SOLAR ENERGY IN DISTRIBUTED GENERATION AND GRID-CONNECTED PROBLEM
Trang 1Energy System
THESIS
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
SOLAR ENERGY IN DISTRIBUTED
GENERATION AND GRID-CONNECTED
PROBLEM
Student: Vo Nguyen Qui Tu
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Main parts
Solar Energy
1
Control single-phase inverter
2
TMS320F2812 DSP
3
Conclusions and Future Works
5
Experimental results
4
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Trang 2Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007.
1 Solar Energy
How solar cell work
N‐type silicon
P‐type silicon
+ + + + + + + + + + + + + + +
‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐
+
P‐N junction
(‐)
(+)
DC current
‐
‐
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Trang 3Characteristics of a solar cell
sc
I ≈ 20 mA cm → 40 mA cm
V oc = 0.6V → 0.7V
( V ,I mpp mpp )
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
: Maximum Power Point
(I-V) and (P-V) characteristics for a solar cell
Effects of temperature and insolation
levels on silicons solar cell
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Trang 4• One silicon solar cell produces 0.5 volt
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
• 36 cell connected together have enough voltage to charge 12
volt batteries and runs pump and motors
• Can connect modules togethers to get any power configuration
Photovoltaic cells, modules, panels and arrays.
Grid-connected PV system
electric utility grid
Converts the DC power produced by the PV array into AC power consistent with
the voltage and power quality requirements of the utility grid
Automatically stops supplying power to the grid when the utility grid is not
energized
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Diagram of grid-connected photovoltaic system.
Trang 5Grid-connected PV system
output circuits and the electric utility network
Either supply on-site electrical loads, or to back-feed the grid when the PV system
output is greater than the on-site load demand
When the electrical loads are greater than the PV system output, the loads is
received from the electric utility
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Stand-alone PV system
loads
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Direct-coupled PV system.
Diagram of stand-alone PV system with battery storage powering DC and AC loads.
Trang 6Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007.
2
Control single-phase PV
inverter
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Inverter
with conventional utility-powered appliances
Trang 7Inverter control schemes
Sinusoidal PWM
Space Vector Modulation (SVPWM)
To control inverter output frequency (fundamental)
To control inverter output voltage (fundamental)
To minimize harmonic distortion
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Single-phase inverter output voltage
Space Vector Modulation
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
s
v = Ve ω = Ve α
Reference vector
Trang 8Space Vector Modulation
1
0 2
2
3 sin( 3 )
2
DC
DC s
V
V V
V
π α
⎧
⎪
⎪
⎨
⎪
⎪ = − −
⎪
⎪⎩
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Total number of switchings: 4
Switching sequence
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Space Vector Modulation
Trang 9Control single-phase inverter by
Space Vector Modulation
3
larger amplitude than phase voltage
leading corresponding phase voltage by 30 degrees
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Simulation results in Matlab
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Single-phase inverter output voltage waveform
Fourier analysis (50 Hz)
Trang 10LC Filter
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Second-order LC Filter Magnitude Bode plot for second order LC Filter
2
1 1 1 1
o
i
L L
V
L
Z
ω ω
+ ⎜ + ⎟
Voltage ratio Cut-off frequency
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
3 TMS320F2812 DSP
Trang 11CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
flexible, control specific designs
High-performance DSP controller allows most efficient control techniques
Most Powerful Control
TMS320F2812 DSP
TMS320F2812 DSP
• 32-bit DSP Core
150 MIPS performance
32x32 bit MAC
Fast interrupt service time
• Control Peripherals
Up to 16 independent PWM channels
16-channel ADC 12-bit
GPIO
Up to 2 SCIs
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Trang 12CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
TMS320F2812 DSP
SVPWM Block
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Symmetric SVPWM Waveforms (sector I)
(SVRDIR=0)
TMS320F2812 DSP
Symmetric SVPWM Waveforms (sector VI)
(SVRDIR=1)
Trang 13Code Composer Studio v3.1
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
Editor window
Project
files
Message
window
Program code is C language and/or Assembly
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Program flowchart
Trang 14CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
System control of single-phase inverter
Interface control system
© Minister of Natural Resources Canada 2001 – 2004
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
output
Trang 15Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007.
4 Experimental Results
Experimental Results
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Buffer circuit
Single-phase inveter
Optocoupler
isolation
MOSFET gate
driver
sources
Rectifier
Trang 16CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
System is running
TMS320F2812
DSP
Control circuit
High-frequency
Load voltage
Experimental Results
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
12.6 Ratio of transformer
L=0.59 mH C=3.3 uF
LC Filter
110 V RMS Load Voltage
R = 1.25 kΩ
L = 0.13 H Load (lamp + inductor)
24 V
DC Voltage
Experimental Results
Trang 17CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
f pwm = 5kHz
Experimental Results
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
f pwm =10kHz
Experimental Results
Trang 18CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
f pwm =15kHz
Experimental Results
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
5 Conclusions and Future
Works
Trang 19CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007
systems structure
harmonic magnitude of single-phase inverter output
voltage
Future research works
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO KỸ SƯ CHẤT LƯỢNG CAO VIỆT-PHÁP PFIEV
closed-loop control with estimated and monitored fast and
accurated enough grid voltage and frequency, and
synchronized the current with the grid voltage.
Trang 20Khoa Điện-Điện Tử 2002 – 2007.