Luận văn Điều khiển bộ biến Đổi three port Ứng dụng cho chiếu sáng led sử dụng nguồn cấp pin mặt trời

Một trong các phương hướng được đề ra và cũng cho thấy được sự tiện ích, lâm quan trọng của nó đó là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo được, như năng lượng Ht gió, mặt trời, nước hoặc

TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI

LUAN VAN THAC Si

Điều khiển bộ biển đổi Three-port ứng dụng

cho chiếu sáng Led sử dụng nguồn cấp pín mặt trời

TRAN icH BAO Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Giảng viên hướng dẫn: TS Vũ Hoàng Phương

HA NOI, 10/2019

cho chiếu sáng Led sử dụng nguồn cấp pin mặt trời

TRAN iCH BAO Tranichbao@gmail.com

Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Giảng viên hướng din: TS Va Hoang Phuong

Bộ môn: Tự động hóa công nghiệp Viện: Điện

Hà Nội, 10/2019

CONG IIOA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Dộc lập — Tự do — Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN

CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THAC SY

Họ và tên tác giả luận van: Tran ich Bao

Dé tài luận văn: Diều khiển bộ biến đổi Three-port ứng dụng chơ

chiếu sáng Led sử dụng nguôn cấp pin mặt trời

Ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa

Mã số học viên: CB 170 284

Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Iiội đồng chấm luận văn xác

nhận Lắc giả ita chữa, bố sung luận văn theo biên bản hợp Hội đồng ngày

31/10/2019 với các nội dung sau:

1 Nêu rõ ý nghĩa về mô hình hóa các bộ biến đổi

2 Phan tích thêm các điều kiện thực hiện ZV§

3 Bỗ sung trích dẫn cho các nội dung, đặc biết là trích dẫn về thông số

của pin mặt trời

4 Chỉnh sửa lỗi trình bày và định dạng văn ban theo mẫu quy định mới

của Nhà trường

Hà Nội, ngày 19 tháng 1ï năm 2019

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS TS Tran Trong Minh

nước kinh tế đi đâu hiện nay Trong khi các dạng năng lượng khác như than đá, đâu

hỏa, khi đốt vừa gây ô nhiễm mỏi trường lại đang ngày cảng cạn kiệt thì các nguồn năng lượng tới tạo, sạch và vô hạn đang trở thánh nguồn năng lượng lý tưởng để phục

vụ đời sảng cơn người

Một trong các phương hướng được đề ra và cũng cho thấy được sự tiện ích, lâm quan trọng của nó đó là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo được, như năng lượng Ht gió, mặt trời, nước hoặc năng hượng hạt nhân Trong đó năng lượng lấy từ tự nhiên như gió, mặt trời, nước dược ứng dụng nhiều hơn cả tắt cả chúng đều sạch và thân

Cũng với đó, với việc không tôn bắt kỳ khoản nhiên liệu nào khi sứ dụng sẽ lắm giảm bót chỉ phí sử đụng điện khi sử dụng lâu đài Tuy nhiên, nhược điểm chính trang,

quả trinh sử dụng là nguồn nắng lượng tái tạo có tính chất liên tục và phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh cũng như thời tiết khả nhiều Irong trường hợp này, một bộ biển đối điện tử câng suất DC-DC nhằm đảm bảo hiệu suất chuyến đối năng lượng là vô

cùng cân thiết

3 Mục dích nghiên cứu của luận văn, dối tượng, phạm vi nghiên cứu

Hệ thông này có một yêu câu khá quan trọng đó là phải tích hợp tâm pin năng

Tượng mặt trời vào hệ thông chiên Đề làm được dicu dé, ta ean có một bộ nguồn biên

MỤC LỤC

DANH MỤC BẰNG HIÖU - nnnHn.ereereroer 1

Chương 1: KHAI QUAT VE NGUON NANG LUGNG MAT TROL eed

1.2 Khải quát về Pin năng lượng mặt trời -:22o 555 14

1.2.1 Cầu tạo Pin mặt trời ảo cniccrxec 14

1.2.2 Nguyên lý hoạt động và mô hình thuật toán cho Pin mặt trời 15

1.3 Tim hiểu về au Irúc thông dụng ứng dung pin mt trai cho chigu sang .18

Chương 2: KAY DUNG CAL TRÚC TPHBC CHO ỨNG DỰNG CHIẾU SÀNG .26 2.1 Tổng quan về cấu trúc TPHBC - cccccccv ctccrerrrrirrerrree 26 2.1.1 Phân tích sơ đổ mạch lực eeceeerei 26

2.2 Phản tích các chế độ hoạt động của cảu trúc TPHEC 27

2.2.1 Chế độ hoạt động DO co nneereeerre 28

2.2.3, Chế dộ hoạt động, SISO Hee rereieer 232

2.4.1 Tỉnh chon may biển äÐ -à occccccccvveccrtzrrrtrrrerrree 38

3.4.2 Tính chọn van mosfet cho phía sơ cấp 39

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

LOT CAM ON

Tôi tên là: Tràn Ích Báo

Mã học viên: CD 170284

Lớp quân lý: 17B ĐKTĐH KT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa

Trường: Đại học Bách khoa Hà Nội

Để hoàn thánh luận văn nảy, cm xin cẩm ơn sự giúp đỡ tôn tnh của Thầy giáo

T§ Vũ Hoàng Phương, củng các bạn sinh viên trong nhóm cũng như các anh em trong phỏng thí nghiệm đã giúp em hoàn thành luận văn này

Do kiến thức và trình độ chuyên muôn còn hạn hẹp niên chắc chân không thể tránh khỏi những thiểu sót, hạn chế vì thế em mong cỏ được sự góp ý và chỉnh sửa tử

các thây cô giáo và quý bạn đọc đề bài luận văn được hoản thiện nhât

Một lần nữa cra xin chân thành cảm ơn Thây giao TS Vũ Hoàng Phương, bộ

xnôn Tự động hỏa cỏng nghiệp, Viện Diện, Trường Dại học Bách khoa LIá Nội đã giúp

đế em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu, thiết kể và hoàn thành để tải luận văn

nước kinh tế đi đâu hiện nay Trong khi các dạng năng lượng khác như than đá, đâu

hỏa, khi đốt vừa gây ô nhiễm mỏi trường lại đang ngày cảng cạn kiệt thì các nguồn năng lượng tới tạo, sạch và vô hạn đang trở thánh nguồn năng lượng lý tưởng để phục

vụ đời sảng cơn người

Một trong các phương hướng được đề ra và cũng cho thấy được sự tiện ích, lâm quan trọng của nó đó là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo được, như năng lượng Ht gió, mặt trời, nước hoặc năng hượng hạt nhân Trong đó năng lượng lấy từ tự nhiên như gió, mặt trời, nước dược ứng dụng nhiều hơn cả tắt cả chúng đều sạch và thân

Cũng với đó, với việc không tôn bắt kỳ khoản nhiên liệu nào khi sứ dụng sẽ lắm giảm bót chỉ phí sử đụng điện khi sử dụng lâu đài Tuy nhiên, nhược điểm chính trang,

quả trinh sử dụng là nguồn nắng lượng tái tạo có tính chất liên tục và phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh cũng như thời tiết khả nhiều Irong trường hợp này, một bộ biển đối điện tử câng suất DC-DC nhằm đảm bảo hiệu suất chuyến đối năng lượng là vô

cùng cân thiết

3 Mục dích nghiên cứu của luận văn, dối tượng, phạm vi nghiên cứu

Hệ thông này có một yêu câu khá quan trọng đó là phải tích hợp tâm pin năng

Tượng mặt trời vào hệ thông chiên Đề làm được dicu dé, ta ean có một bộ nguồn biên

MỤC LỤC

DANH MỤC BẰNG HIÖU - nnnHn.ereereroer 1

Chương 1: KHAI QUAT VE NGUON NANG LUGNG MAT TROL eed

1.2 Khải quát về Pin năng lượng mặt trời -:22o 555 14

1.2.1 Cầu tạo Pin mặt trời ảo cniccrxec 14

1.2.2 Nguyên lý hoạt động và mô hình thuật toán cho Pin mặt trời 15

1.3 Tim hiểu về au Irúc thông dụng ứng dung pin mt trai cho chigu sang .18

Chương 2: KAY DUNG CAL TRÚC TPHBC CHO ỨNG DỰNG CHIẾU SÀNG .26 2.1 Tổng quan về cấu trúc TPHBC - cccccccv ctccrerrrrirrerrree 26 2.1.1 Phân tích sơ đổ mạch lực eeceeerei 26

2.2 Phản tích các chế độ hoạt động của cảu trúc TPHEC 27

2.2.1 Chế độ hoạt động DO co nneereeerre 28

2.2.3, Chế dộ hoạt động, SISO Hee rereieer 232

2.4.1 Tỉnh chon may biển äÐ -à occccccccvveccrtzrrrtrrrerrree 38

3.4.2 Tính chọn van mosfet cho phía sơ cấp 39

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

nước kinh tế đi đâu hiện nay Trong khi các dạng năng lượng khác như than đá, đâu

hỏa, khi đốt vừa gây ô nhiễm mỏi trường lại đang ngày cảng cạn kiệt thì các nguồn năng lượng tới tạo, sạch và vô hạn đang trở thánh nguồn năng lượng lý tưởng để phục

vụ đời sảng cơn người

Một trong các phương hướng được đề ra và cũng cho thấy được sự tiện ích, lâm quan trọng của nó đó là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo được, như năng lượng Ht gió, mặt trời, nước hoặc năng hượng hạt nhân Trong đó năng lượng lấy từ tự nhiên như gió, mặt trời, nước dược ứng dụng nhiều hơn cả tắt cả chúng đều sạch và thân

Cũng với đó, với việc không tôn bắt kỳ khoản nhiên liệu nào khi sứ dụng sẽ lắm giảm bót chỉ phí sử đụng điện khi sử dụng lâu đài Tuy nhiên, nhược điểm chính trang,

quả trinh sử dụng là nguồn nắng lượng tái tạo có tính chất liên tục và phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh cũng như thời tiết khả nhiều Irong trường hợp này, một bộ biển đối điện tử câng suất DC-DC nhằm đảm bảo hiệu suất chuyến đối năng lượng là vô

cùng cân thiết

3 Mục dích nghiên cứu của luận văn, dối tượng, phạm vi nghiên cứu

Hệ thông này có một yêu câu khá quan trọng đó là phải tích hợp tâm pin năng

Tượng mặt trời vào hệ thông chiên Đề làm được dicu dé, ta ean có một bộ nguồn biên

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

LOT CAM ON

Tôi tên là: Tràn Ích Báo

Mã học viên: CD 170284

Lớp quân lý: 17B ĐKTĐH KT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa

Trường: Đại học Bách khoa Hà Nội

Để hoàn thánh luận văn nảy, cm xin cẩm ơn sự giúp đỡ tôn tnh của Thầy giáo

T§ Vũ Hoàng Phương, củng các bạn sinh viên trong nhóm cũng như các anh em trong phỏng thí nghiệm đã giúp em hoàn thành luận văn này

Do kiến thức và trình độ chuyên muôn còn hạn hẹp niên chắc chân không thể tránh khỏi những thiểu sót, hạn chế vì thế em mong cỏ được sự góp ý và chỉnh sửa tử

các thây cô giáo và quý bạn đọc đề bài luận văn được hoản thiện nhât

Một lần nữa cra xin chân thành cảm ơn Thây giao TS Vũ Hoàng Phương, bộ

xnôn Tự động hỏa cỏng nghiệp, Viện Diện, Trường Dại học Bách khoa LIá Nội đã giúp

đế em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu, thiết kể và hoàn thành để tải luận văn

đổi nguồn điện một chiều — mét chiều (DC-DC) giúp chuyến đối năng lượng nhằm

mnụe đích lưu trữ năng lượng sinh ra li lắm pin mi trời cũng như sử dụng nó

Ngoài ra bộ nguồn cân đáp ứng một số diều kiện di kèm như kích thước gọn nhẹ, và có hiệu suất cao Một trong những bó nguồn như vậy đó là bộ nguồn sử dựng cấu trac Three Port Hal! Bridge Converter

'Trong luận văn này, chủng ta sẽ tìm hiểu một cách cự thể về cầu trúc cũng, như

cách hoạt động của nó như thể nào

4 Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội (Three-port) ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin mặt trời và khâu tích trữ năng

lượng

Nội đụng của để tài, các vân đề cần được giải quyết:

-_ Mô hình hóa bộ biến DC-DC có 3 cống kết nổi (Three-port), pin mặt trời, khân

tích trữ năng lượng, Led

-_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

-_ Mô phông kiểm chứng hệ thống điều khiến đã được thiết kế

-_ Đánh giả hiệu quả phương pháp thiết kẻ trong các điều kiện và chế

khác nhau,

5 Phương pháp nghiên cứu

Luan văn này tìm hiểu về bộ nguồn DC-DC Three Port Half Bridge Converter bao gồm những phần sau:

Chương 1: Khải quất về nguồn nẵng lượng ruặt trời

Chương 2: Xây dựng câu trúc TPHBC cho ứng dụng chiếu sảng

Chương 3: Thiết kế điêu khiến cho cầu trúc TPIIBC

Chương 4 Mô phông chuyển mạch V8 trên phan mém L.TSpice Matlab và mô phóng các chế độ hoạt động trên Matlab

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010

HỌC VIÊN

Tran Ích Bảo

DE TAT LUAN VAN THAC SY

Dé tai un van Thac sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điểu khiển và tự

động húa:

* 'Tên đề tải:

Tên tiếng Việt: Điều khiển bộ biến ddi Three-port img dung cho chiéu sang Led

sử dựng nguồn cấp pin mặt trời

Tên tiếng Anh Study of a three-pert converter for PV-Fed LED Lighting

Systems

* Mục tiêu chính của dé tai (Cac kết quả chính cầu dạt dược):

Thiết kế hệ thông điểu khiển bộ bién DC/ DC có 3 cống kết nối (Three-port) ứng dụng cho chiếu sáng Led sử dụng nguồn cấp pín mắt trời và khâu tích trữ năng,

lượng

* Nội dung của để tài, các vẫn để cần được giải quyết:

+ Mô hình hóa bộ biến DC/ DC có 3 cổng kết nổi (Thrce-port), pin mặt trời, khâu

tích trữ năng lượng, Led

¡_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

+ Mô phóng kiểm chứng hệ thống điều khiển đã được thiết kế

+ Danh giá hiệu quả phương pháp thiết kế trong các điều kiện và chế độ làm việc

khác nhau

GIANG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS, Va Hoang Phương

3.1 Để xuất phương an diéu khién cho câu trúc TPHBC 42

3.2 Thuật toán bám điểm công suất cực đại 4

3.2.1 Tổng quát về thuật toán MPPT - - - .43

3.2.2, Xây dựng thuật toán MPPT, cai eeieeeeee "¬—

3.3.2 Mô hình hỏa cầu trúc ca nhi Heo roi ¬ 3.4 Thiết kê bộ điên khiến điện áp đầu ra OVTR - —- 3.5 Thiết kế bộ điều khiển điện áp trên PV (TVR)) ST

Chuong 4: MO PONG CIHIUYEN MACII ZVS TREN PIIAN MEM LTSPICE VA

MÔ PHONG CAC CHE DO HOẠT BONG TREN MATLAB ÓÚ 4.1, Mé ta qua trinh chuyén mach ZVS trén phan mém LT Spice 60

4.1.1 Giới thiệu phân mém mé phéng LTSpice - 60

4.1.2 Tiên hành mô phỏng chuyén mạch trên L/TSPICE -.22 8E 4.2 Mô phỏng các chế độ hoạt động trên MATLAT —

4.2.1 Mô phông câu trúc HBTPC trên MATLAB - .63 42.3 Kết quả mô phống - - - 66

b, Chế độ hai đầu vào DỊ, neo eeeoe ¬" -.-

c, Chế độ một vào một ra SI8O 0 se St ncneeerrrrrerereri.TT

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - - - - -ò 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO enereieiererierirrareereeee.TR

MỤC LỤC

DANH MỤC BẰNG HIÖU - nnnHn.ereereroer 1

Chương 1: KHAI QUAT VE NGUON NANG LUGNG MAT TROL eed

1.2 Khải quát về Pin năng lượng mặt trời -:22o 555 14

1.2.1 Cầu tạo Pin mặt trời ảo cniccrxec 14

1.2.2 Nguyên lý hoạt động và mô hình thuật toán cho Pin mặt trời 15

1.3 Tim hiểu về au Irúc thông dụng ứng dung pin mt trai cho chigu sang .18

Chương 2: KAY DUNG CAL TRÚC TPHBC CHO ỨNG DỰNG CHIẾU SÀNG .26 2.1 Tổng quan về cấu trúc TPHBC - cccccccv ctccrerrrrirrerrree 26 2.1.1 Phân tích sơ đổ mạch lực eeceeerei 26

2.2 Phản tích các chế độ hoạt động của cảu trúc TPHEC 27

2.2.1 Chế độ hoạt động DO co nneereeerre 28

2.2.3, Chế dộ hoạt động, SISO Hee rereieer 232

2.4.1 Tỉnh chon may biển äÐ -à occccccccvveccrtzrrrtrrrerrree 38

3.4.2 Tính chọn van mosfet cho phía sơ cấp 39

đổi nguồn điện một chiều — mét chiều (DC-DC) giúp chuyến đối năng lượng nhằm

mnụe đích lưu trữ năng lượng sinh ra li lắm pin mi trời cũng như sử dụng nó

Ngoài ra bộ nguồn cân đáp ứng một số diều kiện di kèm như kích thước gọn nhẹ, và có hiệu suất cao Một trong những bó nguồn như vậy đó là bộ nguồn sử dựng cấu trac Three Port Hal! Bridge Converter

'Trong luận văn này, chủng ta sẽ tìm hiểu một cách cự thể về cầu trúc cũng, như

cách hoạt động của nó như thể nào

4 Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội (Three-port) ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin mặt trời và khâu tích trữ năng

lượng

Nội đụng của để tài, các vân đề cần được giải quyết:

-_ Mô hình hóa bộ biến DC-DC có 3 cống kết nổi (Three-port), pin mặt trời, khân

tích trữ năng lượng, Led

-_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

-_ Mô phông kiểm chứng hệ thống điều khiến đã được thiết kế

-_ Đánh giả hiệu quả phương pháp thiết kẻ trong các điều kiện và chế

khác nhau,

5 Phương pháp nghiên cứu

Luan văn này tìm hiểu về bộ nguồn DC-DC Three Port Half Bridge Converter bao gồm những phần sau:

Chương 1: Khải quất về nguồn nẵng lượng ruặt trời

Chương 2: Xây dựng câu trúc TPHBC cho ứng dụng chiếu sảng

Chương 3: Thiết kế điêu khiến cho cầu trúc TPIIBC

Chương 4 Mô phông chuyển mạch V8 trên phan mém L.TSpice Matlab và mô phóng các chế độ hoạt động trên Matlab

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010

HỌC VIÊN

Tran Ích Bảo

đổi nguồn điện một chiều — mét chiều (DC-DC) giúp chuyến đối năng lượng nhằm

mnụe đích lưu trữ năng lượng sinh ra li lắm pin mi trời cũng như sử dụng nó

Ngoài ra bộ nguồn cân đáp ứng một số diều kiện di kèm như kích thước gọn nhẹ, và có hiệu suất cao Một trong những bó nguồn như vậy đó là bộ nguồn sử dựng cấu trac Three Port Hal! Bridge Converter

'Trong luận văn này, chủng ta sẽ tìm hiểu một cách cự thể về cầu trúc cũng, như

cách hoạt động của nó như thể nào

4 Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội (Three-port) ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin mặt trời và khâu tích trữ năng

lượng

Nội đụng của để tài, các vân đề cần được giải quyết:

-_ Mô hình hóa bộ biến DC-DC có 3 cống kết nổi (Three-port), pin mặt trời, khân

tích trữ năng lượng, Led

-_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

-_ Mô phông kiểm chứng hệ thống điều khiến đã được thiết kế

-_ Đánh giả hiệu quả phương pháp thiết kẻ trong các điều kiện và chế

khác nhau,

5 Phương pháp nghiên cứu

Luan văn này tìm hiểu về bộ nguồn DC-DC Three Port Half Bridge Converter bao gồm những phần sau:

Chương 1: Khải quất về nguồn nẵng lượng ruặt trời

Chương 2: Xây dựng câu trúc TPHBC cho ứng dụng chiếu sảng

Chương 3: Thiết kế điêu khiến cho cầu trúc TPIIBC

Chương 4 Mô phông chuyển mạch V8 trên phan mém L.TSpice Matlab và mô phóng các chế độ hoạt động trên Matlab

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010

HỌC VIÊN

Tran Ích Bảo

đổi nguồn điện một chiều — mét chiều (DC-DC) giúp chuyến đối năng lượng nhằm

mnụe đích lưu trữ năng lượng sinh ra li lắm pin mi trời cũng như sử dụng nó

Ngoài ra bộ nguồn cân đáp ứng một số diều kiện di kèm như kích thước gọn nhẹ, và có hiệu suất cao Một trong những bó nguồn như vậy đó là bộ nguồn sử dựng cấu trac Three Port Hal! Bridge Converter

'Trong luận văn này, chủng ta sẽ tìm hiểu một cách cự thể về cầu trúc cũng, như

cách hoạt động của nó như thể nào

4 Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội (Three-port) ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin mặt trời và khâu tích trữ năng

lượng

Nội đụng của để tài, các vân đề cần được giải quyết:

-_ Mô hình hóa bộ biến DC-DC có 3 cống kết nổi (Three-port), pin mặt trời, khân

tích trữ năng lượng, Led

-_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

-_ Mô phông kiểm chứng hệ thống điều khiến đã được thiết kế

-_ Đánh giả hiệu quả phương pháp thiết kẻ trong các điều kiện và chế

khác nhau,

5 Phương pháp nghiên cứu

Luan văn này tìm hiểu về bộ nguồn DC-DC Three Port Half Bridge Converter bao gồm những phần sau:

Chương 1: Khải quất về nguồn nẵng lượng ruặt trời

Chương 2: Xây dựng câu trúc TPHBC cho ứng dụng chiếu sảng

Chương 3: Thiết kế điêu khiến cho cầu trúc TPIIBC

Chương 4 Mô phông chuyển mạch V8 trên phan mém L.TSpice Matlab và mô phóng các chế độ hoạt động trên Matlab

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010

HỌC VIÊN

Tran Ích Bảo

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

MỤC LỤC

DANH MỤC BẰNG HIÖU - nnnHn.ereereroer 1

Chương 1: KHAI QUAT VE NGUON NANG LUGNG MAT TROL eed

1.2 Khải quát về Pin năng lượng mặt trời -:22o 555 14

1.2.1 Cầu tạo Pin mặt trời ảo cniccrxec 14

1.2.2 Nguyên lý hoạt động và mô hình thuật toán cho Pin mặt trời 15

1.3 Tim hiểu về au Irúc thông dụng ứng dung pin mt trai cho chigu sang .18

Chương 2: KAY DUNG CAL TRÚC TPHBC CHO ỨNG DỰNG CHIẾU SÀNG .26 2.1 Tổng quan về cấu trúc TPHBC - cccccccv ctccrerrrrirrerrree 26 2.1.1 Phân tích sơ đổ mạch lực eeceeerei 26

2.2 Phản tích các chế độ hoạt động của cảu trúc TPHEC 27

2.2.1 Chế độ hoạt động DO co nneereeerre 28

2.2.3, Chế dộ hoạt động, SISO Hee rereieer 232

2.4.1 Tỉnh chon may biển äÐ -à occccccccvveccrtzrrrtrrrerrree 38

3.4.2 Tính chọn van mosfet cho phía sơ cấp 39

đổi nguồn điện một chiều — mét chiều (DC-DC) giúp chuyến đối năng lượng nhằm

mnụe đích lưu trữ năng lượng sinh ra li lắm pin mi trời cũng như sử dụng nó

Ngoài ra bộ nguồn cân đáp ứng một số diều kiện di kèm như kích thước gọn nhẹ, và có hiệu suất cao Một trong những bó nguồn như vậy đó là bộ nguồn sử dựng cấu trac Three Port Hal! Bridge Converter

'Trong luận văn này, chủng ta sẽ tìm hiểu một cách cự thể về cầu trúc cũng, như

cách hoạt động của nó như thể nào

4 Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội (Three-port) ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin mặt trời và khâu tích trữ năng

lượng

Nội đụng của để tài, các vân đề cần được giải quyết:

-_ Mô hình hóa bộ biến DC-DC có 3 cống kết nổi (Three-port), pin mặt trời, khân

tích trữ năng lượng, Led

-_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

-_ Mô phông kiểm chứng hệ thống điều khiến đã được thiết kế

-_ Đánh giả hiệu quả phương pháp thiết kẻ trong các điều kiện và chế

khác nhau,

5 Phương pháp nghiên cứu

Luan văn này tìm hiểu về bộ nguồn DC-DC Three Port Half Bridge Converter bao gồm những phần sau:

Chương 1: Khải quất về nguồn nẵng lượng ruặt trời

Chương 2: Xây dựng câu trúc TPHBC cho ứng dụng chiếu sảng

Chương 3: Thiết kế điêu khiến cho cầu trúc TPIIBC

Chương 4 Mô phông chuyển mạch V8 trên phan mém L.TSpice Matlab và mô phóng các chế độ hoạt động trên Matlab

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010

HỌC VIÊN

Tran Ích Bảo

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

MỤC LỤC

DANH MỤC BẰNG HIÖU - nnnHn.ereereroer 1

Chương 1: KHAI QUAT VE NGUON NANG LUGNG MAT TROL eed

1.2 Khải quát về Pin năng lượng mặt trời -:22o 555 14

1.2.1 Cầu tạo Pin mặt trời ảo cniccrxec 14

1.2.2 Nguyên lý hoạt động và mô hình thuật toán cho Pin mặt trời 15

1.3 Tim hiểu về au Irúc thông dụng ứng dung pin mt trai cho chigu sang .18

Chương 2: KAY DUNG CAL TRÚC TPHBC CHO ỨNG DỰNG CHIẾU SÀNG .26 2.1 Tổng quan về cấu trúc TPHBC - cccccccv ctccrerrrrirrerrree 26 2.1.1 Phân tích sơ đổ mạch lực eeceeerei 26

2.2 Phản tích các chế độ hoạt động của cảu trúc TPHEC 27

2.2.1 Chế độ hoạt động DO co nneereeerre 28

2.2.3, Chế dộ hoạt động, SISO Hee rereieer 232

2.4.1 Tỉnh chon may biển äÐ -à occccccccvveccrtzrrrtrrrerrree 38

3.4.2 Tính chọn van mosfet cho phía sơ cấp 39

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

đổi nguồn điện một chiều — mét chiều (DC-DC) giúp chuyến đối năng lượng nhằm

mnụe đích lưu trữ năng lượng sinh ra li lắm pin mi trời cũng như sử dụng nó

Ngoài ra bộ nguồn cân đáp ứng một số diều kiện di kèm như kích thước gọn nhẹ, và có hiệu suất cao Một trong những bó nguồn như vậy đó là bộ nguồn sử dựng cấu trac Three Port Hal! Bridge Converter

'Trong luận văn này, chủng ta sẽ tìm hiểu một cách cự thể về cầu trúc cũng, như

cách hoạt động của nó như thể nào

4 Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội (Three-port) ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin mặt trời và khâu tích trữ năng

lượng

Nội đụng của để tài, các vân đề cần được giải quyết:

-_ Mô hình hóa bộ biến DC-DC có 3 cống kết nổi (Three-port), pin mặt trời, khân

tích trữ năng lượng, Led

-_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

-_ Mô phông kiểm chứng hệ thống điều khiến đã được thiết kế

-_ Đánh giả hiệu quả phương pháp thiết kẻ trong các điều kiện và chế

khác nhau,

5 Phương pháp nghiên cứu

Luan văn này tìm hiểu về bộ nguồn DC-DC Three Port Half Bridge Converter bao gồm những phần sau:

Chương 1: Khải quất về nguồn nẵng lượng ruặt trời

Chương 2: Xây dựng câu trúc TPHBC cho ứng dụng chiếu sảng

Chương 3: Thiết kế điêu khiến cho cầu trúc TPIIBC

Chương 4 Mô phông chuyển mạch V8 trên phan mém L.TSpice Matlab và mô phóng các chế độ hoạt động trên Matlab

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010

HỌC VIÊN

Tran Ích Bảo

DE TAT LUAN VAN THAC SY

Dé tai un van Thac sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật điểu khiển và tự

động húa:

* 'Tên đề tải:

Tên tiếng Việt: Điều khiển bộ biến ddi Three-port img dung cho chiéu sang Led

sử dựng nguồn cấp pin mặt trời

Tên tiếng Anh Study of a three-pert converter for PV-Fed LED Lighting

Systems

* Mục tiêu chính của dé tai (Cac kết quả chính cầu dạt dược):

Thiết kế hệ thông điểu khiển bộ bién DC/ DC có 3 cống kết nối (Three-port) ứng dụng cho chiếu sáng Led sử dụng nguồn cấp pín mắt trời và khâu tích trữ năng,

lượng

* Nội dung của để tài, các vẫn để cần được giải quyết:

+ Mô hình hóa bộ biến DC/ DC có 3 cổng kết nổi (Thrce-port), pin mặt trời, khâu

tích trữ năng lượng, Led

¡_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

+ Mô phóng kiểm chứng hệ thống điều khiển đã được thiết kế

+ Danh giá hiệu quả phương pháp thiết kế trong các điều kiện và chế độ làm việc

khác nhau

GIANG VIÊN HƯỚNG DẪN

TS, Va Hoang Phương

LOT CAM ON

Tôi tên là: Tràn Ích Báo

Mã học viên: CD 170284

Lớp quân lý: 17B ĐKTĐH KT

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiến và tự động hóa

Trường: Đại học Bách khoa Hà Nội

Để hoàn thánh luận văn nảy, cm xin cẩm ơn sự giúp đỡ tôn tnh của Thầy giáo

T§ Vũ Hoàng Phương, củng các bạn sinh viên trong nhóm cũng như các anh em trong phỏng thí nghiệm đã giúp em hoàn thành luận văn này

Do kiến thức và trình độ chuyên muôn còn hạn hẹp niên chắc chân không thể tránh khỏi những thiểu sót, hạn chế vì thế em mong cỏ được sự góp ý và chỉnh sửa tử

các thây cô giáo và quý bạn đọc đề bài luận văn được hoản thiện nhât

Một lần nữa cra xin chân thành cảm ơn Thây giao TS Vũ Hoàng Phương, bộ

xnôn Tự động hỏa cỏng nghiệp, Viện Diện, Trường Dại học Bách khoa LIá Nội đã giúp

đế em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu, thiết kể và hoàn thành để tải luận văn

MỤC LỤC

DANH MỤC BẰNG HIÖU - nnnHn.ereereroer 1

Chương 1: KHAI QUAT VE NGUON NANG LUGNG MAT TROL eed

1.2 Khải quát về Pin năng lượng mặt trời -:22o 555 14

1.2.1 Cầu tạo Pin mặt trời ảo cniccrxec 14

1.2.2 Nguyên lý hoạt động và mô hình thuật toán cho Pin mặt trời 15

1.3 Tim hiểu về au Irúc thông dụng ứng dung pin mt trai cho chigu sang .18

Chương 2: KAY DUNG CAL TRÚC TPHBC CHO ỨNG DỰNG CHIẾU SÀNG .26 2.1 Tổng quan về cấu trúc TPHBC - cccccccv ctccrerrrrirrerrree 26 2.1.1 Phân tích sơ đổ mạch lực eeceeerei 26

2.2 Phản tích các chế độ hoạt động của cảu trúc TPHEC 27

2.2.1 Chế độ hoạt động DO co nneereeerre 28

2.2.3, Chế dộ hoạt động, SISO Hee rereieer 232

2.4.1 Tỉnh chon may biển äÐ -à occccccccvveccrtzrrrtrrrerrree 38

3.4.2 Tính chọn van mosfet cho phía sơ cấp 39

nước kinh tế đi đâu hiện nay Trong khi các dạng năng lượng khác như than đá, đâu

hỏa, khi đốt vừa gây ô nhiễm mỏi trường lại đang ngày cảng cạn kiệt thì các nguồn năng lượng tới tạo, sạch và vô hạn đang trở thánh nguồn năng lượng lý tưởng để phục

vụ đời sảng cơn người

Một trong các phương hướng được đề ra và cũng cho thấy được sự tiện ích, lâm quan trọng của nó đó là sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo được, như năng lượng Ht gió, mặt trời, nước hoặc năng hượng hạt nhân Trong đó năng lượng lấy từ tự nhiên như gió, mặt trời, nước dược ứng dụng nhiều hơn cả tắt cả chúng đều sạch và thân

Cũng với đó, với việc không tôn bắt kỳ khoản nhiên liệu nào khi sứ dụng sẽ lắm giảm bót chỉ phí sử đụng điện khi sử dụng lâu đài Tuy nhiên, nhược điểm chính trang,

quả trinh sử dụng là nguồn nắng lượng tái tạo có tính chất liên tục và phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh cũng như thời tiết khả nhiều Irong trường hợp này, một bộ biển đối điện tử câng suất DC-DC nhằm đảm bảo hiệu suất chuyến đối năng lượng là vô

cùng cân thiết

3 Mục dích nghiên cứu của luận văn, dối tượng, phạm vi nghiên cứu

Hệ thông này có một yêu câu khá quan trọng đó là phải tích hợp tâm pin năng

Tượng mặt trời vào hệ thông chiên Đề làm được dicu dé, ta ean có một bộ nguồn biên

3.1 Để xuất phương an diéu khién cho câu trúc TPHBC 42

3.2 Thuật toán bám điểm công suất cực đại 4

3.2.1 Tổng quát về thuật toán MPPT - - - .43

3.2.2, Xây dựng thuật toán MPPT, cai eeieeeeee "¬—

3.3.2 Mô hình hỏa cầu trúc ca nhi Heo roi ¬ 3.4 Thiết kê bộ điên khiến điện áp đầu ra OVTR - —- 3.5 Thiết kế bộ điều khiển điện áp trên PV (TVR)) ST

Chuong 4: MO PONG CIHIUYEN MACII ZVS TREN PIIAN MEM LTSPICE VA

MÔ PHONG CAC CHE DO HOẠT BONG TREN MATLAB ÓÚ 4.1, Mé ta qua trinh chuyén mach ZVS trén phan mém LT Spice 60

4.1.1 Giới thiệu phân mém mé phéng LTSpice - 60

4.1.2 Tiên hành mô phỏng chuyén mạch trên L/TSPICE -.22 8E 4.2 Mô phỏng các chế độ hoạt động trên MATLAT —

4.2.1 Mô phông câu trúc HBTPC trên MATLAB - .63 42.3 Kết quả mô phống - - - 66

b, Chế độ hai đầu vào DỊ, neo eeeoe ¬" -.-

c, Chế độ một vào một ra SI8O 0 se St ncneeerrrrrerereri.TT

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - - - - -ò 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO enereieiererierirrareereeee.TR

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19

đổi nguồn điện một chiều — mét chiều (DC-DC) giúp chuyến đối năng lượng nhằm

mnụe đích lưu trữ năng lượng sinh ra li lắm pin mi trời cũng như sử dụng nó

Ngoài ra bộ nguồn cân đáp ứng một số diều kiện di kèm như kích thước gọn nhẹ, và có hiệu suất cao Một trong những bó nguồn như vậy đó là bộ nguồn sử dựng cấu trac Three Port Hal! Bridge Converter

'Trong luận văn này, chủng ta sẽ tìm hiểu một cách cự thể về cầu trúc cũng, như

cách hoạt động của nó như thể nào

4 Tom tắt cô đọng các luận điểm cư bản và đóng góp mới của lác gì

Thiết kế hệ thống điều khiển bộ biến DC-DC có 3 cổng kết nội (Three-port) ứng dung cho chiều sáng Led sử đụng nguồn cấp pin mặt trời và khâu tích trữ năng

lượng

Nội đụng của để tài, các vân đề cần được giải quyết:

-_ Mô hình hóa bộ biến DC-DC có 3 cống kết nổi (Three-port), pin mặt trời, khân

tích trữ năng lượng, Led

-_ Thiết kế chiến lược điều khiến cho hệ thống này

-_ Mô phông kiểm chứng hệ thống điều khiến đã được thiết kế

-_ Đánh giả hiệu quả phương pháp thiết kẻ trong các điều kiện và chế

khác nhau,

5 Phương pháp nghiên cứu

Luan văn này tìm hiểu về bộ nguồn DC-DC Three Port Half Bridge Converter bao gồm những phần sau:

Chương 1: Khải quất về nguồn nẵng lượng ruặt trời

Chương 2: Xây dựng câu trúc TPHBC cho ứng dụng chiếu sảng

Chương 3: Thiết kế điêu khiến cho cầu trúc TPIIBC

Chương 4 Mô phông chuyển mạch V8 trên phan mém L.TSpice Matlab và mô phóng các chế độ hoạt động trên Matlab

Hà Nội, ngày 19 tháng 11 năm 2010

HỌC VIÊN

Tran Ích Bảo

3.1 Để xuất phương an diéu khién cho câu trúc TPHBC 42

3.2 Thuật toán bám điểm công suất cực đại 4

3.2.1 Tổng quát về thuật toán MPPT - - - .43

3.2.2, Xây dựng thuật toán MPPT, cai eeieeeeee "¬—

3.3.2 Mô hình hỏa cầu trúc ca nhi Heo roi ¬ 3.4 Thiết kê bộ điên khiến điện áp đầu ra OVTR - —- 3.5 Thiết kế bộ điều khiển điện áp trên PV (TVR)) ST

Chuong 4: MO PONG CIHIUYEN MACII ZVS TREN PIIAN MEM LTSPICE VA

MÔ PHONG CAC CHE DO HOẠT BONG TREN MATLAB ÓÚ 4.1, Mé ta qua trinh chuyén mach ZVS trén phan mém LT Spice 60

4.1.1 Giới thiệu phân mém mé phéng LTSpice - 60

4.1.2 Tiên hành mô phỏng chuyén mạch trên L/TSPICE -.22 8E 4.2 Mô phỏng các chế độ hoạt động trên MATLAT —

4.2.1 Mô phông câu trúc HBTPC trên MATLAB - .63 42.3 Kết quả mô phống - - - 66

b, Chế độ hai đầu vào DỊ, neo eeeoe ¬" -.-

c, Chế độ một vào một ra SI8O 0 se St ncneeerrrrrerereri.TT

KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ - - - - -ò 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO enereieiererierirrareereeee.TR

DANH MỤC CÁC HỈNH VẼ

Hinh 1.1 Xu hướng sử đụng các nguồn năng lượng tái tạo hiện nay

Hình 1.2 Nguyễn lý hoại động của tế bào pin quang điện

TTinh 1.3 Mõ hình mạch điện trong đương của tế bảo pin quang điện

Hình 1.4 Mạch điện Lương đương của tâm pin mất trời

Hình 1.5 Câu trúc chung của hệ thông chiếu sáng sở dụng năng lượng mặt trời 18 Hinh 1.6 Hệ thông chiếu sáng LED Street Light

Hình 1.7 Câu trúc nổi lẳng sử dụng trong chiến sáng

Hình 1.8 Các sơ dỗ truyền: (a) Dạng song song dâu dầu, (b) song song, dau ra 2

T1inh 1.9 Sơ đồ bộ nguồn có cấu trúc chuyên đổi dạng nửa câu 3 công

Hình 1.10 Một số đng cầu trúc 3 cổng không cách ly

Hình 1.11 Cấu trúc mạch lực cách ly được đề xuất PHBC

Tinh 2.1 Sơ đỗ mạch lực bộ nguồn TPIISC

Hình 2.2 Các khả năng làm việc của bộ nguồn

Linh 2.3 Dạng tin hiệu đỏng điện, điện áp rong bộ biến đổi ớ chế độ DO

Hinh 2.1 Trạng thái van M1, M3 mỡ, van M2, M4 đóng,

Hình 2.5 Bộ biến đổi TPHBC trong chế độ DI

Tlinh 2.6 Trạng thái van M1, M3 đóng, M2, Mi mỡ

Hinh 2.7 Trạng thái van M1, M2 đóng, van M3, M4 mẽ

Hinh 2.8 Trang thai M1 mé

Ilinh 2.9 Trang thai M1 déng, -

Hình 2.10 Quá trình chuyển mạch Z7VS van Mg trong ché dé DI, DO

Hình 2.11 Mỗi quan hệ giữa dòng điện và thời gian doadtime,

inh 2.12 Qua trình chuyển mạch Z2VS của M1, M2 trong chế độ SISO

Hình 3.1 Sơ đô điều khiể

4p dung cho cau trúc TPHRỚ

Hình 3.3 Đường dặc tỉnh I-U (trái) và P-U (phải) của pin mặt trời

Tlinh 3.3 Lưu đổ thuật toán MPPT INC is sec

Hình 3.4 Mạch điện Lương đương của nguồn pin mit trai PV

Hình 3.5 Trạng thải van M1, M3 mở, van M2, M4 đồng oi Ilinh 3.6 Trạng thải van MI, M3 đóng, M2, M4 mỡ

19