TIỂU LUẬN môn học NĂNG LƯỢNG tái tạo đề tài THIẾT kế MẠCH BIẾN đổi DC –DC có CHỨC NĂNG 2 CHIỀU

NỘI DUNG

Tính toán số lượng PV cần thiết cho toàn nhà và tính điện áp 𝑽𝒐 của mạch

Hình 1.1: Thông tin tấm PV tham khảo Đề 22

Tầm điện áp bus DC (V) 72

Số lượng Acquy 12V nối tiếp

Bảng 1.1: Thông số tấm PV

1.2 Tính toán số lượng PV trong hệ thống

Với 500W tương đương với lượng diện tích cần sử dụng là :

𝑆 500𝑊 = 2297 ∗ 1134 = 2604798 (𝑚𝑚 2 ) ≈ 2.6(𝑚 2 ) Vậy để tạo ra 1000W tương ứng với lượng diện tích cần sử dụng là:

500 = 5.2 (𝑚 2 ) Vậy diện tích lắp đặt 1kW là 𝑆 𝑜 = 5.2 (𝑚 2 )

Theo bài cho, diện tích mặt bằng là 𝑆 = 75 (𝑚 2 )

Ta xác định được tương đối công suất lắp đặt

1.2 × 5.2 = 12019 (𝑊) Trong đó: S: diện tích dự kiến đặt PV

So: diện tích 1kW lắp đặt

1,2: 20% dành cho lối đi, phòng cháy chữa cháy, vệ sinh Theo đề cho loại ta sử dụng là loại PV3 với các thông số như sau:

Công suất cực đại (Pmax-W) 335 Điện áp tại điểm công suất đỉnh

37.7 Dòng điện tại công suất đỉnh (Imp –

8.9 Điện áp hở mạch (Voc – V) 45.6

Dòng điện ngắn mạch (Isc – A) 9.4

Bảng 1.2: Thông số tấm PV theo đề bài

Số tấm PV cần thiết cho hệ thống được xác định theo công thức sau:

Mạch BUCK DC/DC converter hoạt động tốt trong khoảng Duty Cycle

Với điện áp bus DC theo đề bài: 72V Ta xác định được điện áp đầu vào converter là:

Với thông số tấm PV bài cho, điện áp tại công suất đỉnh:

Ta xác định được số tấm PV trong 1 chuỗi là:

Vậy số tấm PV mỗi chuỗi là:

Số chuỗi của toàn hệ thống là:

= 36 4 = 9 (𝑐ℎ𝑢ỗ𝑖) Vậy toàn bộ hệ thống bao gồm 36 tấm PV, được sắp thành 9 chuỗi và mỗi chuỗi gồm 4 tấm PV mắc nối tiếp với nhau

1.3 Tính toán Voc mạch pin quang điện

Theo đề cho, điện áp hở mạch Voc của 1 tấm PV là 45.6

Vậy với 4 tấm PV mắc nối tiếp trong 1 chuỗi, ta xác định được điện áp hở mạch Voc của mạch pin quang điện là:

Khảo sát đặc tuyến I(V) và P(V) của hệ thống pin quang điện khi bức xạ mặt trời thay đổi

2.1 Xác định thông số tấm PV khi bức xạ mặt trời thay đổi

Muốn vẽ đường đặc tuyến I(V) và P(V), ta phải xác định được thống số U, I của tấm pin khi bức xạ mặt trời thay đổi

Ta tiến hành thu thập thông số tấm PV thông qua việc mô hình tấm PV ở phần mềm PSIM

B1: Lấy linh kiện và vẽ mạch pin quang điện

Hình 2.1: hệ thống PV theo mô phỏng

B2: Tinh chỉnh thông số tấm PV sao cho phù hợp với đề bài yêu cầu

Công suất cực đại (Pmax-W) 335 Điện áp tại điểm công suất đỉnh

37.7 Dòng điện tại công suất đỉnh (Imp –

8.9 Điện áp hở mạch (Voc – V) 45.6

Dòng điện ngắn mạch (Isc – A) 9.4

Bảng 2.1: Thông số tấm PV

Hình 2.2: Thông số tấm 1 PV khi bức xạ 1000W/m^2

B3: Tiến hành chạy mô phỏng và lấy thông số U, I

Hình 2.3: Đường đặc tuyến I(V) của 1 tấm PV tại điểm bức xạ 1000 W/m^2 Hình 2.4: Thông số U, I tương ứng với mức thay đổi của bức xạ mặt trời

2.2 Vẽ đường đặc tuyến I(V) và P(V)

Sau khi thu thập thông số U,I của 4 mức bức xạ 1000 W/m^2, 750 W/m^2, 500 W/m^2, 250 W/m^2 Ta tiến hình vẽ đường đặc tuyến thông qua phần mềm Excel

B1: Nhập thông số U, I vào Excel

Hệ thống pin mặt trời gồm 9 chuỗi, mỗi chuỗi 4 tấm, nên:

Dòng điện khi bức xạ mặt trời thay đổi là:

10 Điện áp khi bức xạ mặt trời thay đổi là:

+ Chọn loại biểu đồ và nhập thông số U,I với U là trục hoành và I là trục tung

Hình 2.5: Đặc tuyến I(V) của hệ thống pin quang điện

+ Chọn loại biểu đồ, nhập thông số U vào trục tung, thông số P=U*I vào trục hoành

Hình 2.6: Đặc tuyến P(V) của hệ thống pin quang điện.

Nếu hệ thống PV không có các bộ biến đổi, hãy chọn hệ thống Acquy có điện áp bao nhiêu để thu được công suất nhiều nhất với mọi bức xạ mặt trời Xác định dòng điện với bức xạ 1000W/m2 bằng phần mềm và bằng giải tích toán học của hệ thống PV kết nối trực tiếp với Acquy

3.1 Chọn Acquy cho hệ thống để thu được lượng công suất nhiều nhất với mọi bức xạ

Xét tại bức xạ 1000 W/m^2, tại điểm 𝑃 𝑃𝑉(max) = 12042 𝑊 tương ứng với:

Chọn acquy với các thông số:

𝑈 acquy = 12 𝑉 Điện áp 𝑉 out của acquy khi đó là:

Vậy ta chọn n = 9, tương ứng với 9 bình acquy

Trong đó: n là số lượng bình acquy

Vậy thông số loại acquy đã chọn là: Điện áp 𝑈(𝑉) 12V Điện trở nội 𝑅(𝛺) 0.05

Bảng 3.1: chọn loại và số lượng acquy

Xét khi dòng điện thay đổi từ 0 → 100A Điện áp 𝑉 PV lúc này sẽ là:

Ta tiến hành nhập số liệu lên Excel và vẽ:

Hình 3.1: Điện áp 𝑉 𝑜𝑢𝑡 ứng với sự thay đổi của 𝐼 𝑃𝑉

Hình 3.2: Khảo sát acquy đã chọn trên đường đặc tuyến I(V)

3.3 Xác định dòng điện ứng với bức xạ 1000 𝒘 ∕ 𝒎 𝟐 a) Xác định bằng phần mềm

Dựa trên việc tính toán và lựa chọn acquy đã thực hiện ở phần 3.1, chúng ta sẽ tiến hành xây dựng mô hình hệ thống năng lượng mặt trời (PV) kết nối trực tiếp với acquy trên phần mềm Psim.

Hình 3.3: mô phỏng hệ thống PV kết nối acquy trên phần mềm

Hình 3.4: kết quả mô phỏng hệ thống PV kết nối acquy trên phần mềm

Hình 3.5: giá trị dòng điện acquy đo được

Khi hệ thống năng lượng mặt trời (PV) kết nối trực tiếp với acquy dưới bức xạ 1000 W/m², dòng điện thu được là 81 A và điện áp đạt 144.4 V Kết quả này được xác định thông qua mô phỏng và phân tích toán học.

Dựa trên cơ sở tính toán và khảo sát acquy ở phần 3.2, ta thấy điểm giao giữa đường 𝐼(𝑉) 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦 và đường đặc tuyến 𝐼(𝑉) khi bức xạ 1000 𝑤/𝑚 2 là điểm

A(144.9,82) Ứng với mức điện áp 𝑈 𝐴 = 144.9𝑉 và 𝐼 𝐴 = 8

Hình 3.7: Giao điểm giữa đường acquy và bức xạ 1000𝑤 ∕ 𝑚 2

Nếu điện áp acquy bằng 70% và 110% của điện áp câu 3, Xác định dòng điện với bức xạ 1000W/m2 bằng phần mềm và bằng giải tích toán học? Công suất

4.1 Điện áp acquy giảm còn 70% a) Xác định dòng điện bằng phần mềm:

Khi điện áp acquy giảm còn 70%

𝑈 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(70%) = 8.4 (𝑉) Tiến hành dựng mô hình hệ thống PV kết nối trực tiếp với acquy trên phần mềm Psim như sau:

Tiến hành mô phỏng, thu được kết quả như sau:

Kết quả mô phỏng cho thấy khi điện áp acquy giảm xuống còn 70%, tương ứng với bức xạ 1000 W/m², dòng điện thu được đạt 84.5 A.

113.6 V b) Xác định dòng điện bằng giải tích toán học:

Khi điện áp acquy giảm còn 70%

Xét khi dòng điện thay đổi từ 0 → 100A, tương ứng với sự thay đổi của bức xạ mặt trời Điện áp 𝑉 PV lúc này sẽ là:

Hình 4.5: Điện áp 𝑉 𝑜𝑢𝑡 ứng với sự thay đổi của 𝐼 𝑃𝑉

Vẽ đường khảo sát 𝐼 acquy(70%) sau khi điện áp acquy giảm còn 70%

Ta tiến hành nhập thông số lên Excel với trục tung là giá trị 𝐼 PV , trục hoành Vout

Hình 4.6: Khảo sát 𝐼 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(70%) trên đường đặc tuyến I(V)

Tại điểm giao giữa 𝐼 𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(70%) và đường đặc tuyên1 I(V) tại bức xạ 1000 𝑊 ∕

𝑚 2 , tương ứng với mức điện áp và dòng điện là

𝐼 𝑃𝑉 = 83 (𝑉) Vậy lượng công suất 𝑃 𝑃𝑉 thu được là:

4.2 Điện áp acquy tăng lên 10% a) Xác định dòng điện bằng phần mềm:

Khi điện áp acquy tăng thêm 10%

𝑈𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(110%) = 13.2 (𝑉) Tiến hành dựng mô hình hệ thống PV kết nối trực tiếp với acquy trên phần mềm Psim như sau:

Thực hiện mô phỏng, ta thu được kết quả như sau:

Khi điện áp acquy tăng 10% với bức xạ 1000 W/m², dòng điện đạt 75.6 A và điện áp là 152.8 V Điều này cho thấy mối quan hệ giữa điện áp và dòng điện trong hệ thống acquy.

Khi điện áp acquy tăng thêm 10%

𝑈𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(110%) = 13.2 (𝑉) Xét khi dòng điện thay đổi từ 0 → 100A, tương ứng với sự thay đổi của bức xạ mặt trời Điện áp 𝑉 PV lúc này sẽ là:

23 Hình 4.11: Điện áp 𝑉 𝑜𝑢𝑡 ứng với sự thay đổi của 𝐼 𝑃𝑉

Vẽ đường khảo sát 𝑈𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(110%) sau khi điện áp acquy tăng thêm 10%

Ta tiến hành nhập thông số lên Excel với trục tung là giá trị 𝐼 PV , trục hoành Vout

Hình 4.12: Khảo sát 𝐼𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(110%)trên đường đặc tuyến I(V)

Tại điểm giao giữa 𝐼𝑎𝑐𝑞𝑢𝑦(110%) và đường đặc tuyên1 I(V) tại bức xạ

1000 𝑊 ∕ 𝑚 2 , tương ứng với mức điện áp và dòng điện là

𝐼 𝑃𝑉 = 76(𝑉) Vậy lượng công suất 𝑃 𝑃𝑉 thu được là:

Chọn nguyên lý hoạt động của mạch DC/DC và Giải thích nguyên lý làm việc của mạch biến đổi DC/DC

5.1 Nguyên lý hoạt động của mạch DC/DC

Với sự gia tăng nhu cầu về năng lượng tái tạo, việc sử dụng pin mặt trời ngày càng trở nên phổ biến, cùng với đó là các nhu cầu liên quan như lưu trữ và hòa lưới cũng được chú trọng Một trong những thách thức quan trọng trong hệ thống pin mặt trời là khả năng lưu trữ năng lượng khi công suất sản xuất vượt quá nhu cầu tiêu thụ Để giải quyết vấn đề này, cần thiết phải có một hệ thống acquy để lưu trữ năng lượng và một bộ biến đổi DC/DC để điều chỉnh công suất, cho phép năng lượng được truyền theo hai chiều: từ bus DC xuống hệ thống acquy và từ hệ thống acquy lên bus DC.

Bộ biến đổi DC/DC hai chiều, hay còn gọi là Bidirection DC/DC, hoạt động dựa trên nguyên lý mạch buck – boost Cấu hình của bộ biến đổi này được thể hiện trong hình vẽ.

Hình 5.1: mạch bidirection a) Chế độ boost:

Trong chế độ này, MOSFET MOS1 hoạt động ở chế độ OFF trong khi MOSFET MOS2 ở chế độ ON, khiến MOS1 đóng vai trò như một diode Cấu hình mạch boost được thiết lập, cho phép mạch hoạt động với chức năng tăng áp từ bus DC xuống hệ thống acquy.

Hình 5.2: mạch bidirection ở chế độ boost b) Chế độ buck

Trong chế độ này, MOSFET MOS1 hoạt động ở chế độ ON trong khi MOSFET MOS2 ở chế độ OFF, khiến MOS2 hoạt động như một diode Cấu hình này tạo thành mạch buck, cho phép hệ thống giảm áp từ acquy lên bus DC một cách hiệu quả.

Hình 5.3: mạch bidirection ở chế độ buck

5.2 Tính toán thông số của các thiết bị

- Chọn tần số chuyển mạch là 𝑓 = 50.000𝐻𝑧 và độ gợn điện áp ngõ ra 𝛥𝑉 𝑜𝑢𝑡

Hình 5.4: The Buck(Step-Down) Converter

- Độ rộng xung hay tỷ lệ giữa thời gian đóng ngắt xung D được tính như sau:

- Xét khi tải tiêu thụ lượng công suất bằng 50%Ppv(max), ta có:

- Theo công thức tính toán công suất tiêu thụ trên tải, ta có:

- Vậy điện trở trên tải được xác định như sau:

- Dòng điện trung bình chạy qua cuộn L dây hay dòng trên tải R được xác định như sau:

- Giá trị nhỏ nhất của cuộn dây L được xác định:

- Giá trị của tụ điện C

=> Chọn giá trị của tụ điện 𝐶 = 928.55(𝜇𝐹)

5.2.2 Mạch DC/DC Buck-Boost

- Thông số bộ lưu trữ acquy:

Hình 5.5: The Buck-Boost Converter

- Dòng điện trung bình chạy qua cuộn L

- Giá trị nhỏ nhất của cuộn dây L:

- Giá trị của tụ điện C

=> Chọn giá trị của tụ điện 𝐶 = 1857(𝜇𝐹)

Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ tăng áp, chuyển công suất từ Acquy lên bus DC khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 500W/m2 đến 1000W/m2, tải tiêu thụ lượng công suất là 50% của {Ptai} Khảo sát các thông số sau

500W/m2 đến 1000W/m2, tải tiêu thụ lượng công suất là 50% của {Ptai} Khảo sát các thông số sau:

- Xét khi tải tiêu thụ lượng công suất bằng 50%Ppv(max)

- Khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 500 𝑊/𝑚 2 đến 1000 𝑊/𝑚 2 Giả sử trong khoảng thời gian T = [0,1] bức xạ mặt trời thay đổi như sau:

6.1 Công suất cực đại đặt trên tải

- Ta tiến hành chạy mô phỏng

Hình 6.1: mô phỏng mạch biến đổi DC – DC trên phần mềm

- Công suất cực đại mà tải có thể nhận tối đa theo lí thuyết là 6334 W

- Điện áp trên bus DC theo lí thuyết là 72V

- Kết quả mô phỏng thực tế là 6370 W

Hình 6.2: dạng sóng công suất tải

- Điện áp ngõ ra trên bus DC theo mô phỏng so với điện áp bus DC lý thuyết là 72V

Hình 6.3: dạng sóng điện áp bus DC

- Và khoảng thời gian T = [0,1], công suất tải luôn duy trì trong khoảng

Hình 6.4: dạng sóng công suất tải trong thời gian [0,1]

6.2 Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC

- Xét trong khoảng thời gian [0, 0.3], dòng điện ngõ vào bộ DC/DC là

- Tương ứng với lượng công suất vào bộ DC/DC.

Với bức xạ 500 W/m², công suất phát ra từ nguồn PV đạt 6990W Tuy nhiên, tải tối đa chỉ có thể nhận 6334W, dẫn đến phần công suất dư thừa là 6990W - 6334W = 656W, được truyền vào bộ DC/DC.

- Xét trong khoảng thời gian [0.3, 0.6], dòng điện ngõ vào bộ DC/DC là

Hình 6.5: dòng điện ngõ vào bus DC trong thời gian [0, 0.6]

Mặc dù công suất phát ra từ tấm pin đạt 9203W, nhưng tải tối đa chỉ có thể tiếp nhận 6334W, dẫn đến phần công suất lý thuyết mà bộ DC/DC nhận được không đạt mức tối đa.

- Xét trong khoảng thời gian [0.6, 1], dòng điện ngõ vào bộ DC/DC là

Hình 6.6: dòng điện ngõ vào bus DC trong thời gian [0.6, 1]

Công suất phát ra từ tấm pin đạt 11712W, tuy nhiên, tải tối đa chỉ có khả năng thu nhận 6334W Do đó, phần công suất lý thuyết mà bộ DC/DC nhận được là 5378W, được tính bằng cách trừ công suất tải tối đa khỏi công suất phát ra.

- Xét trong khoảng thời gian [0, 0.3] độ rộng xung D của bộ DC/DC là

- Xét trong khoảng thời gian [0.3, 0.6] độ rộng xung D của bộ DC/DC là

- Xét trong khoảng thời gian [0.6, 1] độ rộng xung D của bộ DC/DC là

Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ giảm áp, chuyển công suất xuống bình Acquy từ bus DC Khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 100W/m2 đến 500W/m2, tải tiêu thụ lượng công suất là 50% của {Ptai} Khảo sát các thông số sau

- Xét khi tải tiêu thụ lượng công suất bằng 50%Ppv(max)

- Khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 100 𝑊/𝑚 2 đến 500 𝑊/𝑚 2 Giả sử trong khoảng thời gian T = [0,1] bức xạ mặt trời thay đổi như sau:

- Ta tiến hành chạy mô phỏng

Hình 7.1: Dạng sóng công suất tải

- Công suất cực đại mà tải có thể nhận tối đa theo lí thuyết là 6334 W

- Điện áp trên bus DC theo lí thuyết là 72V

- Kết quả mô phỏng thực tế là 6338 W

Hình 7.2: Dạng sóng công suất tải

- Điện áp ngõ ra trên bus DC theo mô phỏng

Hình 7.3 minh họa dạng sóng điện áp bus DC, cho thấy rằng độ vọt lố khi bức xạ mặt trời thay đổi từ 100 W/m² đến 250 W/m² vẫn còn khá cao Đồng thời, độ dao động công suất trên tải cũng khá lớn, nguyên nhân chủ yếu do sự biến đổi của bức xạ mặt trời.

35 vì chương trình trên bộ biến đổi DC/DC chưa tốt, dẫn đến mạch hoạt động không thực sự như kì vọng

*Dấu (-) trên công thức cho thấy dòng điện đang đi từ acquy lên thanh bus DC, biểu thị cho chiều truyền công suất từ acquy sang bus DC

Nhận xét: Công suất truyền từ tấm PV sang tải lúc này là:

Do yêu cầu tải cần công suất là 6334 (W) nhưng lượng công suất từ tấm PV không đủ, nên acquy phải cung cấp cho tải một lượng công suất cần thiết.

𝑃 𝑃𝑉 = 2337(𝑊) Nhưng tải yêu cầu lượng công suất là 6334 (W) vì vậy acquy phải truyền cho tải một lượng công suất là:

- Xét trong khoảng thời gian [0, 1], dòng điện ngõ vào bộ DC/DC là

Hình 7.6: dòng điện ngõ vào bus DC trong thời gian [0, 1]

𝑃 𝑃𝑉 = 6267(𝑊) Nhưng tải yêu cầu lượng công suất là 6334 (W) vì vậy acquy phải truyền cho tải một lượng công suất là:

- Xét trong khoảng thời gian [0, 1] độ rộng xung D của bộ DC/DC là

Với bức xạ mặt trời cố định lần lượt là 100W/m2, 500W/m2 và 1000W/m2

1000W/m2 khi tải thay đổi từ 10% đến 100% Khảo sát các thông số sau:

- Khi tải thay đổi từ 10% đến 100% Xét trong khoảng thời gian T = [0, 1], tương ứng với các giai đoạn thay đổi của tải như sau:

- Lần lượt với các mức bức xạ 100 𝑊/𝑚 2 , 500 𝑊/𝑚 2 , 1000 𝑊/𝑚 2

Hình 8.1: mô phỏng hệ thống PV trên phần mềm PSIM

8.1.1 Bức xạ mặt trời đạt 100 𝑾/𝒎 𝟐

- Ta mô phỏng được giá trị công suất của tải như sau:

Hình 8.2: dạng sóng công suất tải khi bức xạ mặt trời đạt 100W/m 2

- Điện áp trên thanh bus DC

Hình 8.3: dạng sóng điện áp bus DC khi bức xạ mặt trời đạt 100W/m 2

- Lượng công suất phát ra từ tấm PV

Hình 8.4: dạng sóng công suất PV khi bức xạ mặt trời đạt 100W/m 2

- Lượng công suất tối đa mà tấm PV có thể phát ra tại mức bức xạ 100𝑊/𝑚 2 khi tải đạt 10% là 1260W

Khi công suất tải đạt 10%, lượng công suất tối đa mà tải có thể đạt được là

Hình 8.5: dạng sóng công suất PV khi bức xạ mặt trời đạt 100W/m 2 và tải đạt

Vậy phần phần công suất còn lại cần bù vào thanh bus DC sẽ được chuyển từ acquy lên

- Khi công suất tải đạt 50%, lượng công suất tối đa mà tải có thể đạt được là 6650W

Hình 8.7: dạng sóng công suất tải khi bức xạ mặt trời đạt 100W/m 2 và tải đạt

- Ứng với mức tải 100%, khi công suất tải đạt 1000%, lượng công suất tối đa mà tải có thể đạt được là 11720W

Do công suất tối đa mà acquy có thể hỗ trợ cho tải là 5170 (W), điện áp trên thanh bus DC không còn duy trì ở mức 72V mà sẽ bị sụt áp Do đó, công suất thực trên tải sẽ giảm xuống.

Hình 8.11: dạng sóng điện áp bus DC khi bức xạ mặt trời đạt 500W/m 2

Khi công suất tải đạt 10%, lượng công suất tối đa mà tải có thể đạt được là

Khi bức xạ mặt trời đạt 500 W/m², các tấm pin năng lượng mặt trời (PV) cung cấp cho tải một công suất là 7000 W.

Vì vậy phần công suất còn dư lại sẽ được nạp vào bộ lưu trữ acquy thông qua biến đổi DC/DC

Do công suất phát ra từ các tấm pin năng lượng mặt trời (PV) vượt quá nhu cầu của tải, phần công suất dư thừa sẽ được chuyển vào bộ lưu trữ acquy.

- Lượng công suất tối đa mà tấm PV có thể phát ra tại mức bức xạ 500𝑊/𝑚 2 khi tải đạt 100% là 7000 (W)

- Ứng với mức tải 100%, khi công suất tải đạt 100%, lượng công suất tối đa mà tải có thể đạt được là 11720W

Hình 8.20: dạng sóng điện áp bus DC tải khi bức xạ mặt trời đạt 1000W/m 2

- Nhưng lúc này này lượng công suất mà các tấm PV cấp cho tải tại thời điểm bức xạ mặt trời 1000 𝑊/𝑚 2 là 11720 (W)

Vì vậy phần công suất còn dư lại sẽ được nạp vào bộ lưu trữ acquy thông qua biến đổi DC/DC

Hình 8.22: dạng sóng công suất PV còn dư

- Lượng công suất tối đa mà tấm PV có thể phát ra tại mức bức xạ 500𝑊/𝑚 2 khi tải đạt 50% là 11720 (W)

Lượng công suất từ các tấm pin mặt trời (PV) thường vượt quá nhu cầu của tải tiêu thụ, do đó, phần công suất dư thừa sẽ được lưu trữ vào bộ acquy.

- Ứng với mức tải 100%, khi công suất tải đạt 100%, lượng công suất tối đa mà tải có thể đạt được là 12000 (W)

100% Đồng thời lượng công suất phát ra từ các tấm PV lúc này là 11720 (W)

Hình 8.26: dạng sóng công suất PV còn dư

- Khi công suất tải đạt giá trị 10%, dòng điện của bộ biến đổi DC/DC khi này là:

Hình 8.27: dòng điện của bộ biến đổi DC – DC khi tải đạt 10%

- Công suất phía ngõ ra của bộ biến đổi DC/DC là:

Khi bức xạ mặt trời đạt 100 𝑊/𝑚², công suất từ tấm pin PV không đủ đáp ứng yêu cầu của tải, dẫn đến việc thiếu hụt công suất 𝑃 𝑟𝑎 (10%) − 370 (𝑊) Để bù đắp cho sự thiếu hụt này, acquy sẽ cung cấp năng lượng thông qua bộ biến đổi DC/DC, truyền tải lên thanh bus DC và cấp cho tải.

Hình 8.28: dòng điện bộ biến đổi DC - DC khi tải đạt 50%

Lượng công suất phát ra từ các tấm pin mặt trời (PV) không đủ đáp ứng yêu cầu của tải Do đó, công suất thiếu hụt 𝑃 𝑟𝑎(10%) = −5480 (𝑊) sẽ được bổ sung từ acquy thông qua bộ biến đổi DC/DC, truyền tải lên thanh bus DC để cung cấp cho tải.

𝑉 𝑏𝑢𝑠(100%) = 55.73 (𝐴) Hình 8.29: dòng điện bộ biến đổi DC - DC khi tải đạt 100%

Sự mất công suất trên thanh bus DC xảy ra khi lượng công suất từ tấm pin mặt trời (PV) và bộ lưu trữ pin không đủ để đáp ứng nhu cầu của tải.

*Dấu (+) trên công thức cho thấy dòng điện đang đi từ thanh bus DC về acquy, biểu thị cho chiều truyền công suất từ thanh bus DC sang acquy

Nhận xét: Khi bức xạ mặt trời đạt 500 𝑊/𝑚 2 , lượng công suất lúc này từ tấm

PV lớn hơn công suất mà tải yêu cầu vì vậy lượng công suất còn thừa

𝑃 𝑣𝑎𝑜(10%) = 5370 (𝑊) sẽ được nạp về acquy qua bộ biến đổi DC/DC

- Công suất phía ngõ vào của bộ biến đổi DC/DC là:

Nhận xét: Vì lượng công suất yêu cầu ở tải là 6600 (W), nhưng lượng công suất truyền từ các tấm PV tại thời điểm bức xạ 500 𝑊/𝑚 2 lại lớn hơn 𝑃 𝑃𝑉 = 7000

(W) vì vậy lượng công suất còn dư sẽ được truyền ngược lại vào bộ lưu trữ acquy

Do lượng công suất phát ra từ các tấm pin năng lượng mặt trời (PV) không đủ để đáp ứng nhu cầu tải, bộ lưu trữ acquy sẽ cung cấp hỗ trợ cho lượng công suất còn thiếu.

Nhận xét: Khi bức xạ mặt trời đạt 1000 𝑊/𝑚 2 , lượng công suất lúc này từ tấm

PV lớn hơn công suất mà tải yêu cầu vì vậy lượng công suất còn thừa

𝑃 𝑣𝑎𝑜(10%) = 9991.787 (𝑊) sẽ được nạp về acquy qua bộ biến đổi DC/DC

Do bộ lưu trữ acquy phải tiếp nhận công suất lớn trong thời gian ngắn, điện áp trên thanh bus DC đã dao động lên 74.46 (V) Để khắc phục tình trạng này, cần cải thiện bộ biến đổi.

DC/DC để tránh hiện tượng này

- Công suất phía ngõ vào của bộ biến đổi DC/DC là:

Với công suất yêu cầu 6600 W, trong khi đó công suất từ các tấm PV tại bức xạ 500 W/m² đạt 11720 W, lượng công suất dư thừa sẽ được truyền ngược vào bộ lưu trữ acquy.

Vì công suất phát ra từ các tấm pin mặt trời không đủ để đáp ứng nhu cầu tải, nên lượng công suất thiếu hụt 𝑃 𝑟𝑎(100%) = −343.24 (𝑊) sẽ được bù đắp bởi bộ lưu trữ acquy.

- Khi công suất tải đạt giá trị 10%, độ rộng xung kích D của bộ biến đổi DC/DC khi này là:

- Khi công suất tải đạt giá trị 100%, độ rộng xung kích D của bộ biến đổi

DC/DC khi này là:

Khảo sát điện áp trên bus DC khi tải tăng từ 20% lên 100% và giảm xuống 50%? Nhận xét?

9.1 Khảo sát điện áp trên bus DC khi tải thay đổi

Theo yêu cầu đề bài, chúng tôi đã khảo sát các công suất tải, dòng điện trên tải theo lý thuyết và mô phỏng khi tải thay đổi từ 20% lên 100% và giảm xuống 50% Bên cạnh đó, chúng tôi cũng phân tích điện áp, dòng điện và công suất đầu vào của bộ bidirection cùng với công suất acquy Kết quả mô phỏng được trình bày chi tiết trong bảng.

Ptải (W) 14064.00 23440.00 17580.00 iR (lý thuyết) (A) 200.7 334.5 250.87 iR (mô phỏng) (A) 200 260 239.95

Bảng 9.1 Khảo sát thông số khi tải thay đổi

Theo tính toán lý thuyết, điện áp trên bus DC không thay đổi khi tải tăng từ 20% lên 100% và giảm xuống 50% Tuy nhiên, mô phỏng trên phần mềm cho thấy điện áp bus DC bị sai lệch so với giá trị 72V Hai nguyên nhân chính gây ra hiện tượng này là: thứ nhất, điện áp trên bus DC bị sụt do công suất tải lớn hơn công suất acquy cung cấp; thứ hai, chất lượng bộ bidirection chưa đạt yêu cầu Do đó, dòng tải mô phỏng có sự sai số nhất định so với dòng tải lý thuyết, dẫn đến giá trị điện áp bus không chính xác.

DC bị sai số so với giá trị điện áp lý thuyết là 72V

10 Đề xuống giải pháp cải thiện khả năng đáp ứng của mạch DC – DC 2 chiều Để cải thiện khả năng đáp ứng của mạch dc/dc hai chiều ta có thể sử dụng phương pháp sau:

Bộ điều khiển PID, viết tắt của "Proportional-Integral-Derivative", là một kỹ thuật điều khiển quá trình giúp giảm thiểu sai số thông qua ba thành phần chính: tỉ lệ, tích phân và vi phân Cụ thể, tác động tỉ lệ giúp điều chỉnh nhanh chóng theo sai số hiện tại, tác động tích phân xử lý các sai số tích lũy theo thời gian, và tác động vi phân dự đoán xu hướng của sai số dựa trên tốc độ thay đổi trước đó.

Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển PID

Bộ điều khiển PID tối ưu hóa mạch DC/DC hai chiều bằng cách giảm thiểu sai số xác lập, hạn chế dao động và rút ngắn thời gian xác lập Nhờ đó, mạch DC/DC trở nên ổn định hơn và nâng cao khả năng đáp ứng của hệ thống.

Bộ điều khiển trượt với hàm trượt kiểu PID nổi bật với tính ổn định và bền vững, ngay cả trong môi trường có nhiễu hoặc khi thông số hệ thống thay đổi theo thời gian Nó cung cấp khả năng đáp ứng nhanh và độ chính xác cao, phù hợp cho các đối tượng điều khiển phi tuyến mạnh Tuy nhiên, biên độ điều khiển quá lớn có thể gây ra dao động (chattering) và mất ổn định Để khắc phục hiện tượng này, bộ điều khiển trượt sử dụng hàm trượt theo dạng phương trình PID, giúp loại bỏ dao động khi biên độ tăng Phương pháp này cải thiện khả năng đáp ứng của mạch DC/DC, giúp điện áp ngõ ra nhanh chóng đạt giá trị xác lập mà không xảy ra quá điều chỉnh, đồng thời giảm thiểu độ dao động điện áp ra.

Tiêu đề	Thiết Kế Mạch Biến Đổi DC –DC Có Chức Năng 2 Chiều
Tác giả	Phan Minh Hải, Dương Hoàng Trung, Vũ Lê Thiện Trí
Người hướng dẫn	PGS.TS: Trương Việt Anh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Năng Lượng Tái Tạo
Thể loại	tiểu luận
Năm xuất bản	2021 - 2022
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	71
Dung lượng	2,66 MB