NGHIÊN cứu cấu TRÚC và hệ THỐNG điều KHIỂN bộ BIẾN đổi bán dẫn CÔNG SUẤT CHO hệ PIN mặt TRỜI có THUẬT TOÁN dò tìm điểm CÔNG SUẤT lớn NHẤT

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP




NGUYỄN THỊ THỤC




NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN CÔNG SUẤT
CHO HỆ PIN MẶT TRỜI CÓ THUẬT TOÁN
DÒ TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT LỚN NHẤT



Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá
MÃ SỐ: 60520216



TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Thái Nguyên, 2014



Công trình được hoàn thành tại:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP – ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN





Người hướng dẫn khoa học: TS. Trần Trọng Minh



Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Thanh Hà
Phản biện 2: TS. Ngô Đức Minh









Luận văn này được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn
Họp tại: TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP THÁI NGUYÊN
Vào hồi 13 giờ 30’ , ngày 18 tháng 8 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên
- Thư viện trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp




1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ngày nay với tình hình dân số và nền công nghiệp phát triển
không ngừng, năng lượng càng thể hiện rõ vai trò quan trọng và trở
thành yếu tố không thể thiếu trong cuộc sống. Tuy nhiên trong khi
nhu cầu sử dụng năng lượng đang ngày càng gia tăng thì các nguồn
năng lượng truyền thống được khai thác sử dụng hàng ngày đang dần
cạn kiệt và trở nên khan hiếm. Một số nguồn năng lượng đang được
sử dụng như nguồn nguyên liệu hoá thạch (dầu mỏ, than đá…) đang
cho thấy những tác động xấu đến môi trường, gây ô nhiễm bầu khí
quyển như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozôn, là một trong
những nguyên nhân làm trái đất ấm dần lên. Trước tình hình đó, vấn
đề phải tìm được những nguồn năng lượng mới để đáp ứng nhu cầu
sử dụng năng lượng đang lớn mạnh hàng ngày, thay thế những nguồn
năng lượng có hại cho môi trường hoặc đang cạn kiệt đang trở nên
cấp thiết, đòi hỏi nhiều sự quan tâm.
Luận văn với đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc và hệ thống điều

khiển bộ biến đổi bán dẫn công suất cho hệ pin mặt trời có thuật toán
dò tìm điểm công suất lớn nhất” được xuất phát từ yêu cầu thực tế
trên. như vậy sẽ tiết kiệm được nhiên liệu truyền thống và giảm tối
thiểu sự ô nhiễm môi trường và phát triển ngành công nghiệp sản
xuất thiết bị sử dụng năng lượng sạch tại Việt Nam.
2. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu những cấu trúc
tiêu biểu của bộ biến đổi dùng cho kết nối với pin mặt trời, nghiên




2

cứu các thuật toán dò tìm điểm hoạt động cho công suất lớn nhất, lựa
chọn một cấu trúc phù hợp, mô hình hóa hệ thống pin mặt trời-bộ
biến đổi, khảo sát đánh giá chất lượng của hệ thống.
Với mục tiêu như vậy đối tượng và phạm vi nghiên cứu của
luận văn sẽ là các bộ biến đổi dùng cho pin mặt trời, thuật toán dò
tìm điểm công suất lớn nhất, mô hình hóa hệ thống để đánh giá chất
lượng từ đó thiết kế hệ thống thực.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Sử dụng năng lượng tái tạo là một vấn đề cấp thiết hiện nay,
trong đó có hệ thống pin năng lượng mặt trời. Đối với hệ thống pin
mặt trời bộ biến đổi bán dẫn có vai trò cực kỳ quan trọng trong đảm
bảo lấy được năng lượng nhiều nhất và chuẩn hóa các thông số của
nguồn điện để có thể cung cấp cho các phụ tải tại chỗ hoặc kết nối
với lưới điện. Hiện nay trong và ngoài nước đây là những vấn đề
được nhiều người quan tâm. Tuy nhiên một cấu hình tiêu chuẩn và
phương pháp điều khiển cho bộ biến đổi kết nối pin mặt trời là vẫn

chưa thực sự tồn tại. Do đó đề tài này có ý nghĩa khoa học và thực
tiễn vô cùng lớn để nghiên cứu. Hệ thống điều khiển bộ biến đổi bán
dẫn công suất cho hệ pin mặt trời có thuật toán dò tìm điểm công
suất lớn nhất sử dụng bộ biến đổi Boost converter làm bộ biến đổi
DC-DC cho hệ thống, hơn nữa bộ biến đổi này cho hệ số biến điện
áp và hiệu suất cao.
4. Phương pháp nghiên cứu
Khảo sát thực tế tại mô hình hệ pin mặt trời. Áp dụng
phương pháp trung bình hóa hệ phương trình trạng thái các bộ biến




3

đổi DC-DC, DC-AC, thu được mô hình tuyến tính hệ thống, từ đó áp
dụng các phương pháp tuyến tính để tổng hợp hệ thống pin mặt trời.
5. Nội dung của đề tài
Thực hiện nhiệm vụ trên cấu trúc luận văn gồm có phần mở
đầu; chương 1,2,3,4 và 5; Kết luận và kiến nghị; Tài liệu tham khảo.
Nội dung chính của luận văn:
Chương 1: Tổng quan về hệ thống pin mặt trời.
Chương 2: Bộ biến đổi DC-DC với hệ số biến điện áp và hiệu
suất cao.
Chương 3: Nghiên cứu xây dựng phương pháp dò tìm điểm
công suất lớn nhất – MPPT.
Chương 4: Mô hình tín hiệu nhỏ biến đổi DC-DC dùng cuộn
kháng hỗ cảm.
Chương 5: Khảo sát đánh giá chất lượng của hệ thống.
Kết luận và kiến nghị

4

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
1.1. Giới thiệu về pin mặt trời
Pin mặt trời còn gọi là pin quang điện là thiết bị ứng dụng
hiệu ứng quang điện trong bán dẫn (thường gọi là hiệu ứng quang
điện trong – quang dẫn) để tạo ra dòng điện một chiều từ ánh sáng
mặt trời. Loại pin mặt trời thông dụng nhất hiện nay là loại sử dụng
Silic tinh thể. Tinh thể Silic tinh khiết là chất bán dẫn điện rất kém vì
các điện tử bị giam giữ bởi liên kết mạng, không có điện tử tự do.
Khi bị ánh sáng hay nhiệt độ kích thích, các điện tử bị bứt ra khỏi
liên kết, hay là các điện tử tích điện âm nhảy từ vùng hoá trị lên vùng
dẫn và để lại một lỗ trống tích điện dương trong vùng hoá trị. Lúc
này chất bán dẫn mới dẫn điện.

1.1.1. Đặc tính Vôn - Ămpe của pin mặt trời.
1.1.2. Ứng dụng
1.1.3. Tấm năng lượng mặt trời
1.1.4. Cách ghép nối các tấm năng lượng mặt trời
1.2. Hệ thống điện pin mặt trời
1.2.1. Cấu trúc chung
1.2.2. Ăc quy tích trữ năng lượng
1.3. Thuật toán dò tìm điềm công suất lớn nhất (MPPT)
MPPT (Maximum Power Point Tracker) là phương pháp dò
tìm điểm làm việc có công suất lớn nhất của hệ thống nguồn điện pin
mặt trời qua việc điều khiển chu kỳ đóng mở khoá điện tử dùng trong
bộ DC - DC. Thuật toán tác động lên bộ biến đổi để thay đổi giá trị




5

điện áp ở đàu ra của PV nhờ đó mà lấy ra được công suất lớn nhất.
Phương pháp MPPT được sử dụng rất phổ biến trong hệ thống pin
mặt trời làm việc độc lập.
1.4. Bộ biến đổi DC - DC
1.5 . Bộ biến đổi DC-AC
1.6. Kết luận chương 1
Trong chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống pin mặt
trời. Phân tích tổng quan về các hệ thống pin mặt trời, từ đó lựa chọn
hệ PV làm việc độc lập có ứng dụng phương pháp dò tìm điểm làm
việc có công suất lớn nhất MPPT mà cụ thể sẽ chọn phương pháp
điều khiển số cho MPPT. Để xác định điểm làm việc có công suất
lớn nhất của pin và làm ổn định nguồn điện một chiều lấy từ pin mặt

trời để cung cấp cho tải và ắc quy ta dùng bộ biến đổi DC-DC. Cấu
hình bộ biến đổi DC-DC có hệ số biến đổi lớn
o
in
V
M 8 15
V
  
lần,
hiệu suất cao 90 đến 94%. Bộ biến đổi đưa điện áp đầu vào
15

30VDC lên 350

400VDC, là đầu vào cho bộ biến đổi DC-AC,
đầu ra 220 VAC, 50Hz.
Chương 1 là cơ sở để các chương tiếp theo nghiên cứu và
xây dựng hệ thống điều khiển bộ biến đổi bán dẫn công suất cho hệ
pin mặt trời có thuật toán dò tìm điểm công suất lớn nhất.




6

Chương 2
BỘ BIẾN ĐỔI DC-DC VỚI HỆ SỐ BIẾN ĐIỆN ÁP VÀ HIỆU
SUẤT CAO
2.1. Bộ biến đổi nguồn DC-DC giảm áp (Buck converter)
Bộ biến đổi nguồn DC-DC giảm áp, có sơ đồ như hình vẽ 2.2:

Hình
2.2. Sơ đồ nguyên lý
bộ biến đổi DC-DC giảm áp

Đồ thị dòng áp của mạch như hình vẽ 2.3:







Hình 2.3. Đồ thị dạng dòng áp.
2.2. Bộ biến đổi nguồn DC - DC tăng áp (Boost Converter)
Sơ đồ như hình vẽ 2.4:





Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi nguồn DC – DC tăng áp
V
in

0
t
x
T

V
t

0

t

I
Lmax
i
I
Lmin
2T
L

D

R

+

-

V
o
V
in
Q

+

C

i
-





7

Hệ số biến đổi điện áp của Boost Conveter:
M =
o
in
V
1
V 1 D



(2-11)
Trong đó: D =
x
s
t
T
; 0 ≤ D ≤ 1; M > 1

(2-12)
Biểu đồ dòng áp trên cuộn L như hình vẽ 2.5:

Hình 2.5. Đồ thị dòng áp bộ biến đổi nguồn DC – DC tăng áp
Một trong những sơ đồ đơn gián có thể sử dụng là Boost
conveter với cuộn kháng hỗ cảm như hình vẽ 2.9:

Hình 2.9. Sơ đồ Boost conveter với cuộn kháng hỗ cảm.
Giản đồ dòng áp của sơ đồ Boost conveter với cuộn kháng hỗ cảm
như hình 2.11:

Hình 2.11. Giản đồ dòng áp sơ đồ Boost conveter với cuộn hỗ cảm




8

Để đạt được hiệu suất lớn hơn 95% ta sử dụng bộ biến đổi có
cuộn kháng hỗ cảm sử dụng phóng nạp (charge-pump) như hình
1.13. Hệ số biến điện áp có thể dễ dàng đạt được bởi tỉ số biến đổi
của năng lượng hỗ cảm cảm ứng áp lực điện áp cao và tổn thất
chuyển mạch của ghép nối hỗ cảm. Mạch này có lợi đó là mở rộng
được điện áp đầu vào, hệ số biến điện áp cao và giá thành hợp lý.




Hình 2.13. Bộ biến đổi DC-DC có cuộn kháng hỗ cảm phóng – nạp
Với sơ đồ này thì hệ số biến điện áp được tính theo công thức sau:

1 (n 1).D
M
1 D
 



(2-26)
Hiệu suất đạt tới 97%, điện áp đầu vào 24

38VDC lên
200VDC. Như vậy với sơ đồ mạch 2.13 là phù hợp với mục đích của
luận văn.
2.3. Kết luận chương 2
Trong chương 2 đã phân tích các bộ biến đổi bán dẫn công
suất và lựa chọn bộ biến đổi DC-DC tăng áp (Boost Converter) dùng
cuộn kháng hỗ cảm với hệ số biến đổi điện áp và hiệu suất cao (90%
đến 95% có khi đạt được hơn 95%). Với mục tiêu môdun hóa hệ
thống PV, mỗi panel PV đi với một bộ biến đổi, thì sơ đồ Boost
Converter với cuộn kháng hỗ cảm có thể là một lựa chọn phù hợp.
Phương án này đơn giản, dễ thực hiện. Từ đó mô hình hóa bộ biến
đổi DC - DC tăng áp sử dụng Mosfet là van bán dẫn, được điều khiển




9

với tần số đóng cắt cao. Phương pháp mô hình hóa bộ biến đổi này là
phương pháp trung bình hóa hệ phương trình trạng thái. Đây là cơ sở

để xây dựng mô hình tín hiệu nhỏ, tổng hợp mạch vòng điều chỉnh
và mô phỏng kiểm chứng ở những chương tiếp theo.





10

Chương 3
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN DÒ TÌM ĐIỂM
CÔNG SUẤT LỚN NHẤT - MPPT
3.1. Nguyên lý dung hợp tải
Ta giả sử rằng đây là bộ biến đổi lý tưởng, công suất trung
bình do nguồn cung cấp phải bằng với công suất trung bình tải hấp
thụ được.
P
in
= P
out
(3–4)
Khi đó:
in
o
o
in
V
V
I
I



(3–5)
Từ 2 công thức (3 – 3) và (3 – 5) ta có:
oin
I.
D
1
1
I



(3–6)
Suy ra:
tai
2
o
o
2
in
in
in
R.)D1(
I
V
.)D1(
I
V
R 

(3–7)




Hình 3.3. Tổng trở vào R
in
được điều chỉnh bằng D
3.2. Thuật toán xác định điểm làm việc công suất lớn nhất MPPT
Như đã nói ở trên, điểm làm việc có công suất lớn nhất MPP
định trên đường đặc tính I –V luôn thay đổi dưới điều kiện nhiệt độ
và cường độ bức xạ thay đổi. Điểm MPP cần phải dùng thuật toán để
xác định. Thuật toán này là trung tâm của bộ điều khiển MPPT.




11

Thuật toán MPPT được coi là một phần không thể thiếu trong hệ PV,
được áp dụng với mong muốn nâng cao hiệu quả sử dụng của dãy
pin mặt trời. Nó được đặt trong bộ điều khiển bộ biến đổi DC-DC.
3.2.1. Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O
Đây là một phương pháp đơn giản và được sử dụng thông
dụng nhất nhờ sự đơn giản trong thuật toán và việc thực hiện dễ
dàng. Thuật toán này xem xét sự tăng, giảm điện áp theo chu kỳ để
tìm được điểm làm việc có công suất lớn nhất.
3.2.2. Phương pháp điện dẫn gia tăng INC
Đây là phương pháp khắc phục những nhược điểm của

phương pháp P&O trong trường hợp điều kiện thời tiết thay đổi đột
ngột. Phương pháp này sử dụng tổng điện dẫn gia tăng của dãy pin
mặt trời để dò tìm điểm công suất tối ưu.
Phương pháp này cơ bản dựa trên đặc điểm là: độ dốc của
đường đặc tính pin bằng 0 tại điểm MPP, độ dốc này là dương khi ở
bên trái điểm MPP, là âm khi ở bên phải điểm MPP.
3.2.3. Tổng kết so sánh các phương pháp MPPT
3.3. Phương pháp điều khiển MPPT
3.3.1. Phương pháp điều khiển PI
3.3.2. Phương pháp điều khiển trực tiếp
3.3.3. Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra.
3.4. Kết luận chương 3
Trên cơ sở lựa chọn bộ biến đổi DC/DC tăng áp (Boost
Converter), mô hình hóa bộ biến đổi DC/DC tăng áp và xây dựng
hàm truyền cho bộ biến đổi. Trong chương 3 này đã nghiên cứu và




12

xây dựng phương pháp dò tìm điểm công suất lớn nhất. Đã xây dựng
được hệ thống pin mặt trời dùng bộ biến đổi bán dẫn công suất có
ứng dụng thuật toán tìm điểm công suất lớn nhất. Tuy nhiên chưa
xây dựng được hệ thống hoàn chỉnh và chưa đánh giá được chất
lượng động học của hệ thống. Việc xây dựng hoàn chỉnh hệ thống sẽ
được thực hiện ở chương tiếp theo.

13

Chương 4
MÔ HÌNH TÍN HIỆU NHỎ BIẾN ĐỔI DC-DC DÙNG CUỘN
KHÁNG HỖ CẢM
4.1. Phương pháp trung bình hóa hệ phương trình trạng thái
Trong phương pháp trung bình hóa hệ phương trình trạng thái
mạch điện của bộ biến đổi ứng với mỗi trạng thái đóng cắt của van
bán dẫn được mô tả bởi một hệ phương trình tuyến tính:
dx
= Ax + Bu; y = Cx + Du
dt
(4.1)
Trong đó: A, B, C, D là các ma trận của phương trình trạng thái; x là
biến trạng thái; u là biến đầu vào; y là biến đầu ra.
Bộ biến đổi DC - DC cơ bản có hai trạng thái cho phép của
van. Trong một chu kỳ T
s
, thường gọi là chu kỳ đóng cắt, chu kỳ
điều chế PWM, gồm hai khoảng thời gian ứng với hai trạng thái, dt
s

và (1 - d)Tt
s
(0 < d < t
s
). Ứng với trạng thái 1 hệ có phương trình
trạng thái:

1 1 1 1
dx
= A x + B u; y = C x + D u
dt
(4.2)
Ứng với trạng thái 2 hệ có phương trình trạng thái:
2 2 2 2
dx
= A x + B u; y = C x + D u
dt
(4.3)
Các ma trận A
1
, B
1
, C
1
, D
1
mô tả mạch điện tuyến tính của sơ
đồ trong khoảng thời gian dT
s
(0<d<1), các ma trận A
2
, B
2
, C
2
, D
2

mô tả mạch điện tuyến tính của sơ đồ trong khoảng thời gian (1–
d)T
s
.




14

Vì vậy nếu ta lấy trung bình trong một chu kỳ T
s
hệ phương
trình (4.2) và (4.3) trong đó:
0 s
0
t T
s
t
1
x xdt
T



(4.4)
Ký hiệu
x
thể hiện là giá trị trung bình, thu được hệ phương

trình trạng thái mới với các biến trạng thái là các giá trị trung bình.
Có thể thấy rằng phương trình trạng thái trung bình là
phương trình tín hiệu lớn và phi tuyến vì có tích của tín hiệu điều
khiển d với biến trạng thái x.
Mối quan hệ giữa giá trị trung bình, giá trị xác lập và tín hiệu
nhỏ được chỉ ra:

ˆ
x X x
ˆ
u U u
ˆ
y Y y
ˆ
d D d
 


 


 


 


(4.11)
4.2. Xây dựng mô hình cho Tapped – coupled inductors
Xuất phát từ sơ đồ Boost conveter với cuộn kháng hỗ cảm

như hình 4.1 ta xây dựng mô hình của hệ thống.





Hình 4.1. Sơ đồ mạch lực Boost conveter với cuộn kháng hỗ cảm.
+

-
V
o

V
in
+

C

D

i
L1
L

L
1

L
2

*

*

-

Q

i
L2

i
t

i
SW




15

Qua phân tích mạch điện ta có đồ thị dòng điện và điện áp
trên các phần tử Boost conveter cuộn kháng hỗ cảm như hình vẽ 4.4.

Hình 4.4. Đồ thị dòng áp của các phần tử trên sơ đồ Boost conveter
dùng cuộn kháng hỗ cảm
Ta có sơ đồ thay thế các phần tử khóa bằng nguồn dòng,
nguồn áp liên tục, có điều khiển như hình 4.5.

Hình 4.5. Sơ đồ thay thế các phần tử khóa bằng nguồn dòng, nguồn
áp liên tục, có điều khiển
Có thể tiếp tục cho các biến trạng thái và đầu vào các biến
động nhỏ để có được mô hình tín hiệu nhỏ. Xác định hàm truyền từ
điều khiển đến điện áp đầu ra:
g R C
L
2
C
vd
2
2
R R
2
D (nU K U )
I
Ls
u (s)
(1 n) (1 n)
G (s)
K K Dd(s)
LCs sL

R (1+n)



 
 

 
(4.35)




16

Hàm truyền (4.35) của Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ
cảm cũng có điểm zero bên phải trục ảo và 2 điểm cực phức liên hợp.
4.3. Thiết kế cấu trúc điều khiển theo điện áp.
4.3.1. Cấu trúc điều khiển
Để kiểm chứng mô hình tín hiệu nhỏ trước hết ta sẽ tiến
hành thiết kế cấu trúc điều khiển theo điện áp. Giả thiết mạch vòng
điện áp có cấu trúc như trên hình 4.6.

Hình 4.6. Cấu trúc mạch vòng điều chỉnh điện áp của sơ đồ Boost
conevrter dùng cuộn kháng hỗ cảm.
Ta có sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp theo nguyên lý điện áp bộ
biến đổi kiểu Boost.

Hình 4.9. Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp theo nguyên lý điện áp
bộ biến đổi kiểu Boost
4.3.2. Vòng lặp điện áp
Điện áp truyền khi có vòng lặp điện áp được tính bằng công
thức sau:


p
1
C k
G
c
(s)
V
o
*

G
vd
(s
)

K
u

V
o

17

Với các số liệu có thể tính toán chế độ xác lập và từ đó xây
dựng được hàm truyền tín hiệu nhỏ từ điều khiển đến điện áp ra. Đồ
thị Bode của hàm truyền G
vd
(s) cho trên hình 4.10, đường mầu xanh
nước biển.

Hình 4.10. Đồ thị Bode cho hệ thống mạch vòng điện áp
Các đặc tính biên pha của hệ thống thu được trên hình 4.10
cho thấy mạch vòng điện áp ổn định, không có sai lệch tĩnh đối với
lượng đặt điện áp.
4.4. Kết luận chương 4
Trên cơ sở phương pháp trung bình hóa hệ phương trình
trạng thái đã xây dựng được mô hình cho Switch - tapped của bộ
biến đổi Boost với cuộn kháng hỗ cảm và cấu trúc điều khiển điện áp
với vòng lặp điện áp. Đây là cơ sở để thiết kế mạch điều khiển cho
hệ thống pin mặt trời có thuật toán tìm điểm làm việc lớn nhất.




18

Chương 5
KHẢO SÁT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG

5.1. Giới thiệu phần mềm MATLAB
5.2. Kết quả mô phỏng trong phần mềm MATLAB
Sơ đồ hệ thống pin mặt trời sử dụng bộ biến đổi Boost
Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm với mạch vòng điện áp được mô
phỏng trong MATLAB có dạng hình 5.1.

Hình 5.1. Mô hình mô phỏng bộ biến đổi Boost Converter dùng cuộn
kháng hỗ cảm với mạch vòng điện áp
- Kết quả mô phỏng điện áp đầu ra và dòng qua điôt D trong
chế độ xác lập, mạch vòng hở được thể hiện trên hình 5.2.

Hình 5.2. Kết quả mô phỏng điện áp đầu ra và dòng qua điôt D
trong chế độ xác lập, mạch vòng hở




19

- Chi tiết dạng xung dòng điện, điện áp, từ trên xuống dưới:
dạng xung điều khiển van, dạng dòng qua cuộn cảm từ hóa i
Lm
và
dòng đầu vào i
g
, dạng dòng qua điôt i
2
, dạng điện áp bên cuộn sơ cấp
máy biến áp lý tưởng u
1

thể hiện trên hình 5.3.

Hình 5.3. Dạng xung dòng, điện áp trên các phần tử
Nhận xét: Kết quả cho thấy với các tính toán mạch lực phù hợp sơ
đồ Boost Converter dùng cuộn kháng hỗ cảm đã cho tỷ số biến đổi
điện áp cao, từ 28VDC đầu vào lên 360VDC đầu ra khi hệ số lấp đầy
xung D = 0,55. Ở dòng tải định mức gần 1A dòng đỉnh qua van bán
dẫn chỉ là gần 20A (xem dạng dòng đầu vào i
g
trong khoảng van dẫn,
điôt khóa trên hình 5.3), dòng đỉnh qua điôt cỡ 2,1A. Điện áp trên
van bán dẫn khi khóa chỉ là 36V (xem dạng điện áp bên sơ cấp máy
biến áp u
1
trong khoảng van khóa). Như vậy các chế độ làm việc của
van đều hợp lý, đúng như mong đợi ở sơ đồ dùng cuộn kháng hỗ
cảm.
- Kết quả mô phỏng tác dụng của mạch vòng điều chỉnh điện
áp thể hiện trên hình 5.4.




20


Hình 5.4. Mô phỏng tác dụng của mạch vòng điều chỉnh điện áp
Nhận xét: Các đồ thị trên hình 5.4 cho thấy điện áp được giữ ổn định
theo lượng đặt ở 400V, hầu như không bị ảnh hưởng của sự thay đổi
điện áp vào cũng như tải từ 10% đến 100%. Đặc tính dòng i

2
qua điôt
cũng cho thấy ngoại trừ lúc khởi động rất ổn định, xung động lúc
đóng tải 100% cũng chỉ đến 4A. Đặc tính điều chỉnh độ lấp đầy xung
d cũng cho thấy sự thay đổi trong phạm vi 0,4 đến 0,6 theo như thiết
kế mong muốn (quanh 0,5). Tuy nhiên bộ điều chỉnh cũng đưa ra tín
hiệu điều khiển D có ảnh hưởng của nhiễu ở tần số đóng cắt 100kHz
nhưng không ảnh hưởng gì đến hoạt động bình thường của bộ điều
chỉnh. Các biến động điện áp đầu ra có dạng tắt dần ngay, không dao
động, chứng tỏ độ dự trữ ổn định cao. Đáp ứng quá độ cho tất cả các
loại biến động đầu vào và tải cỡ 0,02s, kể cả lúc khởi động trực tiếp.
- Phóng to đáp ứng điện áp có kết quả thể hiện trên hình 5.5.

Hình 5.5. Đặc tính đáp ứng điện áp đầu ra phóng to




2
1

Nhận xét: Phóng to đáp ứng điện áp có trên hình 5.5 cho thấy một số
kết quả đặc biệt. Hình 5.5 cho thấy đáp ứng điện áp ở trong khoảng
+/- 20V (5% của 400V). Tuy nhiên ở thời điểm 0,06s và 0,09s khi
ngắt tải và đóng tải trở lại thấy rõ ảnh hưởng của điểm zero bên phải
trục ảo. Đó là khi ngắt tải thì điện áp lại có xung giảm xuống, còn khi
đóng tải thì điện áp lại tăng lên. Có thể thấy điều này trên đặc tính
đầu ra tín hiệu điều khiển D trên hình 5.4, khi tải nhẹ thì D lớn hơn,
khi tải nặng thì D nhỏ hơn. Điều này ngược với khi điện áp đầu vào
cao thì D nhỏ và khi điện áp vào thấp thì D tăng, theo như đặc tính

biến đổi điện áp
o
g
U
1
M
U 1 D
 

. Tuy nhiên bộ điều chỉnh vẫn đảm
bảo được điện áp đầu ra trong mọi trường hợp.
5.3. Kết luận chương 5
Trong chương 5 đã tiến hành mô phỏng quá trình thiết kế từ
mô hình hóa đến xác định cấu trúc và tham số của bộ điều chỉnh đã
cho kết quả hoàn toàn chấp nhận được. Đây là cơ sở để tiến hành
thực nghiệm xây dựng bộ biến đổi DC - DC với hệ số truyền điện áp
cao, có nhiều ứng dụng trong thực tế, nhất là đối với các bộ biến đổi
cho các bộ nguồn phát từ pin mặt trời.





22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Sau một thời miệt mài nghiên cứu, tìm hiểu thực tế và thực
hiện luận văn, được sự hướng dẫn tận tình của thầy TS. Trần Trọng
Minh và các thầy, cô trong bộ môn Tự động hóa - Trường Đại Học

Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên, cùng
với sự giúp đỡ của bạn bè đồng nghiệp, đề tài “Nghiên cứu cấu trúc
và hệ thống điều khiển bộ biến đổi bán dẫn công suất cho hệ pin mặt
trời có thuật toán dò tìm điểm công suất lớn nhất’’ đã được hoàn
thành và đạt được một số kết quả như sau:
- Nêu được tổng quan về hệ thống pin mặt trời.
- Nghiên cứu nguyên lý làm việc của Bộ biến đổi DC-DC với
hệ số biến điện áp và hiệu suất cao và lựa chọn bộ biến đổi Boost
Converter có cuộn kháng hỗ cảm làm bộ biến đổi DC-DC cho hệ
thống. Từ đó tìm phương pháp điều khiển, thuật toán điều khiển cho
hệ thống.
- Nghiên cứu xây dựng phương pháp dò tìm điểm công suất
lớn nhất – MPPT.
- Xây dựng được mô hình tín hiệu nhỏ biến đổi DC-DC dùng
cuộn kháng hỗ cảm
- Khảo sát và đánh giá về khả năng làm việc của thiết kế trên
cơ sở sử dụng phần mềm MATLAB.
Có thể cho rằng, luận văn đã hoàn thành các nhiệm vụ đề ra
ban đầu. Cho dù khả năng và hiệu quả ứng dụng kết quả nghiên cứu
vào thực tế cần phải được kiểm nghiệm nhiều hơn nữa. Nhưng với




23

những kết quả đã đạt được của luận văn, có thể khẳng định hướng
tiếp cận, cơ sở xây dựng là hướng đúng và hoàn toàn có khả năng
thực hiện áp dụng vào thực tiễn.
Từ kết quả nghiên cứu đến chế tạo cần phải có thời gian và

kinh phí. Nhưng với những kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ là
tiền đề cơ bản để ứng dụng vào thực tiễn, đồng thời nghiên cứu chế
tạo sản phẩm có thể sử dụng rộng rãi.
2. Kiến nghị
Được sự giúp đỡ tận tình của thầy TS. Trần Trọng Minh và
các thầy giáo, cô giáo Khoa Sau đại học - Khoa Điện trường đại học
Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên - Đại Học Thái Nguyên, cùng
với sự giúp đỡ của bạn bè đồng nghiệp và bản thân tác giả đã rất cố
gắng hoàn thành luận văn. Các nội dung luận văn đã được cố gắng
trình bày một cách cẩn thận, nhưng do trình độ nhận thức vấn đề còn
hạn chế, thời gian nghiên cứu chưa nhiều và nhiệm vụ của luận văn
liên quan đến lĩnh vực khá rộng, nên luận văn không thể tránh khỏi
những thiếu sót. Vì thế tác giả rất mong nhận được sự đóng góp của
các thầy, cô, bạn bè đồng nghiệp và những người quan tâm đến lĩnh
vực này để tác giả có thể khắc phục những thiếu sót và bổ sung cho
luận văn hoàn thiện hơn. Tác giả sẽ tiếp tục nghiên cứu để có thể áp
dụng tốt kết quả nghiên cứu vào công tác chuyên môn sau này, nhất
là áp dụng vào các đối tượng trong thực tế sản xuất.