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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA: ĐIỆN- ĐIỆN TỬ



-----

-----

TIỂU LUẬN MƠN HỌC
NĂNG LƯỢNG TÁI T ẠO

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ MẠCH
BIẾN ĐỔI DC –DC CĨ CHỨC
NĂNG 2 CHIỀU
Học kì II – Năm học 2021 - 2022
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS: Trương Việt Anh

TP. HỒ CHÍ MINH, ngày 27 tháng 5 năm 2022


TIEU LUAN MOI download :


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

TP. HCM, tháng 5 năm 2022

BỘ MÔN ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THỰC HIỆN TIỂU LUẬN MÔN HỌC
MÔN NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO
HỌC KỲ II NĂM HỌC 2021-2022
1.

Môn học: Năng lượng tái tạo, thứ 7 tiết 1 – 4

2.

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Trương Việt Anh

3.

Danh sách nhóm viết tiểu luận mơn học:
ST
T

Họ Và Tên

1

Phan Minh Hải

2

Dương Hồng Trung

3

Vũ Lê Thiện Trí


TIEU LUAN MOI download :


ĐÁNH GIÁ
TIÊU CHÍ

NỘI DUNG

BỐ CỤC

TRÌNH BÀY

TỔNG

ĐIỂM

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN
……………………………………………………………………………………

………….………………………………………………………………………
……………………….…………………………………………………………
…………………………………….……………………………………………
………………………………………………….………………………………
……………………………………………………………….…………………
…………………………………………………………………………….……
……………………………………………………………………………………
…….……………………………………………………………………………
………………….………………………………………………………………
……………………………….…………………………………………………
…………………………………………….……………………………………
………………………………………………………….………………………
……………
………………………………………………………….
Tháng 5 năm 2022
Giảng viên chấm điểm

TIEU LUAN MOI download :


LỜI CẢM ƠN!
Lời đầu tiên em xin cảm ơn ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm Kỹ
Thuật Tp.Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện để chúng em có một môi trường học tập
năng động, sáng tạo.
Chúng em xin chân thành cảm ơn khoa Điện – Điện tử đã giúp chúng em
được mở mang tri thức về môn học Năng lượng tái tạo, một môn học hết sức
quan trọng trong đời sống hiện nay khi năng lượng tái tạo đã, đang và sẽ trở
thành xu thế mới của ngành năng lượng. Môn học “Năng lượng tái tạo” đã giúp
chúng em hiểu được những kiến thức cơ bản về hệ thống pin mặt trời, dạng đồ
thị bức xạ I(V), P(V), hiểu được phương pháp làm việc của các bộ biến đổi DCDC sử dụng MPPT, bộ biến đổi DC-DC biến đổi 2 chiều bidirection, các nhà

máy điện gió và giá bán điện gió,…. Qua đó nhằm nâng cao ý thức, trách nhiệm
của một người sinh viên trong học tập và rèn luyện.
Chúng em xin cảm ơn thư viện trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Tp.Hồ Chí
Minh đã tạo điều kiện để chúng em có thể thực hiện bài tiểu luận này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy Trương Việt Anh, nhờ sự hướng dẫn của
thầy một cách tận tình để chúng em hoàn thành bài tiểu luận này. Hi vọng thơng
qua những nỗ lực tìm hiểu của tất cả các thành viên trong, nhóm chúng em sẽ
giúp các bạn hiểu rõ hơn về môn học “Năng lượng tái tạo”
Với những giới hạn về kiến thức và thời gian, trong quá trình tìm hiểu chúng
em khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, mong thầy góp ý để chúng em hồn
thiện hơn nữa kiến thức của mình.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

TIEU LUAN MOI download :


MỤC LỤC
PHẦN I: MỞ ĐẦU...............................................................................................2
1. Lý do chọn đề tài............................................................................................2
2. Bố cục của tiểu luận....................................................................................... 2
PHẦN II: NỘI DUNG..........................................................................................3
1.

Tính tốn số lượng PV cần thiết cho tồn nhà và tính điện ápcủa

mạch
pin quang điện...................................................................................................... 3
1.1 Chọn loại PV.............................................................................................3
1.2 Tính tốn số lượng PV trong hệ thống....................................................... 4
1.3 Tính tốn Voc mạch pin quang điện...........................................................6

2. Khảo sát đặc tuyến I(V) và P(V) của hệ thống pin quang điện khi bức xạ
mặt trời thay đổi................................................................................................... 6
2.1 Xác định thông số tấm PV khi bức xạ mặt trời thay đổi............................ 6
2.2 Vẽ đường đặc tuyến I(V) và P(V).............................................................. 9
3. Nếu hệ thống PV khơng có các bộ biến đổi, hãy chọn hệ thống Acquy có điện
áp bao nhiêu để thu được cơng 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 tốn
học của hệ thống PV kết nối trực tiếp với Acquy...............................................11
3.1 Chọn Acquy cho hệ thống để thu được lượng công suất nhiều nhất với
mọi bức xạ...................................................................................................... 11
3.2 Khảo sát acquy..........................................................................................12
3.3 Xác định dòng điện ứng với bức xạ 1000
13
∕......................................................................................................

4.

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 tốn học? Công
suất
thu được của 2 trường hợp..................................................................................16
4.1 Điện áp acquy giảm còn 70%...................................................................16


TIEU LUAN MOI download :


4.2 Điện áp acquy tăng lên 10%.....................................................................20
5. Chọn nguyên lý hoạt động của mạch DC/DC và Giải thích nguyên lý làm

việc của mạch biến đổi DC/DC..........................................................................25
5.1. Nguyên lý hoạt động của mạch DC/DC..................................................25
5.2 Tính tốn thơng số của các thiết bị...........................................................26
5.2.1 Mạch DC/DC Buck........................................................................... 26
5.2.2 Mạch DC/DC Buck-Boost.................................................................28
Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ
tăng áp,
6.

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:...........................................................................................29
6.1. Công suất cực đại đặt trên tải.................................................................. 30
6.2. Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC..........................................31
6.3. Độ rộng xung D.......................................................................................32
7.

Lập trình để điều khiển bộ biến đổi DC/DC hoạt động ở chế độ giảm áp,

chuyển cơng 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:...........................................................................................33
7.1. Công suất cực đại đặt trên tải.................................................................. 33
7.2. Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC..........................................35
7.3. Độ rộng xung D.......................................................................................38
8. Với bức xạ mặt trời cố định lần lượt là 100W/m2, 500W/m2 và 1000W/m2
khi tải thay đổi từ 10% đến 100%. Khảo sát các thông số sau:..........................39
8.1 Công suất cực đại đặt trên tải................................................................... 39
8.1.1 Bức xạ mặt trời đạt 100 / ........................................................................................................................................................................... 39
42

45
8.1.2 Bức xạ mặt trời đạt 500 /

...........................................................................................................................................................................................................................

8.1.3 Bức xạ mặt trời đạt 1000 /

.........................................................................................................................................................................................................................

TIEU LUAN MOI download :


8.2 Dòng điện, điện áp vào và ra của bộ DC/DC ...........................................
8.2.1Bức xạ mặt trời đạt 100

/

. .....................................................

8.2.2

. .......................................................

8.2.3

. .....................................................

Bức xạ mặt trời đạt 500 /

Bức xạ mặt trời đạt 1000 /

8.3 Độ rộng xung D ........................................................................................
8.3.1Bức xạ mặt trời đạt 100

/

. .....................................................

8.3.2

. .......................................................

8.3.3

. .....................................................

Bức xạ mặt trời đạt 500 /

Bức xạ mặt trời đạt 1000 /

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

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

9.2Nhận xét ...................................................................
10. Đề xuất giải pháp cải thiện khả năng đáp ứng của mạch DC/DC 2 chiều...
PHẦN III: KẾT LUẬN.......................................................................................

TIEU LUAN MOI download :


PHẦN I: MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Một trong những thách thức lớn đối với thế giới trong thế kỉ XXI là đảm bảo
nguồn cung cấp năng lượng sạch, khơng gây ơ nhiễm mơi trường, ít phát thải

C02 với mức giá phải chăng và an tồn. Đó là lý do vì sao năng lượng tái tạo đã
và đang trở thành xu thế mới của ngành năng lượng thế giới nói chung và Việt
Nam nói riêng. Hiểu được tầm quan trọng đó, chúng em ln cố gắng học tập
và trau dồi kiến thức thật tốt khi học môn “Năng lượng tái tạo” do thầy Trương
Việt Anh giảng dạy.
Khi nhắc về năng lượng tái tạo, chắc hẳn chúng ta đều sẽ nghĩ đến năng lượng
mặt trời. Tuy nhiên, việc bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường luôn thay đổi là
lý do khiến cho năng lượng mặt trời nói riêng cũng như đa số các dạng năng
lượng tái tạo đều không thể điều khiển. Một trong những vấn đề cần giải quyết
của năng lượng mặt trời đó là phải điều khiển được loại năng lượng này. Để làm
được điều đó, các hệ thống pin mặt trời cần có các hệ thống acquy đủ lớn đủ
nạp và xả công suất theo các điều kiện khác nhau để biến năng lượng mặt trời
thành năng lượng có điều khiển. Nhưng để hệ thống acquy hoạt động tốt và việc
luân chuyển công suất giữa hệ thống acquy cũng như bus DC được hiệu quả
chúng ta cần có một giải pháp. Và bộ biến đổi DC – DC mang tên bidirection là
giải pháp mà chúng ta đang tìm kiếm. Hiểu được sự quan trọng về mặt kỹ thuật
trong việc điều khiển các dịng cơng suất cũng như mức độ ảnh hưởng về mặt
kinh tế nếu hệ thống pin mặt trời được kết nối cho một cơng trình lớn, nhóm
chúng em xin chọn đề tài để nghiên cứu đó là “Thiết kế mạch biến đổi DC – DC
có chức năng 2 chiều”.
2. Bố cục của tiểu luận
Bố cục của bài tiểu luận được chia thành 3 phần chính:

Phần 1: Mở đầu, nêu lý do chọn đề tài cũng như giới thiệu bố cục của bài tiểu
luận
2

TIEU LUAN MOI download :


Phần 2: Nội dung, được chia làm 10 câu, tương ứng với 10 vấn đề cần tìm hiểu
khi tính tốn thiết kế 1 hệ thống pin mặt trời và mạch biến đổi bidirection như:
tính tốn số lượng pin mặt trời cho hệ thống, khảo sát các đặc tuyến của dàn pin,
khảo sát chọn lựa chọn acquy, tính tốn chọn lựa linh kiện và thiết kế mạch
bidirection, mô phỏng trên phần mềm Psim và trình bày kết quả thu được.
Phần 3: Kết luận, nêu tổng hợp nội dung mà nhóm đã làm được, đánh giá những
phần đã làm được và những thiếu xót để từ đó rút kinh nghiệm và đưa ra
phương pháp khắc phục.

3

TIEU LUAN MOI download :


PHẦN II: NỘI DUNG
1. Tính tốn số lượng PV cần thiết cho tồn nhà và tính điện áp của
mạch pin quang điện.
Đề
Diện tích mặt bằng S(m2)
Loại PV
Tầm điện áp bus DC (V)
Số lượng Acquy 12V nối
1.1 Chọn loại PV.

Hình 1.1: Thông tin tấm PV tham khảo

3

TIEU LUAN MOI download :


Model
Model Number
Brand Name
Cell size
Panel Dimensions

1.2 Tính tốn số lượng PV trong hệ thống
Với 500W tương đương với lượng diện tích cần sử dụng là :
500

= 2297 ∗ 1134 = 2604798 (

2

2

) ≈ 2.6(

)

Vậy để tạo ra 1000W tương ứng với lượng diện tích cần sử dụng là:

1000

Vậy diện tích lắp đặt 1kW là
Theo bài cho, diện tích mặt bằng là
Ta xác định được tương đối công
suất lắp đặt.
=
= 5.2 (

2

)

= 75 (

1.2 ×

)

0

=
=

Trong đó:

2

75
1.2 × 5.2

12019 ( )

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:

4

TIEU LUAN MOI download :


Thông số
Công suất cực đại (Pmax-W)
Điện áp tại điểm công suất đỉnh
Dịng điện tại cơng suất đỉnh (Imp –
Điện áp hở mạch (Voc – V)
Dòng điện ngắn mạch (Isc – A)
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:
=

12019

=

Vây chọn

=

335

35,9

= 36 ấ

Mạch BUCK DC/DC converter hoạt động tốt trong khoảng Duty Cycle (0,4 − 0,6). Ta chọn: D = 0.5

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

72

= 144 ( )

Với thông số tấm PV bài cho, điện áp tại công suất đỉnh:
= 37.7 ( )

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

=

144

= 3.819 ≈ 4 ( ấ )

5

TIEU LUAN MOI download :


Vậy số tấm PV mỗi chuỗi là:

=4 ấ /

Số chuỗi của toàn hệ thống là:

=

36
= 4

=9( ℎ ỗ )

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 tốn 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:
(

à

ạ ℎ)

=
=

=

2.

( ố

4 ∗ 45.6

ế )

∗

182.4 ( )

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 mơ hình tấm PV ở phần
mềm PSIM.

6

TIEU LUAN MOI download :


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.
Thông số
Công suất cực đại (Pmax-W)
Điện áp tại điểm cơng suất đỉnh
Dịng điện tại cơng suất đỉnh (Imp –
Điện áp hở mạch (Voc – V)
Dòng điện ngắn mạch (Isc – A)

7

TIEU LUAN MOI download :


Bảng 2.1: Thơng số tấm PV.

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

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

8

TIEU LUAN MOI download :

Hình 2.3: Đường đặc tuyến I(V) của 1 tấm PV tại điểm bức xạ 1000 W/m^2
Hình 2.4: Thơng 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:
=

∗9

9

TIEU LUAN MOI download :


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

∗4

B2: Vẽ đường đặc tuyến.
- Vẽ đường đặc tuyến I(V)
+ Chọn loại biểu đồ và nhập thông số U,I với U là trục hồnh và I là trục tung

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

- Vẽ đường đặc tuyến P(V).

10

TIEU LUAN MOI download :


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

Hình 2.6: Đặc tuyến P(V) của hệ thống pin quang điện.
3. Nếu hệ thống PV khơng có các bộ biến đổi, hãy chọn hệ thống Acquy có
điện áp bao nhiêu để thu được cơng 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 tốn 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

(max)

PV =
PV

= 12042

151,4
= 79,5

tương ứng với:

11

TIEU LUAN MOI download :


Chọn acquy với các thông số:
Điện áp

acquy =

0,05
12

acquy =

out của

acquy khi đó là:
out =

151.4 = 12 ∗

acquy

⇒

∗ +

PV

∗

acquy

∗

+ 79.5 ∗ 0.05 ∗
= 9.4375

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 ( )

Điện trở nội ( )

Số lượng bình n
Bảng 3.1: chọn loại và số lượng acquy
3.2 Khảo sát acquy.
Xét khi dòng điện thay đổi từ 0 → 100A.
Điện áp
PV lúc

này sẽ là:

out =

acquy

∗ +

PV

∗

acquy

∗

Ta tiến hành nhập số liệu lên Excel và vẽ:

12

TIEU LUAN MOI download :


Hình 3.1: Điện áp

ứng với sự thay đổi của

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 ∕ a) Xác định bằng phần mềm

Dựa trên cơ sở tính toán và chọn lựa acquy ở phần 3.1, ta tiến hành dựng mơ
hình hệ thống PV kết nối trực tiếp với acquy trên phần mềm Psim như sau:

13

TIEU LUAN MOI download :

Hình 3.3: mơ phỏng hệ thống PV kết nối acquy trên phần mềm
Tiến hành mơ phỏng:

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

14

TIEU LUAN MOI download :