Simulation Solar Power System
0 likes138 views
Bài seminar trình bày về mô hình và phương pháp điều khiển hệ thống điện mặt trời, bao gồm việc xây dựng mô hình và mô phỏng trên MATLAB. Nguồn điện mặt trời được mô tả như là một nguồn năng lượng tái tạo vô tận, với những tiềm năng lớn tại Việt Nam. Nghiên cứu cũng nhấn mạnh tầm quan trọng của việc kết hợp hệ thống năng lượng mặt trời với nguồn ắc-quy để hướng tới lưới điện thông minh và hiệu quả hơn.
Simulation Solar Power System
- 1. Seminar Giảng viên: PGS. TS. Dương Ngọc Huyền Sinh viên thực hiện 1. Vũ Tiến Lâm 2. Dương Thị Nụ 3. Mai Đức Dũng 4. Mai Hồng Nhung 5. Đỗ Văn Hữu 6. Ngô Quang Vũ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT
- 2. Nội dung Đặt vấn đề Mô hình và phương pháp điều khiển Các bộ biến đổi Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab Kết luận 1 2 3 4 5 2
- 3. Đặt vấn đề Nguồn điện mặt trời Năng lượng mặt trời Hệ điện MT độc lập Hệ điện MT kết hợp Solar Power 3
- 4. Năng lượng mặt trời • Là nguồn năng lượng nhiệt hạch vô tận của thiên nhiên. • Hàng năm, mặt trời cung cấp cho trái đất một năng lượng khổng lồ, gấp 10 lần trữ lượng các nguồn nhiên liệu có trên trái đất. Nguồn điện mặt trời • Là dạng nguồn năng lượng tái tạo vô tận với trữ lượng lớn. • Là một trong các nguồn năng lượng tái tạo quan trọng nhất. • Việc tìm các cách thức để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng điện mặt trời sao cho hiệu quả và thay thế dần các nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, gây ô nhiễm môi trường đang là mục tiêu nghiên cứu của nhiều quốc gia. 4 Năng lượng mặt trời Bản đồ bức xạ mặt trời tại Việt Nam
- 5. Năng lượng mặt trời Khu vực NLMT trung bình năm (kcal/cm2) Số giờ nắng trung bình năm (giờ/năm) Đông Bắc Bộ 100 - 125 1500 - 1700 Tây Bắc Bộ 125 - 150 1750 - 1900 Bắc Trung Bộ 140 - 160 1700 - 2000 Nam Trung Bộ và Tây Nguyên 150 - 175 2000 - 2600 Nam Bộ 130 - 150 2200 - 2500 Trung bình cả nước 130 - 152 1830 - 2450 Năm Công suất lắp đặt (MW) Năm Công suất lắp đặt (MW) 2011 30 2018 200 2012 100 2019 230 2013 130 2020 300 2014 120 2011-2020 1.660 2015 150 2021-2025 2.500 2016 200 2026-2030 4.200 2017 200 2011- 2030 8.360 Bảng 1. Mật độ NLMT trung bình năm và số giờ nắng theo khu vực (Nguồn: VNL) Bảng 2. Điện từ NLTT công suất lắp đặt giai đoạn 2011–2030 (Nguồn: Quyết định số 1208/QĐ–TTg ngày 21/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ, Phụ lục 1) 5
- 6. Hệ điện mặt trời độc lập Pin quang điện Bộ điều khiển sạc Tải xoay chiều Hệ điện mặt trời độc lập Acquy Bộ đổi điện 6
- 7. Hệ điện mặt trời nối lưới Mặt trời Pin quang điện Biến tần AC/DC Sử dụng Đồng hồ đo điện Lưới điện Hệ điện mặt trời nối lưới 7
- 8. 8 Hệ điện mặt trời nối lưới Pin quang điện Bộ hòa lưới W1W0 Điện lưới quốc gia Tải xoay chiều W2 Ắc quy lưu trữ
- 9. Nội dung Đặt vấn đề Mô hình và phương pháp điều khiển Các bộ biến đổi Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab Kết luận 1 2 3 4 5 9
- 10. Mô hình và phương pháp điều khiển Hệ thống lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc-quy bao gồm 5 thành phần cơ bản: (1) Pin mặt trời (PV); (2) Bộ điều khiển; (3) Nguồn ắc-quy; (4) Bộ biến đổi (DC/DC); (5) Bộ nghịch lưu (DC/AC). Sơ đồ cấu trúc cơ bản điều khiển nối lưới nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy 10
- 11. Mô hình nguồn pin mặt trời (PV) • Pin mặt trời (Photovoltaic cell) gồm các lớp bán dẫn chịu tác dụng của quang học để biến đổi các năng lượng photon bức xạ mặt trời thành năng lượng điện. Đặc tính IV của pin mặt trời Sơ đồ tương đương của pin mặt trời • Hiệu suất của PMT là lớn nhất khi PMT cung cấp công suất cực đại, tức là: P-V = PMPP tại (IMPP; VMPP) Điểm cực đại MPP • Hệ bám điểm công suất cực đại MPPT đảm bảo PMT luôn làm việc ở điểm MPP với mọi tải. • Dòng điện đầu ra của pin: Trong đó: K: hằng số Boltzmann’s = 1,38.10-23J/K; Is: dòng điện ngược bão hòa; Iph: dòng quang điện; Rsh: điện trở shunt; Rs: điện trở pin; A: hệ số lý tưởng. s s ph s c sh q(V IR ) V IR I I I exp 1 (1) KT A R + + = − − − 11
- 12. Mô hình nguồn pin mặt trời (PV) • Theo công thức (1), dòng quang điện phụ thuộc vào năng lượng mặt trời và nhiệt độ làm việc của pin, do đó: • Dòng điện bão hòa của pin với nhiệt độ của pin được xác định: • Mặt khác, PMT có điện áp khoảng 0,6V. Do đó, muốn có điện áp làm việc cao thì ta mắc nối tiếp các pin lại, muốn có dòng điện lớn thì mắc song song. • Như vậy dòng điện trong một modul tấm pin là: ( )ph sc I c refI I K T T H (2) = + − ( )G c refc s RS ref ref c qE T TT I I exp (3) T T T .K.A − = Dòng điện 1 modul tấm pin s p s s p s p ph p s c sh IR N VV q IR N N N I N I N I exp 1 (4) K.T A R + + = − − − 12
- 13. Mô hình nguồn ắc quy • Điện áp của ắc-quy và trạng thái nạp được xác định theo biểu thức: Trong đó: v1: điện áp thay đổi của ắc quy (V); I: dòng điện (A); Qm: dung lượng lớn nhất của ắc quy (Wh); kb: hệ số nạp xả; D: tỷ lệ xả. • Từ (5), giá trị điện áp thay đổi của ắc quy được tính như sau: với ns: số lượng ắc quy 2V nối tiếp. • Điện trở của ắc quy là: t b 1 b mt 1 k .v .I SOC(t) SOC(t 1) SOC(t 1).D dt (5) Q− = − + − − 1 sv 2 0.148.SOC(t).n (6)= + s 1 m 0.1309 0.758 1.06.SOC(t) .n R (7) Q + = 13
- 14. Phương pháp điều khiển • Để điều khiển nối lưới hai nguồn PMT kết hợp nguồn ắc quy, ta sử dụng phương pháp điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT). • Hiện nay, kỹ thuật điều khiển bám điểm công suất cực đại phân thành 2 nhóm chính: 14 Kỹ thuật tìm kiếm • Dễ thực hiện; • Đòi hỏi một số bước lớn mới hội tụ điểm cực đại. Kỹ thuật tìm kiếm dựa trên mô hình • Hội tụ nhanh điểm MPP; • Đòi hỏi phải biết chính xác thông số của PMT và các số đo, kể cả nhiệt độ và bức xạ mặt trời.
- 15. Nội dung Đặt vấn đề Mô hình và phương pháp điều khiển Các bộ biến đổi Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab Kết luận 1 2 3 4 5 15
- 16. Các bộ biến đổi Để chuyển đổi trạng thái ta sử dụng các bộ chuyển đổi ▪ Bộ chuyển đổi DC/DC nhằm thích nghi với mức điện áp và điện trở từ tấm PMT; ▪ Bộ nghịch lưu DC/AC biến đổi để thực hiện nối tải và nối lưới xoay chiều (AC). 16 Sơ đồ các bộ chuyển đổi DC/DC; DC/AC
- 17. Nội dung Đặt vấn đề Mô hình và phương pháp điều khiển Các bộ biến đổi Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab Kết luận 1 2 3 4 5 17
- 18. Xây dựng mô hình • Mô hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc-quy 18 Mô hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy
- 19. Xây dựng mô hình • Mô hình Pin mặt trời và bộ chuyển đổi 19 Mô hình Pin mặt trời Bộ chuyển đổi 2 trạng thái DC/DC
- 20. Kết quả mô phỏng Nhận xét: kết quả mô phỏng cho thấy khi chiếu độ (G) thay đổi thì dòng PV thay đổi mạnh, áp PV ít thay đổi và công suất của PV phụ thuộc ảnh hưởng của chiếu độ 20 Đặc tính I - V Đặc tính P - V Điện áp đầu ra U_dc(V) Công suất đầu ra P (W)
- 21. Kết quả mô phỏng 21 Điện áp đầu ra Uabc (V) Dòng điện đầu ra Iabc (A) Điện áp nối lưới Uabc (V) Dòng điện nối lưới Iabc (A)
- 22. Nội dung Đặt vấn đề Mô hình và phương pháp điều khiển Các bộ biến đổi Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab Kết luận 1 2 3 4 5 22
- 23. Kết luận 1. Mô hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn PMT kết hợp nguồn ắc-quy sử dụng giải thuật điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT); 2. Công suất của PMT thu được luôn đạt giá trị cực đại, ứng với các độ chiếu sáng khác nhau; 3. Tại thời điểm t = 0.2s, dòng và điện áp đầu ra đạt giá trị ổn định và bằng giá trị đặt, nối lưới thông qua MBA và đường dây tải điện; 4. Hiện nay, nước ta chủ yếu sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời độc lập nên còn nhiều hạn chế và bất cập; 5. Hệ thống kết hợp nguồn ắc-quy là một giải pháp nhằm hướng đến lưới điện thông minh và điều khiển nối lưới linh hoạt cho các nguồn năng lượng tái tạo. 23
- 24. Tài liệu tham khảo 1. Aryuanto Soetedjo, Abraham Lomi, Yusuf Ismail Nakhoda, Awan Uji Krismanto. 2012. Modeling of Maximum Power Point Tracking Controller for Solar Power System. Telkomnika. 2. D. Ganesh, S. Moorthi, H. Sudheer. 2012. A Voltage Controller in Photo – Voltaic System with Battery Storage for Stand – Alone Applications. International Journal of Power Electronics and Drive System. 3. Đặng Đình Thống. 2012. Công nghệ Pin mặt trời bài học kinh nghiệm từ Việt Nam. Trung tâm nghiên cứu năng lượng mới. Trường Đại học bách khoa Hà Nội. 4. Hoàng Dương Hùng. 2008. Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng. Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng. 5. M.Makhlouf, F.Messai , H.Benalla. 2012. Modeling and Simulation of Grid-connected Hybrid Photovoltaic/Battery Distributed Generation System. Canadian Journal on Electrical and Electronics Engineering Vol. 3, No. 1, January. 6. Saurav Satpathy. 2012. Photovoltaic power control using MPPT ang boost converter. Department of Electrical Engineering National Institute of Technology. Rourkela. 24
- 25. 25 THANK YOU TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT