1.4.1 Một số vấn đề cịn tồn tại
• Vấn đề vận hành ở MPP cho đến nay vẫn tồn tại những nhược điểm, cụ thể:
- Kỹ thuật CV chỉ tương đối phù hợp khi vận hành ở điều kiện gần với STC
[71], [77], [78].
- Kỹ thuật OG sử dụng thông tin về (G, T) và cần cung cấp đầy đủ các thông số của chủng loại PVg. Việc giải (1.3) gặp nhiều khó khăn và thiếu chính xác do phải sử dụng mơ hình tốn học giản lược của PVg (lược bớt thành phần dòng điện ở 1 vế trong phương trình mơ tả PVg để giảm bớt tính đa biến), việc xác định dấu và độ lớn của độ dốc gặp nhiều khó khăn [53].
- Kỹ thuật P&O, INC và ESC không bao giờ tồn tại một trạng thái vận hành
ổn định do thơng tin có được từ thiết bị đo lường luôn dao động khiến cho bộ điều khiển luôn đi tìm điểm làm việc mới và ln gây tổn hao dao động công suất trong mạch. Hơn nữa, độ tổn hao công suất khi sử dụng các kỹ thuật này trong các điều
kiện vận hành thực tế còn phụ thuộc vào bước nhảy độ rộng xung ∆d nên không
thực sự khai thác được hết năng lượng của PVg [7], [68], [71], [72], [77], [78], [81], [82].
- Kỹ thuật ANN sử dụng thông tin về (G, T) với bản chất là áp dụng ngay kỹ
thuật điều khiển trong MPPT nên phải dùng các máy tính tốc độ cao, bộ nhớ lớn, mất nhiều thời gian để thu thập nhiều mẫu giá trị, đánh giá thử nghiệm, huấn luyện đặc biệt cho mỗi cấu trúc của PVg rồi mới sử dụng được [21], [22], [27], [30], [71],
[83], [85]. Kỹ thuật ANN, FL kết hợp với kỹ thuật P&O để dập dao động thơng qua
q trình theo dõi và thay đổi ∆d khi đang ở gần MPP thường khơng có ý nghĩa
trong thực tiễn bởi vì giá trị của G trong thực tế khơng thực sự giữ ổn định nên PVg luôn làm việc ở trạng thái dao động [10], [24], [71], [80].
- Kỹ thuật OV và SC luôn gây dao động trong mạch, gây mất mát năng lượng
trong những khoảng thời gian gây hở mạch hoặc ngắn mạch và bộ điều khiển thích ứng trở lại [15], [71], [78].
- Giải pháp tiếp cận MPP sử dụng kỹ thuật SMC như MPPT trong tài liệu [41],
[57] chưa đánh giá đúng bản chất của PVg khi coi tổng trở tải là không đổi hoặc
chưa đưa ra được giải pháp xác định thông tin công suất tại MPP để đánh giá điểm dừng của chế độ trượt. Giải pháp kết hợp kỹ thuật SMC với kỹ thuật P&O hoặc
ESC trong các tài liệu [38], [40], [43], [75], [76], [86], [104] vẫn giữ những nhược
Các phân tích trên cho thấy có rất nhiều các nghiên cứu tập trung vào vấn đề tìm MPP và có nhiều cách tiếp cận MPP từ nhiều hướng khác nhau. Mặc dù hầu hết các kỹ thuật trên đều đưa ra nhận định về MPP theo thời gian thực khi vận hành thực tế nhưng sự phân loại các kỹ thuật này chưa thống nhất và không thể hiện được bản chất của mỗi dạng kỹ thuật đó. Vì vậy, luận án đề xuất phân chia các kỹ thuật
này thành hai dạng như trên hình 1. 3.
Hình 1. 3 Phân loại kỹ thuật tìm MPP
Nhóm thứ nhất là kỹ thuật offline, bao gồm kỹ thuật Temp, OG, ANN, CV. Đặc điểm chung của nhóm kỹ thuật này là đưa ra dự đốn về MPP trước rồi mới đưa ra tín hiệu điều khiển để BBĐ đưa PVg về chế độ vận hành mong muốn và cần phải cung cấp các thông số của PVg cho bộ điều khiển. Cho đến thời điểm hiện tại, nhóm kỹ thuật này tồn tại nhược điểm chưa khắc phục được như chỉ chính xác khi
điều kiện vận hành gần với STC (G=Gstc=1000 W/m2, T=Tstc=250C) hoặc mất nhiều
thời gian để bộ điều khiển thích ứng được với chủng loại PVg được sử dụng.
Nhóm thứ hai là kỹ thuật online, bao gồm OV, CV, P&O, INC, trọng lượng 3 điểm, ESC, ANN, FL kết hợp P&O. Đặc điểm chung của nhóm kỹ thuật này là chủ động can thiệp vào mạch bằng xung điều khiển để thử phản ứng của PVg rồi mới đưa ra dự đoán về MPP. Để thực hiện, các kỹ thuật này không cần cung cấp đầy đủ
các thông số của PVg, dễ thực hiện do chủ yếu dựa trên thơng tin về dịng điện, điện
áp tức thời ở đầu ra của PVg. Nhược điểm chủ yếu của nhóm kỹ thuật này là tạo
Các kỹ thuật tìm MPP Offline Online Sử dụng cảm biến đo G, T Không sử dụng cảm biến đo G, T CV ANN Temp Sử dụng 1 cảm biến đo V hoặc I Sử dụng 2 cảm
biến đo V, I
OV
SC
P&O, INC, ESC hoặc trọng lượng 3 điểm
OG
dao động trong mạch, gây tổn thất năng lượng nên khơng thể khai thác được tồn bộ năng lượng có thể phát ra từ PVg ở các thơng số vận hành khác nhau của (G, T).
• Vấn đề mơ hình hóa PVg
Vấn đề tồn tại bên cạnh tìm MPP là các nhà sản xuất khơng cơng bố đầy đủ các thông số của mỗi panel. Hơn nữa, PVg lại thường có những cấu trúc ghép nhiều panel với nhau khiến cho các thông số trên mơ hình tốn học của cấu trúc ghép cũng là những yếu tố ẩn. Những tham số ẩn này khiến việc thực hiện mơ hình hóa, mơ phỏng PVg thiếu chính xác và khơng đánh giá được toàn diện phản ứng của PVg trong những điều kiện vận hành khác nhau.
Giá trị của các thơng số ẩn như dịng quang điện Iph, điện áp nhiệt lớp tiếp giáp Vt, điện trở nối tiếp RS, điện trở song song Rp, dòng quang điện bão hòa I0 ở STC đã được đề xuất xác định bởi phương pháp Gauss-Seidel hoặc phương pháp Newton-
Raphson [25], [27], [36]. Riêng hệ số đặc trưng n của diode lại không được xác định
và thường được nhà nghiên cứu về điều khiển bỏ qua khiến cho việc xác định MPP khó khăn và khơng chính xác.
1.4.2 Tiếp cận vấn đề
Phân tích các kỹ thuật online một cách chi tiết hơn cho thấy nguyên nhân của
việc ln phải đi dị tìm điểm làm việc mới để phán đốn về MPP là không đánh giá được sự thay đổi của biến đầu vào (G, T). Bên cạnh đó, khi xem xét vấn đề tìm MPP ở góc nhìn khác, kỹ thuật Temp, OG hay ANN sử dụng thơng tin về (G, T) tuy cịn tồn tại những nhược điểm riêng nhưng đã đưa ra một ý tưởng khá tốt để vận
hành PVg. Ý tưởng đó chính là ấn định một xung điều khiển phù hợp tương ứng với
sự thay đổi của (G, T) giúp khắc phục yếu tố đặc điểm dễ dao động của PVg, qua đó gây tránh gây hao hụt cơng suất trong mạch. Trong đó, kỹ thuật ANN mặc dù sử dụng thông tin về (G, T) nhưng không yêu cầu thông tin chi tiết về thông số của PVg nên các giá trị này chỉ có ý nghĩa xây dựng lịch sử vận hành về đối tượng
PVg. Mặt khác, tài liệu [53]đưa ra ý tưởng về kỹ thuật OG sử dụng mơ hình tốn
học chính xác của PVg, chưa xây dựng được phương pháp luận giải tìm hệ số ước
T) nhưng phải lược bỏ bớt thành phần phi tuyến, trong đó T là thơng tin về nhiệt độ
mơi trường Tambcó được nhờ sử dụng một cảm biến đo nhiệt độ (TempS).
Những nhận định trên cho thấy PVg cũng giống như bất kỳ loại nguồn điện nào khác, muốn khai thác được tối đa cơng suất thì phải xác định được chính xác
MPP ở mọi điều kiện vận hành tương ứng với cặp giá trị (G, T) và loại PVg sử dụng
để cung cấp cho bộ điều khiển. Lý do trước đây ý tưởng này chưa được các nhà nghiên cứu tập trung vì gặp phải hạn chế vấn đề mơ hình tốn học mơ tả PVg (chưa đầy đủ) và hạn chế về thiết bị đo. Với hạn chế về thiết bị đo, cần phải sử dụng PYR
(pyranometer) có dải bước sóng bức xạ mặt trời đo được phù hợp với dải bước sóng
bức xạ mặt trời mà PVg có thể hấp thụ cũng như cách lấy thơng tin về T khi sử dụng TempS.
Với thông tin về G, trên thị trường hiện nay có nhiều loại với nhiều dải bước sóng hấp thụ và giá thành khác nhau. Trong đó PYR-BTA của hãng Vernier có dải
bước sóng hấp thụ từ (380 ÷ 1140) nm rất phù hợp với PVg làm từ chất bán dẫn cấu
trúc đa tinh thể có giá chỉ vài triệu đồng [100].
Với thông tin về T, các tài liệu [20], [23], [59] đã đề xuất sử dụng các đại
lượng (G, Tamb, tốc độ gió) để quy đổi Tamb về T tuy nhiên cách quy đổi này khơng
thực sự chính xác vì nhiệt độ lớp tiếp giáp p-n là nhiệt độ của vật rắn nên thay đổi rất chậm và khơng hồn tồn giống quy luật của G. Các tài liệu [65] và [67] đã chỉ ra một phương pháp xác định T, đó là sử dụng TempS gắn ở mặt sau của PVg và thơng tin về nhiệt độ có được từ TempS là do q trình truyền nhiệt từ panel PVg vào TempS và ít chịu ảnh hưởng của nhiệt từ bức xạ mặt trời nhất. Bởi vậy, việc gắn TempS ở mặt sau của panel PVg sẽ giúp có được thơng tin về T gần với giá trị thực nhất.
1.4.3 Đề xuất hướng giải quyết
Bài toán vận hành PVg tại MPP chỉ được sử dụng trong những hệ thống có khả năng hấp thụ cơng suất khơng giới hạn như kho điện hoặc lưới điện. Bản chất của bài toán này là sự hợp nhất của hai bài toán: đưa ra nhận định về MPP và sử dụng các kỹ thuật điều khiển để đưa PVg về vận hành ở MPP. Với mục tiêu nâng
MPPT và thiết lập các giải pháp điều khiển, luận án sẽ tập trung vào một số vấn đề sau:
- Giải quyết vấn đề xác định thông số ẩn của PVg với việc áp dụng phương
pháp Newton-Raphson. Trên cơ sở đó, đề xuất một kỹ thuật offline mới, kỹ thuật dò
và chia đôi (sau đây gọi là kỹ thuật IB), để xác định chính xác thơng số tại MPP,
qua đó cung cấp thơng tin cho bộ điều khiển. Đồng thời, hồn thiện mơ hình tốn
cho PVg thơng qua đề xuất sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để xây dựng
hàm n(T) giúp nâng cao tính chính xác cho MPPT đã đề xuất ở điều kiện vận hành
bất kỳ.
- Xây dựng hai phương pháp điều khiển IB-SMC và IB-AVC (kết hợp kỹ
thuật IB với kỹ thuật SMC và AVC) áp dụng cho BBĐ DC/DC buck và BBĐ
DC/DC boost giúp nâng cao hiệu quả khai thác PVg (PVg được coi là nguồn áp).
Hơn nữa, luận án sẽ tiến hành mô phỏng so sánh phương pháp điều khiển đề xuất với một vài phương pháp điều khiển sử dụng kỹ thuật tìm MPP truyền thống như CV, OV, Temp, P&O dựa trên tiêu chí hiệu quả năng lượng. Đồng thời, thông qua công tác mô phỏng, luận án sẽ đánh giá khả năng áp dụng vào thực tế của phương
pháp IB-SMC và phương pháp IB-AVC để áp dụng cho bài toán điều khiển kết nối
lưới và thực nghiệm.
- Xây dựng cấu trúc điều khiển cho hệ thống khai thác PVg kết nối lưới để
phát tồn bộ cơng suất khai thác được tại MPP vào lưới điện.