Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:146

Thêm vào BST

Báo xấu

112
lượt xem 27
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tìm hiểu năng lượng mặt trời và các giải pháp sử dụng hiệu quả; cấu tạo và nguyên lý pin quang điện (PV); các loại hệ thống PV nối lưới và độc lập. Các thuật toán dò tìm điểm công suất cực đại cho hệ thống PV. Lý thuyết biến tần đa bậc, biến tần lai và kỹ thuật điều khiển PWM cho biến tần đa bậc lai. Lập giải thuật và mô phỏng mô hình bộ nghịch lưu lai 5 bậc đề xuất bằng phần mềm MATLAB.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật: Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM NGUYỄN THIỆN MỸ NGUYỄN THIỆN MỸ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHÓA: 2012 Chuyên ngành : Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2014
Mẫu nhãn đĩa CD-ROM: Trường ĐH Công Nghệ Tp.HCM LUẬN VĂN THẠC SĨ Học Viên: Nguyễn Thiện Mỹ MSHV: 1241830019 Ngành: Kỹ Thuật Điện Mã ngành: 60520202 KHÓA: 2012 Tên đề tài: HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI Năm 2014 n
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM --------------------------- NGUYỄN THIỆN MỸ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI HÒA LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Mã số ngành: 60520202 HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN THANH PHƢƠNG TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2014
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH - ĐTSĐH Độc lập - Tự do - Hạnh phúc TP. HCM, ngày..… tháng năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THIỆN MỸ Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 06/6/1964 Nơi sinh: TÂY NINH Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện MSHV:1241830019 I- TÊN ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI HÒA LƢỚI II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu năng lượng mặt trời và các giải pháp sử dụng hiệu quả; cấu tạo và nguyên lý pin quang điện (PV); các loại hệ thống PV nối lưới và độc lập. - Các thuật toán dò tìm điểm công suất cực đại cho hệ thống PV. - Lý thuyết biến tần đa bậc, biến tần lai và kỹ thuật điều khiển PWM cho biến tần đa bậc lai. - Lập giải thuật và mô phỏng mô hình bộ nghịch lưu lai 5 bậc đề xuất bằng phần mềm MATLAB. - Nghiên cứu giải thuật điều khiển hệ thống kết nối PV với lưới bằng biến tần lai. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống kết nối PV với lưới bằng biến tần lai. III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 21- 06 - 2013 IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM : 30 – 12 - 2013 V- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: TS. NGUYỄN THANH PHƢƠNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TS. Nguyễn Thanh Phƣơng TS. Nguyễn Thanh Phƣơng
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : Tiến sĩ Nguyễn Thanh Phương (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) TS. Nguyễn Thanh Phƣơng Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Công nghệ TP. HCM ngày 18 tháng 01 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) 1. PGS.TS. Phan Thị Thanh Bình Chủ tịch hội đồng 2. TS. Ngô Cao Cường Phản biện 1 3. TS. Huỳnh Châu Duy Phản biện 2 4. TS. Trần Vinh Tịnh Ủy viên 5. TS. Hồ Văn Hiến Ủy viên, Thư ký Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa (nếu có). Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV PGS. TS. Phan Thị Thanh Bình
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP. HCM Độc lập – Tự do – Hạnh phúc TP. Hồ Chí Minh, ngày …… tháng 3 năm 2014 BẢN CAM ĐOAN Họ và tên học viên: Nguyễn Thiện Mỹ Ngày sinh: 06/6/1964 Nơi sinh: TÂY NINH Trúng tuyển đầu vào năm: 2012 Là tác giả luận văn: Hệ thống năng lượng mặt trời hòa lưới Chuyên ngành:Kỹ thuật điện Mã ngành: 60520202 Bảo vệ ngày: 18 Tháng 01 năm 2014 Điểm bảo vệ luận văn: 8,0 Chỉnh sửa nội dung luận văn thạc sĩ với đề tài trên theo góp ý của Hội đồng đánh giá luận văn Thạc sĩ: Không Người cam đoan Cán bộ Hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Thiện Mỹ TS. Nguyễn Thanh Phương
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Học viên thực hiện luận văn Nguyễn Thiện Mỹ
ii LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ và góp ý nhiệt tình của quý thầy cô Trường Đại Học Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh. Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Trường Đại Học Công Nghệ Thành phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là những thầy cô đã tận tình mang lại kiến thức khoa học cho tôi suốt thời gian học tập tại trường. Tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến Tiến sĩ Nguyễn Thanh Phương đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Nhân đây tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám đốc Công ty Điện lực Gia Định đã tạo rất nhiều điều kiện để tôi học tập và hoàn thành tốt khóa học. Đồng thời xin chân thành cảm ơn sự quan tâm hỗ trợ, tạo điều kiện và hết lòng động viên về tinh thần lẫn vật chất của các thành viên trong gia đình trong suốt thời gian qua. Mặc dù tôi đã có nhiều cố gắng hoàn thiện luận văn bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được những đóng góp quý báu của quý thầy cô và các bạn. TP. Hồ Chí Minh, ngày 3 tháng 3 năm 2014 Học viên thực hiện luận văn Nguyễn Thiện Mỹ
iii TÓM TẮT Luận văn này trình bày về hệ thống pin mặt trời kết nối với lưới. Các nội dung nghiên cứu bao gồm:  Mô hình mô phỏng đặc tính pin mặt trời.  Tìm hiểu các thuật toán MPPT và thực hiện mô phỏng mạch Buck-Boost converter kết hợp thuật toán MPPT cải tiến. Xây dựng giải thuật MPPT trên nền tảng Fuzzy logic.  Tìm hiểu các cấu trúc bộ nghịch lưu và các phương pháp điều chế.  Ứng dụng nghịch lưu đa bậc vào hệ thống điện mặt trời.  Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển kết nối pin mặt trời với lưới bằng biến tần lai 5 bậc.  Đánh giá kết quả mô phỏng. Các kết quả mô phỏng thu được cho thấy hệ thống đưa ra phù hợp với các tiêu chuẩn nối lưới hệ thống PV như vấn đề đồng bộ giữa áp phát ra từ bộ nghịch lưu và áp lưới; Dòng điện bơm vào lưới với THD thấp; không bơm dòng DC vào lưới; Cấu trúc bộ nghịch lưu đưa ra khắc phục được các hạn chế của các cấu trúc bộ nghịch lưu tập trung, bộ nghịch lưu theo dãy như vấn đề tổn thất công suất do MPPT tập trung, sự điều khiển riêng lẻ cho mỗi dãy và khả năng mở rộng công suất dễ dàng đạt được.
iv ABSTRACT This thesis presents the control system connected to the grid. The research contents include:  Model and simulate characteristics of solar cells.  Study on the MPPT algorithm and performance simulation Buck-Boost converter circuit combines MPPT algorithm based on the Fuzzy logic.  Understanding the structure and the inverter modulation method.  Apply the multilevel inverter on the solar power system.  The model simulates control system connected solar inverter with hybrid grid with 5 levels.  Evaluate the simulation results. The simulation results obtained show that the system in accordance with the standard grid-connected PV systems such as synchronization problem between the pressure emanating from the inverter and the grid voltage; current injected into the grid with low THD; not inject DC current into the grid; inverter structure made to overcome the structural limitations of centralized inverters, inverters ranks as the problem of power loss by the MPPT centralized control individually for each sequence and the ability to expand capacity easily achieved.
v MỤC LỤC Lời cam đoan ................................................................................................. i Lời cảm ơn .................................................................................................... ii Tóm tắt .......................................................................................................... iii Abstract ......................................................................................................... iv Mục lục ......................................................................................................... v Chương 1: Tổng quan 1.1 Tổng quan về hướng nghiên cứu........................................................................... 1 1.2 Tính cấp thiết của đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ......................... 5 1.3 Mục đích nghiên cứu, khách thể và đối tượng nghiên cứu ....................................... 5 1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu và giới hạn của đề tài ........................................................... 6 1.5 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 6 Chương 2 : Cơ sở lý thuyết 2.1. Năng lượng mặt trời ........................................................................................... 7 2.2 Pin quang điện (PV) ........................................................................................... 8 2.2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của PV ..................................................... 8 2.2.2 Mạch tương đương của PV ....................................................................... 10 2.2.3 Mạch PV khi có tính đến các tổn hao ......................................................... 10 2.2.4 Tấm PV ................................................................................................... 12 2.2.5 Hệ thống dãy PV ...................................................................................... 13 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến PV ............................................................................. 15 2.3.1 Cường độ chiếu sáng ................................................................................ 15 2.3.2 Góc chiếu sáng ......................................................................................... 16 2.3.3 Hiệu ứng bóng mờ.................................................................................... 17 2.3.4 Hiệu ứng nhiệt độ ..................................................................................... 19 2.3.5 Hiệu ứng thời tiết ..................................................................................... 21 2.3.6 Hòa hợp tải điện ....................................................................................... 21 2.3.7 Việc thay đổi chiều quay theo hướng mặt trời ............................................ 22 2.4 Điểm làm việc có công suất cực đại (MPP) và điều khiển MPPT .......................... 23 2.4.1 Điểm làm việc có công suất cực đại (MPP) ................................................ 23 2.4.2 Bộ điều khiển MPPT ................................................................................ 25
vi 2.4.3 Bộ biến đổi DC/DC (Buck-Boost converter) .............................................. 26 2.4.4 Các thuật toán dò tìm điểm công suất cực đại (MPPT)................................ 29 2.4.4.1 Xáo trộn và theo dõi P&O ............................................................. 29 2.4.4.2 Tăng tổng dẫn INC ........................................................................ 33 2.4.4.3 Thuật toán điều khiển điện áp hở mạch ........................................... 34 2.5 Các dạng cấu trúc bộ chuyển đổi PV ................................................................... 35 2.5.1 Bộ chuyển đổi tập trung (Centralized Converters) ...................................... 36 2.5.2 Bộ chuyển đổi theo dãy (String Converters) ............................................... 36 2.5.3 Bộ chuyển đổi đa dãy (Multi-String Converters) ........................................ 37 2.5.4 Bộ chuyển theo modul AC (AC-Module Converters) ................................. 37 2.6 Các dạng pin quang điện nối lưới và hoạt động độc lập ........................................ 37 2.6.1 Dạng nối lưới ........................................................................................... 37 2.6.1.1 Hệ thống pin quang điện không có bộ ắc qui ................................. 38 2.6.1.2 Hệ thống pin quang điện có bộ ắc qui ........................................... 39 2.6.2 Dạng độc lập ............................................................................................ 40 2.6.2.1 Pin quang điện cấp nguồn cho hệ thống bơm nước ........................ 40 2.6.2.2 Pin quang điện cấp nguồn cho hệ thống chiếu sáng ....................... 41 2.6.2.3 Hệ thống PV ở những khu xa dân cư ............................................ 41 Chương 3: Bộ nghịch lưu đa bậc và các phương pháp điều khiển 3.1 Khái quát về bộ nghịch lưu áp đa bậc .................................................................. 43 3.1.1 Khái niệm ............... .................................................................................. 43 3.1.2 Phân loại ................. .................................................................................. 43 3.2 Các cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu áp đa bậc ................................. ................ 44 3.2.1 Cấu trúc bộ nghịch lưu áp chứa cặp diode kẹp (Neutral Point Clamped multilevel inverter –NPC) ......................................................................... 44 3.2.2 Cấu trúc tụ điện thay đổi (Flying capacitor inverter) ................... ................ 46 3.2.3 Cấu trúc dạng ghép tầng (Cascade Inverter) ................................................ 47 3.2.4 Cấu trúc bộ nghịch lưu đa bậc lai (Hybrid Multilevel Inverter) ..................... 48 3.2.5 Nhận xét ................................................................................................... 49 3.3 Một số chỉ tiêu đánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu và các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật PWM..................................................................................... 50 3.3.1 Một số chỉ tiêu đánh giá kỹ thuật PWM của bộ nghịch lưu .......................... 50
vii 3.3.2 Các dạng sóng mang dùng trong kỹ thuật PWM .......................................... 51 3.3.2.1 Bố trí cùng pha (PD: In phase Disposition) .................................... 51 3.3.2.2 Hai sóng mang kế tiếp nhau sẽ dịch 1800 ....................................... 51 3.3.2.3 Bố trí đối xứng qua trục Zero ........................................................ 52 3.4 Các phương pháp điều chế bộ nghịch lưu áp ........................................................ 52 3.4.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (Sin–PWM) .................................. 52 3.4.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung cải biến (SFO – PWM) ....................... 54 3.4.3 Phương pháp điều chế vectơ không gian ..................................................... 55 3.4.4 Phương pháp điều khiển PWM dòng điện ................................................... 58 3.4.4.1 P h ư ơ n g p h á p d ù n g m ạ c h tạ o t r ễ ( h yste r e r is c u r r e n t c o n t r o l ) ......................................... 58 3.4.4.2 Phương pháp điều khiển dòng điện sử dụng khâu hiệu chỉnh PI (ramp comparison current control) .................................................. 59 3.4.5 Phương pháp điều khiển vector dòng điện (Space vector current control) ..... 60 3.5 Phân tích thuật toán PWM cho BNL lai 5 bậc được ghép từ 2 bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc & 2 bậc ..................................................................................... 62 3.5.1 Mạch khảo sát ........................................................................................... 63 3.5.2 Phân tích mạch ............................................................................... ................ 64 3.5.3 Giải thuật cho mô hình đề xuất ...................................................... ................ 64 3.5.4 Kỹ thuật điều chế sóng mang PWM cho BNL lai 5 bậc đề xuất ... ................ 65 3.6 Mô phỏng và đánh giá chất lượng điều chế BNL lai 5 bậc đề xuất ........ ................ 66 Chương 4: Sử dụng logic mờ điều khiển tối ưu công suất 4.1 Thuật toán logic mờ............................................................................................ 79 4.1.1 Phương pháp điều khiển ........................................................................... 79 4.1.2 Giải thuật ................................................................................................. 80 4.1.3 Biến mờ ................................................................................................... 81 4.1.4 Qui tắc điều khiển mờ .............................................................................. 84 4.1.5 Giải mờ ................................................................................................... 87 4.2 Mô hình hóa và kết quả mô phỏng các thành phần của hệ thống ............................ 88 4.2.1 Pin quang điện ......................................................................................... 88 4.2.2 Bộ chuyển đổi DC – DC ........................................................................... 91 4.2.2.1 Bộ chuyển đổi buck ..................................................................... 91
viii 4.2.2.2 Bộ chuyển đổi Boost ................................................................... 92 4.2.2.3 Bộ chuyển đổi Buck Boost........................................................... 93 4.2.3 Mô hình hóa bộ điều khiển MPPT ............................................................. 95 4.2.3.1 Phương pháp P&O ...................................................................... 95 4.2.3.2 Phương pháp FLC ....................................................................... 98 4.2.3.3 So sánh phương pháp P&O và FLC……………………………….101 4.3 Kết luận ....................................................................................................……...….106 Chương 5 : Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống kết nối PV với lưới điện dùng biến tần lai 5.1 Các tiêu chuẩn nối lưới hệ thống PV………………………………………………...107 5.2 Mô hình hóa các khối trong hệ thống…………………………………………...…...108 5.2.1 Khối PV array ……………………..….…………………………….…...…...109 5.2.2 Khối 5-level Hybrid Inverter……………………..…………………………..112 5.2.5 Khối máy biến áp và lưới ……………………………………………………114 5.2.6 Các khối chuyển đổi tín hiệu ……………………………....………...………115 5.3 Mô hình hệ thống điều khiển hoàn chỉnh…………………………………………...117 5.4 Mô phỏng hệ thống kết nối PV với lưới điện bằng biến tầng lai.…………………...117 5.5 Nhận xét và đánh giá kết quả mô phỏng .………………………………….…...…...122 Chương 6 : Kết luận 6.1 Những vấn đề đã giải quyết trong luận văn.............................................................123 6.2 Những vấn đề còn tồn tại…………………………………………………………..123 Tài liệu tham khảo…………………………………………………………...125
ix Danh mục các từ viết tắt P&O: Perturbation & Observation IC: Incremental Conductance algorithm PV: Photovoltaic kWp: Kilowatt peak MPP: Maximum Power Point MPPT: Maximum Power Point Tracking PWM: Pulse Width Modulation
x Danh mục các bảng Bảng 3.1 Điện áp ra của Bộ nghịch lưu NPC ứng với các trạng thái kích đóng Với x = a, b, c .................................................................................. 46 Bảng 3.2 Nguyên tắc tổng hợp điện áp nghịch lưu lai 7 bậc hình 3.4...................... 48 Bảng 3.3 Điện áp và các chỉ số điều chế của bộ nghịch lưu lai 5 bậc (V=Vd) .......... 65 Bảng 4.1 Bảng chọn tỷ số D của FLC [17] ........................................................... 85 Bảng 5.1 Các tiêu chuẩn nối lưới hệ thống PV [4]………………………………...107 Bảng 5.2 Các thông số môđun PV EC-110-G .....................................................108 Bảng 5.5 Các thông số chính cho việc mô phỏng mô hình đưa ra...........................117
xi Danh mục các hình Hình 2.1 Phổ năng lượng mặt trời .................................................................... 8 Hình 2.2 Cấu tạo các lớp PV ............................................................................... 9 Hình 2.3 Mạch tương đương của PV ................................................................... 10 Hình 2.4 Sơ đồ ngắn mạch và hở mạch của PV .................................................... 10 Hình 2.5 Sơ đồ mạch cell PV thực tế ................................................................... 11 Hình 2.6 Đặc tính I-V ảnh hưởng bởi Rs .............................................................. 11 Hình 2.7 Đặc tính I-V ảnh hưởng bởi Rp ............................................................. 11 Hình 2.8 Đặc tính pin PV ảnh hưởng bởi cả Rs và Rp .......................................... 12 Hình 2.9 Hình dạng Cell, Module và Array của PV .............................................. 13 Hình 2.10 Hình thức ghép và đường đặc tính I-V của môđun PV ............................ 13 Hình 2.11 Array PV nối tiếp ................................................................................ 13 Hình 2.12 Đường đặc tính I-V của Array PV nối tiếp ............................................ 14 Hình 2.13 Array PV nối song song ....................................................................... 14 Hình 2.14 Đường đặc tính I-V của Array PV nối song song ................................... 14 Hình 2.15 Array PV nối kết hợp song song và nối tiếp .......................................... 15 Hình 2.16 Đường đặc tính I-V của Array PV nối kết hợp song song và nối tiếp ...... 15 Hình 2.17 Đặc tính I-V dịch xuống khi chiếu độ giảm và có sự giảm nhẹ về điện áp ............................................................................................. 16 Hình 2.18 Hiệu suất chuyển đổi quang điện theo bức xạ, hiệu suất này ổn định khi bức xạ tăng................... .................................................16 Hình 2.19 Đường cong cosin Kelly đối với pin quang điện tại góc từ 0 đến 90 ............................................................................................................ 17 Hình 2.20 Hiệu ứng bóng mờ trên một dãy pin quang điện ............................... 18 Hình 2.21 Diode thông trong dãy pin quang điện tối thiểu hóa việc hao hụt công suất do hiệu ứng bóng mờ nhiều ........................................................ 18 Hình 2.22 Hiệu ứng của nhiệt độ trên đặc tính I-V. Tế bào sinh ít dòng nhưng nhiều điện áp hơn với việc đạt được công suất ngõ ra khi nhiệt độ thấp ............................................................................................................ 20 Hình 2.23 Hiệu ứng nhiệt độ trên đặc tính P-V. Tế bào phát ra nhiều công suất hơn khi nhiệt độ thấp ......................................................................... 20
xii Hình 2.24 Hoà hợp tải và ổn định vận hành với tải trở và tải công suất hằng số 22 Hình 2.25 Hoà hợp tải và ổn định vận hành với tải trở và tải công suất hằng số 23 Hình 2.26 Những điểm công suất cực đại theo chiếu độ .................................... 24 Hình 2.27 Điểm làm việc phụ thuộc vào thông số của R ................................... 24 Hình 2.28 Điểm MPP của PV ............................................................................. 25 Hình 2.29 Các điểm làm việc của tải thuần trở ................................................... 25 Hình 2.30 Sơ đồ khối bộ MPPT điều khiển DC-DC converter .......................... 26 Hình 2.31 Sơ đồ bộ biến đổi DC/DC (Buck-Boost Converter) .......................... 26 Hình 2.32 Sơ đồ mạch Buck_Boost Converter ................................................... 27 Hình 2.33 Giản đồ xung đóng cắt của bộ Buck_Boost Converter ...................... 28 Hình 2.34 Lưu đồ thuật toán P&O ...................................................................... 30 Hình 2.35 Hệ PV phát năng lượng về lưới điện .................................................... 30 Hình 2.36 Khi chiếu độ thay đổi điểm MPP sẽ sai theo thuật toán P&O .............. 31 Hình 2.37 Cấu tạo một Cell PV ............................................................................ 32 Hình 2.38 Đặc tính P- I của môđun PV khi chiếu độ thay đổi ............................... 33 Hình 2.39 Lưu đồ thuật toán INC........................................................................34 Hình 2.40 Tổng quan theo lịch sử của các bộ chuyển đổi PV ............................ 36 Hình 2.41 Hệ thống pin quang điện không có bộ ắc qui .................................... 39 Hình 2.42 Hệ thống pin quang điện có bộ ắc qui ............................................... 40 Hình 2.43 Hệ thống bơm nước được cấp nguồn từ hệ thống pin quang điện .... 41 Hình 2.44 Hệ thống chiếu sáng được cấp nguồn từ pin quang điện ................... 41 Hình 2.45 Hệ thống pin quang điện ở những khu xa dân cư .............................. 42 Hình 3.1 Bộ nghịch lưu áp dạng diode kẹp (NPC). .......................................... 45 Hình 3.2 Bộ nghịch lưu áp dạng tụ điện thay đổi ............................................. 46 Hình 3.3 Bộ nghịch lưu áp đa bậc dạng cascader inverter................................ 47 Hình 3.4 Cấu trúc nghịch lưu lai một pha bảy bậc ........................................... 48 Hình 3.5 Sóng mang dạng PD........................................................................... 51 Hình 3.6 Sóng mang dạng APOD ..................................................................... 52 Hình 3.7 Sóng mang dạng POD ........................................................................ 52 Hình 3.8 Quan hệ giữa biên độ áp điều khiển và biên độ sóng mang .............. 55 Hình 3.9 Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu áp 3 bậc.................................. 58
xiii Hình 3.11 Điều khiển theo dòng điện sử dụng mạch tạo trễ .............................. 59 Hình 3.12 Điều khiển theo dòng điện sử dụng mạch hiệu chỉnh ........................ 60 Hình 3.13 Sơ đồ điều khiển phương pháp vector dòng điện trong hệ tọa độ quay ............................................................................................... 61 Hình 3.14 Sơ đồ điều khiển phương pháp vector dòng điện trong hệ tọa độ đứng yên ........................................................................................... 62 Hình 3.15 Thuật toán PWM cho bộ nghịch lưu 3 bậc & 2 bậc .......................... 63 Hình 3.16 Sơ đồ mạch bộ nghịch lưu lai 3 pha 3 bậc & 2 bậc ........................... 63 Hình 3.17 Mô hình tương đương từ mạch khảo sát (a) và Mạch tương đương cuối cùng (b).....................................................................................64 Hình 3.18 Sơ đồ mô phỏng tổng quát trong Simulink ........................................ 67 Hình 3.19 Điện áp điều khiển ............................................................................. 68 Hình 3.20 Khối khởi tạo xung kích..................................................................... 68 Hình 3.21 Tín hiệu sóng điều chế pha A ............................................................ 70 Hình 3.22 Tín hiệu sóng điều chế pha B ............................................................. 70 Hình 3.23 Tín hiệu sóng điều chế pha C ............................................................. 71 Hình 3.24 Sóng mang PD ................................................................................... 72 Hình 3.25 Xung kích S1a .................................................................................... 72 Hình 3.26 Xung kích S1a’ .................................................................................. 73 Hình 3.27 Xung kích S2a .................................................................................... 73 Hình 3.28 Xung kích S2a’ .................................................................................. 73 Hình 3.29 Xung kích S3a .................................................................................... 74 Hình 3.30 Xung kích S3a’ .................................................................................. 74 Hình 3.31 Dạng sóng dòng điện tải 3 pha ........................................................... 74 Hình 3.32 Dạng sóng điện áp 1 pha tải ............................................................... 75 Hình 3.33 Dạng sóng điện áp dây của tải ........................................................... 75 Hình 3.34 Dạng sóng điện áp pha tâm nguồn ..................................................... 75 Hình 3.35 Phổ hài của dòng điện pha tải ............................................................ 76 Hình 3.36 Tỉ lệ các bậc hài của dòng điện pha tải .............................................. 76 Hình 3.37 Phổ hài của điện áp pha tải ................................................................ 77 Hình 3.38 Phổ hài của điện áp pha-pha tải ......................................................... 78
xiv Hình 4.1 Sơ đồ khối của bộ MPPT . [15] ......................................................... 79 Hình 4.2 Sơ đồ khối của bộ FLC . [17]............................................................. 80 Hình 4.3 Lưu đồ giải thuật thuật toán FLC . [17] ............................................. 81 Hình 4.4 Mô tả các giá trị ngôn ngữ của sai số ngõ vào E, thay đổi của sai số CE và ngõ ra tỷ số độ rộng xung D bằng các tập mờ . [14]......... .... 81 Hình 4.5 Hoạt động của luật điều khiển mờ............ ......................................... 86 Hình 4.6 Sơ đồ hệ thống FLC ........................................................................ 87 Hình 4.7 Mạch điện tương của PV [15] ............................................................ 88 Hình 4.8 Đặc tính của PV ................................................................................. 89 Hình 4.9 Đặc tính của PV khi cường độ bức xạ thay đổi ................................. 90 Hình 4.10 Bộ chuyển đổi Buck trong simulik[19].............................................. 91 Hình 4.11 Điện áp vào và tỷ số D bộ chuyển đổi Buck ...................................... 91 Hình 4.12 Điện áp và dòng điện ngõ ra bộ chuyển đổi Buck ............................. 92 Hình 4.13 Bộ chuyển đổi Boost trong simulik[19] ............................................. 92 Hình 4.14 Kết quả mô phỏng bộ chuyển đổi Boost ............................................ 93 Hình 4.15 Bộ chuyển đổi Buck Boost trong simulik [19] .................................. 93 Hình 4.16 Kết quả mô phỏng bô chuyển đổi Buck Boost .................................. 95 Hình 4.17 Mô hình bộ MPPT dùng phương pháp P&O trong simulink............. 95 Hình 4.18 Cường độ bức xạ của năng lượng mặt trời ........................................ 95 Hình 4.19 Dòng điện, điện áp và và công suất của PV....................................... 96 Hình 4.20 Đáp ứng điện áp,dòng điện và công suất theo phương pháp PO ....... 97 Hình 4.21 Mô hình bộ MPPT dùng phương pháp FLC trong simulink ............. 98 Hình 4.22 Dòng điện, điện áp và và công suất của PV ………………………100 Hình 4.23 Đáp ứng điện áp,dòng điện và công suất theo phương pháp FLC...100 Hình 4.24 Mô hình bộ MPPT dùng phương pháp P&O và FLC trong simulink……………………………………………………………101 Hình 4.25 Cường độ bức xạ của năng lượng mặt trời………………………...101 Hình 4.26 Dòng điện, điện áp và và công suất của PV ……………………....102 Hình 4.27 Đáp ứng dòng điện ………………………………………….…….103 Hình 4.28 Đáp ứng điện áp …………………………………………………. .104 Hình 4.29 Đáp ứng công suất .………………………………………………..105