Thiết kế điều khiển mppt cho hệ phát điện sức gió sử dụng máy phát pmsg, cấp nguồn cho tải địa phương (tải phi tuyến thd dòng 50%), yêu cầu thd áp 3%

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

BÀI TẬP LỚN
HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG TÁI TẠO

Đề tài: Thiết kế điều khiển MPPT cho hệ phát điện sức gió sử dụng máy phát
PMSG, cấp nguồn cho tải địa phương (tải phi tuyến THD dòng > 50%), yêu
cầu THD áp < 3%
GVHD: PGS.TS.
Khoa Tự động hóa

Sinh viên thực hiện - Nhóm 5:

Họ và tên

Hà Nội, 8/2023

MSSV


MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIĨ..................................................3

1.1. Năng lượng gió...................................................................................................3
1.2. Wind Turbine.....................................................................................................4
1.3. Máy phát điện PMSG.........................................................................................6
1.4. Các bài tốn điều khiển......................................................................................6
CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH BÀI TỐN VÀ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN.........................................8

2.1. Yêu cầu đề tài.....................................................................................................8

2.2. Đặc tính trong Wind Turbine..............................................................................8
2.3. Bài tốn điều khiển phía nguồn........................................................................11
2.3.1. Bài tốn tìm điểm cơng suất cực đại – MPPT............................................11
2.3.2. Thuật toán P&O.........................................................................................13
2.3.3. Boost Converter.........................................................................................14
2.3.4. Lưu đồ thuật toán P&O..............................................................................16
2.3.5. Sơ đồ tổng thể bài tốn điều khiển phía nguồn...........................................17
2.4. Bài tốn điều khiển phía tải.............................................................................18
2.4.1. Điều chế vecto khơng gian.........................................................................18
2.4.2 Bộ điều khiển tỉ lệ cộng hưởng (PR controller)...........................................35
CHƯƠNG 3: MƠ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN......................................................................................38

3.1. Điều khiển phía nguồn......................................................................................38
3.1.1. Mơ hình hóa WindTurbine.........................................................................38
3.1.2. Thuật tốn P&O tìm điểm MPPT...............................................................39
3.1.3. Boost converter..........................................................................................40
3.1.4. Mạch sạc Pin..............................................................................................41
3.2. Điều khiển phía tải............................................................................................42
3.2.1. Tải phi tuyến..............................................................................................42
3.2.2. Điều khiển nghịch lưu 3 pha......................................................................43
3.2.3. Tính tốn thơng số bộ lọc LC.....................................................................46
3.2.4. Tính thơng số bộ điều khiển PR.................................................................47
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MƠ PHỎNG...........................................................................................49

4.1. Kết quả bài tốn MPPT....................................................................................49
4.2. Kết quả điều khiển phía tải...............................................................................52
KẾT LUẬN.....................................................................................................................................58

1

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................................59

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1 Hệ thống turbine chuyển đổi năng lượng gió thành điện..............................................................3
Hình 1. 2. Thành phần cấu tạo Wind Turbine..............................................................................................5
Hình 1. 3. Nguyên lý hoạt động của Turbine gió.........................................................................................5
Hình 1. 4. Phân tầng điều khiển và các bài tốn điều khiển.........................................................................7
Hình 2.1 . Đặc tính cơng suất cơ - tốc độ máy phát ở các tốc độ gió khác nhau..................................10
Hình 2.2. Đặc tính hệ số công suất - tỉ lệ tốc độ đầu cánh.........................................................................11
Hình 2.3. Cơng suất Tuabin gió phụ thuộc vào tốc độ gió.........................................................................12
Hình 2.4. Đường cong cơng suất Tuabin gió ở các cấp độ gió khác nhau..................................................12
Hình 2.5. Đặc tính cơng suất phụ thuộc vào điện áp..................................................................................14
Hình 2.6. Sơ đồ xung của van điều khiển và đầu ra...................................................................................15
Hình 2.7. Sơ đồ bộ tăng áp và khối điều khiển.........................................................................................15
Hình 2.8. Lưu đồ giải thuật P&O kết hợp điều khiển chu kì làm việc D....................................................17
Hình 2.9. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển phía nguồn.........................................................................18
Hình 3.1 Mơ hình hóa Wind turbine..........................................................................................................38
Hình 3.2. Khối nguồn phát gồm Wind Turbine + PMSG + Chỉnh lưu.......................................................39
Hình 3.3. Mơ hình hóa bộ Boost converter................................................................................................41
Hình 3.4. Sơ đồ mạch nạp xả năng lượng..................................................................................................41
Hình 3.5. Mơ hình hóa PIN.......................................................................................................................42
Hình 3.6. Mơ hình hóa tải phi tuyến..........................................................................................................43
Hình 3.7. Mơ hình mạch lực sử dụng 6 van IGBT.....................................................................................44
Hình 3.8. Sơ đồ cấu trúc điều khiển dịng điện, điện áp phía tải................................................................44
Hình 3.9. Khối điều khiển điện áp, dịng điện............................................................................................45
Hình 3.10. Mơ hình bộ điều khiển PR điều khiển điện áp.........................................................................45
Hình 3.11. Mơ hình bộ điều khiển PR điều khiển dịng điện.....................................................................46
Hình 4.1. Tiến hành dị thủ cơng D để xác định điểm làm việc tối ưu..............................................49
Hình 4.2. Tiến hành dị D bằng thuật toán P&O để xác định điểm làm việc tối ưu....................................49

Hình 4.3. Giá trị D tối ưu (dưới) ứng với cơng suất phát cực đại (trên) khi dị thủ cơng...........................50
Hình 4. 4. Giá trị D đã được tối ưu (dưới) bằng thuật tốn P&O và cơng suất phát tương ứng (trên)........50
Hình 4.5. Kiểm tra với tải tuyến tính 3 pha đối xứng.................................................................................52
Hình 4.6. Chất lượng điện áp, dịng điện trên tải.......................................................................................52
Hình 4.7. Phân tích sóng hài điện áp tại thời điển trước khi xảy ra mất cân bằng (t=0,2s)........................53
Hình 4.8. Phân tích sóng hài điện áp sau khi xảy ra mất cân bằng (t=0.5s)...............................................53
Hình 4.9. Kiểm tra với tải phi tuyến..........................................................................................................54
Hình 4.10. Chất lượng điện áp, dịng điện khi hệ thống dùng cho tải phi tuyến........................................55
Hình 4.11. Phân tích sóng hài điện áp pha trên tải tại thời điển trước khi xảy ra mất cân bằng (t=0.25s) .
55 Hình 4.12. Phân tích sóng hài điện áp pha trên tải tại thời điển sau khi xảy ra mất cân bằng (t=0.5s).................56
Hình 4.13. Phân tích sóng hài dịng điện trên tải.......................................................................................56

2


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG PHÁT ĐIỆN SỨC GIÓ
1.1. Năng lượng gió
Gió là dạng năng lượng đến từ tự nhiên và dồi dào. Nó được sinh ra nhờ sự di
chuyển của khơng khí trong bầu khí quyển. Năng lượng gió là q trình gió sử dụng hoạt
động di chuyển của mình để tạo ra năng lượng cơ học. Để khai thác năng lượng gió, ta
triển khai và lắp đặt các hệ thống tuabin gió (wind turbine).

Hình 1. 1 Hệ thống turbine chuyển đổi năng lượng gió thành điện
Ưu điểm

Bảng 1.1. Ưu và nhược điểm củaNhược
việc sửđiểm
dụng năng lượng gió

- Là nguồn năng lượng sạch.

- Nguồn năng lượng không gây ô nhiễm
môi trường.
- Giảm sự phụ thuộc vào thủy điện.

- Ảnh hưởng môi trường sống của động
vật hoang dã và các lồi chim.
- Chi phí lắp đặt, đầu tư ban đầu cao.
- Ô nhiễm tiếng ồn, ảnh hưởng tới an toàn

- Mang lại lợi nhuận cho các doanh nghiệp cho người dân sống xung quanh.
vừa có lợi cho các hộ dân.
- Vị trí lắp đặt yêu cầu đặc điểm địa lý phù
- Kiếm thêm thu nhập từ tuabin gió.
hợp
- Dễ dàng lắp đặt một hệ thống tuabin gió
trên diện tích trang trại sẵn có.


1.2. Wind Turbine
 Định nghĩa: Wind Turbine (Turbine gió) là máy dùng để biến đổi động năng của gió
thành cơ năng. Máy năng lượng này có thể được dùng trực tiếp như trong trường hợp
của cối xay bằng sức gió, hay biến đổi trực tiếp thành điện năng như trong trường hợp
máy phát điện bằng sức gió. Trong lĩnh vực điện ta mặc định khi nhắc tới Wind
turbine theo nghĩa thứ hai, tức là một máy chuyển đổi năng lượng gió thành năng
lượng điện.
 Thành phần: Wind turbine bao gồm nhiều thành phần khác nhau. Quan trọng nhất là
máy phát điện và cánh quạt đón lấy năng lượng gió. Các bộ phận khác có thể kể đến
như: đi lái gió, trục và cột để dựng máy phát, bộ phận đổi dịng điện để hợp với
bình ắc qui và cuối cùng là 1 chiếc máy đổi điện (Inverter) để chuyển điện từ ắc quy
thành điện xoay chiều thông dụng. Máy phát điện turbine gió thường sử dụng máy

phát là loại xoay chiều có nhiều cặp cực do kết cấu đơn giản và phù hợp đặc điểm tốc
độ thấp của turbine gió. Các máy phát điện sử dụng năng lượng gió thường được xây
dựng gần nhau và điện năng sản xuất ra được hịa vào mạng điện chung sau đó biến
đổi để có được nguồn điện phù hợp.
 Lưu trữ năng lượng: việc sử dụng ăc quy để lưu giữ nguồn điện phát ra chỉ sử dụng
cho máy phát điện đơn lẻ và cung cấp cho hộ tiêu thụ nhỏ (gia đình). Việc lưu điện
vào ắc quy và sau đó chuyển đổi lại thường cho hiệu suất thấp hơn và chi phí cao cho
bộ lưu điện tuy nhiên có ưu điểm là ổn định đầu ra. Ngồi ra cịn có một cách lưu trữ
năng lượng gió khác. Người ta dùng cánh quạt gió truyền động trực tiếp vào máy nén
khí. Năng lượng gió sẽ được tích trữ trong hệ thống rất nhiều bình khí nén. Khí nén
trong bình sau đó sẽ được lần lượt bung ra để xoay động cơ vận hành máy phát điện.
Q trình nạp khí và xả khí được luân phiên giữa các bình, bình này đang xả thì các
bình khác đang được nạp bởi cánh quạt gió. Điện sẽ được ổn định liên tục.


Hình 1. 2. Thành phần cấu tạo Wind Turbine

 Các loại tua bin gió:
 Tua bin gió trục ngang: Đối với loại tua bin gió này, người dùng phải sử dụng
cánh ngang giúp thu được gió ở năng lượng tối đa.
 Tuabin gió trục đứng: Theo đánh giá chung, đây là loại tua bin không ổn định. Bởi
nếu lắp đặt ở điều kiện địa hình thấp lượng điện tạo ra sẽ yếu.
 Nguyên lý hoạt động của tuabin:

Hình 1. 3. Nguyên lý hoạt động của Turbine gió
Gió (Wind) làm quay cánh quạt (Blade) của turbine. Thường thì tốc độ quay của
trục cánh quạt không cao nên nhờ đưa qua hộp số (Gearbox) mà tốc độ quay của turbine
tăng lên đủ lớn và làm quay thành phần rotor trong máy phát (Generator). Generator sẽ

biến đổi năng lượng cơ sang điện. Sau đó thơng qua các bộ biến đổi điện tử công suất sẽ
đưa năng lượng điện này tới cho lưới hoặc tải tiêu thụ (Load).

1.3. Máy phát điện PMSG
PMSG hay còn gọi là máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu, được sử dụng
phổ biến trong các hệ thống năng lượng tái tạo như điện gió hoặc điện mặt trời. PMSG có
nhiều ưu điểm như kích thước nhỏ, hiệu suất cao. Việc sử dụng nam châm vĩnh cửu phía
rotor của PMSG giúp nó khơng phải cung cấp dịng điện kích từ qua stator để tạo ra từ
thông không đổi trong hke hở khơng khí, qua đó dịng điện phía stator chỉ cần tạo ra
momen xoắn.

1.4. Các bài toán điều khiển
Hệ thống phát điện sức gió có thể được chia thành 3 tầng điều khiển sau:
 Tầng 1: Thuộc lớp bài toán điều khiển phía nguồn phát và phía lưới/tải. Cấu trúc
điều khiển gồm nhiều vòng điều khiển, tác động vào các bộ biến đổi điện tử cơng
suất, điều khiển vịng khóa pha, điều khiển dòng và áp nối lưới,…
 Tầng 2: Cấu trúc điều khiển Wind Turbine với chức năng điều khiển góc cánh và
điều khiển tốc độ quay. Gồm có 2 bài toán điều khiển sau:


-

Điều khiển góc cánh quạt (Pitch Angle Control): cơng suất đầu ra được điều
khiển bằng cách thay đổi góc nghiêng của cánh quạt. Góc nghiêng được điều
khiển thơng qua áp lực dầu. Tuy nhiên, hệ thống có thể bị phá hủy do gió q
to.

-

Khơng điều khiển (Stall Control): cơng suất đầu ra được điều khiển dựa vào

hình dáng của cánh quạt. Gió thổi đến sẽ khơng tác động vào cánh quạt khi tốc
độ gió vượt quá một giá trị nào đó.
 Tầng 3: Cấu trúc điều khiển giám sát mang tính chất điều độ ( Energy
Management): thực hiện các bài toán điều khiển cấp Master như thiết lập chế độ
hoạt động, phân bố phụ tải tiêu thụ, giám sát hoạt động của hệ thống, tham gia
thực hiện bài toán chẩn đốn và giám sát từ xa thực trạng vận hành.

Hình 1. 4. Phân tầng điều khiển và các bài toán điều khiển


CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH BÀI TỐN VÀ GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN
2.1. Yêu cầu đề tài
Nội dung: “Thiết kế điều khiển MPPT cho hệ phát điện sức gió sử dụng
máy phát PMSG, cấp nguồn cho tải địa phương (tải phi tuyến THD dòng >
50%), yêu cầu THD áp < 3%”
Đề tài của nhóm em được nhận thuộc tầng điều khiển thứ nhất. Yêu cầu đối với
phía nguồn cần thiết kế để hệ thống làm việc hiệu quả với công suất tối ưu khi tốc độ gió
ở dưới định mức – bài tốn MPPT. Sau khi thu được điện năng từ phía nguồn cần điều
khiển nối tải địa phương phi tuyến, yêu cầu chất lượng điện áp cấp cho tải có độ méo hài
điện áp thấp
– bài tốn nối tải.

2.2. Đặc tính trong Wind Turbine
Wind Turbine là một máy năng lượng dùng để biến đổi động năng của gió thành
cơ năng. Gió được đặc trưng bởi tốc độ và hướng gió, nó cũng bị ảnh hưởng bởi một số
yếu tố như vị trí địa lý, đặc điểm khí hậu, độ cao trên mặt đất và địa hình bề mặt. Các
turbine gió tương tác với gió, hấp thụ một phần năng lượng động học của gió và biến nó
thành năng lượng sử dụng được. Trong hệ thống, năng lượng gió thu được bởi các cánh
turbine gió, sau đó được chuyển thành năng lượng cơ học trong trục. Trục dẫn động rotor
của PMSG để chuyển đổi cơ năng thành năng lượng điện.

 Theo định luật Newton, động năng của gió được tính theo cơng thức:

E 
k

1
2

mV 2
w

Trong đó m là khối lượng gió.
 Năng lượng của luồng khơng khí được tính như sau (theo Borkar and Kulkarni,
2015):


P


win
d

Trong đó:

1 m 2 1

V 
( AV
t 2 t w
2

1
)V 2   AV 3

Ek

w

w

2

w

 Pwind là công suất của luồng khí (W)
 ρ là mật độ khơng khí (kg/m3) (ρ =1,225 kg/m3 trong điều kiện ở nhiệt
độ 1500C và áp suất 101,325kPa).
 A là diện tích quét ngang của Turbine (m2)
 𝑉𝑤là tốc độ gió (m/s).
 Tuy nhiên trong các trường hợp thực tế, turbine gió sẽ ln có một hệ số công suất
nhỏ hơn Betz. Công suất thu được từ gió cho mục đích mơ phỏng được đưa ra bởi
Barakati (2011):

P
3
C



wind

1

 AV

2

w

(,  )
P

Trong đó:

 Pmlà cơng suất cơ trên trục động cơ (W);
 Ar = πRR2 là diện tích che phủ bởi cánh quạt (m2), với R là bán kính
cánh quạt turbine (m);
 Cp(λ,λ, β)) là hệ số hiệu suất của turbine với 𝜆 là tỉ lệ tốc độ đầu cánh
 β) là góc nghiêng cánh (deg).
 Tỉ lệ tốc độ đầu cánh được xây dựng bằng công thức (theo Rolanetal, 2009;
Hassan and Said, 2017):

  m R
VW

Trong đó ωm là vận tốc góc của turbine (rad/s).


 Hệ số công suất không phải là một giá trị tĩnh mà thay đổi một cách phi tuyến,
công thức cơ bản về hệ số công suẩt sử dụng cho mục đích mơ phỏng có thể

được định


nghĩa như là một hàm của tỷ lệ tốc độ đầu cánh và góc lật cánh như sau (Hassan
and Said, 2017):

 116

C (,  )  0.5
 0.4  5 e 21/
0.0068
P
 



1





1
0.035

  0.08  3 1

 Mối quan hệ giữa momen cơ Tm và công suất cơ trên trục động cơ Pm được cho
bởi biểu thức dưới đây (Eid et al., 2006; Omijeh et al., 2013):

Tm  Pm



m

Trong đó Tm là momen cơ sinh ra bởi turbine (Nm).

Hình 2.1 . Đặc tính cơng śt cơ - tốc độ máy phát ở các tốc độ gió khác nhau
Theo hình 2.1 với góc pitch β) = 0°, tốc độ gió càng lớn thì đặc tính cơng suất càng
cao. Mỗi đường đặc tính đều có 1 điểm cơng suất cực đại. Bằng cách kiểm sốt góc pitch
β) và tỷ lệ tốc độ đầu cánh λ thì có thể duy trì giá trị Cp một cách tối ưu. Ln có một giá
trị lớn nhất của Cp ở bất kì tốc độ gió nào. Hình 2.2 thể hiện hệ số hiệu suất của turbine
và tỉ lệ tốc độ đầu cánh ở các giá trị β khác nhau với tốc độ gió cố định.


Góc pitch β có ảnh hưởng tới đặc tính (λ,Cp − 𝜆). Với góc β nhỏ thì vị trí đường
cong Cp sẽ cao lên. Tuy nhiên, Cp ln có 1 giá trị cực đại trong dải thay đổi của tỉ lệ tốc
độ đầu cánh 𝜆.

Hình 2.2. Đặc tính hệ số công suất - tỉ lệ tốc độ đầu cánh
Hệ thống cơ khí của hệ thống máy phát turbine gió bao gồm nhiều bộ phận qn
tính. Có thể rất phức tạp khi xem xét tất cả các bộ phận của hệ thống truyền động. Đối
với bài tập lớn này, tất cả các thành phần quán tính được gộp lại với nhau như một khối
duy nhất. Hệ thống cơ khí tuabin gió có thể được biểu diễn đơn giản bằng cơng thức:
J

dω
= 𝑇 − Tm − Bωω
+ dt e

Trong đó J là momen quán tính, Bω là hệ số ma sát, Te là momen điện từ, Tm là momen cơ.

2.3. Bài toán điều khiển phía nguồn
2.3.1. Bài tốn tìm điểm cơng suất cực đại – MPPT
Do trong tự nhiên, gió ln ln thay đổi cả hướng và tốc độ theo thời gian dẫn đến
Turbine gió khi hoạt động sẽ có tốc độ quay của Tuabin cũng luôn thay đổi đồng thời tần
số của máy phát cũng thay đổi làm hưởng đến công suất thu được cũng như chất lượng
điện áp đầu ra của máy phát.


Hình 2.3. Cơng śt Tuabin gió phụ thuộc vào tốc độ gió
Đối với khu vực 2 (Region II): khi tốc độ gió nhỏ hơn tốc độ gió định mức: yêu
cầu đặt ra là cần điều khiển hệ thống làm việc để tạo ra được công suất là tối ưu. Đây là
bài tốn MPPT. Ứng với mỗi cấp độ gió khác nhau, hệ thống sẽ có một đường đặc tính
P(˜) đã biết trước, nhiệm vụ của bài toán điều khiển là xác định được điểm làm việc tối
ưu (MPP).

Hình 2.4. Đường cong công suất Tuabin gió ở các cấp độ gió khác nhau
Theo dõi điểm công suất tối đa (Maximum Power Point Tracking – MPPT) là một
cơng nghệ đặc biệt có thể áp dụng để tạo ra nguồn năng lượng tốt hơn từ các turbine gió


và module năng lượng Mặt Trời PV trong các trường hợp khác nhau.Như vậy, bản chất
của


MPPT là theo dõi điểm năng lượng tối đa hoạt động bằng cách điều chỉnh trở kháng để
giữ cho hệ thống hoạt động ở gần với điểm công suất cực đại của Turbine trong các điều
kiện khác nhau như sự thay đổi của tốc độ gió,…

MPPT có nhiều kỹ thuật điều khiển như thuật toán nhiễu loạn quan sát P&O, điều
khiển tốc độ đầu cánh TSR, điều khiển tối ưu - mối quan hệ - cơ sở ORBC…Trong các
thuật toán nêu trên thì thuật tốn P&O là thuật tốn tương đối cơ bản, đơn giản, dễ áp
dụng, được sử dụng rộng rãi và phổ biến.
Đối với thuật toán TSRC, mặc dù đây là thuật toán đơn giản và trực giác nhưng nó
phụ thuộc nhiều vào sự chính xác của việc đo lường tốc độ gió, đây là một khó khăn cho
thuật tốn này.Đối với thuật tốn ORBC, nhược điểm chính của nó là u cầu sự hiểu biết
về thơng số của hệ thống một cách chính xác. Tuy nhiên những thông số này thay đổi từ
hệ thống này sang hệ thống khác và thậm chí có thể thay đổi theo thời gian nên phải cập
nhật liên tục (realtime).
Thuật toán P&O khơng cần đo lường tốc độ gió, điều này làm giảm nhiều chi phí
thiết kế và vận hành. Để làm việc với thuật tốn khơng cần sự hiểu biết trước về những
thông số của hệ thống, điều này làm cho thuật tốn đáng tin cậy và ít phức tạp hơn. Vì
vậy trong báo cáo bài tập lớn này, phương pháp P&O (Perturb and Observe) được sử
dụng vào việc mô phỏng để tìm điểm cơng suất cực đại của hệ thống máy phát điện gió.
Máy phát điện gió 45kW lựa chọn nhằm áp dụng cho những nơi có nguồn năng lượng gió
tập trung nhưng diện tích khơng q lớn, tốc độ gió nhỏ (dưới 12m/s).
 Trong đề tài này nhóm em sẽ sử dụng thuật toán P&O để điều khiển công śt
phát của Turbine đạt cực đại.
2.3.2. Thuật tốn P&O
Mơ tả thuật tốn
Thuật tốn P&O kết hợp điều chỉnh chu kì làm việc D. Thuật toán này làm thay đổi
tốc độ quay của máy phát để đảm bảo công suất đầu ra là tối đa. Thuật tốn P&O khơng
cần đo lường tốc độ gió, điều này làm giảm nhiều chi phí. Để làm việc với thuật tốn
khơng cần sự hiểu biết trước về những thông số của hệ thống, điều này làm cho thuật tốn
đáng tin cậy và ít phức tạp hơn.
Nguyên lý hoạt động của thuật toán P&O:


-

Nếu tăng điện áp, cơng suất thu được tăng thì ta phải tiếp tục tăng điện áp.
Nếu tăng điện áp, cơng suất thu được giảm thì ta phải giảm điện áp.
Nếu giảm điện áp, cơng suất thu được tăng thì ta phải tiếp tục giảm điện áp..
Nếu giảm điện áp, cơng suất thu được giảm thì ta phải tăng điện áp.

Hình 2.5. Đặc tính cơng śt phụ thuộc vào điện áp
 Sử dụng mạch Boost để điều chỉnh điện áp nhằm thay đổi điểm làm việc của hệ thống.
2.3.3. Boost Converter
Nguyên lý điều chế băm xung PWM:
- PWM hoạt động theo nguyên tắc đóng ngắt có chu kỳ của nguồn của tải. Khi van
bán dẫn mở, toàn bộ điện áp được dùng cho tải. Khi van đóng, tải bị cắt nguồn
điện áp.
- Vì vậy, trong suốt chu kỳ đóng mở van này, tải sẽ có lúc nhận được tồn bộ nguồn
điện áp, có lúc nhận được một phần và cũng có lúc hồn tồn khơng nhận được gì.
- Cơng thức tính giá trị trung bình của điện áp ra tải:
𝑇𝑜
= Umax. D (λ,V)
𝑈𝑑 = 𝑈𝑚𝑎𝑥
𝑇
Với 𝐷 = là hệ số điều chỉnh PWM.
𝑇
𝑜

𝑇


Hình 2.6. Sơ đờ xung của van điều khiển và đầu ra
Quan hệ điện áp ra bộ Boost (Vout) với tốc độ quay roto (λ,ωr):
- Bộ tăng áp là một trong những bộ chuyển đổi DC– DC có thể tăng điện áp trong

khi đang giảm dòng điện từ nguồn cung cấp đầu vào đến tải đầu ra của nó. Điện áp
đầu ra trong bộ tăng áp thường được điều khiển bằng cách sử dụng công tắc
chuyển mạch.
- Với bộ Boost DC-DC, tăng D sẽ làm điện áp làm việc sẽ dịch sang trái (giảm đi),
khi giảm D sẽ làm điện áp làm việc sẽ dịch sang phải (tăng lên). Thuật toán MPPT
sử dụng phương pháp P&O sẽ quyết dịnh việc dịch chuyển điện áp như thế nào.

Hình 2.7. Sơ đờ bộ tăng áp và khối điều khiển
-

Việc xác định chu kì làm việc D phụ thuộc vào thời gian Ton và tần số chuyển fs:


𝑇𝑜𝑛
𝑇𝑜 𝑇𝑜𝑛
+ 𝑇𝑜𝑓𝑓 = 𝑇 = 𝑇𝑜𝑛𝑓𝑠
𝑛
Trong quá trình hoạt động ổn định, tỷ lệ giữa điện áp đầu ra và điện áp đầu vào thể
hiện như phương trình:
1
𝑉𝑜𝑢𝑡 =
𝑉
1 − 𝐷 𝑖𝑛
Ta có các phép biến đổi:
3 √6
𝑉𝐿𝐿
𝑉𝑖𝑛 = 𝑉𝑟𝑒𝑐 =
𝜆
𝐷=

-

-

2
= 𝑤 𝑘2 − (λ,𝑇𝑒 𝐿)
√ 𝑒
𝑉
𝑘𝑇
𝐿𝐿

Với:

-

 Vin = Vrec (vì điện áp vào Vin của bộ chuyển đổi Boost chính là điện áp ra
Vrec của bộ chỉnh lưu cầu ba pha không điều khiển)
 VLL là điện áp dây ngõ vào của bộ chỉnh lưu cầu không điều khiển và cũng là
điện áp dây ngõ ra của PMSG.
Thay vào ta được điện áp đầu ra của bộ tăng áp:
𝑉𝑜𝑢𝑡 =

1
3√6𝑤
1−𝐷 𝜆

√

2
𝑘2 − (λ,𝑇𝑒 𝐿)

𝑒

𝑘𝑇
 Từ quan hệ trên ta thấy khi hệ số D thay đổi thì Vout sẽ thay đổi theo, khi Vout
thay đổi thì 𝜆 cũng sẽ thay đổi → chỉ cần tìm ra hệ số D thích hợp thì khi đó
hệ thống sẽ hoạt động tại MPP.
2.3.4. Lưu đồ thuật tốn P&O
Ở phần trình bày trước nhóm đã chỉ ra quan hệ giữa Duty cycle và tốc độ làm việc
của turbine. Thông qua việc điều chỉnh Duty cycle (D) ta có thể điều chỉnh hệ thống
Turbine làm việc với cơng suất tối đa. Việc tìm ra Duty cycle tối ưu đó dựa trên thuật
tốn nhiễu loạn P&O mơ tả bằng lưu đồ thuật tốn dưới đây.


Hình 2.8. Lưu đờ giải thuật P&O kết hợp điều khiển chu kì làm việc D

2.3.5. Sơ đồ tổng thể bài tốn điều khiển phía nguồn
Hệ thống này bao gồm máy phát điện PMSG được kết nối với một bộ chỉnh lưu
không điều khiển nhằm biến đổi điện áp đầu ra thành điện áp một chiều từ điện áp xoay
chiều của máy phát đưa vào. Bộ tăng áp được sử dụng để điều khiển và biến đổi điện áp
một chiều đầu ra bằng phương pháp truy tìm điểm cơng suất cực đại ở mỗi tốc độ gió
khác nhau với