Đang tải... (xem toàn văn)
Công nghệ năng lượng tái tạo và chính sách của chính phủ khuyếnkhích sử dụng các nguồn năng lượng này để đảm bảo sự phát triển bền vững là nhữngyếu tố chính thúc đẩy việc áp dụng năng lư
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGUYỄN HỒNG NGUYÊN TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA HÀ NỘI, 2024 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC NGUYỄN HỒNG NGUYÊN TÌM HIỂU VÀ NGHIÊN CỨU GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI Chuyên ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số : 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Tùng Linh HÀ NỘI, 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết nội dung lý thuyết trình bày luận văn tham khảo tài liệu biên soạn lại, tất kết mơ phỏng, thực nghiệm thân tơi tự làm ra, hồn tồn khơng phải chép từ tài liệu cơng trình nghiên cứu khác Nếu không thực cam kết nêu trên, tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm trước kỷ luật nhà trường Hà nội , ngày tháng năm 2024 Tác giả Nguyễn Hồng Nguyên i LỜI CẢM ƠN Trước tiên xin cảm ơn thầy hướng dẫn luận văn TS Nguyễn Tùng Linh - Giảng viên hướng dẫn trực tiếp Cảm ơn cánh cửa đến văn phịng thầy ln rộng mở tơi gặp phải rắc rối có câu hỏi vấn đề nghiên cứu Thầy cho phép tự bày tỏ quan điểm đồng thời đưa nhận xét, góp ý, dẫn dắt hướng suốt thời gian nghiên cứu, thực đề tài luận văn thạc sĩ Tôi xin cảm ơn thầy cô khoa Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa – Trường Đại học Điện Lực truyền đạt cho kiến thức chuyên sâu chuyên ngành suốt thời gian học tập để tơi có tảng kiến thức hỗ trợ lớn cho trình làm luận văn thạc sĩ Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè ln hỗ trợ tơi khuyến khích liên tục suốt năm học tập qua trình nghiên cứu viết luận văn Thành tựu khơng thể có khơng có họ Xin chân thành cảm ơn! Hà nội , ngày tháng năm 2024 Tác giả Nguyễn Hồng Nguyên ii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN Thế giới tiến xa việc sử dụng lượng tái tạo, đặc biệt lượng mặt trời Cơng nghệ lượng tái tạo sách phủ khuyến khích sử dụng nguồn lượng để đảm bảo phát triển bền vững yếu tố thúc đẩy việc áp dụng lượng tái tạo Hiệu suất hệ thống PV phụ thuộc nhiều vào yếu tố bất định, yếu tố bóng che, nhiệt độ, hai yếu tố tác động lớn đến hiệu suất PV, toán nhiều nhóm nghiên cứu giới tìm hiểu đề xuất giải thuật Trong đề tài này, tác giả tìm hiểu thuật tốn đề xuất để giải tốn MPPT, thơng qua việc tìm hiểu thuật toán, đề tài tác giả nghiên cứu tìm hiểu giải thuật tìm điểm cực đại công suất pin mặt trời đặc biệt giải thuật P&O từ đề xuất cải tiến thuật toán P&O, kết nghiên cứu mô đánh giá cho kết tin cậy Tác giả Nguyễn Hồng Nguyên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC HÌNH VẼ vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Năng lượng mặt trời .2 1.1.1 Cấu trúc mặt trời 1.1.2 Năng lượng mặt trời 1.1.3 Bức xạ lượng mặt trời 1.1.4 Phổ Bức xạ lượng mặt trời chiếu xuống bề mặt trái đất .5 1.1.5 Sự suy giảm cường độ xạ lượng mặt trời 1.2 Cấu tạo hoạt động Pin lượng mặt trời 1.2.1 Khái niệm .9 1.2.2 Mô tế bào quang điện đặc tính P-V .11 1.3 Cấu trúc hệ thống điện lượng mặt trời 13 1.3.1 Mơ hình lắp đặt hệ thống điện lượng mặt trời 14 1.3.2 Cấu trúc hệ thống điện mặt trời nối lưới .15 1.3.3 Hệ thống điện lượng mặt trời độc lập 16 1.3.4 Hệ thống điện lượng mặt trời lai 17 1.4 Nhận xét chương .17 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN BÁM SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 18 2.1 Mơ hình hóa toán học hệ thống pin lượng mặt trời .18 2.1.1 Mơ hình diode 18 2.1.2 Mơ hình hai diode .19 2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất hệ thống điện mặt trời 20 2.3 Ảnh hưởng xạ nhiệt độ lên đặc tính P-V 22 iv 2.4 Dị điểm cơng suất cực đại (MPPT) .24 2.4.1 Sử dụng biến đổi điện áp DC 25 2.4.2 Một số mạch biến đổi điện áp DC bản: 26 2.5 Một số giải thuật tìm điểm cơng xuất cực đại .28 2.5.1 Các thuật tốn thơng thường .31 2.5.2 Thuật toán meta-heuristic 31 CHƯƠNG ĐỀ XUẤT CẢI TIẾN GIẢI THUẬT TÌM ĐIỂM CƠNG SUẤT CỰC ĐẠI CHO HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 57 3.1 Giải pháp đề xuất 57 3.2 Kết mô đánh giá .62 3.3 Nhận xét đánh giá 72 v DANH MỤC HÌN Hình 1-1 Cấu trúc mặt trời Hình 1-2 Dải bước sóng lượng mặt trời .4 Hình 1-3 Đường kinh tuyến vĩ tuyến trái đất Hình 1-4 Bức xạ lượng mặt trời ngồi khí Hình 1-5 Định nghĩa cách xác định giá trị air mass Hình 1-6 Tấm Pin lượng mặt trời cấu tạo từ nhiều Cell 10 Hình 1- Mơ hình tương đương tế bào quang điện 11 Hình 1- Các đường đặc tính P-V tế bào quang điện 12 Hình 1-9 Mơ hình điện lượng nối lưới trực tiếp .14 Hình 1-10 Mơ hình điện lượng mặt trời độc lập .15 Hình 1-11 Mơ hình điện lượng mặt trời vừa nối lưới vừa có lưu trữ (Hybrid) .15 Hình 1-12 Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lưới .16 Hình 1-13 Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời độc lập 16 Hình 1-14 Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời lai .17 YHình 2-1 Sơ đồ mơ hình diode 18 Hình 2-2 Sơ đồ tương đương diode 19 Hình 2-3 Đặc tuyến P-V, I-V P-I thay đổi xạ nhiệt độ 23 Hình 2-4 Đặc tuyến P-V thay đổi: a: xạ nhiệt độ; b: xạ nhiệt độ 23 Hình 2-5 Sơ đồ tương đương pin mặt trời nối tải 24 Hình 2-6 Điểm làm việc pin mặt trời 25 Hình 2-7 Sơ đồ khối biến đổi điện áp nối pin mặt trời 25 Hình 2-8 Sơ đồ nguyên lý mạch Buck 26 Hình 2- Sơ đồ nguyên lý mạch Boost DC 27 Hình 2- 10 Sơ đồ biến đổi điện áp Buck - Boost .28 Hình 2-11 Đường cong P-V hệ thống PV PSC 31 Hình 2-12 So sánh MPPT DynNP-DE DE .32 Hình 2-13 Cấu trúc tối ưu hóa MSSA 36 Hình 2-14 So sánh MPPT FPA MFPA (a) FPA (b) MFPA 37 Hình 2-15 Kết mơ thuật tốn Monkey king evolution .38 Hình 2-16 So sánh MPPT IGSA, GSA PSO (a) công suất (b) điện áp .40 Hình 2-17 Lưu đồ FWA 40 Hình 2-18 So sánh MPPT MBA TLBO, (a) trường hợp (b) trường hợp 241 Hình 2-19 So sánh MPPT IPSO, GWO WODE .43 Hình 2-20 Khung tối ưu hóa DLCI .45 Hình 2-21 So sánh MPPT P&O, P&O cải tiến AFL-ANN 46 Hình 2-22 Lưu đồ thuật toán ABC-P & O 48 vi Hình 2-23 So sánh MPPT MFS FS 49 Hình 2-24 So sánh MPPT GPS, PSO P&O (a) công suất (b) điện áp .50 Hình 2-25 So sánh MPPT ESC EQmESC 51 Hình 2-26 Sơ đồ khối điển hình FLC 51 Hình 2-27 Cấu trúc nguyên tắc ANN .53 Hình 2-28 Nguyên tắc tối ưu hóa MRL .53 Hình 2-29 Nguyên tắc tối ưu hóa TRL .55 YHình 3-1 Các kiểu bóng che theo: a: hàng; b: cột; c: góc; d&e: đường chéo; f, g, h: phần 57 Hình 3-2 Cấu trúc hệ thống mô PSIM 58 Hình 3-3 Sơ đồ cải tiến giải thuật P&O đề xuất 61 Hình 3-4 Dạng sóng P, V D MPPT trường hợp bóng che .62 Hình 3-5 So sánh hai giải pháp MPPT điều kiện tiêu chuẩn 63 Hình 3-6 MPPT xạ thay đổi giảm nhiệt độ 25oC .64 Hình 3-7 MPPT xạ thay đổi tăng nhiệt độ 25oC 65 Hình 3-8 So sánh MPPT thay đổi xạ nhiệt độ .66 Hình 3-9 So sánh tốc độ MPPT số lượng bước lặp hai giải pháp .67 Hình 3-10 Sơ đồ kết nối mơ hình thực nghiệm 67 Hình 3-11 Kết thực nghiệm TH2 68 Hình 3-12 Kết thực nghiệm TH3 68 Hình 3-13 Kết thực nghiệm TH4 69 Hình 3-14 Pmax PV xạ thay đổi .71 Hình 3-15 GMPPT xạ thay đổi liên tục 71 vii