Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu và phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH

NHỮ KHẢI HOÀN

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

TP. HỒ CHÍ MINH - 2019
A


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH

NHỮ KHẢI HOÀN

NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
MÃ SỐ: 9520216

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. ĐỒNG VĂN HƯỚNG
2. TS. PHẠM CÔNG THÀNH

TP. HỒ CHÍ MINH – 2019
B


Tóm tắt
Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng quan trọng nhất của
con người. So với các nguồn năng lượng khác như thủy điện, phong điện, nhiệt điện,
điện hạt nhân… năng lượng mặt trời có đặc điểm khơng ơ nhiễm về mơi trường, độ an
tồn cao, nguồn năng lượng vơ tận, có thể phân bố mọi nơi trong mọi dải công suất. Hệ
thống năng lượng điện mặt trời là một thống lớn nên có rất nhiều vấn đề cần được cải
tiến và phát triển cho hệ thống, trong khuôn khổ của luận án tác giả tập trung nghiên
cứu phát triển các thuật tốn tìm điểm điểm cơng suất cực đại cho các bộ điều khiển
công suất cực đại (MPPT) để hệ thống làm việc đạt hiệu suất cao hơn và ổn định hơn,
đồng thời tác giả cũng thiết kế chế tạo thực nghiệm một hệ thống năng lượng điện mặt
trời nối lưới theo hướng phát triển của các bộ biến đổi cơng suất DC/DC và DC/AC.
Thuật tốn MPPT thực sự rất cần thiết để giúp hệ thống phát được cơng suất lớn
nhất góp phần làm tăng hiệu suất của hệ thống và giảm giá thành sản phẩm. Chính vì
vậy MPPT trở thành một trong những chức năng quan trọng mà hệ thống năng lượng
điện mặt cần phải có. Đã có rất nhiều thuật tốn MPPT đã được nghiên cứu và ứng dụng,
trong luận án này tác giả nghiên cứu thuật toán độ dẫn gia tăng (INC) và đề xuất các cải
tiến cho thuật toán này, đồng thời tác giả cũng nghiên cứu thuật toán tối ưu bày đàn
(PSO) áp dụng cho bộ điều khiển MPPT và đề xuất các thuật toán phát triển của thuật
toán PSO như: thuật toán tối ưu bày đàn vi phân (DPSO), thuật toán tối ưu bày đàn nhiễu
loạn (PPSO) và áp dụng chúng trong bộ điều khiển MPPT để cải thiện hiệu quả hoạt
động của hệ thống năng lượng điện mặt trời.

Kỹ thuật điều khiển MPPT dựa trên các thuật toán phát triển đã được thử nghiệm
thành cơng trên mơ hình hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy năng lượng đầu ra của
hệ thống áp dụng các thuật toán đề xuất đều là trên 99%. Hơn nữa, những kết quả này
được so sánh với kết quả thu được từ các bộ MPPT áp dụng thuật toán truyền thống, để
chứng minh khả năng loại bỏ được các nhược điểm khi áp dụng thuật toán truyền thống
cho các bộ điều khiển MPPT của hệ thống năng lượng điện mặt trời.
Từ khóa: Phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời; cải tiến thuật toán INC;
DPSO – MPPT; PPSO – MPPT.

i


Abstract
Solar energy is one of the most promising alternative energy. Due to low fuel cost,
environmentally friendly and low-cost maintenance, solar energy demonstrates the
superiority as compared to other energy sources, such as hydroelectricity, wind power,
thermal power, nuclear power. Moreover, solar energy can be distributed everywhere
with the widely operating range. Therefore, there are various researches in order to
enhance the operating efficiency of solar energy system. However, in the framework of
the dissertation, the author only focuses on developping intelligent algorithms to
improve the performance of the maximum power point tracking (MPPT) controller.
Furthermore, the author designed and manufactured an experimental system of a gridconnected solar power system according to the development of DC / DC and DC / AC
power converters.
The MPPT algorithm is really necessary to generate the maximum power in
photovoltic (PV) systems in order to increase the efficiency of the system as well as
reduce product costs. Therefore, a maximum power point tracking (MPPT) controller is
normally integrated with PV power generation systems. Many MPPT algorithms have
been studied; nevertheless, in this dissertation, the author firstly researches the increase
conductivity algorithm (INC) and some of its improved algorithm. Next, a swarm
intelligence based optimization technique, namely Particle Swarm Optimzation (PSO)

is applied to enhance the performance of MPPT controller. After that, some of PSO
variants, such as differential particle swarm optimization (DPSO), disturbance particle
swarm optimization (PPSO) are proposed because of the purpose of improving the
performance of PV.
The MPPT controlling technique based on developed algorithms have been
successfully tested on a system model. The simulation results show that the maximum
power is all over 99%, demonstrates the effectiveness of the proposed methods.
Moreover, the obtained results are compared to those obtained using traditional
algorithms, shows the superiority of the proposed method.
Keywords: Development a solar power system; proposes improvements INC;
DPSO – MPPT; PPSO – MPPT.
ii


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS Đồng Văn Hướng và TS. Phạm
Công Thành những người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn để em hồn thành luận án
tiến sĩ này.
Em xin cảm ơn quý thầy, cô trong trường Đại Học Giao Thông Vận Tải
TP.HCM đã đem lại cho em thêm rất nhiều kiến thức bổ ích trong suốt quá trình học
tập nghiên cứu ở đây.
Con xin biết ơn gia đình đã có những lời động viên giúp đỡ, tạo điều kiện
thuận lợi về vật chất và tinh thần trong quá trình học tập và nghiên cứu làm luận án.
Tôi xin cảm ơn các bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi
trong công việc để tơi có thời gian nhiều hơn trong cơng việc học tập và nghiên
cứu làm luận án.
Trân trọng cảm ơn !
TP.HCM, ngày 12 tháng 12 năm 2019

Nhữ Khải Hoàn

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi tên là Nhữ Khải Hồn hiện đang là nghiên cứu sinh ngành Kỹ thuật điều khiển
và Tự động hóa của Trường Đại học Giao thơng Vận tải Thành phố Hồ Chí Minh. Tơi
xin cam đoan và hồn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này:
 Toàn bộ nội dung của luận án tiến sĩ “Nghiên cứu và phát triển hệ thống năng
lượng điện mặt trời” là cơng trình nghiên cứu của chính tác giả thực hiện dưới sự
hướng dẫn khoa học của PGS.TS Đồng Văn Hướng và TS. Phạm Cơng Thành.

 Trong q trình thực hiện luận án tơi có kế thừa kiến thức trong những tài liệu
tham khảo trong và ngoài nước (phần tài liệu tham khảo). Việc tham khảo các
nguồn tài liệu đều có trích dẫn rõ ràng theo quy định.

 Các kết quả mô phỏng, thí nghiệm sử dụng để kết luận và đánh giá trong luận án
hoàn toàn chân thực.

Tác giả luận án

Nhữ Khải Hoàn

iv


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... iv
MỤC LỤC

.......................................................................................................... v

DANH MỤC HÌNH MINH HỌA ........................................................................... viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................... xii
CHƯƠNG 1

.......................................................................................................... 1

GIỚI THIỆU

.......................................................................................................... 1

1.1 Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 1
1.2 Mục tiêu và nội dung thực hiện luận án .......................................................... 7
1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ........................................................... 9
1.4 Điểm mới của luận án ................................................................................... 10
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn …………………………...………………………8
1.6 Bố cục của luận án …………………………………..……………………………8
CHƯƠNG 2

........................................................................................................ 12

TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI ................... 12
2.1 Tổng quan chung về hệ thống NLMT

........................................................... 12

2.1.1 Hệ thống năng lượng điện mặt trời nối lưới ........................................... 12
2.1.2 Hệ thống năng lượng điện mặt trời độc lập ............................................ 15

2.1.3 Một số hệ thống năng lượng điện mặt trời khác..................................... 16
2.2 Đường đặc tuyến của pin quang điện ............................................................ 17
2.2.1 Cấu trúc tế bào quang điện ..................................................................... 17
2.2.2 Tấm pin quang điện ................................................................................ 20
2.3.3 Mơ hình hóa tế bào quang điện ............................................................... 20
2.3 Những yếu tố trọng tâm nghiên cứu phát triển trong hệ thống năng lượng điện
mặt trời ........................................................................................................... 24
2.3.1 Điều khiển công suất cực đại .................................................................. 25
2.3.2 Giải pháp anti-islanding ......................................................................... 27
2.3.3 Bù công suất phản kháng ........................................................................ 29
2.3.4 Giảm sóng hài, nâng cao chất lượng điện áp.......................................... 29
v


2.4 Kết luận chương 2 ......................................................................................... 30
CHƯƠNG 3

........................................................................................................ 31

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN BỘ ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM CÔNG SUẤT
CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI................................................ 31
3.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới MPP ..................................................................... 32
3.1.1 Ảnh hưởng của bức xạ............................................................................ 32
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ ......................................................................... 34
3.1.3 Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm ..................................................... 36
3.2 Tìm điểm công suất cực đại .......................................................................... 37
3.2.1 Phương pháp Hill – Climbing ................................................................. 38
3.2.2 Phương pháp điều khiển logic mờ (FLC) ............................................... 43
3.2.3 Phương pháp mạng nơron (NN) ............................................................. 45
3.2.4 Phương pháp phân đoạn điện áp hở mạch (VOC).................................. 46

3.2.5 Phương pháp phân đoạn dòng ngắn mạch (ISC) .................................... 47
3.2.6 Phương pháp điều khiển gợn sóng tương quan (RCC) .......................... 47
3.3 Nghiên cứu phát triển thuật toán độ dẫn gia tăng trong điều khiển bám
điểm công suất cực đại ................................................................................. 48
3.3.1 Theo dõi MPP bằng thuật toán INC truyền thống .................................. 50
3.3.2 Phát triển thuật toán INC nhằm đạt MPP nhanh ..................................... 52
3.3.3 Phát triển thuật toán INC nhằm giảm dao động quanh MPP .................. 56
3.4 Nghiên cứu phát triển thuật tốn tối ưu bầy đàn trong điều khiển bám điểm
cơng suất cực đại ........................................................................................... 59
3.4.1 Thuật toán tối ưu bầy đàn (PSO) ............................................................ 59
3.4.2 Phát triển thuật toán tối ưu bầy đàn ........................................................ 73
3.5 Kết luận chương 3 ......................................................................................... 81
CHƯƠNG 4

........................................................................................................ 82

MƠ PHỎNG KIỂM CHỨNG CÁC THUẬT TỐN MPPT PHÁT TRIỂN
CHO HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI ............... 82
4.1 Kết quả mơ phỏng thuật tốn INC các phát triển của thuật tốn INC .......... 82
4.1.1 Sơ đồ mơ phỏng ...................................................................................... 82
4.1.2 Kết quả mô phỏng .................................................................................. 83
4.2 Kết quả mơ phỏng thuật tốn PSO và các phát triển của thuật toán PSO..... 92
vi


4.2.1 Sơ đồ mô phỏng ...................................................................................... 92
4.2.2 Kết quả mô phỏng thuật tốn MPPT-PSO .............................................. 93
4.2.3 Kết quả mơ phỏng thuật tốn MPPT-DPSO ........................................... 93
4.2.4 Kết quả mơ phỏng thuật toán MPPT-PPSO............................................ 99
4.3 Kết luận chương 4 ....................................................................................... 104

Chương 5

...................................................................................................... 105

THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM NĂNG LƯỢNG
ĐIỆN MẶT TRỜI .............................................................................................. 105
5.1 Cấu trúc tổng thể của hệ thống thiết bị ....................................................... 105
5.1.1 Bộ biến đổi DC/DC .............................................................................. 106
5.1.2 Bộ biến đổi DC/AC .............................................................................. 107
5.1.3 Bộ điều khiển hệ thống ......................................................................... 109
5.1.4 Các Modul thu thập dữ liệu và hiển thị ................................................ 112
5.1.5 Sơ đồ chi tiết hệ thống .......................................................................... 113
5.2 Kết quả hệ thống thực nghiệm .................................................................... 115
5.3 Kết luận chương 5 ....................................................................................... 116
CHƯƠNG 6

...................................................................................................... 117

KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN............................................ 117
6.1 Kết luận ........................................................................................................ 117
6.2 Phương hướng phát triển đề tài ................................................................... 118
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ...................................................... 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 120

vii


DANH MỤC HÌNH MINH HỌA
Hình 1.1. Năng lượng điện mặt trời một số nước trên thế giới từ 2000 đến 2013 .........2
Hình 1.2. Giá của PV cell tại Mỹ từ 1977 đến 2015 ......................................................2

Hình 1.3. Nhà máy điện mặt trời Topaz Solar Farm (Hoa Kỳ) ......................................3
Hình 1.4. Hệ thống điện mặt trời tại Ninh Thuận ..........................................................5
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống PV đơn cấp ..........................................................................13
Hình 2.2. Hệ thống PV lưỡng cấp ................................................................................15
Hình 2.3. Sơ đồ khối hệ thống PV độc lập ...................................................................16
Hình 2.4. Sơ đồ khối hệ thống PV nối lưới có dự trữ .................................................16
Hình 2.5. Hệ thống PV độc lập khơng dự trữ ...............................................................16
Hình 2.6. Hệ thống PV độc lập hỗn hợp ......................................................................17
Hình 2.7. Cấu trúc chất bán dẫn thơng thường .............................................................17
Hình 2.8. Cấu trúc chất bán dẫn trộn boron .................................................................18
Hình 2.9. Cấu trúc chất bán dẫn trộn phosphor ............................................................18
Hình 2.10. Kết hợp bán dẫn loại p và loại n .................................................................19
Hình 2.11. Cấu trúc tế bào quang điện .........................................................................19
Hình 2.12. Hình ảnh tế bào quang điện và các cách ghép nối......................................20
Hình 2.13. a) Tấm pin quang điện

b) Hệ pin quang điện .........................................20

Hình 2.14. Điện tử di chuyển từ lớp n qua tải và trở về lớp p, nơi mà chúng kết hợp
với lỗ trống, dòng điện chạy theo hướng ngược lại.......................................................20
Hình 2.15. Mạch tương đương của một tế bào quang điện ..........................................21
Hình 2.16. Sơ đồ đo ISC và VOC của pin quang điện ....................................................21
Hình 2.17. a) Đường đặc tuyến I – V

b) Đường đặc tuyến P – V ………...………21

Hình 2.18. Đường đặc tuyến I – V của tế bào quang điện trường hợp có ánh sáng
và khơng có ánh sáng ....................................................................................................23
Hình 2.19. Đường đặc tuyến I – V của tế bào quang điện trường hợp ảnh hưởng
RS, RP và khơng bị ảnh hưởng .......................................................................................24

Hình 2.20. Sơ đồ điều khiển MPPT của PV .................................................................26
Hình 3.1. Đặc tuyến I – V, P – V và P – I với các mức bức xạ khác nhau .................33
Hình 3.2. Đặc tuyến I – V, P – V và P – I với các nhiệt độ khác nhau .....................35
Hình 3.3. Đặc tính I-V, P-V khi có bóng râm ..............................................................36
Hình 3.4. Đặc tuyến P – V của pin quang điện và thuật toán P&O .............................39
viii


Hình 3.5. Lưu đồ thuật tốn P&O ................................................................................40
Hình 3.6. Đường đặc tuyến P – V của hệ PV và thuật tốn INC .................................41
Hình 3.7. Sơ đồ thuật tốn INC ....................................................................................42
Hình 3.8. Hàm thành viên.............................................................................................43
Hình 3.9. Mạng Neural cơ bản .....................................................................................45
Hình 3.10. Trường hợp bức xạ thay đổi .......................................................................49
Hình 3.11. Trường hợp nhiệt độ thay đổi .....................................................................50
Hình 3.12. Lưu đồ thuật tốn INC với biến D cố định .................................................52
Hình 3.13. Đặc tuyến P-V và dP/(dV–dI) –V ………………………………………. 53
Hình 3.14. Đặc tuyến I-V và dP/(dV–dI) –V …………………………………………54
Hình 3.15. Lưu đồ thuật tốn INC với kích thước bước nhảy thay đổi nhằm
mục đích hội tụ nhanh .................................................................................................566
Hình 3.16. Lưu đồ thuật tốn INC với kích thước bước nhảy thay đổi nhằm mục
đích giảm dao động tại MPP .........................................................................................57
Hình 3.17. Sơ đồ thuật tốn của PSO .........................................................................677
Hình 3.18. Cấu trúc mạng PSO ..................................................................................688
Hình 3.19. Sự thay đổi khơng gian tìm kiếm của PSO ..............................................733
Hình 3.20. Cơ chế tìm kiểm của DPSO trong khơng gian đa chiều ...........................755
Hình 3.21. Sơ đồ thuật tốn của MPPT - DPSO ........................................................766
Hình 3.22. Cơ chế tìm kiếm của PPSO trong khơng gian đa chiều ...........................788
Hình 3.23. Lưu đồ thuật tốn PPSO - MPPT .............................................................800
Hình 4.1. Sơ đồ mơ phỏng thuật tốn INC ...................................................................82

Hình 4.2. Đường đặc tính V – P của hệ pin quang điện ...............................................83
Hình 4.3. Đường đặc tính V – I của hệ pin quang điện ………………………………80
Hình 4.4. Công suất cực đại của hệ pin quang điện theo lý thuyết ..............................83
Hình 4.5. Đáp ứng đầu ra hệ thống PV với thuật tốn INC truyền thống ....................85
Hình 4.6. So sánh các đáp ứng của thuật toán INC truyền thống và bước nhảy
thay đổi ..........................................................................................................................87
Hình 4.7. Đáp ứng D của INC truyền thống và bước nhảy thay đổi lúc khởi động.....87
Hình 4.8. Đáp ứng P của INC truyền thống và bước nhảy thay đổi lúc khởi động .....87

ix


Hình 4.9. Đáp ứng P của INC truyền thống và bước nhảy thay đổi lúc bức xạ
thay đổi từ 700W/m2 lên 900W/m2. ..............................................................................88
Hình 4.10. So sánh độ dao động P của INC truyền thống và bước nhảy tại MPP .......88
Hình 4.11. So sánh thuật toán INC truyền thống và giảm dao động tại MPP ..............90
Hình 4.12. Đồ thị D khi quá độ và tăng bức xạ ............................................................90
Hình 4.13. So sánh đáp ứng cơng suất của 3 thuật tốn và lý thuyết ...........................92
Hình 4.14. Mơ hình mơ phỏng của hệ thống PV sử dụng giải thuật DPSO.................93
Hình 4.15. Đáp ứng đầu ra hệ thống PV với thuật tốn PSO .......................................93
Hình 4.16. Đáp ứng của công suất đầu ra trong ba trường hợp: không sử dụng MPPT,
sử dụng DPSO, P&O và InCond ...................................................................................96
Hình 4.17. So sánh đáp ứng cơng suất của thuật tốn DPSO và PSO .........................97
Hình 4.18. Đáp ứng của cơng suất đầu ra P trong quá trình tăng năng lượng bức xạ..98
Hình 4.19. Đáp ứng của cơng suất đầu ra P trong quá trình giảm năng lượng bức xạ 98
Hình 4.20. Mơ hình mơ phỏng của hệ thống PV sử dụng giải thuật MPPT-PPSO ...100
Hình 4.21. Mơ hình mơ phỏng kết nối của bốn modul PV ........................................101
Hình 4.22. Kết quả mơ phỏng với bộ điều khiển MPPT- PPSO ................................103
Hình 5.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống PV .....................................................................105
Hình 5. 2.a. Sơ đồ mạch nguyên lý Interleaved Boost Converter ..............................106

Hình 5.2. b. Mạch thiết kế thực Interleaved Boost Converter ....................................106
Hình 5.3.a. Sơ đồ mạch nguyên lý nghịch lưu NPC 3 bậc .........................................108
Hình 5.3.b. Mạch thiết kế thực nghịch lưu NPC 3 bậc ..............................................108
Hình 5.4. a. Mạch thiết kế thực board mạch điều khiển ..............................................109
Hình 5.4.b. Sơ đồ mạch nguyên lý board mạch điều khiển........................................103
Hình 5.5. a. Cảm biến dịng ........................................................................................112
Hình 5.5.b. Cảm biến áp ............................................................................................112
Hình 5.5. c. Màn hình HMI .......................................................................................113
Hình 5.6. a . Hệ thống thực nghiệm ...........................................................................113
Hình 5.6. b. Sơ đồ nguyên lý hệ thống .........................................................................54
Hình 5.7. Giao diện điều khiển hệ thống PV ..............................................................115
Hình 5.8. Dạng sóng điện áp đầu ra pha A của hệ thống PV .....................................115

x


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1. Bảng luật mờ ................................................................................................44
Bảng 4.1. Năm vấn đề tối ưu Benchmark ....................................................................94
Bảng 4.2. Kết quả lựa chọn tham số của PSO và DPSO ..............................................94
Bảng 4.3. Kết quả tối ưu của thuật toán PSO cho các vấn đề Benchmark
sau 10 lần chạy độc lập ..................................................................................................95
Bảng 4.4. Kết quả tối ưu của thuật toán DPSO cho các vấn đề Benchmark
sau 10 lần chạy độc lập ..................................................................................................95
Bảng 4.5. Kết quả của các bộ điều khiển MPPT dựa trên các thuật toán tối ưu
khác nhau .......................................................................................................................99
Bảng 4.6. Kết quả tối ưu của thuật toán PPSO cho các vấn đề Benchmark ................99
Bảng 4.7. Các giá trị bức xạ mặt trời cho các tấm PV ...............................................102
Bảng 4.8. Thay đổi giá trị bức xạ cho MPPT- PPSO .................................................102
Bảng 4.9. Công suất cực đại khi có/khơng có thuật tốn MPPT- PPSO ....................103

xi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AC

Alternating Current

Dòng xoay chiều

DC

Direct Current

Dòng một chiều

DPSO

Differential Particle Swarm Optimization Tối ưu bày đàn vi phân

FLC

Fuzzy Logic Control

Điều khiển logic mờ

GA

Genetic Algorithm

Giải thuật di truyền

HC

Hill Climbing

Leo đồi

INC

Incremental Conductance

Điện dẫn gia tăng

INR

Incremental Resistance

Tăng điện trở

ISC

Fractional Short Circuit Current

Phân đoạn dòng điện ngắn mạch

PV

Photovoltaic

Pin mặt trời

MPP

Maximum Power Point

Điểm cực đại

MPPT

Maximum Power Point Tracking

Dị tìm điểm cực đại

NN

Neural Network

Mạng Nơron

PPSO

Perturbed Particle Swarm Optimization

Tối ưu bầy đàn nhiễu loạn

P&O

Perturb and Observe

Xáo trộn và quan sát

PSC

Partially Shaded Conditions

Hiện tượng bóng râm

PSO

Particle Swarm Optimization

Tối ưu bầy đàn

PWM

Pulse Width Modulation

Điều biến độ rộng xung

RCC

Ripple Correlation Control

Điều khiển gợn sóng tương quan

VOC

Fractional Open – Circuit Voltage

Phân đoạn điện áp hở mạch

xii


CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU
1.1 Lý do chọn đề tài
Năng lượng mặt trời (NLMT) được biết đến như là một nguồn năng lượng xanh
và vô tận. Trong thế kỷ 21, NLMT ngày càng trở nên là một trong những nguồn năng
lượng quan trọng nhất của con người [1, 116]. So với các nguồn năng lượng khác như
thủy điện, phong điện, nhiệt điện, điện hạt nhân… NLMT có đặc điểm: khơng ơ nhiễm
về mơi trường, độ an tồn cao, nguồn năng lượng vơ tận, có thể phân bố mọi nơi trong
mọi dải cơng suất (từ vài chục W đến hàng trăm MW). Nếu như 0.1% năng lượng mặt
trời trên diện tích tồn cầu được chuyển hóa thành điện năng với hiệu suất 5%, mỗi năm
ước tính có thể đạt được 5.6×1012 kWh, tương đương với 40 lần năng điện hiện tại trên
toàn cầu [1, 2].
Tại Châu Âu trong năm 2010, tổng lượng điện năng NLMT của khối EU đã đạt tới
3 GW, dự tính đến năm 2020 con số này sẽ lên đến 54 GW. Tại Châu Á, Nhật Bản là
quốc gia có hệ thống NLMT lớn nhất. Trong chính sách và kế hoạch phát triển năng
lượng của Nhật Bản, dự tính tới năm 2030 tổng sản lượng điện NLMT sẽ đạt tới 1000
GW. Đối với Trung Quốc - một quốc gia với dân số lớn nhất thế giới và cũng đang là
một trong các cường quốc kinh tế đã và đang nỗ lực phát triển hệ thống NLMT. Dự kiến
đến năm 2020 tổng sản lượng điện NLMT của Trung Quốc sẽ đạt tới 1.8 GW [1, 2].
Trước năm 1999, Mỹ là quốc gia có sản lượng điện NLMT lớn nhất thế giới (hiện nay
vị trí này đang thuộc về Nhật Bản và EU). Tốc độ phát triển NLMT của Mỹ bình quân
hàng năm vào khoảng 30%. Đồng thời Mỹ cũng dự tính đến năm 2020 dung lượng điện

NLMT sẽ đạt tới 36 GW. Và đến năm 2030 con số này sẽ là 200 GW [1,2].
Hình 1.1 thể hiện cơng suất điện được sản xuất bởi năng lượng mặt trời từ năm
2000 tới 2013 tại một số nước trên thế giới ngày càng phát triển, đặc biệt các nước Châu
Âu phát triển rất mạnh.[126]

1


Hình 1.1. Năng lượng điện mặt trời một số nước trên thế giới từ 2000 đến 2013

Hình 1.2 thể hiện sự biến đổi về giá cả của pin quang điện tại US, ta thấy được giá
pin quang điện giảm rất mạnh từ 76USD/watt vào năm 1977 xuống chỉ còn 0.3USD/watt
vào năm 2015. Sự giảm này góp phần dẫn tới chi phí lắp đặt hệ thống mặt trời càng
giảm, tạo tiền đề cho sự phát triển của thệ thống điện mặt trời.[127]

Hình 1.2. Giá của PV cell tại Mỹ từ 1977 đến 2015

2


Nhìn tổng quát về tình hình phát triển của lĩnh vực điện mặt trời trên thế giới ta
thấy nó phát triển chậm đến những năm cuối thế kỷ 20 và đầu thế kỷ 21. Trong khoảng
10 năm trở lại đây phát triển mạnh mẽ mang tính bộc phát. Cụ thể, số lượng các nước
trên thế giới gia nhập cộng đồng điện mặt trời càng ngày càng nhiều thêm. Và thứ bậc
theo tổng công suất điện năng mặt trời cũng biến động từ năm này sang năm khác.
Khoảng 5 năm trở lại đây các cường quốc điện mặt trời phát triển vượt bậc và thứ tự xếp
hạng cũng bị thay đổi nhanh chóng theo năm.
Nước Mỹ là một trường hợp đặc biệt. Nước này bước vào con đường phát triển
điện mặt trời khá muộn màng, nhưng tốc độ và cách đi khá ấn tượng thể hiện tiềm năng
lớn của quốc gia cường quốc giàu mạnh nhất thế giới.[128]

Hình 1.3. Nhà máy điện mặt trời Topaz Solar Farm (Hoa Kỳ)

Chỉ khoảng 4-5 năm gần đây nhất nước Mỹ vượt qua nhiều nước để vươn lên vị
trí thứ 5 của danh sách xếp hạng. Và đặc biệt Mỹ đã tiến hành xây dựng các nhà máy
điện mặt trời “khủng” nhất thế giới, chiếm hẳn 5 vị trí đầu về quy mô cả về điện mặt
trời quang điện SVP và cả về điện mặt trời hội tụ nhiệt quang CSP. Điều này chứng tỏ
tổng cơng suất và diện tích lắp đặt nhà máy năng lượng mặt trời tại Mỹ cũng tăng đột
biến.
Tại Việt Nam mặc dù là quốc gia có tiềm năng lớn về quang năng, tuy nhiên đối
với Việt Nam vấn đề nghiên cứu và sử dụng năng lượng mặt trời (NLMT) mới đang đà
phát triển. Năng lượng điện quốc gia trước đây chủ yếu là thủy điện và nhiệt điện một
3


phần năng lượng gió. Bên cạnh các nguồn năng lượng điện như nhiệt điện, thủy điện…,
việc phát triển các dự án năng lượng mặt trời có ý nghĩa quan trọng, nhằm đóng góp sản
lượng vào hệ thống điện quốc gia và thúc đẩy phát triển các dạng năng lượng, góp phần
giảm phát thải nhà kính, bảo vệ mơi trường.
Theo nghiên cứu của Viện Năng lượng, Việt Nam có tiềm năng lớn để phát triển
NLMT, với tổng bức xạ trung bình từ 4,3- 5,7 triệu kWh/m². Các tỉnh ở phía Bắc (từ
Thừa Thiên - Huế trở ra) bình quân trong năm có khoảng 1.800 - 2.100 giờ nắng. Các
tỉnh ở phía Nam (từ Đà Nẵng trở vào), bình qn có khoảng 2.000 - 2.600 giờ nắng,
lượng bức xạ Mặt Trời tăng 20% so với các tỉnh phía Bắc. Ở vùng này, Mặt Trời chiếu
gần như quanh năm, kể cả vào mùa mưa, đây là điều kiện thuận lợi để phát triển NLMT.
Tuy nhiên, trên thực tế hiện nay, việc khai thác NLMT đã chú trọng và nhiều dự án đã
được triển khai nhưng nó vẫn chưa tương xứng với tiềm năng, hầu hết các dự án NLMT
tại Việt Nam đều tập trung lớn ở một số tỉnh miền nam trung bộ.
Đối với hệ thống NLMT nối lưới, tại Việt Nam công nghệ - kỹ thuật này còn khá
mới mẻ [116]. Ngày 25/11/2015, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số

2068/QĐ-TTg phê duyệt Chiến lược phát triển năng lượng tái tạo đến năm 2030, tầm
nhìn đến năm 2050, trong đó nêu rõ định hướng phát triển NLMT từ nay đến năm 2050
sẽ chú trọng phát triển điện mặt trời để cung cấp điện cho hệ thống điện quốc gia và khu
vực biên giới, hải đảo, vùng sâu, vùng xa chưa thể cấp điện từ nguồn điện lưới quốc gia.
Đồng thời, đưa tỷ lệ điện năng sản xuất từ nguồn NLMT trong tổng sản lượng điện sản
xuất từ mức không đáng kể hiện nay lên khoảng 0,5% vào năm 2020, 6% vào năm 2030
và 20% vào năm 2050. Trong Quy hoạch điện VII (điều chỉnh) được Thủ tướng Chính
phủ phê duyệt cũng yêu cầu đẩy nhanh tiến độ của các dự án điện mặt trời, bao gồm
nguồn tập trung lắp đặt trên mặt đất và các nguồn riêng lẻ lắp đặt trên nóc nhà, đưa cơng
suất nguồn điện mặt trời lên khoảng 850 MW vào năm 2020, đến năm 2025 là 4.000
MW và năm 2030 là 12.000 MW. Theo lộ trình, từ nay đến năm 2020, mỗi năm, Việt
Nam cần xây dựng các dự án điện mặt trời với công suất 200 MW; từ năm 2020 - 2025,
mỗi năm phải lắp đặt hơn 600 MW và 5 năm tiếp theo, phải lắp đặt 1.600 MW mới đạt
kế hoạch đề ra.
Tuy nhiên, thách thức lớn nhất đối với phát triển điện mặt trời là vấn đề chi phí
đầu tư để khai thác, sử dụng NLMT rất cao do công nghệ, thiết bị sản xuất đều nhập từ
4


nước ngoài. Phần lớn, những dự án điện mặt trời lớn đều sử dụng nguồn vốn tài trợ,
hoặc vốn vay nước ngoài. Ngoài ra, các dự án điện mặt trời thường được lắp đặt tại các
vị trí xa trung tâm phụ tải, gây khó khăn cho việc đấu nối vào lưới điện quốc gia, đồng
thời làm gia tăng chi phí đấu nối. [129]

Hình 1.4. Hệ thống điện mặt trời tại Ninh Thuận

Tháng 8/2016, tại cuộc họp Thường trực Chính phủ về cơ chế khuyến khích phát
triển các dự án điện mặt trời, Thủ tướng Chính phủ đã thống nhất với đề xuất của Bộ
Công Thương về việc xem xét ban hành cơ chế hỗ trợ phát triển các dự án điện mặt trời
tại Việt Nam. Đồng thời, Thủ tướng Chính phủ yêu cầu Bộ Công Thương bổ sung quy

định cụ thể về quy hoạch đối với điện mặt trời (phát triển các dự án theo bản đồ bức xạ
Mặt Trời, bổ sung các dự án điện sử dụng NLMT vào quy hoạch phát triển điện lực…);
Cập nhật giá thiết bị điện mặt trời để đưa ra mức giá mua bán điện phù hợp; Nghiên cứu,
bổ sung quy định để thực hiện đấu thầu các dự án điện mặt trời theo hướng công khai,
minh bạch. [130]
Ngày 07 tháng 8 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ đã ký chỉ định số 34/CT-TTg
về việc tăng cường tiết kiệm điện, nhằm đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của
đất nước, nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế, đảm bảo an ninh năng lượng quốc
gia gắn với phát triển bền vững và bảo vệ môi trường. Chỉ thị này thay thế Chỉ thị
5


171/CT-TTg ngày 26/01/2011 của Thủ tướng Chính phủ về việc tăng cường tiết kiệm
điện. Thủ tướng Chính phủ yêu cầu các tổ chức, cá nhân thực hiện nghiêm việc tiết kiệm
điện. Để đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế, xã hội của đất nước trong giai đoạn hiện
nay với mục tiêu tăng cường hiệu lực, hiệu quả quản lý nhà nước trong việc tiết kiệm
điện nhằm nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế, đảm bảo an ninh năng lượng quốc
gia gắn với phát triển bền vững và bảo vệ môi trường.
Nhằm đẩy mạnh khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn năng lượng Mặt Trời,
Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg về cơ chế khuyến
khích phát triển các dự án điện Mặt Trời tại Việt Nam. Đây được coi là hướng mở, “cú
huých” phát triển nguồn năng lượng này. Theo Quyết định này, dự án điện Mặt Trời
được miễn thuế nhập khẩu đối với hàng hóa nhập khẩu để tạo tài sản cố định cho dự án;
thực hiện theo quy định của pháp luật hiện hành về thuế xuất khẩu, thuế nhập khẩu đối
với hàng hóa nhập khẩu phục vụ sản xuất của dự án là nguyên liệu, vật tư, bán thành
phẩm trong nước chưa sản xuất được.
Các dự án điện mặt trời, cơng trình đường dây và trạm biến áp để đấu nối với lưới
điện được miễn, giảm tiền sử dụng đất, tiền thuê đất, tiền thuê mặt nước theo quy định
của pháp luật hiện hành áp dụng cho dự án thuộc lĩnh vực ưu đãi đầu tư. Hiện tại, đã có
khoảng 50 dự án điện mặt trời được các doanh nghiệp trong và ngoài nước triển khai,

chủ yếu tại các tỉnh miền Trung như: Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Khánh Hịa,
Ninh Thuận, Bình Thuận và đồng bằng sơng Cửu Long. Khánh Hịa có 9 dự án điện mặt
trời quy mô lớn được UBND tỉnh quy hoạch với tổng diện tích 795ha, tổng mức đầu tư
13.020 tỷ đồng. Theo Sở Kế hoạch và Đầu tư Ninh Thuận tính đến cuối tháng 9/2018,
tỉnh có 29 dự án điện mặt trời, với tổng cơng suất 1.938,17 MW. Có thể nói, việc hồn
thiện các cơ chế, chính sách khuyến khích phát triển NLMT là rất cần thiết, để tạo ra làn
sóng đầu tư vào lĩnh vực điện mặt trời, góp phần thực hiện tăng trưởng xanh và phát
triển bền vững tại Việt Nam.
Theo thành phần cấu trúc cũng như chức năng, hệ thống PV có thể được chia thành
ba loại: hệ thống độc lập, hệ thống kết nối lưới và hệ thống lai. Đối với những nơi cách
xa hệ thống điện lưới, các hệ thống PV độc lập được coi là một giải pháp thay thế điện
lưới tối ưu. Những hệ thống này có thể được xem như là một nguồn kinh tế thiết thực
và đáng tin cậy về điện ở các vùng nông thôn xa xôi, đặc biệt là những nơi điện lưới
6


khơng thể tiếp cận được. Các hệ thống lai thích hợp cho những khu vực có hệ thống điện
lưới nhưng hệ thống lưới điện không ổn định hay bị mất điện. Các hệ thống kết nối lưới
hiện nay phát triển rất mạnh, nó thích hợp cho việc phát triển nguồn năng lượng mặt trời
biến đổi thành điện năng hòa vào lưới điện chung thay thế dần các nguồn năng lượng
hóa thạch dùng chuyển đổi thành điện năng phát trên lưới.
Chính vì vậy việc nghiên cứu và phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời là
một việc hết sức cần thiết và cấp bách hiện nay. Trải qua nhiều năm nghiên cứu, hệ
thống NLMT ngày càng hồn thiện. Có thể thấy một số xu hướng chính trong nghiên
cứu phát triển hệ NLMT như: nâng cao hiệu suất quang - điện, xây dựng hệ thống công
suất lớn, thiết lập hệ thống mạng điện song song an toàn… Trong tương lai nguồn
NLMT sẽ trở thành nguồn năng lượng chính bổ sung cho những nguồn năng lượng đang
dần cạn kiệt như: than, dầu khí, nước.
1.2 Mục tiêu và nội dung thực hiện luận án
Hệ thống năng lượng điện mặt trời là một thống lớn có rất nhiều điểm cần được

cải tiến và phát triển cho hệ thống. Những điểm chính trong các nghiên cứu phát triển
các hệ thống năng lượng điện mặt trời hiện nay là:
- Cải tiến nâng cao hiệu suất quang- điện: Đây là một hướng nghiên cứu phát triển
mạnh thuộc lĩnh vực Khoa học vật liệu, các nhà khoa học khơng ngừng nghiên sử dụng
cơng nghệ nano tìm ra các vật liệu chế tạo pin quang điện với hiệu suất hấp thụ năng
lượng mặt trời cao, và tuổi thọ lâu bền.
- Sử dụng các kỹ thuật điều khiển thông minh để nâng cao hiệu quả điều khiển hệ
thống đạt công suất cực đại: Để điều khiển làm cho hệ thống năng lượng luôn thu nhận
năng lượng mặt trời đạt được cơng suất cực đại có 2 hướng, hướng thứ nhất là điều khiển
hệ thống nâng đỡ các tấm pin PV để sao cho các tấm pin PV luôn hướng về phía thu
nhận ánh sáng mặt trời hiệu suất cao nhất khi mặt di chuyển theo thời gian quanh trái
đất. Vì sự di chuyển của mặt tròi chậm nên các hệ thống điều khiển này đơn giản các
thuật toán điều khiển không phức tạp. Hướng thứ hai là thiết kế bộ điều khiển MPPT
cho hệ thống năng lượng điện mặt trời, MPPT là hệ thống điều khiển PV đạt công suất
tối đa trong q trình hoạt động. MPPT khơng phải là hệ thống điều khiển cơ khí hướng
PV vào hướng mặt trời để đạt công suất lớn nhất. MPPT là một hệ thống điều khiển điện
tử với mục đích định điểm làm việc của PV sao cho công suất đạt tối đa. Đây cũng là
7


hướng nghiên cứu và phát triển mạnh nhất trong hệ thống năng lượng điện mặt trời, nhất
là dễ dàng áp dụng các kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và thông minh vào hệ thống
khi mà kỹ thuật điện tử thông tin phát triển.
Hiện nay nếu chúng ta seach trên Google cụm từ ‘‘MPPT’’ thì kết quả cho khoảng
trên 8.500.00 kết quả, qua đây cũng đủ thấy vấn đề MPPT được trao đổi, nghiên cứu và
công bố rất nhiều. Các bộ điều khiển MPPT khởi đầu với các thuật tốn điều khiển dị
điểm cơng suất cực đại truyền thống đơn giản như Hill – Climbing với các thuật toán
P&O và INC, ưu điểm của các giải thuật này là đơn giản và ít tính tốn. Bên cạnh đó
cịn có các nhược điểm được đề cập trong tài liệu tham khảo [20] – [25]. Tiếp theo đó
cũng có nhiều các nghiên cứu phát triển cho các thuật toán này [20] – [25] để cải thiện

nâng cao hiệu suất cho hệ thống. Ngồi ra, có nhiều nhà khoa học đã áp dụng các thuật
tốn điều khiển hiện đại và thơng minh áp dụng cho việc điều khiển tìm điểm cơng suất
cực đại của bộ điều khiển MPPT như: Fuzzy Logic Control (FLC) [31], Neural Network
(NN) [34], Particle swarm optimization (PSO) [102] – [104], …….
- Nghiên cứu phát triển các bộ biến đổi công suất DC/DC, DC/AC để hệ thống đạt
hiệu suất cao và làm việc ổn định: Điện áp đầu ra của các tấm pin PV thường là điện áp
một chiều trị số nhỏ, muốn hệ thống cung cấp cho các tải lớn hoặc tải xoay chiều hoặc
hòa chung vào lưới điện quốc gia chúng ta cần sử dụng các bộ chuyển đổi có thể là
DC/DC, DC/AC hoặc kết hợp cả 2 trong hệ thống, để tạo ra các bộ chuyển đổi làm việc
ổn định và có hiệu suất cao, đây là lĩnh vực nghiên cứu phát triển có sự kết hợp cao của
điện tử công suất và kỹ thuật điều khiển. Hiện nay các bộ chuyển đổi DC/AC được áp
dụng nhiều giải thuật điều chế phức tạp như SVPWM và nhiều bậc.
- Nghiên cứu giải pháp anti-islanding nâng cao độ đáp ứng nhanh cũng như độ an
toàn của hệ thống NLMT trong quá trình hoạt động.
Với nhiều hướng nghiên cứu và phát triển cho hệ thống năng lượng điện mặt trời
như trình bày trên, tác giả định hướng mục tiêu của luận án là nghiên cứu thiết kế tối ưu
về công suất cho một hệ thống năng lượng điện mặt trời, làm cho hệ thống làm việc đạt
hiệu suất cao. Trên cơ sở đó nội dung của chương trình nghiên cứu như sau:


Tìm hiểu tổng quan về hệ thống năng lượng điện mặt trời.

8




Xây dựng mơ hình hệ thống năng lượng điện mặt trời bao gồm các thành phần

trong hệ thống như: PV cell, bộ DC/DC converter, các bộ biến tần SVPWM, hệ thống

đo lường và điều khiển…


Nghiên cứu đưa ra thuật toán-giải pháp mới để điều khiển thu nhận công suất

solar cực đại (MPPT- Maximum Power Point Tracking)


Xây dựng mơ hình mơ phỏng hệ thống trên máy tính.



Thiết kế mơ hình hệ thống NLMT điều khiển tự động hịa lưới có kiểm soát và

giám sát, hệ thống bao gồm: bộ boost điện áp DC, bộ biến tần SVPWM, board điều
khiển, thuật toán điều chế biến tần- điều khiển và giám sát hệ thống.
1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống năng lượng điện mặt trời. Để thực hiện mục tiêu
đề ra tác giả đã thực hiện các công đoạn chính: nghiên cứu lý thuyết về hệ thống năng
lượng điện mặt trời, nghiên cứu các thuật toán để giải quyết các bài tốn tối ưu cơng
suất trong các hệ thống điện mặt trời từ đó đưa ra các thuật toán mới để phát triển hệ
thống theo hướng tối ưu hơn, tiến hành mô phỏng hệ thống năng lượng điện mặt trời
trên phần mềm Matlab, sau cùng là thực hiện thiết kế một hệ thống thực nối lưới.
Phương pháp nghiên cứu gồm: nghiên cứu tài liệu , mô hình hóa, phân tích đánh
giá và thực nghiệm.
1.4 Điểm mới của luận án
Nghiên cứu và đề xuất các cải tiến phát triển cho thuật toán INC áp dụng trong
điều khiển MPPT của hệ thống PV để hệ thống tìm điểm công suất cực đại hội tụ nhanh
hơn, dao động quanh điểm công suất cực đại hẹp và ít hơn; giảm thiểu được hao tổn
công suất phát do dao động quanh điểm công suất cực đại, hiệu suất cao hơn.

Nghiên cứu và đề xuất áp dụng thuật toán mới, thuật toán tối ưu bày đàn vi phân
(DPSO) và thuật toán tối ưu bày đàn nhiễu loại (PPSO) áp dụng trong bộ điều khiển
MPPT để cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống PV. Kỹ thuật điều khiển MPPT dựa
trên thuật tốn DPSO và PPSO đã được thử nghiệm thành cơng trên mơ hình hệ thống.
Kết quả mơ phỏng cho thấy năng lượng đầu ra của thuật toán đề xuất đều là trên 99%
với một vài lần lặp trong mọi điều kiện môi trường. Hơn nữa, những kết quả này được
so sánh với kết quả thu được từ các bộ MPPT áp dụng thuật toán truyền thống, để chứng
9


minh khả năng loại bỏ được các nhược điểm khi áp dụng thuật toán truyền thống cho
các bộ điều khiển MPPT của hệ thống PV.
Nghiên cứu chế tạo thiết bị thực nghiệm hệ thống năng lượng điện mặt trời nối
lưới. Hệ thống chạy ổn định ngoài việc cho phép thực nghiệm về hệ thống năng lượng
điện mặt trời hệ thống còn được sử dụng với mục đích nghiên cứu và phát triển dự án
lập trình điều khiển ứng dụng về các nghiên cứu phát triển hệ thống năng lượng điện
mặt trời.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
- Về mặt khoa học: Nghiên cứu và đề xuất các thuật toán áp dụng cho bộ điều
khiển MPPT của hệ thống năng lượng mặt trời nhằm cải thiện sự hoạt động của hệ thống
làm cho hệ thống đạt hiệu suất tốt hơn.
- Về mặt thực tiễn: Kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tế của các giải thuật đề
xuất cho bộ điều khiển MPPT của hệ thống PV bằng công cụ phần mềm và hệ thống
thực nghiệm.
1.5 Bố cục của luận án
Bố cục của luận án bao gồm 6 chương như sau:
Chương 1: Giới thiệu
Chương này tác giả nêu lý do chọn đề tài, mục tiêu nội dung thực hiện, đối tượng
và phương pháp nghiên cứu, điểm mới, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.
Chương 2: Tổng quan về hệ thống năng lượng điện mặt trời

Chương này trình bày tổng quan chung về hệ thống năng lượng điện mặt trời bao
gồm các thành phần chính của hệ thống, đặc tính của tấm pin năng lượng mặt trời. Tác
giả cũng đưa ra những yếu tố trọng tâm phát triển hệ thống năng lượng mặt trời.
Chương 3 : Nghiên cứu phát triển bộ điều khiển bám điểm công suất cực đại của hệ
thống điện mặt trời
Chương 3 tác giả giới thiệu về điều khiển dị tìm cơng suất cực đại (MPPT) và các
yếu tố ảnh hưởng đến điểm công suất cực. Tác giả giới thiệu một số thuật toán điều
khiển MPPT đã sử dụng và nhấn mạnh thuật toán độ dẫn gia tăng (INC) và đưa ra các
cải tiến phát triển cho thuật toán INC áp dụng trong điều khiển MPPT của hệ thống năng
lượng điện mặt trời. Đồng thời tác giả nghiên cứu thuật toán tối ưu bầy đàn (PSO) một
thuật tốn tối ưu hiện đại áp dụng để tìm điểm công suất cực đại cho hệ thống năng
10


lượng điện mặt trời nhằm cải thiện những nhược điểm của các thuật toán cổ điển. Đồng
thời đề xuất các phát triển mới của thuật toán PSO áp dụng cho việc điều khiển MPPT
nhằm tăng tốc độ đạt trạng thái tối ưu, tránh hiện tượng tối ưu cục bộ.
Chương 4 : Mơ phỏng kiểm chứng các thuật tốn MPPT phát triển cho hệ thống năng
lượng điện mặt trời
Chương này trình bày kết quả tác giả sử dụng phần mềm Matlab-Simulink mơ
phỏng hệ thống PV với các thuật tốn truyền thống và các thuật toán đề xuất nhằm đánh
giá tính ưu việt của các thuật toán mới đề xuất cho việc điều khiểm MPPT của hệ thống
năng lượng điện mặt trời.
Chương 5: Thiết kế chế tạo hệ thống thực nghiệm năng lượng điện mặt trời
Trong chương này tác giả thiết kế chế tạo một hệ thống năng lượng điện mặt trời
nối lưới 3 pha công suất khoảng 300 (W) nhằm thực nghiệm về hệ thống năng lượng
mặt trời.
Chương 6 : Kết luận và phương hướng phát triển

11