho quá trình mô phỏng.
3.4 Mô phỏng bộ nghịch lưu DC/AC có điều khiển
Trong luận văn này, tác giả nghiên cứu sử dụng phương pháp mặt phẳng trượt để điều khiển cho bộ nghịch lưu. Xét bộ nghịch lưu có cấu trúc như sau:
Hình 3.15 Sơ đồ ộ b nghịch lưu nối tải Các thông số:
Lf = 10mH; Cf = 10-6µF; Tần số điện áp ra: f = 50Hz; Trong đó:
Vi = [ViAB ViBC ViCA]T; Ii = [iiA iiB iiC]T VL = [VLA VLB VLC]T; IL = [iLA iLB iLC]T Ta có mô hình trạng thái như sau:
=
52 Trong đó: Ti = 10 11 01
1 0 1
Ta chuyển hệ thống từ hệ trục tọa độ abc sang hệ trục tọa độ dq. Mối quan hệ của hai hệ trục tọa độ được như sau:
fdq0 = Ksfabc
(3.8)
Trong đó, fabc, fdq0 là vector biểu diễn dưới hai hệ trục tọa độ abc và dq0. Với
Ks = 1 0
Dưới hệ trục tọa độ , (3.7) được viết lại như sau:
= +
= +
= + +
= +
(3.9)
Trong đó, , với là tần số của điện áp đầu ra. k1 = , k2 = , k3 = ,
k4 = .
Giả sử giá trị đặt của dòng điện nghịch lưu Iid, Iiq ký hiệu là Iidr, Iiqr, được định nghĩa như sau:
=
= + (3.10)
Ta định nghĩa biến sai lệch như sau: x1 = VLd - VLdr, x2 = VLq - VLqr, x3 = Iid - Iidr, x4 = ILq - ILqr . Ta có mô hình trạng thái của hệ như sau:
= +
= +
= + +
= +
(3.11)
Phương trình (3.11) có thể được biểu diễn thành:
53
Trong đó: x = [x1 x2 x3 x4]T, u = [Vid Viq]T .
A = 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 , B = 0 , B2 =
Từ các thông số của bộ nghịch lưu ta xác định được: A = 0 314 314 0 10000000 10000000 0 0 0 0 0 00 0 , B = 0 0 0 0 50 28.8 28.8 50 , B2 = 50 28.8 28.8 50
Biến trượt được chọn là: , với hệ số tắt dần và thời gian xác lập của động học trượt lần lượt là , . Bộ điều khiển trượt có dạng:
với K = 1000, Q = 100 Áp dụng phương pháp gán điểm cực ta tính được mặt trượt
S = 0.0657 0.0108
0.0108 0.0657
8.9966 5.1898 5.1898 8.9966 Ta có kết quả mô phỏng như sau:
Hình 3.16 Điện áp ba pha c p cho b s y ấ ộ ấ
0 S x σ = 1 ς = ts =0.05s ( )1( ( )) u = − SB − SAz K+ σ + Qsignσ
54
Hình 3.17 Dòng điện ra t i ả
Nhận xét: Điện áp ra cấp cho tải đáp ứng với yêu cầu đặt ra của luận văn, hệ số đập mạch nhỏ hơn 5%.
3.5 Kết quả và hướng phát triển của luận văn
3.5.1 Kết quả đạt được
- Tìm hiểu về nguồn năng lượng mặt trời và cấu tạo của pin mặt trời.
- Mô phỏng và xây dựng thành công thuật toán tìm điểm công suất cực đại. Thuật toán P&O giúp cho ta nhanh chóng xác định được điểm công suất cực đại của hệ thống PV. Mô phỏng được mô hình hệ thống pin mặt trời và các bộ điều khiển DC/DC và DC/AC. Điện áp ra đảm bảo theo yêu cầu.
3.5.2 Hướng phát triển của luận văn
- Thuật toán P&O giúp ta nhanh chóng xác định được điểm công suất cực đại của PV tuy nhiên công suất của pin chỉ dao động quanh điểm cực đại mà chưa ổn định. Điều này sẽ được khắc phục khi nghiên cứu các thuật điều khiển khác. - Tiếp tục nghiên cứu phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu để làm tăng chất lượng điện áp ra. Luận văn mới chỉ nghiên cứu xây dựng pin mặt trời với cường độ bức xạ là ổn định, không thay đổi. Trong thực tế, cường độ bức xạ của pin mặt trời là có thay đổi, đây cũng là 1 hướng cần tiếp tục nghiên cứu.
- Luận văn mới chỉ là mô phỏng hệ thống, cần tiến tới việc nghiên cứu để áp dụng kết quả mô phỏng vào thực tế với các thiết bị khác của công trình Lăng.
55
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] B ộ Tư lệnh b o v ả ệ Lăng Chủ ị t ch Hồ Chí Minh, Quy trình v n hành các thi tậ ế b k thuị ỹ ật công trình Lăng, Hà Nội, 2011.
[2] Hoàng Dương Hùng, Năng lượng m t tr i: Lý thuy t và ng d ng, Hà N i: ặ ờ ế ứ ụ ộ NXB Khoa học và Kỹ thu t, 2013. ậ
[3] Võ Minh Chính, Ph m Quạ ốc Hải, Trần Trọng Minh, Điệ ửn t công su t, Hà ấ N i: NXB Khoa h c và K thuộ ọ ỹ ật, 2005.
[4] PGS. Tr n Trầ ọng Minh, TS. Vũ Hoàng Phương, Mô hình hóa và thiết kế điều khi n cho các b biể ộ ến đổi điệ ửn t công su t, 2017. ấ
[5] Phạm Quang Hà, Vahid Vakiloroaya, ""A novel solar assisted air conditioner system for energy saving with performance enhancement"," Procedia
Engineering, pp. Vol.49, pp.116-123, 2012.
[6] Nguy n Phùng Quang, Matlab & Simulink dành cho k ễ ỹ sư điều khi n t ể ự động, Hà N i: NXB Khoa h c và K thu t, 2008. ộ ọ ỹ ậ
56
PHỤ LỤC
Thuật toán P&O
function duty = MPPT(vpv,ipv,delta)
duty_init = 0.1; duty_min = 0; duty_max =0.95;
persistent Vold Pold duty_old; if isempty(Vold) Vold = 0; Pold = 0; duty_old = duty_init; end P = vpv*ipv; dV = vpv -Vold; dP = P - Pold; dP ~= 0 && vpv >30 if ifdP < 0 dV < 0 if
duty = duty_old - delta; else
duty = duty_old + delta;
end
else
dV < 0 if
duty = duty_old + delta; else
duty = duty_old - delta; end end else duty = duty_old; end if duty >= duty_max duty = duty_max;
elseif duty < duty_min duty = duty_min; end duty_old = duty; Vold = vpv; Pold = P; end