Tối ưu công suất trong hệ thống pin mặt trời

  • Số trang: 152 |
  • Loại file: DOCX |
  • Lượt xem: 21 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- TẠ MINH CƯỜNG TỐI ƯU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện Mã số ngành: 60 52 50 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- TẠ MINH CƯỜNG TỐI ƯU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Thiết bị mạng và nhà máy điện Mã số ngành: 60 52 50 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng … năm ... (font 13) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: TẠ MINH CƢỜNG TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN TỐI ƢU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Thiết bị mạng và nhà máy điện Mã số ngành: 60 52 50 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2012 1 BỐ CỤC LUẬN VĂN Mở đầu Trang 1 Chƣơng 1: PHẦN TỔNG QUAN 2 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 3 4 Chƣơng 3: CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI DC – DC 5 Chƣơng 4: PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỜ Chƣơng 5: ĐIỀU KHIỂN CHỌN ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI 8 10 Chƣơng 6 : SỬ DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU CÔNG SUẤT Chƣơng 7: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 13 Tài liệu tham khảo 14 Phụ lục 16 PHẦN TÓM TẮT LUẬN VĂN MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thi ết của Đề tài: Nhƣ chúng ta biết các nguồn nhiên liệu dự trữ nhƣ than đá, dầu mỏ… đều có hạn. Ngoài ra các dạng năng lƣợng này thƣờng ở dạng hóa thạch và khi sử dụng luôn gây ra ô nhiễm môi trƣờng xung quanh và làm tăng hiệu ứng nhà kính. Việc nghiên cứu và sử dụng năng lƣợng mặt trời là một trong những hƣớng phát triển đƣợc nhiều sự chú ý vì những tính chất ƣu việt của nó nhƣ: luôn có sẵn, siêu sạch và gần nhƣ vô tận. Do vậy năng lƣợng mặt trời ngày càng đƣợc nhiều nƣớc trên thế giới sử dụng. 2. Mục đích của đề tài: Sử dụng thuật toán logic mờ điều khiển (FLC: fuzzy logic controller) chọn điểm công suất lớn nhất hệ thống pin mặt trời cấp cho tải DC. 3. Cách ti ếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu : - Nghiên cứu các đặc tuyến làm việc của các tấm pin quang điện - Nghiên cứu các bài báo về ứng dụng các phƣơng pháp điều khiển chọn điểm công suất lớn nhất hệ thống pin mặt trời cấp cho tải DC. - Nghiên cứu mô phỏng pin quang điện và MPPT (Maximum power point tracking) - Sử dụng logic mờ điều khiển chọn điểm công suất lớn nhất hệ thống pin mặt trời cấp cho tải DC 4. K ết quả dự ki ến đạt đƣợc: - Kết hợp bài toán điều khiển mờ và bài toán tối ƣu công suất trong hệ thống pin mặt trời. 2 Chƣơng 1: PHẦN TỔNG QUAN 1.1.Đặt vấn đề : [4],[5] Sử dụng năng lƣợng mặt trời, đặc biệt là quang điện: Chi phí lắp đặt cao và chuyển đổi năng lƣợng hiệu quả thấp. Điều khiển chọn điểm công suất lớn nhất là một phƣơng pháp tiếp cận đƣợc sử dụng để tối ƣu hóa công suất trong hệ thống pin mặt trời, do đó năng lƣợng phát ra từ mặt trời có thể đƣợc trích xuất tối đa. Theo đặc tính pin PV ở mỗi điểm làm việc khác nhau ở đó công suất ta sẽ thu đƣợc khác nhau. Trong dãy các điểm làm việc sẽ có một điểm mà ở đó công suất thu đƣợc cực đại tƣơng ứng với một điện áp xác định, trong hình 1-1 là điểm VR ở Hình 1-1 Đặc tính pin PV đó P = PR = Pmax. Để xác định đƣợc điểm công suất cực Pin Bộ chuyển Tải quang đại này ta sử dụng một hệ phân tích gọi là đổi DC-DC điện thuật toán MPPT và thuật toán nghiên D cứu của hệ MPPT trong nội dung luận Bộ điều khiển văn này là thuật toán FLC (fuzzy logic MPPT controller). Hình 1-2 Sơ đồ khối của bộ điều khiển MPPT 1.2.Các thuật toán MPPT:[14] Có nhiều thuật toán MPPT đã đƣợc phát triển và thực hiện bởi các nhà nghiên cứu [1-3] nhƣ: Quan sát và nhiễu loạn (P & O), gia tăng độ dẫn (INCond.), hồi tiếp điện áp hoặc dòng điện, phƣơng pháp logic mờ và phƣơng pháp nơron, điện áp PV vòng hở, Dòng PV ngắn mạch . . . Các phƣơng pháp sử dụng phổ biến P&O và INCond. 1.2.1. Phƣơng pháp P&O :[14] 1.2.2. Phƣơng pháp INCond : [14] I, P P=PR Công suất ISC Dòng điện IR Điểm công suất P=0 cưc đại (MPP) 0 VR VOC - Đối với phƣơng pháp P&O Khi có sự biến động của ΔP và ΔV thì ΔD sẽ làm tăng tỷ số D hoặc giảm D để chu kỳ tiếp theo buộc các điểm hoạt động di chuyển về phía MPP. Quá trình này sẽ đƣợc tiến hành liên tục cho đến khi MPP là đạt. Tuy nhiên, hệ thống sẽ dao động xung quanh MPP suốt quá trình này, và điều này sẽ dẫn đến mất năng lƣợng. Những dao động này có thể đƣợc giảm thiểu bằng cách giảm kích thƣớc ΔP và ΔV nhƣng nó làm chậm hệ thống theo dõi MPP V 3 - Đối với phƣơng pháp IncCond có ƣu điểm là đáp ứng MPP tốt theo sự thay đổi của môi trƣờng, sự dao động thấp hơn phƣơng pháp P&O. Tuy nhiên, nó đòi hỏi hai bộ cảm biến để xác định dòng và áp tức thời ngõ ra của hệ thống PV, dẫn đến chi phí cao và mạch điện phức tạp. Từ những nhận xét ƣu và khuyết điểm của hai phƣơng pháp trên luận văn nghiên cứu sử dụng logic mờ điều khiển chọn điểm công suất cục đại hệ thống pin mặt trời cấp cho tải DC. Ƣu điểm của bộ điều khiển logic mờ thời gian đạt điểm MPP nhanh và đạt độ ổn định MPPT hơn so với bộ điều khiển P & O . Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN 2.1.Tì nh hình năng l ƣ ợng m ặt trời : 2.1.1 Tình hình chung: 2.1.2. Ứng dụng năng lƣợng mặt trời ở Việt nam: [5] Tại Việt Nam, theo các nhà khoa học, nếu phát triển tốt điện mặt trời sẽ góp phần đẩy nhanh Chƣơng trình điện khí hóa nông thôn. 2.2.Năng l ƣợng m ặt trời : 2.2.1. Phổ Của Mặt Trời : 2.2.2. Định nghĩa tỷ số AM : 2.2.3. Hiệu suất của vật liệu quang điện: Mặt trời bức xạ năng lƣợng theo một dãy rất rộng, tuy nhiên không phải tia bức xạ nào cũng có thể tạo ra hiện tƣợng quang điện. Chỉ có những tia bức xạ (ứng với bƣớc sóng λ) có năng lƣợng lớn hơn mức năng lƣợng kích hoạt electron (tuỳ từng chất bán dẫn) mới có khả năng tạo ra hiện tƣợng quang điện. 2.3.Pin quang đi ện PV : Pin quang điện sử dụng chất bán dẫn để biến đổi ánh sáng thành điện năng. Kỹ thuật tạo pin PV rất giống với kỹ thuật tạo ra các linh kiện bán dẫn nhƣ transistor, diode … Nguyên liệu dùng làm pin PV cũng giống nhƣ các linh kiện bán dẫn khác thông thƣờng là tinh thể silicon thuộc nhóm IV. Có thể nói pin PV là sự ngƣợc lại của diode quang. Diode quang nhận điện năng tạo thành ánh sáng, thì PV nhận ánh sáng tạo thành điện năng. 2.3.1. Sơ đồ mạch đơn giản của pin PV: Hai tham số quan trọng của PV là dòng ngắn mạch Isc và điện áp hở mạch Voc. 4 I Các công thức của pin PV: qV/kT v Id (2.2) + PV - Tải = ISC q I0 Hình 2- 1 Sơ đồ mạch đơn giản của pin PV[6] Với:I0 : dòng điện ngƣợc của Diode; q : điện tích electron; k : hằng số Boltzman; T : nhiệt độ tuyệt đối (K) 2.3.2. Sơ đồ mạch PV khi có tính đến các tổn hao: Cũng nhƣ diode pin PV trong thực tế luôn có tổn hao, đặc trƣng cho sự tổn hao này là các thông số Rs và Rp Các công thức đặc trƣng của pin PV thực tế bao gồm ảnh hƣởng của Rs và Rp (2.3) -1 I = I SC - I 0 exp 2.3.3. Array PV và các ảnh hƣởng tác động: Ngoài ra đặc tính của pin PV còn bị ảnh hƣởng bởi nhiều yếu tố nhƣ cƣờng độ chiếu sáng, nhiệt độ, hiện tƣợng bóng râm …Để bảo vệ pin PV ít bị ảnh hƣởng bởi hiện tƣợng bóng râm, ngƣời ta sử dụng Diode bypass (đi-ốt phân dòng). Chƣơng 3: CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI DC - DC 3.1.B ộ t ạo xung DC ( DC choppers): Bộ tạo xung DC giảm (step-down dc) với tải trở đƣợc hiển thị ở hình 3-1. Nó bao gồm nguồn Vs, có khoá S là linh kiện kích đóng ngắt mắc nối tíếp với tải R. Khóa S thƣờng đƣợc dùng là các linh kiện công suất nhƣ MOSFETs, IGBTs, MCTs công suất hay BJT, GTO. Khóa S họat động với tỷ số D. (a) Sơ đồ mạch điện (b) Điện áp ngõ ra Hình 3- 1 Bộ tạo xung DC [7] Tải 5 3.2.B ộ chuyển đổi Buck : Bộ tạo xung giảm áp DC gọi là bộ chuyển đổi Buck, 0 < V0 < VS Ta có: (VS – V0)DT=V0(1-D)T (3.1) 3.3.B ộ chuyển đổi Boost : Bộ tạo xung tăng áp DC gọi là bộ chuyển đổi Boost 0 < VS < V0 1 Điện áp ngõ ra: (3.2) V O VS 1-D 3.4.B ộ chuyển đổi Buck – Boost: Bộ chuyển đổi Buck-Boost đƣợc ứng dụng để biến đổi làm tăng hoặc giảm điện áp đầu ra so với điện áp nguồn. Điệnápngõra: VO D =(3.3) Khi D = 0.5, VS = V0. Với những trƣờng hợp khác, 0 < V0 < VS khi 0 - Xem thêm -