.1 Cấu hình pin NLMT với hai mức bức xạ khác nhau

Hình 3.2 (a) Các đường đặc tính P-V và I-V trong các điều kiện bóng che khác nhau. Mảng PV khơng bị bóng che

35

Hình 3. 2 (b) Các đường đặc tính P-V và I-V trong các điều kiện bóng che khác nhau. Một module PV bị bóng che với mức bức xạ 400W/m2

Hình 3.2 (c) Các đường đặc tính P-V và I-V trong các điều kiện bóng che khác nhau. Hai module PV bị bóng che với mức bức xạ 400W/m2

Hình 3.2 (d) Các đường đặc tính P-V và I-V trong các điều kiện bóng che khác nhau. Ba module PV bị bóng che với mức bức xạ 400W/m2

36

Hình 3. 3 Điện áp ngõ ra mỗi mơ đun với cơng suất ngõ ra

Hình 3. 4 Công suất đầu ra của module PV với điện áp đầu ra mô đun không bị che và điện áp đầu ra module bị che.

Hình 3.2 (c) là một ví dụ trong phân tích sau: các mơ đun trong dãy nối tiếp được tiếp xúc với hai cường độ bức xạ mặt trời khác nhau, và mức bức xạ mặt trời tương ứng là 1000 và 400 W/m2. Các điện áp của các mô-đun được tiếp xúc với mức bức xạ khác nhau là hoàn toàn khác nhau. Hai đỉnh trên đường cong P-V được chia thành hai phần riêng biệt, như thể hiện trong Hình 3.2 (c). Phần A là đường cong có chứa đỉnh trái (đường cong D-A-C), và phần B là đường cong có chứa đỉnh phải (đường cong C-B-E). Trong phần A, dòng điện của PV lớn hơn dòng điện tối đa mà module PV có thể sản xuất khi bị bóng che (M3 và M4). Do đó, dịng điện sẽ chảy qua diode đấu ngược của mỗi mơ-đun. Ở giai đoạn này, chỉ có PV M1 và M2 cung cấp nguồn điện, còn PV M3 và M4 đã bị bỏ qua bằng các điốt. Các đường cong đặc trưng

37

của điện áp mô đun PV với công suất ra được thể hiện trong Hình 3.3 (a) và 3.3 (b). Điện áp của PV M3 và M4 xấp xỉ âm 0.7 V (điện áp chuyển tiếp của diode) trong phần A, như thể hiện trong Hình 3.3 (b). Do đó, điện áp mơ đun bằng với điện áp âm của diode (điện áp chuyển tiếp đi qua diode) có thể được sử dụng như là một trong những cách hiệu quả để ước tính tình trạng che bóng một phần. Trong phần B, tất cả các mô đun PV đều cung cấp năng lượng, nhưng các mô đun không bị bóng che và bị bóng che đều có điều kiện làm việc khác nhau. Bởi vì các mơ đun PV nhận được một lượng bức xạ mặt trời khác nhau, điện áp của các mô đun PV khác nhau. Trong phần B (đường cong C-B-E), điện áp của các mơ đun khơng bị bóng che lớn hơn mơ-đun bị bóng che, như thể hiện trong Hình 3.4. Rõ ràng đây là một chỉ báo khác để xác định ảnh hưởng của bóng che một phần.

Theo phân tích trên, một số các quan sát được tóm tắt lại như sau:

− Các đường cong I-V trong điều kiện bóng che một phần có nhiều bước, trong khi các đường cong P-V được đặc trưng bởi nhiều đỉnh.

− Số lượng đỉnh tương đương với số lượng các mức độ bức xạ khác nhau được chiếu xạ trên mảng PV, và bất kỳ đỉnh nào cũng có thể là GMPP. − Điện áp của mô đun PV nhận được bức xạ mặt trời khác nhau là khác

nhau.

Điện áp của mô đun PV được bỏ qua bởi một diode bằng với giá trị âm của điện áp diode tại lớp tiếp giáp PN.

3.2 Giải thuật đề xuất tìm điểm MPPT khi các dãy pin bị bóng che một phần (Mức bức xạ trên các PV bị che là đồng đều) (Mức bức xạ trên các PV bị che là đồng đều)

Hình 3. 5 Các dãy pin màu đen có mức bức xạ (Ir=400W/m2) với dãy pin màu trắng có mức bức xạ (Ir=1000W/m2) trên một mảng PV

38

Ở hình minh họa 3.5 ta thấy trên một mảng PV trong đó các module bị bóng che một phần đều có chung một mức là 400W/m2. Các module cịn lại khơng bị bóng che đều ở mức bức xạ là 1000W/m2. Như vậy ở đây mảng PV đã bị bóng che một phần nhưng có mức bức xạ các pin bị che là như nhau. Thuật toán bên dưới áp dụng cho trường hợp này và được kiểm chứng trong phần kết quả mô phỏng (Chương 4).

Hình 3.6 cho thấy lưu đồ của thuật toán MPPT được cải tiến để theo dõi GMPP trong điều kiện bóng che một phần. Việc thực hiện các thuật tốn ln bắt đầu với giá trị điện áp tham chiếu (Vref ) được thiết lập là 85% điện áp hở mạch Voc(khối 1) như trong chương trình chính đồng thời nhập thơng số ban đầu là số lượng module PV (N: số lượng module). Dưới bức xạ mặt trời đồng nhất, chỉ có một đỉnh trong đường cong P-V. Các phương pháp MPPT truyền thống như theo dõi và quan sát (P & O) có thể hoạt động tốt. Do đó, cho đến khi bóng che xảy ra, nó duy trì hoạt động tại GMPP bằng cách liên tục thực hiện phương pháp P & O (khối 2 và 3). Khi một MPP được tìm thấy, nó sẽ lưu trữ thơng tin điểm cực đại này, ví dụ như cơng suất dãy PV và điện áp dãy PV (khối 4). Một chương trình ngắt định thời được sử dụng để đảm bảo kiểm tra thường xun điều kiện bóng (khối 5). Khi điện áp mơ đun PV lớn hơn một điện áp khác trong cùng một điểm (Vi Vj), điều đó có nghĩa là bóng che một phần đã xảy ra. Khi sự sai số tuyệt đối giữa hai điện áp này lớn hơn một hằng số đã xác định trước (được sử dụng để loại bỏ sự xáo trộn của mẫu và những khác biệt nhỏ do sự thay đổi nhẹ, Const trong luận văn được chọn 0.05V, giá trị này tăng hoặc giảm sẽ được cân chỉnh theo thực tế trong q trình lắp đặt), "Chương trình chính" sẽ gọi "chương trình con theo GMPP" (khối 7). "Chương trình con theo GMPP" xác định GMPP thực sự và sau đó chuyển quyền kiểm sốt sang "Chương trình chính", duy trì hoạt động tại GMPP mới này.

"Chương trình con theo dõi GMPP" xác định vị trí của MPP cuối cùng trên đường cong P-V (khối 8). Khi điện áp của bất kỳ mô đun PV nào nhỏ hơn 0 (Vi 0), nó có nghĩa là đỉnh MPP này là đỉnh cuối cùng bên trái trên đường cong P-V [như hình 3.2(d)], và khi đó điện áp tham chiếu của đỉnh phải được đặt khoảng 85% điện áp hở mạch Voc(khối 9). Sau đó, một kỹ thuật MPP thơng thường (như P & O) được áp dụng để theo dõi đỉnh này (khối 10 và 11). Khi bất kỳ điện áp mô đun PV nào khơng

39

nhỏ hơn 0, thì đỉnh MPP này là đỉnh cuối cùng bên phải trên đường cong P-V. Nó chia tất cả các module PV thành hai nhóm điện áp theo giá trị của chúng và tính M (số lượng mơ-đun trong nhóm theo nhóm điện áp), với điện áp nhỏ hơn (khối 12), M mô đun này sẽ được bỏ qua và sẽ không xuất ra bất kỳ công suất nào (như trong Hình 3.2 (d)), lúc này điện áp tham chiếu của đỉnh trái bằng khoảng 85% của 1M N/ *Voc

(khối 13). Sau đó, cùng một kỹ thuật MPP được áp dụng để theo dõi đỉnh này (khối 14 và 15). Bằng cách so sánh giá trị điện áp của đỉnh này (MPP mới) và giá trị điện áp của đỉnh MPP cuối cùng (MPP cuối cùng), sau đó ta sẽ thu được các giá trị lớn nhất của hệ thống và lúc này hệ thống đang hoạt động tại điểm GMPP (khối 16 và 17). Cuối cùng, điện áp tham chiếu được đặt thành điện áp của GMPP thực sự, và truyền tín hiệu điều khiển vào "Chương trình chính", nó duy trì hoạt động tại GMPP này cho đến khi ngắt định thời lại xảy ra.

40

Hình 3. 6 Lưu đồ tìm MPPT cải tiến cho dãy pin bị bóng che một phần (các mức bức xạ trên các pin bị che giống nhau) (các mức bức xạ trên các pin bị che giống nhau)

Chương trình chính Yes No o No No Yes Yes Start 1. Vref= 0.85*Voc Nhập số lượng PV moudule, N

2. Đo giá trị điện áp, dịng điện; Gọi thuật

tốn P&O 3. Có phải MPPT không? 4. Lưu trữ giá trị MPP: Pmax_last, Vm_last 5. Thời gian ngắt? 6. |Vi-Vj|>Const, i, j=1,2,…n? 7. Gọi thuật tốn tìm điểm GP Chương trình con Yes No

12. Chia các module điện áp PV thành hai nhóm; tính tốn

số lượng PV module trong từng nhóm nhỏ, M

13. Set Vref = 0.85*(1-M/N)*VOC

14. Đo giá trị Vcurrent, Gọi thuật tốn P&O

15.Có phải MPPT không? 19. Set Vref=Vm_new No Yes No Yes Start 8. Vi<0, i=1,2,…n? 16. Lưu trữ giá trị MPP: Pmax_last, Vm_new 11. Có phải MPP khơng? 17.Pmax_last> Pmaxnew? 10. Đo giá trị điện áp

và dòng điệng. Gọi thuật toán P&O

18. Set Vref=Vm_last 20. Return Yes No 9. Vref=0.85*Voc

Đo giá trị V(n), I(n) Start P(n) = V(n) * I(n) ΔP = P(n) - P(n-1) ΔV = V(n) - V(n-1) ΔP≠0 & ΔV≠0 Update P(n-1) = P(n) V(n-1) = V(n) I(n-1) = I(n) Thuật toán P&O

ΔP/ΔV > 0

Vref = V(n) +

ΔVref Vref = V(n) - ΔVref

No

Yes

Yes

41

Để hiểu thuật tốn với một ví dụ, giả sử rằng một mảng PV trong trường hợp Hình 3.2 (c). Các đỉnh địa phương [điểm B, như trong Hình 3.2 (c)] được theo dõi bằng phương pháp P & O. Liệu MPP có đạt được hay khơng được kiểm tra bằng cách xác định dấu hiệu của công suất trong hai sự nhiễu loạn tiếp theo. Khi đỉnh địa phương (điểm B) được theo dõi và lưu trữ thông tin hiện tại (Pmax_last 2112W , Vm last_ 73.7V), thuật tốn đo điện áp mơ đun V1V2 21.6Vvà V3 V4 20.8V. Rõ ràng, phán đoán (Vi Vj) được thiết lập, và "chương trình con theo dõi GMPP" được gọi. Trong chương trình theo dõi GMPP, khơng có điện áp mơ đun nhỏ hơn khơng, do đó các điện áp mô đun được chia thành hai nhóm (V V1, 2và V V3, 4), và M bằng 2. Sau đó điện áp tham chiếu mới được đặt là 36.04 V, và phương pháp P & O được áp dụng để theo dõi một đỉnh khác (điểm A). Khi đỉnh (điểm A) được theo dõi, các thông tin mới (

max_new 2226

P  W, Vm new_ 32.2V ) được lưu trữ. Công suất đầu ra của MPP mới lớn hơn so với cái cũ, vì vậy điểm A là GMPP.

3.3 Giải thuật đề xuất tìm điểm MPPT khi bị bóng che một phần (Mức bức xạ trên các PV bị che là không đồng đều) trên các PV bị che là không đồng đều)

Thông thường một mảng PV nhận được tối đa hai mức độ bức xạ khác nhau dưới điều kiện bóng che một phần. Tuy nhiên, một số tình huống mảng PV có nhiều hơn hai mức bức xạ cũng có thể xảy ra. Ví dụ, Hình 3.7 chỉ ra các đặc tính của mảng PV, trong đó có bốn mơ đun PV được nối thành chuỗi và nhận được bốn mức độ bức xạ khác nhau. Rõ ràng, thuật toán trên sẽ khơng cịn áp dụng cho trường hợp này, nhưng các quan sát vẫn cịn tác dụng. Vì vậy, sau khi thực hiện một số sửa đổi trong chương trình con GMPP, các thuật tốn trước có thể được sử dụng thành cơng cho các tình huống này. "Chương trình chính" sẽ khơng có bất kỳ thay đổi nào và có thể tiếp tục hoạt động tốt. Lưu đồ mới của "chương trình con theo dõi GMPP" được mô tả trong Hình 3.8.

42

Hình 3. 7 Đặc điểm của mảng PV trong điều kiện bóng mờ từng phần

Để xác định số lượng các mức độ bức xạ khác nhau trên một mảng PV, "chương trình con theo dõi GMPP" mới bắt đầu với việc theo dõi đỉnh cao nhất bên phải trên đường cong P-V. Nếu điện áp mô đun PV không nhỏ hơn 0, MPP cuối cùng là đỉnh cuối cùng bên phải (khối 2). Nếu không, đỉnh cuối cùng bên phải sẽ được theo dõi đầu tiên, và thông tin MPP được lưu trữ (khối 3-6). Tất cả các mô đun PV được chia thành

qnhóm theo điện áp và cách sắp xếp của chúng. Các mô đun được dán nhãn theo điện áp từ thấp đến cao, điện áp thấp nhất là G1 và nhóm có điện áp cao nhất là Gq

G1G2  ... Gq. Một chương trình con sẽ tính tốn số lượng các mô đun

M M1, 2,...,Mq trong mỗi nhóm (khối 7). Rõ ràng, q là số lượng các mức độ cách ly

khác nhau chiếu xạ trên mảng PV. Có (q-1) thơng tin MPPs cần được tìm thấy, và việc theo dõi sẽ được thực hiện từ đỉnh phải tới đỉnh trái. Khi mảng PV hoạt động ở đỉnh thứ hai tính từ bên phải qua trên đường cong P-V, các mô đun ở mức thấp nhất của bức xạ sẽ được bỏ qua và sẽ không phát ra bất kỳ công suất nào, do đó điện áp tham chiếu của đỉnh tương đương với khoảng 85% của 1NMj/ N* Voc (khối 9). Phương pháp tương tự cũng được sử dụng để xác định tất cả các MPP khác (các khối 8-13). Sau đó, bằng cách so sánh cơng suất của tất cả các đỉnh, GMPP thật sự sẽ được ghi nhận (khối 14). Cuối cùng, điện áp tham chiếu được đặt thành điện áp của GMPP (điểm MPPT cuối cùng), và được điều khiển truyền vào "Chương trình chính", nó duy trì hoạt động tại GMPP này cho đến khi ngắt hẹn giờ đến.

43

Hình 3. 8 Lưu đồ chương trình con sửa đổi tìm MPPT mới với số bức xạ mặt trời nhiều hơn hai (các mức bức xạ khác nhau)

8. Set j=1

9. Set Vref = 0.85*(1- (N-ΣMj)/N*Voc

10. Đo giá trị điện áp mảng PV, Gọi thuật tốn P&O 11. Có phải MPPT? 12. Lưu trữ giá trị MPP Pmax_j, Vm_j; j=j+1 13. j = q?

14. Set Pmax = max { Pmax_n, n=0,1,2…q- 1 }, V = điện áp tương ứng từ Pmax_last 15. Set Vref = Vm 16. Return No No Yes Yes Chương trình con 1. Start 2. Vi < 0, i=1,2,…n? 3. Vref = Voc

4. Đo giá trị điện áp, dòng điện mảng PV, điện áp module PV; Gọi thuật toán P&O

5. Có phải MPPT? 6. Lưu trữ giá trị MPP Pmax_0, Vm_0 7. Chia các modules PV thành q groups (G1<G2<…Gq); Tính tốn các giá trị của PV

module từng group, M1,M2…Mq No No Yes Yes

44

Chương 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 4.1 Mơ hình hóa mơ phỏng 4.1 Mơ hình hóa mơ phỏng

Nhằm đánh giá hiệu quả của phương pháp theo dõi điểm công suất cực đại toàn cục được đề xuất trong luận văn, một mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống pin NLMT nối bus DC được thực hiện trên phần mềm Matlab/Simulink. Hệ thống được xây dựng dựa trên sơ đồ khối như trình bày trong Hình 4.1.

PV D C /D C D C B U S CONTROLLER PV V PV I PWM

Hình 4. 1 Sơ đồ khối hệ thống pin NLMT nối bus DC

Trong sơ đồ trên, khối PV có nhiệm vụ cung cấp điện áp DC cho các khối phía sau dựa trên bức xạ mặt trời mà nó nhận được từ mơi trường bên ngoài. Để thu được năng lượng nhiều nhất có thể, một bộ chuyển đổi năng lượng DC/DC được sử dụng nhằm điều khiển điện áp ngõ ra bộ PV bằng cách tăng hay giảm dịng điện bơm ra từ khối DC/DC. BUS DC có nhiệm vụ nhận công suất thu được từ hệ thống pin NLMT cung cấp cho các phụ tải. Trong mơ hình này, để đơn giản trong mơ phỏng, BUS DC được đặt trưng bằng một nguồn áp. Việc xây dựng các mơ hình được trình bày cụ thể trong các phần bên dưới.

4.1.1 Khối pin NLMT.

Nhiệm vụ của khối pin NLMT là cung cấp một dòng điện tương ứng với mức điện áp hiện thời đặt trên hai đầu tấm pin. Kết quả dịng điện này được tính tốn dựa trên các phương trình (2.1) đến (2.5) trong mối liên hệ khi có sự thay đổi nhiệt độ và bức xạ mặt trời cung cấp cho các tấm pin. Trong q trình mơ phỏng, nhằm đảm bảo

45

tính khác quan và chính xác của mơ hình mơ phỏng, luận văn dùng mơ hình pin NLMT được xây dựng sẵn bởi các nhà phát triển

Các tấm pin này có thơng số cơ bản được lựa chọn như trong Hình 4.2 bên dưới.

Hình 4. 2 Thơng số được nhập vào cho mỗi tấm PV Thông số của tấm pin được chọn mô phỏng trong Bảng 4.1 như sau: Thông số của tấm pin được chọn mô phỏng trong Bảng 4.1 như sau:

Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của PV Module

Apollo Solar Energy ASEC-120G6M No Parameters Module Parallel

string

Series per

string Total 01 Maximum Power (W) 120.1 10 1 1200 02 Open circuit voltage Voc (V) 21.6 10 1 21.6 03 Voltage at maximum power point

Vmp (V) 17.33 10 1 17.33 04 Short-circuit current Isc (A) 7.49 10 1 74.9 05 Current at maximum power point

Imp (A) 6.93 10 1 69.3

Các thông số được nhập vào mỗi tấm PV được chuyển hóa thành các giá trị dịng điện và điện áp tại ngõ ra của tấm pin qua các phương trình từ (2.1) đến (2.5). Hình 4.3 thể hiện sự chuyển đổi này trong chương trình mơ phỏng.

46

Hình 4. 3 Mơ hình pin NLMT

Trong luận văn, với mục tiêu kiểm tra kết quả MPPT trong điều kiện bóng che, một dãy bốn tấm pin mặt trời được mắc nối tiếp nhau như trong Hình 4.4. Nhằm khác