Luận văn thạc sĩ thiết bị mạng và nhà máy điện thiết kế bộ điều khiển sạc từ pin mặt trời có tích hợp cảnh báo nguồn cho các ứng dụng cấp nguồn độc lập

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển sạc từ pin mặt trời, tích hợp cảnh báo nguồn cho hệ thống cấp điện độc lập hiệu quả.

• Tác giả: Nguyễn Nam Dương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Quang Nam
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết Bị, Mạng và Nhà Máy Điện
• Đề tài: Thiết kế bộ điều khiển sạc pin mặt trời tích hợp cảnh báo nguồn cho hệ thống độc lập
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• TÓM TẮT
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Tầm quan trọng của đề tài
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.5. Giới hạn của đề tài
• 1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ
• 2.1. Ắc quy chì axit
• 2.2. Ắc quy chì axit trong hệ thống điện mặt trời độc lập
• 2.3. Mô hình mạch tương đương của ắc quy
• 2.4. Ước lượng trạng thái điện lượng của ắc quy chì axit
• 2.4.1. Phương pháp đếm Ah hay đếm Coulomb
• 2.4.2. Phương pháp dùng thuật toán thích nghi
• 2.4.3. Phương pháp lai
• 2.5. Bộ điều khiển sạc từ pin mặt trời
• 2.5.1. Phân loại bộ điều khiển sạc
• 2.5.2. Bộ biến đổi DC/DC chuyển mạch mềm bán cộng hưởng và ứng dụng
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ƯỚC LƯỢNG SOC ẮC QUY ĐỀ XUẤT VÀ HIỆN THỰC
• 3.1. Bài toán ước lượng
• 3.2. Phân tích mô hình ắc quy để xuất
• 3.2.1. Mạch tương đương
• 3.3. Quá trình xả ắc quy
• 3.4. Quá trình sạc ắc quy
• 3.5. Thuật toán ước lượng SOC
• 3.5.1. Đường đặc tuyến OCV-SOC
• 3.5.2. Thuật toán ước lượng SOC
• 3.6. Thực hiện, kết quả
• 3.6.1. Thiết kế bộ ước lượng SOC
• 3.6.2. Tính toán thông số bộ ước lượng SOC
• 4. CHƯƠNG 4: BỘ BIẾN ĐỔI CHUYỂN MẠCH MỀM BÁN CỘNG HƯỞNG
• 4.1. Kỹ thuật ZCS, ZVS trong các bộ biến đổi QRC
• 4.1.1. Tổn hao chuyển mạch ở ZCS, ZVS
• 4.1.2. Ưu điểm, nhược điểm của kỹ thuật ZCS, ZVS
• 4.1.3. Khóa cộng hưởng
• 4.2. Phân tích bộ chuyển đổi DC/DC dùng kỹ thuật ZCS-QRC
• 4.2.1. Khóa cộng hưởng
• 4.2.2. Mạch hạ áp buck ZCS-QRC
• 4.2.3. Mạch nâng áp Boost ZCS-QRC
• 4.2.4. Mạch nâng-hạ áp SEPIC ZCS-QRC
• 4.3. Phân tích bộ chuyển đổi DC/DC dùng kỹ thuật ZVS-QRC
• 4.3.1. Khóa cộng hưởng
• 4.3.2. Mạch hạ áp buck ZVS-QRC
• 4.3.3. Mạch tăng áp Boost ZVS-QRC
• 4.3.4. Phân tích mạch SEPIC ZVS-QRC
• 4.4. Bộ biến đổi ZCS-QRC và ZVS-QRC
• 4.4.1. Bộ biến đổi ZCS-QRC
• 4.4.2. Bộ biến đổi ZVS-QRC
• 4.4.3. Điều khiển công suất ở ZVS-QRC
• 4.5. Kết luận
• 5. CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ MẠCH SẠC NLMT DÙNG KỸ THUẬT ZVS-QRC
• 5.1. Quy trình thiết kế bộ ZVS-QRC
• 5.2. Tính toán thông số Lr CT
• 5.3. Tính toán xác định Dmin, max
• 5.4. Tính toán xác định tần số chuyển mạch
• 5.5. Mô phỏng các bộ biến đổi ZVS-QRC
• 5.5.1. Bộ Buck ZVS-QRC
• 5.5.2. Bộ Boost ZVS-QRC
• 5.6. Thực hiện phần cứng
• 5.7. Kết luận
• 6. CHƯƠNG 6: ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 6.1. Đánh giá phương án thiết kế
• 6.1.1. Bộ ước lượng SOC
• 6.1.2. Bộ biến đổi chuyển mạch mềm bán cộng hưởng
• 6.2. Hướng phát triển đề tài
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Thiết kế bộ điều khiển sạc pin mặt trời

Thiết kế bộ điều khiển sạc là trọng tâm của đề tài, tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí cho hệ thống điện mặt trời độc lập. Bộ điều khiển này được thiết kế để quản lý quá trình sạc pin từ nguồn năng lượng mặt trời, đảm bảo hiệu suất cao và độ bền của hệ thống. Phương pháp thiết kế sử dụng bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng, giúp giảm tổn thất năng lượng trong quá trình chuyển đổi.

1.1. Phương pháp ước lượng trạng thái điện lượng

Phương pháp ước lượng trạng thái điện lượng (SOC) được đề xuất nhằm đơn giản hóa quá trình tính toán và giảm chi phí thực hiện. Phương pháp này sử dụng mô hình mạch tương đương của ắc quy chì axit, kết hợp với thuật toán thích nghi để đạt độ chính xác cao với sai số dưới 5%. Kết quả thực nghiệm cho thấy phương pháp này hiệu quả trong việc giám sát và cảnh báo nguồn điện cho hệ thống độc lập.

1.2. Bộ biến đổi DC DC bán cộng hưởng

Bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng được nghiên cứu và thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất chuyển đổi năng lượng. Phương pháp này giúp giảm tổn thất năng lượng trong quá trình chuyển mạch, đặc biệt ở tần số cao (100kHz). Kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu suất của bộ biến đổi đạt khoảng 90%, phù hợp với các hệ thống điện mặt trời công suất nhỏ.

II. Tích hợp cảnh báo nguồn cho hệ thống độc lập

Tích hợp cảnh báo nguồn là một tính năng quan trọng trong đề tài, giúp đảm bảo tính liên tục và ổn định của hệ thống điện mặt trời độc lập. Hệ thống cảnh báo được thiết kế để giám sát trạng thái điện lượng của ắc quy và đưa ra cảnh báo kịp thời khi nguồn điện yếu hoặc sắp hết. Tính năng này đặc biệt hữu ích cho các hệ thống hoạt động ở vùng sâu, vùng xa không có lưới điện.

2.1. Giám sát trạng thái điện lượng

Hệ thống giám sát trạng thái điện lượng (SOC) được tích hợp vào bộ điều khiển sạc, sử dụng phương pháp ước lượng đề xuất để theo dõi và dự đoán tình trạng của ắc quy. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống này có khả năng đưa ra cảnh báo chính xác, giúp người dùng chủ động trong việc quản lý nguồn điện.

2.2. Ứng dụng trong hệ thống độc lập

Hệ thống cảnh báo nguồn được thiết kế để phù hợp với các hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ (dưới 250W). Tính năng này giúp tăng cường độ tin cậy và an toàn cho hệ thống, đặc biệt trong các ứng dụng như hệ thống đo lường, quan trắc môi trường và thủy văn.

III. Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập

Hệ thống năng lượng mặt trời độc lập là đối tượng nghiên cứu chính của đề tài, tập trung vào việc tối ưu hóa hiệu suất và giảm chi phí cho các hệ thống công suất nhỏ. Hệ thống bao gồm pin mặt trời, ắc quy dự trữ, bộ điều khiển sạc và tải tiêu thụ. Kết quả nghiên cứu cho thấy hệ thống này có khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả trong các điều kiện thực tế.

3.1. Pin mặt trời và ắc quy dự trữ

Pin mặt trời và ắc quy dự trữ là hai thành phần chính của hệ thống. Pin mặt trời được sử dụng để thu năng lượng từ mặt trời, trong khi ắc quy dự trữ đảm bảo cung cấp điện liên tục cho hệ thống. Phương pháp ước lượng SOC được áp dụng để quản lý hiệu quả năng lượng dự trữ trong ắc quy.

3.2. Tối ưu hóa hiệu suất hệ thống

Đề tài nghiên cứu và đề xuất các phương pháp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, bao gồm việc sử dụng bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng và tích hợp hệ thống cảnh báo nguồn. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống này có khả năng hoạt động ổn định và hiệu quả trong các điều kiện thực tế.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh nhu cầu năng lượng ngày càng tăng và các nguồn nhiên liệu truyền thống như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên ngày càng cạn kiệt, năng lượng mặt trời (NLMT) trở thành nguồn năng lượng sạch, bền vững và tiềm năng nhất. Theo ước tính, các hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ (dưới 250W) đang được ứng dụng rộng rãi tại các vùng sâu vùng xa, nơi không có lưới điện hoặc chi phí lắp đặt lưới điện quá cao. Tuy nhiên, tính bất định của NLMT gây ra sự không liên tục trong cung cấp điện, đòi hỏi phải có hệ thống lưu trữ năng lượng hiệu quả và cơ chế cảnh báo nguồn để đảm bảo tính ổn định và liên tục cho các ứng dụng cấp nguồn độc lập.

Luận văn thạc sĩ này tập trung nghiên cứu thiết kế bộ điều khiển sạc từ pin mặt trời tích hợp cảnh báo nguồn, nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và an toàn cho hệ thống điện mặt trời độc lập. Mục tiêu cụ thể bao gồm đề xuất phương pháp ước lượng trạng thái điện lượng (SOC) của ắc quy chì axit mới, đơn giản, chi phí thấp với sai số dưới 5%, thiết kế bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng hiệu suất cao, và thực nghiệm kiểm chứng trên bộ điều khiển sạc pin mặt trời. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ dưới 250W, sử dụng ắc quy chì axit và bộ điều khiển sạc tích hợp cảnh báo nguồn, thực hiện trong khoảng thời gian từ 2013 đến 2014 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp cấp nguồn độc lập chi phí thấp, hiệu quả cao, phù hợp với các ứng dụng viễn thông, quan trắc môi trường, thủy văn ở vùng sâu vùng xa, góp phần thúc đẩy ứng dụng năng lượng tái tạo tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình ắc quy Thevenin mở rộng: Mô hình này bao gồm điện áp hở mạch (OCV), điện trở nội và các cặp RC song song, thể hiện đặc tính sạc và xả của ắc quy chì axit. Mô hình cho phép mô phỏng chính xác các quá trình điện hóa bên trong ắc quy, phù hợp cho việc ước lượng trạng thái điện lượng.

• Phương pháp ước lượng trạng thái điện lượng (SOC): Phương pháp đề xuất sử dụng tuyến tính hóa từng đoạn đặc tuyến OCV-SOC, kết hợp thuật toán lặp đơn giản để ước lượng SOC dựa trên điện áp đầu cực và dòng điện ắc quy, với sai số ước lượng dưới 5%.

• Bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng (Quasi-Resonant Converter - QRC): Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch mềm ZCS (Zero Current Switching) và ZVS (Zero Voltage Switching) giúp giảm tổn hao chuyển mạch, tăng hiệu suất chuyển đổi lên khoảng 90%, giảm nhiễu điện từ và kích thước thiết bị.

Các khái niệm chính bao gồm: trạng thái điện lượng (SOC), điện áp hở mạch (OCV), chuyển mạch mềm, bộ biến đổi bán cộng hưởng, kỹ thuật ZCS và ZVS, bộ điều khiển sạc pin mặt trời.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thực nghiệm thu thập từ ắc quy chì axit 12V-7.2Ah trong phòng thí nghiệm, với dòng sạc/xả cố định (C/10), cùng các thông số điện áp, dòng điện được ghi lại liên tục bằng bộ lưu dữ liệu.

• Phương pháp phân tích: Tổng hợp, phân tích và so sánh các mô hình ắc quy, phương pháp ước lượng SOC hiện có; phân tích kỹ thuật chuyển mạch mềm và bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng; đánh giá hiệu suất và tổn hao năng lượng.

• Phương pháp mô phỏng: Mô phỏng hoạt động bộ biến đổi bán cộng hưởng bằng phần mềm LTspice để kiểm chứng thiết kế.

• Phương pháp thực nghiệm: Hiện thực bộ ước lượng SOC và bộ điều khiển sạc pin mặt trời sử dụng bộ biến đổi bán cộng hưởng; kiểm tra hiệu suất, sai số ước lượng và tổn hao công suất thực tế.

• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu và phát triển từ tháng 01/2013 đến tháng 06/2014 tại Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Phương pháp ước lượng SOC mới: Thuật toán ước lượng SOC dựa trên mô hình Thevenin mở rộng và tuyến tính hóa đặc tuyến OCV-SOC cho kết quả sai số dưới 5%, với sai số trong trạng thái ổn định khoảng 2%. Thí nghiệm thực tế trên ắc quy 12V-7.2Ah cho thấy đường ước lượng SOC rất gần với đường tham chiếu từ phương pháp đếm Ah, đặc biệt khi kết hợp bộ lọc cửa sổ trượt 8 điểm.

2. Hiệu suất bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng: Bộ biến đổi bán cộng hưởng hoạt động ở tần số 100kHz, giảm đáng kể tổn hao chuyển mạch so với bộ biến đổi thông thường, đạt hiệu suất khoảng 90%. Mô phỏng và thực nghiệm cho thấy tổn hao công suất trên mạch SEPIC ZVS-QRC thấp, phù hợp cho ứng dụng công suất nhỏ.

3. Tính khả thi của bộ điều khiển sạc tích hợp cảnh báo nguồn: Thiết kế bộ điều khiển sạc pin mặt trời sử dụng bộ biến đổi bán cộng hưởng và thuật toán ước lượng SOC cho phép giám sát trạng thái ắc quy chính xác, cảnh báo kịp thời khi nguồn năng lượng không ổn định, đảm bảo tính liên tục cấp nguồn cho các ứng dụng độc lập.

4. So sánh với các phương pháp ước lượng khác: Phương pháp ước lượng SOC đề xuất có ưu điểm chi phí thấp, tính toán đơn giản, không yêu cầu vi xử lý công suất cao như các thuật toán thích nghi (Kalman, mạng Neural), phù hợp với các hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ.

Thảo luận kết quả

Kết quả ước lượng SOC với sai số dưới 5% chứng minh tính khả thi của mô hình Thevenin mở rộng kết hợp thuật toán tuyến tính hóa từng đoạn. Việc sử dụng bộ lọc cửa sổ trượt giúp giảm nhiễu và sai số tạm thời khi tải thay đổi đột ngột, điều này có thể được minh họa qua biểu đồ so sánh đường ước lượng SOC với đường tham chiếu.

Hiệu suất cao của bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng nhờ kỹ thuật chuyển mạch mềm ZCS và ZVS giúp giảm tổn hao chuyển mạch, giảm nhiễu EMI, đồng thời cho phép hoạt động ở tần số cao, giảm kích thước và trọng lượng thiết bị. Biểu đồ tổn hao công suất thực nghiệm và mô phỏng minh họa rõ ưu điểm này.

So với các nghiên cứu trước đây, đề tài đã thành công trong việc kết hợp ước lượng SOC chính xác với thiết kế bộ điều khiển sạc hiệu suất cao, phù hợp với yêu cầu chi phí thấp và công suất nhỏ của hệ thống điện mặt trời độc lập tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai bộ điều khiển sạc tích hợp ước lượng SOC và cảnh báo nguồn: Áp dụng trong các hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ tại vùng sâu vùng xa để nâng cao độ tin cậy và ổn định cấp nguồn. Thời gian thực hiện: 6-12 tháng; chủ thể: các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp năng lượng tái tạo.

2. Phát triển thêm thuật toán lọc và xử lý tín hiệu: Tích hợp bộ lọc nâng cao (ví dụ bộ lọc Kalman mở rộng) để giảm sai số ước lượng trong điều kiện tải biến động mạnh, nâng cao độ chính xác và ổn định. Thời gian: 12 tháng; chủ thể: nhóm nghiên cứu và phát triển phần mềm.

3. Mở rộng nghiên cứu cho hệ thống nhiều ắc quy: Nghiên cứu và phát triển phương pháp ước lượng SOC cho hệ thống ắc quy nối tiếp hoặc song song, đáp ứng yêu cầu độ chính xác cao hơn cho các hệ thống công suất lớn hơn. Thời gian: 18-24 tháng; chủ thể: viện nghiên cứu và trường đại học.

4. Tối ưu thiết kế bộ biến đổi DC/DC cho dải công suất lớn hơn: Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật chuyển mạch mềm cộng hưởng cho các bộ biến đổi công suất trung bình và lớn, nhằm nâng cao hiệu suất và giảm kích thước thiết bị. Thời gian: 12-18 tháng; chủ thể: doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện tử công suất.

5. Ứng dụng thực tế và đánh giá hiệu quả lâu dài: Triển khai thử nghiệm thực tế tại các trạm viễn thông, trạm quan trắc môi trường để đánh giá hiệu quả vận hành, độ bền và chi phí bảo trì. Thời gian: 12 tháng; chủ thể: các tổ chức quản lý và vận hành hệ thống.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành điện – điện tử: Tài liệu cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình ắc quy, phương pháp ước lượng SOC và thiết kế bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các hệ thống năng lượng tái tạo.

2. Kỹ sư thiết kế hệ thống năng lượng mặt trời: Tham khảo để áp dụng các giải pháp điều khiển sạc hiệu quả, nâng cao hiệu suất và độ tin cậy cho các hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ.

3. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị điện tử công suất: Nắm bắt công nghệ chuyển mạch mềm cộng hưởng và thuật toán ước lượng SOC chi phí thấp để phát triển sản phẩm bộ điều khiển sạc pin mặt trời phù hợp thị trường.

4. Các tổ chức quản lý và vận hành hệ thống cấp nguồn độc lập: Áp dụng giải pháp cảnh báo nguồn và giám sát trạng thái ắc quy để nâng cao độ ổn định và an toàn trong vận hành các hệ thống cấp nguồn tại vùng sâu vùng xa.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp ước lượng SOC đề xuất có ưu điểm gì so với các phương pháp truyền thống?
   Phương pháp này đơn giản, chi phí thấp, sai số dưới 5%, không yêu cầu vi xử lý công suất cao như các thuật toán thích nghi, phù hợp với hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ cần cấp điện liên tục.

2. Bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng hoạt động như thế nào để giảm tổn hao?
   Sử dụng kỹ thuật chuyển mạch mềm ZCS và ZVS, bộ biến đổi giảm tổn hao chuyển mạch bằng cách đóng/mở khóa công suất khi dòng hoặc điện áp bằng không, từ đó nâng cao hiệu suất lên khoảng 90%.

3. Tại sao cần tích hợp cảnh báo nguồn trong bộ điều khiển sạc pin mặt trời?
   Cảnh báo nguồn giúp giám sát trạng thái ắc quy và nguồn năng lượng mặt trời, phát hiện sớm các sự cố mất nguồn hoặc xả sâu ắc quy, đảm bảo tính liên tục và an toàn cho hệ thống cấp nguồn độc lập.

4. Phương pháp ước lượng SOC có thể áp dụng cho hệ thống nhiều ắc quy không?
   Hiện tại phương pháp được thiết kế cho hệ thống ắc quy đơn lẻ; với hệ thống nhiều ắc quy cần nghiên cứu thêm để đảm bảo độ chính xác và phù hợp với đặc tính phức tạp hơn.

5. Làm thế nào để cải thiện độ chính xác của ước lượng SOC trong điều kiện tải biến động?
   Có thể tích hợp bộ lọc nâng cao như bộ lọc Kalman mở rộng hoặc bộ lọc cửa sổ trượt để giảm nhiễu và sai số tạm thời khi tải thay đổi đột ngột, nâng cao độ ổn định của ước lượng.

Kết luận

• Đã đề xuất và thực nghiệm thành công phương pháp ước lượng trạng thái điện lượng ắc quy chì axit đơn giản, chi phí thấp với sai số dưới 5%, phù hợp cho hệ thống điện mặt trời độc lập công suất nhỏ.
• Thiết kế bộ biến đổi DC/DC bán cộng hưởng sử dụng kỹ thuật chuyển mạch mềm ZCS và ZVS đạt hiệu suất khoảng 90%, giảm tổn hao chuyển mạch và nhiễu EMI.
• Bộ điều khiển sạc pin mặt trời tích hợp cảnh báo nguồn giúp nâng cao độ tin cậy và ổn định cấp nguồn cho các ứng dụng độc lập tại vùng sâu vùng xa.
• Kết quả nghiên cứu có thể ứng dụng thực tế trong các hệ thống cấp nguồn độc lập, đồng thời mở rộng nghiên cứu cho các hệ thống công suất lớn hơn và nhiều ắc quy.
• Khuyến nghị triển khai ứng dụng thực tế, phát triển thuật toán lọc nâng cao và tối ưu thiết kế bộ biến đổi cho các dải công suất khác nhau.

Hành động tiếp theo: Các đơn vị nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai thử nghiệm thực tế, đồng thời phát triển các giải pháp mở rộng và tối ưu để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng mặt trời tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: MO DAU woieecccccccecccccscscscsscscscscssesesescscssescscssssssssescsessssssssesesssssseeseeneens | LiL Giới thiệu.--- CS tt ST 1 1511 1111111111111 1111 1111011111211 01111 re.1 Mục tiêu của dé tài.-- Sàn HE HH1 1212111111 11112 71101111 1g 2 1.2 Tầm quan trọng của để tài .---- ¿+ c5 SE2E9EEEEEEE 2E EEEEEerkrkrreee 2 1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .---- - + 2 252 +2+s+E+E£EE£E£EcEzEerrerereee 3 1⁄4 Giới hạn của dé tài.--c ck xxx 111 12T H11 HT ngu ng.5 Phương pháp nghiÊn CỨU. - (<< 001 re 3 CHƯƠNG 2: TONG QUAN VAN ĐỀ.1 Ac quy chì aXit.1 Ac quy chi axit trong hé thong điện mặt trời độc lập .2 Mô hình mạch tương đương của AC QUY .2 Ước lượng trạng thái điện lượng của ắc quy chì axit.2 Phương pháp đếm Ah hay đếm Coulomb. Phương pháp dùng thuật toán thích nghi.24 Phương pháp lai.3 Bộ điều khiến sạc từ pin mặt trời .1 Phân loại bộ điều khiến sạc .2 Bộ biến đổi DC/DC chuyển mạch mềm. BBD bán cộng hưởng và Ung dụng.

SG CS 11T TT 11T TH ng ng rkg 18 CHUONG 3: PHƯƠNG PHAP UOC LƯỢNG SOC AC QUY DE XUẤT VA HIEN THUC wiceeeccccccccccsccscscscsscscscscsssscscscscssscscscsvsssscscsvsvsssscscsssssesscscssssssescseacseasseeeees 19 3.1 Bài toán ƯớC LUO.2 Phân tích mô hình ắc quy để xuat.1 Mạch tương ương.--- -- - - << S0 nh 20 HVTH: NGUYEN NAMD ONG GVHD: TS. NGUYEN QUANG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang ii 3.2 Quá trình xả AC QUY.3 Quá trinh sac AC QUY.3 Thuật toán ước lượng SOC.1 Đường đặc tuyến OCV-SÓCC.2 Thuật toán ước lượng SỐC.-ĂGQ S1 ng ve. 23 3A Thực hiện, kết quả.1 Thiết kế bộ ước lượng SOC.2 Tính toán thông số bộ ước lượng SOC.-- - 2 2 2 22s+e+esrsrsred 25 BAZ Kt quả. 1111012121101 1111 1111010 1kg 26 KET LUUẬN.- E1 119121 1E 91115191 1 1110191 1T 11g ree 28 CHƯƠNG 4: BỘ BIEN DOI CHUYEN MACH MEM BAN CONG HƯỚNG .1 Kỹ thuật ZCS, ZVS trong các BBD QRC.1 Tốn hao chuyển mạch ở ZCS, Z,VS.2 Ưu điểm, nhược điểm của kỹ thuật ZCS, Z.3 Khóa cộng hưởng:.2 Phân Tích bộ chuyền đổi DC/DC dùng kỹ thuật ZCS-QRC.1 Khóa cộng hưởng:.2 Mạch hạ áp buck ZCS-ORC:.

Mạch nâng áp Boost ZCS-QRC: .- - Q HH HH hngy 39 4.4 Mạch nâng-hạ áp SEPIC ZCS-ORC:.3 Phân Tích bộ chuyền đổi DC/DC dùng kỹ thuật ZVS-QRC.1 Khóa cộng hưởng:.2 Mạch hạ ap buck ZVS-ORC:. Mạch tăng áp Boost ZVS-ORC:.- LG HH ngờ50 4.4 Phân tích mạch SEPIC ZVS-ORC:.1 Bộ biến đổi ZCS-QRC.--- c c2 S111 1 1512111111012111 01111111 cty 55 AA2 Bộ biến đối ZVS-QRC. tt 2 1212111211111 0101211110111 11 111 xe 56 443 Điều khiến công suất ở ZVS-QRC.- 5c 52+ 2+ tt re 56 A5 KẾt luận. 58 CHƯƠNG 5: THIẾT KE MẠCH SẠC NLMT DUNG KỸ THUAT ZVS-QRC.1 Thiết kế bộ ZVS-ORC wiceeeccccccccccccccscsssscsescscsssscsessscssssssescsssssesscscsesssssseseseens 60 HVTH: NGUYEN NAMD ONG GVHD: TS.

NGUYEN QUANG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang iii 5.1 Quy trình thiết kế bộ ZVS-QRC.2 Tính toán thông số Lr CT.3 Tính toán xác định Dmin, max .4 Tính toán xác định tần số chuyển mạch. Mô phỏng các BBD ZVS-ORC.- SH nh rre 62 5.1 Bộ Buck ZVS-QRCC.2 Bộ Boost ZVS-QRC.--c HH TT 1115111111 1111151111 1111111111111 1 Tre, 73 lì.1 Thực hiện phan cứng .nT TT 1111111111111 1111111111111 11 111tr 80 SA Kết luận. SG c1 TT 11g TT 11T TH ng Hee 80 CHUONG 6: ĐÁNH GIÁ, KET LUẬN VÀ HUONG PHAT TRIEN DE TAI.1 Đánh giá phương án thiết kế: .1 Bộ ước lượng SOC.-- - St SE 1 E5 321515 11215151111 11111111 te.2 BBD chuyển mach mềm bán cộng hưởng.3 Hướng phat triển dé tài:.----- + + 5S E3 3 1515252121111, 82 GA Lời KẾT. 82 DANH MỤC CÁC CÔNG TRINH KHOA HOC .-- - 6c x2 eEseseeeei 83 TÀI LIEU THAM KHHẢO.

s66 SE S398 8E Eề 31v E19 ng ree 84 HVTH: NGUYEN NAMD ONG GVHD: TS. NGUYEN QUANG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang iv DANH MỤC HÌNH ANH Hình 2.1 Mô hình đơn giản của ắc quy Chi axÍ(.2 Mô hình Thevenin.-- --- c5 12000223323 9911111111 1 1 ng 1 1 kh 6 Hình 2.3 Mô hình Thevenin hiệu chỉnh .4 Mô hình day đủ dạng tong quất .5 Mô hình day đủ dạng tổng quất .6 So đồ khối bộ biến đổi DC/DC chuyển mach mềm.7 Ton hao năng lượng trong chuyển mạch khóa công suất .8 So sánh ton hao năng lượng trong hai loại chuyển mạch .1 Sơ đồ khối bộ ước lượng SÓCC.2 Mạch tương đương của mô hình dé xuất.3 Chế độ xả của ắc l0.4 Quá trình sạc ắc .ƯỬẮĨẮÏƯÖ[Ư_ồÏ7.5 Đồ thị sạc và xả của ắc ;hMẳễẳặăễằễăẳẶẶNcỢỢơớnỌ 22 Hình 3.6 Ước lượng SOC dùng tuyến tính hóa đồ thị.8 Tuyén tính hóa đường sạc/xả tại C/.9 Đặc tuyến OCV-SOC thực nghiỆm.10 Thực nghiệm ước lượng SOC ở quá trình xả.11 Bộ ước lượng cải tiễn trong quá trình xả.1 Quỹ đạo dòng điện, điện áp trong chuyển mach thông thường .2 Quỹ đạo dòng điện, điện áp trong QRC.3 (a) Khóa cộng hưởng ở ZCS. (b) Khóa cộng hưởng ở ZVS.4 Cách sắp xếp khóa cộng hưởng theo ZCS w.5 Sơ đồ mạch biến đổi hạ áp Buek.6 Các trạng thai hoạt động cua Buck ZCS-ORC.7 Dạng sóng của mach Buck ZCS-QRC (a )Bán sóng (b) Toàn sóng.8 Mối quan hệ giữa M và fns các chế độ: (a) Bán sóng và (b) Toàn sóng .9 Sơ đồ mạch biến đối nâng áp Boosf.10 Mối quan hệ giữa M và fns các chế độ: (a) Bán sóng, (b) Toản sóng .11 Sơ đồ mạch biến đổi hạ-nâng áp SEPIC ZCS-QRC.12 Mối quan hệ giữa M va fns các chế độ: (a) Ban sóng, (b) Toản sóng .13 Cách sắp xếp khóa cộng hưởng theo ZVS .------ + 25s cs+cscscxccee 43 Hình 4.14 Sơ đồ mạch biến đổi hạ áp Buck ZVS-QRC.15 Cac trạng thái hoạt động cua Buck ZVS-ORC.16 Dạng sóng cua mach Buck ZVS-QRC (a) Ban song (b) Toàn sóng.17 Mối quan hệ giữa M va fns các chế độ: (a) Bán sóng và (b) Toàn sóng 49 Hình 4.18 So đồ mạch biến đổi tăng áp Boost ZVS-QRC (a) Mạch day đủ (b) I/b19i010i0 2101111 —.19 Mối quan hệ giữa M và fns các chế độ: (a) Bán sóng và (b) Toàn sóng 52 HVTH: NGUYEN NAMD ONG GVHD: TS. NGUYEN QUANG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang v Hình 4.20 Sơ đồ mạch biến đối hạ-nâng áp SEPIC ZVS-QRC (a) Mạch day đủ (b) I/b19i010i0 2101111 —.21 Mối quan hệ giữa M và fns các chế độ: (a) Bán sóng.1 Sơ đồ mô phỏng mach Buck ZVS-QRC băng L/Tspice.2 Dang sóng dòng dién và điện áp trên khóa mach Buck ZVS-QRC.3 Các dạng sóng dòng điên và điện áp trên khóa cộng hưởng.4Sơ đồ mô phỏng mach Boost ZVS-QRC bang L/Tspice.5 Dang sóng dòng điên và điện áp trên khóa mach Boost ZVS-QRC.6 Sơ đồ mô phỏng mạch SEPIC ZVS-QRC dùng LTspiee.7 Dạng sóng dòng điên và điện áp trên khóa mạch SEPIC ZVS-QRC.8 Mạch SEPIC ZVS-QRC thực nghiệm So đồ mạch nguyên lý, (b) Mạch sau khi hoàn thành.-- --- - - -- + << 2363333330 1111133330 111111135 111111 vn vu crrn 74 Hình 5.9 Thực nghiệm kiểm tra mach SEPIC ZVS-QRC.- ¿sex cee 75 Hình 5.10 Tổn hao công suất trên mạch SEPIC ZVS-QRC thực nghiệm (a) Thực nghiệm (b) Mô phỏng.11 Dang sóng vCr và iLr thực nghiệm (a) Thực nghiệm (b) Mô phỏng .77 HVTH: NGUYEN NAMD ONG GVHD: TS.

NGUYEN QUANG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang vi DANH MỤC BÁNG Bảng 2.1 Phân loại bộ biến đối chuyên mạch mềm cộng hưởng.1 Điện trở nội ắc quy theo quá trình thi nghiệm với dòng C/10.1 Khoảng thời gian các trạng thái hoạt động.1 Bang công thức tính khoảng thời gian trạng thái hoạt động .2 Bảng các khoảng thời gian trạng thái mach Buck ZVS-ORC.3 Bảng các khoảng thời gian trạng thái mach Boost ZVS-ORC.4 Bang các khoảng thời gian trạng thai mach SEPIC ZVS-QRC. 71 HVTH: NGUYEN NAMD ONG GVHD: TS. NGUYEN QUANG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang vii KY HIEU VÀ TỪ VIET TAT TRONG LUẬN VĂN NLMT : Năng lượng mặt trời DC/DC : Chuyên đổi điện áp DC/DC BBĐ : Bộ biến đổi SEPIC : Single-ended primary-inductor converter : BBD cuộn dây so cấp tham khảo chung ZCS : Zero-current switching Chuyển mach không dòng điện ZVS : Zero-voltage switching Chuyén mạch không điện áp ORC : Quasi resonant converter Chuyển mach không dòng điện EMI : Electromagnetic Interference Nhiễu điện từ SOC : State of charge Trang thái điện lượng OCV : Open circuit voltage Dién ap ho mach HVTH: NGUYEN NAMD ONG GVHD: TS. NGUYEN QUANG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang | CHUONG 1: MO DAU 1.1 Giới thiệu Thời đại khoa học kỹ thuật phát triển, nhu cầu về năng lượng ngày càng tăng.

Trong khi đó các nguồn nhiên liệu dự trữ như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên và ngay cả thủy điện thì có hạn khiến cho nhân loại đứng trước nguy cơ thiếu hụt năng lượng cho quá trình sinh sống và phát triển. Năng lượng mặt trời (NLMT) - nguồn năng lượng sạch và tiềm năng nhất - chúng ta đặc biệt quan tâm. Do đó việc nghiên cứu nâng cao hiệu quả các thiết bị sử dụng năng lượng mặt trời và triển khai ứng dụng chúng vào thực tế là vẫn đề có tính thời sự. Trên thực tế các hệ thống hoạt động độc lập, như các hệ thong do luong nước, hệ thống quan trac môi trường, thủy văn.

thường nằm những khu vực vùng sâu vùng xa không có lưới điện hoặc nếu tiến hành lắp đặt lưới điện sẽ phát sinh chỉ phi rất cao cho hệ thông. Các hệ thống này cần nguồn công suất nhỏ cung cấp ổn định để hệ thống hoạt động liên tục các ngày trong năm. Năng lượng mặt trời là chọn lựa tốt nhất, phù hợp cho những ứng dụng này. Hệ thống pin mặt trời kết hợp hệ thống ắc quy dự trữ năng lượng giúp 6n định cung cấp điện, bảo đảm tính liên tục cho hệ thống.

Tuy nhiên, năng lượng mặt trời là bất định, do đó hệ thong dién mặt trời độc lập nay đòi hỏi yêu cầu phải có co chế cảnh báo nguồn hoạt động dé phòng các trường hợp không mong muốn xảy ra làm mất tính liên tục của hệ thống. Ngoài ra hệ thống điện mặt trời còn thỏa yêu cầu chi phí thực hiện thấp để giảm thiểu giá thành hệ thống. Điều này dẫn đến nhu cầu tạo ra một bộ điều khiến phí chi phí thấp, hiệu suất cao với yêu cầu về sự ước lượng trạng thái điện lượng ặc quy tương đối chính xác. Đề tài “ Thiết kế bộ điều khiến sạc từ pin mặt trời có tích hợp cảnh báo nguôn cho các ứng dụng cấp nguồn độc lập” nghiên cứu va đưa ra giải pháp ước lượng trạng thái điện lượng cho hệ ặc quy dự trữ của hệ thong điện độc lập.

giúp cho việc giám sát hoạt động và đưa ra cảnh báo nguồn phù hợp, duy trì tính ôn định của hệ thông. Ngoài ra, đê tài còn nghiên cứu cách tôi ưu thiệt kê bộ điêu khiên sạc HVTH: NGUYEN NAMD ONG GVHD: TS. NGUYEN QUANG NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ Trang 2 Ac quy từ hệ pin mặt trời.