Luận văn thạc sĩ kỹ thuật điện nghiên cứu giải thuật model predictive control cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc t tyle npc kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời photovoltaic

Luận văn về giải thuật Model Predictive Control (MPC) cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới điện mặt trời (Photovoltaic). Nghiên cứu kỹ thuật điện.

• Tác giả: Nguyễn Minh Nhật
• Người hướng dẫn: Pgs.ts Phan Quốc Dũng
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG -HCM
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
• Đề tài: Nghiên cứu Giải thuật Model Predictive Control Cho Nghịch Lưu 3 Pha 3 Bậc T-Type NPC Kết Nối Lưới Hệ Thống Năng Lượng Mặt Trời (Photovoltaic)
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu MPC Cho Nghịch Lưu T Type NPC

Nghiên cứu về tích hợp năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, đang ngày càng trở nên quan trọng do sự cạn kiệt tài nguyên và các vấn đề môi trường. Việc kết nối các hệ thống năng lượng mặt trời vào lưới điện đặt ra nhiều thách thức về chất lượng điện năng và hiệu suất. Các nghịch lưu đa bậc, đặc biệt là nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC, đang dần thay thế các nghịch lưu hai bậc truyền thống. Bên cạnh phần cứng, các giải thuật điều khiển cũng đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và chất lượng điện năng. Luận văn này tập trung vào nghiên cứu và ứng dụng giải thuật Model Predictive Control (MPC) cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới điện, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và nâng cao chất lượng điện năng. Theo luận văn, các vấn đề cần giải quyết bao gồm điều khiển bám dòng điện, cân bằng điện áp tụ DC-link, giảm điện áp CMV và giảm tần số đóng cắt.

1.1. Tầm Quan Trọng của Năng Lượng Tái Tạo và Điện Mặt Trời

Năng lượng tái tạo, đặc biệt là điện mặt trời, đóng vai trò then chốt trong bối cảnh cạn kiệt tài nguyên và ô nhiễm môi trường. Luận văn nhấn mạnh sự cần thiết của việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp tích hợp hiệu quả điện mặt trời vào lưới điện. Việc sử dụng nghịch lưu T-Type NPC hứa hẹn cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng điện năng so với các giải pháp truyền thống. Nghiên cứu này cũng hướng đến giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

1.2. Giới Thiệu về Nghịch Lưu 3 Pha 3 Bậc T Type NPC

Nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC là một loại nghịch lưu đa bậc tiên tiến, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng kết nối lưới điện, đặc biệt là trong lĩnh vực năng lượng mặt trời. So với các loại nghịch lưu truyền thống, T-Type NPC có khả năng giảm tổng méo hài (THD) và nâng cao hiệu suất chuyển đổi. Luận văn sẽ tập trung vào việc điều khiển nghịch lưu T-Type NPC để đạt được hiệu suất tối ưu và đảm bảo chất lượng điện năng theo yêu cầu của lưới điện.

II. Thách Thức Điều Khiển Nghịch Lưu T Type NPC Nối Lưới

Việc điều khiển nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới điện đặt ra nhiều thách thức. Các phương pháp điều khiển cổ điển như Hysteresis Current Control và PWM có những hạn chế về độ phức tạp trong thực hiện và khả năng đáp ứng chậm với các thay đổi của hệ thống. Thêm vào đó, các phương pháp này thường chỉ phù hợp với các hệ tuyến tính SISO. Do đó, việc áp dụng các lý thuyết điều khiển hiện đại như Model Predictive Control (MPC) là cần thiết để vượt qua những hạn chế này. MPC có khả năng làm việc hiệu quả với các hệ phi tuyến MIMO, đáp ứng nhanh với các thay đổi, và có thể xử lý nhiều ràng buộc khác nhau.

2.1. Hạn Chế của Các Phương Pháp Điều Khiển Cổ Điển PWM

Các phương pháp điều khiển cổ điển như điều chế độ rộng xung (PWM) gặp nhiều khó khăn trong việc điều khiển nghịch lưu T-Type NPC. PWM thường phức tạp trong việc thực hiện, đáp ứng chậm với sự thay đổi của hệ thống. Hơn nữa, PWM chỉ phù hợp với hệ thống tuyến tính. Việc tích hợp các ràng buộc và tối ưu hóa hiệu suất trở nên khó khăn với các phương pháp này. Giải thuật MPC được kỳ vọng sẽ giải quyết những hạn chế này.

2.2. Vấn Đề Chất Lượng Điện Năng và Cân Bằng Điện Áp Tụ

Một trong những thách thức lớn khi điều khiển nghịch lưu T-Type NPC là đảm bảo chất lượng điện năng, bao gồm giảm tổng méo hài (THD) và duy trì hệ số công suất cao. Ngoài ra, việc cân bằng điện áp trên các tụ DC-link cũng là một vấn đề quan trọng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. MPC được kỳ vọng sẽ giải quyết đồng thời các vấn đề này thông qua việc tối ưu hóa hàm chi phí phù hợp.

III. Giải Pháp MPC Điều Khiển Dự Đoán Cho Nghịch Lưu

Giải thuật Model Predictive Control (MPC) là một phương pháp điều khiển hiện đại, phù hợp với các hệ thống điện phức tạp. MPC cho phép dự đoán hành vi của hệ thống trong tương lai và đưa ra các quyết định điều khiển tối ưu dựa trên dự đoán này. Với sự phát triển của bộ vi xử lý tốc độ cao, việc thực hiện các tính toán phức tạp của MPC trở nên khả thi, mở ra cơ hội ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử công suất. MPC đơn giản, dễ thực hiện, phù hợp với các hệ phi tuyến nhiều ngõ vào và ngõ ra (MIMO) với nhiều ràng buộc, đáp ứng nhanh với các thay đổi hệ thống, bền vững, hiệu suất cao và khắc phục các nhược điểm của điều khiển cổ điển với giải thuật PWM.

3.1. Nguyên Lý Hoạt Động của Thuật Toán Model Predictive Control MPC

MPC hoạt động dựa trên việc dự đoán trạng thái của hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định trong tương lai. Sau đó, một hàm chi phí được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các hành động điều khiển khác nhau. Hành động điều khiển tối ưu là hành động làm giảm thiểu hàm chi phí này. Việc dự đoán và tối ưu hóa được thực hiện liên tục, cho phép MPC thích ứng với các thay đổi của hệ thống và môi trường.

3.2. Ưu Điểm của MPC So Với Các Phương Pháp Điều Khiển Khác

MPC có nhiều ưu điểm so với các phương pháp điều khiển truyền thống. MPC có khả năng xử lý các hệ phi tuyến, các hệ nhiều đầu vào và đầu ra (MIMO), và có thể dễ dàng tích hợp các ràng buộc vào quá trình điều khiển. MPC cũng có khả năng đáp ứng nhanh với các thay đổi của hệ thống và môi trường, giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống. Ngoài ra, MPC có thể được thiết kế để tối ưu hóa nhiều mục tiêu khác nhau, chẳng hạn như giảm tổng méo hài (THD), cân bằng điện áp tụ, và giảm tổn hao.

IV. Nghiên Cứu MPC Cho Nghịch Lưu T Type NPC Kết Quả So Sánh

Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu và thực hiện giải thuật MPC cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới điện, với mục tiêu cải thiện hiệu suất và chất lượng điện năng. Nghiên cứu này bao gồm việc điều khiển bám dòng điện, cân bằng điện áp tụ, giảm điện áp CMV, và giảm tần số đóng cắt. Các kết quả mô phỏng cho thấy MPC có khả năng cải thiện đáng kể hiệu suất và chất lượng điện năng so với các phương pháp điều khiển truyền thống như PWM. Luận văn cũng so sánh hiệu quả của MPC với và không có bù trễ, đánh giá sự phụ thuộc của MPC vào tần số lấy mẫu.

4.1. Điều Khiển Bám Dòng Điện Current Tracking Control Bằng MPC

Điều khiển bám dòng điện là một trong những mục tiêu quan trọng của việc điều khiển nghịch lưu T-Type NPC. MPC được sử dụng để điều khiển dòng điện đầu ra của nghịch lưu sao cho bám sát dòng điện tham chiếu, từ đó giảm tổng méo hài (THD) và cải thiện hệ số công suất. Các kết quả mô phỏng cho thấy MPC có khả năng bám dòng điện tốt hơn so với các phương pháp điều khiển truyền thống, đặc biệt trong các điều kiện vận hành thay đổi.

4.2. Cân Bằng Điện Áp Tụ DC link Sử Dụng Giải Thuật MPC

Việc cân bằng điện áp trên các tụ DC-link là rất quan trọng để đảm bảo hoạt động ổn định của nghịch lưu T-Type NPC. MPC được sử dụng để điều khiển các van bán dẫn trong nghịch lưu sao cho điện áp trên các tụ được duy trì ở mức cân bằng. Các kết quả mô phỏng cho thấy MPC có khả năng cân bằng điện áp tụ tốt, ngay cả trong các điều kiện vận hành khắc nghiệt.

V. Giải Thuật FCS MPC Giảm Dòng Rò Tối Ưu Đa Mục Tiêu

Luận văn đề xuất giải thuật FCS-MPC (Finite Control Set Model Predictive Control) để giảm dòng điện rò bằng cách giảm điện áp CMV và tần số đóng cắt. FCS-MPC cũng được sử dụng để giải quyết bài toán điều khiển đa mục tiêu, bao gồm điều khiển bám dòng, cân bằng tụ, giảm CMV, và giảm tần số đóng cắt. Kết quả cho thấy FCS-MPC có khả năng cải thiện hiệu suất, chất lượng điện năng, và đáp ứng các yêu cầu kết nối lưới điện. FCS-MPC có bù trễ (Finite Control Set Model Predictive Control) có khả năng giảm dòng điện rò qua việc giảm điện áp CMV và giảm tần số đóng cắt của hệ thống PV kết nối lưới sử dụng nghịch lưu T-Type NPC. Phần còn lại đề xuất giải thuật FS-MPC có bù trễ cho bài toán nhiều đối tượng: điều khiển bám dòng, cân bằng tụ, giảm CMV, giảm tần số đóng cắt để nâng cao hiệu suất, chất lượng điện năng và các yêu cầu kết nối lưới hệ thống PV.

5.1. Ứng Dụng FCS MPC để Giảm Điện Áp CMV và Dòng Rò

Điện áp Common Mode Voltage (CMV) và dòng rò là những vấn đề nghiêm trọng trong các hệ thống điện mặt trời kết nối lưới. FCS-MPC được thiết kế để giảm thiểu CMV và dòng rò bằng cách lựa chọn các trạng thái đóng cắt phù hợp của nghịch lưu. Các kết quả mô phỏng cho thấy FCS-MPC có khả năng giảm đáng kể CMV và dòng rò, giúp cải thiện độ an toàn và tin cậy của hệ thống.

5.2. Điều Khiển Đa Mục Tiêu Cân Bằng Tụ Giảm CMV Giảm Tần Số

FCS-MPC được mở rộng để điều khiển đồng thời nhiều mục tiêu khác nhau, bao gồm cân bằng điện áp tụ, giảm CMV, và giảm tần số đóng cắt. Bằng cách tối ưu hóa một hàm chi phí phù hợp, FCS-MPC có thể đạt được hiệu suất và chất lượng điện năng tối ưu, đồng thời đáp ứng các yêu cầu về an toàn và độ tin cậy.

VI. Kết Luận Hướng Phát Triển Cho Nghiên Cứu MPC

Luận văn đã trình bày một nghiên cứu toàn diện về ứng dụng giải thuật MPC cho nghịch lưu 3 pha 3 bậc T-Type NPC kết nối lưới điện. Các kết quả nghiên cứu cho thấy MPC có tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất và chất lượng điện năng của hệ thống. Các hướng phát triển trong tương lai bao gồm nghiên cứu các giải thuật MPC thích nghi để đối phó với các điều kiện vận hành thay đổi, và phát triển các phương pháp điều khiển MPC phân tán cho các hệ thống điện mặt trời quy mô lớn. Việc tối ưu các thông số của giải thuật MPC để đạt hiệu quả cao nhất trong điều kiện thực tế cũng là một hướng đi quan trọng. Nghiên cứu này mở ra nhiều hướng đi mới cho việc phát triển các hệ thống điện mặt trời hiệu quả và bền vững.

6.1. Tóm Tắt Các Đóng Góp Chính của Luận Văn

Luận văn đã đóng góp vào lĩnh vực điều khiển nghịch lưu T-Type NPC bằng cách trình bày một nghiên cứu chi tiết về ứng dụng MPC. Các đóng góp chính bao gồm việc xây dựng mô hình hệ thống, thiết kế và triển khai các giải thuật MPC khác nhau, đánh giá hiệu quả của MPC thông qua mô phỏng, và đề xuất giải thuật FCS-MPC để giảm dòng rò và tối ưu hóa đa mục tiêu.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiềm Năng và Ứng Dụng Thực Tế

Các hướng nghiên cứu tiềm năng trong tương lai bao gồm việc phát triển các giải thuật MPC thích nghi có khả năng tự động điều chỉnh các tham số để đối phó với các điều kiện vận hành thay đổi. Việc nghiên cứu các phương pháp điều khiển MPC phân tán cho các hệ thống điện mặt trời quy mô lớn cũng là một hướng đi hứa hẹn. Ngoài ra, việc ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tế, chẳng hạn như thiết kế và xây dựng các hệ thống điện mặt trời sử dụng nghịch lưu T-Type NPC và MPC, là một bước quan trọng để thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI 1.1 Tổng quan về năng lượng tái tạo Do cạn kiện tài nguyên và các vấn đề về môi trường gây ra bởi khí thải, các nguồn năng lượng truyền thống sử dụng nhiên liệu hóa thạch không bền vững trong dài hạn. Chính vì vậy, nhiều nỗ lực đang được thực hiện trên thế giới và nhiều quốc gia để đưa nhiều nguồn năng lượng tái tạo như: năng lượng gió, năng lượng mặt trời (PV – Photovoltaic system), thủy điện, năng lượng sinh khối (Biomass power), năng lượng thủy triều (Ocean power), địa nhiệt (Geothermal energy)…hòa lưới điện. Công suất lắp đặt của năng lượng tái tạo phát triển rất nhanh trong những thập kỉ gần đây, tính đến năm 2012 tổng công suất lắp đặt trên 420 Giga Watts (GW) (không bao gồm thủy điện), chiếm 5,2% lượng điện tiêu thụ trên toàn thế giới [53]. Nếu bao gồm nguồn năng lượng thủy điện thì công suất lắp đặt của nguồn năng lượng tái tạo chiếm 13% tổng công suất lắp đặt, 84% công suất lắp đặt sử dụng nguồn nhiên liệu hóa thạch, 3% là năng lượng hạt nhân [1].1 Tỷ trọng của các nguồn năng lượng trên thế giới Trong số các nguồn năng lượng tái tạo thì năng lượng thủy điện chiếm tỉ trọng lớn nhất.

Tuy nhiên, do những yêu cầu về vị trí lắp đặt các nhà máy thủy điện (khu vực có sông, hồ) và các vấn đề về môi trường tác động đến đời sống dân sinh và xã hội, tốc độ tăng trưởng của nhà máy thủy điện trên toàn thế giới hiện nay rất chậm và được xem như là bão hòa. Khác với thủy điện, các nguồn năng lượng tái tạo khác ít yêu cầu về vị trí lắp đặt, vùng phân bố rộng hơn, ít tác động đến môi trường và có tiềm năng khai thác lớn, trong đó năng lượng gió và năng lượng mặt trời hứa hẹn sẽ Trang 1 GVHD: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ HỌC VIÊN: NGUYỄN MINH NHẬT nắm vai trò chủ đạo về cả lượng công suất lắp đặt và tốc độ phát triển hàng năm [53]. Năng lượng gió và năng lượng mặt trời chiếm 80% lượng công suất lắp đặt của nguồn năng lượng tái tạo (hình 1.2), tốc độ phát triển nhanh trong 5 năm gần đây (2007-2012) đối với năng lượng gió (25%) và năng lượng mặt trời (60%) (hình 1.2 Tỷ trọng của các nguồn Hình 1.3 Tốc độ phát triển công suất lắp đặt của năng lượng tái tạo các nguồn năng lượng tái tạo Từ các thống kê trên cho thấy năng lượng gió và năng lượng mặt trời sẽ được tập trung nghiên cứu và phát triển trong tương lai. Năng lượng mặt trời (PV) mặc dù có chi phí đầu tư cao hơn so với các nguồn năng lượng tái tạo khác [1] [46], nhưng với giảm giá thành của các mô-đun quang điện (Photovoltaic modules) cùng với sự phát triển của công nghệ chế tạo các tế bào quang điện (PV cell technology), bên cạnh đó là các nghiên cứu ứng dụng điện tử công suất, các giải thuật điều khiển trong kết nối lưới để nâng cao hiệu suất, giảm chi phí, giảm kích thước và khối lượng của bộ chuyển đổi công suất, do đó năng lượng mặt trời đã và đang là nguồn năng lượng đầy tiềm năng để cạnh tranh với các nguồn năng lượng tái tạo khác cũng như năng lượng hóa thạch.

Với những cái nhìn tổng quan trên, năng lượng mặt trời cùng với các ứng dụng của điện tử công suất và điều khiển kết nối lưới sẽ là nhiệm vụ chủ đạo của luân văn.2 Hệ thống năng lượng mặt trời Bên cạnh các mô-đun quang điện để chuyển quang năng thành điện năng cho hiệu suất cao và giá thành rẻ thì vấn đề kết nối lưới hệ thống năng lượng mặt trời PV đóng vai trò quan trọng của hệ thống PV. Một hệ thống PV nối lưới hiệu quả cao, đáng tin cậy khi kết nối lưới trong điều kiện phụ thuộc vào điều khiển về môi trường Trang 2 GVHD: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ HỌC VIÊN: NGUYỄN MINH NHẬT (bức xạ (irradiance level) và nhiệt độ môi trường xung quanh (ambient temperature)) là yêu cầu cần phải có khi kết nối lưới hệ thống PV. Các thiết bị điện tử công suất, gọi tắt là nghịch lưu PV (PV inverter), cùng với các giải thuật điều khiển thông minh [1], [2], [53], cho phép kết lưới hiệu quả hệ thống năng lượng mặt trời. Do đó, hệ thống điện năng lượng mặt trời PV được cho là hiệu quả khi đảm bảo các tiêu chí: khai thác tối ưu nguồn năng lượng mặt trời từ các tấm pin mặt trời PV trong các điều kiện môi trường khác nhau, đồng bộ với lưới điện khu vực, tuân thủ các yêu cầu về kết nối điện.

Trong mục này sẽ đề cập các vấn đề giới thiệu tóm tắt lý thuyết các đặc tính của tế bào quang điện (solar PV cell) trong việc chuyển đổi quang năng thành điện năng, các cấu hình kết nối lưới của hệ thống PV. Các vấn đề về các bộ điện tử công suất, giải thuật điều khiển kết nối lưới hệ thống PV sẽ được đề cập ở các chương khác.1 Mô-đun quang điện (Photovoltaic modules) và đường cong I-V và P-V a) Giới thiệu mô-đun quang điện (Module PV) Mô-đun PV được cấu tạo từ các kết nối các tế bào quang điện (PV cells), các tế bào quang điện được làm bằng hai lớp của các thiết bị bán dẫn tinh thể silicon (monocrystalline and polycrystalline), hay còn gọi là thin-film (bao gồm cadmium telluride, copper indium gallium selenide and amorphous silicon), hình thành nên lớp p-n (p-n junction field) [2]. Khi các photon của tế bào quang điện có năng lượng bằng hoặc lớn hơn năng lượng của band-gap của bán dẫn, thì các photon này được kích thích và trở thành các electron tự do. Khi mạch PV được đóng lại (kết nối tải hoặc các thiết bị chuyển đổi công suất), các electron tự do này sẽ sinh ra dòng điện một chiều từ cực dương của bán dẫn đến cực âm của bán dẫn (thiếu electron) để lấp đầy các lỗ trống (positive holes), lúc này năng lượng mặt trời chuyển đổi thành điện năng.

Vì vậy cường độ dòng điện sinh ra bới các mô-đun quang điện phụ thuộc trực tiếp vào số lượng của các kích thích đến photon, nghĩa là khi bức xạ mặt trời cao sẽ sinh ra nhiều photon có đủ năng lượng để hình thành các electron tự do và vì vậy cường độ dòng điện của mô-đun quang điện sẽ lớn.4 Sơ đồ hoạt động của một tế bào quang điện Trang 3 GVHD: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ HỌC VIÊN: NGUYỄN MINH NHẬT Đặc tính của mô-đun quang điện hay tế bào quang điện là phi tuyến và phụ thuộc vào bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường xung quanh [2]. Mô hình của tế bào quang điện được nêu ở Hình 1.5, bao gồm nguồn dòng mắc song song với diode, điện trở song song Rsh và điện trở nối tiếp Rs. Phương trình Kishor cho tế bào quang điện [2]: q ( vPV  iPV Rs ) v i R iPV  iL  i0 (e nKT  1)  PV PV s (1.1) Rsh Với VPV : Điện áp đầu ra của tế bào (V) iPV : Dòng điện đầu ra của tế bào (A) Rs : điện trở kí sinh mắc nối tiếp của tế bào (Ω) Rsh : Điện trở kí sinh mắc song song của tế bào (Ω) q : Điện tích (Electronic charge): 1,6 x 10-19 (Coulombs) K : Hàng số Boltzmann: 1,38 x 10-23 (J/K) T : Nhiệt độ Kelvin (K) n : Hệ số của diode lý tưởng: n = 1 io : Dòng điện bão hòa ngược của tế bào: 10-12 (A/cm2) iph : Dòng điện photon (Cell photon current) 35-40mA/cm2/tế bào Hình 1.5 Mô hình điện của tế bào quang điện Các tế bào quang điện được nối nối tiếp hoặc song với nhau để tạo ra một điện áp, dòng điện và công suất lớn. Mô-đun các pin mặt trời gồm các mạch tế bào quang điện nối với nhau trên một tấm mỏng và đây chính là khối cơ bản của hệ thống pin mặt trời.

Các cấp lớn hơn mô-đun PV là array PV như Hình 1. Nhiều tế bào quang điện kết hợp lại tạo thành tấm pin. Các tế bào pin quang điện được mắc nối tiếp hoặc song song với nhau để tạo điện áp ra theo yêu cầu. Khi mắc nối tiếp dòng điện của một tế bào quang điện cũng chính là dòng điện của tấm pin và điện áp của tấm pin sẽ là tổng điện áp của các tấm pin cộng lại.

Trang 4 GVHD: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ HỌC VIÊN: NGUYỄN MINH NHẬT Hình 1.6 Mô-đun quang điện và hệ thống PV Khi mắc song song dòng điện của tấm pin sẽ là tổng dòng điện của mỗi tế bào pin cộng lại và điện áp của tấm pin bằng chính điện áp của một tế bào quang điện. Mô hình của một tấm pin gồm 36 tế bào pin quang điện kết hợp lại với nhau như Hình 1.7 Tấm pin mặt trời gồm 36 tế bào quang điện mắc nối tiếp nhau Đơn giản như những hệ thống khác, hệ thống mô-đun PV cũng tạo ra điện như các thế thông khác nhưng các thiết bị tạo ra thì khác hơn nhiền so với các hệ thống tạo ra điện thông thường. Tuy nhiên nguyên tắc hoạt động và giao tiếp với các thiết bị điện thì vẫn như cũ và dựa trên các tiêu chuẩn kỹ thuật chuẩn. b) Đường cong I-V và P-V của mô-đun quang điện (Mô-đun PV): Từ phương trình (1.1) ta thấy mối quan hệ giữa (I-V và P-V) là phi tuyến, phụ thuộc vào lượng bức xạ mặt trời và nhiệt độ môi trường như ở Hình 1.

Do tính phi tuyến và phụ thuộc vào môi trường, như đã thể hiện ở Hình 1.8, nên cần một giải thuật MPPT (Maximum Power Point Tracking) để đảm bảo rằng lượng điện Trang 5 GVHD: PGS.TS PHAN QUỐC DŨNG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP THẠC SĨ HỌC VIÊN: NGUYỄN MINH NHẬT năng chuyển đổi từ năng lượng mặt trời là tối đa, và qua đó giảm chi phí đầu tư (suất đầu tư) của hệ thống PV.8 Đặc tính của mô-đun quang điện PV: (a) đường cong I-V, (b) đường cong P-V Ở Hình 1.8 đường cong P-V có các “đỉnh” phụ thuộc vào các điều kiện khác nhau của môi trường. Đường cong P-V chia làm 03 phân đoạn: a) Climbing – tăng với dp/dv > 0, khi đó tấm PV hoạt động với dòng điện của PV là hằng số; b) Going- down – giảm với dp/dv < 0; c) the-top – đạt công suất cực đại khi dp/dv = 0, với điểm công suất cực đại Maximum Power Point (MPP) tại điều kiện nhiệt độ 250C và bức xạ 1000W/m2 [53]. Nhiều giải thuật tìm công suất cực đại MPPT nêu ở [2]: phương pháp Perturb-and-Observe (P&O), phương pháp độ dẫn (Incremental Conductance - INC).