Nghiên cứu xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới dùng thuật toán mờ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐINH PHƢƠNG THÙY

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VÀ DUY TRÌ ĐIỂM LÀM VIỆC CĨ CƠNG
SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI DÙNG
THUẬT TOÁN MỜ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

Thái Nguyên - năm 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

ĐINH PHƢƠNG THÙY

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH VÀ DUY TRÌ ĐIỂM LÀM VIỆC CĨ CƠNG
SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI DÙNG
THUẬT TOÁN MỜ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN
MÃ SỐ: 8.52.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. Lại Khắc Lãi

Thái Nguyên – năm 2020


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên tác giả luận văn: Đinh Phương Thùy
Đề tài luận văn: Nghiên cứu xác định và duy trì điểm làm việc có cơng
suất cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lưới dùng thuật toán mờ
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 8.52.02.01
Tác giả, Người hướng dẫn khoa học và Hội đồng chấm luận văn xác nhận
tác giả đã sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên bản họp Hội đồng ngày
03/10/2020 với các nội dung sau:
- Sửa sai sót về lỗi chính tả, lỗi chế bản, phần trích tài liệu tham khảo.
- Chú thích đầy đủ trên hình vẽ, chỉnh sửa và bổ sung.
Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2020
Giáo viên hƣớng dẫn

Tác giả luận văn

PGS.TS. Lại Khắc Lãi

Đinh Phƣơng Thùy

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

PGS.TS. Ngô Đức Minh

i


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Đinh Phương Thùy
Sinh ngày: 14/09/1984
Học viên lớp cao học: Khóa 21 - Kỹ thuật điện - Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái Nguyên
Hiện đang công tác tại: Trường Cao đẳng Lào Cai
Tôi xin cam đoan: Bản luận văn: “Nghiên cứu xác định và duy trì điểm
làm việc có cơng suất cực đại của hệ thống điện mặt trời nối lƣới dùng thuật
toán mờ” do PGS.TS Lại Khắc Lãi hướng dẫn là cơng trình nghiên cứu của
riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Các
số liệu, kết quả trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác. Nếu sai tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm.
Thái Nguyên, Ngày 15 tháng 10 năm 2020
Tác giả luận văn

Đinh Phƣơng Thùy

ii


LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian nghiên cứu, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn
tận tình của thầy giáo PGS.TS Lại Khắc Lãi, luận văn với đề tài “Nghiên cứu
xác định và duy trì điểm làm việc có công suất cực đại của hệ thống điện
mặt trời nối lƣới dùng thuật tốn mờ” đã hồn thành. Tác giả xin bày tỏ lòng
cảm ơn sâu sắc đến:

Thầy giáo hướng dẫn PSG. TS Lại Khắc Lãi đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ
tác giả hồn thành luận văn này.
Phịng quản lý đào tạo sau đại học, các thầy giáo, cô giáo Khoa Điện
trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã giúp đỡ tác giả trong suốt
quá trình học tập cũng như trong q trình nghiên cứu đề tài.
Tồn thể các đồng nghiệp, bạn bè, gia đình và người thân đã quan tâm,
động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn.
Thái Nguyên, Ngày 15 tháng 10 năm 2020
Tác giả luận văn

Đinh Phƣơng Thùy

3


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN .....................................................................................................iii
MỤC LỤC ........................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.......................................vii
DANH MỤC CÁC BẢNG ................................................................................. ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................. x
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................. 1
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ....................................................................... 2
3. Mục tiêu nghiên cứu....................................................................................... 2
4. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 2
5. Phương pháp nghiên cứu................................................................................ 2
6. Bố cục luận văn.............................................................................................. 3
CHƢƠNG 1: LÝ THUYẾT TỔNG QUAN ...................................................... 4

1.1. LOGIC MỜ................................................................................................ 4
1.2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ MỘT CHIỀU – MỘT CHIỀU (DC-DC) .. 10
1.2.1. Chức năng bộ biến đổi DC-DC........................................................... 10
1.2.2. Bộ biến đổi DC - DC không cách li.................................................... 10
1.2.3. Bộ biến đổi DC - DC có cách ly......................................................... 16
1.2.4. Điều khiển bộ biến đổi DC - DC ........................................................ 17
1.3. BIẾN ĐỔI DC-AC (Inverter) ................................................................ 18
1.3.1. Các phép chuyển đổi........................................................................... 18
1.3.2. Điều chế độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation) ............... 22
1.3.3. Điều khiển chuyển đổi DC - AC......................................................... 25
1.4. VẤN ĐỀ HÒA NGUỒN ĐIỆN VỚI LƢỚI .......................................... 28
1.4.1. Các điều kiện hòa đồng bộ.................................................................. 29
1.4.2. Đồng vị pha trong hai hệ thống lưới................................................... 30
4


1.5. Kết luận chƣơng 1 ................................................................................... 31
CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI............................................... 32
2.1. NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI ................................................................. 32
2.1.1. Cấu trúc của mặt trời........................................................................... 32
2.1.2. Năng lượng mặt trời............................................................................ 33
2.1.3. Phổ bức xạ mặt trời............................................................................. 34
2.1.4. Đặc điểm của bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất.............................. 36
2.2. KHAI THÁC, SỬ DỤNG TRỰC TIẾP NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
.......................................................................................................................... 42
2.2.1. Thiết bị sấy khô dùng NLMT ............................................................. 44
2.2.2. Thiết bị chưng cất nước sử dụng NLMT ............................................ 44
2.2.3. Động cơ stirling chạy bằng NLMT..................................................... 45
2.2.4. Bếp nấu dùng NLMT .......................................................................... 45
2.2.5. Thiết bị đun nước nóng bằng năng lượng mặt trời ............................. 46

2.2.6. Thiết bị làm lạnh và điều hịa khơng khí dùng NLMT....................... 47
2.2.7. Nhà máy nhiệt điện sử dụng năng lượng mặt trời. ............................. 48
2.3. PIN MẶT TRỜI ...................................................................................... 49
2.3.1. Khái niệm ............................................................................................ 49
2.3.2. Mơ hình tốn và đặc tính làm việc của pin mặt trời ........................... 50
2.4. HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI ............................................................ 53
2.4.1. Ý nghĩa hệ thống điện mặt trời ........................................................... 53
2.4.2. Hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập............................................. 54
2.4.3. Hệ thống điện mặt trời nối lưới .......................................................... 54
2.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 2........................................................................ 56
CHƢƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM LÀM VIỆC TỐI ƢU CỦA HỆ
THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI NỐI LƢỚI DÙNG THUẬT TOÁN MỜ ........ 57
3.1. Ý NGHĨA VIỆC XÁC ĐỊNH ĐIỂM LÀM VIỆC CĨ CƠNG SUẤT
CỰC ĐẠI (MPPT) ......................................................................................... 57
5


3.2. MỘT SỐ THUẬT TỐN MPPT THƠNG DỤNG.............................. 59
3.2.1. Thuật tốn điện áp khơng đổi (CV – Constant Voltage) .................... 59
3.2.2. Thuật toán xáo trộn và quan sát (P&O - Perturb and Observe).......... 60
3.2.3. Thuật toán điện dẫn gia tăng (INC - Inremental Conductance) ......... 60
3.2.4. Thuật toán điện dung ký sinh (PC – ParasiticCapacitance)................ 61
3.3. MPPT SỬ DỤNG LOGIC MỜ.............................................................. 62
3.4. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG......................................................................... 64
3.4.1. Sơ đồ và kịch bản mô phỏng............................................................... 64
3.4.2. Kết quả mô phỏng............................................................................... 66
3.4.3. Nhận xét .............................................................................................. 68
3.5. KẾT LUẬN CHƢƠNG 3........................................................................ 68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 69
1. Kết luận ....................................................................................................... 69

2. Kiến nghị ..................................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 71

6


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
S K
T ý
1 NN
Lăn
2 PPi
Mn
3 BB
Độ
4 BB
Bộ
5 DB
Cộ
6 DB
Cộ
7 T
ế
8 MM
Pax
9 PP
W
ul
1 CC
0 B ar

1 Z
1 er
1 SS
2 Vpa
1 C
3 ur
1 V
4 ol
1 V
5 SIol
1 C
6 ư
1 UĐ
7 P iệ
1 D
8 ò
1 D
9 ò
2 Đ
0 iệ
2 H
1 ằn
2 N
2 hi
2 ID
3 Dò
2 I(S
4 h
or
t

vii


2 Đ
5 OCiệ
2 B
6 ứ
2 H
7 ệ
2 T
8 h
2 C
9 h
3 T
0 ần
3 ID
1 Lò
3 UĐ
2 Ciệ
3 T
3 h

viii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2. 1: Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo bước sóng .................................... 35
Bảng 2. 2: Màu sắc và bước sóng của ánh sáng mặt trời.................................... 36
Bảng 3. 1: Thông số của tấm pin mặt trời........................................................... 65

9


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1. 1: Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ ................................. 4
Hình 1. 2: Các dạng hàm liên thuộc của tập mờ ................................................... 5
Hình 1. 3: Hợp hai tập mờ có cùng tập vũ trụ....................................................... 6
Hình 1. 4: Giao hai tập mờ có cùng tập vũ trũ ...................................................... 6
Hình 1. 5: Tập bù

của tập mờ A......................................................................... 7

Hình 1. 6: Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ .......................................... 8
Hình 1. 7: Cấu trúc tổng quát của một hệ mờ ....................................................... 9
Hình 1. 8: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck .............................................................. 11
Hình 1. 9: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost ............................................................. 12
Hình 1. 10: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost............................................... 13
Hình 1. 11: Sơ đồ biến đổi Cuk........................................................................... 14
Hình 1. 12: Sơ đồ mạch bộ Cuk khi khóa SW mở thơng dịng .......................... 14
Hình 1. 13: Sơ đồ mạch bộ Cuk khi khóa SW đóng ........................................... 15
Hình 1. 14: Bộ chuyển đổi DC- DC có cách ly................................................... 16
Hình 1. 15: Sơ đồ cấu trúc mạch vòng điều khiển điện áp ................................. 17
Hình 1. 16: Sơ đồ cấu trúc mạch vịng điều khiển dịng điện ............................. 18
Hình 1. 17: Chuyển đổi từ hệ tọa độ abc sang hệ tọa độ αβ ............................... 19
Hình 1. 18: Chuyển đổi từ hệ qui chiếu αβ sang hệ qui chiếu dq ....................... 20
Hình 1. 19: Cấu trúc của SOGI ........................................................................... 22
Hình 1. 20: Điều chế độ rộng xung dựa trên song mang hình sin ...................... 24
Hình 1. 21: Biểu diễn véc tơ khơng gian của điện áp ra .................................... 24
Hình 2. 1: Cấu trúc của mặt trời.......................................................................... 33
Hình 2. 2: Thang sóng điện từ của bức xạ mặt trời............................................. 34

Hình 2. 3: Định nghĩa các vĩ tuyến (a) và kinh tuyến (b) ................................... 37
Hình 2. 4: Phổ bức xạ mặt trời bên trong và ngoài bầu khí quyển ..................... 38
Hình 2.5: Định nghĩa và cách xác định air mass................................................. 41
Hình 2. 6: Lị sấy sử dụng NLMT....................................................................... 44
Hình 2.7: Thiết bị chưng cất nước dùng NLMT ................................................. 44
10


Hình 2. 8: Động cơ stirling chạy bằng NLMT.................................................... 45
Hình 2. 9: Bếp nấu dùng NLMT ......................................................................... 46
Hình 2. 10: Bình nước nóng Thái Dương Năng.................................................. 47
Hình 2. 11: Thiết bị làm lạnh và điều hịa khơng khí dùng NLMT .................... 47
Hình 2. 12: Tháp năng lượng mặt trời và nhà máy điện mặt trời ....................... 48
Hình 2.13: Mạch tương đương của module PV .................................................. 51
Hình 2. 14: Quan hệ I(U) và P(U) của PV......................................................... 52
Hình 2. 15: Các họ đặc tính của PV .................................................................... 52
Hình 2. 16: Sơ đồ khối tổng quát của một hệ nguồn điện một chiều.................. 54
Hình 2. 17: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lưới ...................................... 55
Hình 3. 1: Quan hệ I(U) và P(U) của PV ............................................................ 57
Hình 3. 2: Đặc tính V-A của tải và của pin mặt trời ........................................... 58
Hình 3. 3: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời nối lưới sử dụng MPP ................. 58
Hình 3. 4: Quan hệ P(U) của tấm pin PV............................................................ 59
Hình 3. 5: Lưu đồ thuật tốn P&O...................................................................... 60
Hình 3. 6: Lưu đồ thuật tốn INC ....................................................................... 61
Hình 3. 7: Quan hệ P-U của tấm PV ................................................................... 62
Hình 3. 8: Hàm liên thuộc của các tập mờ đầu vào (E, DE)............................... 63
Hình 3. 9: Hàm liên thuộc đầu ra (D).................................................................. 64
Hình 3. 10: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điện mặt trời nối lưới............................. 65
Hình 3. 11: Điện áp UDC-bus khi nhiệt độ hằng .................................................... 66
Hình 3. 12: Điện áp UDC-bus khi nhiệt độ thay đổi ............................................... 67

Hình 3. 13: Cơng suất tấm PV và công suất Inverter bơm vào lưới khi nhiệt độ
hằng ..................................................................................................................... 67
Hình 3. 14: Đường cong điện áp và dịng điện 1pha của Inverter ...................... 67
Hình 3. 15: Đường cong điện áp và dòng điện 3pha của Inverter ...................... 68

11


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Năng lượng tái tạo tiêu biểu là năng lượng gió và năng lượng mặt trời là
nguồn năng lượng sạch và vô hạn mà thiên nhiên ban tặng cho con người. Việt
Nam với lợi thế là một trong những nước nằm trong dải phân bổ ánh nắng mặt trời
nhiều nhất trong năm trên bản đồ bức xạ của thế giới, với bờ biển dài hơn
3.000km và lượng gió tại nhiều vùng miền rất dồi dào, chúng ta cần nghiên
cứu, tiếp cận những công nghệ mới hơn, hiện đại hơn để đưa chúng trở thành
nguồn cung cấp năng lượng chính trong tương lai.
Nguồn năng lượng mặt trời là nguồn năng lượng phong phú, xanh, sạch,
thân thiện với mơi trường, nó có thể áp dụng ở bất cứ nơi nào miễn nơi đó có ánh
sáng mặt trời. Chi phí thực hiện nguồn năng lượng này đang được giảm nhanh
chóng và dự kiến sẽ tiếp tục giảm trong những năm tiếp theo do đó nó thực sự là
một năng lượng tương lai đầy hứa hẹn cho cả khả năng phát triển kinh tế và môi
trường bền vững. Đồng thời, nó cũng là nguồn gốc của các nguồn năng lượng tái
tạo khác như năng lượng gió, năng lượng sinh khối, năng lượng các dịng sơng…
Năng lượng mặt trời có thể nói là vơ tận, để khai thác, sử dụng nguồn năng lượng
này cần phải biết các đặc trưng và tính chất cơ bản của nó, đặc biệt khi tới bề mặt
quả đất.
Xu hướng khai thác và sử dụng nguồn năng lượng tái tạo chủ yếu hiện nay
là chuyển chúng thành điện năng làm việc độc lập, hòa vào lưới điện cục bộ (vi
lưới) hoặc hòa lưới điện quốc gia. Do đặc điểm nguồn năng lượng gió và mặt trời

luôn luôn thay đổi theo thời gian trong ngày, theo mùa… nên việc xác định và duy
trì điểm làm việc tối ưu cho chúng tại mỗi thời điểm là rất cần thiết.
Đề tài tập trung nghiên cứu xây dựng cấu trúc hệ thống điện mặt trời nối
lưới phân phối 3 pha và các giải pháp xác định và duy trì điểm làm việc có cơng
suất cực đại cho hệ thống.

1


2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Ý nghĩa khoa học
Khi có ánh sáng mặt trời sẽ tạo ra năng lượng một chiều (DC), Nguồn
năng lượng một chiều này được chuyển đổi thành điện năng xoay chiều
(AC) bởi bộ nghịch lưu. Bộ điều khiển có chức năng truyền năng lượng này đến
phụ tải chính để cung cấp điện cho các thiết bị điện trong gia đình. Đồng thời
điện năng dư thừa được bán trở lại lưới điện qua đồng hồ đo để giảm thiểu hóa
đơn tiền điện.
Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài hoàn thành sẽ là một tài liệu quan trọng để thiết kế hồn chỉnh hệ
thống lưới điện thơng minh (Smart Grid System). Đem lại hiệu quả to lớn trong
việc khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn năng lượng sạch; Ứng dụng tại các
nhà máy, xí nghiệp, khu dân cư sử dụng nguồn năng lượng mặt trời.
Quá trình nghiên cứu sẽ góp phần tăng nguồn tư liệu phục vụ cho công
tác học tập và giảng dạy tại cơ quan nơi học viên công tác.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu cấu trúc hệ thống điện mặt trời nối lưới; đề xuất thuật tốn
xác định và duy trì điểm làm việc có cơng suất cực đại trên cơ sở logic mờ
4. Đối tƣợng nghiên cứu
- Nghiên cứu nguồn năng lượng mặt trời: Phương pháp sản xuất, sử
dụng và hòa lưới.

- Nghiên cứu thuật tốn xác định và duy trì điểm làm việc cực đại của hệ
thống điện mặt trời nối lưới.
5. Phƣơng pháp nghiên cứu
+ Nghiên cứu lý thuyết: Phân tích đánh giá và hệ thống hóa các cơng trình
nghiên cứu được công bố thuộc lĩnh vực liên quan: bài báo, tạp chí, sách chun
ngành… từ đó đề xuất giải pháp cho vấn bài tốn cụ thể của đề tài
+ Mơ hình hóa và mơ phỏng: để kiểm chứng kết quả nghiên cứu lý thuyết


6. Bố cục luận văn
Luận văn thực hiện theo bố cục nội dung như sau:
 Mở đầu
 Chƣơng 1: Lý thuyết tống quan đề cập tổng quan một số kiến thức
cơ sở được sử dụng trong luận văn như logic mờ; các bộ biến đổi một chiều một
chiều, biến đổi một chiều - xoay chiều; các phương pháp điều khiển bộ biến đổi
DC-DC và DC-AC; phương pháp chuyến đổi hệ trục tọa độ; phương pháp điều
chế độ rộng xung.
 Chƣơng 2: Hệ thống điện mặt trời trình bày tổng quan về năng lượng
mặt
trời, đặc điểm của bức xạ mặt trời; tổng kết các phương pháp khai thác sử dụng
năng lượng mặt trời truyền thống; cấu tạo, đặc điểm, đặc tính của pin mặt trời;
cấu trúc, các yêu cầu điều khiển hệ thống điện mặt trời làm việc độc lập và nối
lưới
 Chƣơng 3: Điều khiển bám điểm làm việc tối ƣu của hệ thống điện
mặt trời nối lƣới dùng thuật tốn mờ trình bày ý nghĩa và ngun tắc xác định
điểm làm việc tối ưu của hệ thống điện mặt trời; một số thuật tốn xác định và
duy trì điểm làm việc tối ưu thơng dụng; xây dựng thuật tốn mờ duy trì chế độ
làm việc tối ưu hệ thống điện mặt trời nối lưới; mơ hình hóa, mơ phỏng cho một
hệ thống cụ thể.
 Kết luận và kiến nghị

 Tài liệu tham khảo
 Phụ lục


CHƢƠNG 1:
LÝ THUYẾT TỔNG QUAN
1.1. LOGIC MỜ
Năm 1965, Giáo sư Lofti A. Zadeh ở trường đại học Califonia - Mỹ đã
cho ra đời một lý thuyết mới đó là lý thuyết tập mờ (Fuzzy set theory). Cơng
trình này thực sự đã khai sinh một ngành khoa học mới là lý thuyết tập mờ và đã
nhanh chóng được các nhà nghiên cứu công nghệ mới chấp nhận ý tưởng. Lý
thuyết tập mờ ngày càng phong phú và hoàn chỉnh, đã tạo nền vững chắc để phát
triển logic mờ. Có thể nói logic mờ (Fuzzy logic) là nền tảng để xây dựng các hệ
mờ thực tiển, ví dụ trong cơng nghiệp sản xuất xi măng, sản xuất điện năng, các
hệ chuyên gia trong y học giúp chuẩn đoán và điều trị bệnh, các hệ chuyên gia
trong xử lý tiếng nói, nhận dạng hình ảnh...Trong phần này, tác giả xin giới
thiệu sơ lược nhất về logic mờ.
Tập mờ B xác định trên tập kinh điển M là một tập mà mỗi phần tử của nó
được biểu diễn bởi một cặp giá trị (x, µB(x)). Trong đó x

M, µB(x) là ánh xạ.

Ánh xạ µB(x) được gọi là hàm liên thuộc của tập mờ B. Tập kinh điển M
gọi là cơ sở của tập mờ B.
Các thông số đặc trưng cho tập mờ là độ cao, miền xác định và miền tin
cậy (hình 1.1)

Hình 1. 1: Độ cao, miền xác định, miền tin cậy của tập mờ
+ Độ cao của một tập mờ B (Định nghĩa trên cơ sở M) là giá trị lớn nhất
trong các giá trị của hàm liên thuộc:

+ Miền xác định của tập mờ B (Định nghĩa trên cơ sở M) được ký hiệu bởi
S là tập con của M có giá trị hàm liên thuộc khác không:
+ Miền tin cậy của tập mờ B (Định nghĩa trên cơ sở M) được ký hiệu bởi T,
là tập con của M có giá trị hàm liên thuộc bằng 1:
Có rất nhiều cách khác nhau để biểu diễn hàm liên thuộc của tập mờ.
Dưới đây là một số dạng hàm liên thuộc thơng dụng:
+ Hàm liên thuộc hình tam giác (hình 1.2a)
+ Hàm liên thuộc hình thang (hình 1.2b)
+ Hàm liên thuộc dạng Gauss (hình 1.2c)
+ Hàm liên thuộc dạng Sign (hình 1.2d)
+ Hàm Sigmoidal (hình 1.2e)
+ Hàm hình chng (hình 1.2f)

Hình 1. 2: Các dạng hàm liên thuộc của tập mờ
Trên tập mờ có 3 phép tốn cơ bản là phép hợp, phép giao và phép bù.
- Phép hợp của hai tập mờ.
Cho tập mờ A, B trên tập vũ trụ X, tập mờ hợp của A và B là một tập mờ,


ký hiệu là C = A

B.

Theo phép hợp chuẩn ta có

C (x)

từ các hàm thành viên

A(x),

B

(x) như

sau:

Hình 1. 3: Hợp hai tập mờ có cùng tập vũ trụ
Một cách tổng quát ta dùng hàm hợp u:
viên

C (x)

có thể được suy ra từ hàm thành viên

. Hàm thành
A (x),

B (x)

như sau:

- Phép giao của hai tập mờ.
Cho tập mờ A, B trên tập vũ trụ X, tập mờ giao của A và B cũng là một tập
mờ, ký hiệu là I = A

B.

Theo phép giao chuẩn ta có

1 (x)

từ các hàm thành viên

A (x),

B (x):

Hình 1. 4: Giao hai tập mờ có cùng tập vũ trũ
Một cách tổng quát ta dùng hàm giao i:
viên

1 (x)

có thể được suy từ hàm thành viên

A (x),

. Hàm thành
B (x)

như sau:

- Phép bù của một tập mờ.
Cho tập mờ A trên tập vũ trụ X, tập mờ bù của A là tập mờ , hàm thuộc


(x) được tính từ hàm thuộc

A (x)

a. Hàm thuộc của tập mờ A.

b. Hàm thuộc của tập mờ

Hình 1. 5: Tập bù
Một cách tổng quát để tìm

.

của tập mờ A.
(x) từ

A

(x) ta dùng hàm bù c:

như sau:
Một biến có thể gán bởi các từ trong ngôn ngữ tự nhiên làm giá trị của nó
gọi là biến ngơn ngữ.
Một biến ngơn ngữ thường bao gồm 4 thông số: X, T, U, M. Với:
+ X: Tên của biến ngôn ngữ
+ T: Tập của các giá trị ngôn ngữ
+ U: Không gian nền mà trên đó biến ngơn ngữ X nhận các giá trị rõ
+ M: Chỉ ra sự phân bố của T trên U.
- Xét hai biến ngôn ngữ  và  Biếnnhận giá trị (mờ) A có hàm
liên thuộc A(x) và  nhận giá trị (mờ) B có hàm liên thuộc B(y) thì hai biểu
thức:

 A;  B được gọi là hai mệnh đề.
Luật điều khiển: nếu = A thì = B được gọi là mệnh đề hợp thành
- Xét mệnh đề hợp thành: nếu = A thì = B; trong kỹ thuật điều khiển ta
thường sử dụng nguyên tắc của Mamdani “Độ phụ thuộc của kết luận không
được lớn hơn độ phụ thuộc của điều kiện”. Từ nguyên tắc đó ta có hai cơng thức
xác định hàm liên thuộc cho mệnh đề hợp thành A  B:
- Công thức MINAB(x, y) = MIN {A(x)B(y)}
7


- Công thức PROD: AB(x, y) = A(x)B(y)
- Luật hợp thành là tên chung gọi mơ hình R biểu diễn (một hay nhiều)
hàm liên thuộc B(x,y) cho (một hay nhiều) mệnh đề hợp thành AB.
Một luật hợp thành chỉ có 1 mệnh đề hợp thành gọi là luật hợp thành đơn,
có từ 2 mệnh đề hợp thành trở lên gọi là luật hợp thành phức.
+ Cấu trúc SISO là cấu trúc trong đó luật hợp thành có các mệnh đề điều
kiện và mệnh đề kết luận là các mệnh đề đơn.
+ Cấu trúc MISO là cấu trúc trong đó luật hợp thành có các mệnh đề
điều kiện là mệnh đề phức và mệnh đề kết luận là mệnh đề đơn.
Một bộ điều khiển mờ bao gồm 3 khối cơ bản: Khối mờ hoá, thiết bị hợp
thành và khối giải mờ. Ngồi ra cịn có khối giao diện vào và giao diện ra.

Hình 1. 6: Các khối chức năng của bộ điều khiển mờ
- Khối mờ hố: Có chức năng chuyển mỗi giá trị rõ của biến ngôn ngữ
đầu vào thành véc tơ µ có số phần tử bằng số tập mờ đầu vào.
- Thiết bị hợp thành: Có bản chất của nó sự triển khai luật hợp thành R
được xây dựng trên cơ sở luật điều khiển.
- Khối giải mờ: Có nhiệm vụ chuyển tập mờ đầu ra thành giá trị rõ y0
(ứng với mỗi giá trị rõ x0 để điều khiển đối tượng.
- Giao diện đầu vào: Thực hiện việc tổng hợp và chuyển đổi tín hiệu vào

(từ tương tự sang số), ngồi ra cịn có thể có thêm các khâu phụ trợ để thực hiện
bài toán động như tích phân, vi phân, ...
- Giao diện đầu ra: Thực hiện chuyển đổi tín hiệu ra (từ số sang tương tự)
để điều khiển đối tượng.
Bộ điều khiển mờ được phân loại như sau:
8


- Theo số lượng đầu vào và đầu ra:
+ Bộ điều khiển mờ “Một vào - một ra” (SISO);
+ Bộ điều khiển mờ “Nhiều vào - một ra” (MISO);
+ Bộ điều khiển mờ “Nhiều vào - nhiều ra” (MIMO);
- Theo bản chất của tín hiệu đưa vào bộ điều khiển:
+ Bộ điều khiển mờ tĩnh
+ Bộ điều khiển mờ động.
Cấu trúc tổng quát của một hệ điều khiển mờ được chỉ ra trên hình 1.7.

Hình 1. 7: Cấu trúc tổng quát của một hệ mờ
Với một miền compact X

Rn (n là số đầu vào) các giá trị vật lý của biến

ngôn ngữ đầu vào và một đường phi tuyến g(x) tùy ý nhưng liên tục cùng các
đạo hàm của nó trên X thì bao giờ cũng tồn tại một bộ điều khiển mờ cơ bản có
quan hệ:

Để tổng hợp được các bộ điều khiển mờ và cho nó hoạt động một cách
hoàn thiện ta cần thực hiện qua các bước sau:
- Bước 1: Khảo sát đối tượng, từ đó định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ
vào, ra và miền xác định của chúng.

- Bước 2: Mờ hoá các biến ngôn ngữ vào/ra
- Bước 3: Xây dựng các luật điều khiển (mệnh đề hợp thành)
- Bước 4: Chọn thiết bị hợp và chọn nguyên tắc giải mờ.
- Bước 5: Tối ưu hệ thống: Sau khi thiết kế xong bộ điều khiển mờ, ta cần
9


mơ hình hố và mơ phỏng hệ thống để kiểm tra kết quả, đồng thời chỉnh định lại
một số tham số để có chế độ làm việc tối ưu.
1.2. BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN TỬ MỘT CHIỀU – MỘT CHIỀU (DC-DC)
1.2.1. Chức năng bộ biến đổi DC-DC
Bộ biến đổi 1 chiều 1 chiều có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều về
trị số phù hợp với với mục đích sử dụng.
Các bộ biến đổi DC-DC được chia làm 2 loại: Có cách ly và loại khơng
cách ly. Loại cách ly sử dụng máy biến áp cao tần, chúng cách ly nguồn điện
một chiều đầu vào với nguồn một chiều ra và tăng hay giảm áp bằng cách
điều chỉnh hệ số biến áp. Loại này thường được sử dụng cho các nguồn cấp
một chiều sử dụng khoá điện tử và cho hệ thống lai. Loại DC-DC không
cách ly không sử dụng máy biến áp cách ly. Chúng luôn được dùng trong
các bộ điều khiển động cơ một chiều. Các loại bộ biến đổi DC-DC thường
dùng trong hệ PV gồm:
Bộ giảm áp (buck)
Bộ tăng áp (boost)
Bộ biến đổi tăng - giảm áp Cuk
Bộ tăng áp boost có thể định điểm làm việc tối ưu ngay cả với cường
độ ánh 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.
Bộ giảm áp buck có thể định được điểm làm việc có cơng suất tối ưu
mỗi khi điện áp vào vượt quá điện áp ra của bộ biến đổi, trường hợp này ít
thực hiện được khi cường độ bức xạ của ánh sáng xuống thấp.

1.2.2. Bộ biến đổi DC - DC không cách li
a) Mạch Buck
Buck là mạch biến đổi DC - DC giảm áp không cách ly, sơ đồ nguyên lý
mạch buck được chỉ ra trên hình 1.8. Khóa K trong mạch là những khóa điện tử
BJT, MOSFET, hay IGBT. Mạch Buck có chức năng giảm điện áp đầu vào
10


xuống thành điện áp nạp ắc quy. Khóa transitor được đóng mở với tần số cao.
Hệ số làm việc D của khóa được xác định theo cơng thức sau:

D
f

Ton

T

(1.1)

on DC

T

Trong đó Ton là thời gian khóa K mở, T là chu kỳ làm việc của khóa,
fDC tần số đóng cắt.

Hình 1. 8: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck
Trong thời gian mở, khóa K thơng cho dịng đi qua, điện áp một chiều
được nạp vào tụ C2 và cấp năng lượng cho tải qua cuộn kháng L. Trong thời

gian đóng, khóa K đóng lại khơng cho dịng qua nữa, năng lượng 1 chiều từ
đầu vào bằng 0. Tuy nhiên tải vẫn được cung cấp đầy đủ điện nhờ năng lượng
lưu trên cuộn kháng và tụ điện do Diode khép kín mạch. Như vậy cuộn kháng
và tụ điện có tác dụng lưu giữ năng lượng trong thời gian ngắn để duy trì mạch
khi khóa K đóng.
Uout = UinD

(1.2)

Cơng thức (1.2) cho thấy điện áp ra có thể điều khiển được bằng
cách điều khiển hệ số làm việc. Hệ số làm việc được điều khiển bằng cách
phương pháp điều chỉnh độ rộng xung thời gian mở ton. Do đó, bộ biến đổi
này cịn được biết đến như là bộ điều chế xung PWM.
Bộ Buck có cấu trúc đơn giản nhất, dễ hiểu và dễ thiết kế nhất. Bộ Buck
cũng thường được dùng để nạp ắc quy nhưng nó có nhược điểm là dịng vào
khơng liên tục vì khóa điện tử được bố trí ở vị trí đầu vào, vì vậy cần phải có bộ
lọc tốt.
Mạch Buck thích hợp sử dụng khi điện áp pin cao hơn điện áp ắc quy.
11


Dịng cơng suất được điều khiển bằng cách điều chỉnh chu kỳ đóng mở của
khóa điện tử. Bộ Buck có thể làm việc làm việc tại điểm MPP trong hầu hết
điều kiện nhiệt độ, cường độ bức xạ. Nhưng bộ này sẽ khơng làm việc chính
xác khi điểm MPP xuống thấp hơnngưỡng điện áp nạp ắc quy dưới điều kiện
nhiệt độ cao và cường độ bức xạ xuống thấp. Vì vậy để nâng cao hiệu quả
làm việc, có thể kết hợp bộ Buck với thành phần tăng áp.
b) Mạch Boost
Boost là mạch biến đổi DC-DC tăng áp không cách li, sơ đồ nguyên lý
mạch Boost như hình 1.9

Hình 1. 9: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost
Giống như bộ Buck, hoạt động của bộ Boost được thực hiện qua cuộn
kháng L. Chuyển mạch K đóng mở theo chu kỳ. Khi K mở cho dịng qua
(ton) cuộn kháng tích năng lượng, khi K đóng (toff) cuộn kháng giải phóng
năng lượng qua Điơt tới tải.

Mạch này tăng điện áp võng khi phóng của ắc quy lên để đáp ứng điện
áp ra. Khi khóa K mở, cuộn cảm được nối với nguồn 1 chiều. Khóa K đóng,
dịng điện cảm ứng chạy vào tải qua Điốt. Với hệ số làm việc D của khóa K,
điện áp ra được tính theo:

Với phương pháp này cũng có thể điều chỉnh Ton trong chế độ dẫn liên
tục để điều chỉnh điện áp vào V1 ở điểm công suất cực đại theo thế của tải Vo.