BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
TE
C
H
TẠ MINH CƯỜNG
TỐI ƯU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG
H
U
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
---------------------------
TE
C
H
TẠ MINH CƯỜNG
TỐI ƯU CÔNG SUẤT TRONG HỆ THỐNG
H
U
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)
H
C
U
TE
H
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HCM
---------------------------
H
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: TẠ MINH CƢỜNG
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
U
TE
C
TỐI ƢU CÔNG SUẤT
TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
LUẬN VĂN THẠC SĨ
H
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
H
U
TE
C
H
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
Chƣơng 4: PHƢƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN MỜ
5
Chƣơng 5: ĐIỀU KHIỂN CHỌN ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI
8
Chƣơng 6 : SỬ DỤNG LOGIC MỜ ĐIỀU KHIỂN TỐI ƢU CÔNG SUẤT 10
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 thiết 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 tiếp 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. Kết quả dự kiến 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
I, P
đa.
P=P
Công suất
Theo đặc tính pin PV ở mỗi điểm làm
I
Dòng điện
việc khác nhau ở đó công suất ta sẽ thu
I
đƣợc khác nhau. Trong dãy các điểm làm
Điểm công suất
P=0
việc sẽ có một điểm mà ở đó công suất
cưc đại (MPP)
V
thu đƣợc cực đại tƣơng ứng với một điện
0
V
V
áp xác định, trong hình 1-1 là điểm VR ở
đó P = PR = Pmax.
Hình 1-1 Đặc tính pin PV
Để xác định đƣợc điểm công suất cực
Pin
Bộ chuyển
Tải
đại này ta sử dụng một hệ phân tích gọi là quang
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]
- 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
R
SC
H
U
TE
C
H
R
R
OC
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 .
H
U
TE
C
H
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
2.1.Tình hình năng lƣợng mặt 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 lƣợng mặt 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 điện 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
I = I SC - I(e
-1)(2.1)
0
VOC =
I
kT
ln SC +1
q
I0
(2.2)
I
v
v
+
+
Id
+
PV
-
Tải = ISC
Tải
-
-
SC
0
kT
H
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
q(V + I.RS )
V + I.RS
(2.3)
I = I - I exp
-1 RP
TE
C
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).
H
U
Chƣơng 3: CÁC BỘ CHUYỂN ĐỔI DC - DC
3.1.Bộ tạo 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]
5
3.2.Bộ 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.Bộ chuyển đổi Boost:
Bộ tạo xung tăng áp DC gọi là bộ chuyển đổi Boost 0 < VS < V0
VO
1
Điện áp ngõ ra:
(3.2)
=
VS
1-D
3.4.Bộ 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.
VO
D
Điện áp ngõ ra:
(3.3)
=VS
1-D
H
Khi D = 0.5, VS = V0. Với những trƣờng hợp khác, 0 < V0 < VS khi 0
- Xem thêm -