zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Thiết kế bộ biến đổi DC-DC kiểu Double Boost tăng áp công suất 1kW áp dụng cho phòng thực hành Hệ thống điện

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Báo xấu

57
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này giới thiệu cách thiết kế một bộ chuyển đổi DC/DC mới phù hợp với sự thay đổi công suất của hệ thống điện mặt trời. Bộ chuyển đổi này được hình thành từ bộ biến đổi boost cơ bản, trong đó có sự cải tiến nhằm mục đích nâng đôi điện áp ra.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế bộ biến đổi DC-DC kiểu Double Boost tăng áp công suất 1kW áp dụng cho phòng thực hành Hệ thống điện

ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Thiết kế bộ biến đổi DC-DC kiểu Double Boost tăng áp công suất 1kW áp dụng cho phòng thực hành Hệ thống điện Design of DC-DC inverter Double Boost booster of 1kW power, applicable to Electrical System practice room Trần Thị Thơm*1, Đoàn Thị Như Quỳnh1, Bùi Thanh Nhạn2, Lê Quyết Thắng1, Vũ Thị Hằng1 Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh 1 2 P. TT&KĐCL, Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh * Email: tranthom208@gmail.com Mobile: 0987633924 Tóm tắt Từ khóa: Bài báo này giới thiệu cách thiết kế một bộ chuyển đổi DC/DC mới Bộ biến đổi tăng áp DC/DC kiểu phù hợp với sự thay đổi công suất của hệ thống điện mặt trời. Bộ Doulbe boost , Thực hành hệ chuyển đổi này được hình thành từ bộ biến đổi boost cơ bản, trong thống điện, Orcad, Điện mặt trời. đó có sự cải tiến nhằm mục đích nâng đôi điện áp ra. Ngoài ra điện áp đặt lên khóa chuyển mạch giảm rõ rệt nhằm giảm tổn thất. Mạch đơn giản, dễ điều khiển. Trong nghiên cứu cũng đã mô phỏng và chứng minh được ưu điểm của sơ đồ. Kết quả cho thấy, bộ chuyển đổi DC/DC này hoạt động ổn định, hiệu suất được cải thiện và có thể áp dụng vào thực tế. Abstract Keywords: This article introduces how to design a new DC / DC converter to Doulbe boost DC / DC boost suit the changing capacity of solar power system. This converter is converter, Electrical system made up of a basic boost converter, including an improvement practice, Orcad, Solar power. aimed at doubling the output voltage. In addition, the voltage applied to the switch is significantly reduced to reduce losses. Simple circuit, easy to control. In the study also simulated and proved the advantages of the diagram. The results show that this DC / DC converter works stably, the performance is improved and can be applied in practice. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ bộ chuyển đổi DC/DC được sử dụng để nâng điện áp đầu ra của hệ thống pin mặt trời đến điện Điện mặt trời đã được khai thác nhiều nơi áp cao hơn phù hợp với phụ tải một chiều và cấp trên thế giới và nó giữ vai trò đáng kể trong việc điện áp xoay chiều của lưới kết nối. Tuy nhiên, đáp ứng nhu cầu điện năng đang tăng cao ở nhiều việc sử dụng bộ chuyển đổi một chiều có thể làm nước. Vì vậy việc đưa hệ thống điện mặt trời vào tăng tổn thất công suất trong hệ thống [4] và có giảng dạy trong nhà trường là cần thiết và bắt kịp thể dẫn đến giảm hiệu suất chuyển đổi năng xu thế của thế giới. Cấu thành phần cơ bản của lượng của toàn hệ thống điện mặt trời. Để tiết một hệ thống điện mặt trời bao gồm: các tấm pin kiệm điện năng, chúng ta cần phải tăng hiệu suất mặt trời, bộ dữ trữ năng lượng (ắc quy), bộ chuyển đổi bộ chuyển đổi DC/DC. Thực tế cho chuyển đổi DC/DC, và DC/AC [2]. Cấu trúc của thấy, hiệu suất của bộ chuyển đổi DC/DC không một hệ thống điện mặt trời bị phụ thuộc vào phụ phải là hằng số mà phụ thuộc nhiều vào công suất tải, cấp điện áp, và nhiều yếu tố khác. Thông truyền tải qua nó [5]. Thông thường hiệu suất của thường có 2 cấu hình cơ bản được sử dụng phổ bộ chuyển đổi DC/DC đạt cực đại trong phạm vi biến là cấu hình một cấp chuyển đổi và hai cấp 50%-60% công suất thiết kế và giảm nhanh nếu chuyển đổi [3]. Với cấu hình hai cấp chuyển đổi, * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 130
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH công suất qua nó càng nhỏ [5]. Tuy nhiên, ở các bộ biến đổi DC-DC. (W) tấm pin mặt trời, công suất đầu ra không cố định, Ploss: Công suất tổn hao trong bộ biến đổi công suất đạt định mức ở khoảng thời gian gần DC-DC (W) trưa và công suất đầu ra nhỏ vào lúc sáng và chiều [6], thời gian công suất bé hơn 40% có thể Hiệu suất của bộ chuyển đổi này phụ thuộc đạt vài giờ trong ngày, chưa kể đến hiện tượng vào công suất đi qua nó Pi. Thông thường, hiệu bóng che và ngày ít nắng. Như vậy, trong trường suất của bộ chuyển đổi DC/DC đạt giá trị lớn hợp này, công suất chạy qua DC/DC converter sẽ nhất khi công suất truyền qua nó có giá trị bằng khá nhỏ (nhỏ hơn 40%) nên hiệu suất của bộ công suất thiết kế. Khi công suất truyền qua bộ chuyển đổi DC/DC rất thấp và phần lớn công chuyển đổi nhỏ hơn nhiều so với công suất định suất bị tiêu hao trong bộ chuyển đổi. Vì vậy, việc mức của nó thì hiệu suất của bộ chuyển đổi sẽ thiết kế một bộ chuyển đổi DC/DC có hiệu suất suy giảm đáng kể - Hình 1b. Trong thực tế, công cao là cực kỳ cần thiết. Nhiều tác giả đã đưa ra suất đầu ra của tấm pin mặt trời thay đổi tuỳ cấu trúc của bộ chuyển đổi DC/DC với hiệu suất thuộc vào điều kiện thời tiết, trong khi công suất cao [7], [8]. Hầu hết các nghiên cứu này đều của bộ chuyển đổi được thiết kế với công suất lớn nhằm giảm tổn thất trong bộ chuyển đổi và từ đó nhất của tấm pin. Vì vậy, hiệu suất của bộ chuyển nâng cao hiệu suất của bộ chuyển đổi. Hiệu suất đổi ở một số thời điểm, khi công suất nhỏ truyền của nó vẫn phụ thuộc vào công suất đi qua nó. qua nó, sẽ có giá trị không tốt. Điều đó có nghĩa rằng, trong khoảng thời gian công suất đầu ra của tấm pin mặt trời (PV: photovoltaic) rất thấp thì hiệu suất của bộ chuyển đổi DC/DC vẫn rất thấp. Do vậy, việc thiết kế bộ chuyển đổi DC/DC có cấu trúc sao cho chúng ta có thể duy trì được công suất đi qua bộ DC/DC gần với công suất làm việc bình thường (hiệu suất cao) dù cho công suất đầu ra của PV thấp là rất cần thiết. Bài báo giới thiệu cách thiết kế mộ bộ chuyển đổi DC/DC áp dụng vào hệ thống điện mặt trời nhằm cải thiện hiệu suất của hệ thống điện mặt trời. Ở đây, bộ chuyển đổi DC/DC được cấu tạo từ bộ chuyển đổi DC/DC kiểu boost được dùng phổ biến trong hệ thống điện mặt trời và điện gió hiện nay thành bộ chuyển đổi DC/DC kiểu double boost . Bộ chuyển đổi DC/DC này sẽ được mô phỏng trên phần mềm mô phỏng. 2. THIẾT KẾ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC - DC Hình 1. a) Hệ thống điện mặt trời sử dụng bộ 2.1. Hiệu suất bộ chuyển đổi DC/DC chuyển đổi DC-DC. b) Đặc tính hiệu suất của bộ Bộ chuyển đổi DC/DC sử dụng trong hệ chuyển đổi DC-DC thống điện mặt trời như Hình 1. Mục tiêu chính của bộ DC/DC là để biến đổi điện áp đầu cực của Nhằm mục đích cải thiện hiệu suất của bộ PV (Vdc_i) đến giá trị Vdc_o phù hợp với tải chuyển đổi DC/DC, ta cần phải thiết kế bộ chuyển một chiều hoặc với bộ chuyển đổi DC/AC kết nối đổi có cấu trúc mới dựa trên cơ sở lý thuyết các bộ lưới điện xoay chiều. Trong quá trình làm việc, biến đổi DC-DC cũ. một phần công suất bị tiêu hao trên bộ chuyển 2.2. Lựa chọn cấu trúc bộ chuyển đổi DC/DC đổi DC/DC làm giảm hiệu suất của hệ thống điện Có rất nhiều loại mạch chuyển đổi DC/DC mặt trời. Hiệu suất của bộ chuyển đổi DC/DC khác nhau như Buck, Boost, Dual active được tính: Bridge… Tuy nhiên, qua phân tích ưu nhược điểm của từng mạch và khả năng tích hợp chúng Po Pi  Ploss P    1  loss (1) vào tấm pin, cấu trúc mạch DC/DC như Hình 2 Pi Pi Pi được nhóm nghiên cứu lựa chọn. Cấu trúc này sử dụng không chỉ sử dụng 1 cuộn dây để đóng vai Trong đó: Pi, Po: Công suất đầu vào, ra của 131 * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH trò làm thành nguồn dòng như sơ đồ boost thông Ở đây điện áp đưa vào bộ phát xung được tính: thường mà sử dụng thêm 2 cuộn dây L2 và L3 nhằm tăng gấp đôi mức điện áp DC ra. Với cấu Vx  Vref  kG(s)e (2) trúc này mức chịu đựng điện áp của các mosfet và diode là cùng giá trị do đó ta có thể sử dụng e  Vref  Vdci (3) cùng công nghệ chế tạo, dễ dàng tích hợp bộ ki chuyển đổi vào tấm pin. G( s)  k p   kd s (4) s Với, Vref, Vdc-i lần lượt là điện áp tham chiếu và điện áp thực tế đầu vào bộ biến đổi; k, kp, ki, kd là các hằng số của bộ điều khiển; s là toán tử laplace. Điện áp Vref được xác định từ bộ MPPT. Đầu ra của bộ phát xung là các xung có độ rộng D và được cung cấp đến mosfet. Hình 2. Sơ đồ mạch bộ chuyển đổi DC/DC 3. MÔ PHỎNG SƠ ĐỒ double boost Từ sơ đồ thiết kế trên nhóm tác giả đã mô Mạch bao gồm 1 mosfet công suất hoạt phỏng sơ đồ bằng phần mềm mô phỏng Orcad động như một khóa điện tử, một máy biến áp, ba với mức điện áp của pin là 35Vdc. Diode, và ba tụ điện C. Máy biến áp gồm 1 cuộn Điện áp đầu vào bộ mô phỏng đề xuất là cảm sơ cấp và hai cuộn cảm thứ cấp, mỗi tầng 35V được thể hiện trong hình 4. Điện áp đầu ra thứ cấp được kết hợp với tụ lưu trữ năng lượng đạt được trong mô phỏng với 2 mức, mức tầng 1 riêng của nó là C5 và C6. Ở đây D5 và C4 đóng mầu đỏ và tầng 2 mầu xanh. Sơ đồ mô phỏng vai trò phục hồi điện áp [1]. Yếu tố chính của sơ nguyên mẫu trong phòng thí nghiệm được mô tả đồ là 2 cuộn thứ cấp, hai cuộn dây này có thể trong hình 4. Mỗi khối của sơ đồ có chức năng điều chỉnh tỷ số nên điện áp đặt lên khóa Mosfet như sau. Nguồn DC V1 cung cấp nguồn DC cho giảm đáng kể so với sơ đồ boost cơ bản. Đặc biệt bộ chuyển đổi, nguồn này lấy từ pin mặt trời. trong sơ đồ chuyển đổi này không có sự đột biến Đầu ra có gợn sóng và được lọc qua tụ. Tải là trên bóng bán dẫn vì năng lượng lưu trữ trong điện trở. Xung kích của Mosfet được lấy từ bộ cuộn cảm sơ cấp được truyền đến tụ điện đầu ra điều khiển đã thiết kế ở phần 2.3. Điện áp đầu ra là C4 và C6. Do đó, không cần sử dụng các yếu được điều khiển bằng cách điều khiển góc mở tố bảo vệ quá áp. của mosfet và tỷ lệ biến đổi. 2.3. Thiết kế bộ điều khiển Trong quá trình làm việc, do cường độ bức xạ thay đổi, để đảm bảo pin mặt trời phát được công suất cực đại, điện áp đầu ra của PV phải thay đổi theo thuật toán MPPT (Maximum Power Point Tracking). Nếu điện áp đầu ra của bộ chuyển đổi Vo được giữ cố định nhờ vào bộ chuyển đổi DC/AC, ta cần phải thay đổi độ rộng xung đưa vào chân G của Mosfet để điện áp đặt lên PV thay đổi theo yêu cầu của thuật toán MPPT. Sơ đồ bộ điều khiển như Hình 3. Hình 4. Sơ đồ mô phỏng mạch double boost Các cuộn cảm L1 cho sơ cấp và L2, L3 cho 2 tầng thứ cấp được biểu diễn với các điện trở tương đương của chúng là R1, R2, R3 và các tụ điện ký sinh tương ứng là C1, C2, C3. Nhóm tác giả đã chọn một giá trị thực tế cho hệ số ghép nối cuộn dấy biến áp bằng 0.95 hiện đang đạt Hình 3. (a) Tổng quan về bộ điều khiển, (b) được trong thực tế. Cấu trúc bộ điều khiển Để mô hình hóa bộ chuyển đổi chúng tôi * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020 132
ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH đã chọn thiết lập có cùng tỷ lệ khuếch đại cho hai TÀI LIỆU THAM KHẢO giai đoạn tức là thiết lập tỷ số vòng dây cuộn thứ [1]. Nguyen The Vinh et al., “Efficiency of cấp L3 = 8L2. magnetic coupled boost DC-DC converters mainly dedicated to renewable energy systems: Influence of the coupling factor,” International Journal of Circuit Theory and Applications, Vol. 43, pp1042–1062, 2014 [2]. M. Arunkumar, Mr. K. Palanivelrajan (2017), “PV FED DC-DC converter with two input boost stages”, International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS). [3]. S. Jain, V. Agarwal (2007), “A single- stage grid connected inverter topology for Solar PV systems with maximum power point tracking”, IEEE Transactions on Power Hình 5a. Dạng điện áp trên mosfet (mầu xanh), Electronics. điện áp phục hồi trên C4 [4] . T. F. Wu, C. H. Chang, L. C. Lin, and C. L. Kuo (2011), “Power loss comparison of single- and two-stage grid-connected photovoltaic systems”, IEEE Trans. Eenergy Conver. [5]. P. Riccardo, Z. Zhe, A. Michael A. E (2013), “Analysis of DC/DC converter efficiency for energy storage system based on bidirectional fuel cells”,4th IEEE PES Innovative Smart Grid Technologies Europe (ISGT Europe). [6]. B. Parsons, “Variability of power from largescale solar photovoltaic scenarios in the Hình 5b. Dạng điện áp vào và điện áp ra State of Gujarat”, Technical report, https://www.nrel.gov/docs/fy14osti/60991.pdf (access on June 2018). Các hình dạng điện áp trong hình 5 cho thấy sự chênh lệch điện áp giữa điện áp vào và [7]. M. S. Agamy, M. H. Todorovic, A. Elasser, hai mức điện áp ra. R. L. Steigerwald, J. A. Sabate, S. Chi, A. J. McCann, L. Zhang, and F. Mueller (2012), “A 4. KẾT LUẬN high efficiency dc-dc converter topology suitable for distributed large commercial and Bài báo đã thiết kế bộ chuyển đổi DC/DC utility scale PV systems.” 15th International double boost, trong sơ đồ sử dụng đã có những Power Electronics and Motion Control cải tiến và ưu điểm nhất định so với sơ đồ boost Conference. cơ bản: với sự có mặt của cuộn L2, L3 làm giảm điện áp đặt lên khóa công suất, D1, C1 đóng vai [8]. D. Huang, D. Gilham, W. Feng, P. Kong, trò phục hồi điện áp giảm tổn hao bên phía sơ Dianbo, F. C. Lee, “High power density high cấp. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ chuyển đổi efficiency DC/DC converter”, IEEE Energy làm việc tốt và hiệu suất được cải thiện ngay cả Conversion Congress and Exposition khi hiệu suất ánh sáng thấp. International Conference 133 * HNKHCN Lần VI tháng 05/2020

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.