›
›

Đồ án Tổng quan các bộ biến đổi dùng trong lưới PV-Đi sâu xây dựng bộ biến đổi 12V sang 48V

pdf 56 trang huongle 2780
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Tổng quan các bộ biến đổi dùng trong lưới PV-Đi sâu xây dựng bộ biến đổi 12V sang 48V", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_tong_quan_cac_bo_bien_doi_dung_trong_luoi_pv_di_sau_xa.pdf

Nội dung text: Đồ án Tổng quan các bộ biến đổi dùng trong lưới PV-Đi sâu xây dựng bộ biến đổi 12V sang 48V

  1. MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 3 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG. 3 1.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI. 7 1.3. CẤU HÌNH CỦA MỘT HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG. 7 1.3.1. Cấu hình của hệ thống năng lƣợng mặt trời. 7 1.3.2. Ứng dụng 14 CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BIẾN TẦN NỐI TIẾP 18 2.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG. 18 2.1.1. Hình ảnh và cấu trúc của bộ Inverter 19 2.1.2. Loại Inverter 19 2.1.3. Cấu trúc. 20 2.2. HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ INVERTER TRONG HỆ THỐNG. 22 2.2.1. Mở đầu. 22 2.2.2. Bộ nghịch lƣu làm việc trong hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập. 22 2.2.3. Hệ thống pin mặt trời nối với lƣới điện. 29 CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG TỐI ƯU HÓA CÔNG SUẤT 33 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG. 33
  2. 3.2. CẤU TRÚC NỐI TẦNG BỘ BIẾN ĐỔI PV DC – DC [4]. 35 3.2.1. Cấu trúc, hoạt động, nguyên lý hoạt động. 35 3.2.2. Đồng bộ hóa MPPT cho tất cả các nguồn điện PV. 37 3.3. ĐỀ SUẤT THUẬT TOÁN KIỂM SOÁT CHO TỐI ƢU HÓA NĂNG LƢỢNG CHUNG. 41 3.4. MÔ PHỎNG SỐ. 45 3.4.1. Trƣờng hợp nối tiếp với bộ giám sát. 45 3.4.2. So sánh với cấu hình song song 48 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54
  3. Lời mở đầu LỜI MỞ ĐẦU Trong tiến trình phát triển của loài ngƣời, việc sử dụng năng lƣợng đã đánh dấu một cột mốc quan trọng. Từ đó đến nay, loài ngƣời sử dụng năng lƣợng ngày càng nhiều, nhất là trong vài thế kỷ gần đây. Trong cơ cấu năng lƣợng hiện nay, chiếm phần chủ yếu là năng lƣợng hóa thạch nhƣ: than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên. Tiếp theo là năng lƣợng từ nƣớc (thủy điện), năng lƣợng hạt nhân, năng lƣợng sinh khối (bio gas, ), năng lƣợng gió và năng lƣợng mặt trời chỉ chiếm một phần rất nhỏ. Xã hội loài ngƣời sẽ không phát triển nếu nhƣ không có năng lƣợng. Ngày nay, năng lƣợng hóa thạch hay có thể gọi là năng lƣợng không tái sinh ngày càng cạn kiệt. Nhƣ chúng ta đã thấy, giá nhiên liệu đặc biệt là dầu mỏ tăng từng ngày, điều đó gây ảnh hƣởng rất lớn tới sự phát triển kinh tế - xã hội và môi trƣờng sống. Tìm kiếm nguồn năng lƣợng mới, năng lƣợng thay thế đang là nhu cầu cấp thiết. Nguồn năng lƣợng thay thế đó phải sạch, thân thiện với môi trƣờng, chi phí thấp, không cạn kiệt hay nói cách khác là có thể tái sinh và dễ sử dụng. Nhƣ chúng ta đã biết, năng lƣợng mặt trời là nguồn năng lƣợng đƣợc nhắc tới rất nhiều trong vài thập niên gần đây. Nguồn năng lƣợng này gần nhƣ vô tận, đáp ứng đƣợc hầu hết các tiêu chí nói trên. Nhiều công trình nghiên cứu đã đƣợc thực hiện, năng lƣợng mặt trời giờ là năng lƣợng của hiện tại và tƣơng laic ho sự phát triển của loài ngƣời. Ứng dụng công nghệ năng lƣợng mặt trời là một bƣớc tiến mới của loài ngƣời. Chúng ta có thể ứng dụng công nghệ này cho chính gia đình mỗi chúng ta, ở trƣờng học, bệnh viện , hay là ứng dụng cho các hệ thống năng lƣợng mặt trời nối lƣới. Và khi đã ứng dụng và đạt kết quả chúng ta có thể cải tiến nâng cao 1
  4. Lời mở đầu hiệu suất và giảm chi phí tùy theo sự năng lƣợng và tính sáng tạo trong việc sử dụng năng lƣợng của mỗi chúng ta. Trên cơ sở đó tôi đã thực hiện nghiên cứu đề tài: “Tổng quan các bộ biến đổi dùng trong lưới PV. Đi sâu xây dựng bộ biến đổi 12V sang 48V”. Nôi dung nhƣ sau: Chƣơng 1: Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời Chƣơng 2: Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp Chƣơng 3: Hệ thống tối ƣu hóa công suất 2
  5. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1. GIỚI THIỆU CHUNG. Dƣới đây là một số sơ đồ tổng quát của hệ thống năng lƣợng mặt trời sử dụng cho hộ gia đình. Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống năng lượng mặt trời ứng dụng cho hộ gia đình 3
  6. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời Trong cuộc sống hang ngày, chúng ta sử dụng khối lƣợng năng lƣợng khổng lồ. Cuộc sống của chúng ta xoay quanh việc tiêu thụ các tài nguyên thiên nhiên và tiêu thụ năng lƣợng. Phần lớn trong tỷ lệ tiêu thụ năng lƣợng đƣợc dùng cho sƣởi ấm, một phần trong số này có thể cung cấp từ năng lƣợng mặt trời. Sau đó là phục vụ cho các hoạt động sinh hoạt hàng ngày. Ta có thể sử dụng năng lƣợng mặt trời để thay thế Theo nhƣ cơ quan năng lƣợng quốc tế dự báo về việc khai thác năng lƣợng thì trữ lƣợng dầu mỏ đang ngày càng giảm. Không chỉ có dầu mỏ, hiện nay than đá, khí tự nhiên cũng đang dần cạn kiệt. Tất cả các nguồn tài nguyên đều có giới hạn, không thể khai thác mãi. Để tái tạo lại các nguồn năng lƣợng đó phải mất hàng triệu năm, trong khi đó nhu cầu sử dụng ngày càng tăng. Do đó việc tìm kiếm các nguồn năng lƣợng thay thế đang là một yêu cầu cần thiết cho ngành năng lƣợng. Các nguồn năng lƣợng mới có thể thay thế cho các nguồn năng lƣợng cổ điển và có những lợi ích về sinh thái, môi trƣờng. Hiện nay con ngƣời đã tìm ra một số nguồn năng lƣợng thay thế nhƣ: năng lƣợng gió, năng lƣợng mặt trời, năng lƣợng sinh học, Tƣơng tự nguồn năng lƣợng đến từ gió, công nghệ từ ánh sáng (solar technologies) sử dụng nguồn năng lƣợng mặt trời để biến thành nhiệt năng, điện năng và ngay cả cung cấp năng lƣợng cho cả hệ thống làm lạnh. Đối với các quốc gia có bờ biển dài, hay thuộc vùng nhiệt đới nhƣ ở Việt Nam thì hệ thống năng lƣợng này sẽ có tiềm năng lớn để giải quyết nhu cầu thiếu hụt năng lƣợng cho tƣơng lai. 4
  7. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời 1.1.1. Lợi ích trong việc sử dụng năng lượng mặt trời. Cùng với sự thay đổi về khí hậu trên trái đất hiện nay và sự cạn kiện của các nguồn năng lƣợng truyền thống thì hệ thống năng lƣợng mặt trời cho ta các các ƣu điểm sau: 1.1.1.1. Tiết kiệm. - Thời kỳ hoàn vốn cho đầu tƣ ban đầu này có thể rất ngắn tùy thuộc vào số lƣợng hộ gia đình sử dụng điện. - Sau khi đầu tƣ ban đầu đã đƣợc thu hồi, năng lƣợng từ mặt trời là thiết thực, miễn phí. - Ƣu đãi tài chính có hình thức chính phủ sẽ giảm chi phí ban đầu. - Năng lƣợng mặt trời là nguồn năng lƣợng vô tận, không đòi hỏi nhiên liệu. - Không bị ảnh hƣởng bởi việc cung cấp và nhu cầu nhiên liệu và do đó không phải chịu mức giá ngày càng tăng của xăng dầu. 1.1.1.2. Thân thiện với môi trường. - Năng lƣợng mặt trời sạch, tái tạo và bền vững, góp phần bảo vệ môi trƣờng. - Không gây ô nhiễm môi trƣờng do không sản sinh ra các chất nhƣ: khí carbon dioxit, oxit nitor, khí lƣu huỳnh hoặc thủy ngân bay vào khí quyển giống nhƣ các hình thức sản xuất điện truyền thống. - Do đó năng lƣợng mặt trời không tạo ra hiệu ứng nhà kính, đảm bảo cho môi trƣờng an toàn. - Không sử dụng nhiên liệu nên năng lƣợng mặt trời không mất thêm các chi phí cho việc vận chuyển, thu hồi các nhiên liệu hoặc lƣu trữ chất thải phóng xạ. 5
  8. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời 1.1.1.3. Độc lập, bán độc lập. - Năng lƣợng mặt trời có thể đƣợc sử dụng để bù đắp năng lƣợng tiêu thụ, cung cấp tiện ích. Nó không chỉ giúp giảm hóa đơn điện hang tháng, vẫn có thể tiếp tục cung cấp điện trong trƣờng hợp mất điện. - Một hệ thống năng lƣợng mặt trời có thể hoạt động hoàn toàn độc lập, không đòi hỏi một kết nối đến một mạng lƣới điện hoặc khí. - Việc sử dụng năng lƣợng mặt trời làm giảm sự phụ thuộc vào các nguồn năng lƣợng khác, tập trung năng lƣợng, ảnh hƣởng do thiên tai, các sự kiện quốc tế, do đó góp phần cho một tƣơng lai bền vững. - Năng lƣợng mặt trời hỗ trợ việc làm cho địa phƣơng, thúc đẩy kinh tế địa phƣơng. - Các hệ thống năng lƣợng mặt trời hầu nhƣ bảo dƣỡng miễn phí và sẽ kéo dài trong nhiều thập kỷ (tuổi thọ trung bình của pin mặt trời là khoảng 30 năm). - Sau khi lắp đặt không có chi phí định kỳ. - Hoạt động êm, không tiếng ồn, không gây ra mùi khó chịu và không cần nhiên liệu. - Có thể mở rộng hệ thống dễ dàng khi nhu cầu sử dụng tăng. 1.1.2. Nhược điểm. - Chi phí ban đầu là bất lợi chính của việc lắp đặt một hệ thống năng lƣợng mặt trời, phần lớn là vì chi phí cao của các vật liệu bán dẫn đƣợc sử dụng trong việc chế tạo pin mặt trời. - Đòi hỏi một diện tích lớn để lắp đặt các tấm pin mặt trời. - Hiệu quả của hệ thống phụ thuộc vào vị trí của mặt trời, mặc dù vấn đề này có thể đƣợc khắc phục bằng việc lắp đặt các phần tử hỗ trợ, tuy nhiên giá thành sẽ tăng. 6
  9. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời - Việc sản xuất điện mặt trời bị ảnh hƣởng bởi sự ảnh hƣởng của các đám mây. - Năng lƣợng mặt trời không sản xuất đƣợc trong ban đêm. 1.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI. Từ giàn pin mặt trời, ánh sáng đƣợc chuyển đổi thành điện năng, tạo ra dòng điện một chiều (DC). Dòng điện này đƣợc dẫn tới bộ điều khiển là một thiết bị điện tử có chức năng điều hòa tự động quá trình phóng nạp ắc-quy ra các thiết bị một chiều. Trƣờng hợp công suất giàn đủ lớn, trong mạch điện sẽ đƣợc lắp thêm bộ biến đổi điện để chuyển đổi dòng điện 1 chiều thành dòng xoay chiều, chạy đƣợc thêm nhiều thiết bị điện gia dụng. 1.3. CẤU HÌNH CỦA MỘT HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ ỨNG DỤNG. 1.3.1. Cấu hình của hệ thống năng lượng mặt trời. Dƣới đây là cấu hình cơ bản của một hệ thống năng lƣợng mặt trời. Hình 1.1. Cấu trúc hệ thống năng lượng mặt trời 7
  10. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời Một hệ thống năng lƣợng mặt trời bao gồm các thiết bị chính sau: - Solar cell: pin mặt trời - Battery: bình sạc - Charge controller: bộ điều khiển sạc - Inverter 1.3.1.1. Solar cell panel. Hình 1.2. Pin mặt trời Là các tấm pin mặt trời. Biến đổi quang năng hấp thụ từ mặt trời để biến thành điện năng. Bảng nhật năng đƣợc cấu tạo bởi những phân tử, phân tử đƣợc gắn nối tiếp hay song song với nhau, với vật liệu bán dẫn. Năng lƣợng mặt trời đƣợc gắn nối tiếp hay song song với nhau với vật liệu bán dẫn. Công suất đƣợc phát ra từ bảng nhật năng là sự tổ hợp của mỗi phân tử bán dẫn, cƣờng độ (ampere) và điện thế (voltage) của bảng nhật năng bằng cƣờng độ (ampere) và điện thế (voltage) của mỗi phần tử bán dẫn. Mỗi phân tử bán dẫn cung cấp cƣờng độ từ 2 tới 5 (ampere) và điện thế 0.5 (volts). 8
  11. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời Các phân tử bán dẫn trong bảng nhật năng đƣợc sắp xếp để cung cấp các điện thế 12, 24, 36 (volts). Công suất đợn vị là watt, công thức của công suất gồm thành phần của điện thế và cƣờng độ. P(watt) = V(volts). I(ampere) Cũng nhƣ các thành phần phân tử bán dẫn, bảng nhật năng cũng đƣợc cung cấp năng lƣợng muốn có. Các bảng nhật năng cung cấp năng lƣợng cần thiết theo nhu cầu tiêu thụ đòi hỏi. Một số thông tin cơ bản về tấm pin mặt trời: Hiệu suất: Từ 15% - 18% Công suất: 25Wp – 175Wp Số lƣợng cells trên mỗi tấm pin: 72 cells Kích thƣớc cells: 5 – 6 inchs Loại cells: monocrystaline và polycrystalline Tuổi thọ trung bình của tấm pin: 30 năm Có khả năng kết nối thành các trạm điện mặt trời công suất không hạn chế, có thể hòa lƣới hoặc hoạt động độc lập. Trong một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1KW/1m2 đến mặt đất (khi mặt trời đứng bóng và quang mây, ở mực nƣớc biển). Công suất và điện áp của một hệ thống sẽ phụ thuộc vào cách ghép nối các tấm pin mặt trời lại với nhau. Các tấm pin mặt trời đƣợc lắp đặt ở ngoài trời để có thể hứng đƣợc ánh nắng tốt nhất từ mặt trời nên đƣợc thiết kế với những tính năng và chất liệu đặc biệt, có thể chịu đƣợc sự khắc nhiệt của thời tiết, khí hậu, nhiệt độ 1.3.1.2. Bộ điều khiển sạc. Dƣới đây là một số hình ảnh về bộ điều khiển sạc đƣợc thể hiện ở hình 1.3. 9
  12. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời Hình 1.3. Bộ điều khiển sạc cho hệ thống năng lượng mặt trời Là thiết bị thực hiện chức năng điều tiết sạc cho acquy, bảo vệ cho acquy chống nạp quá tải và xả quá sâu nhằm nâng cao tuổi thọ của bình ắc-quy, giúp hệ thống pin mặt trời hoạt động hiệu quả và lâu dài. Bộ điều khiển còn cho biết tình trạng nạp điện của panel mặt trời vào ắc- quy giúp cho ngƣời sử dụng kiểm soát đƣợc các phụ tải. - Bộ điều khiển sạc dùng trong hệ thống năng lƣợng mặt trời đƣợc dùng để điều hành và kiểm soát dòng điện một chiều từ bảng nhật năng mặt trời, cung cấp cho bình tụ điện. Nếu hệ thống năng lƣợng mặt trời đƣợc thiết kế từ bảng năng lƣợng mặt trời cho đến bình tụ điện không có bộ điều khiển sạc cho dòng điện một chiều (12V DC), bình tụ điện sẽ bị hỏng do quá tải hay điện thế quá thấp. - Bộ điều khiển sạc hay còn gọi là bộ điều hòa dòng điện một chiều. Nếu bộ điều khiển sạc có cƣờng độ là 20 amps, chỉ đƣợc thiết kế cho bảng năng lƣợng mặt trời cung cấp 20 amps không hơn không kém. - Nếu cho dòng điện một chiều xuống quá thấp hay lên quá cao, bộ điều khiển sạc sẽ ngƣng hoạt động ngay tức khắc để bảo vệ bình tụ điện không bị hƣ hao. - Nhiệt độ cũng là một yếu tố cần thiết cho bình tụ điện đƣợc hoạt động lâu dài, không thay đổi nhiều ở nhiệt độ 240C (750F). 10
  13. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời Bộ điều khiển sạc còn thực hiện bảo vệ nạp quá điện thế(> 13,8 V) hoặc điện thế thấp (< 10,5 V). Mạch bảo vệ của bộ điều khiển sẽ thực hiện việc ngắt mạch khi bộ điều khiển xác nhận bình ắc-quy đã đƣợc nạp đầy hoặc điện áp bình quá thấp. 1.3.1.3. Inverter (đƣợc thể hiện ở hình 1.4). Là một bộ phận chuyển dòng điện một chiều trong bình tụ điện (battery) ra dòng điện xoay chiều (ac) 120V/240V. Phần lớn hệ thống năng lƣợng mặt trời cung cấp dòng điện một chiều đều chứa trong bình tụ điện (battery). Hầu hết các thiết bị đồ dùng trong nhà nhƣ neon, tủ lạnh, máy lạnh, ti vi đều dùng điện xoay chiều, do đó cần một bộ biến điện để chuyển dòng điện một chiều (12V) trong bình tụ điện ra dòng điện xoay chiều sử dụng theo tiêu chuẩn thông thƣờng (120V, 60Hz hoặc 220V, 50Hz). Thông thƣờng bộ biến điện có công suất đủ cung cấp cho các ứng dụng tiêu dùng và không phí phạm công suất. Bộ phận này là bộ phận có cấu tạo điện tử, nhận dòng điện một chiều (12V DC) trong bình tụ điện (battery) ra dòng điện xoay chiều (120V/240V - AC). Phần lớn bộ biến điện (Inverter) cung cấp dòng điện xoay chiều 120V AC, nhƣng tùy theo vùng điện thế đòi hỏi, bộ biến điện (Inverter) đƣợc sắp đặt nối tiếp hay song song để cung cấp dòng điện xoay chiều cho cả 120VAC/ 220VAC. Nếu là dòng điện xoay chiều 120VAC cũng có thể dùng bộ biến đổi (transformer) để cung cấp 220V AC. Sự thất thoát hiệu năng công suất của năng lƣợng mặt trời có thể từ 10% - 20% nếu không có kinh nghiệm về thiết kế mạch điện điện tử và nguyên lý hệ thống năng lƣợng mặt trời. - Đƣợc thiết kế với nhiều cấp công suất từ 0,3KVA-10KVA. 11
  14. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời - Inverter có nhiều loại và cách phân biệt chúng bằng dạng sóng của điện áp đầu ra: dạng sóng hình sin, giả sin, sóng vuông, sóng bậc thang Hình 1.4. Inverter cho hệ thống năng lượng mặt trời 1.3.1.4. Batery (ắc-quy): đƣợc thể hiện ở hình 1.5. Hình 1.5. Battery Là thiết bị lƣu trữ điện điện để sử dụng vào ban đêm hay lúc trời ít hoặc không có nắng. Đƣợc dùng để chứa điện năng một chiều thông thƣờng là 12V DC. Bình tụ điện đƣợc thiết kế nhận điện năng và cung cấp điện năng nhiều lần trong hệ thống năng lƣợng mặt trời. Bình tụ điện có đơn vị là cƣờng độ giờ (Amp hour 12
  15. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời hay ah), thƣờng là 20 giờ hay 100 giờ. Cƣờng độ giờ (ah) của bình tụ điện đƣợc cung cấp bởi bình tụ điện trong một thời gian hạn định. Ví dụ, cƣờng độ 350 (ah) của bình tụ điện cung cấp liên tục cƣờng độ 17.5 ah trong 20 giờ hay cung cấp liên tục cƣờng độ 35 ah trong 10 giờ. Theo công thức P=V.I, với bình tụ điện điện thế 6V, cƣờng độ 360 ah, sẽ cho công suất là 6.360=2160 Watts hay 2.16 KWh. Cũng nhƣ bảng nhật năng bình tụ điện đƣợc ghép nối tiếp hay song song để cung cấp nhu cầu điện thế đòi hỏi. Bình tụ điện phải có đủ cƣờng độ để cung cấp hiệu quả điện thế trong thời gian không có nắng cho hệ thống năng lƣợng mặt trời hay cho những ngày nhiều mây. Bình tụ điện là vật liệu dễ tiêu hao nên đƣợc chế tạo sử dụng lâu dài cho hệ thống năng lƣợng mặt trời và không cần bảo trì. Ắc-quy có nhiều loại, kích thƣớc và dung lƣợng khác nhau, tùy thuộc vào công suất và đặc điểm của hệ thống pin panel mặt trời. Hệ thống có công suất càng lớn thì cần sử dụng ắc-quy có dung lƣợng lớn hoặc dùng nhiều bình ắc-quy kết nối lại với nhau. 1.3.1.5. Khung giá và dây cáp Để đảm bảo cho hệ thống pin panel mặt trời đặt đúng vị trí tốt nhất (nắng nhiều nhất và lâu nhất) và hiệu suất sử dụng hệ thống luôn đƣợc ổn định lâu dài, chúng ta cần đến bộ khung gá và dây cáp chuyên dụng. Để tối đa hóa hiệu suất của hệ thống, các tấm pin panel mặt trời cần đƣợc lắp đặt theo một góc nghiêng và một hƣớng nhất định (tùy thuộc từng vị trí lắp đặt cụ thể). Lƣu ý rằng khi lắp đặt tránh những vùng có khả năng bị che, khuất nắng, nên lựa chọn những vị trí có thể hứng đƣợc nắng tốt nhất cho cả ngày. 13
  16. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời Các phụ kiện kèm theo: ống, công tắc, bảng điện, Vaseline, domino, ổ cắm để lắp hoàn chỉnh hệ thống điện mặt trời. 1.3.2. Ứng dụng Hệ thống năng lƣợng mặt trời ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi. Ứng dụng trong các hộ gia đình hay các khu chung cƣ Ngoài ra hệ thống năng lƣợng mặt trời còn đƣợc áp dụng cho các nhà máy điện năng lƣợng mặt trời. Pin mặt trời là phƣơng pháp sản xuất điện trực tiếp từ năng lƣợng mặt trời qua thiết bị biến đổi quang điện. Pin mặt trời có ƣu điểm là gọn nhẹ, có thể lắp đặt ở bất kỳ đâu có ánh sáng mặt trời, đặc biệt là trong lĩnh vực tàu vũ trụ. Ứng dụng năng lƣợng mặt trời ở dạng này đƣợc phát triển rất nhanh, nhất là ở các nƣớc phát triển. Ngày nay ứng dụng năng lƣợng mặt trời để chạy xe thay thế dần năng lƣợng truyền thống. Tuy nhiên giá thành thiết bị pin mặt trời còn khá cao, trung bình hiện nay khoảng 5-10 USD/Wp, nên ở những nƣớc đang phát triển pin mặt trời chỉ có khả năng duy nhất là cung cấp năng lƣợng điện sử dụng cho các vùng sâu vúng xa, nơi đƣờng điện quốc gia chƣa có. Ở Việt Nam, với sự hỗ trợ của nhà nƣớc (các bộ , ngành) và các tổ chức quốc tế đã thực hiện thành công việc xây dựng các trạm pin mặt trời có công suất khác nhau phục vụ nhu cầu sinh hoạt và văn hóa của các địa phƣơng vùng sâu, vùng xa, các công trình nằm trong khu vực không có lƣới điện. Tuy nhiên, hiện nay pin mặt trời vẫn là món hàng xa xỉ đối với các nƣớc nghèo nhƣ chúng ta. Đi đầu trong việc phát triển ứng dụng này là ngành Bƣu chính Viễn thông. Các trạm pin mặt trời phát điện làm nguồn cấp điện cho các thiết bị thu phát sóng của các bƣu điện lớn, trạm thu phát truyền thông qua vệ tinh. Ở ngành bảo đảm hàng hải, các trạm pin mặt trời sự dụng làm nguồn cấp điện cho các thiết bị chiếu sáng, cột hải đăng, đèn báo sông. Trong ngành công nghiệp, các trạm pin 14
  17. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời mặt trời phát điện làm nguồn cấp điện dự phòng cho các thiết bị điều khiển trạm biến áp 500KV, thiết bị máy tính và sử dụng làm nguồn cấp điện nối với điện quốc gia. Trong sinh hoạt của các hộ gia đình vùng sâu, vùng xa, các trạm pin mặt trời phát điện sử dụng để thắp sáng, nghe đài, xem vô tuyến. Trong ngành giao thông đƣờng bộ, các trạm pin mặt trời dần đƣợc sử dụng làm nguồn cấp điện cho các cột đèn chiếu sáng. Các công trình ứng dụng Khu vực phía Nam ứng dụng các dàn pin mặt trời phục vụ thắp sáng và sinh hoạt văn hóa tại một số vùng nông thôn xa lƣới điện. Các trạm pin mặt trời có công suất từ 500 – 1000 Wp đƣợc nắp đặt ở trung tâm xã, nạp điện vào ắc-quy cho các hộ gia đình sử dụng. Các dàn pin mặt trời có công suất từ 250 – 500 Wp phục vụ thắp sáng cho các bệnh viện, trạm xá và các cụm văn hóa xã. Đến nay đã có khoảng 800 – 1000 dàn pin mặt trời đã đƣợc lắp đặt và sử dụng cho các hộ gia đình, công suất mỗi dàn từ 22,5 – 70 Wp. Khu vực miền trung có bức xạ mặt trời khá tốt, có số giờ nắng cao, rất thích hợp cho việc ứng dụng pin mặt trời. Hiện tại ở miền Trung có hai dự án lai ghép với pin mặt trời có công suất lớn nhất Việt Nam đó là: - Dự án phát điện ghép giữa pin mặt trời và thủy điện nhỏ, công suất 125 KW đƣợc lắp đặt tại xã Trang, huyện Yang Mang, tỉnh Gia Lai, trong đó công suất hệ thống pin mặt trời là 100KWp (kilowatt peak) và của thủy điện là 25 KW. Dự án đƣợc đƣa vào vận hành từ cuối năm 1999, cung cấp điện cho 5 làng. Hệ thống điện do điện lực Yang Mang quản lý và vận hành. - Dự án phát điện lai ghép giữa pin mặt trời và động cơ gió phát điện với công suất là 9 KW, trong đó pin mặt trời là 7 KW. Dự án trên đƣợc lắp đặt tại làng Kongu 2, huyện Đak Hà, tỉnh Kon Tum, do Viện Năng lƣợng thực hiện. 15
  18. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời Công trình đã đƣợc đƣa vào sử dụng từ tháng 11/2000, cung cấp điện cho một bản dân tộc ngƣời thiểu số với 42 hộ gia đình. Hệ thống điện do sở Công thƣơng tỉnh quản lý và vận hành. - Các dàn pin mặt tời đã lắp đặt ứng dụng tại các tỉnh Gia Lai, Quảng Nam, Bình Định, Quảng Ngãi và Khánh Hòa, hộ gia đình có công suất từ 40 – 50 Wp. Các dàn đã lắp đặt ứng dụng cho các các trung tâm cụm xã và các trạm y tế xã có công suất từ 200 – 800 Wp. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu để thắp sáng và truyền thông; đối tƣợng phục vụ là ngƣời dân, do dân quản lý và vận hành. - Khu vực phía Bắc, việc ứng dụng các dàn pin mặt trời phát triển với tốc độ khá nhanh, phục vụ các hộ gia đình ở các vùng núi cao, hải đảo và cho các trạm biên phòng. Công suất của dàn pin dùng cho các hộ gia đình từ 40 – 75 Wp. Các dàn pin dùng cho các trạm biên phòng, hải đảo có công suất từ 165 – 300 Wp. Các dàn dùng cho các trạm xá và các cụm văn hóa nông thôn, xã từ 165 – 525 Wp. - Tại Quảng Ninh có hai dự án pin mặt trời do vốn trong nƣớc tài trợ: Dự án pin mặt trời cho các đảo vùng Đông Bắc. Tổng công suất lắp đặt khoảng 20 KWp. Dự án trên do viện năng lƣợng và trung tâm năng lƣợng mới trƣờng đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện. Hệ thống điện sử dụng chủ yếu là để thắp sáng và truyền thông, đối tƣợng phục vụ là bộ đội, do đơn vị quản lý và vận hành. Dự án pin mặt trời do cơ quan hành chính và một số hộ dân của huyện đảo Cô Tô. Tổng công suất lắp đặt là 15 kWp. Dự án trên do viện Năng lƣợng thực hiện. Công trình đã vận hành từ tháng 12/ 2001. - Công ty BP solar của Úc đã tài trợ một dự án pin mặt trời có công suất là 6120 Wp phục vụ cho trạm xá, trụ sở xã, trƣờng học và khoảng 10 hộ gia đình. Dự án trên đƣợc lắp đặt tại xã Sĩ Hai, huyện Hà Quảng, tỉnh Cao Bằng. 16
  19. Chƣơng 1. Giới thiệu chung về hệ thống năng lƣợng mặt trời - Dự án “Ứng dụng thí điểm điện mặt trời cho vùng sâu, vùng xa” tại xã Ái Quốc tỉnh Lạng Sơn đã hoàn thành vào tháng 11/ 2002. Tổng công suất dự án là 3000 Wp, cung cấp điện cho trung tâm xã và trạm truyền hình, chủ yếu để thắp sáng và truyền thông; đối tƣợng phục vụ là ngƣời dân, do dân quản lý và vận hành. - Trung tâm hội nghị quốc gia sử dụng điện mặt trời: tổng công suất pin mặ trời 154 KWp là công trình điện mặt trời lớn nhất Việt Nam. Hệ thống pin mặt trời hòa mạng điện chung của trung tâm hội nghị quốc gia. - Trạm pin mặt trời nối lƣới Viện Năng lƣợng công suất 1080 Wp bao gồm 8 môđun. - Trạm pin mặt trời nối lƣới lắp đặt trên mái nhà làm việc của bộ công thƣơng, 54 Hai Bà Trƣng, quận Hoàn Kiếm, Hà Nội, công suất lắp đặt 2700 Wp. - Lắp đèn trên đƣờng phố Đà Nẵng sử dụng nguồn năng lƣợng mặt trời. Hệ thống thu góp điện năng đƣợc dán thẳng trên thân trụ đèn. Bên trong thân trụ có tám bình ắc-quy dùng để trữ năng lƣợng. - Hai cột đèn năng lƣợng mặt trời kết hợp năng lƣợng gió đầu tiên đƣợc lắp đặt tại Ban quản lý Công nghệ cao Hòa Lạc. Hai cột đèn trị giá 8000 USD, do công ty cổ phần tập đoàn quốc tế Kim Đỉnh lắp đặt. Hiện tại, hai cột đèn này có thể sử dụng trong 10 giờ mỗi ngày, có thể thắp sáng bốn ngày liền nếu không có nắng và gió. Tóm lại: Tổng công suất lắp đặt: khoảng 1,45 MWp. Số địa phƣơng lắp đặt: trên 40 tỉnh và thành phố; Bộ Bƣu chính Viễn thông, Bộ Quốc Phòng, Bộ Giao thông Mục đích sử dụng: sinh hoạt, thông tin liên lạc,, tín hiệu giao thông, Kinh phí viện trợ không hoàn lại, thông qua các dự án hợp tác quốc tế: 30% - 35%. Kinh phí các doanh nghiệp: 40% - 45%. Chính phủ (trung ƣơng, địa phƣơng): 20% - 30%. 17
  20. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp CHƯƠNG 2. HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI BIẾN TẦN NỐI TIẾP 2.1. SƠ ĐỒ HỆ THỐNG. Dƣới đây là sơ đồ giới thiệu về một hệ thống năng lƣợng mặt trời hòa lƣới điện có dự trữ. Hình 2.1: Hệ thống sản xuất điện năng lượng mặt trời hòa lưới có dự trữ sử dụng bộ Inverter 18
  21. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp Trong sơ đồ này ta thấy các bộ phận cơ bản của một lƣới điện mặt trời bao gồm: - Solar cell - DC/AC Inverter - Battery blank: gồm có ắc-quy và bộ điều khiển sạc - Các đồng hồ đo 2.1.1. Hình ảnh và cấu trúc của bộ Inverter Hình 2.2: Hình ảnh Inverter 2.1.2. Loại Inverter - Model: LIS – 15S Power: 1500VA (1000W) Input DC: 12V DC (10 – 16V DC) Input AC: 220V AC/ 50 Hz (pure sine wave) Battery charger max: 50A - Model: LIS – 25S Power: 2500VA (1800W) Input DC: 24V DC (21 – 30.5V DC) Output AC: 220V AC (175 – 175V AC) Input AC: 220V AC/ 50 Hz (pure sine wave) Battery charger max: 50A (5 steps selectable) Solar charger max: 50A 19
  22. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp - Model: LIS – 35S Power: 3500VA (2500W) Input DC: 24V DC (21 – 30.5V DC) Input AC: 220V AC (175 – 275V AC) Ouput AC: 220V AC/ 50 Hz (pure sine wave) Battery charger max: 50A (5 steps selectable) Solar charger max: 50A - Model: LIS – 50S Power: 5000VA (4000W) Input DC: 48V DC (41 –62V DC) Input AC: 220V AC (175 – 275V AC) Ouput AC: 220V AC/ 50 Hz (pure sine wave) Battery charger max: 50A (5 steps selectable) Solar charger max: 50A 2.1.3. Cấu trúc. Sau đây là một số hình ảnh về bộ inverter hoạt động trong hệ thống năng lƣợng mặt trời. Hình 2.3: Cấu trúc bộ Inverter 20
  23. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp 1.Solar Panel (+) 6. AC Input-Ground 11. Dry Contact-C (E) (Common) to Star 2.Solar Panel (-) 7. AC Output-Line(L) Generator 3.Battery (-) 8. AC Ouput-Neutral 12. Dry Contact-NC (N) (Nomal Close) to Star 4. AC Input-Line(L) 9. AC Ouput-Ground Generator (E) 5. AC Input-Neutral 10. Dry Contact-NO 13. Ground Fault (N) (Nomal Open) to Star Indication Generator Trong đó: Solar panel (+): điều khiển năng lƣợng mặt trời cực dƣơng. Solar panel (-): điều khiển năng lƣợng mặt trời cực âm. Battery (-): cực âm pin. AC Input -line (L): AC đầu vào dây pha. AC Input- Neutral (N): AC đầu vào dây trung tính. AC Output -Ground (E): AC đầu vào dây nối đất. Dry Contact- NO (Nomal Open) to Star Generrator. Dry Contact-C (Common) to star generator. Dry contact (Nomal Close) to Star Generator. Ground Fault Indication: chỉ số nối đất. 21
  24. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp 2.2. HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ INVERTER TRONG HỆ THỐNG. 2.2.1. Mở đầu. Bộ nghịch lƣu biến đổi công suất một chiều thành xoay chiều. Nhiều bộ biến đổi cho phép vận hành hai chiều, nghĩa là cả chỉnh lƣu và nghịch lƣu. Nói chung các bộ biến đổi có điện áp 12, 24, 48, 120 hay 240V DC, 220V hoặc 110V AC. Do điện mặt trời có giá trị thấp và tuy là điện một chiều nhƣng giá trị lại thay đổi theo điều kiện bức xạ của mặt trời do đó để có thể nạp vào ắc-quy hoặc biến đổi xoay chiều ngƣời ta phải sử dụng bộ tăng áp DC/DC. Tín hiệu vào của bộ biến đổi này khoảng 12V và tín hiệu ra khoảng 145V. Đó là giai đoạn 1: là giai đoạn chuyển đổi từ một chiều sang một chiều. Sang giai đoạn thứ hai là giai đoạn biến tần thực tế. Nó chuyển đổi điện áp DC cao sang điện áp xoay chiều AC (110V – 225V AC, tần số 60Hz hay 50Hz AC). 2.2.2. Bộ nghịch lưu làm việc trong hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập. Các bộ nghịch lƣu lý tƣởng cho hệ thống pin mặt trời làm việc độc lập cần có: - Điện áp ra hình sin - Điện áp và tần số nằm trong giới hạn cho phép - Có khả năng hoạt động khi điện áp vào biến thiên rộng - Có khả năng điều chỉnh điện áp ra - Sóng hài nhỏ - Hiệu suất cao ở các tải nhỏ - Có khả năng chịu quá tải ngắn hạn - Bảo vệ quá điện áp, điện áp thấp, bảo vệ tần số, ngắn mạch 22
  25. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp - Có khả năng chịu xung - Tổn hao có tải và không tải thấp - Điện áp ngắt nguồn ắc-quy thấp - Nhiễu âm và nhiễu radio thấp Thƣờng bộ nghịch lƣu nguồn áp dạng một pha hoặc ba pha với kỹ thuật điều biến sóng chữ nhật, gần chữ nhật hoặc PWM. Nếu dụng cụ gia dụng đòi hỏi sóng hình sin, do vậy kỹ thuật điều biến PWM đƣợc sử dụng rộng rãi. Hình 2.4 trình bày sơ đồ các bộ nghịch lƣu một pha, trong đó ở hình 2.4a là sơ đồ bán cầu và ở hình 2.4b là sơ đồ cầu. Hình 2.4a. Sơ đồ bán cầu Hình 2.4b. Sơ đồ cầu 23
  26. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp Sơ đồ cầu nghịch lƣu ba pha đƣợc trình bày trên hình 2.5 đầu ra nối với máy biến áp tam giác-sao không. Hình 2.5. Sơ đồ cầu nghịch lưu ba pha  Dạng sóng đầu ra: Phần lớn các loại Inverter này đều có kích thƣớc và trọng lƣợng nhỏ hơn so với loại Inverter còn lại nếu có cùng công suất do không sử dụng biến áp sắt từ có kích thƣớc lớn, một phần còn lại của các loại Inverter biến đổi hai bƣớc có thê có trọng lƣợng lớn bởi chúng sử dụng biến áp sắt rừ thông thƣờng dành cho việc nạp ắc-quy. Hình 2.10 cho ta các dạng sóng đầu ra cơ bản của bộ Inverter Hình 2.6: Dạng sóng đầu ra 24
  27. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp Trên hình, có ba dạng sóng cơ bản ta thƣờng thấy trong các bộ Inverter: Đƣờng số 1 là sóng hình sin (hay thƣờng gọi là sóng sin chuẩn). Đƣờng số 2 là dạng sóng xung vuông. Đƣờng số 3 là đƣờng mô tả theo sóng sin. Về biên độ sóng, mức điện áp của sóng sin ở lƣới điện 220V dân dụng tại đỉnh trên là 330V, còn dạng mô phỏng sin (modified sine wave) và loại xung vuông (square wave) thì có mức điện áp thấp hơn. Chính vì các mức điện áp đỉnh này nên việc đo điện áp đầu ra của các loại Inverter bằng đồng hồ hiển thị số loại bình thƣờng sẽ không chính xác bởi chúng thƣờng đo theo mức điện áp đỉnh rồi chia cho căn 2, muốn đi chuẩn thì nên dùng một số loại đồng hồ kim hay đồng hồ có chức năng đo RMS. Lƣu ý thêm về điều này là nếu ta dùng bộ Inverter dạng mô phỏng hoặc dạng xung vuông với một bộ ổn áp nhƣ kiểu Lioa thì sẽ cho ra các mức điện áp cao với mức năng lƣợng lớn và chắc chắn sẽ gây cháy các thiết bị điện trong gia đình bạn. Theo cách thức hoạt động của các loại Inverter mà chúng có các dạng sóng đầu ra khác nhau. Ta sẽ xem với các loại nguyên lý nào thì sẽ cho ra dạng sóng gì sau đây.  Loại thứ nhất: Có nguyên lý giống nhƣ đã mô tả nhƣ trên đầu ta đã trình bày – nhƣng có một mạch tạo ra mẫu sóng sin rồi sau đó khuếch đại chúng lên bằng các transistor công suất và biến áp. Về nguyên lý, thì cách này có thể thực hiện đƣợc, nhƣng trên thực tế ngƣời ta không hoặc hiếm khi áp dụng chúng vì chúng gây tổn hao nhiều công suất cho hình sin ấy – dẫn đến bộ kích có hiệu suất rất là thấp. Lý do hiệu suất thấp bởi nguyên lý này hoạt động giống nhƣ một bộ amply công suất lớn mà đặc tính của các transistor thông thƣờng có tổn hao thấp nếu nhƣ chỉ ở hai trạng thái: đóng hoặc mở, còn ở trạng thái đóng một phần (biến 25
  28. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp thiên để cho ra dạng sin hoặc dạng khuếch đại âm thanh) thì transistor sẽ tỏa ra nhiều nhiệt và hiệu suất sử dụng thấp. Tuy nhiên,nguyên lý hoạt động này lại thƣờng áp dụng cho các loại Inverter tạo ra sóng vuông hoặc sóng mô phỏng sóng sin. Do sự hoạt độngcủa transistor để tạo ra sóng vuông hoặc mô phỏng sóng sin là đóng hoặc mở hoàn toàn nên với nguyên lý này áp dụng cho các loại Inverter “không sin” là phù hợp. Đặc điểm nhận biết của loại hoạt động theo nguyên lý này là ở cuộng sơ cấp (cuộn dây có kích thƣớc lớn để có thể cho dòng tới vài chục ampe chạy qua) có ba đầu dây ra: một đầu là điểm giữa đƣợc nối với cực dƣơng hoặc cực âm của ắc-quy, đầu còn lại đấu với các transistor.  Loại thứ hai: Tạo ra dạng sóng sin bằng cách sử dụng các cầu chỉnh lƣu H để cho ra các dạng sóng xoay chiều ở mức điện áp thấp (mức điện áp của ắc-quy) rồi sử dụng biến áp sắt từ để biến đổi chúng thành mức điện áp 220V AC sử dụng thông thƣờng. Nguyên lý này thƣờng thấy ở nhiều loại Inverter thông dụng trên thị trƣờng của các thƣợng hiệu nhƣ: MAXQ, Netca, Apollo Đặc điểm dễ nhận dạng Inverter hoạt động theo nguyên lý này là các đầu vào sơ cấp của biến áp sắt từ chỉ có hai đầu dây (thay vì ba nhƣ loại sóng vuông hay mô phỏng).  Loại thứ ba: Việc tạo ra sóng sin đƣợc thực hiện nhờ vào việc điều tiết tại 4 transistor đầu ra. So với loại Inverter điện từ đã nói ở trên thì do điều tiết ở dạng sóng ở phần điện đầu ra nên dòng điện cần điều chỉnh nhỏ hơn (ví dụ 1000VA thì dòng chỉ khoảng 5A), do vậy nhiệt hao phí thấp hơn so với điều chỉnh ở phần điện áp thấp (12, 24 V DC ) với dòng vài chục ampe – chính vì vậy mà kết hợp sử dụng các biến áp xung có hiệu suất cao ở tầng trƣớc nên các bộ Inverter loại này 26
  29. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp có hiệu suất cao, có thể đạt trên 80% đến 85% hoặc cao hơn tùy thuộc vào công suất và loại tải. Trong cả hai loại trên chất lƣợng sóng sin hoàn toàn phụ thuộc vào việc điều khiển các transistor, nếu nhƣ các bƣớc điều khiển đƣợc băm càng nhỏ thì sóng càng có chất lƣợng tốt. Không những thế, việc điều chỉnh điện áp và dạng sóng tùy theo mức tải cũng rất phức tạp, chính do vậy mà chỉ với các nguyên lý cơ bản trên mà mỗi hang sản xuất khác nhau lại có cách làm khác nhau (hoặc ngay cùng một hang cũng có các cách thiết kế khác nhau để phù hợp với nhu cầu sử dụng của từng đối tƣợng) và chất lƣợng điện đầu ra khác nhau.  Ảnh hưởng của dạng sóng không sin tới các thiết bị tiêu thụ điện: Bởi dạng sóng đầu ra của các Inverter không hoàn toàn với dạng sóng của lƣới điện dân dụng (tức hình sin) nên chúng có thể gây ảnh hƣởng tới một số thiết bị sử dụng điện, một số thiết bị khác lại hoàn toàn không ảnh hƣởng bởi dạng này. Dạng sóng vuông thƣờng gây khó khăn cho sự hoạt động của các thiết bị điện có tính chất cảm kháng – chủ yếu là các động cơ điện (ở trong quạt, điều hòa, tủ lạnh, máy bơm nƣớc ). Nếu nhƣ với sóng sin chuẩn, các động cơ điện hoạt động một cách mƣợt mà thì với dạng sóng xung các động cơ làm việc với hiệu suất kém hơn, phát tiếng kêu và có thể nóng hơn bình thƣờng. Nguyên nhân có thể do sự chuyển đổi mức điện áp của sóng vuông khiến từ trƣờng các cuộn dây cũng thay đổi đột ngột, dẫn đến các roto làm việc cũng có mô men thay đổi đột ngột: tăng đột ngột (khi trạng thái từ 0V đến mức cực đại) hoặc hãm cực đại (về mức 0V) vàdẫn đến hiệu suất làm việc kém và các cuộn dây làm việc thƣờng bị nóng. Tùy thuộc vào chất lƣợng và các đặc điểm riêng các động cơ điện mà có các ảnh hƣởng sau: 27
  30. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp - Nếu động cơ có chất lƣợng không cao (định vị cuộn dây không chắc chắn, lõi sắt không chặt ), do sự biến thiên đột ngột giữa các mức điện áp nên cuộn dây và lõi thép không chặt sẽ bị rung, gây ồn. - Nếu roto có quán tính không lớn (đa số quạt bàn, quạt cây đều nằm trong trƣờng hợp này) vì chính bản thân các roto quay không đều (thời điểm điện áp xung cao thì các roto có mô men lớn – nhƣng nó chƣa kịp thay quay theo phù hợp thì mô men đó bị ngắt vì đến thời điểm điện áp xuống thấp, do quán tính thấp nên tốc độ quay lại giảm đi, rồi lại đến mức điện áp cao cứ nhƣ vậy liên tục nên roto quay một cách giật cục không đều nhƣ đối với dòng điện có dạng sin chuẩn (tuy nhiên điều này không nhìn thấy đƣợc bằng mắt thƣờng bởi sự quay giật cục đó xảy ra rất nhiều lần trong một giây). - Đối với loại động cơ có trọng lƣợng roto lớn thì hiện tƣợng quay giật cục xuất hiện rõ nét hơn trong thời điểm khởi động và sẽ giảm dần tới mức tối thiểu khi tới đã đạt tốc độ quay. Nhƣ vậy, trong đa số trƣờng hợp khi sử dụng quạt với bộ Inverter ta nên sử dụng với tốc độ cao nhất của quạt để hạn chế sự giảm hiệu suất. Cũng lƣu ý thêm về đèn tuýp, bởi có hai loại đƣợc sử dụng rộng rãi hiện nay: loại đèn có chấn lƣu dây quấn và loại dùng chấn lƣu điện tử. Đối với đèn tuýp sử dụng chấn lƣu điện tử thì chúng có cầu chỉnh lƣu diot để chuyển thành điện một chiều trƣớc khi dao động thành tần số cao để cung cấp cho bóng đèn (tƣơng tự các loại đèn compact tiết kiệm điện cũng có các chấn lƣu điện tử nằm ở đui đèn), vậy loại đèn này cũng sử dụng tốt với các bộ Inverter. Loại dèn tuýp còn lại sử dụng chấn lƣu bằng các vòng dây quấn thông thƣờng cùng với tắc te bật đèn khá khó khăn khi sử dụng với các bộ Inverter có các đầu ra là xung vuông. 28
  31. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp 2.2.3. Hệ thống pin mặt trời nối với lưới điện. Các bộ nghịch lƣu không chỉ đảm bảo nối các dàn pin mặt trời với lƣới mà còn phải đảm vận hành đồng bộ với lƣới. Các hệ thống có thể không có bộ ắc- quy dự phòng. Khi nối với lƣới hệ thống này cho phép hộ tiêu thụ đƣợc cấp điện từ nguồn pin mặt trời và điện năng bổ sung nhận từ lƣới hoặc phát công suất vào lƣới qua bộ nghịc lƣu. Khi hệ thống pin mặt trời đƣợc tích hợp với lƣới hình thành dòng công suất hai chiều giữa dàn pin mặt trời và lƣới. 2.2.3.1. Bộ nghịch lưu đối với các ứng dụng nối với lưới. Bộ nghịch lƣu đóng vai trò kết nối giữa nguồn một chiều do dàn pin mặt trời tạo nên và lƣới điện xoay chiều. Chúng phải tạo nên dòng điện xoay chiều có dạng sóng hình sin và tần số phù hợp và phải đảm bảo dàn pin hoạt động với công suất cực đại. Nói chung các bộ nghịch lƣu đƣợc điều chế PWM với tần số sóng mang từ 2kHz đến 20kHz. Có hai loại bộ nghịch lƣu tùy theo sơ đồ điều khiển của chúng: - Nghịch lƣu nguồn dòng CSI (Current-Source Inverter), hình 2.7b. - Nghịch lƣu nguồn áp VSI ( Voltage-Source Inverter), hình 2.7a. Hình 2.7a. Nghịch lưu nguồn áp 29
  32. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp Hình 2.7b. Nghịch lưu nguồn dòng Có thể chuyển đổi hai loại nghịch lƣu bằng cách bổ sung một số linh kiện. Trong nghịch lƣu nguồn áp phía một chiều là nguồn áp đối với nghịch lƣu. Nguồn áp này có tụ điện ghép song song với đầu vào. Trong nghịch lƣu nguồn dòng có điện cảm mắc nối tiếp với đầu vào một chiều, do đó nguồn dòng xuất hiện ở phía đầu vào nghịch lƣu. Dàn pin mặt trời đƣợc làm gần đúng nhƣ một nguồn dòng. 2.2.3.2. Các bộ nghịch lưu trong hệ thống nối dàn pin mặt trời với lưới điện. Các bộ nghịch lƣu trong hệ thống nối dàn pin mặt trời với lƣới điện có thể: - Đƣợc chuyển mạch bằng lƣới; - Tự chuyển mạch; - Chuyển mạch với máy biến áp cao tần. Bộ nghịch lƣu chuyển mạch bằng lƣới có sơ đồ ở hình 2.8 thƣờng đƣợc sử dụng cho mục đích truyền động điện. Mạch điều khiển phải đƣợc thay đổi để chuyển góc mồi ở chế độ chỉnh lƣu (00<α<900) sang chế độ nghịch lƣu (900< α<1800). Bộ nghịch lƣu đòi hỏi đƣợc nối với lƣới có trở kháng nhỏ. Nếu công suất cực đại cho phép nối với lƣới nhỏ hơn công suất nghịch lƣu thì bộ nghịch 30
  33. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp lƣu có thể làm việc với chuyển mạch bằng lƣới. Bộ nghịch lƣu chuyển mạch bằng lƣới sẽ rẻ hơn nhƣng chất lƣợng điện xấu hơn. Các sóng hài bậc cao có thể gây ảnh hƣởng xấu cho lƣới đƣợc lọc bằng bộ lọc, ngoài ra bộ nghịch lƣu có hệ số công suất thấp và đòi hỏi phải có mạch điều khiển bổ sung. Máy biến áp dùng để cách ly về điện. Hình 2.8. Bộ nghịch lưu một pha chuyển mạch bằng lưới Bộ nghịch lƣu tự chuyển mạch: Có thể sử dụng điều khiển điều khiển chuyển mạch điều biến độ rộng xung PWM, với sơ đồ cho trên hình 2.9. Cầu nghịch lƣu gồm: tranzitor lƣỡng cực, MOSFET, IGBT, GTO tùy theo mục đích sử dụng. GTO sử dụng cho công suất lớn còn IGBT cho tần số cao (20kHz). Ngày nay đa số các bộ nghịch lƣu tự chuyển mạch có dạng sóng hình sin. Bộ nghịch lƣu với máy biến áp tần số cao: Máy biến áp tần số 50Hz dùng cho bộ nghịch lƣu chuyển mạch PWM nặng nề và đắt tiền. Khi sử dụng máy biến áp lõi ferit làm việc ở tần số trên 20kHz sẽ thuận tiện hơn sơ đồ nghịch lƣu liên lạc qua máy biến áp cao tần. 31
  34. Chƣơng 2. Hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp Hình 2.9. Nghịch lưu tự chuyển mạch Tụ điện phía một chiều đóng vai trò bộ lọc đầu vào. Tiếp theo là khối nghịch lƣu điều biến PWM tạo nên điện áp cao tần qua máy biến áp đƣa vào khối chỉnh lƣu cao tần. Điện áp một chiều đƣợc lọc qua cuộn cảm sau đó đƣợc nghịch lƣu và nối với lƣới. Dòng điện hình sin và trùng pha với điện áp dây thể tạo nên dạng sóng hình bậc thang.  Nhận xét: Đối với hệ solar stand alone, bộ Inverter phải đủ lớn để có thể đáp ứng đƣợc khi tất cả các tải đều bật lên, nhƣ vậy nó phải có công suất bằng 125% công suất tải. Nếu tải là motor thì phải tính toán thêm công suất để đáp ứng thời gian khở động của motor. Chọn Inverter có điện áp vào danh định phù hợp với điện áp danh định của bộ sạc. Đối với hệ solar kết nôi lƣới điện, ta không cần bộ sạc, do đó điện áp vào danh định của bộ Inverter phải phù hợp với điện áp danh định của hệ pin mặt trời. 32
  35. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG TỐI ƯU HÓA CÔNG SUẤT 3.1. GIỚI THIỆU CHUNG. Ngày nay, nhân loại đang quan tâm tới các nguồn năng lƣợng có thể tái tạo đƣợc, sạch và vô tận. Sự nghiên cứu đƣợc tiếp tục phát triển để duy trì cải tiến công nghệ biến đổi và phát triển nguồn năng lƣợng mới. Trang bị điện mặt trời hoặc là vừa làm đẹp phong cảnh cho những vila nếu công suất nhỏ hơn 5kW hoặc kết nối lƣới khi công suất lớn hay tạo thành hệ năng lƣợng hỗn hợp gồm có các nguồn năng lƣợng tái tạo khác. Điều quan tâm đƣợc tập trung vào cải thiện hệ thống PV tƣơng xứng hơn, cho việc ứng dụng rộng rãi đứng về mặt năng lƣợng, hiệu suất, sự phù hợp với lƣới điện và khả năng thông tin cho việc kết nối lƣới điện có độ tin cậy, thời gian làm việc, an toàn và an ninh cao . Một hệ thống điện mặt trời phải chịu sự tối ƣu hóa theo các tiêu chí khác nhau và thƣờng xuyên mâu thuẫn với nhau để có kết quả là một sản phẩm tốt nhất cho những ứng dụng cụ thể. Việc khai thác hệ thống PV đã chứng minh sự cần thiết của phƣơng pháp điều khiển tự động và xử lý thông tin cho tối ƣu hóa tính chất động, phản ứng nhanh với biến đổi của nguồn năng lƣợng sơ cấp, nhƣ ánh sáng, và sự bền vững đối với loại nhiễu khác nhau. Trong trƣờng hợp cụ thể ứng dụng cho lƣới điện một trong những điều quan trọng nhất đó là bám điểm công suất tối đa “maximum power point tracking” (MPPT), nhằm tối đa hóa năng lƣợng điện tạo ra bất kể điều kiện bức xạ mặt trời nhƣ thế nào. Một nỗ lực nghiên cứu quan trọng là giành cho việc tìm kiếm phƣơng pháp đơn giản, hiệu quả với yêu cầu kiến thức tối thiểu về MPPT. Trong số các phƣơng pháp đó lớp phƣơng pháp 33
  36. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất đƣợc gọi là gây nhiễu và quan sát dựa trên cơ sở là bơm các nhiễu có tần số cao, biên độ nhỏ ( thƣờng là sóng hài) vào trong hệ thống để phát hiện các dấu hiệu của gradient năng lƣợng, đã đƣợc chứng minh là một phƣơng pháp thành công nhất. Ngƣời ta có thể nói rằng MPPT là một lời giải thực tế trong trƣờng hợp một hệ thống PV có các tế bào nhận đƣợc cùng một mức độ bức xạ. Một hệ thống nhƣ vậy có một đặc tính năng lƣợng, mà đặc tính đó có thể không phải là trƣờng hợp một hệ thống phân bố đặc biệt lớn, với khả năng có thể xảy ra là bị che phủ nhiều. Quả thực, cụ thể cấu hình các module PV có thể có những đặc điểm năng lƣợng đặc trƣng có nhiều điểm cực đại. Những công trình gần đây nhất phản ánh sự quan tâm của phƣơng pháp thiết kế MPPT có thể bám nhiều đỉnh theo sự biến đổi nhanh điều kiện bức xạ. Một số nguồn điện PV với mỗi kết hợp bộ chuyển đổi boost - DC đƣợc nối tầng trên cùng một bus dc và để giao tiếp với lƣới bằng một biến tần DC – AC. Vấn đề là tìm một chiến lƣợc điều khiển bền vững để đạt đƣợc khả năng nhận công suất tối đa từ sơ đồ này, với giả thiết rằng các bộ nguồn PV nhận những bộ phận bổ sung biểu hiện chính là những yêu cầu về giới hạn điện áp ra (OVL) khi khai thác phụ thuộc chủ yếu vào sự thay đổi điều kiện bức xạ. 34
  37. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất 3.2. CẤU TRÚC NỐI TẦNG BỘ BIẾN ĐỔI PV DC – DC [4]. 3.2.1. Cấu trúc, hoạt động, nguyên lý hoạt động. Dƣới đây là cấu trúc nối tầng bộ biến đổi PV DC-DC Hình 3.1. Cấu trúc nối tầng bộ biến đổi DC-DC Việc phân tích hệ thống PV gồm một loạt cấu trúc liên kết các bộ biến đổi DC – DC. Một chuỗi điện cao đƣợc nối với một biến tần DC – AC kết quả là nhận đƣợc những ƣu điểm của cấu trúc "bộ biến đổi trên một tấm pin" phƣơng pháp này rõ ràng là rẻ hơn và hiệu quả hơn là một bộ biến tần dc-ac kết nối với lƣới điện. Bộ chuyển đổi buck và một bộ biến đổi boost là giải pháp hiệu quả hơn trong việc tiết kiệm chi phí. Ở đây, bộ biến đổi boost dc-dc đã đƣợc sử dụng (Hình 3.1). Cấu trúc nghiên cứu có một số lợi thế trực quan hơn trƣờng hợp kết nối song song. Nhƣ vậy, đối với một điện áp dc-bus đã cho thì việc thực hiện nối tiếp cho phép các bộ biến đổi boost riêng rẽ với tỷ lệ nhảy bậc tƣơng đối nhỏ đƣợc sử dụng (thƣờng là ba đến bốn), đảm bảo hiệu quả tốt cùng với chi phí thấp. Không 35
  38. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất giống nhƣ trƣờng hợp song song yêu cầu tỷ lệ nhảy bậc cao hơn (hơn bốn), điều đó dẫn tới hoặc hiệu suất thấp hoặc giá thành cao hơn do sử dụng hai tầng biến đổi dc-dc. Sức ép về hạn chế dòng điện có thể xảy ra. Tuy nhiên cả 2 nhƣợc điểm này có thể tránh đƣợc nếu các bƣớc hạ điện áp ra của PV đƣợc thực hiện bằng nối tiếp một số tấm trƣớc tầng biến đổi dc-dc. Tuy nhiên, nối tiếp các tấm PV lại bất lợi từ quan điểm khả năng nhận công suất tối đa, vì nó bị giới hạn bởi công suất phát ra từ các tấm có bức xạ kém. Nhƣ vậy, tổng công suất cung cấp bị rủi ro do một phần bị che phủ, ví dụ nhƣ, một số tấm bị che phủ. Một mô phỏng số so sánh giữa trƣờng hợp nối tiếp và trƣờng hợp song song của cùng một công suất có thể đƣợc thấy tại mục 3.4. Hình 3.1 chỉ ra n module biến đổi DC – DC giống hệt nhau đƣợc nối tiếp tới một biến tần DC – AC nhận nhiệm vụ chuyển năng lƣợng vào lƣới điện. Mỗi mô-đun biến đổi i dựa trên các nguồn điện PVI , chứa hoặc là một tấm đơn hoặc là nối các tấm để nhận đƣợc cùng độ bức xạ tƣơng tự nhƣ đặc tính công suất. Về vấn đề này, bộ ngắt mạch boost có liên quan. Nhƣ vậy nguồn điện PV có thể điều khiển độc lập và do đó tối ƣu đƣợc dòng công suất từ nguồn bức xạ Irri :tín hiệu điều biên độ rộng xung uchi {0,1},của bộ ngắt mạch i có thể điều khiển để cải thiện sự hoạt động của các PVi v.v. (IPVi , VPVi ), độc lập với hoạt động của các nguồn điện khác. Trong sử dụng cho lƣới, mỗi một bộ ngắt mạch(chopper) tạo một MPPT cho nguồn điện PV của nó , trong khi các biến tần lƣới điều chỉnh điện áp DC – BUS. Ở trạng thái ổn định cùng một dòng Idc chạy qua tất cả các bộ ngắt mạch n V V LetV * * với tổng điện áp ra là điện áp một chiều i 1 oi dc dc . Trong đó Vdc là giá trị điện áp yêu cầu ở bus dc ( IVPVI PVI ) Trong đó i=1,2 là các điểm hoạt động. những giá trị ổn định của tất cả các biến ở hình 3.1 có thể giảm. Nhƣ vậy điện áp 36
  39. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất ra của các chopper(bộ ngắt mạch) đã chỉ ra rằng sự biến dạng của bus dc ở module biến đổi phụ thuộc vào trọng số của mỗi công suất PV cung cấp trong tổng thể công suất cung cấp. n VVIVIVoi dc. PVi . PVi / PVi . PVi (3.1) i 1 Năng lƣợng mặt trời biến đổi trực tiếp theo mức độ bức xạ. Do đó, khi nào mức độ độ bức xạ gần nhƣ giống nhau cho tất cả các nguồn điện PV, ngƣời ta có thể áp dụng thực tế cùng một điểm làm việc, đặc biệt là điểm làm việc có công suất cực đại thỏa mãn điện áp ở bus dc phần lớn là bằng nhau dựa trên n bộ biến đổi DC-DC và công suất tổng đạt đƣợc tối đa. Tuy nhiên, khi mức độ bức xạ thay đổi nhanh sau một thời gian, thì trọng số sẽ không cân bằng và một số bộ biến đổi dc-dc sẽ bị quá áp. 3.2.2. Đồng bộ hóa MPPT cho tất cả các nguồn điện PV. Nhƣ ta đã biết, đƣờng cong công suất của một mô-đun PV theo mô-đun điện áp PPV (VPV) là không đồng nhất(unimodal). Giả thiết quỹ tích MPPT tƣơng ứng với mức độ bức xạ khác nhau đƣợc gọi là đƣờng cong chế độ năng lƣợng tối đa (MPR). MPPT hoạt động có nghĩa là bám các MPR không phân biệt mức độ bức xạ. Ta có, MPPT trên mỗi nguồn điện PV đƣợc thực hiện bằng tìm một điểm điều khiển cực trị (ESC), và phƣơng pháp P & O có khả năng tìm cực trị của một số mô hình khó khăn và khó xác định chính xác động học không nhất quán bằng cách cấp cho các máy tín hiệu hình sin. Hình 3.2 cho thấy ESC có thể đƣợc áp dụng cho các module PV. Khi cấp cho một module PV một điện áp biến đổi hình sin có tần số ω với biên độ đủ nhỏ, một công suất biến đổi đƣợc cảm ứng, công suất này nói chung là không hình sin do đặc tính phi tuyến và có sóng điều hòa bậc một ω. Điều này có thể đƣợc loại 37
  40. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất trừ(extracted), bằng một bộ lọc thông cao và nó cùng pha với điện áp biến đổi nếu điểm hoạt động trên phần tăng dần của đƣờng cong công suất-điện áp và trễ pha π cho phần giảm dần. Các sản phẩm của hai tín hiệu có hai thành phần: Hình 3.2: Áp dụng nguyên tắc ESC cho các mô-đun PV Một là biên độ nhỏ, và thành phần có tần số 2ω, có thể đƣợc bỏ qua, và thành phần liên tục, mà sẽ chuyển đổi dấu của nó nhƣ là điểm hoạt động dịch chuyển từ phía này sang phía khác khác của đƣờng cong PPV tối đa. Sau đó thành phần này đi qua một bộ tích phân có hệ số khuếch đại k để cung cấp một bƣớc điện áp VPV cần thiết để di chuyển điểm làm việc tới vị trí tối ƣu với tốc độ hội tụ phụ thuộc vào tỷ lệ k, 0 và 1 / ω . Các điện áp so sánh áp đƣợc áp dụng cho module PV, kết quả nhƣ sau VPV = VPV + sin (ωt). Liên quan đến vấn đề là bộ điều khiển ESC phải đƣợc chỉnh định thế nào, một số nghiên cứu tổng thể có thể đƣợc áp dụng nhƣ sau. Thật vậy, tần số kích thích ω phải đủ lớn, có nghĩa là, phải nằm ngoài băng thông của thiết bị, để đảm 38
  41. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất bảo sự ổn định của hệ thống kín. Mặt khác, trong các hệ thống có các thiết bị điện tử công suất, tần số này bị giới hạn trên bởi tần số đóng mở của thiết bị điện tử công suất. Biên độ a phải đủ nhỏ để sao cho tính chất của thiết bị còn tuyến tính và các biến ra cảm ứng còn có dạng hình sin do đó, a phải đƣợc lựa chọn phụ thuộc vào độ dốc của đặc tính VPV-PPV của thiết bị. Hệ số khuếch đại của bộ tích phân k là kết quả từ sự giới hạn trên của gradient tham chiếu đến giá trị động chính của thiết bị, nhƣ vậy thiết bị có thể bám theo tín hiệu tham chiếu(so sánh). Lƣu ý rằng đặc tính VPV-PPV thay đổi theo thời gian, do đó, bộ điều khiển có thể hoặc đƣợc điều chỉnh trên hầu hết đƣờng cong điển hình, hoặc có thể cố gắng sử dụng luật điều khiển thích nghi của tham số điều khiển tính toán. Mô phỏng MATLAB / Simulink đã đƣợc thực hiện cho một cấu trúc liên kết ba nguồn điện PV nhƣ trong hình 3.1, trong đó mỗi nguồn điện PV đƣợc thiết lập MPPT độc lập bởi ESC, phụ thuộc vào sự thay đổi nhanh và mạnh điều kiện bức xạ. Tín hiệu PWM uchi tạo ra trong một vòng điều khiển điện áp, mà giá trị so sánh VoPVi nhận đƣợc từ một bô ESC-dựa trên bộ bám MPP khi sử dụng các số đo công suất nguồn điện PPVi . Mỗi nguồn PV mắc nối tiếp hai mô-đun PV có kích thƣớc (125 × 125) mm, công suất đỉnh của mỗi môdule là 150W, dòng ngắn mạch 5.3A, điện áp khi hở mạch là 59V, và 40V điện áp điển hình tại công suất điển hình. Năm thông số điển hình đã biết của PV-diode đã đƣợc sử dụng. (VRIVPV s PV )/ t IPV I ph I0 ( e 1) ( V PV I PV ) / R sh (3.2) Trong đó Iph là dòng điện do hiệu ứng PV, I0 là dòng bão hòa của các diode Vt là điện áp nhiệt, và Rs và Rsh là điện trở nối tiếp và shunt tƣơng ứng. Có một yêu cầu đƣợc đặt ra khi kích thƣớc hệ thống PV là tỷ lệ giữa giá trị lý tƣởng của điện áp dc-bus và giá trị định mức của điện áp ra của bộ ngắt mạch(chopper) Vr *ideal đối với số lƣợng các nguồn điện PV. Trong trƣờng hợp này, Vdc = 450 V để 39
  42. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất cho phép giao tiếp với một mạng lƣới 220V/50Hz; n = 3, Vr có thể cung cấp *ideal đƣợc lựa chọn xung quanh Vdc /n, v.v , 150 V. Các tín hiệu bức xạ bị trễ một khoảng thời gian từ một máy nguồn PV này tới một nguồn khác do đó khi mô phỏng nhƣ một đám mây đi qua. Một mô hình động năng 2 phổ của bức xạ tƣơng tự với mô hình của một nguồn năng lƣợng tái tạo không quy luật, tốc độ gió, đã đƣợc sử dụng. Ở đây, tốc độ biến thiên đã đƣợc thiết lập trong vòng 1s, đại diện cho sự biến đổi nhanh hơn là thƣờng xuyên xảy ra [xem hình 3.3 (a)]. Mỗi ESC điều khiển đã đƣợc điều chỉnh nhƣ sau: hằng số tích phân k = 100, nhiễu hình sin có biên độ a = 0,1 và tần số ω = 100 Hz. Ban đầu, tất cả các máy phát điện PV, cùng đƣợc áp dụng một điện áp tham chiếu * (trong trƣờng hợp này, VPV = 65 V, giá trị này đƣợc chọn tùy ý tại một điểm nào đó ở giữa khoảng biến đổi của điện áp), sau đó, quyền điều khiển đƣợc chuyển sang MPPT. Các kết quả của hoạt động đồng thời MPPT của tất cả các nguồn điện đƣợc lƣu ý trong hình 3.3 (b). Khi các giá trị bức xạ đã trở thành không cân bằng tối đa, thì điện áp ra của bộ ngắt mạch thứ nhất và thứ 3, tức là, Vo1 và Vo3, đã vƣợt quá xa giá trị định mức Vr = 150 V. Giá trị của các tụ điện đƣợc chọn là CPV = 4700 μF và CDC = 22 000 μF. Những giá trị này khá cao là bởi lý do điều khiển, nghĩa là để làm phẳng sự biến đổi điện áp do sự thay đổi nhanh các nguồn sơ cấp. Nhƣ vậy, các tụ CPV đảm bảo sự phẳng của của điện áp đầu ra biến đổi. Giá trị của CDC ngăn ngừa sự mất cân bằng đột ngột của mức độ chiếu xạ riêng từ sự lan truyền quá nhanh trong điện áp đầu ra của bộ ngắt. Bằng cách này, đủ thời gian cấp cho một cấu trúc giám sát để đƣa ra quyết định, nhƣ trình bày ở phần tiếp theo. Giá thành của các tụ điện cũng có thể quyết định tiêu chí tốt nhất để lựa chọn giá trị các tụ điện này. 40
  43. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất Sự hoạt động đồng thời MPPT của tất cả các nguồn phát điện trong một mạng lƣới cấu trúc nối tiếp PV có hiệu quả chỉ khi nguồn phát điện PV phát điện gần nhƣ bằng nhau. Tuy nhiên sức ép các nguồn phát điện áp có thể bị vi phạm. Việc tối ƣu hóa năng lƣợng toàn cầu đòi hỏi một sự giám sát để phát hiện một mức độ đủ làm giảm chiến lƣợc tối ƣu sơ bộ để đáp ứng yêu cầu này. Hình 3.3. Phân tích hiệu suất của cấu trúc PV khi tất cả các nguồn điện hoạt động đồng thời trong MPPT dưới sự thay đổi nhanh của các bức xạ. 3.3. ĐỀ SUẤT THUẬT TOÁN KIỂM SOÁT CHO TỐI ƯU HÓA NĂNG LƯỢNG CHUNG. Việc đạt đƣợc công suất tối đa không phụ thuộc vào các điều kiện bức xạ, trong khi bị giới hạn về điện áp, có thể đƣợc đảm bảo nếu mỗi nguồn phát điện PV đƣợc trang bị hai luật điều khiển thay vì chỉ sử dụng một là MPPT. Thuật điều khiển chính là MPPT, còn luật thứ hai là luật điều khiển OVL. Một hệ điều khiển, có thể quản lý (điều khiển) trên toàn hệ thống những sự kiện khác nhau và sau đó đƣa ra quyết định cho phép một trong những cách điều khiển cho mỗi nguồn phát điện PV, phải đƣợc thiết kế chính xác. Một hệ thống nhƣ vậy đƣợc 41
  44. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất gọi là một hệ giám sát không cần phải chạy liên tục, vì nó quan sát xu hƣớng thay đổi trong một cửa sổ thời gian có liên quan hơn là ở sự thay đổi tức thời. Vì vậy, các thuật toán giám sát chạy mỗi Tsv giây, ở đây Tsv đƣợc lựa chọn phù hợp tùy thuộc vào động năng nhanh nhất của hệ thống giám sát. Giả sử rằng các hoạt động bình thƣờng là MPPT trên tất cả các nguồn phát điện,cơ cấu giám sát phải có khả năng phát hiện các lỗi OVL do mất cân bằng giữa trọng số năng lƣợng điện của các nguồn phát điện, nhƣ vậy giữa các điện áp Voi , i = 1, 2,. . . , n. Ngƣỡng chấp nhận đƣợc ở đây là 1.2Vr. Khi có ít nhất một sự hạn chế nhƣ vậy đƣợc phát hiện, thì một giá trị mới của dc-bus điện áp tham chiếu lần đầu tiên có thể tìm đƣợc, giá trị này sẽ tái lập chế độ cân bằng giữa các *ideal điện áp, có nghĩa là nằm trong khoảng ±20% giá trị Vdc . Nếu nhƣ một giá trị nhƣ vậy không tìm ra, thì thiết bị giám sát chuyển từ MPPT sang OVL cho các nguồn phát điện đã vƣợt qua ngƣỡng điện áp chấp nhận, còn các nguồn phát điện khác vẫn còn trong MPPT. Nếu giá trị của một hệ điều khiển máy phát điện trong OVL giảm, điều này có nghĩa rằng nguồn năng lƣợng tổng đã tăng lên. Điều đó chỉ có thể là do sự gia tăng về năng lƣợng đƣợc cung cấp bởi nguồn phát điện vẫn hoạt động trong MPPT. Hơn nữa, điều này có nghĩa rằng sự cân bằng bức xạ sẽ đƣợc tái lập, và MPPT một lần nữa lại có thể. Việc điều khiển các nguồn phát điện có liên quan sau đó có thể đƣợc chuyển trở lại MPPT dựa trên ƣớc tính gradient của trọng số điện. Sơ đồ khối bộ giám sát, cùng với kết nối nó với khối bộ ngắt mạch và điều khiển của biến tần, đƣợc hiển thị trong hình 3.4. Sơ đồ năng lƣợng và điện áp ra PPVi và Voi, i = 1, 2,. . . , n, cũng nhƣ số đo điện áp dc Vdc-bus thuận tiện để bộ lọc thông thấp phản ánh xu hƣớng trên cửa sổ thời gian mong muốn. Trọng số năng lƣợng wi , i = 1, 2,. . . , n, và họ các gradient đƣợc tính toán trong bộ giám sát. Quyết định giám sát đầu ra nhị phân 42
  45. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất sẽ xác định kiểu hoạt động của nguồn phát PV: Tín hiệu ra i là 1 cho MPPT và 0 cho OVL. Chuyển đổi giữa 2 bộ điều khiển chính, thực tế là chỉ chuyển đổi giá trị điện áp tham chiếu. Những đầu ra của khối cấp 1 ở hình 3.4. Hình 3.4. Sơ đồ khối giám sát thực hiện tối ưu hóa năng lượng toàn cầu và kết nối với bộ ngắt mạch và khối điều khiển Inverter. Trong đó đã chú ý tổng quát các cấu trúc bộ ngắt mạch những phần tiếp theo cung cấp các tính hiệu PWM uchi ,i = 1, 2,. . . , n, cho các bộ ngắt mạch. Bộ giám *new sát cũng tính một giá trị mới của điện áp tham chiếu liên kết dc Vdc , giá trị này sẽ đƣợc cấp cho khối điều khiển bộ biến tần [khối 2 trong hình 3.4]. Tín hiệu PWM uinv là tín hiệu cuối cùng gửi đến các biến tần. Đầu ra Khối tính toán cũng là biến nhị phân ký hiệu là " tìm thấy trong [hình 3.4], tín hiệu đó, cùng với wi và dwi / dt, i = 1, 2,. . . , n, đƣợc sử dụng trong một trạng thái tự động giới hạn để cung cấp cho chế độ hoạt động của nguồn phát điện PV. Giá trị của đƣợc tính nhƣ sau. Nếu cuối cùng có một nguồn phát điện PV đã vƣợt 43
  46. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất qua ngƣỡng điện áp tối đa, thế có nghĩa khả năng công suất của các nguồn phát điện khác (hoặc có thể từ nhiều nguồn khác) đã giảm. Một điện áp tham chiếu dc-bus mới V *new đã tìm thấy cho phép cho tất cả nguồn phát điện còn duy trì dc *new MPPT, thế có nghĩa rằng tất cả đã đến một giới hạn mới Voi ≤ 1.2 · Vr, i = 1, 2,. . . , n. Khi tính toán theo (1),có thể đủ giảm dc-bus tham chiếu đêna: 1,2 · Vr/ max {wi} (3.3). in1,2, , Lƣu ý rằng (3.3) là giá trị ở trạng thái ổn định, trong đó nguồn phát PV phản ánh chính xác mức độ bức xạ. Nhƣ vậy, trọng số wi là trọng số của Irri trong tổng Im . Giá trị (3.3) có thể đƣợc thông báo là giá trị điện áp tham chiếu mới cho *ideal vòng điều khiển biến tần nếu nó lớn hơn 0,8 · Vdc .Nếu không, bộ giám sát làm giảm MPPT của máy phát điện đã vƣợt qua giới hạn bằng cách chuyển điều khiển của nó sang OVL tại 1.2Vr. Đây là một chế độ không tối ƣu từ quan điểm năng lƣợng; tuy nhiên, nó là sự suy giảm ít hạn chế hơn vì nó vẫn đảm bảo các yêu cầu(sức ép) để đƣợc mức giới hạn. Trong hình 3.4, cũng mô tả rằng bộ giám sát làm việc chu kỳ Tsv, s. Các bƣớc của thuật toán giám sát đƣợc liệt kê nhƣ sau: - Đối với tất cả các nguồn phát điện PV, tính trọng số năng lƣợng của nó wi, i = 1, 2,. . . , n. Ký hiệu gradient trọng số của chúng gi, i =1, 2,. . . , n. - Nếu có ít nhất một nguồn phát điện đã vƣợt qua 1.2Vr, thì sẽ tính toán một giá trị tham chiếu điện áp dc -bus mới nhƣ (3.3). *ideal - Nếu [0,8 · Vdc , 1,2 · ], thì đơn giản những nguồn phát điện PV đã vƣợt qua 1.2Vr . Thiết lập điều khiển cho OVL. - Nếu không, gửi nhƣ là tín hiệu tham chiếu để điều khiển biến tần. 44
  47. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất - Với tất cả các nguồn phát điện hoạt động trong OVL có gradient trọng số điện âm. - (Re) sẽ đƣợc thiết lập điều khiển cho MPPT. 3.4. MÔ PHỎNG SỐ. 3.4.1. Trường hợp nối tiếp với bộ giám sát. Dƣới đây là các đồ thị cho ta thấy hiệu suất của hệ thống PV nối tầng theo sự thay đổi của mức độ bức xạ. Hình 3.5. Hiệu suất của hệ thống PV nối tầng theo sự thay đổi của mức độ bức xạ. a. Mật độ bức xạ b. Điện áp đầu ra của ba bộ ngắt mạch c. Thời gian diễn biến của điện áp DC-bus và lưới điện d-f. Thời gian diễn biến năng lượng được cung cấp bởi ba nguồn PV 45
  48. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất Việc giám sát hệ thống PV nối tiếp dc-dc bộ biến đổi đƣợc mô tả trong [mục 3.2] đã đƣợc mô phỏng số theo bức xạ trong [hình 3.5 (a)], với tất cả các nguồn phát điện PV ban đầu hoạt động tại MPPT, dƣới cùng một mức bức xạ nghĩa là, 2 Irr1 = Irr2 = Irr3 = 900 W/m . Các trƣờng hợp bất lợi nhất đã đƣợc xem xét, với sự thay đổi các bƣớc bức xạ, điều này hiếm gặp trong tự nhiên. Sau khi Irr1 giảm từ 2 900 đến 400 W/m , Đầu ra điện áp Vo2 và Vo3 đạt đến ngƣỡng tối đa của 1.2Vr = 180 V [hình 3.5 (a)]. Theo (3.3) một giá trị mới của các tín hiệu so sánh điện áp *new dc-bus Vdc có giá trị khoảng 1,2 · 150 / (900/2200) = 440 V, chấp nhận đƣợc vì *ideal nó lớn hơn 0,8 · Vdc = 360 V [Hình 3.2 (c)]. Mối quan hệ wi = Irri / (Irr1 + Irr2 + Irr3), i = 1, 2, 3, đƣợc sử dụng để tính toán các trọng số wi . Ngƣời ta phải lƣu ý rằng (3.3) cung cấp về lý thuyết mức của điện áp dc mới, nhƣ số đo năng lƣợng PV và, do đó, trọng số của chúng wi phải đƣợc xác định ở giá trị trạng thái ổn định. Sự thay đổi đột ngột của bức xạ trên các nguồn phát điện PV có liên quan đã xác định mức năng lƣợng thay đổi tối ƣu vì vậy, các MPPTs cần một thời gian để điều chỉnh lại, Tuy nhiên các tín hiệu năng lƣợng PV sẽ luôn luôn biểu hiện những dao động do các thuật toán MPPT. Rất có khả năng là thời gian này * không thể đƣợc chờ đợi, vì vậy bộ giám sát phải quyết định thay đổi Vdc nhanh hơn các MPPTs đạt tới giá trị ổn định mới của mình. Nhƣ vậy, trọng số wi sẽ can thiệp vào (3.3) với một số giá trị quá độ, do đó, kết quả tính toán sẽ cho một giá trị hơi khác của so với lý thuyết. Sự khác biệt này có thể nhận thấy khi phóng đại ở [hình 3.5 (c)]. Giá trị tham chiếu mới này cần đƣợc lọc qua bộ lọc thông thấp sau đó cấp cho biến tần để chông giá trị quá lớn của dòng điện lƣới. Giữa t2 và t3, tất cả các nguồn phát điện PV hoạt động trong MPPT [hình 3.5 (d) - (f)]. Sự phóng đại ở hình 3.5 (e) và (f) cho thấy rằng, các giá trị điện áp dc –bus giảm khi có nhiễu do MPPT đã tăng nhẹ. Tại thời điểm t3, Irr1 trở lại mức ban đầu, và các nguồn phát điện vẫn còn trong MPPT cho đến t4, khi cả hai Irr1 và Irr2 giảm đột ngột và đáng kể, từ 900 đến 400 và đến 500 W/m2 tƣơng ứng. Ngay sau 46
  49. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất đó, chỉ Vo3 đạt đến ngƣỡng 180 V, nhƣng điện áp dc-bus tham chiếu mới không thể tìm thấy nữa. Két quả là điều khiển của các nguồn phát điện PV thứ ba đƣợc chuyển từ MPPT sang OVL- sự phát triển của Vo3 và công suất cấp bởi máy phát điện này có thể thấy ở [hình 3.5 (b) và (f)], tƣơng ứng. Hai nguồn phát còn lại tiếp tục hoạt động trong MPPT, nhƣng rõ ràng là giảm mức độ điện năng [hình 3.5 (d) và (e)]. Ngƣời ta nhận thấy rằng trƣờng hợp cuối cùng này ứng với tình trạng riêng biệt. Giá trị điện áp mới dc tính theo (3.3) sẽ là 1,2·150 / (900/1800) = 360 V nếu sử dụng các giá trị ở chế độ ổn định của wi. Mặt khác, 360 V là giá trị thấp hơn chính xác của ngƣỡng Vdc, Vì thế bộ giám sát về mặt lý thuyết sẽ cho phép tất cả các nguồn phát điện PV hoạt động ở chế độ MPPT. Tuy nhiên, các giá trị của wi đƣợc sử dụng hiệu quả bởi bộ giám sát không phải là chế độ ổn định, vì lý do đã nêu trên. Hơn nữa, đột ngột giảm bức xạ ở nguồn phát điện 1 và 2 tại t4 làm PPV1 và PPV2 đƣợc sử dụng cho tính toán wi trong (3.3) phải nhỏ hơn so với giá trị ở trạng thái ổn định [hình 3.5 (d) và (e)]. *new Vì vậy giá trị tối đa của wi lớn hơn 900/1800, và kết quả là Vdc có giá trị nhỏ hơn 360 V. Nhƣ vậy, quyết định tức thời của bộ quan sát trong trƣờng hợp này cụ thể là giảm MPPT PV nguồn phát điện 3, đảm bảo rằng các hạn chế về điện áp đƣợc đáp ứng. Lƣu ý rằng bƣớc thay đổi bức xạ chậm hơn và quá độ nhỏ hơn có thể xảy ra trong tự nhiên, trong trƣờng hợp này, bộ giám sát có nhiều khả năng quyết định giữ hoạt động MPPT bằng cách giảm điện áp dc-bus. Ngƣời ta có thể nhận thấy rằng tính chất động của các luật điều khiển MPPT tốt hơn khi thay đổi độ bức xạ âm so với thay đổi bức xạ dƣơng l, do thực tế là các đƣờng cong VPV-PPV không đối xứng trong mối quan hệ với giá trị cực đại của nó vì vậy đặc tính động khi tăng khác với đặc tính động khi giảm. Cũng nhận thấy rằng MPPT có thể tăng nhanh hơn/ hay chậm lại bởi hệ số khuếch đại bộ tích phân lớn/hay bé. 47
  50. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất 3.4.2. So sánh với cấu hình song song Mô phỏng số có thể đƣợc sử dụng để thực hiện một so sánh giữa trƣờng hợp cấu hình giám sát nối tiếp và song song, trong đó các bộ ngắt mạch đƣợc nối song song vào kết nối dc chung. Mô phỏng này nhằm mục đích so sánh hiệu quả năng lƣợng của hai hệ thống PV theo cả hai tiêu chí cân bằng và mất cân bằng mức độ bức xạ đơn. Để đạt đƣợc mục tiêu này, mô hình tổn hao là cần thiết. Một sự so sánh chính xác đƣợc đảm bảo nếu hai hệ thống PV có cùng một công suất, mỗi nguồn phát điện PV có thể đƣợc điều khiển riêng biệt bằng phƣơng tiện của các bộ ngắt mạch gióng nhau, và biến tần lƣới là nhƣ nhau. Lƣu ý về kích thƣớc và tải các hệ thống PV nối tiếp đã mô tả trƣớc, một cấu hình song song cho cùng một công suất đƣợc cung cấp, điều khiển độc lập nguồn phát điện của PV và công suất bơm vào lƣới điện bằng cách chính bộ biến tần phải nhúng vào bộ biến đổi DC- DC 2 tầng. Sơ đồ khối của một cấu trúc mạng lƣới nối PV cho ở hình 3.6. Hình 3.6. Sơ đồ khối của bộ chuyển đổi DC-DC với cấu trúc song song với hai giai đoạn chuyển đổi DC-DC 48
  51. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất Bộ boost 1-n đƣợc điều khiển duy trì các nguồn phát điện PV trong MPPT, chúng đƣợc nối song song vào kết nối thứ nhất ký hiệu là 1. Điện áp của nó phải đƣợc duy trì liên tục tại V0 bằng bộ ngắt mạch chung Điện áp Vdc của kết nối thứ hai đƣợc giữ không đổi bằng bộ biến tần lƣới, mà bộ biến tần này cũng thay đổi cùng với bơm công suất tại thông số lƣới. Các thiết lập mô phỏng số đã đƣợc thành lập nhƣ là sau. Cả hai hệ thống PV nối tiếp và song song chứa ba PV nguồn phát điện. Các chopper (bộ ngắt mạch) PV giống các chopper trong trƣờng hợp nối tiếp và giống nhƣ chopper chung; nhƣng các thông số điều khiển là giống nhau (để biết thêm chi tiết, xem Phụ lục). Các điện áp dc- kết nối cuối cùng giống nhƣ trong trƣờng hợp nối tiếp, tức là, Vdc = 450 V, vì lý do lƣới liên hệ và sử dụng cùng một biến tần lƣới, trong khi điện áp kết nối trung gian dc có thể đƣợc nhận V0 = 150 V để thực hiện sử dụng các tỷ số bộ ngắt mạch khoảng 3. Chỉ có các tổn hao trong các bộ ngắt mạch đƣợc mô hình để thay đổi điểm làm việc [26] vì rằng cả 2 cấu trúc đều sử dụng một biến tần và nhƣ vậy sự so sánh sẽ hƣớng tới kết nối dc cuối cùng nhƣ công suất ra Kịch bản bức xạ sử dụng trong mô phỏng đƣợc thể hiện trong hình 3.7 (a). 49
  52. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất Hình 3.7. So sánh giữa trường hợp ghép tầng với trường hợp ghép song song dưới cùng một mức độ bức xạ từ điểm quan sát của hiệu suất năng lượng. Trong đó, ban đầu, tất cả các bức xạ có giá trị tham chiếu Irr1 = Irr2 = Irr3 = 1000 W/m2 . Ở thời gian 25 giây theo hƣớng nằm ngang ba sự kiện xảy ra: tại 2 thời điểm 5 giây, Irr1 giảm đột ngột đến 400 W/m , ở thời gian 10 giây, bức xạ một lần nữa lại bằng và tối đa, cuối cùng, lúc 17 giây, cả hai Irr1 và Irr2 biểu diễn sự giảm đột ngột đến 400 và 500 W/m2 , tƣơng ứng. Trong hình 3.7(b), ta có thể thấy diễn biến theo thời gian về công suất quan tâm, cụ thể là năng lƣợng tối ƣu tổng thể đƣợc phân chia bởi các nguồn phát điện PV và công suất kết nối dc cuối cùng trong hai trƣờng hợp. Các lựa chọn cấu hình song song có thể cung cấp công suất tối đa không tƣơng ứng các điều kiện bức xạ vì không có hạn chế bổ sung; mỗi nguồn phát điện PV đƣợc bơm dòng tƣơng ứng với công suất tối đa của nó trong kết nối dc. Liên quan đến trƣờng hợp nối tiếp, một nguồn có thể hoạt động dƣới điều kiện bức xạ không cân bằng với tất cả các nguồn phát điện PV trong MPPT cho đến khi bộ giám sát có thể tìm thấy một điện áp kết nối dc để cho phép những hạn chế điện áp đƣợc đáp ứng. Ngƣời ta có thể thấy rằng sự 50
  53. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất phát triển giữa những khoảnh khắc 5 và 10 giây trong hình 3.7 (b) và phóng đại 1. Mức công suất tối ƣu là khoảng 840 W. Công suất kết nối một chiều của trƣờng hợp nối tiếp là lớn cỡ 790W hơn so với công suất cung cấp bởi các trƣờng hợp song song khoảng 760W- rõ ràng vì hệ thống thứ hai có tổn thất hai giai đoạn. Ngƣời ta cũng có thể xác định thời điểm khi các kết nối tham chiếu điện áp DC giảm, khi các biến đổi của công suất kết nối dc tăng lên do sự gia tăng của nhiễu MPPT. Hiệu suất của các cấu hình nối tiếp, trong trƣờng hợp này, với trƣờng hợp song song (0,94 so với 0,9). Trong điều kiện cân bằng và mức độ bức xạ tối đa, thì hiệu suất của hai kiến trúc PV thậm chí còn phân biệt rõ ràng hơn (0,95 so với 0,89) trong [hình 3.7]. Hiệu chung của các trƣờng hợp nối tiếp trở nên kém so với các trƣờng hợp song song khi các bức xạ không cân bằng và hoạt động đồng thời MPPT của tất cả các PV nguồn phát điện là không thể xảy ra. Một tình huống nhƣ vậy đƣợc hiển thị sau giây thứ 17 trong [hình 3.7 (b)]. Công suất tối ƣu tổng đạt khoảng 655 W. Trong trƣờng hợp này, bộ giám sát của hệ thống nối tiếp không thể tìm thấy một giá trị giảm thích hợp của điện áp dc, và do đó, một MPPTs có bị loại trừ. Kết quả là, hiệu suất tổng đã giảm khoảng 0,76 so với 0,93 của các cấu hình song song, trong đó nguồn phát điện PV vẫn còn tất cả ở MPPT. Cố gắng đƣa một số khái quát ở phần cuối của phân tích. Hai cấu hình PV có thể đƣợc so sánh từ quan điểm của hiệu suất năng lƣợng dƣới điều kiện bức xạ bình thƣờng, hệ thống nối tiếp với một lợi thế rõ ràng hơn khi số lƣợng các tầng biến đổi DC-DC trong cấu trúc song song lớn hơn. Khi mức độ bức xạ riêng khác nhau, bộ giám sát vẫn có khả năng đảm bảo hiệu quả cao của các trƣờng hợp nối tiếp so với hệ song song. Nếu sự suy giảm của hoạt động MPPT trên một số PV nguồn phát điện là hoàn toàn cần thiết, thì mức độ quan hệ giữa hai hiệu suất hình nhƣ thay đổi rõ ràng hơn khi số lƣợng giảm sút MPPT lớn hơn. 51
  54. Chƣơng 3. Hệ thống tối ƣu hóa công suất Một ƣu thế lớn của cấu trúc nối tiếp so với song song là giá thành rẻ do sử dụng ít số lƣợng các thiết bị điện tử công suất và cấu trúc số của thiết bị tƣơng đối rẻ đã hỗ trợ việc thực hiện giám sát. Nhận xét Trên đây đã trình bày làm thế nào tối ƣu hóa năng lƣợng có thể thể đạt đƣợc cho biến đổi nối tầng nối tiếp DC-DC PV. Các loại của các hệ thống này đảm bảo hiệu quả tốt, cùng với chi phí khá thấp khi so sánh với cấu hình song song, chủ yếu là bởi vì các bộ ngắt mạch không bắt buộc phải có tăng cao tỷ lệ. Ngƣợc lại, hoạt động đồng thời của tất cả các PV máy phát điện tại MPPT, để tối đa hóa công suất, dải hạn chế bổ sung đƣợc đáp ứng miễn là máy phát điện nhận đƣợc gần nhƣ cùng một mức độ bức xạ. Khi trƣờng hợp này không đúng nữa, dc-bus quá điện áp có thể phát sinh, nhƣ đƣợc hiển thị phân tích trạng thái ổn định và mô phỏng số. Một dòng điều khiển lớn để đảm bảo nhanh chóng biến bức xạ điều kiện và nằm trong dải hạn chế giới hạn điện áp đề xuất. Nhƣ vậy, mỗi máy phát điện PV đƣợc trang bị thêm một quy luật kiểm soát, nhằm hạn chế điện áp đầu ra của chopper. Giám sát đƣợc thiết kế, trong đó cho mỗi máy phát điện PV, thiết bị chuyển mạch giữa hai luật kiểm soát để thiết lập chế độ năng lƣợng tốt nhất có thể theo những hạn chế nhất định. MATLAB / Simulink mô phỏng đƣợc thực hiện trong trƣờng hợp của một hệ thống duy nhất pha PV lƣới điện quốc gia. Những điểm chính quan tâm trong các mối quan tâm trong tƣơng lai thời gian thực xác nhận trên các giàn khoan chuyên dụng và thử nghiệm, nhƣ lý thuyết phát triển, có thể khái quát dự kiến sức mạnh tối ƣu hóa toàn cầu các chiến lƣợc kiểm soát phối hợp. 52
  55. Kết luận KẾT LUẬN Sau thời gian nghiên cứu và thực hiện đồ án cùng với sự hƣớng dẫn tận tình của GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, đồ án đã hoàn thành với nội dung sau: 1. Chỉ ra đƣợc cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một hệ thống năng lƣợng mặt trời nói chung cũng nhƣ hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp nói riêng. 2. Làm thế nào để tối ƣu hóa trong việc sử dụng năng lƣợng mặt trời. Tuy nhiên do thời gian có hạn và năng lực bản thân còn hạn chế nên trong đồ án còn nhiều thiếu xót. Lẽ ra đồ án còn phải xây dựng một bộ biến đổi điện áp dòng một chiều từ 12V tới 36V, nhƣng do hạn chế về thời gian, kiến thức và tay nghề nên phần này chƣa thực hiện đƣợc. Đồ án mới chỉ thực hiện đƣợc phần tìm hiểu về lí thuyết một hệ thống năng lƣợng mặt trời biến tần nối tiếp, tìm hiểu đƣợc phƣơng pháp điều khiển để có một trạm năng lƣợng mặt trời có công suất cực đại. Phận xây dựng bộ biến đổi DC – DC 12V – 48V khi có điều kiện em sẽ thực hiện. Mong các thầy cô giúp đỡ em. Em xin chân thành cảm ơn! 53
  56. Tài liệu tham khảo TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, (2009), Điện tử công suất: Lý thuyết-Thiết kế-Ứng dụng tập 1. Nhà xuất bản: Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội. [2]. Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, (2009) Điện tử công suất: Lý thuyết-Thiết kế-Ứng dụng, tập 2. Nhà xuất bản: Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội [3].Cascaded DC–DC Converter Photovoltaic Systems: Power Optimization Issues. Antoneta Iuliana Bratcu, Iulian Munteanu, Seddik Bacha, Damien Picault, and Bertrand Raison. IEEE Transactions on industrial electrtonics Vol 58 No 2 February 2011 [4] J. M. Carrasco, L. G. Franquelo, J. T. Bialasiewicz, E. Galván,R. C. Portillo Guisado, Ma. Á. Martıacute;n Prats, J. I. León, andN. Moreno-Alfonso, (2006), Power-electronic systems for the grid integration of renewable energy sources: A survey, IEEE Trans. Power Electron.,vol. 53, no. 4, pp. 1002–1016, Jun. [5] S. Jemeıuml;, D. Hissel, A.-S. Coince, and B. Al-Nasrawi, (2006) Optimization and economic analysis of an hybrid fuel cell, photovoltaic and battery electric power generation system, J. Fuel Cell Sci. Technol., vol. 3, no. 4, pp. 410–414, Nov [6] V. Salas, E. Olıacute;as, A. Barrado, and A. Lázaro, (2006), Review of the maximum power point tracking algorithms for stand-alone photovoltaic systems, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, vol. 90, no. 11, pp. 1555–1578, Jul. [7]. Trang tìm kiếm tài liệu: [8]. Diễn đàn: [9]. Diễn đàn: 54