0
Tải bản đầy đủ (.pdf) (74 trang)

Phương trình toán của PV

Một phần của tài liệu THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MPPT SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM TRỰC TIẾP CHO HỆ PIN QUANG ĐIỆN (Trang 35 -47 )

CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH HÓA PV

3.2 Phương trình toán của PV

Có nhiều cách, tùy theo độ chính xác khác nhau, để mô hình hóa PV như mô hình 1 diode, mô hình 2 diode. Trong bài này, mô hình 1 diode và bỏ đi điện trở song song, hình 3.7, được áp dụng.

Hình 3. 5 Mô hình 1 diode

Hình 3. 6 Mô hình 2 diode

Hình 3. 7 Mô hình 1 diode đơn giản

I =

Áp dụng công thức Shockley cho diode ta có:

I = (3.4) Trong đó: + q là điện tích electron (1,6 x C)

+ là dòng bão hòa của diode + là dòng ngắn mạch của PV + A là hệ số phẩm chất của diode + k là hằng số Boltzmann = 1,38x

thay đổi theo nhiệt độ: (3.7) ở nhiệt độ chuẩn: (3.8) với Trong đó:

ISC: dòng quang điện, xem như bằng với dòng ngắn mạch tương ứng. I0: dòng bão hòa của diode.

Rs: trở nối tiếp.

T: nhiệt độ tuyệt đối, Kelvin. G: bức xạ, W/m2.

q: điện tích electron = 1.6e-19 Coulomb. k: hằng số Boltzmann = 1.38e-23. A: hệ số phẩm chất của diode. Vg: điện áp bandgap.

Các phương trình trên sẽ được giải theo phương pháp Newton-Ralphson để tính toán (IPV,VPV) ở trường hợp bức xạ và nhiệt độ bất kỳ. Một số thông số trong phương trình sẽ được chọn để đơn giản tính toán. PV của hãng Solartech SPM080P với công suất cực đại 80 watt được chọn để mô hình hóa.

Hình 3. 8 Datasheet solartech

Hệ số K0 được chọn là 0.065% dựa theo hệ số nhiệt của PV. Còn Rs được lấy là 0.005 Ohms.

Hình 4. 1 Điểm hoạt động của tải

Tải trở:

Phương trình mô tả đơn giản cho tải trở: V = IR hay I =

Đặc tuyến I-V đơn giản là một đường thẳng có độ dốc là Khi R tăng độ dốc của đặc tuyến sẽ hạ thấp, ngược lại khi R giảm độ dốc của đặc tuyến sẽ nâng cao. Đường thẳng I-V của tải trở sẽ giao đường I-V của PV ở điểm làm việc.

Hình 4. 2 Đặc tuyến điện trở

Như hình 4.2, chỉ có trường hợp tải trở là Rm thì công suất vận hành của PV là cực đại.

Khi điện trở không thay đổi, điểm làm việc cũng sẽ thay đổi khi điều kiện môi trường khác đi. Như hình 4.3, chỉ có một điều kiện bức xạ ứng với công suất PV là cực đại.

Hình 4. 3 Đặc tuyến trở khi thay đổi bức xạ

4.2 Điểm công suất cực đại 4.2.1 Mục đích của MPPT

Qua những phần trên, cho thấy đối với những tải và điều kiện môi trường khác nhau, điểm vận hành của PV sẽ thay đổi. Khi đó, PV có thể sẽ không được vận hành ở công suất cực đại. Để sử dụng tối ưu công suất PV, việc bắt công suất cực đại (mppt) là rất cần thiết.

Hình 4. 4 Buck-Boost

MPPT (Maximum Power Point Tracker) là phương pháp dò tìm điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống điện mặt trời thông qua việc đóng mở khóa điện tử của bộ biến đổi DC/DC. Phương pháp MPPT được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống PV làm việc độc lập và đang dần được áp dụng trong hệ quang điện làm việc với lưới.

được giới thiệu sơ ở phần dưới.

4.2.2 Bộ Buck-Boost

Cấu hình không cách ly của bộ Buck-Boost được minh họa ở hình 4.5. Bộ biến đổi bao gồm nguồn áp Vs, khóa điều khiển S, cuộn cảm L, diode D, tụ lọc đầu ra C và tải R. Khi khóa đóng, diode sẽ tắt (không dẫn), cuộn cảm nhận năng lượng từ nguồn, tụ sẽ cấp năng lượng cho tải. Khi khóa ngắt, diode sẽ dẫn, cuộn cảm sẽ cấp năng lượng cho tải và nạp năng lượng cho tụ.

Hình 4. 5 Mạch điện Buck-Boost

Tỷ số vào-ra của điện áp sẽ phụ thuộc vào tỷ số đóng cắt:

(4.1) Mô tả sơ về dòng và áp của linh kiện trong bộ Buck-Boost khi khóa đóng cắt (lúc ổn định):

Hình 4. 6 Giản đồ hoạt động

Trong đó:

vL, iL: áp và dòng cuộn cảm vS, iS: áp và dòng nguồn vO, iO: áp và dòng ra

iC: dòng tụ

Khi thiết kế cần lưu ý giá trị cuộn cảm và tụ điện để đảm bảo dòng hoạt động liên tục và điện áp ra có độ nhấp nhô bé:

(4.2) Vì sao bộ Buck-Boost có thể giữ được điểm cực đại của PV?

Thử xét tải trở ở đầu ra bộ Buck-Boost và PV ở đầu vào bộ Buck-Boost, khi hoạt động ổn định, phương trình cân bằng công suất vào ra:

(4.3) với Vpv và Ipv là áp và dòng PV, Vo và Io là áp và dòng tải.

đổi x. Dù trường hợp tải thay đổi hoặc điều kiện môi trường thay đổi, công suất vẫn có thể giữ cực đại.

Hình 4. 7 Cách thay đổi đặc tuyến bộ Buck-Boost

4.3 Giới thiệu các giải thuật của MPPT

Trong khuôn khổ của luận văn này chỉ phân tích 2 phương pháp MPPT được ứng dụng rộng rãi và đã trở nên phổ biến, quen thuộc và cho được một số hiệu quả làm việc. Đó là Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O, Phương pháp điện dẫn gia tăng INCond

4.3.1 Phương pháp nhiễu loạn và quan sát (Perturbation And Observe - P&O)

Trong thuật toán này điện áp hoạt động của pin mặt trời (PMT) bị nhiễu bởi một gia số nhỏ ΔV và kết quả làm thay đổi công suất, ΔP được quan sát. Hình 4.9 mô tả nguyên lý hoạt động của thuật toán P&O, từ đó có thể suy ra cách thức hoạt động của thuật toán như sau:

- Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 1 (ΔP < 0 và ΔV < 0) thì cần tăng điện áp hoạt động lên để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP.

- Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 2 (ΔP > 0 và ΔV > 0) thì cần tăng điện áp hoạt động lên để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP.

- Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 3 (ΔP > 0 và ΔV < 0) thì cần giảm điện áp hoạt động để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP. - Nếu điểm hoạt động của hệ thống đang di chuyển theo hướng 4 (ΔP < 0 và ΔV > 0) thì cần giảm điện áp hoạt động để di chuyển điểm hoạt động tới điểm MPP.

Hình 4. 8 Cách thực hiện P&O

Hình 4. 9 Nguyên lý thực hiện thuật toán P&O

Giải thích thuật toán:

Bộ điều khiển MPPT sẽ đo các giá trị dòng điện I và điện áp V, sau đó tính toán độ sai lệch ∆P, ∆V và kiểm tra:

Hình 4. 10 Lưu đồ P&O

Thuật toán P&O có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện. Khối lượng tính toán ít. Trong toàn bộ giải thuật chỉ có phép tính cộng trừ và so sánh, không hề có phép tính chia.

4.3.2 Phương pháp điện dẫn gia tăng (Incremental Conductance-IncCond)

Phương pháp điện dẫn gia tăng (Incremental Conductance-IncCond) dựa trên việc phân tích đạo hàm của công suất theo điện áp. Ở bên trái điểm cực đại, đạo hàm có giá trị dương. Ở bên phải điểm cực đại đạo hàm có giá trị âm.

Giải thuật IncCond dựa trên việc so sánh những biểu thức trên để xác định điểm cực đại. Tỷ số độ thay đổi dòng điện và điện áp được so sánh với tỷ số dòng

điện và điện áp tức thời để biết được PV đang vận hành ở bên trái hay bên phải so với điểm cực đại.

(4.7)

Ta lại có:

(4.8) Vậy, công thức 4.1 trở thành:

(4.9)

Khi điểm vận hành của PV đến được điểm cực đại, giá trị đặt sẽ được giữ không đổi. Khi có sự thay đổi về điều kiện môi trường và tải, giải thuật sẽ so sánh tiếp để điều chỉnh giá trị đặt nhằm bắt công suất cực đại mới.

Hình 4. 11 Nguyên lý thực hiện thuật toán InCond

Một phần của tài liệu THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MPPT SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÌM KIẾM TRỰC TIẾP CHO HỆ PIN QUANG ĐIỆN (Trang 35 -47 )

×