Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Thiết kế hệ thống điều khiển phát điện sử dụng năng lượng mặt trời
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
NGUYỄN QUẾ HƢNG
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN PHÁT
ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
KHOA CHUYÊN MÔN
TRƢỞNG KHOA
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. Đặng Danh Hoằng
PHÒNG ĐÀO TẠO
Thái Nguyên – 2016
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ii
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Quế Hƣng
Sinh ngày:17 tháng 09 năm 1976
Học viên lớp cao học khoá 16 - Tự động hoá - Trường Đại học Kỹ Thuật
Công Nghiệp Thái Nguyên – Đại học Thái Nguyên.
Hiện đang công tác tại: Trường Trung Cấp Nghề Nam Thái Nguyên.
Tôi cam đoan toàn bộ nội dung trong luận văn do tôi làm theo định hướng
của giáo viên hướng dẫn, không sao chép của người khác.
Các phần trích lục các tài liệu tham khảo đã được chỉ ra trong luận văn.
Nếu có gì sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm.
Tác giả luận văn
Nguyễn Quế Hƣng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
iii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tác giả xin chân thành cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo Khoa
sau đại học, Khoa Điện trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp cùng các thầy giáo, cô
giáo, các anh chị tại Trung tâm thí nghiệm đã giúp đỡ và đóng góp nhiều ý kiến
quan trọng cho tác giả để tác giả có thể hoàn thành bản luận văn của mình.
Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của
các thầy, cô giáo trong khoa Điện của trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp thuộc ĐH
Thái Nguyên và các bạn đồng nghiệp. Đặc biệt là dưới sự hướng dẫn và góp ý của
thầy TS. Đặng Danh Hoằng đã giúp cho đề tài hoàn thành mang tính khoa học cao.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của các thầy, cô.
Do thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên
đề tài khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp để tôi tiếp tục nghiên cứu, hoàn thiện hơn
nữa trong quá trình công tác sau này.
Học viên
NguyễnQuế Hƣng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
iv
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI.................................................................................................2
1.1. NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO ..................................................................................2
1.1.1. Khái niệm năng lượng tái tạo............................................................................2
1.1.2. Phân loại năng lượng tái tạo..............................................................................3
1.1.3. Vấn đề khai thác năng lượng tái tạo ở Việt Nam..............................................5
1.1.4. Xu thế phát triển điện gió và điện mặt trời tại Việt Nam..................................7
1.2. Năng lượng mặt trời [1, 7, 8] ...............................................................................8
1.3. Mô hình sử dụng năng lượng mặt trời trong hệ thống cung cấp điện................10
1.4. Định hướng nghiên cứu......................................................................................11
1.5. Kết luận chương .................................................................................................11
CHƢƠNG 2. CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI
LƢỚI ........................................................................................................................12
2.1. Mô tả hệ thống điện mặt trời nối lưới ................................................................12
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống ........................................................................................12
2.1.2. Điều khiển trong hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới...14
2.2. Pin mặt trời (PV-Photovoltaic) [8, 9, 10]..........................................................14
2.2.1. Khái niệm........................................................................................................14
2.2.2. Mô hình toán và đặc tính làm việc của pin mặt trời........................................15
2.3. Bộ biến đổi một chiều – một chiều (DC - DC) [9] ...........................................18
2.3.1. Chức năng .......................................................................................................18
2.3.2. Các loại bộ biến đổi DC/DC ...........................................................................19
2.3.2.1. Bộ biến đổi DC-DC không cách ly ..............................................................19
2.3.2.2. Bộ biến đổi DC-DC có cách ly ....................................................................26
2.3.3. Điều khiển bộ biến đổi DC-DC.......................................................................26
2.3.3.1. Mạch vòng điều khiển điện áp .....................................................................26
2.3.3.2. Mạch vòng điều khiển dòng điện.................................................................27
2.4.1. Tính chọn các thông số của bộ chuyển đổi DC-DC........................................27
2.4.2. Bộ chuyển đổi DC-AC...................................................................................34
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
v
Chƣơng 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG
PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI.......................................37
3.1. Tổng hợp bộ điều khiển PID..............................................................................37
3.1.1. Thiết kế bộ điều khiển trên cơ sở hàm quá độ h(t) .........................................38
3.1.2. Thiết kế điều khiển ở miền tần số ..................................................................40
3.3. Thiết kế bộ điều khiển PID cho nghịch lưu phía lưới........................................43
3.3.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................43
3.3.2. Thiết kế bộ điều khiển [5]...............................................................................45
3.3.3. Kết quả mô phỏng ...........................................................................................48
3.3.4. Nhận xét ..........................................................................................................50
3.4. Kết luận chương 3 ..............................................................................................50
Chƣơng 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH THAM SỐ BỘ
ĐIỀU KHIỂN PID CHO HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỬ DỤNG NĂNG
LƢỢNG MẶT TRỜI......................................................................................................51
4.1. Đặt vấn đề ..........................................................................................................51
4.2. Tổng quan hệ logic mờ và điều khiển mờ [2, 3]................................................52
4.2.1. Hệ Logic mờ ....................................................................................................52
4.2.2. Bộ điều khiển mờ ............................................................................................60
4.3. Thiết kế bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID [3]..............62
4.3.1. Phương pháp thiết kế.......................................................................................62
4.2.2. Nhận xét ..........................................................................................................66
4.3. Khảo sát bằng mô phỏng Matlab/Simulink [6]..................................................66
4.3.1. Sơ đồ mô phỏng ..............................................................................................66
4.3.2. Kết quả mô phỏng của bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID ................67
4.3.3. Nhận xét ..........................................................................................................69
4.4. Kết luận chương 4 ..............................................................................................69
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................70
1. Kết luận: ................................................................................................................70
2. Kiến nghị:..............................................................................................................70
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................71
PHỤ LỤC.................................................................................................................72
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
vi
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Các ký hiệu:
STT Ký hiệu Diễn giải nội dung đầy đủ
1 PV Pin mặt trời
2 PID Bộ điều khiển
3 DC Một chiều
4 DC Hai chiều
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
vii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mô hình điện mặt trời cho hộ gia đình......................................................11
Hình 2.1: Hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời nối lưới........................12
Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt trời....................13
Hình 2.3: Mạch tương đương của modul PV............................................................16
Hình 2.5 a,b,c,d: Họ đặc tính của PV........................................................................18
Hình 2.6: Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp Buck ............................................................20
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost ....................................................................21
Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck - Boost........................................................22
Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi Cuk.............................................................23
Hình 2.10: Sơ đồ mạch bộ Curk khi khoá SW mở thông dòng ...............................24
Hình 2.12: Bộ chuyển đổi DC-DC có cách ly...........................................................26
Hình 2.13: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển điện áp ........................................27
Hình 2.14: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện ....................................27
Hình 3.1: Sơ đồ khối bộ điều khiển tuyến tính (PID)...............................................37
Hình 3.2: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển PID .............................................................37
Hình 3.3: Đồ thị quá độ.............................................................................................38
Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống điều khiển.........................................................................40
Hình 3.5: Sơ đồ điều khiển dòng điện biến tần 3 pha nối lưới .................................45
Hình 3.5: Sơ đồ mô phỏng toàn hệ thống .................................................................46
Hình 3.6: Sơ đồ cấu trúc khối điều khiển hệ thống phát điện sử dụng năng lượng
mặt trời ......................................................................................................................46
Hình 3.7: Sơ đồ khối lọc và điều khiển dòng............................................................47
Hình 3.8: Cấu trúc khối điều khiển dòng ..................................................................47
Hình 3.9: Đáp ứng điện áp đầu ra 1pha hệ thống phát điện sử dụng pin mặt trời ....48
Hình 3.10: Đáp ứng điện áp đầu ra 3 pha hệ thống phát điện sử dụng pin mặt trời .48
Hình 3.11: Đáp ứng điện áp đầu ra 1 pha khi nối lưới ở 0,04s.................................49
Hình 3.12: Đáp ứng điện áp đầu ra 3 pha khi nối lưới ở 0,04s.................................49
Hình 4.1: Hàm thuộc biến ngôn ngữ.........................................................................53
Hình 4.2: Sơ đồ khối của bộ điều khiển mờ..............................................................53
Hình 4.3: Luật hợp thành ..........................................................................................54
Hình 4.4: Mờ hoá ......................................................................................................55
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
viii
Hình 4.5: Thực hiện phép suy diễn mờ.....................................................................56
Hình 4.6: Thực hiện phép hợp mờ ............................................................................57
Hình 4.7: Những nguyên lý giải mờ ........................................................................58
Hình 4.8: Cấu trúc một hệ logic mờ..........................................................................59
Hình 4.9: Sơ đồ cấu trúc bộ điều khiển mờ PD ........................................................60
Hình 4.10: Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều chỉnh mờ PI(1)....................................60
Hình 4.11: Sơ đồ khối hệ thống với bộ điều khiển mờ PI(2)....................................61
Hình 4.13: Phương pháp điều khiển thích nghi gián tiếp .........................................61
Hình 4.14: Phương pháp điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID .....62
Hình 4.15: Phương pháp chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID .......................63
Hình 4.16: Bên trong bộ điều chỉnh mờ....................................................................63
Hình 4.17: Tập mờ e và e’ ........................................................................................64
Hình 4.18: Tập mờ .................................................................................................64
Hình 4.19: Tập mờ Kp và KD ....................................................................................64
Hình 4.20: Sơ đồ mô phỏng với bộ điều khiển mờ chỉnh định và PID.....................66
Hình 4.21: Sơ đồ mô phỏng với cấu trúc bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ
điều khiển PID...........................................................................................................67
Hình 4.22: Đáp ứng đầu ra 1 pha của hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt
trời .............................................................................................................................67
Hình 4.23: Đáp ứng đầu ra 3 pha của hệ thống phát điện sử dụng năng lượng mặt
trời .............................................................................................................................68
Hình 4. 24: Đáp ứng đầu ra 1 pha của hệ thống khi nối lưới ở 0,04s.......................68
Hình 4. 25: Đáp ứng đầu ra 3 pha của hệ thống khi nối lưới ở 0,04s.......................69