3.3.1. Phương pháp điều khiển TSR
Theo phương pháp này ta tiến hành điều chỉnh tốc độ quay của máy phát để duy trì tốc độ đầu cánh đến giá trị tối ưu mà tại đó công suất được trích ra là tối đa. Phương pháp này đòi hỏi cả tốc độ gió và tốc độ turbine phải được đo hoặc ước tính ngoài việc đòi hỏi kiến thức về TSR tối ưu của turbine để hệ thống có thể trích xuất công suất tối đa có thể. Sơ đồ khối của WECS với phương pháp điều khiển TSR được chỉ ra trên Hình 3.11.
Hình 3. 11: Điều khiển tốc độ đầu cánh của WECS
3.3.2. Phương pháp điều khiển PSF
Theo phương pháp này ta cần phải có kiến thức về đường cong công suất cực đại của Tua bin gió và theo dõi đường cong này thông qua các cơ chế điều khiển của nó. Các đường cong công suất tối đa cần phải đạt được thông qua các mô phỏng hoặc thử nghiệm ngoại tuyến trên các turbine gió riêng lẻ. Trong phương pháp này, công suất tham chiếu được tạo ra bằng cách sử dụng đường cong công suất tối đa được ghi lại hoặc sử dụng phương trình công suất cơ học của turbine gió trong đó tốc độ gió hoặc tốc độ rôto được sử dụng làm đầu vào. Hình 3.12 cho thấy sơ đồ khối của WECS với bộ điều khiển PSF để khai thác năng lượng tối đa.
Hình 3. 12: Phương pháp PSF
3.3.3. Phương pháp điều khiển leo đồi
Thuật toán điều khiển HCS liên tục tìm kiếm công suất cực đại của turbine gió. Thuật toán theo dõi, tùy thuộc vào vị trí của điểm vận hành và mối quan hệ giữa các thay đổi về công suất và tốc độ, tính toán tín hiệu tối ưu mong muốn để đưa hệ thống đến điểm công suất tối đa. nguyên tắc điều khiển HCS được chỉ ra trên Hình 3.13 và Hình 3.14 là sơ đồ khối hệ thống chuyển đổi năng lượng gió với bộ điều khiển HCS để theo dõi các điểm công suất tối đa.
Hình 3. 14: WECS với thuật toán leo đồi
3.3.4. MPPT cho turbine gió sử dụng máy phát điện đồng bộ kích thích vĩnh cửu a) Sơ đồ a) Sơ đồ
Sơ đồ khối điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT) cho hệ thống turbine gió có tốc độ thay đổi sử dụng máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu được chỉ ra trên Hình 3.15. Trong trường hợp này không đòi hỏi kiến thức về tốc độ gió, mật độ không khí hoặc các thông số turbine. Việc điều khiển MPPT được thực hiện ở bộ điều khiển phía máy phát.
Bộ điều khiển MPPT có đầu vào là công suất tác dụng tức thời P0(k) đầu ra của nó là lệnh tốc độ tối ưu làm (ω*) được dùng làm tham chiếu cho vòng điều khiển tốc độ
theo phương pháp tựa từ thông rotor của bộ điều khiển bộ chuyển đổi phía máy phát. Điều khiển véc tơ của bộ biến đổi phía lưới được thực hiện trong khung tham chiếu vector điện áp lưới.
Bộ điều khiển MPPT tính toán tốc độ tối ưu cho điểm công suất tối đa bằng cách sử dụng thông tin về cường độ và hướng thay đổi của đầu ra công suất do sai số giữa tốc độ đặt và tốc độ thực tế. Lưu đồ thuật toán điều khiển MPPT được chỉ ra trên hình 3.16. Hoạt động của chúng được giải thích như sau:
Đo công suất tác dụng P0(k), nếu chênh lệch giữa các giá trị hiện tại và các mẫu lấy mẫu trước đó ΔPo (k) nằm trong giới hạn công suất thấp hơn và giới hạn PL
và PM tương ứng thì không có hành động nào được thực hiện; tuy nhiên, nếu sự khác biệt nằm ngoài phạm vi này, thì một số hành động điều khiểnt cần thiết được thực hiện. Hành động điều khiển được thực hiện phụ thuộc vào cường độ và hướng thay đổi của công suất tác dụng do thay đổi tốc độ.
Nếu công suất trong tức thời tại thời điểm lấy mẫu tăng lên tức là ∆P0(k) >0 do tốc độ lệnh tăng hoặc tốc độ lệnh không thay đổi tại thời lấy mẫu trước đó tức là ∆ω*(k-1) ≥ 0, thì tốc độ lệnh được tăng lên.
Nếu công suất trong tức thời tại thời điểm lấy mẫu tăng lên tức là ∆P0(k) > 0 do tốc độ lệnh giảm tại thời lấy mẫu trước đó tức là ∆ω*(k-1)<0, thì tốc độ lệnh được giảm đi.
Hơn nữa, nếu công suất trong tức thời lấy mẫu hiện tại bị giảm đi tức là do tốc độ lệnh không đổi hoặc tăng trong tức thời lấy mẫu trước đó tức là là ∆ω*(k-1)≥0, thì tốc độ lệnh bị giảm.
Cuối cùng, nếu công suất trong tức thời lấy mẫu hiện tại bị giảm xuống tức là ∆P0(k) < 0 do giảm tốc độ lệnh trong tức thời lấy mẫu trước đó tức là ∆ω*(k-1) < 0, thì lệnh tốc độ tăng lên
Độ lớn của sự thay đổi, nếu có, trong tốc độ lệnh trong chu kỳ điều khiển được quyết định bởi tích của sai số công suất ∆P0(k) và C. Các giá trị C được quyết định bởi tốc độ của gió. Trong quá trình tìm kiếm điểm làm việc có công suất tối đa, sản phẩm được đề cập ở trên giảm chậm và cuối cùng bằng 0 tại điểm công suất cực đại.
b) Lưu đồ thuật toán
Từ các phân tích ở trên ta có lưu đồ thuật toán MPPT cho turbine gió sử dụng máy phát điện đồng bộ kích thích nam châm vĩnh cửu như Hình 3.16.
3.4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 3.4.1. Sơ đồ và kịch bản mô phỏng
Việc mô phỏng thuật toán xác định và duy trì điểm công suất tối đa của hệ thống tích hợp điện gió và mặt trời nối lưới được thực hiện trên phần mềm Matlab-Simulink. Sơ đồ mô phỏng được mô tả trên hình 3.17. Các thông số của hệ thống sử dụng cho mô phỏng được chỉ ra trên Bảng 3.1
Hình 3. 17: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện mặt trời nối lưới
Bảng 3. 1: Thông số mô phỏng
Thông số Giá trị
Pin quang điện mã hiệu Aavid Solar ASMS-165P
60 cell
Khoảng thay đổi của bức xạ mặt trời (600 - 1000)W/m2 Nhiệt độn làm việc của tấm pin 25±50C
Điện trở song song của cell pin 1000ꭥ
Thông số Giá trị
Dòng điện ngắn mạch 3,8A
Dòng điện bão hòa của diot (IS0) 2.10-8A
Hệ số ảnh hưởng nhiệt độ 0,0024
Điện trở và điện cảm của cuộn dây L1 0,005ꭥ, 410-4H
Turbine gió
Pm = 1,32kW; vw = 10m/s; R = 1,26m; opt = 6,597; Cpm = 0.48; J = 1,5kgm2
Máy phát điện đồng bộ kích từ vinhc cửu
Pg = 1,1kW; Rs = 8,39; Ls = 0,08483H; n = 500v/phút
Thông số của lưới điện 3 pha v = 240V; L = 0,005H;
Vdc = 400V
Thông số tải 1(tải cục bộ) 1kW
Thông số tải 2 (Tải lưới) 10kW
Kịch bản mô phỏng:
Tổng thời gian mô phỏng 1 giây
Tại thời điểm t = 0,1s Inverter được nối lưới với bức xạ 600W/m2
Tại t = 0,3s bức xạ mặt trời tăng từ 600W/m2 lên 800W/m2 Tại t = 0,6s bức xạ mặt trời tăng từ 800W/m2 lên 1000W/m2 Tốc độ gió thay đổi ngẫu nhiên ở lân cận vận tốc 8m/s
Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu: PWM điều chế véc tơ không gian Nhiệt độ giả thiết được giữ không đổi trong quá trình mô phỏng (T = 250C) 3.4.2. Kết quả mô phỏng
Các kết quả mô phỏng được chỉ ra trên các hình từ Hình 3.18 đến Hình 3.22. Trong đó:
Hình 3.18 là đường cong đáp ứng điện áp trên DC-Bus khi bức xạ mặt trời thay đổi từ (600 - 800 - 1000)W/m2
Hình 3.19 là đáp ứng công suất của tấm pin quang điện + turbine gió và đáp ứng công suất hệ thống bơm vào lưới khi bức xạ mặt trời và tốc độ gió thay đổi.
Hình 3.20 là đường cong điện áp và dòng điện pha 3 pha của Inveter khi bức xạ mặt trời và tốc đô gió thay đổi.
Hình 3. 18: Điện áp một chiều trên DC-bus (UDC-bus)
Hình 3. 20: Đường cong điện áp và dòng điện 1 pha của Inverter
3.4.3. Nhận xét
Từ các kết quả mô phỏng trên ta thấy thuật toán MPPT đảm bảo cho hệ thống tích hợp điện điện gió + mặt trời luôn bám điểm làm việc có công suất cực đại khi điều kiện môi trường.
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
Từ những đặc điểm làm việc của hệ thống điện gió và điện mặt trời, trong chương 3 phân tích tâm quan trọng của việc điều khiển xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của thống; Phân tích các thuật toán thông dụng cho các hệ thống này, đồng thời đề xuất thuật toán ứng dụng logic mờ xác định điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống pin quang điện; Tiến hành mô hình hóa, mô phỏng hoạt động của hệ thống tích hợp điện gió + mặt trời trên Matlab-Simulink.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận
Sau một thời gian nghiên cứu, đến nay luận văn đã hoàn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đối với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo PGS.TS. Lại Khắc Lãi. Xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Tự động hóa - Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ trong suốt quá trình tham gia khóa học. Xin chân thành cảm ơn khoa sau đại học, bạn bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Luận văn với đề tài" Nghiên cứu thuật toán xác định và duy trì diểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống lai điện gió và điện mặt trời nối lưới" đã được hoàn thành và đạt được một số kết quả như sau:
- Nêu được tổng quan lý thuyết sử dụng trong đề tài. - Hệ thống tích hợp điện gió và điện mặt trời.
- Điều khiển bám điểm làm việc tối ưu của hệ thống điện gió và mặt trời nối lưới.
Do hạn chế về thời gian, trình độ nên luận văn không thể tránh khỏi sai sót. Tác giả rất mong nhận được những chỉ dẫn, góp ý của các thầy giáo, cô giáo cũng như các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn và chân thành cảm ơn!
2.Kiến nghị
Do thời gian và trình độ có hạn nên bản luận văn mới chỉ dừng ở việc mô phỏng các thuật toán xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống lai điện gió và điện mặt trời nối lưới. Trong thời gian tới tác giả dự kiến tiếp tục nghiên cứu theo hướng này với các nội dung sau:
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. L.K.Lai, Roan Van Hoa “Flywheel Energy Storage in Electrical System Integrates Renewable Energy Sources” SSRG International Journal of Electrical and Electronics Engineering ( SSRG - IJEEE ) - Volume 7 Issue 6 – June 2020, pp 27-32
[2]. Khac Lai Lai, Thi Thanh Thao Tran, "Three-Phase Grid Connected Solar System With Svm Algorithm", Journal of Engineering Research and Application, vol. 8, no. 11, pp. 42-48, 2018
[3]. KhacLai Lai, DanhHoang Dang, XuanMinh Tran, "Modeling and control the Grid-connected single-pha Photovoltaic System", SSRG International Journal of Electrical and Electronics Enginneering (SSRG-IJEEE), vol. 4, no. 5, pp. 51-56, 2017
[4]. F. Tai-Ran Hsu, "On a Flywheel-Based Regenerative Braking System for Regenerative Energy Recovery", in Proceedings of Green and Systems Conference, Long Beach, 2013
[5]. Yong Xiao, Xiaoyu Ge and Zhe Zh, "Analysis and Control of Flywheel Energy Storage System", Additional information is available at the end of the chapter, pp. 131- 148, 2010. [
[6]. Mustafa E. Amiryar and Keith R. Pullen “A Review of Flywheel Energy Storage System Technologies and Their Applications”, Applied Scienes (2017) [6] Aakash B. Rajan1 Prof. Parth H Patel2, “Analysis of Flywheel Energy Storage System”, IJSRD - International Journal for Scientific Research & Development| Vol. 5, Issue 01, 2017 | ISSN (online): 2321-0613
[7]. Thai-Thanh Nguyen, Hyeong-Jun Yoo and Hak-Man Kim, “A Flywheel Energy Storage System Based on a Doubly Fed Induction Machine and Battery for Microgrid Control”, Energies 2015, 8, pp: 5074-5089; doi:10.3390/en8065074
[8]. Barbara H. Kenny, Peter E. Kascak and Ralph Jansen, Timothy Dever “A Flywheel Energy Storage System Demonstration for Space Applications”, NASA/TM—2003- 212346
[9]. Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang, (2005) “Các thuật toán phi tuyến trên cơ sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức gió”. The 6th Vietnam Conference on Automation (6th VICA), tr. 545– 550.
[10]. Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang, (2006) “Kết quả thực nghiệm điều khiển máy điện không đồng bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức gió áp dụng phương pháp thiết kế phi tuyến backstepping”. Tự động hoá ngày nay, tháng 12/2006, tr. 3–12.
[11]. Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang, (2007) “Vấn đề khử sai lệch tĩnh và các kết quả thực nghiệm về áp dụng các thuật toán phi tuyến trên cơ sở kỹ thuật Backstepping điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức gió”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ các trường đại học, no. 59, tr. 39–44.
[12]. Cao Xuân Tuyển, Nguyễn Phùng Quang, (2007) “Điều khiển máy điện dị bộ nguồn kép trong hệ thống phát điện chạy sức gió với bộ điều khiển dòng thích nghi bền vững trên cơ sở kỹ thuật Backstepping”. Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Thái Nguyên, vol. 1, no. 3, tr. 115–120.
[13]. Công ty TNHH 1TV năng lượng tái tạo Điện lực Dầu khí Việt Nam, Công ty điện lực Bình Thuận, (2012) Qui trình phối hợp vận hành hỗn hợp gió – diesel trên đảo Phú Quý. PC Bình Thuận, Bình Thuận.
[14]. Đặng Danh Hoằng, Nguyễn Phùng Quang, (2012) “Điều khiển phi tuyến hệ thống phát điện chạy sức gió sử dụng máy phát không đồng bộ nguồn kép trên cơ sở hệ thụ động Euler - Lagrange và Hamilton”. Tạp chí tin học và điều khiển học, vol. 28, no. 1, tr. 9–19.
[15]. Dự án Năng lượng Gió GIZ, (2012) Tình hình phát triển điện gió và khả năng cung ứng tài chính cho các dự án ở việt nam. Dự án Năng lượng Gió GIZ, Hà Nội.
Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT, (2011) Thông tin về năng lượng gió ở Việt Nam. Dự án Năng lượng Gió GIZ/MoIT, Hà Nội.
[16]. Lã Văn Út, (2011) Phân tích và điều khiển ổn định hệ thống điện. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[17]. Nguyễn Phùng Quang, (1996) Phương pháp điều khiển máy điện không đồng bộ nguồn kép dùng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió. Công ty Windtech, Völkermarkt.
[18]. Nguyễn Phùng Quang, (1998) “Máy điện dị bộ nguồn kép d ng làm máy phát trong hệ thống phát điện chạy sức gió: Các thuật toán điều chỉnh đảm bảo phân ly giữa momen và hệ số công suất”. Tuyển tập VICA 3, tr. 413–437, 1998.