CHƯƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƯU CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN GIÓ VÀ MẶT TRỜI NỐI LƯỚI
3.1. Ý nghĩa việc xác định điểm làm việc có công suất cực đại (MPPT)
ĐẠI (MPPT)
3.1.1. Ý nghĩa của MPPT đối với mặt trời
Ở chương 2 ta đã biết quan hệ giữa các thông số dòng điện, điện áp, công suất (Ipv, Upvvà Ppv) của modul pin quang điện PV phụ thuộc vào cường độbức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường làm việc theo biểu thức:
Các đường cong quan hệ I(U) và P(U) được biểu diễn trên hình 3.1, đó là một quan hệ phi tuyến. Đường cong P(U) có một điểm cực đại (MPP), tại điểm này tấm pin PV sẽ đưa ra một công suất cực đại. Ta mong muốn hệ thống luôn luôn làm việc tại điểm MPP đó.
Mặt khác do cường độ bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường thay đổi có một cách ngẫu nhiên làm cho điểm công suất tối đa (MPP) của PV thay đổi liên tục, do đó để hệ thống điện mặt trời vận hành hiệu quả, cần có thuật toán điều khiển phù hợp để duy trì chế độ làm việc của chúng luôn tại điểm công suất tối đa.
M I PP
S
UMPP
UOC
Hình 3. 1: Quan hệ I(U) và P(U) của PV
Giả sử modul PV có đặc tính I(U) và P(U) ứng với giá trị xác định của bức xạ mặt trời và nhiệt độ như hình 3.2, đặc tính tải của PV là đường thẳng 0m đi qua gốc tọa độ, điểm làm việc của PV là giao điểm giữa đặc tính I(U) của PV và đặc tính tải của chúng. Ta thấy rằng nếu modul PV làm việc tại điểm C sẽ có công suất cực đại.
Điểm có công suất cực đại gọi là điểm MPP (Maximum Power Point).
Hình 3. 2: Đặc tính V-A của tải và của pin mặt trời
MPPT (Maximum Power Point Tracker) là phương pháp dò tìm điểm làm việc có công suất tối ưu của hệ thống nguồn điện pin mặt trời qua việc điều khiển chu kỳ đóng mở khoá điện tử trong bộ chuyển đổi DC-DC (đối với hệ thống không có chuyển đổi DC-DC thì MPPT được thực hiện trong bộ chuyển đổi DC-AC. Phương pháp MPPT được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống pin mặt trời. MPPT bản chất là thiết bị điện tử công suất ghép nối nguồn điện PV với tải để khuyếch đại nguồn công suất ra khỏi nguồn pin mặt trời khi điều kiện làm việc thay đổi, và từ đó có thể nâng cao được hiệu suất làm việc của hệ. MPPT được ghép nối với bộ biến đổi DC/DC và một bộ điều khiển.
Xét một hệ thống hệ thống điện mặt trời nối lưới có sơ đồ khối như Hình 3.3
P P
V
M
D C -
G r i D
C
U -
Hình 3. 3: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lưới sử dụng MPP
Nhiệm vụ của khối MPPT là đưa ra thuật toán xác định điểm làm việc có công suất cực đại (MPP) và gửi tín hiệu điều khiển hệ thống duy trì làm việc tại điểm có công suất cực đại đó. Ta gọi đó là điều khiển bám điểm làm việc có công suất cự đại (hay điều khiển bám điểm làm việc tối ưu) của hệ thống.
Trong chương này sẽ khảo sát một số thuật toán MPPT đồng thời đề xuất thuật toán ứng dụng logic mờ để điều khiển bám điểm làm việc tối ưu của hệ thống điện mặt trời nối lưới 3 pha. Kết quả được kiểm tra thông qua mô phỏng cho một hệ thống với các số liệu cụ thể trên Matlab-Simulink.
3.1.2. Ý nghĩa của MPPT đối với điện gió
Các hệ thống chuyển đổi năng lượng gió (WECS - Wind Energy Conversion System) đã thu hút sự chú ý rộng rãi như một nguồn năng lượng tái tạo do cạn kiệt nguồn dự trữ nhiên liệu hóa thạch và các mối lo ngại về môi trường do hậu quả trực tiếp của việc sử dụng các nguồn năng lượng hạt nhân và năng lượng hóa thạch. Năng lượng gió, mặc dù dồi dào nhưng liên tục thay đổi dẫn đến công suất turbine gió cũng thay đổi theo (Hình 3.4).
Lượng điện năng phát ra từ hệ thống chuyển đổi năng lượng gió phụ thuộc vào độ chính xác mà các điểm công suất cực đại được theo dõi bởi bộ điều khiển theo dõi điểm công suất tối đa (MPPT) của hệ thống điều khiển. Các bộ điều khiển MPPT để trích xuất công suất tối đa từ từ bộ chuyển đổi năng lượng gió đối với mỗ loại máy
Hình 3. 4: Sự thay đổi công suất turbine theo tốc độ gió
phát điện khác nhau như máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSG), máy phát điện không đồng bộ rotor lồng sóc (SCIG) và máy phát điện cảm ứng nguồn kép (DFIG) có thể khác nhau. Chúng được phân loại thành ba phương pháp điều khiển chính như sau:
Điều khiển tỷ lệ tốc độ đầu cánh (TSR - Tip Speed Ratio)
Điều khiển phản hồi tín hiệu công suất (PSF - Power Signal Feedback) Điều khiển tìm kiếm leo đồi (HCS - Hill-Climb Search) [2].