I. Tổng quan về hệ thống biến đổi năng lượng mặt trời
Luận văn tập trung vào thiết kế hệ thống biến đổi năng lượng pin mặt trời với điều khiển thông minh trên nền tảng DSP TMS320F28335. Hệ thống này bao gồm hai phần chính: bộ biến đổi DC/DC và bộ biến đổi DC/AC. Bộ DC/DC sử dụng các giải thuật MPPT (Maximum Power Point Tracking) để tối ưu hóa công suất đầu ra từ pin mặt trời. Bộ DC/AC chuyển đổi điện áp DC thành điện áp AC một pha, có khả năng hòa lưới điện. Luận văn sử dụng Matlab/Simulink để mô phỏng và kiểm chứng lý thuyết, đồng thời xây dựng mô hình thực nghiệm với card điều khiển DSP C2000.
1.1. Giới thiệu về năng lượng mặt trời
Năng lượng mặt trời là một nguồn năng lượng tái tạo quan trọng, đặc biệt trong bối cảnh các nguồn năng lượng truyền thống đang dần cạn kiệt. Việt Nam có tiềm năng lớn về năng lượng mặt trời do vị trí địa lý thuận lợi. Tuy nhiên, việc ứng dụng năng lượng mặt trời ở Việt Nam vẫn còn hạn chế, đòi hỏi các nghiên cứu sâu hơn để phát triển các hệ thống biến đổi năng lượng hiệu quả.
1.2. Các vấn đề cơ bản của hệ thống năng lượng mặt trời
Hệ thống năng lượng mặt trời cần giải quyết các vấn đề như chuyển đổi năng lượng DC từ pin mặt trời thành AC, tối ưu hóa công suất đầu ra thông qua các giải thuật MPPT, và đảm bảo khả năng hòa lưới điện. Các bộ biến đổi DC/DC và DC/AC đóng vai trò quan trọng trong việc đáp ứng các yêu cầu này.
II. Thiết kế bộ biến đổi DC DC
Bộ biến đổi DC/DC được thiết kế để tăng điện áp đầu ra từ pin mặt trời lên mức phù hợp cho bộ biến đổi DC/AC. Bộ này sử dụng các giải thuật MPPT như Perturbation and Observation (PO), Incremental Conductance (IncCond), và Logic mờ để tìm điểm công suất cực đại (MPP). Bộ điều khiển 2P2Z (two poles, two zeros) được áp dụng để điều chỉnh dòng điện và điện áp, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định tại MPP.
2.1. Giải thuật MPPT
Các giải thuật MPPT được nghiên cứu và so sánh để lựa chọn phương pháp tối ưu nhất. Giải thuật PO đơn giản nhưng hiệu quả, trong khi IncCond có độ chính xác cao hơn. Logic mờ được áp dụng để xử lý các tình huống phức tạp khi điều kiện môi trường thay đổi.
2.2. Bộ điều khiển 2P2Z
Bộ điều khiển 2P2Z được sử dụng để điều chỉnh dòng điện và điện áp đầu ra của bộ DC/DC. Cấu trúc này giúp hệ thống nhanh chóng đạt được điểm công suất cực đại và duy trì ổn định trong các điều kiện làm việc khác nhau.
III. Thiết kế bộ biến đổi DC AC
Bộ biến đổi DC/AC có nhiệm vụ chuyển đổi điện áp DC từ bộ DC/DC thành điện áp AC một pha, đồng thời đảm bảo khả năng hòa lưới điện. Bộ điều khiển PLL (Phase Lock Loop) được sử dụng để đồng bộ tần số và pha của điện áp đầu ra với lưới điện. Bộ điều khiển vòng kín bao gồm các vòng điều chỉnh dòng điện và điện áp, đảm bảo chất lượng điện áp đầu ra.
3.1. Bộ điều khiển PLL
Bộ điều khiển PLL được sử dụng để xác định tần số và pha của điện áp lưới, giúp bộ nghịch lưu điều chỉnh dòng điện đầu ra đồng pha và cùng tần số với lưới điện. Điều này là yếu tố quan trọng để đảm bảo khả năng hòa lưới của hệ thống.
3.2. Điều khiển vòng kín
Bộ điều khiển vòng kín bao gồm vòng điều chỉnh dòng điện bên trong và vòng điều chỉnh điện áp bên ngoài. Cấu trúc này giúp hệ thống duy trì điện áp DC Bus ổn định và đảm bảo chất lượng điện áp đầu ra.
IV. Mô phỏng và thực nghiệm
Luận văn sử dụng Matlab/Simulink để mô phỏng các giải thuật MPPT và hoạt động của bộ biến đổi DC/AC. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của các giải thuật MPPT trong việc tìm điểm công suất cực đại. Mô hình thực nghiệm được xây dựng với card điều khiển DSP C2000, cho kết quả khả quan trong việc hòa lưới điện và duy trì ổn định hệ thống.
4.1. Mô phỏng các giải thuật MPPT
Các giải thuật MPPT được mô phỏng và so sánh về hiệu quả và tốc độ hội tụ. Giải thuật IncCond cho kết quả chính xác hơn so với PO, trong khi Logic mờ linh hoạt hơn trong các điều kiện môi trường thay đổi.
4.2. Kết quả thực nghiệm
Mô hình thực nghiệm được xây dựng với card điều khiển DSP C2000, cho thấy khả năng hòa lưới điện và duy trì ổn định hệ thống. Các kết quả đo lường và phân tích cho thấy hệ thống đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và có tiềm năng ứng dụng thực tế.
V. Kết luận và hướng phát triển
Luận văn đã thành công trong việc thiết kế hệ thống biến đổi năng lượng pin mặt trời với điều khiển thông minh trên nền tảng DSP TMS320F28335. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hiệu quả của các giải thuật MPPT và khả năng hòa lưới của hệ thống. Hướng phát triển tiếp theo bao gồm tối ưu hóa các giải thuật điều khiển và mở rộng ứng dụng của hệ thống trong các lĩnh vực khác nhau.
5.1. Kết quả đạt được
Luận văn đã thiết kế thành công hệ thống biến đổi năng lượng pin mặt trời với khả năng hòa lưới điện. Các giải thuật MPPT được nghiên cứu và áp dụng hiệu quả, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tối ưu hóa công suất đầu ra.
5.2. Hướng phát triển
Hướng phát triển tiếp theo bao gồm nghiên cứu các giải thuật MPPT tiên tiến hơn, tối ưu hóa hiệu suất của bộ biến đổi, và mở rộng ứng dụng của hệ thống trong các lĩnh vực như năng lượng tái tạo và điện lưới thông minh.
