Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cáchđiều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào... thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ trong khi
Trang 1Faculty of Electrical and Electronic Engineering
Bài Tiểu Luận Kết Thúc Học Phần
Học phần: Thiết kế hệ thống và mô phỏng
Trần Mạch Tuấn Kiệt 19010214
(Lớp K13-KTĐK-TĐH/Học kỳ 2 năm học 2021-2022)
Trang 2Mục lục
I Tổng quan đề tài 3
II Cơ sở lý thuyết 3
1 Hệ thống pin mặt trời 3
2 Bộ điều khiển PI 5
II Mô phỏng hệ thống 7
1 Giao diện các block: 7
2 Kết quả chạy mô phỏng: 21
3 Thông số bộ điều khiển: 24
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 3I Tổng quan đề tài
Hàng năm mặt trời cung cấp cho trái đất một năng lượng khổng lồ, gấp 10 lầntrữ lượng các nguồn nhiên liệu có trên trái đất Thành phần cơ bản của một hệthống điện mặt trời bao gồm: các tấm pin mặt trời, bộ dữ trữ năng lượng (ắc quy),
bộ biến đổi DC/DC, và bộ nghịch lưu DC/AC, Hệ thống điện mặt trời bị phụthuộc vào phụ tải, cấp điện áp, và nhiều yếu tố khác, ởcác tấm pin mặt trời, côngsuất đầu ra không cố định, công suất đạt định mức ở khoảng thời gian gần trưa vàcông suất đầu ra nhỏ vào lúc sáng và chiều, thời gian công suất bé hơn 40% có thểđạt vài giờ trong ngày, chưa kể đến hiện tượng bóng che và ngày ít nắng hay côngsuất phản kháng bị thay đổi Vì vậy, việc thiết kế một bộ điều khiển PI cho hệthống năng lượng mặt trời là cực kỳ cần thiết
II Cơ sở lý thuyết
1 Hệ thống pin mặt trời
Trang 4Với phần pin mặt trời:
Theo định luật Kirchoff theo dòng:
Theo định luật Kirchoff theo áp:
Với:
2 Bộ điều khiển PI
Một bộ điều khiển PI là một cơ chế
phản hồi vòng điều khiển tổng quát được sử dụng
là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi Bộđiều khiển PI sẽ tính toán giá trị "sai số" là hiệu số giữa giá trị đo thông số biến đổi
và giá trị đặt mong muốn Bộ điều khiển sẽ thực hiện giảm tối đa sai số bằng cáchđiều chỉnh giá trị điều khiển đầu vào Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt nhất, các
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 5thông số PID sử dụng trong tính toán phải điều chỉnh theo tính chất của hệ trong khi kiểu điều khiển là giống nhau, các thông số phải phụ thuộc vào đặc thùcủa hệ thống.
thống-Giải thuật tính toán bộ điều khiển PI bao gồm 2 thông số riêng biệt: các giá trị
tỉ lệ và tích phân, viết tắt là P và I Giá trị tỉ lệ xác định tác động của sai số hiện tại,giá trị tích phân xác định tác động của tổng các sai số quá khứ Tổng chập của haitác động này dùng để điều chỉnh quá trình thông qua một phần tử điều khiển như vịtrí của van điều khiển hay bộ nguồn của phần tử gia nhiệt Nhờ vậy, những giá trịnày có thể làm sáng tỏ về quan hệ thời gian: P phụ thuộc vào sai số hiện tại và Iphụ thuộc vào tích lũy các sai số quá khứ
Khâu tỉ lệ (đôi khi còn được gọi là độ lợi) làm thay đổi giá trị đầu ra, tỉ lệ với
giá trị sai số hiện tại Đáp ứng tỉ lệ có thể được điều chỉnh bằng cách nhân sai số đó
với một hằng số K p, được gọi là hệ số tỉ lệ
Khâu tỉ lệ được cho bởi:
P out P out =K p e(t)
Phân phối của khâu tích phân (đôi khi còn gọi là reset) tỉ lệ thuận với cả biên
độ sai số lẫn quảng thời gian xảy ra sai số Tổng sai số tức thời theo thời gian (tích
Trang 6được nhân với độ lợi tích phân và cộng với tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển Biên
độ phân phối của khâu tích phân trên tất cả tác động điều chỉnh được xác định bởi
độ lợi tích phân,
Thừa số tích phân được cho bởi:
trong đó
I out: thừa số tích phân của đầu ra
K i: độ lợi tích phân, 1 thông số điều chỉnh
e: sai số
t: thời gian hoặc thời gian tức thời (hiện tại)
τ: một biến tích phân trung gian
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 7II Mô phỏng hệ thống
1 Giao diện các block:
Simulink Model for 1MW-Class Grid-Connected PV System with Boost Converter
PV Array Side System
Trang 8 PV Array Side System
Block “Plot”
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 9 PV Array Side System
Block “Plot”
Block (1), (2) và (3)
Trang 10 PV Array Side System
Block (4)
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 11 Grid side system
Trang 12 Grid side system
Block (1)
Block (2)
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 13 Grid side system
Block (2)
Subsystem “Uabc_ref Generation”
Trang 14 Grid side system
Block (3)
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 15 Grid side system
Block (4)
Trang 16 Grid side system
Block (5)
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 17 Grid side system
Block (6)
Trang 18 Grid side system
Block (7) và (8)
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 19 Block (9)
Trang 20 Grid side system
Block (10)
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt
Trang 21 Grid side system
Block (11) và (12)
Block (13) cho “Viabc Iiabc”, “Vpabc Ipabc”, “Vsabc Isabc”, “VLabc ILabc”
Trang 222 Kết quả chạy mô phỏng:
Trang 23 Figure 3
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 500
0 2000
-20 0 20 40
Trang 240 20 40
0 5 10
P P, P G
Trang 253 Thông số bộ điều khiển:
Trang 26tham chiếu là 700V Sau khi có kết quả của ba bộ thông số PI, ta có thể thấy vớicùng hệ số Kp= 2, bộ PI với Ki= 400 có khoảng thời gian quá độ là ít nhất trongkhi bộ PI với Ki= 700 có khoảng thời gian quá độ dài hơn nhưng số đáp ứng daođộng nhiều hơn và bộ PI với Ki=200 có số đáp ứng dao động ít hơn Đó là do khâutích phân (khi cộng thêm khâu tỉ lệ) sẽ tăng tốc chuyển động của quá trình tới điểmđặt và khử số dư sai số ổn định với một tỉ lệ chỉ phụ thuộc vào bộ điều khiển Tuynhiên, vì khâu tích phân là đáp ứng của sai số tích lũy trong quá khứ, nó có thểkhiến giá trị hiện tại vọt lố qua giá trị tham chiếu Do đó, với các giá trị nhỏ của
Ki, hệ thống sẽ ít các gợn sóng hơn, ngược lại với Ki quá lớn sẽ tạo ra nhiều gợnsóng Cần phải chọn giá trị Ki phù hợp để hệ thống tiến tới giá trị tham chiếu vớithời gian quá độ và số gợn sóng là nhỏ nhất có thể Trong ba trường hợp trên, tathấy bộ PI Kp= 2, Ki= 400 là phù hợp nhất
Sinh viên: Lê Viết Đạt- Trần Mạch Tuấn Kiệt