2.8 Thuật tốn xác định điểm làm việc cĩ cơng suất lớn nhất MPPT
2.8.1. Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra ( dùng thuật tốn P&O)
Bộ MPPT được xây dựng dựa trên giải thuật P&O là một giải thuật rất phổ biến bởi tính đơn giản và hiệu quả trong dị tìm điểm làm việc cực đại của pin mặt trời.
Hình 2.36: Đặc tính của pin mặt trời
Từ hình 2.36 ta thấy bên trái điểm MPP gia số cơng suất và điện áp cũng tăng trong khi đĩ bên phải đường cong gia số cơng suất giảm và điện áp tăng. Nếu tồn tại một gia số cơng suất, và hướng của gia số khơng đổi (dương), khi đĩ nếu cơng suất giảm, hướng của gia số sẽ đổi chiều (âm). Cứ như vậy cho đến khi đạt được MPP, và điểm vận hành sẽ luơn luơn giao động xung quanh điểm MPP.
Hình 2.37: Giải thuật P&O
Phương pháp này là phương pháp được cải tiến từ phương pháp điều khiển trực tiếp ở trên và cĩ ưu điểm là chỉ cần hai cảm biến đo điện áp và dịng điện ra khỏi bộ biến đổi. Phương pháp điều khiển bằng PI và phương pháp điều khiển trực tiếp đo tín hiệu vào bộ biến đổi, cĩ ưu điểm là cho phép điều khiển chính xác điểm làm việc của pin mặt trời. Nhưng những cảm biến vào thường cần phải cĩ những cảm biến khác đo tín hiệu ra để tránh trường hợp quá điện áp hay quá dịng điện của tải. Như vậy hai phương pháp trên sẽ phải cần đến 4 cảm biến để hoạt động được tốt nhất nên chi phí lắp đặt sẽ cao.
Để cĩ thể coi D là một biến điều khiển thì thuật tốn P&O phải được cải tiến một chút nhưng về cơ bản vẫn là khơng đổi. Thuật tốn P&O mới này điều chỉnh D và đo cơng suất ra của bộ biến đổi. Nếu cơng suất ra của bộ biến đổi DC/DC tăng lên, hệ số làm việc D cũng sẽ tăng lên theo, và ngược lại nếu cơng suất ra giảm đi
thì D cũng sẽ giảm theo. Khi cơng suất ra của bộ biến đổi đạt đến giá trị cực đại thì lúc này PV đang làm việc ở điểm MPP.
Phương pháp này chỉ dễ dàng thực hiện mơ phỏng với một bộ biến đổi lý tưởng cịn trong thực tế với bộ biến đổi khơng phải lý tưởng thì khơng thể đảm bảo rằng liệu giá trị cực đại của cơng suất ra khỏi bộ biến đổi cĩ tương ứng với điểm MPP hay khơng. Một nhược điểm khác là phương pháp này chỉ cĩ thể thực hiện với các tham số của thuật tốn P&O và hồn tồn khơng áp dụng cho thuật tốn INC.
Thuyết minh giải thuật P&O:
- Nếu tăng điện áp, cơng suất thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục tăng điện áp
- Nếu tăng điện áp, cơng suất thu được giảm, thì chu kỳ sau giảm điện áp - Nếu giảm điện áp, cơng suất thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục giảm điện áp
- Nếu giảm điện áp, cơng suất thu được giảm, thì chu kỳ sau tăng điện áp Khi cường độ chiếu tăng lên, đường cong cơng suất sẽ thay đổi từ P1 sang P2
Hình 2.38: Phương pháp điều khiển trực tiếp từ điểm cực đại được thể hiện
trên
Giả sử ở thời điểm k hệ MPPT đang điều khiển PV hoạt động ở điểm A, thời điểm k+1 cường độ chiếu sáng tăng nhanh. Theo giải thuật P&O : P[k+1] > P[k], giả sử điện áp ở thời điểm V[k+1] >V[k], theo giải thuật P&O, hệ MPPT sẽ tăng điện áp lên và điểm làm việc sẽ là điểm C (điểm khơng phải cực đại).
Nếu hệ MPPT dùng giải thuật P&O thiết kế cho dao động xung quanh điểm cân bằng, thì sau một vài chu kỳ hoạt động sai, hệ sẽ đưa điểm làm việc về điểm MPP mới
Nếu cường độ chiếu sáng tăng dần (hoặc giảm dần), giải thuật P&O vẫn cĩ thể sai nếu chu kỳ lấy mẫu khơng phù hợp. Do hệ MPPT khơng hiểu được cơng suất tăng do thay đổi cường độ chứ khơng phải do sự dao động điện áp khi làm việc. Kết quả là giải thuật sẽ giảm điện áp liên tục hoặc tăng điện áp liên tục, do nhận thấy cơng suất đo lúc sau vẫn lớn hơn lúc đầu.
Ta nhận thấy nguyên nhân dẫn đến sự hoạt động sai của giải thuật P&O là khơng phân biệt được “sự thay đổi cơng suất do thay đổi điện áp với sự thay đổi
cơng suất do thay đổi cường độ sáng”, như vậy ta khơng tính tốn chính xác khi
khơng cĩ sự thay đổi nhanh chĩng của bức xạ mặt trời và coi nĩ như một sự nhiễu loạn và dẫn đến kết quả tính tốn khơng chính xác tại điểm cơng suất cực đại.