Thiết kế lắp đặt bộ giảm áp DC DC dùng trong hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA... Công trình được hoàn thành tại TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Ngư i hư ng n ho họ : TS... - Tính thực ti n: Kiểm hứng h năng hoạt động và sự ổn địn

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Công trình được hoàn thành tại

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Ngư i hư ng n ho họ : TS ƯƠNG N QUÂN

Ph n i n : TS TR N TRUNG U

Ph n i n : PGS.TS V NGỌC Đ U

Luận văn được b o v trư c Hội đồng chấm Luận văn tốt nghi p thạ sĩ ỹ thuật họp tại Trư ng Đại học Bách khoa Đà

Nẵng vào ngày 03 tháng 3 năm 2018

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Học li u, Đại họ Đà Nẵng tại Trư ng Đại học

Bách khoa

- Thư vi n Kho Đi n, Trư ng Đại học Bách khoa - ĐHĐN

MỞ ĐẦU

1 L o n à

Ngày n y, hi vấn đ ô nhi m môi trư ng g y nh hư ng

đ n sứ h on ngư i, nhi n i u h thạ h th n, u, ngày àng ạn i t, đòi h i húng t ph i th y đổi hư ng ph t triển và tìm

h h i th tối đ nguồn năng ượng t i tạo mặt tr i, gi , V i những ưu điểm nổi ật như: vô tận, sạ h, rẻ; năng ượng t i tạo àng đượ ứng ụng rộng rãi tr n h u h t nư tr n th gi i Tuy nhi n, n ạnh những ưu điểm ể tr n, húng ũng nhi u hạn h

v hi u suất àm vi ũng như hịu nh hư ng i đi u i n th i

ti t Do đ , ộ i n đổi đi n tử ông suất n ph i đượ tí h hợp Ngoài r , à một ngư i àm ông t gi ng ạy trong ngành Kỹ thuật

đi n, Tôi muốn hứng minh h năng hoạt động thự t ủ mạ h huyển đổi đi n p một hi u đi u hiển so v i ý thuy t để phụ

vụ ông t gi ng ạy

Để gi i quy t vấn đ này, tôi đã họn đ tài: Thi t K p Đặt

ộ Gi m p DC DC D ng Trong H Thống Năng ượng ặt Tr i

Nối ư i”

Nội ung uận văn tập trung thi t tìm r thông số ủ

mạ h gi m p, mô ph ng tr n t Simu in Thi t ộ đi u hiển PI để đi u hiển đi n p đ u r ủ mạ h gi m p DC DC T

t qu này, thi t p đặt ộ gi m p DC DC thự t Ph n nối

ư i à phương hư ng ph t triển ti p th o, s u này ủ uận văn

- Phân tích k t qu thông qua vi c mô ph ng bằng ph n m m Matlab/Simulink;

- Thi t p đặt ộ gi m p DC DC đi u hiển thực t

Đ tài Thi t K p Đặt ộ Gi m p DC DC D ng Trong H

Thống Năng ượng ặt Tr i Nối ư i” tập trung nghi n ứu và mô

ph ng mạ h gi m p và p ụng iểu đi u hiển h nh u để

đư r đi n p đ u r như mong muốn Đ tài đượ x y ựng ự

tr n ứng ụng ho h thống đi n mặt tr i nối ư i C mạ h tính

to n thi t đượ iểm tr tính đúng đ n ằng phương ph p mô

ph ng tr n ông ụ to n họ t Simu in , s u đ thự hi n p đặt ộ gi m p DC DC

5 Ý ng ĩa k oa c và th c ti n c a tài

- Ý nghĩ ho học: Ứng dụng nghi n ứu v năng ượng mặt tr i Tính toán, thi t k , mô ph ng sự hoạt động của ủ

mạ h gi m p DC DC đi u khiển T đ thể phát triển

đ tài th o hư ng k t nối ư i h thống chuyển đổi sau này

- Tính thực ti n: Kiểm hứng h năng hoạt động và sự ổn định ủ h thống huyển đổi DC DC Góp ph n phát triển

h thống năng ượng mặt tr i nối ư i, ứng dụng vào thực t cuộc sống Ngoài ra, chứng minh kh năng hoạt động thực t của mạch phục vụ cho công tác gi ng dạy

C ƯƠNG 1: T NG QU N T NG Đ N ẶT TRỜ VÀ

C C C U N Đ N NG Ư NG 1.1 T ng Q an V Năng ng ặ T ờ

Vi t N m sẵn qu nh năm, h ổn định và ph n ố rộng rãi tr n

v ng mi n h nh u ủ đất nư Đặ i t, số ngày n ng trung ình tr n tỉnh ủ mi n trung và mi n n m à ho ng 00 ngày năm Năng ượng mặt tr i đượ h i th sử ụng hủ y u ho

mụ đí h như: s n xuất đi n và ung ấp nhi t

Tuy vậy, trong thự t ông trình ph t triển nguồn đi n này

nư t v n đ ng òn hi m tốn, vi h i th v n òn hạn h ,

m i hỉ p đặt thử nghi m một số nơi hư ư i đi n như v ng

s u, v ng x , h i đ o v i ông suất nh ặ nhà đ u tư đã

t đ u đẩy mạnh nghi n ứu x y ựng ự n đi n mặt tr i tại Vi t

N m, nhưng th o tìm hiểu, h u h t ự n v n òn nằm tr n giấy

n ạnh đ , trình tự, thủ tụ xin ấp phép x y ựng, ổ sung ự n

đi n mặt tr i vào quy hoạ h đi n ự ủ Quố gi và t ng đị

phương òn rư m rà Và đ y hính à những rào n đòi h i ơ

qu n qu n ý, ấp hính quy n ph i vào uộ th o gỡ trong th i

- Nhi t mặt tr i: sử ụng thi t ị đun nư n ng, p đun

ằng ạng tấm thu N T, thi t ị sấy N T, thi t ị

hưng ất nư ng N T, thi t ị àm ạnh và đi u hò

hông hí ng N T h y ng N T hạy động ơ

nhi t động ơ Stir ing

- Đi n mặt tr i: ơ s à sử ụng pin mặt tr i quy

mô khác nhau, quy mô nh hông nối lư i thư ng là các

tấm pin mặt tr i tạo ra đi n t năng lượng mặt tr i và sử

dụng trực ti p (như dùng trong chi u sáng, cấp đi n sinh

hoạt hoặc cho các thi t bị văn phòng, các máy đo tự động,

vi n thông, ; quy mô nh có nối lư i thư ng là các dàn

pin mặt tr i được l p đặt trên các mái nhà của hộ gia đình

hay công s và quy mô l n nối lư i

1.2 n Năng ng ặ T ờ

Nhìn hung, h thống đi n mặt tr i thể hi àm h i oại:

- H thống PV làm vi c hộ tiêu thụ đơn ẻ;

- H thống PV làm vi c v i ư i

H thống àm vi ủ PV o gồm: h thống pin mặt tr i, ộ huyển đổi năng ượng một hi u DC DC, ộ t điểm ông suất ự đại PPT , ộ đi u hiển PW và t i DC đượ mô t như hình 4

Bộ chuyển

B t điểm công suất

cự đại MPPT

và một ph n nh s ng sẽ đ n đượ p huyển ti p, nơi ặp

đi n tử tí h đi n m và ỗ trống nằm mặt gi i hạn Khi t nối

v i h i đi n ự t sẽ đo đượ một hi u đi n th

Tấm pin năng ượng đượ tạo thành t nhi u pin mặt tr i thể gồm 6 đ n 7 pin mặt tr i m nối ti p v i nh u

ỗi tấm pin mặt tr i thư ng đi n p à VDC đ p ứng

mứ ông suất h nh u như: 0Wp, 40Wp, 50Wp, 75Wp, 00Wp, 125Wp, 150Wp

Thuật to n PPT được coi là một ph n không thể thi u trong

h PV, được áp dụng v i mong muốn nâng cao hi u qu sử dụng của dãy pin mặt tr i N đượ đặt trong bộ đi u khiển bộ bi n đổi DC/DC Các thuật to n PPT đi u khiển của bộ bi n đổi DC/DC sử dụng nhi u tham số, thư ng là các tham số như òng PV, đi n áp

- N u điểm hoạt động ủ h thống đ ng i huyển th o hư ng

1 (ΔP<0 và ΔV<0) thì n tăng đi n p hoạt động n để i huyển điểmhoạt động t i điểm PP

- N u điểm hoạt động ủ h thống đ ng i huyển th o hư ng ΔP>0 và ΔV>0 thì n tăng đi n p hoạt động n để i huyển điểm hoạt động t i điểm PP

- N u điểm hoạt động ủ h thống đ ng i huyển th o hư ng ΔP>0 và ΔV<0 thì n gi m đi n p hoạt động để i huyển điểm hoạt động t i điểm PP

- N u điểm hoạt động ủ h thống đ ng i huyển th o

hư ng 4 ΔP<0 và ΔV>0 thì n gi m đi n p hoạt động để

i huyển điểm hoạt động t i điểm PP

 ộ đ o ấu đi n p u – Boost)

Vi họn ự oại huyển đổi t y thuộ và y u u ủ t i đối

v i đi n p r ủ h PV

1.4.2 Bộ chuy n đ i DC/AC

ộ huyển đổi DC AC à thi t ị đi n tử hoặ mạ h

h năng i n một đi n p một hi u thành một đi n p xo y hi u

gi trị t n số th y đổi đượ t y thuộ vào uật đ ng m v n

n n

ộ huyển đổi ng trong h PV những đặ điểm s u:

- Đi n p đ u ra hình sin;

- Đi n áp và t n số nằm trong gi i hạn cho phép;

- m s t được sự th y đổi củ đi n áp tham chi u và đi n áp

C ƯƠNG 2: T N T N T T G C C 2.1 Giới thiệu chung v bộ chuyển i DC/DC

ộ huyển đổi DC DC sử ụng rộng rãi trong h thống đi n một hi u như thi t ị đi n tử h y động ơ một hi u Chúng nhi m vụ i n đổi nguồn đi n một hi u đi n p hông thông ụng thành nguồn đi n một hi u ổn định thông ụng ho

t i một hi u

Hình 2.1: Sơ đồ hối tổng qu t v ộ huyển đổi DC DC

2.1.1 Phân loại các bộ chuy n đ i

Dự tr n hứ năng ủ t ng mạ h thể ph n thành oại như

đã n i tr n:

- Mạch gi m p;

- Mạch tăng p;

- Mạch đ o ấu đi n p

2.1.2 Cấu trúc chi tiết và nguyên lý hoạt động

2.2 M u khiển cho bộ chuyển i DC/DC

2.2.1 Gi i thi u các phương ph p đi u khi n

a) ển o p ương p áp đ c n đ ng x ng

PWM

b) ển o p ương p áp x ng - n

2.2.2 Phương ph p m ung P – c h u c n thiết

a) Tạo đ n áp ăng cư

b) so sán

2.2.3 Phương pháp đi u khi n PID

a)

ộ đi u hiển PID - Proportional Integral Derivative à một ơ

ch ph n hồi vòng đi u khiển tổng qu t đượ sử ụng rộng rãi trong các h thống đi u khiển ông nghi p – ộ đi u hiển PID à ộ đi u hiển đượ sử ụng nhi u nhất trong ộ đi u hiển ph n hồi

Gi i thuật tính to n ộ đi u hiển PID o gồm thông số ri ng

i t, o đ đôi hi n òn đượ gọi à đi u hiển h u: các giá trị tỉ l , tích phân và đạo hàm, vi t t t à P, I, và D

ằng h đi u hỉnh hằng số trong gi i thuật ủ ộ đi u hiển PID, ộ đi u hiển thể ng trong những thi t y u

u đặ i t

b) ác c n c

c) ác p ương p áp n n c

Trong phạm vi nghi n ứu ủ uận văn, phương ph p Zi gi r – Nichols và đi u hỉnh thủ ông đượ họn ự để thi t ộ đi u hiển

2.3.3 Tính toán các ph n tử của bộ gi m áp

a) T n oán ông số p n ử

Th o nguy n ý hoạt động đã đ ập mụ , t đượ

đi u i n họn uộn m th o ông thứ s u:

- A à độ o động òng đi n đi qu uộn

c m Độ o động òng đi n này được tính theo công thứ 5 , tuy nhi n độ l n của cuộn c m hư đượ x định nên thông số này đượ ư ượng bằng 20  40% độ l n dòng đi n đ u ra Io (Io được tính v i t i à đi n

- C F à đi n dung của tụ đi n

- A à độ o động òng đi n đi qu uộn

c m, được tính theo công thức (2.26)

ph i òng đi n làm vi c l n nhất o hơn giá trị ISW

- Iout(max) A à độ òng đi n ra cự đại

Trong khuôn khổ luận văn này, bộ chuyển đổi kiểu u được thi t k có thông số như s u: đi n áp nguồn Vin=60V, đi n áp ra

Vo=20V cho dòng t i l n nhất I0=1A, t n số chuyển mạch fs=12kHz Chọn độ o động đi n p đ u ra là =0.1% T đ , t tính được các thông số sau:

Độ o động òng đi n của cuộn c m: ( )

Độ o đi n p đ u ra: ( )

Đi n dung của tụ đi n:

( ) Chọn

Đi n c m của cuộn dây:

( )

( ) ( )

th i gi n x ập ủ mạ h Vi th y đổi gi trị và C tạo n n

t n số f0 t n số ộng hư ng h nh u, gi trị f0 àng n àm ho

mạ h nh nh ti n đ n gi trị x ập nhưng đồng th i ũng àm ho độ vọt ố tăng o Do đ , n ph i i t đượ y u u ủ t i để tính

to n và họn ự thông số ph hợp ự tr n t sh t ủ nhà

s n xuất, th m nghi n ứu v ộ đi u hiển tí h hợp ũng như phương ph p đi u hiển đối v i mạ h để đ p ứng đượ y u u

v đi n p: giữ đi n p đ u r uôn ổn định hi đi n p đ u vào ị

i n động h y đi u hỉnh đi n p đ u r ph hợp v i t i Trong thự

t , ngoài vấn đ tr n, hi mạ h hoạt động, t động ủ tín hi u nhi u ũng ph n nào nh hư ng đ n t qu đ u r ủ mạ h Do đ ,

t gi đã nghi n ứu, ặp ại mô ph ng nhi u n để đư đượ những thông uối ng phụ vụ ho vi p mạ h thự t

C ƯƠNG 3: NG VÀ Ắ ĐẶT G C C 3.1 L a ch n thông số m p ng

Dự vào ông thứ tính to n ph n và thông qu nhi u n mô ph ng, tụ đi n và uộn m đượ ự họn và thi t

v i thông số =5mH, C=5 0µF t hợp v i t n số ăm xung

fs=12kHz

Hình 3.1: ạ h mô ph ng

3.2 Mô ph ng bộ u khiển PI:

ộ đi u hiển PID đượ thi t ự tr n phương ph p Ziegier-

Ni ho s v i h i h u đi u hiển PI C h số đượ họn n ượt

Kp=10 và Ki=0, ộ đi u hiển PI đượ mô ph ng như hình

Hình 3.2: ô ph ng PI

ột tín hi u ỗi t đượ ấy t hi u giữ đi n p th m hi u và

đi n p ph n hồi Thông qu ộ PI tín hi u ỗi đượ hu h đại và xử

ý s o ho tín hi u ỗi t ti n v gi trị 0 Đi u này nghĩ đi n p

đ u r gi trị ti n v mứ đi n p th m hi u thông qu vi th y đổi tín hi u đi u hiển D h số ăm xung Khi h số D th y đổi éo

th o độ rộng xung PW í h m v n n n ũng sẽ th y đổi Thông qu mô ph ng, h số D và xung í h m v n th y đổi như trong hình 3.4 và 3.5

3.3 Mô ph ng k t quả và phân tích:

ạ h gi m p và ộ đi u hiển PI àm vi v i đi n p nguồn

ấp hính à đi n p t pin mặt tr i đượ mô ph ng ằng ph n m m

t Simu in Ở mạ h mô ph ng tr n, đi n p đ u r th m hi u

Vref đượ họn mứ 0V v i đi n p đ u vào th y đổi t 080V

Hình 3.3: C đi n p trong mạ h mô ph ng

3.4 ắp m ch giảm p C C c t

ạ h thự t đượ p đặt ự tr n mô hình h và mô ph ng

mạ h gi m p như ph n tr n

đo tín hi u và s u đ ph n hồi tín hi u v mạ h đi u hiển để đ m

b o đ p ứng đ u r đúng như y u u C đi n tr g n đ u r nằm ngoài ng n ph i ng như một t i DC Tín hi u đi u hiển

ăm xung đượ ung ấp t mạ h đi u hiển thông qu p t nối Đèn ph t s ng trong hình sử ụng để ph t tín hi u o đ ng ăm xung và mạ h đ ng hoạt động ổn định

3.4.2 Mạch đi u khi n

Đối v i PI, h số hu h đại ph i đượ tính to n họn ự

và th y đổi trự ti p tr n ph n tử như i n tr h y tụ đi n Đi u này ph n nào àm gi m sự hính x ủ mạ h thự t o n hỉnh thử ông ũng như ộ phận ị nhi u tín hi u o t nh n n ngoài Ngày n y, v i sự ph t triển ủ vi xử ý, vi tí h hợp phương ph p đi u hiển tr n n àng hơn và độ hính x đượ tăng o Trong phạm vi nghi n ứu uận văn, phương ph p đi u hiển PI và PW đượ tí h hợp vào vi xử ý thông qu mã nh

Co để thự hi n vi đi u hiển mạ h động ự mạ h gi m p như hình 0

Hình 3.6: ạ h đi u hiển

ạ h đi u hiển đượ thi t ự tr n vi xử í ARDUINO NANO hính giữ phí ư i màn hình hiển thị Vi xử ý đượ

h tạo ông nghi p, nh gọn ũng như tính hợp sẵn IC huy n ụng và hống nhi u, đi u này ph n nào đ m o đượ h năng hoạt động và sự hính x ủ mạ h C tín hi u ph n hồi v t đi n

tr shunt đã n i mạ h động ự đượ hu h đại nh vào IC

58 s u đ đư vào r uino để xử ý Ngoài r đi n tr và tụ đượ th m vào v i mụ đí h o v Để iểm so t đượ đ p ứng đ u

r , mạ h đượ thi t t nối v i màn hình hiển thị ạ h đi u hiển đượ t nối v i mạ h động ự thông qu p tín hi u để ấp tín hi u đi u hiển, ấy tín hi u ph n hồi xử ý

3.5 K t quả o c t

T mạ h thự t đượ p đặt Qu trình hoạt động đượ iểm

tr và th o i ự tr n ph n hồi đi n p đ u vào và đi n p đ u

r Qu trình này đượ đo trự ti p và xuất r t vi xử ý v i độ hính xác cao

Hình 3.7: Đi n p đ u vào thự t ủ mạ h gi m p