Bài toán chia công suất cho 2 nguồn pin mặt trời nối với tải

LỜI NÓI ĐẦU
Nhu cầu về năng lượng trong thời đại khoa học kĩ thuật không ngừng gia tăng.
Tuy nhiên các nguồn năng lượng truyền thống đang được khai thác như : than đá,
dầu mỏ, khí đốt, khi thiên nhiên và ngay cả thủy điện … đang ngày càng cạn kiệt.
Không những thế chúng còn tác hại xấu đối với môi trường như : gây ô nhiễm môi
trường, ô nhiễm tiếng ồn, mưa axit, trái đất nóng dần lên, thủng tầng ô-zôn … Do
đó, việc tìm ra và khai thác các nguồn năng lượng mới như năng lượng hạt nhân,
năng lượng địa nhiệt, năng lượng gió và năng lượng mặt trời … là rất cần thiết.
Việc nghiên cứu năng lượng mặt trời ngày càng thu hút sự quan tâm của các nhà
nghiên cứu, nhất là trong giai đoạn thiếu hụt năng lượng nghiêm trọng hiện nay.
Năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng sạch, dồi dào, hoàn toàn miễn phí, không
gây ô nhiễm môi trường và không gây ô nhiễm tiếng ồn … Hiện nay năng lượng mặt
trời đã dần đi vào cuộc sống của con người, chúng được áp dụng rộng rãi trong công
nghiệp và trong dân dụng với nhiều hình thức khác nhau. Trong đó có Pin năng
lượng mặt trời với rất nhiều ưu điểm ưu việt. Tuy nhiên trong ứng dụng thực tế còn
rất nhiều vấn đề cần giải quyết để có thể sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng này.
Do đó, nhóm em đã chọn đề tài nghiên cứu: “ Chia công suất cho hai nguồn Pin
Mặt Trời ”. Đề tài được trình bày với các chương:
Chương 1: Tổng quan về Pin Mặt Trời
Chương 2: Bài toán đặt ra
Chương 3: Mô phỏng và kết quả
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm em đã cố gắng tìm tòi, học hỏi và nghiên
cứu kiến thức để hoàn thành. Do kinh nghiệm và kiến thức còn nhiều hạn chế nên
báo cáo này còn nhiều nhứng thiếu xót. Vì vậy nhóm em rất mong nhận được sự góp
ý từ phía cô để chúng em hoàn thiện thêm kiến thức cho bản thân.

1


MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ

2


DANH MỤC BẢNG BIỂU

3


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PIN MẶT TRỜI
Năng lượng mặt trời
Giới thiệu về năng lượng mặt trời
Khoảng một nửa số năng lượng mặt trời đến được bề mặt trái đất. Trái đất nhận
được 174 petawatts (PW = 1015W) của bức xạ mặt trời (sự tiếp nắng) tại tầng cao
khí quyển. Khoảng 30% phản xạ trở lại vào không gian, trong khi phần còn lại được
hấp thụ bởi đám mây, đại dương và các vùng đất. Quang phổ của ánh sáng mặt trời ở
bề mặt của Trái Đất chủ yếu truyền qua các tia có thể nhìn thấy, sóng ngắn hồng
ngoại và một phần nhỏ các song ngắn tia cực tím.
1.1
1.1.1

Hình 1: Năng lượng Mặt Trời bức xạ xuống Trái Đất
Bề mặt trái đất, đại dương và khí quyển hấp thụ bức xạ mặt trời, và điều này
làm tăng nhiệt độ của chúng. Hơi nước bốc hơi từ các đại dương tăng lên, là nguyên
nhân đối lưu tuần hòan của khí quyển. Khi không khí bốc lên cao, nơi mà nhiệt độ
thấp, hơi nước ngưng tụ thành mây rồi mưa trên bề mặt trái đất, hoàn thành chu trình
nước. Các nhiệt ẩn của sự ngưng tụ nước đối lưu khuếch đại, tạo ra các hiện tượng
khí quyển như gió, lốc xoáy và chống lốc xoáy. Ánh sang mặt trời bị hấp thụ bởi các
đại dương và các vùng đất giữ nhiệt độ trung bình trên bề mặt trái đất khỏang 14°C.

Bởi quang hợp, cây xanh chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học,
thành phần trong thực phẩm, gỗ và sinh khối, từ đó có nguồn gốc nhiên liệu hóa
thạch.

4


Hình 2: Bảng so sánh các loại năng lượng phổ biến mà con người dùng trong 1 năm
Tổng số năng lượng mặt trời hấp thụ mỗi năm bởi bầu khí quyển, đại dương và
các vùng đất là khoảng 3.850.000 exajoules (EJ = 1018J), số liệu trong năm 2002.
Mức năng lượng mặt trời tỏa xuống trái đất trong 1 giờ nhiều hơn năng lượng thế
giới sử dụng trong một năm. Năng lượng mặt trời đến bề mặt của trái đất lớn gấp đôi
so với tổng tất cả nguồn năng lượng hóa thạch của trái đất như : than, dầu, khí đốt tự
nhiên, và uranium được khai thác.
Từ bảng các nguồn tài nguyên có thể thấy rằng, năng lượng mặt trời, gió hay
sinh khối sẽ đủ để cung cấp tất cả các nhu cầu năng lượng của chúng ta. Tuy nhiên,
tăng sử dụng năng lượng sinh khối đã có một tác động tiêu cực về sự nóng lên toàn
cầu và tăng đáng kể giá lương thực vì phải chuyển rừng và cây trồng vào sản xuất
nhiên liệu sinh học. Nhưng tăng sử dụng nguồn năng lượng mặt trời và gió thì sẽ tốt
hơn.
Năng lượng mặt trời có thể được khai thác ở mức độ khác nhau trên thế giới, tùy
thuộc vào vị trí địa lý, gần với đường xích đạo hơn "tiềm năng" năng lượng mặt trời
hiệu quả hơn.
1.2

Pin năng lượng Mặt Trời

1.2.1 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Pin năng lượng Mặt Trời
a. Chất liệu để tạo thành Pin năng lượng Mặt Trời
Chất liệu chính để tạo ra Pin năng lượng mặt trời là chất bán dẫn tinh khiết, tức

là khi đó silic cần đảm bảo là bán dẫn ròng electron và số hạt tải lỗ trống hole phải
bằng nhau. Để tạo ra được một tấm Pin năng lượng mặt trời người ta cần phải chế
5


tạo chất bán dẫn ra thành 2 loại n và p sau đó ghép chúng lại với nhau để có được
tiếp xúc p – n.
b. Nguyên lý hoạt động của tấm Pin mặt trời tạo ra điện
Để tạo ra Pin mặt trời người ta phải thêm vào đó một số phân tử loại khác gọi là
pha tạp. Cấu trúc nguyên tử Si giống như của kim cương : gồm 4 electron ở vành
ngoài liên kết với nguyên tử Si gần đó. Do đó, khi pha them một ít nguyên tử phốt
pho P vào sẽ có 5 nguyên tử ở vòng ngoài, thừa ra 1 electron tự do chuyển đông dễ
dàng hơn đây là bán dẫn loại n ( negative – âm ). Ngược lại nếu pha tạp một ít
nguyên tử Bo sẽ có 3 nguyên tố ở vành ngoài, dẫn đến thiếu 1 electron sẽ tạo ra lỗ
trống (hole), đây là bán dẫn loại p ( positive – dương ).

Hình 3: Cấu tạo pin năng lượng Mặt Trời
Khi ghép bán dẫn loại n với bán dẫn loại p sẽ tạo lớp chuyển tiếp p – n và tại
điểm tiếp giáp này sẽ có sự dịch chuyển để lấp đầy chỗ trống do có một electron
thừa của loại n sẽ chạy sang lấp đầy electron còn thiếu của loại p tạo ra vùng nghèo.
Sự chuyển dịch này trực tiếp tạo ra hiệu điện thế cỡ 0.6V đến 0.7V ở chỗ tiếp xúc p
– n nhưng không tạo ra dòng điện.

6


Hình 4: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của pin Mặt Trời
Tuy nhiên, khi mang Pin mặt trời cho ánh sáng mặt trời chiếu vào thì photon
của ánh sáng mặt trời sẽ kích thích làm cho các nguyên tử bật ra ngoài, tạo nên các
khoảng trống vì thiếu electron hình thành một cặp electron – lỗ trống và tại nơi tiếp

xúc p – n đẩy electron về phía bán dẫn p và đẩy lỗ trống về phía bán dẫn n. Còn
những electron bị bật ra sẽ nhảy lên miền dẫn ở mức cao hơn và chuyển động tự do.
Cứ như thế, nếu càng nhiều ánh sáng mặt trời thì sẽ càng nhiều electron nhảy lên
miền dẫn.

Hình 5: Cấu tạo nguyên lý hoạt động của pin Mặt Trời
Chính vì thế để tạo ra điện năng mặt trời người ta đã dùng một dây để nối bán
dẫn p với bán dẫn n, bởi khi các electron từ bán dẫn n chuyển sang bán dẫn p để lấp
đầy chỗ trống sẽ sinh ra dòng điện. Việc sử dụng chất bán dẫn silic tạo ra tiếp xúc p
– n từ đó sinh ra dòng điện mặt trời được xem là một tiến bộ lớn trong công cuộc
biến năng lượng mặt trời thành dòng điện sử dụng được.
7


c. Sơ đồ tương đương của Pin năng lượng Mặt Trời
- Mô hình toán học của Pin Mặt Trời

Hình 6: Mạch tương đương của một tế bào pin Mặt Trời
Khi được chiếu sáng thì Pin mặt trời phát ra một dòng quang điện I ph vì vậy
Pin mặt trời có thể xem như một nguồn dòng.
Lớp tiếp xúc p – n có tính chất chỉnh lưu tương đương như một diode D.
Tuy nhiên khi phân cực ngược, do điện trở tiếp xúc có giới hạn nên vẫn có một dòng
điện rò qua nó. Đặc trưng cho dòng điện rò qua lớp tiếp xúc p – n là điện trở shunt
Rsh.
Dòng quang điện chạy trong mạch phải đi qua các lớp bán dẫn p và n, các
điện cực, các tiếp xúc… Đặc trưng cho tổng các điện trở của các lớp đó là một điện
trở RS mắc nối tiếp trong mạch. Từ đó, xây dựng được sơ đồ tương đương tổng quát
của Pin mặt trời như hình
Dòng điện qua diode : =
Phương trình KCL :

(1.1)
=0

Phương trình KVL : =

(1.2)
(1.3)

Trong đó :
- : dòng qua diode, [A]
- : dòng bão hòa của diode, [A]
- q : điện tích electron, q = 1,602. [C]
- k : hằng số Boltzman, k = 1,381. [J/K]
8


- T : nhiệt độ lớp tiếp xúc, [K]
- n : hệ số lý tưởng của diode
- : điện áp nhiệt, [V]
- : dòng điện ra của Pin mặt trời, [A]
- : điện áp ra của Pin mặt trời, [V]
Từ (1.1), (1.2), (1.3) suy ra phương trình đặc tính I – V của một tế bào Pin mặt trời :
(1.4)

Để có công suất cũng như điện áp, dòng điện theo yêu cầu thì phải ghép các
tế bào Pin mặt trời lại thành một module Pin mặt trời. Giả sử ghép nối tiếp Ns các tế
bào Pin mặt trời và ghép song song Np các tế bào Pin Mặt Trời lại, thì phương trình
đặc tính I – V tổng quát như sau :
(1.5)

-

Mô hình hóa Pin mặt trời bằng Simulink

Xuất phát từ phương trình (1.1), (1.2), (1.3), (1.5) có thể xây dựng được mô
hình mô phỏng của tấm Pin như hình :

Hình 7: Sơ đồ khối chi tiết bên trong của pin Mặt Trời
Tuy nhiên đối với bài toán thực tế, xây dựng mô hình mô phỏng của tấm Pin
như vậy gặp khó khăn với việc lắp ghép nhiều tấm Pin Mặt Trời và điều khiển
chúng. Vì vậy đối với bài toán này chúng em sẽ dùng công cụ Matlab – Simulink để
sử dụng mô phỏng có sẵn của một tấm Pin Mặt Trời như hình dưới đây :
9


Hình 8: Mô phỏng một tấm pin Mặt Trời trong Matlab - Simulink
1.2.2 Các đường đặc tính của Pin Mặt Trời
Các đường đặc tính của Pin Mặt Trời được thể hiện dưới đây :

Hình 9: Đường đặc tính P(V)

Hình 10: Đường đặc tính P(I)

Hình 11: Đường đặc tính I(V)
10


1.3 Ứng dụng của Pin năng lượng Mặt trời
Các Pin năng lượng mặt trời có nhiều ứng dụng. Chúng đặc biệt thích hợp
cho các vùng mà điện năng trong mạng lưới chưa vươn tới, các vệ tinh quay xung

quanh quỹ đạo trái đất, máy tính cầm tay, các máy điện thoại cầm tay từ xa, thiết bị
bơm nước... Pin năng lượng mặt trời (tạo thành
các module hay các tấm năng lượng mặt trời) xuất hiện trên nóc các tòa nhà nơi
chúng có thể kết nối với bộ chuyển đổi của mạng lưới điện.

Hình 12: Hệ thống chiếu sáng trong trường học ở Tazania

11


Hình 13: Công viên - Kenyan

Hình 14: Bơm điện -Somalia

12


Hình 15: Chiếu sáng – Bangladesh

Hình 16: Ứng dụng vào phương tiện giao thông

Hình 17: Ứng dụng vào vệ tinh nhân tạo

13


CHƯƠNG 2: BÀI TOÁN
2.1 Yêu cầu bài toán
Bài toán đặt ra yêu cầu: Cho 2 pin mặt trời có công suất khác nhau và có giá
trị:

+ Pin 1: công suất 1000W.
+ Pin 2: công suất 2000W.
Với tải xoay chiều có công suất từ 1000W đến 3000W (công suất lớn nhất
bằng tổng công suất 2 pin). Nhiệm vụ điều khiển sao cho công suất phát ra của 2 pin
không có pin nào bị quá tải hay non tải.
VD: Tải có công suất 2000W, ta không thể để cho pin 1 phát ra 200W và pin
2 phát ra 1800W. Như vậy pin 1 bị non tải và pin 2 bị quá tải.
2.2 Mô hình bài toán

Hình 18: Sơ đồ khối mô hình bài toán
Mỗi pin được kết nối với một bộ biến đổi DC/DC. Bộ biến đổi DC/DC được
sử dụng ở đây là bộ Boost Converter. Sau khi qua bộ Boost Converter, đầu ra của 2
bộ DC/DC được mắc song song với nhau nói với bộ biến đổi DC/AC để đưa ra điện
áp xoay chiều kết nối với tải.
2.3 Các bộ biến đổi bán dẫn trong hệ thống
2.3.1 Bộ biến đổi DC/DC: Boost Converter
a. Giới thiệu
14


Bộ biến đổi DC/DC được sử dụng rộng rãi trong nguồn điện 1 chiều với mục
đích đổi nguồn điện 1 chiều không ổn định thành nguồn điện 1 chiều có thể điều
khiển được. Trong hệ thống pin mặt trời bộ biến đổi DC/DC được kết hợp chặt chẽ
với pin. Các bộ biến đổi DC/DC thường được chia làm 2 loại có cách ly và không có
cách ly. Loại cách ly sử dụng máy biến áp cách ly về điện tần số cao kích thước nhỏ
để cách ly nguồn điện một chiều đầu vào với nguồn điện một chiều đầu ra và tăng
hay giảm áp bằng cách điều chỉnh hệ số biến áp. Loại DC/DC không có cách ly
không sử dụng máy biến áp cách ly. Các loại bộ biến đổi DC/DC thường dùng trong
hệ PV gồm:
+ Bộ giảm áp (buck)

+ Bộ tăng áp (boost)
+ Bộ đảo dấu điện áp (buck – boost)
+ Bộ biến đổi tăng – giảm áp Cúk

Hình 19: Sơ đồ cấu trúc các bộ chuyển đổi DC/DC không cách ly
15


Việc lựa chọn loại DC/DC nào để sử dụng trong hệ PV con tùy thuộc vào tải
đối với điện áp ra của day panel mặt trời. Bộ giảm áp buck converter có thể định
được điểm làm việc có công suất tối ưu mỗi khi điện áp vào vượt quá ra của bộ biến
đổi, trường hợp này ít thực hiện được khi cường độ bức xạ của ánh sáng xuống thấp.
Bộ tăng áp boost converter có thể xác định điểm làm việc tối ưu ngay cả với cường
độ sáng yếu. Hệ thống làm việc với lưới dùng bộ Boost để tăng điện áp ra cấp cho
tải trước khi đưa vào bộ biến đổi DC/AC.
Boost Converter là một công cụ chuyển đổi điện một chiều (DC) sang một
chiều (DC) làm tăng điện áp (trong khi giảm dòng điện) từ đầu vào (cung cấp) đến
đầu ra (tải) của nó.
b. Nguyên lý họat động
- Hoạt động
Nguyên tắc chính là xu hướng của một cuộn cảm để chống lại sự thay đổi của
dòng điện bằng cách tạo và phá hủy một từ trường. Trong một bộ chuyển đổi
tăng, điện áp đầu ra luôn cao hơn điện áp đầu vào.

Hình 20: Sơ đồ nguyên lý mạch boost
+ Khi đóng công tắc, dòng điện chạy qua cuộn cảm theo chiều kim đồng hồ
và cuộn cảm lưu trữ một số năng lượng bằng cách tạo ra từ trường. Cực tính của
phía bên trái của cuộn cảm là dương
+ Khi công tắc được mở, dòng điện sẽ giảm khi trở kháng cao hơn. Từ trường
được tạo trước đó sẽ bị phá hủy để duy trì dòng điện đối với tải. Do đó, cực sẽ bị đảo

ngược (có nghĩa là phía bên trái của cuộn cảm sẽ trở thành âm). Kết quả là hai
nguồn sẽ nối tiếp nhau khiến điện áp cao hơn để sạc tụ điện qua diode D.
+ Nếu công tắc được thay đổi đủ nhanh, cuộn cảm sẽ không xả hết giữa các
giai đoạn sạc và tải sẽ luôn có điện áp lớn hơn nguồn của đầu vào khi mở công tắc.
Ngoài ra trong khi công tắc được mở, tụ điện song song với tải được nạp vào điện áp
kết hợp này. Khi công tắc sau đó được đóng lại, tụ điện có thể cung cấp điện áp và
năng lượng cho tải. Trong thời gian này, diode chặn ngăn tụ phóng điện qua công
tắc. Công tắc tất nhiên phải được mở lại đủ nhanh để ngăn tụ phóng điện quá nhiều.
Nguyên tắc cơ bản của bộ chuyển đổi Boost bao gồm 2 trạng thái riêng biệt :
16


Hình 21: Hai trạng thái của bộ chuyển đổi Boost
+ Ở trạng thái Bật, công tắc S bị đóng, dẫn đến tăng dòng điện dẫn
+ Ở trạng thái Tắt, công tắc mở và đường dẫn duy nhất được cung cấp cho
dòng điện dẫn là thông qua diode flyback D, tụ C và tải R. Những kết quả này dẫn
đến việc truyền năng lượng tích lũy trong On-state vào tụ điện.
+ Dòng điện đầu vào giống như dòng điện dẫn như có thể thấy trong hình . Vì
vậy, nó không liên tục như trong bộ chuyển đổi buck và các yêu cầu trên bộ lọc đầu
vào được nới lỏng so với bộ chuyển đổi buck.
-

Chế độ liên tục:
Mode 1 (0 < t ≤)

Hình 22: Sơ đồ nguyên lý khi công tắc S đóng
=L=L
=L
17

E= =
Mode 2 ( ≤ t < T):

Hình 23: Sơ đồ nguyên lý khi công tắc S mở
=L=L
=L
= =
Hệ số biến đổi điện áp
DT = ()(1 – D)T = (1 – D)T – (1 – D)T
= (1 – D)T – T + DT
= (1 – D)
=
Hệ số biến đổi dòng điện

Hình 24: Dạng sóng dòng điện, điện áp ở chế độ dòng liên tục
-

Chế độ dòng điện gián đoạn
18


Hình 25: Dạng sóng dòng điện, điện áp ở chế độ dòng điện gián đoạn
Nếu biên độ gợn của dòng điện quá cao, cuộn cảm có thể bị phóng
điện hoàn toàn trước khi kết thúc toàn bộ chu kỳ giao hoán. Điều này thường
xảy ra dưới tải nhẹ. Trong trường hợp này, dòng điện qua cuộn cảm giảm
xuống 0 trong một phần của chu kỳ. Mặc dù sự khác biệt là nhỏ, nhưng nó có
tác động lớn đến phương trình điện áp đầu ra.

Hình 26: Sơ đồ nguyên lý khi ở chế độ dòng điện gián đoạn

Hệ số biến đổi điện áp
D () = 0

19


Nhận xét
+ Dòng điện đầu vào của Boost converter luôn có dạng liên tục
+ Ở thời điểm bắt đầu chuyển mạch van dẫn dòng xuất hiện một dòng điện
kích có biên độ bằng vài lần dòng điện định mức trong chế độ xác lập
+ Dòng điện ra trên tải luôn luôn bị dao động
+ Dạng điện áp đầu ra rất nhạy với sự biến thiên của độ rộng xung
+ Boost converter luôn luôn bắt buộc phải có tải ở phía đầu ra (không được
phép hở mạch)
+ Trong trường hợp ngắn mạch đầu ra, thì việc giảm độ rộng xung kích thích
cũng không thể hạn chế được dòng ra trên tải
2.3.2 Bộ biến đổi DC/AC
a. Giới thiệu
-

Bộ biến đổi DC/AC (bộ nghịch lưu) là những bộ biến đổi dùng để biến đổi
nguồn điện một chiều thành nguồn điện xoay chiều cung cấp cho phụ tải xoay chiều.
Các bộ biến đổi DC/AC có nhiều ứng dụng quan trọng. Năng lượng điện tích trữ chủ
yếu dưới dạng một chiều, ví dụ như các bộ ắc quy hoặc dự trữ ngắn hạn trong các tụ
điện. Các nguồn năng lượng điện ngày nay được phát triển theo hướng thân thiện
với môi trường như năng lượng gió, năng lượng mặt trời,… Tính chất của các nguồn
năng lượng này là bị thay đổi theo thời gian, thời tiết nên đều cần tích trữ trong các
ắc quy. Các bộ biến đổi DC/AC có nhiệm vụ biến các nguồn điện một chiều này
thành nguồn điện xoay chiều phù hợp với phụ tải xoay chiều thông dụng.
Có nhiều dạng bộ biến đổi DC/AC phụ thuộc vào số pha như nghịch lưu cầu một

pha, nghịch lưu cầu ba pha, nghịch lưu nửa cầu. Cũng có nhiều cách điều khiển các
bộ nghịch lưu theo dạng xung điều khiển khác nhau: chế độ xung vuông, điều chế
dộ rộng xung PWM,…
b. Nghịch lưu cầu ba pha nguồn áp

Hình 27: Sơ đồ bộ nghịch lưu 3 pha nguồn áp
Bộ nghịch lưu cầu 3 pha bao gồm các phần tử:
20


+
+

T1 , T2 , T3 , T4 , T5 , T6

:là các van bán dẫn IGBT.

D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6

:là các diode.

+ C: tụ lọc một chiều.
+

Vd

: nguồn áp một chiều.

+ R: tải.
Các bộ nghịch lưu được điều khiển bằng nhiều cách khác nhau. Trong đó,

cách điều khiển bộ nghịch lưu điều biến độ rộng xung PWM (Pulse Width
Modulation) có nhiều lợi thế hơn các cách khác. Bộ nghịch lưu điều biến độ rộng
xung được đánh giá là bộ nghịch lưu cho phép đưa ra dạng sóng gần sin nhất.
Nội dung cơ bản của kỹ thuật này là mỗi nửa chu kỳ dòng điện hay điện áp ra
gồm nhiều đoạn hình chữ nhật có độ rộng thích hợp.
Luật điều khiển của phương pháp điều biến độ rộng xung PWM được sử
dụng nhiều nhất là luật so sánh. Tín hiệu điều khiển hình sin có tần số mong muốn
sẽ được so sánh với các xung hình tam giác. Tần số chuyển mạch của nghịch lưu
bằng tần số của xung tam giác. Tần số xung tam giác còn gọi là tần số sóng mang.
Các công thức liên quan:
+ Hệ số điều chế biên độ:
ma =

Vˆm
Vˆc

Trong đó:

Vˆm
Vˆc

: biên độ tín hiệu điều khiển

: biên độ tín hiệu sóng mang

+ Hệ số điều chế tần số:
mf =

fc
fm

Trong đó:

fc

là tần số của

là tần số của

Vˆc

Vˆm

21


ma < 1

mf ≥ 9

Trong thực tế thông thường sẽ lựa chọn
. Khi
phương pháp điều
khiển có ưu thế tạo được quan hệ tuyến tính giữa biên độ điện áp thành phần cơ bản
ma > 1

và hệ số tuyến tính. Tuy nhiên không thể tăng trị số điện áp đó lên được. Khi
thì có thể tăng biên độ điện áp tần số cơ bản, phương pháp này là quá điều biến, so
với phương pháp

ma < 1

thì phương pháp

ma > 1

có nhiều sóng hài hơn.

Hình 28: Quan hệ điện áp và

ma

22


Hình 29: Dạng sóng mang và sóng điều chế ở bộ nghịch lưu cầu 3 pha
Sóng điều chế là 3 tín hiệu hình sin có biên độ và tần số thay đổi được. Sóng
mang là dạng sóng tam giác có biên độ cố định, tần số có thể thay đổi.
+ Nếu
+ Nếu
+ Nếu
+ Nếu
+ Nếu
+ Nếu

vmA ≥ vc

thì

vmA < vc

vmB ≥ vc

mở nên

vmC ≥ vc

v AN = 0

T3

vBN = Vd

T6

vBN = 0

T5

vCN = Vd

thì mở nên
thì mở nên

thì

v AN = Vd

T4

thì mở nên

thì mở nên

vmB < vc

vmC < vc

T1

T2

mở nên

vCN = 0

.

.
.
.
.

.

2.4 Thuật toán điều khiển
2.4.1 Vấn đề chia công suất
Việc chia công suất dựa theo công suất tối đa của 2 pin. Do công suất tối đa
của pin 1 so với pin 2 có tỷ lệ 1:2 nên công suất của tải cũng sẽ được chia theo tỷ lệ
1:2 để phân bố cho các pin.
23

VD: Tải có công suất 2400W, ta sẽ chia công suất theo tỷ lệ 1:2 cho 2 pin, tức
là pin 1 cần phải phát ra 800W, pin 2 cần phát ra 1600W.
Việc điều khiển để từng pin phát ra công suất như mong muốn, chúng em dựa
trên phương pháp dò tìm điểm làm việc tối ưu MPPT (Maximum Power Point
Tracking).
2.4.2 Thuật toán MPPT
a. Giới thiệu chung

Hình 30: Bộ điều khiển MPPT trong pin Mặt Trời
MPPT (Maximum Power Point Tracking) là phương pháp dò tìm điểm làm
việc có công suất cực đại của hệ thống điện mặt trời thông qua việc đóng mở khóa D
của bộ biến đổi DC/DC.

Hình 31: Đường đặc tính I-V và P-V của pin Mặt Trời
Từ đường đặc tính I-V của pin mặt trời, ta thấy có điểm gọi là MPP
(maximum power point) – điểm công suất cực đại. Tại điểm đó, công suất phát ra
của pin là lớn nhất. Có nhiều thuật toán được ứng dụng để tìm điểm công suất cực
24


đại. Nhưng phương pháp đơn giản nhất là phương pháp P&O – phương pháp nhiễu
loạn và quan sát.
b. Nguyên lí dung hợp tải

Hình 32: Pin Mặt Trời kết nối với tải
Với mỗi pin năng lương mặt trời ta đều có thể xác định được giá trị của tải tối
ưu cho pin phát ra công suất cực đại:
Ropt =

Ropt

Vmpp
I mpp

: tải tối ưu

Vmpp
I mpp

: điện áp ứng với công suất cực đại
: dòng điện ứng với công suất cực đại

Điện trở của tải được xác định như sau:
R=
VO
IO

VO
IO

: điện áp ra
: dòng điện ra
R

Ropt

Khi giá trị của tải trùng với giá trị của tải tối ưu thì công suất truyền từ
pin mặt trời đến tải sẽ là công suất lớn nhất. Tuy nhiên, điều này trong thực tế hiếm

25