Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHÁT CỦA MỘT HỆ NHIỀU PIN QUANG ĐIỆN

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHÁT CỦA MỘT HỆ NHIỀU PIN QUANG ĐIỆN

Tải bản đầy đủ - 0trang

60



Ngồi việc nghiên cứu các thuật tốn tìm điểm cơng suất cực đại, nội dung

chương 4 cũng đề xuất thuật tốn mới để thời gian tìm được cơng suất cực đại là

nhanh hơn, chính xác hơn các thuật tốn đã được nghiên cứu.

4.1 Thuật tốn tìm điểm cơng suất cực đại của pin quang điện (MPPT - Maximum

Power Point Tracking)

Nhìn chung có rất nhiều thuật tốn MPPT đã được nghiên cứu và ứng dụng

trên nhiều hệ thống. Nội dung luận văn này chỉ nghiên cứu một số thuật toán

MPPT tiêu biểu như:

- Thuật toán P&O

- Thuật toán điện áp hằng số

- Thuật toán INC

4.1.1 Thuật toán nhiễu loạn và quan sát (P&O - Perturb and Observe)

Đây là thuật toán được sử dụng phổ biến nhờ sự đơn giản trong thuật toán và

việc thực hiện dễ dàng. Thuật toán này xem xét đến sự tăng giảm điện áp theo chu

kỳ để tìm được điểm làm việc có cơng suất lớn nhất. Nếu sự biến thiên của điện áp

làm công suất tăng lên thì sự biến thiên tiếp theo sẽ giữ nguyên chiều hướng tăng

hoặc giảm. Ngược lại, nếu sự biến thiên làm cơng suất giảm xuống thì sự biến thiên

tiếp theo sẽ có chiều hướng thay đổi ngược lại. Khi điểm làm việc có cơng suất lớn

nhất được xác định trên đường cong đặc tính thì sự biến thiên điện áp sẽ dao động

xung quanh điểm làm việc có cơng suất lớn nhất đó chính là điểm MPP.

Giải thuật P&O là một phương pháp leo đồi như hình vẽ sau:



61



Hình 4.2 Thuật tốn P&O khi tìm điểm làm việc có cơng suất lớn nhất.

Bảng 4.1 Bảng tóm tắt thuật tốn leo đồi P&O

Quan sát điện áp



Công suất



Thực hiện bước kế tiếp



Tăng



Tăng



Tăng



Tăng



Giảm



Giảm



Giảm



Tăng



Giảm



Giảm



Giảm



Tăng



Thuyết minh thuật toán P&O như sau:

- Nếu tăng điện áp, cơng suất thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục tăng điện

áp.

- Nếu tăng điện áp, công suất thu được giảm, thì chu kỳ sau giảm điện áp.

- Nếu giảm điện áp, cơng suất thu được tăng, thì chu kỳ sau tiếp tục giảm

điện áp.

- Nếu giảm điện áp, cơng suất thu được giảm, thì chu kỳ sau tăng điện áp.



62



Bắt đầu

Đo V(k), I(k)



P(k) = V(k) x I(k)



ΔP = P(k) – P(k-1)

ΔV = V(k) – V(k-1)



Sai

Đúng

Đúng

ΔV >

0



Tăng

điện áp

V



Đúng



ΔP = 0

Sai



ΔP > 0

Sai



Đúng



Giảm

điện áp

V



Tăng

điện áp

V



ΔV <

0



Sai



Giảm

điện áp

V



63



Hình 4.3 Sơ đồ thuật toán P&O

Thuyết minh sơ đồ thuật toán P&O

- Đặt giá trị đầu cho V, I, P.

- Đo giá trị V, I, P ở thời điểm k.

- Đo giá trị V, I và tính giá trị P ở thời điểm (k+1)

- So sánh P(k+1) và P(k):

Nếu P(k+1) = P(k) thì V(k)=V(k+1),

Nếu P(k+1) khác (Pk) thì xem xét:

P(k+1) > P(k) ? Sau đó, tiếp tục so sánh đến V(k+1) và V(k),

Cuối cùng, ra quyết định tăng hay giảm điện áp. Điểm làm việc sẽ dao động

xung quanh điểm cực đại.

Theo sơ đồ trên ta thấy, giải thuật P&O phụ thuộc rất lớn vào thời gian lấy

mẫu so sánh. Trong trường hợp cường độ chiếu sáng không đổi giải thuật P&O

hoạt động rất tốt khi truy tìm điểm cực đại. Tuy nhiên, khi cường độ chiếu sáng

thay đổi giải thuật này sẽ sai. Vấn đề này được giải thích như sau:

Khi cường độ chiếu tăng lên, đường cong công suất sẽ thay đổi từ P1 sang P2

như hình vẽ sau:



64



Hình 4.4 Sự thay đổi điểm MPP theo gia tăng bức xạ

Giả sử, ở thời điểm k hệ MPPT đang điều khiển pin quang điện hoạt động ở

điểm A, thời điểm (k+1) cường độ chiếu sáng tăng nhanh. Theo giải thuật P&O:

P[k+1] > P[k], giả sử điện áp ở thời điểm V[k+1] > V[k], hệ MPPT sẽ tăng điện áp lên

và điểm làm việc sẽ là điểm C (điểm không phải cực đại).

Nếu hệ MPPT dùng giải thuật P&O thiết kế cho dao động xung quanh điểm

cân bằng, thì sau một vài chu kỳ hoạt động sai, hệ sẽ đưa điểm làm việc về điểm

MPP mới.

Nếu cường độ chiếu sáng tăng dần (hoặc giảm dần), giải thuật P&O vẫn có

thể sai nếu chu kỳ lấy mẫu không phù hợp.

Do hệ MPPT không hiểu được công suất tăng do thay đổi cường độ chứ

không phải do sự dao động điện áp khi làm việc. Kết quả là giải thuật sẽ giảm điện

áp liên tục hoặc tăng điện áp liên tục, do nhận thấy công suất đo lúc sau vẫn lớn

hơn lúc đầu.

Ta nhận thấy rằng, nguyên nhân dẫn đến sự hoạt động sai của giải thuật P&O

là không phân biệt được sự thay đổi công suất do thay đổi điện áp với sự thay đổi



65



công suất do thay đổi cường độ sáng. Đây cũng là nhược điểm cơ bản của thuật

toán này.

4.1.2 Thuật toán điện dẫn gia tăng (INC - Incremental Conductance)

Đây là thuật toán khắc phục những nhược điểm của thuật toán P&O trong

trường hợp điều kiện thời tiết thay đổi đột ngột. Thuật toán này sử dụng tổng điện

dẫn gia tăng của dãy pin quang điện để dò tìm điểm cơng suất cực đại. Thuật tốn

được minh họa trong hình sau:



Hình 4.5 Thuật toán INC

Thuật toán này cơ bản dựa trên đặc điểm là: độ dốc của đường đặc tính pin

bằng 0 tại điểm MPP. Độ dốc này là dương khi ở bên trái điểm MPP, là âm khi ở bên

phải điểm MPP. Thể hiện như sau:

dP/dV = 0, tại điểm cực đại MPP của pin quang điện

dP/dV > 0, bên trái điểm MPP

dP/dV < 0, bên phải điểm MPP



66



Vì:



nên ta cũng có thể viết lại là:

dI/dV = - I/V, tại điểm MPP

dI/dV > - I/V, bên trái điểm MPP

dI/dV < - I/V, bên phải điểm MPP

Bằng cách, so sánh giá trị điện dẫn tức thời (I/V) với giá trị điện dẫn gia tăng

(∆I/∆V). Thuật tốn này sẽ tìm được điểm làm việc có cơng suất lớn nhất. Tại điểm

MPP, điện áp chuẩn Vref = VMPP. Mỗi khi điểm MPP được tìm ra, hoạt động của pin

lại được duy trì ở điểm làm việc này, trừ khi có sự thay đổi về dòng điện ∆I, sự

thay đổi của dòng điện ∆I thể hiện sự thay đổi của điều kiện thời tiết và của điểm

MPP.

Độ lớn của điện dẫn gia tăng sẽ quyết định độ nhanh chậm trong việc tìm ra

điểm MPP. Tuy nhiên, khi điện dẫn gia tăng lớn quá sẽ làm cho hệ thống hoạt động

khơng chính xác tại điểm MPP và sẽ bị dao động.

Ưu điểm chính của phương pháp này là cho kết quả tốt nhất khi thời tiết thay

đổi nhanh. Phương pháp này cũng cho dao động nhỏ nhất quanh điểm MPP hơn

phương pháp P&O. Nhược điểm của phương pháp này là mạch điều khiển phức

tạp. Nó sử dụng 2 cảm biến để đo giá trị dòng điện và điện áp, nên chi phí lắp đặt

cao. Tuy nhiên, ngày nay với sự xuất hiện của nhiều phần mềm hay các bộ xử lý đã

làm giá thành của hệ này giảm đi rất nhiều.

Sơ đồ giải thuật của thuật toán INC được thể hiện như sau:



67



Bắt đầu

Đo V(k), I(k)

∆V(k) = V(k)- V(k-1)

∆I(k) = I(k)- I(k-1)



∆V = 0



Đúng



Sai

Đúng



dI/dV = - I/V

Sai



Đúng



∆I = 0

Sai

∆I >0



dI/dV > - I/V



Đúng

Sai



Sai

Giữ

nguyên



Tăng

Vref



Giảm

Vref



Giảm

Vref



Đúng



Tăng

Vref



Giữ

nguyên



V(k-1) = V(k)

I(k-1) = I(k)

Hình 4.6 Sơ đồ thuật tốn INC

4.1.3 Thuật tốn điện áp hằng số

Cơ sở cho thuật toán điện áp hằng số là quan sát từ đường cong V-I. Xem xét

tỷ lệ điện áp tối đa của pin quang điện V MPP với điện áp hở mạch V OC là hằng số. Nói

cách khác:



68



Các thuật tốn điện áp khơng đổi có thể được thực hiện bằng cách sử dụng

sơ đồ thể hiện trong hình 4.7. Bộ pin quang điện tạm thời bị cô lập từ MPPT, và

được thực hiện một phép đo V OC. Tiếp theo, MPPT tính tốn điểm hoạt động chính

xác bằng cách sử dụng phương trình (4.1) và giá trị cho những thiết lập của K, và

điều chỉnh điện áp của pin quang điện cho đến khi được tính V MPP. Hoạt động này

được lặp đi lặp lại theo định kỳ để theo dõi vị trí của MPP.

Mặc dù thuật toán này là cực kỳ đơn giản, nhưng khó khăn để chọn giá trị tối

ưu của K. Các tài liệu báo cáo thành công với giá trị K nằm trong khoảng 73-80%

[16].

Sơ đồ thuật tốn điện áp khơng đổi được thể hiện như hình sau:



Bắt đầu

Đo Vpv

Đặt Vref

Sai

Sai



Vpv >

Vref



Đúng



Vpv <

Vref

Giảm Vref



Tăng Vref



Lặp lại

Hình 4.7 Sơ đồ thuật tốn điện áp khơng đổi



69



Điều khiển điện áp khơng đổi có thể được thực hiện dễ dàng. Tuy nhiên,

MPPT theo dõi hiệu quả của nó là thấp so với các thuật toán khác. Lý do cho điều

này bao gồm các lỗi nói trên trong các giá trị của K, và thực tế là đo điện áp hở

mạch đòi hỏi một sự cắt nguồn pin tạm thời. Nó có thể tự động điều chỉnh giá trị

của K.

4.2 Phương pháp điều khiển MPPT

Như đã trình bày ở trên, thuật tốn MPPT sẽ ra lệnh cho bộ điều khiển MPPT

phải làm gì để điều chỉnh điện áp làm việc. Sau đó, nhiệm vụ của bộ điều khiển

MPPT là điều chỉnh tăng giảm điện áp làm việc và duy trì ổn định mức điện áp làm

việc của hệ nguồn pin quang điện.

Có 3 phương pháp phổ biến điều khiển MPPT đó là:

- Phương pháp điều khiển PI

- Phương pháp điều khiển trực tiếp

- Phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra

4.2.1 Phương pháp điều khiển PI

MPPT sẽ đo giá trị điện áp của pin quang điện và dòng của pin quang điện.

Sau đó, dựa vào các thuật toán MPPT (P&O, INC hay các thuật tốn MPPT khác…),

để tính tốn giá trị điện áp chuẩn Vref để nâng điều chỉnh điện áp làm việc của pin

quang điện lên theo Vref. Nhiệm vụ của thuật toán MPPT là định giá trị điện áp V ref

và việc tính tốn này sẽ được lặp lại theo chu kỳ (thường khoảng từ 1 đến 10 lần

lấy mẫu trên 1 giây).



70



Hình 4.8 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bộ bù PI

Bộ điều khiển tỉ lệ – tích phân PI quy định điện áp đưa vào bộ biến đổi DC/DC.

Bộ PI có nhiệm vụ bù sai lệch giữa V ref và điện áp đo được bằng cách điều chỉnh hệ

số đóng cắt D. PI có tốc độ làm việc nhanh, cho đáp ứng nhanh và ổn định. Bản

thân bộ điều khiển PI được cấu tạo từ những thành phần tương tự Analog, nhưng

nó được làm việc với nguyên tắc điều khiển xử lý tín hiệu số DSP (Processing Signal

Digital) vì bộ xử lý tín hiệu số có thể thực hiện được nhiều nhiệm vụ khác như xác

định điểm làm việc có cơng suất tối ưu. Vì vậy sẽ giảm được một số lượng thành

phần trong hệ.

4.2.2 Phương pháp điều khiển trực tiếp

Phương pháp điều khiển này đơn giản hơn và chỉ sử dụng một mạch vòng

điều khiển, và nó thực hiện nhiệm vụ điều chỉnh hệ số làm việc trong thuật toán

MPPT. Việc điều chỉnh hệ số làm việc hoàn toàn dựa trên nguyên lý dung hợp tải đã

trình bày trong chương 3 mục 3.7



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CÔNG SUẤT PHÁT CỦA MỘT HỆ NHIỀU PIN QUANG ĐIỆN

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×