Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, thi công bộ điều khiển giám sát DC Link trong hệ thống điện mặt trời

Chia sẻ: Xylitol Extra | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:129

Thêm vào BST

Báo xấu

96
lượt xem 29
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bộ điều khiển giám sát DC link trong hệ thống điện mặt trời được thi công dựa trên các linh kiện điện tử công suất và được điều khiển bởi vi điều khiển ESP8266 điều chế độ rộng xung sao cho tạo ra được mức điện áp mong muốn. Kết hợp với các cảm biến dòng MCU 219 để đọc giá trị điện áp và dòng điện từ pin năng lượng mặt trời và điện áp ngõra bộ tăng áp để tiến hành giám sát bằng điện thoại và lưu trữ dữ liệu trên firebase.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế, thi công bộ điều khiển giám sát DC Link trong hệ thống điện mặt trời

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DC LINK TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI. GVHD: TS. Quách Thanh Hải SVTH: MSSV Lê Thành Luân 15141204 Lê Thanh Phước 15141253 Tp. Hồ Chí Minh - 07/2019
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH --------------------------------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DC LINK TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI. GVHD: TS. Quách Thanh Hải SVTH: MSSV Lê Thành Luân 15141204 Lê Thanh Phước 15141253 Tp. Hồ Chí Minh - 07/2019
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 4 tháng 7 năm 2019 NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Thành Luân MSSV: 15141204 Lê Thanh Phước MSSV: 15141253 Chuyên ngành: Điện tử công nghiệp Mã ngành: 41 Hệ đào tạo: Đại học chính quy Mã hệ: 1 Khóa: 2015 Lớp: 15141DT2 I. TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DC LINK TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI. II. NHIỆM VỤ 1. Các số liệu ban đầu: - Điện áp DC link phù hợp với việc triển khai nghịch lưu hòa lưới tại Việt Nam. - Chỉ thực hiện đến DC link. - Chi phí thấp hơn chi phí hiện nay. - Có khả năng giám sát và lưu trữ dữ liệu. 2. Nội dung thực hiện: - Khảo sát mạng lưới và thị trường điện ở Việt Nam. - Khảo sát về điện năng lượng mặt trời. - Khảo sát thiết kế bộ DC/DC phù hợp. - Thiết kế, thi công các khối trong bộ DC/DC. - Thiết kế, thi công chương trình hệ thống. - Thiết kế, thi công giao diện giám sát và điều khiển hệ thống. - Thi công mô hình. - Chạy thử nghiệm hệ thống, khảo sát đánh giá hệ thống. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 18/02/2019 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/07/2019. V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Quách Thanh Hải CÁN BỘ HƯỚNG DẪN BM. ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ii
TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ----o0o---- Tp. HCM, ngày 18 tháng 02 năm 2019 LỊCH TRÌNH THỰC HIỆN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên 1: LÊ THÀNH LUÂN Lớp: 15141DT2A MSSV: 15141204 Họ tên sinh viên 2: LÊ THANH PHƯỚC Lớp: 15141DT2B MSSV: 15141253 Tên đề tài: THIẾT KẾ, THI CÔNG BỘ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT DC LINK TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI. Xác nhận Tuần/ngày Nội dung GVHD 18/2 – 24/02 Gặp GVHD để phổ biến quy định: thực hiện chọn Tuần 3 đề tài, tên đề tài, thời gian làm việc,… Duyệt đề tài. 25/02 – 03/03 Viết đề cương và gặp GVHD để duyệt đề cương. Tuần 4 Nộp đề cương cho bộ môn. 04/03 – 17/03 Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội chương 1. Tuần 5-6 Gặp GVHD vào tuần 6 để xem xét và chỉnh sửa chương 1. 01/04 – 14/04 Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh báo cáo nội dung Tuần 7-8 chương 1 nếu có. Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội dung chương 2. Gặp GVHD vào tuần 8 để xem xét và chỉnh sửa chương 1 và chương 2. 15/04 – 28/04 Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh chương 2 nếu có. Tuần 9-10 Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội dung chương 3. Gặp giáo viên hướng dẫn vào tuần 10 để xem xét và chỉnh sửa chương 2 và chương 3. 29/04 – 12/05 Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh chương 3 nếu có. Tuần 11-12 Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội dung chương 4. Gặp GVHD vào tuần 12 để xem xét và chỉnh sửa chương 4. Xem mô phỏng và thiết kế các mạch đúng hay sai, góp ý kiến. 13/05 – 26/05 Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh chương 4 nếu có. Tuần 13-14 Sinh viên tiến hành thi công mạch: mô phỏng, vẽ sơ đồ nguyên lý hoàn chỉnh, vẽ PCB. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iii
Sinh viên mua các linh kiện sử dụng cho mạch. Gặp GVHD vào tuần 14 để xem xét và chỉnh sửa. Xem sơ đồ nguyên lý và PCB để đánh giá đúng sai, góp ý hoàn thiện trước khi thi công. 27/05 – 09/06 Sinh viên tiến hành thi công mạch: làm mạch in, Tuần 15-16 hàn linh kiện, viết chương trình kiểm tra mạch và chương trình hệ thống. Gặp GVHD vào tuần 16 để xem kết quả thi công góp ý hoàn thiện trước khi thi công. 10/06 – 23/06 Sinh viên tiến hành lấy kết quả thực nghiệm. Tuần 17-18 Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội dung chương 5. Gặp GVHD vào tuần 18 để xem xét và chỉnh sửa nội dung chương 5. 24/06 – 30/06 Sinh viên tiến hành viết báo cáo nội dung chương Tuần 19 6. Gặp GVHD vào tuần 19 để xem xét và chỉnh sửa nội dung chương 6. 01/07 – 05/07 Sinh viên tiến hành hiệu chỉnh chương 6 nếu có. Tuần 20 Sinh viên tiến hành hoàn thiện báo cáo đầy đủ. Gặp GVHD vào tuần 20 để duyệt cuốn báo cáo. GV HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ và tên) BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH iv
LỜI CAM ĐOAN Chúng tôi – Lê Thành Luân và Lê Thanh Phước cam đoan KLTN là công trình nghiên cứu của bản thân tôi (chúng tôi) dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Quách Thanh Hải dựa vào một số tài liệu trước đó. Kết quả công bố trong KLTN là trung thực và không sao chép từ tài liệu hay công trình đã có trước đó. Người thực hiện đề tài Lê Thành Luân Lê Thanh Phước BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH v
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên cho phép nhóm chúng em gửi đến thầy – Tiến sĩ Quách Thanh Hải lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn chân thành nhất. Nhóm chúng em cảm ơn thầy vì thầy đã vạch ra hướng đi và tận tình hướng dẫn giúp đỡ chúng em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Thầy đã trang bị cho chúng em rất nhiều kiến thức vô cùng quý báu để chúng em vững tin trên con đường phía trước của mình. Đồng thời nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đỗ Đức Trí (phụ trách phòng D405 - Điện tử công suất nâng cao) đã tạo điều kiện cho chúng em có thêm thiết bị và môi trường để chúng em nghiên cứu và hoàn thành đồ án này. Trong quá trình thực hiện đồ án vì thời gian và thời lượng kiến thức có hạn nên việc thực hiện đồ án không thể tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót, mong quý thầy/cô thông cảm. Trân trọng! Nhóm thực hiện đề tài BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vi
MỤC LỤC Trang bìa…………………………………………………………………………….i Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp ......................................................................................... ii Lịch trình thực hiện đồ án tốt nghiệp ........................................................................ iii Lời cam đoan ...............................................................................................................v Lời cảm ơn ................................................................................................................ vi Mục lục ..................................................................................................................... vii Liệt kê hình ............................................................................................................... ix Liệt kê bảng .............................................................................................................. xii Tóm tắt .................................................................................................................... xiii CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN.....................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề .........................................................................................................1 1.2 Mục tiêu ..........................................................................................................18 1.3 Nội dung nghiên cứu .......................................................................................18 1.4 Giới hạn ...........................................................................................................19 1.5 Bố cục .............................................................................................................19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................20 2.1 Khảo sát thiết kế bộ dc/dc ...............................................................................20 2.1.1 Pin năng lượng mặt trời............................................................................20 2.1.2 Bộ dc/dc....................................................................................................24 2.1.3 Nghịch lưu hòa lưới từ pin năng lượng mặt trời ......................................40 2.2 Giới thiệu phần cứng .......................................................................................44 2.2.1 Cảm biến dòng điện và điện áp ................................................................44 2.2.2 Vi điều khiển ............................................................................................45 2.2.3 Mạch kích và cách ly................................................................................48 2.2.4 Igbt ...........................................................................................................51 2.2.5 Lcd ............................................................................................................53 2.2.6 Truyền dữ liệu chuẩn i2c .........................................................................54 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ .........................................................58 3.1 Giới thiệu...........................................................................................................58 3.2 Tính toán và thiết kế hệ thống ...........................................................................58 3.2.1 Thiết kế sơ đồ khối hệ thống ....................................................................58 3.2.2 Tính toán và thiết kế mạch .......................................................................59 3.2.3 Sơ đồ nguyên lý của toàn mạch ...............................................................67 CHƯƠNG 4: THI CÔNG HỆ THỐNG ................................................................68 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH vii
4.1 Thi công hệ thống..............................................................................................68 4.1.1 Thi công bo mạch .....................................................................................68 4.1.2 Lắp ráp và kiểm tra ..................................................................................70 4.2 Đóng gói và thi công mô hình.........................................................................73 4.3 Lập trình hệ thống ...........................................................................................75 4.3.1 Lưu đồ giải thuật ......................................................................................75 4.3.2 Phần mềm lập trình cho vi điều khiển ......................................................76 4.3.3 Phần mềm lập trình cho điện thoại ...........................................................79 4.4 Lập trình mô phỏng .........................................................................................87 4.4.1 Lưu đồ ......................................................................................................87 4.4.2 Xử lý tín hiệu hay hình ảnh ......................................................................88 4.5 Viết tài liệu hướng dẫn sử dụng, thao tác ..........................................................92 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ_NHẬN XÉT_ĐÁNH GIÁ .........................................100 5.1 Kết quả tính toán ...........................................................................................100 5.2 Cảm biến .......................................................................................................101 5.3 Kết quả thực nghiệm .....................................................................................102 5.3.1 Hiển thị trên lcd ......................................................................................102 5.3.2 Kết quả giám sát .....................................................................................103 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ...................................107 6.1 Kết luận .........................................................................................................107 6.2 Hướng phát triển ...........................................................................................108 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... PHỤ LỤC ............................................................................................................... xiv BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH viii
LIỆT KÊ HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ điện mặt trời hòa lưới có lưu điện cho hộ gia đình. .........................4 Hình 1.2. Diễn biến giá điện bán lẻ tại Việt Nam giai đoạn 2005 - 2017. .................7 Hình 1.3. Nhà máy điện tái tạo cỡ lớn tại Hami, Xinjiang Uighur, Trung Quốc. ......9 Hình 1.4. “Thành Phố Mặt Trời” ở Ota, Nhật Bản. ...................................................9 Hình 1.5. Hệ thống pin quang điện tại Castelbuono, Italy. ......................................10 Hình 1.6. Hòa lưới điện không dùng acquy. ............................................................16 Hình 1.7. Hệ thống pin năng lượng mặt trời không hòa lưới dùng acquy. ..............17 Hình 1.8. Mô hình hòa lưới hệ thống pin mặt trời của các xí nghiệp hiện nay. .......17 Hình 1.9. Mô hình hòa lưới hệ thống pin mặt trời dùng chung DC bus. .................18 Hình 2.1. Cấu tạo pin mặt trời……………………………………………………..21 Hình 2.2. Các loại pin mặt trời.. ...............................................................................22 Hình 2.3. Đặc tính pin mặt trời.................................................................................23 Hình 2.4. Sơ đồ tương đương pin mặt trời. ..............................................................23 Hình 2.5. Sơ đồ hệ thống pin mặt trời DC link. .......................................................25 Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch boost. ...................................................................26 Hình 2.7. Dạng sóng điện áp điều khiển và điện áp sóng mang. .............................27 Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý mạch boost khi khóa S đóng. ........................................27 Hình 2.9. Sơ đồ nguyên lý mạch boost khi khóa S ngắt. .........................................28 Hình 2.10. Dạng sóng ngõ ra của bộ tăng áp kiểu boost. .........................................28 Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp kiểu CUK. .............................................29 Hình 2.12. Dạng sóng điện áp điều khiển và điện áp sóng mang. ...........................30 Hình 2.13. Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp kiểu CUK khi S đóng. ...............................31 Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp kiểu CUK khi S ngắt. ................................32 Hình 2.15. Dạng sóng ngõ ra của bộ tăng áp kiểu CUK. .........................................33 Hình 2.16. Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp nguồn Z dựa khóa. .....................................34 Hình 2.17. Dạng sóng điện áp điều khiển và điện áp sóng mang. ...........................35 Hình 2.18. Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp nguồn Z dựa khóa khi 𝑆1, 𝑆2 hở. ..............36 Hình 2.19. Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp nguồn Z dựa khóa khi khóa 𝑆1 đóng. ........36 Hình 2.20. Sơ đồ nguyên lý bộ tăng áp nguồn Z dựa khóa khi 𝑆1 hở, 𝑆2 đóng. .....37 Hình 2.21. Dạng sóng ngõ ra của bộ tăng áp kiểu nguồn Z dựa khóa. ....................37 Hình 2.22. Sơ đồ hòa lưới đồng bộ hệ thống pin mặt trời. .......................................40 Hình 2.23. Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần 3 pha. ........................................................41 Hình 2.24. Dạng sóng ngõ ra của op-amp điều khiển khóa 𝑆𝐴................................42 Hình 2.25. Dạng sóng điện áp tại 𝑉𝐴𝐺 theo sóng sin. .............................................42 Hình 2.26. Cảm biến dòng INA219. ........................................................................44 Hình 2.27. Sơ đồ chân của cảm biến INA219. .........................................................45 Hình 2.28. Kit NodeMCU ESP8266 ........................................................................46 Hình 2.29. Sơ đồ chân Kit NodeMCU ESP8266. ....................................................47 Hình 2.30. Hình ảnh opto TLP250. ..........................................................................49 Hình 2.31. Sơ đồ tương đương của opto TLP250. ...................................................49 Hình 2.32. Hình ảnh Mornsun QA01. ......................................................................50 Hình 2.33. Sơ đồ chân mornsun QA01. ...................................................................51 Hình 2.34. Ký hiệu IGBT. ........................................................................................51 Hình 2.35. Sơ đồ mạch tương đương của IGBT. .....................................................52 Hình 2.36. LCD 20x4. ..............................................................................................53 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH ix
Hình 2.37. Hệ thống các thiết bị giao tiếp theo chuẩn I2C. .....................................54 Hình 2.38. Quá trình thiết bị chủ ghi dữ liệu vào thiết bị tớ. ...................................56 Hình 2.39. Quá trình thiết bị chủ đọc dữ liệu từ thiết bị tớ. .....................................57 Hình 3.1. Sơ đồ khối của hệ thống………………………………………………...58 Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý của cảm biến dòng INA219 ngõ vào. ............................60 Hình 3.3. Sơ đồ nguyên lý của cảm biến dòng INA219 ngõ ra. ..............................60 Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý khối điều khiển ESP8266. .............................................62 Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý mạch kích và cách ly. ....................................................63 Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý của khối tăng áp nguồn Z. .............................................65 Hình 3.7. Sơ đồ nguyên lý khối hiển thị dùng LCD. ...............................................66 Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lý toàn hệ thống. ..............................................................67 Hình 4.1. Sơ đồ mạch in của mạch điều khiển. ........................................................68 Hình 4.2. Sơ đồ mạch in của mạch kích. ..................................................................69 Hình 4.3. Sơ đồ mạch in của mạch nguồn Z. ...........................................................70 Hình 4.4. Module nguồn xung..................................................................................71 Hình 4.5. Khối điều khiển sau khi lắp ráp. ..............................................................71 Hình 4.6. Khối điều khiển sau khi lắp chân LCD lên. .............................................72 Hình 4.7. Mạch kích sau khi lắp ráp.........................................................................72 Hình 4.8. Bộ tăng áp nguồn Z sau khi lắp ráp. .........................................................73 Hình 4.9. Mặt trước của mô hình. ............................................................................74 Hình 4.10. Mặt sau của mô hình. .............................................................................74 Hình 4.11. Lưu đồ hệ thống......................................................................................75 Hình 4.12. Giao diện phần mềm Arduino IDE.........................................................76 Hình 4.13. Giao diện quản lý project. ......................................................................81 Hình 4.14. Giao diện thiết kế của mit app inventor. ................................................81 Hình 4.15. Thiết kế giao diện. ..................................................................................82 Hình 4.16. Chương trình điều khiển. ........................................................................82 Hình 4.17. Giao diện hiển thị khi mới mở phần mềm. .............................................83 Hình 4.18. Giao diện tạo project mới. ......................................................................84 Hình 4.19. Giao diện tạo database mới tại thẻ database. ..........................................84 Hình 4.20. Giao diện bắt đầu làm việc với database. ...............................................85 Hình 4.21. Giao diện giám sát và lưu trữ trên database. ..........................................85 Hình 4.22. Lưu đồ điều khiển. ..................................................................................87 Hình 4.23. Mô phỏng mạch tăng áp nguồn Z trên một phân khu. ...........................88 Hình 4.24. Dạng sóng điện áp trên SCOPE1. ..........................................................89 Hình 4.25. Dạng sóng điện áp trên SCOPE1222. ....................................................89 Hình 4.26. Mô phỏng mạch tăng áp nguồn Z toàn hệ thống. ...................................90 Hình 4.27. Dạng sóng điện áp ngõ vào của hai phân khu bằng nhau. .....................91 Hình 4.28. Dạng sóng điện áp ngõ ra của hai phân khu. ..........................................91 Hình 4.29. Dạng sóng điện áp ngõ vào của hai phân khu khác nhau. ......................92 Hình 4.30. Dạng sóng điện áp ngõ ra của hai phân khu. ..........................................92 Hình 4.31. Giao diện app khi mới mở lên. ...............................................................93 Hình 4.32. Giao diện tư vấn lắp đặt..........................................................................94 Hình 4.33. Giao diện tư vấn lắp đặt theo diện tích mái nhà. ....................................94 Hình 4.34. Giao diện chọn loại pin. .........................................................................95 Hình 4.35. Giao diện thông tin pin. ..........................................................................95 Hình 4.36. Giao diện giải pháp lắp đặt theo diện tích mái nhà. ...............................96 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH x
Hình 4.37. Giao diện tư vấn lắp đặt theo sản lượng điện tiêu thụ. ...........................97 Hình 4.38. Giao diện giải pháp lắp đặt theo sản lượng điện tiêu thụ. ......................97 Hình 4.39. Giao diện khi click vào mục giám sát điện áp. .......................................98 Hình 4.40. Giao diện giám sát điện áp phân khu 1. .................................................98 Hình 4.41. Giao diện giám sát điện áp. ....................................................................99 Hình 5.1. Hình ảnh hiển thị giá trị đọc về của cảm biến. .......................................101 Hình 5.2. Giá trị điện áp ngõ vào đo bằng đồng hồ số. ..........................................102 Hình 5.3. Giá trị điện áp ngõ ra đo bằng đồng hồ số..............................................102 Hình 5.4. Hiển thị kết nối Wifi. ..............................................................................103 Hình 5.5. App giám sát với điện áp vào 18,784 volt. .............................................103 Hình 5.6. App giám sát với điện áp vào 19,072 volt. .............................................104 Hình 5.7. App giám sát với điện áp vào 19,352 volt. .............................................104 Hình 5.8. Giao diện firebase với điện áp vào 11,224 volt. .....................................105 Hình 5.9. Giao diện firebase với điện áp vào 19,82 volt. .......................................105 Hình 5.10. Giao diện firebase với điện áp vào 19,2 volt. .......................................106 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xi
LIỆT KÊ BẢNG Bảng 1.1. Giá bán lẻ điện sinh hoạt hiện nay. ............................................................3 Bảng 1.2. Số liệu về bức xạ mặt trời tại Việt Nam. ..................................................11 Bảng 2.1. Các chân của cảm biến INA219………………………………………...45 Bảng 2.2. Các chân của LCD....................................................................................53 Bảng 3.1. Điện áp và dòng điện hoạt động của các linh kiện……………………...66 Bảng 4.1. Bảng linh kiện sử dụng trong mạch điều khiển…………………………68 Bảng 4.2. Bảng linh kiện sử dụng trong mạch kích. ................................................69 Bảng 4.3. Bảng linh kiện sử dụng trong mạch nguồn Z. ..........................................70 BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xii
TÓM TẮT Nhiệm vụ của đề tài là nghiên cứu và thi công bộ điều khiển giám sát DC link trong hệ thống điện mặt trời dùng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM điều khiển đóng ngắt IGBT trong bộ tăng áp cho ra mức điện áp phù hợp. Bộ điều khiển giám sát DC link trong hệ thống điện mặt trời được thi công dựa trên các linh kiện điện tử công suất và được điều khiển bởi vi điều khiển ESP8266 điều chế độ rộng xung sao cho tạo ra được mức điện áp mong muốn. Kết hợp với các cảm biến dòng MCU 219 để đọc giá trị điện áp và dòng điện từ pin năng lượng mặt trời và điện áp ngõ ra bộ tăng áp để tiến hành giám sát bằng điện thoại và lưu trữ dữ liệu trên firebase. Luận văn đã thiết kế và thi công hoàn chỉnh mô hình gồm có: o Khối cảm biến: đọc dữ liệu điện áp và dòng điện ngõ vào và ngõ ra của bộ tăng áp. o Khối kích: tạo xung kích đóng ngắt IGBT. o Khối tăng áp: nhận điện áp từ pin năng lượng mặt trời nâng điện áp lên mức điện áp phù hợp. o Khối nghịch lưu: mô phỏng hiện tượng ngắn mạch phía nghịch lưu. o Khối điều khiển ESP8266: điều chế độ rộng xung PWM. o Khối giám sát: giám sát điện áp và dòng điện ngõ vào và ngõ ra của bộ tăng áp. Nội dung của luận văn bao gồm 6 chương: o Chương 1: Tổng quan. o Chương 2: Cơ sở lý thuyết. o Chương 3: Tính toán và thiết kế. o Chương 4: Thi công hệ thống. o Chương 5: Kết quả, nhận xét và đánh giá. o Chương 6: Kết luận và hướng phát triển. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH xiii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Trong những năm vừa qua, hệ thống điện tại Việt Nam đã có những bước phát triển vượt bậc cả về quy mô lẫn chất lượng. Tính đến cuối năm 2017, quy mô hệ thống điện của Việt Nam xếp thứ 2 trong các nước ASEAN và xếp thứ 30 trên thế giới với tổng công suất các nguồn điện trên toàn quốc hơn 45000 MW 1. Trong đó, tổng công suất điện mặt trời của các dự án nhỏ lẻ do các doanh nghiệp và cá nhân đầu tư chỉ vào khoảng 6 – 7 MW, chiếm khoảng 0,014% tổng công suất nguồn phát, một con số quá nhỏ. Từ đó có thể thấy chỉ cần tăng tỉ lệ điện mặt trời lên 1% tổng công suất nguồn phát, thì tổng công suất điện mặt trời ở Việt Nam sẽ tăng lên khoảng 460 MW, gấp 70 lần so với quy mô thị trường điện mặt trời hiện nay. Hệ thống điện gồm có 3 cấp điện áp: hạ thế, trung thế và cao thế. Theo tập đoàn Điện lực Việt Nam, nguồn điện lưới nhỏ hơn 1kV là hạ thế, từ 1kV đến 66kV là trung thế và lớn hơn 66kV là cao thế. Cấp điện áp của điện hạ thế từ 220V – 380V, điện trung thế là 15kV và điện cao thế là 100kV- 220kV -500kV. Hiện nay, điện mặt trời hòa lưới điện có các cấp điện áp trung thế và hạ thế. Tuy nhiên, điện mặt trời đa phần hòa lưới vào cấp điện áp hạ thế, vì khi cấp vào cấp điện áp trung thế phải đi qua máy biến áp sẽ tốn thêm chi phí lắp đặt và bảo trì. Bên cạnh điện mặt trời hòa lưới, còn có một phần điện mặt trời độc lập (không qua hòa lưới). Điện năng lượng mặt trời độc lập là hệ thống chuyển hóa năng lượng từ năng lượng mặt trời thông qua tấm pin quang điện và điện năng được lưu trữ trực tiếp trên ắc quy hoạt động độc lập mà không cần lưới điện. Việc sử dụng điện mặt trời độc lập sẽ mang lại rất nhiều lợi ích: tiết kiệm chi phí điện; tận dụng được tối đa diện tích mái, tạo nét thẩm mỹ cho cả ngôi nhà; tự chủ được nguồn điện, dù điện lưới có bị ngắt hay chập chờn thì nguồn điện vẫn không bị ảnh hưởng; an toàn cho người sử dụng, giảm tối đa trường hợp nổ, cháy do sét, trời mưa, nắng gắt; cải thiện môi trường, cứ 20kW công suất điện mặt trời tương đương trồng 70 cây xanh; không lo về giá điện trong các giờ cao điểm; sản xuất điện ngay cả khi trời lạnh, ít nắng; nâng cao đời sống, thương hiệu; dể dàng di chuyển và lắp đặt 2. 1 http://chp.vn/evn-khong-ngu-quen-tren-vong-nguyet-que 2 http://kingteksolar.com.vn/he-thong-dien-nang-luong-mat-troi-doc-lap.html BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Từ đó có thể thấy, điện mặt trời độc lập có thể cắt giảm gánh nặng tài chính để cải thiện việc sử dụng điện ở vùng xâu, vùng xa, bởi vì chi phí trên một hộ gia đình và đóng góp của địa phương có thể thấp hơn so với việc mở rộng lưới điện cho số lượng ít các hộ gia đình. Thị trường điện tại Việt Nam hiện đang trong quá trình phát triển và tiếp tục có những cải cách, giá bán lẽ điện tại Việt Nam đang được điều tiết bởi Chính phủ. Tập đoàn Điện lực Việt Nam chỉ có thẩm quyền tăng hoặc giảm giá điện bán lẽ không quá 5% qua mỗi đợt điều chỉnh. Giá bán điện tại Việt Nam được chia ra theo các mục đích sử dụng của khách hàng. Đối với những khách hàng sử dụng điện với mục đích sản xuất, kinh doanh, dịch vụ được cấp qua máy biến áp; đơn vị bán lẽ điện tại khu công nghiệp; đơn vị mua điện để bán lẽ điện ngoài mục đích sinh hoạt tại tổ hợp thương mại – dịch vụ – sinh hoạt sẽ áp dụng giá bán điện theo thời gian sử dụng điện trong ngày (gọi là hình thức 3 giá). Theo thông tư số 25/2018/TT-BCT ngày 12/09/2018 của Bộ trưởng Bộ Công Thương, tại Điều 5 quy định về giá bán điện theo thời gian sử dụng trong ngày như sau [1]:  Bên bán điện phải chuẩn bị đầy đủ công tơ điện để lắp đặt cho bên mua điện thuộc đối tượng áp dụng hình thức ba giá. Trong thời gian bên bán điện chưa có điều kiện lắp đặt được công tơ ba giá thì vẫn áp dụng giá bán điện theo giờ bình thường.  Trường hợp bên bán điện có đủ điều kiện lắp đặt công tơ ba giá, đã có thông báo trước bằng văn bản cho bên mua điện thuộc đối tượng bắt buộc áp dụng hình thức ba giá về kế hoạch lắp đặt công tơ ba giá, bên mua điện phải phối hợp với bên bán điện để thực hiện việc lắp đặt công tơ ba giá trong thời gian sớm nhất. Trường hợp bên mua điện thuộc đối tượng bắt buộc áp dụng hình thức ba giá nhưng từ chối thực hiện việc lắp đặt công tơ ba giá khi đã được bên bán điện báo hai lần, thì sau 15 ngày kể từ ngày thông báo cuối cùng, bên bán điện được áp dụng giá bán điện giờ cao điểm cho toàn bộ sản lượng điện tiêu thụ của bên mua cho đến khi lắp đặt công tơ ba giá.  Trường hợp bên mua điện thuộc đối tượng áp dụng hình thức ba giá, nhưng có các tổ chức, cá nhân dùng chung công tơ không thuộc đối tượng áp dụng hình thức ba giá, bên mua điện phải phối hợp với bên bán điện để tách riêng công BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN tơ cho các tổ chức, cá nhân này thành khách hàng sử dụng riêng để ký hợp đồng mua bán điện trực tiếp và áp dụng theo đúng đối tượng sử dụng. Đối với khách hàng sử dụng điện sinh hoạt thì sẽ áp dụng biểu giá điện bậc thang với 6 bậc. Theo Quyết định số 648/QĐ-BCT, ngày 20/03/2019 của Bộ Công Thương, quy định về giá bán lẽ điện sinh hoạt như sau [2]: Bảng 1.1. Giá bán lẻ điện sinh hoạt hiện nay. STT Nhóm đối tượng khách hàng Giá bán điện (đồng/kWh) 1 Giá bán lẻ điện sinh hoạt Bậc 1: Cho kWh từ 0 -50 1.678 Bậc 2: Cho kWh từ 51 - 100 1.734 Bậc 3: Cho kWh từ 101 - 200 2.014 Bậc 4: Cho kWh từ 201 – 300 2.536 Bậc 5: Cho kWh từ 301 – 400 2.834 Bậc 6: Cho kWh từ 401 trở lên 2.972 2 Giá bán lẻ điện sinh hoạt dùng cho công tơ thẻ trả trước 2.461 Từ bảng 1.1 có thể thấy, giá bán lẻ điện sinh hoạt thấp nhất là 1.678 đồng/kWh. Theo kết quả tính toán tại một trang web về tổng chi phí đầu tư điện mặt trời và thời gian hòa vốn của một hộ gia đình tại Thành phố Hồ Chí Minh được thể hiện qua mô hình 1.1 như sau: 3 3 https://tinhte.vn/threads/nang-luong-dien-mat-troi-hoa-vao-mang-luoi-dien-quoc-gia-la-nhu-the- nao.2553179/ BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Hình 1.1. Sơ đồ điện mặt trời hòa lưới có lưu điện cho hộ gia đình. Theo sơ đồ, các tấm pin sẽ lắp trên mái nhà, một đồng hồ điện hai chiều được lắp thêm vào để tính lưu lượng điện năng lượng mặt trời sản xuất ra từ tấm pin. Đầu tiên, hộ gia đình này sẽ được công ty lắp đặt đăng ký với Sở Khoa học Công nghệ thành phố để được hỗ trợ 2000đ/kWh, sau đó Nhà Nước sẽ lắp thêm một đồng hồ 2 chiều để tính điện mặt trời. Vào khoảng năm 2015, việc mua pin năng lượng mặt trời còn gặp rất nhiều khó khăn, bởi Việt Nam chưa sản xuất được nên phải nhập từ nước ngoài, hơn nữa giá pin năng lượng mặt trời cũng không rẽ. Tuy nhiên tại thời điểm đó có hội thảo hỗ trợ 2000đ/kWh điện năng lượng mặt trời, đây là chương trình thí điểm xây dựng cơ chế hỗ trợ đầu tư điện năng lượng mặt trời trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh đang được Trung tâm tiết kiệm năng lượng TP. HCM triển khai thực hiện vào năm 2015. Theo đó, các hộ dân hay doanh nghiệp đầu tư hệ thống điện năng lượng mặt trời khi đăng ký chương trình sẽ được nhân viên kỹ thuật hỗ trợ gắn thiết bị đo đếm, nối với hệ thống lưới điện. Với công suất người dân đầu tư cho dù nguồn điện tạo ra có đủ sử dụng hay dư lên lưới đều được hỗ trợ 2000đ/kWh. Tính toán cụ thể như sau:  Công suất đỉnh của một tấm pin: Wp = 250wh.  Chi phí pin mặt trời: PriPIN = n * XPin = 12 * 4.250.000 = 51.000.000 đồng. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Với: n : số tấm pin hộ gia đình đầu tư. XPin : giá của một tấm pin.  Tổng công suất đầu tư: WΣ = n * Wp = 12 * 250 = 3kWh.  Chi phí cho bộ inverter 3kW: Priinverter = 18.890.000 ≈ 19.000.000 đồng.  Tổng chi phí đầu tư: Σđầu tư = PriPIN + Priinverter = 51.000.000 + 19.000.000 = 70 triệu đồng.  Năng lượng thu được trên một ngày: Ethu/ngày = d * WΣ = 4 * 3 = 12 kWh/ngày. Với: d: số giờ nắng trung bình trong một ngày.  Năng lượng thu được trong một năm: Ethu/năm = Ethu/ngày * 360 = 12 * 360 = 4320 kWh.  Số tiền điện tiết kiệm không cần đóng cho Nhà nước trong một năm: T1 = Ethu/năm * Xđiện = 4320 * 2000 = 8.640.000 đồng. Với: Xđiện : giá điện trung bình trên 1kWh (2000đ/kwh) Hỗ trợ của Nhà nước về việc sản xuất điện mặt trời với chi phí hỗ trợ 2000đ/kwh, số tiền hộ gia đình nhận thêm từ hỗ trợ: T2 = Ethu/năm * Xhỗ trợ = 4320 * 2000 = 8.640.000 đồng. Với: Xhỗ trợ : chi phí hỗ trợ điện mặt trời của Nhà nước.  Tổng lợi nhuận: Σlợi nhuận = T1 + T2 = 8.640.000 + 8.640.000 = 17.280.000 đồng. Σđầu tư 70.000.000  Thời gian hòa vốn: Thòa vốn = = = 4,05 năm. Σlợi nhuận 17.280.000 Qua kết quả tính toán, có thể thấy thời gian hòa vốn ngắn, mang lại lợi nhuận cao và tiết kiệm được năng lượng lớn. Theo quyết định số 137/2013/NĐ-CP của Chính Phủ về việc “Quy định chi tiết thi hành một số điều của luật điện lực và luật sửa đổi, bổ sung một số điều của luật điện lực”, để được cấp giấy phép hoạt động buôn bán điện cho dân cư cần đáp ứng các điều kiện được quy định như sau [3]:  Về tiêu chuẩn:  Điều 33 của Nghị định quy định về cấp phép hoạt động bán lẻ điện như sau: Người trực tiếp quản lý kinh doanh bán lẻ điện phải có bằng trung cấp trở lên thuộc BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN chuyên nghành điện, kinh tế, tài chính hoặc chuyên nghành tương tự và có thời gian làm việc trong lĩnh vực kinh doanh mua bán điện ít nhất 5 năm. Người trực tiếp vận hành phải được đào tạo chuyên nghành điện hoặc có giấy chứng nhận đào tạo về điện do cơ sở dạy nghề cấp, được đào tạo an toàn điện theo quy định. Có hệ thống hạ tầng công nghệ thông tin phù hợp với yêu cầu của thị trường điện lực.  Điều 31, Khoản 1 Nghị định quy định về điều kiện cấp giấy phép hoạt động phân phối điện như sau: Có trang thiết bị công nghệ, phương tiện phục vụ, nhà xưởng, công trình kiến trúc được xây dựng, lắp đặt, kiểm tra, nghiệm thu đạt yêu cầu theo quy định, đáp ứng các yêu cầu của công tác vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa lưới điện phân phối, các trạm biến áp và các thiết bị đồng bộ kèm theo; hệ thống phòng cháy và chữa cháy đảm bảo yêu cầu theo quy định.  Điều 26 của Nghị định quy định về giá phát điện và giá bán buôn điện như sau: Giá phát điện và giá bán buôn điện theo hợp đồng mua bán điện có thời hạn do bên mua điện và bên bán điện thỏa thuận theo phương pháp do Bộ Công Thương hướng dẫn, nhưng không được vượt quá khung giá đã được cơ quan nhà nước có thẩm quyền phê duyệt.  Về thủ tục pháp lý: Để được cấp giấy phép trong lĩnh vực bán buôn điện, bán lẻ điện, theo Thông tư 36/2018/TT-BCT về “Quy định về trình tự, thủ tục cấp, thu hồi giấy phép hoạt động điện lực” tại Điều 9 quy định [4]:  Văn bản đề nghị cấp giấy phép hoạt động điện lực theo Mẫu 01 quy định tại Phụ lục ban hành kèm theo của Thông tư này.  Bản sao giấy chứng nhận đăng ký doanh nghiệp, quyết định thành lập hoặc giấy chứng nhận thành lập của tổ chức, cá nhân đề nghị cấp giấy phép.  Danh sách trích ngang người trực tiếp quản lý kinh doanh theo Mẫu 3b quy định tại Phụ lục ban hành kèm theo Thông tư này; bản sao bằng tốt nghiệp hoặc giấy chứng nhận tốt nghiệp, thẻ an toàn điện của người có tên trong danh sách. Theo số liệu thống kê từ năm 2005 – 2017 thì Việt Nam đã có 15 lần điều chỉnh giá điện để dần phản ánh đúng chi phí sản xuất điện [5]. BỘ MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP – Y SINH 6