Tương tự như chế độ boost thì khi bộ biến đổi hoạt động ở chế độ buck ta có thể đơn giản hóa cấu trúc của bộ biến đổi về mạch sau:
Hình 3.5: Mô hình đơn giản của bộ biến đổi buck
Theo như chương 2 ta đã thành lập được mô hình toán của bộ biến đổi buck vì vậy mô hình toán cho chiều buck cung tương tự như như vậy. ở đây ta
bỏ qua điện trở thuần của cuộn dây và của tụ điện nên mô hình toán của bộ biến đôi khi hoạt động ở chế độ buck như sau:
out in 2 U (s) RU d(s) R sL s RLC (3.9) 3.4. Tổng hợp bộ điều khiển
Bộ điều khiển PID thường được sử dụng để điều khiển đối tượng SISO theo nguyên lý hồi tiếp như trên. Bộ điều khiển PID có nhiệm vụ đưa sai lệch tĩnh e(t) của hệ thống về 0 sao cho quá trình quá độ thỏa mãn yêu cầu sau:
- Nếu sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần UP(t), tín hiệu điều chỉnh U(t) càng lớn
- Nếu sai lệch e(t) chưa bằng 0 thì thông qua thành phần UI(t), PID vẫn còn tạo tín hiệu điều chỉnh
- Nếu sự thay đổi của sai lệch e(t) càng lớn thì thông qua thành phần UD(t), phản ứng thích hợp của u(t) sẽ càng nhanh
Thông qua việc điều chỉnh 3 thông số trong các thuật toán điều khiển PID, bộ điều khiển có thể kiểm soát quá trình cụ thể mà hệ thống yêu cầu. Tùy từng đối tượng khác nhau mà trong bộ điều khiển pid có thể có các thành phần P,I , D nếu như đổi tượng đã có khâu tích phần rồi thì trong bộ điều khiển ta không cần phải đưa thêm khâu tích phần vào nữa, lúc đó ta chỉ cần sử dụng bộ điều khiển PD, hay khi tín hiệu trong đối tượng thay đổi tương đối chậm và bản thân bộ điều khiển cung không nhất thiết phải có sự thay đổi thật nhanh với sự thay đổi của đối tuongj thì trong bộ điều khiển không cần phải có khâu D, lúc đó ta chỉ cần sử dụng bộ điều khiển PI là được.
3.4.1. Tổng hợp bộ điều khiển của bộ biến đổi buck
Thông số của bộ biến đổi như sau: Điện áp vào Ui = 24V, điện trở tải R = 52Ω, hệ số γ = 0,5, độ tự cảm của cuộn dây L = 19.51mH, điện dung của tụ điện C = 50uF;
Bộ điều khiển dòng: Kp = 0.013183; Ki = 7.2915173; Bộ điều khiển áp: Kp = 0.81577; Ki = 453.894428.
3.4.2. Tổng hợp bộ điều khiển của bộ biến đổi boost
Thông số của bộ biến đổi như sau: Điện áp vào Ui =24V, điện trở tải R = 52Ω, hệ số γ = 0,45, độ tự cảm của cuộn dây L = 19.51mH, điện dung của tụ điện C = 50uF.
Sau khi tổng hợp ta thu được bộ điều khiển có các thông số như sau: Bộ điều khiển dòng: Kp= 4.69989e-5; Ki = 0.036153; Kd = 2.0824128e-7; Bộ điều khiển áp: Kp= 54.257; Ki = 0; Kd = 0.
3.4.3. Tổng hợp bộ điều khiển của bộ biến đổi buck - boost
Thông số của bộ biến đổi như sau: Điện áp vào Ui = 24V, điện trở tải R = 52Ω, hệ số γ = 0.6, độ tự cảm của cuộn dây L = 19.51mH, điện dung của tụ điện C = 50uF.
Sau khi tổng hợp ta thu được bộ điều khiển có các thông số như sau: Bộ điều khiển dòng: Kp= 0.0028; Ki = 1.0189;
Bộ điều khiển áp: Kp= 0.9066; Ki = 47.1173.
3.5. Kết luận chương 3
Trên cơ sở nghiên cứu thiết kế bộ biến đổi DC-DC, luận văn đã đưa ra được thuật toán xây dựng bộ điều khiển và đạt được các kết quả sau đây:
- Đưa ra được mô hình toán học cho các bộ biến đổi DC-DC; - Thiết kế bộ điều khiển cho các bộ biến đổi DC-DC;
- Đưa ra được cấu trúc của các bộ điều khiển.
Nhiệm vụ tiếp theo là phải xây dựng được mô hình phần cứng để cho thấy tính thực tiễn của luận văn.
Chương 4
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CHO BỘ BIẾN ĐỔI DC - DC, DC - AC 4.1. Giới thiệu chung
Để đánh giá chất lượng cho bộ biến đổi DC - DC và bộ biến đổi DC - AC theo sơ đồ nguyên lý như trên hình 4.1, trước hết phải sử dụng các mạch DC tăng và giảm áp cùng với mạch nghịch lưu một pha.
Hình 4.1: Bộ biến đổi DC - DC và DC - AC cho siêu tụ
Dựa vào điều kiện thực tế, luận văn sẽ tiến hành đánh giá chất lượng của các bộ biến đổi DC - DC và DC - AC.
4.2. Bộ biến đổi DC - DC
4.2.1. Bộ DC - DC giảm áp: Được giới thiệu như trên hình 4.2
Mạch giảm áp DC nhỏ gọn có khả năng giảm áp từ 35V xuống 1.5V hiệu suất cao (92%).
Thông số kỹ thuật:
Điện áp đầu vào: Từ 3V đến 40V.
Điện áp đầu ra: Điều chỉnh được trong khoảng 1.5V đến 35V. Dòng đáp ứng tối đa là 3A.
Hiệu suất: 92% Công suất: 15W
Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý mạch giảm áp sử dụng IC LM2569S
Hình 4.5: Điện áp đầu ra nhỏ nhất của mạch giảm áp sử dụng IC LM2569S
Hình 4.6: Điện áp đầu ra nhỏ nhất của mạch giảm áp sử dụng IC LM2569S
4.2.2. Mạch DC - DC tăng áp: Được giới thiệu như trên hình 4.7
Mạch tăng áp DC XL6009 / Boost DC XL6009 module Module điều chỉnh tăng áp DC-DC. Module sử dụng IC XL6009, có hiệu suất cao.
Thông số kỹ thuật:
Điện áp đầu vào từ 3V đến 32V Điện áp đầu ra từ 5 V đến 35V
Hình 4.7: Mạch tăng áp sử dụng IC XL6009
Hình 4.8: Sơ đồ khai triển của IC XL6009
Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý của mạch tăng áp sử dụng IC XL6009
232μH
220/3
Hình 4.10: Điện áp vào của mạch tăng áp sử dụng IC XL6009
Hình 4.12: Điện áp ra 20V của mạch tăng áp sử dụng IC XL6009
4.3. Mạch DC - AC
4.3.1. Sơ đồ lắp rạp của bộ biến đổi DC - AC: Được minh họa trên hình 4.13.
4.3.2. Kết quả thực nghiệm
Hình 4.14: Điện áp ra hình sin 220V bộ biến đổi DC - AC
4.4. Kết luận
Mạch DC - DC tăng áp và giảm áp hoạt động tốt, cung cấp đầu vào cho mạch DC - AC để nhận được điện áp xoay chiều một pha đầu ra có dạng hình sin chuẩn. Như vậy, khi thiết bị tích trữ năng lượng bằng siêu tụ nhận nguồn một chiều tưg lưới (chế độ nạp) và đưa nguồn một chiều ra lưới chế độ xả, đều phối hợp với mạch DC - DC tăng giảm áp và mạch DC - AC.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Nội dung cơ bản của luận văn tập trung vào nghiên cứu thiết bị kho điện sử dụng siêu tụ với ba thành phần: Siêu tụ, bộ biến đổi DC - DC hai chiều và thừa hướng thành quả của mạch DC - AC của tài liệu [5] thành một hệ thống hoàn chỉnh.
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn đã hoàn thành các chương sau: Chương 1.NGHIÊN CỨU KHÁI QUÁT VỀ NĂNG LƯỢNG MỚI VÀ NGUỒN ĐIỆN ĐỘC LẬP
Chương 2. XÂY DỰNGMÔ HÌNH THIẾT BỊ KHO ĐIỆN SỬ DỤNG SIÊU TỤ
Chương 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC Chương 4. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG BỘ BIẾN ĐỔI DC - DC VÀ DC - AC
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết quả của luận văn đã đạt được là: Xây dựng được hệ thống hoàn chỉnh và đánh giá được chất lượng làm việc của các khối riêng lẻ (DC - DC tăng áp và giảm áp, kết nối với DC - AC). Tuy vậy, việc kết nối hoàn chỉnh hệ thống còn chưa hoàn thiện, lý do là bộ 5 siêu tụ đặt mua chuyển về muộn, thông số lại không rõ ràng, vả lại thời gian bị hạn chế nên một số dự định còn bị dang dở.
2. Kiến nghị
Với thời gian nghiên cứu còn ít, kiến thức và kinh nghiệm về thực tiễn có hạn, cho nên nội dung luận văn còn một số hạn chế. Tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện để có thể áp dụng tốt kết quả nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, nhất là áp dụng thiết bị tích trữ năng lượng bằng siêu tụ vào hệ thống năng lượng tái tạo.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. A. H. M. A Rahim and M. Ahsanul Alam; STATCOM-Supercapacitor
Control for Low Voltage Performance Improvement of Wind Generation System, Arab J Sci Eng, vol, DOI 10.1007/s1-012-0471-3, 2012.
2. http://hshop.vn/
3. http://datasheetcatalog.com
4. Nguyễn Thị mai Hương (2012), Sách lược điều khiển nhằm nâng cao tính bền vững của hệ thống phát điện chạy sức Mặt trời sử dụng máy
điện không đồng bộ nguồn kép, LATS Đại học Thái Nguyên.
5. Phạm Đình Lịch, Nghiên cứu thiết kế và chế tạo bộ biến đổi DC-AC chất lượng cao, LV thạc sỹ khóa 14 TĐH.
6. Phước, N. D (2005), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, NXB Khoa học & Kỹ thuật.
7. Nguyễn Phùng Quang, Nguyễn Huy Phương và Nguyễn Quang Địch (2014), Khái quát các vấn đề điều khiển hệ thống phát điện sức Mặt trời,
Hội nghị khoa và công nghệ điện lực toàn quốc.
8. Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab & Simulink dành cho kỹ sư điều
khiển tự động, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
9. Tiêu chuẩn ắc quy, TCVN 4472 - 1993.
10. www.vft.com.vn trên mục “Bộ nghịch lưu thuần sin sử dụng điều chế độ rộng xung PWM” gửi ngày 12/10/2010.