CHƯƠNG 3 MAXIMUM POWER POINT TRACKING
3.8 Một số giải thuật MPPT cải tiến
Như đã được trình bày ở phần trên, với những giải thuật đơn giản như P&O, INC đều có kết quả là MPP thực, hiệu suất cao, hội tụ nhanh…Nhưng hầu hết các giải thuật truyền thống đều dò MPP sai hoặc không thể dò MPP khi những điều kiện môi trường thay đổi đột ngột (bức xạ và nhiệt độ) và hiện tượng bị che khuất. Những thay đổi này gây ảnh hưởng tới hiệu suất của hệ thống điện mặt trời. Ảnh hưởng của cường độ bức xạ và nhiệt độ đối với pin quang điện được trình bày ở phần trên. Khi hệ pin quang điện bị che khuất một phần thì đặc tính công suất của hệ trở nên phức tạp hơn, tồn tại nhiều điểm công suất đỉnh. Trong phần này tác giả tập trung đưa ra một số phương pháp cải tiến từ các phương pháp có sẵn, kết hợp với một số kỹ thuật cực tiểu, tối ưu để MPPT khắc phục những hạn chế trên. Vài thông số cần quan tâm để đưa ra một phương pháp MPPT như có khả năng dò nhều điểm cực đại, giá thành, và tốc độ hội tụ.
3.8.1 Giải thuật dP-P&O
Dưới đây là hình vẽ thể hiện công suất thay đổi theo bức xạ.
HVTH: Ngô Ngọc Thạch GVHD: Nguyễn Quang Nam
Hình 3.12 a: Đường cong P - V khi bức xạ thay đổi chậm; b Đường cong P - V khi bức xạ thay đổi nhanh
Trong đó:
Tp: Chu kỳ tạo nhiễu của MPPT
Pk, Pk+1: giá trị công suất đo được tại thời điểm lần lấy mẫu thứ k và k +1 dP: độ thay đổi công suất, nguyên nhân là nhiễu của MPPT
dP2: độ thay đổi công suất, nguyên nhân thay đổi bức xạ inc: bước nhảy điện áp của MPPT
Nếu dP > dP2 thì MPPT sẽ giải thích chính xác công suất thay đổi giữa hai lần lấy mẫu, đa phần sự thay đổi công suất là ảnh hưởng của nhiểu. Ngược lại, nếu dP < dP2, MPPT không xác định được đúng hướng để dò. Ví dụ Pk+1 - Pk là dương hình 3.5 b, bất kể dấu nhiễu của MPPT. Trong trường hợp như hình 3.5 2 thì P&O có thể tiếp tục tăng điện áp đặt cho tới khi thay đổi bức xạ kết thúc hoặc dP > dP2.
Hình 3.13 Giá trị công suất thay đổi trong hai lần lấy mẫu liên tiếp
Theo như hình 3.13 sự thay đổi công suất giữa hai lần lấy mẫu Pk và Pk+1 phản ảnh chỉ những thay đổi môi trường, MPPT không có hành động xử lý. Giá trị khác nhau
HVTH: Ngô Ngọc Thạch GVHD: Nguyễn Quang Nam giữa Px và Pk (dP1) bao gồm thay đổi công suất với nguyên nhân nhiễu của MPPT, và ảnh hưởng của môi trường. Vì vậy, giả sử tỷ lệ thay đổi bức xạ là không đổi trong suốt chu kỳ lấy mẫu của MPPT, ta có biểu thức tính dP như sau:
𝑑𝑃 = 𝑑𝑃1− 𝑑𝑃1 = (𝑃𝑥− 𝑃𝑘) − (𝑃𝑘+1− 𝑃𝑥) = 2𝑃𝑥− 𝑃𝑘+1− 𝑃𝑘 (3.17) Kết quả dP phản ánh sự thay đổi do nhiễu của MPPT. Sơ đồ giải thuật dP-P&O như hình 3.13. Biểu thức trên như một tải nhỏ thêm vào tính toán để so sánh với giải thuật P&O truyền thống, mục đích xác định dấu của nhiễu tiếp theo, sử dụng giá trị công suất đo được giữa hai lần liên tục.
Hình 3.14 Sơ đồ giải thuật dP-P&O
Xác định dP giúp cho việc dò chính xác dấu trong điều kiện bức xạ thay đổi. Tuy nhiên để việc dò nhanh hơn khi bức xạ thay đổi, bước nhảy điện áp cần tăng lên. Điều này dẫn tới dao động xung quanh MPP trong điều kiện ổn định, hiệu suất tổng thể hệ thống giảm. Giải quyết hạn chế này, dP2 được sử dụng làm điều kiện ngoài để thay đổi công suất ngõ ra.
ThN : Ngưỡng âm của dP ThP : Ngưỡng dương của dP
0 dP
Y
N Y N
N N
Y Y
1 0
k k
VV VVk k1 0
0 dP
Decrease Vref Increase Vref Decrease Vref Increase Vref Sampling period: Tp Sampling period:
2 Tp
Sample VIk, k START
Calculation of dP
RETURN
HVTH: Ngô Ngọc Thạch GVHD: Nguyễn Quang Nam
Hình 3.15 Sơ đồ giải thuật tối ưu dP-P&O
Như hình 3.11 nếu như công suất thay đổi bởi bức xạ (|dP2|) nhỏ hơn giá trị công suất thay đổi bởi nhiễu (|dP|), phương pháp xem đây là trường hợp điều kiện thay đổi chậm và hệ thống sẽ sử dụng giải thuật dP-P&O cơ bản, với bước nhảy nhỏ, để giảm dao động xung quanh MPP.
3.8.2 Giải thuật INC bước nhảy thay đổi
Bước nhảy của giải thuật MPPT INC được cố định. Với một bước nhảy lớn thì công suất cho ra từ hệ pin quang điện sẽ nhanh hội tụ MPP nhưng cũng sẽ bị dao động quanh MPP khi ổn định.
HVTH: Ngô Ngọc Thạch GVHD: Nguyễn Quang Nam
Hình 3.16 INC bước nhảy thay đổi, INC bước nhảy thay đổi
Chu kỳ nhiệm vụ tiếp theo được xác định [21]:
𝐷(𝑘) = 𝐷(𝑘 − 1) ± 𝑁|𝑑𝑉 𝑑𝑃| (3.18) Trong đó N là hệ số tỷ lệ được thiết kế để điều chỉnh bước nhảy. Bước nhảy thay đổi có thể xem như thay đổi độ dốc của đường cong P – D [22]:
𝐷(𝑘) = 𝐷(𝑘 − 1) ± 𝑁|∆𝑃
∆𝐷 | (3.19)
Trong đó ∆D là bước nhảy chu kỳ nhiệm vụ ở chu kỳ lấy mẫu trước.
Giá trị chu kỳ nhiệm vụ cập nhật lần tiếp theo với biểu thức sau [21]:
𝐷(𝑘) = 𝐷(𝑘 − 1) ± 𝑁|𝑃(𝑘)−𝑃(𝑘−1)
𝑉(𝑘)−𝑉(𝑘−1) | (3.20)
HVTH: Ngô Ngọc Thạch GVHD: Nguyễn Quang Nam
Hình 3.17 Sơ đồ giải thuật INC bước nhảy thay đổi