andrea_12605
New Member
Download miễn phí Đề tài Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập
Chọn phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra vì ưu điểm của nó là chỉ sử dụng 2 cảm biến vì thế sẽ giảm giá thành lắp đặt đặc biệt phù hợp với những hệ thống nhỏ lẻ cần lắp đặt với chi phí thấp. Phương pháp này có những ưu thế lớn như cho phép phân tích trạng thái ổn định của bộ biến đổi DC/DC, trong khi việc này được thực hiện khá phức tạp ở những phương pháp khác, vì phương pháp điều khiển này chỉ thực hiên những lần trích mẫu điện áp và dòng điện ở trạng thái ổn định của chu kỳ. Do đó, ta sẽ áp dụng phương pháp điều khiển này với thuật toán P&O
Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.
Ketnooi -
You must be registered for see links
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ketnooi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
hơn, nên các thuật toán này được sử dụng phổ biến hơn cho MPPT. Trong khuôn khổ của đồ án này, em chỉ phân tích 2 phương pháp MPPT được ứng dụng rộng rãi và đã trở nên phổ biến, quen thuộc và cho được một số hiệu quả làm việc sau đây:
Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O
Phương pháp điện dẫn gia tăng INC
Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O
Đây là một phương pháp đơn giản và được sử dụng thông dụng nhất nhờ sự đơn giản trong thuật toán và việc thực hiện dễ dàng. Thuật toán này xem xét sự tăng, giảm điện áp theo chu kỳ để tìm được điểm làm việc có công suất lớn nhất. Nếu sự biến thiên của điện áp làm công suất tăng lên thì sự biến thiên tiếp theo sẽ giữ nguyên chiều hướng tăng hay giảm. Ngược lại, nếu sự biến thiên làm công suất giảm xuống thì sự biến thiên tiếp theo sẽ có chiều hướng thay đổi ngược lại. Khi điểm làm việc có công suất lớn nhất được xác định trên đường cong đặc tính thì sự biến thiên điện áp sẽ dao động xung quanh (điểm MPP) điểm làm việc có công suất lớn nhất đó.
Hình 3.6. Phương pháp tìm điểm làm việc công suất lớn nhất P&O.
Lưu đồ thuật toán:
Hình 3.7. Lưu đồ thuật toán Phương pháp P&O
Sự dao động điện áp làm tổn hao công suất trong hệ quang điện, đặc biệt những khi điều kiện thời tiết thay đổi chậm hay ổn định. Vấn đề này có thể giải quyết bằng cách điều chỉnh logic trong thuật toán P&O là sẽ so sánh các tham số trong hai chu kỳ trước. Một cách khác để giải quyết việc hao hụt công suất quanh điểm MPP là giảm bước tính biến thiên xuống, nhưng khi điều kiện thời tiết thay đổi, thuật toán này sẽ trở nên chậm chạp hơn trong việc bám theo điểm MPP và công suất sẽ bị hao hụt nhiều hơn.
Như vậy, nhược điểm chính của phương pháp này là không tìm được chính xác điểm làm việc có công suất lớn nhất khi điều kiện thời tiết thay đổi.
Đặc điểm của phương pháp này là phương pháp có cấu trúc đơn giản nhất nhất và dễ thực hiện nhất, trong trạng thái ổn định điểm làm việc sẽ dao động xung quanh điểm MPP, gây hao hụt một phần năng lượng. Phương pháp này không phù hợp với điều kiện thời tiết thay đổi thường xuyên và đột ngột.
Phương pháp điện dẫn gia tăng INC
Đây là phương pháp khắc phục những nhược điểm của phương pháp P&O trong trường hợp điều kiện thời tiết thay đổi đột ngột. Phương pháp này sử dụng tổng điện dẫn gia tăng của dãy pin mặt trời để dò tìm điểm công suất tối ưu. Minh hoạ trên hình vẽ 3.8:
Hình 3.8. Phương pháp điện dẫn gia tăng
Phương pháp này cơ bản dựa trên đặc điểm là: độ dốc của đường đặc tính pin bằng 0 tại điểm MPP, độ dốc này là dương khi ở bên trái điểm MPP, là âm khi ở bên phải điểm MPP. Thể hiện như sau:
Vì dP/dV = d(IV)/dV = I + V dI/dV I + V/nên ta cũng có thể viết lại là:
Bằng cách so sánh giá trị điện dẫn tức thời (I/V) với giá trị điện dẫn gia tăng (), Thuật toán này sẽ tìm được điểm làm việc có công suất lớn nhất. Tại điểm MPP, điện áp chuẩn Vref = VMPP. Mỗi khi điểm MPP được tìm ra, hoạt động của pin lại được duy trì ở điểm làm việc này trừ khi có sự thay đổi về dòng điện , sự thay đổi của dòng điện thể hiện sự thay đổi của điều kiện thời tiết và của điểm MPP.
Độ lớn của điện dẫn gia tăng sẽ quyết định độ nhanh chậm trong việc tìm ra điểm MPP. Tuy nhiên khi điện dẫn gia tăng lớn quá sẽ làm cho hệ thống hoạt động không chính xác tại điểm MPP và sẽ bị dao động.
Ưu điểm chính của phương pháp này là cho kết quả tốt nhất khi thời tiết thay đổi nhanh. Phương pháp này cũng cho dao động nhỏ nhất quanh điểm MPP hơn phương pháp P&O. Nhược điểm của phương pháp này là mạch điều khiển phức tạp. Nó sử dụng 2 cảm biến để đo giá trị dòng điện và điện áp, nên chi phí lắp đặt cao. Tuy nhiên ngày nay với sự xuất hiện của nhiều phần mềm hay các bộ xử lý đã làm giá thành của hệ này giảm đi rất nhiều.
Hình 3.9. Lưu đồ thuật toán của phương pháp điện dẫn gia tăng INC
Bảng tổng kết so sánh các phương pháp MPPT
Bảng 3.1. Bảng so sánh thuật toán MPPT
Thuật toán MPPT
Chi phí
Thông
số đo
Số cảm biến sử dụng
Tốc độ tính toán
Mức độ phức tạp
Điểm làm việc tìm được
Lưu ý
P&O
Trung bình
VPV, IPV
2
Chậm
Tăng
Dao động quanh điểm MPP
Sử dụng nhiều phép lặp; điểm làm việc dao động quanh MPP. Khắc phục bằng phương pháp điều khiển õ
INC
Cao
VPV, IPV
2
Chậm
Tăng
Tại điểm MPP
Cho kết quả tốt khi đk thời tiết thay đổi, tránh được dao động quanh MPP
Phương pháp điều khiển MPPT.
Như đã trình bày ở trên, thuật toán MPPT sẽ ra lệnh cho bộ điều khiển MPPT phải làm gì để điều chỉnh điện áp làm việc. Sau đó nhiệm vụ của bộ điều khiển MPPT là điều chỉnh tăng giảm điện áp làm việc và duy trì ổn định mức điện áp làm việc của hệ nguồn pin mặt trời. Có 3 phương pháp phổ biến điều khiển MPPT.
Phương pháp điều khiển PI
MPPT sẽ đo giá trị điện áp PV và dòng PV, sau đó dựa vào thuật toán MPPT (P&O, INC hay các thuật toán MPPT khác) để tính toán giá trị điện áp quy chiếu Vref để nâng điều chỉnh điện áp làm việc PV lên theo Vref. Nhiệm vụ của thuật toán MPPT chỉ là định giá trị điện áp Vref và việc tính toán này sẽ được lặp lại theo chu kỳ (thường khoảng từ 1 đến 10 lần lấy mẫu trên 1 giây).
Hình 3.10. Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bộ bù PI
Bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân PI quy định điện áp đưa vào bộ biến đổi DC/DC. Bộ PI có nhiệm vụ bù sai lệch giữa Vref và điện áp đo được bằng cách điều chỉnh hệ số đóng cắt D. PI có tốc độ làm việc nhanh, cho đáp ứng nhanh và ổn định. Bản thân bộ điều khiển PI được cấu tạo từ những thành phần tương tự Analog, nhưng nó được làm việc với nguyên tắc điều khiển xử lý tín hiệu số DSP (Processing Signal Digital) vì bộ xử lý tín hiệu số có thể thực hiện được nhiều nhiệm vụ khác như xác định điểm làm việc có công suất tối ưu vì vậy sẽ giảm được một số lượng thành phần trong hệ.
Phương pháp điều khiển trực tiếp.
Phương pháp điều khiển này đơn giản hơn và chỉ sử dụng một mạch vòng điều khiển, và nó thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh hệ số làm việc trong thuật toán MPPT. Việc điều chỉnh hệ sô làm việc hoàn toàn dựa trên nguyên lý dung hợp tải đã trình bày ở mục 3.2
Hình 3.11. Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT.
Tổng trở của PV được coi là tổng trở vào bộ biến đổi. Nhắc lại công thức (3 – 6)
(3 – 8)
Trong đó: D là hệ số làm việc của bộ biến đổi Boost.
Hình vẽ 3.12. cho thấy việc tăng D sẽ làm giảm tổng trở vào Rin, từ đó điện áp làm việc PV sẽ dịch sang bên trái (giảm đi). Tương tự khi giảm D sẽ làm tăng Rin khi đó điện áp làm việc sẽ dịch sang phải (tăng lên). Thuật toán MPPT (P&O, INC, và các thuật toán khác ) sẽ quyết định việc dịch chuyển điện áp như thế nào.
Hình 3.12. Mối quan hệ giữa tổng trở vào của mạch Boost và hệ số làm việc D
Thời gian đáp ứng của các tầng công suất và nguồn PV tương đối chậm (10 – 50 mili giây tuỳ từng trường hợp từng loại tải). Thuật toán MPPT thay đổi hệ số làm việc D, sau đó lần lấy mẫu điện áp và dòng PV tiếp the...
Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O
Phương pháp điện dẫn gia tăng INC
Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O
Đây là một phương pháp đơn giản và được sử dụng thông dụng nhất nhờ sự đơn giản trong thuật toán và việc thực hiện dễ dàng. Thuật toán này xem xét sự tăng, giảm điện áp theo chu kỳ để tìm được điểm làm việc có công suất lớn nhất. Nếu sự biến thiên của điện áp làm công suất tăng lên thì sự biến thiên tiếp theo sẽ giữ nguyên chiều hướng tăng hay giảm. Ngược lại, nếu sự biến thiên làm công suất giảm xuống thì sự biến thiên tiếp theo sẽ có chiều hướng thay đổi ngược lại. Khi điểm làm việc có công suất lớn nhất được xác định trên đường cong đặc tính thì sự biến thiên điện áp sẽ dao động xung quanh (điểm MPP) điểm làm việc có công suất lớn nhất đó.
Hình 3.6. Phương pháp tìm điểm làm việc công suất lớn nhất P&O.
Lưu đồ thuật toán:
Hình 3.7. Lưu đồ thuật toán Phương pháp P&O
Sự dao động điện áp làm tổn hao công suất trong hệ quang điện, đặc biệt những khi điều kiện thời tiết thay đổi chậm hay ổn định. Vấn đề này có thể giải quyết bằng cách điều chỉnh logic trong thuật toán P&O là sẽ so sánh các tham số trong hai chu kỳ trước. Một cách khác để giải quyết việc hao hụt công suất quanh điểm MPP là giảm bước tính biến thiên xuống, nhưng khi điều kiện thời tiết thay đổi, thuật toán này sẽ trở nên chậm chạp hơn trong việc bám theo điểm MPP và công suất sẽ bị hao hụt nhiều hơn.
Như vậy, nhược điểm chính của phương pháp này là không tìm được chính xác điểm làm việc có công suất lớn nhất khi điều kiện thời tiết thay đổi.
Đặc điểm của phương pháp này là phương pháp có cấu trúc đơn giản nhất nhất và dễ thực hiện nhất, trong trạng thái ổn định điểm làm việc sẽ dao động xung quanh điểm MPP, gây hao hụt một phần năng lượng. Phương pháp này không phù hợp với điều kiện thời tiết thay đổi thường xuyên và đột ngột.
Phương pháp điện dẫn gia tăng INC
Đây là phương pháp khắc phục những nhược điểm của phương pháp P&O trong trường hợp điều kiện thời tiết thay đổi đột ngột. Phương pháp này sử dụng tổng điện dẫn gia tăng của dãy pin mặt trời để dò tìm điểm công suất tối ưu. Minh hoạ trên hình vẽ 3.8:
Hình 3.8. Phương pháp điện dẫn gia tăng
Phương pháp này cơ bản dựa trên đặc điểm là: độ dốc của đường đặc tính pin bằng 0 tại điểm MPP, độ dốc này là dương khi ở bên trái điểm MPP, là âm khi ở bên phải điểm MPP. Thể hiện như sau:
Vì dP/dV = d(IV)/dV = I + V dI/dV I + V/nên ta cũng có thể viết lại là:
Bằng cách so sánh giá trị điện dẫn tức thời (I/V) với giá trị điện dẫn gia tăng (), Thuật toán này sẽ tìm được điểm làm việc có công suất lớn nhất. Tại điểm MPP, điện áp chuẩn Vref = VMPP. Mỗi khi điểm MPP được tìm ra, hoạt động của pin lại được duy trì ở điểm làm việc này trừ khi có sự thay đổi về dòng điện , sự thay đổi của dòng điện thể hiện sự thay đổi của điều kiện thời tiết và của điểm MPP.
Độ lớn của điện dẫn gia tăng sẽ quyết định độ nhanh chậm trong việc tìm ra điểm MPP. Tuy nhiên khi điện dẫn gia tăng lớn quá sẽ làm cho hệ thống hoạt động không chính xác tại điểm MPP và sẽ bị dao động.
Ưu điểm chính của phương pháp này là cho kết quả tốt nhất khi thời tiết thay đổi nhanh. Phương pháp này cũng cho dao động nhỏ nhất quanh điểm MPP hơn phương pháp P&O. Nhược điểm của phương pháp này là mạch điều khiển phức tạp. Nó sử dụng 2 cảm biến để đo giá trị dòng điện và điện áp, nên chi phí lắp đặt cao. Tuy nhiên ngày nay với sự xuất hiện của nhiều phần mềm hay các bộ xử lý đã làm giá thành của hệ này giảm đi rất nhiều.
Hình 3.9. Lưu đồ thuật toán của phương pháp điện dẫn gia tăng INC
Bảng tổng kết so sánh các phương pháp MPPT
Bảng 3.1. Bảng so sánh thuật toán MPPT
Thuật toán MPPT
Chi phí
Thông
số đo
Số cảm biến sử dụng
Tốc độ tính toán
Mức độ phức tạp
Điểm làm việc tìm được
Lưu ý
P&O
Trung bình
VPV, IPV
2
Chậm
Tăng
Dao động quanh điểm MPP
Sử dụng nhiều phép lặp; điểm làm việc dao động quanh MPP. Khắc phục bằng phương pháp điều khiển õ
INC
Cao
VPV, IPV
2
Chậm
Tăng
Tại điểm MPP
Cho kết quả tốt khi đk thời tiết thay đổi, tránh được dao động quanh MPP
Phương pháp điều khiển MPPT.
Như đã trình bày ở trên, thuật toán MPPT sẽ ra lệnh cho bộ điều khiển MPPT phải làm gì để điều chỉnh điện áp làm việc. Sau đó nhiệm vụ của bộ điều khiển MPPT là điều chỉnh tăng giảm điện áp làm việc và duy trì ổn định mức điện áp làm việc của hệ nguồn pin mặt trời. Có 3 phương pháp phổ biến điều khiển MPPT.
Phương pháp điều khiển PI
MPPT sẽ đo giá trị điện áp PV và dòng PV, sau đó dựa vào thuật toán MPPT (P&O, INC hay các thuật toán MPPT khác) để tính toán giá trị điện áp quy chiếu Vref để nâng điều chỉnh điện áp làm việc PV lên theo Vref. Nhiệm vụ của thuật toán MPPT chỉ là định giá trị điện áp Vref và việc tính toán này sẽ được lặp lại theo chu kỳ (thường khoảng từ 1 đến 10 lần lấy mẫu trên 1 giây).
Hình 3.10. Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bộ bù PI
Bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân PI quy định điện áp đưa vào bộ biến đổi DC/DC. Bộ PI có nhiệm vụ bù sai lệch giữa Vref và điện áp đo được bằng cách điều chỉnh hệ số đóng cắt D. PI có tốc độ làm việc nhanh, cho đáp ứng nhanh và ổn định. Bản thân bộ điều khiển PI được cấu tạo từ những thành phần tương tự Analog, nhưng nó được làm việc với nguyên tắc điều khiển xử lý tín hiệu số DSP (Processing Signal Digital) vì bộ xử lý tín hiệu số có thể thực hiện được nhiều nhiệm vụ khác như xác định điểm làm việc có công suất tối ưu vì vậy sẽ giảm được một số lượng thành phần trong hệ.
Phương pháp điều khiển trực tiếp.
Phương pháp điều khiển này đơn giản hơn và chỉ sử dụng một mạch vòng điều khiển, và nó thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh hệ số làm việc trong thuật toán MPPT. Việc điều chỉnh hệ sô làm việc hoàn toàn dựa trên nguyên lý dung hợp tải đã trình bày ở mục 3.2
Hình 3.11. Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT.
Tổng trở của PV được coi là tổng trở vào bộ biến đổi. Nhắc lại công thức (3 – 6)
(3 – 8)
Trong đó: D là hệ số làm việc của bộ biến đổi Boost.
Hình vẽ 3.12. cho thấy việc tăng D sẽ làm giảm tổng trở vào Rin, từ đó điện áp làm việc PV sẽ dịch sang bên trái (giảm đi). Tương tự khi giảm D sẽ làm tăng Rin khi đó điện áp làm việc sẽ dịch sang phải (tăng lên). Thuật toán MPPT (P&O, INC, và các thuật toán khác ) sẽ quyết định việc dịch chuyển điện áp như thế nào.
Hình 3.12. Mối quan hệ giữa tổng trở vào của mạch Boost và hệ số làm việc D
Thời gian đáp ứng của các tầng công suất và nguồn PV tương đối chậm (10 – 50 mili giây tuỳ từng trường hợp từng loại tải). Thuật toán MPPT thay đổi hệ số làm việc D, sau đó lần lấy mẫu điện áp và dòng PV tiếp the...