Trang 1
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN -------------***----------- NGUYỄN HUY ĐỆ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “SỬ DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ PHÁT ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỘC LẬP” HÀ NỘI – 2021
Nội dung tài liệu
Trang 2
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM KHOA CƠ ĐIỆN -------------***----------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÊN ĐỀ TÀI: “SỬ DỤNG MATLAB/SIMULINK MÔ PHỎNG HỆ PHÁT ĐIỆN MẶT TRỜI ĐỘC LẬP” Giáo viên hướng dẫn : ThS. ĐÀO XUÂN TIẾN Sinh viên thực hiện : NGUYỄN HUY ĐỆ Mã SV : 602927 Lớp : K60-HTDA Chuyên ngành : HỆ THỐNG ĐIỆN HÀ NỘI – 2021
Trang 3
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin cảm ơn các thầy cô giáo Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam đã giảng dạy và truyền đạt cho em những kiến thức quý báu để em có thể áp dụng vào làm đề tài này và nhưng kiến thức đó sẽ là hành trang cho em học tập và làm việc sau này. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, ThS. Đào Xuân Tiến-Giảng viên Khoa Cơ Điện – Học viện Nông Nghiệp Việt Nam đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực tập và thực hiện đề tài của mình. Em xin chân thành cảm ơn tập thể các thầy cô giáo trong bộ môn Hệ thống điện – Khoa Cơ Điện, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo điều kiện và giúp đỡ em trong thời gian vừa qua. Cuối cùng, em xin cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè và người thân đã động viên, khích lệ và đóng góp những ý kiến quý báu để em hoàn thành đồ án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Sinh viên thực hiện Nguyễn Huy Đệ i
Trang 4
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ i MỤC LỤC.............................................................................................................ii MỤC LỤC HÌNH................................................................................................. iv MỤC LỤC BẢNG ..............................................................................................vii MỞ ĐẦU............................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. NGHIÊN CỨU TÌM HIỂU VỀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI...... 3 1.1. TỔNG QUAN VỀ NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI .......................... 3 1.1.1. Mặt trời và nguồn bức xạ mặt trời .............................................................. 3 1.1.2. Ứng dụng của năng lượng mặt trời ............................................................. 5 1.2. TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG NGUỒN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM....................................................... 7 1.2.1. Nguồn năng lượng mặt trời trên thế giới [6]............................................... 7 1.2.2. Tiềm năng ứng dụng nguồn năng lượng mặt trời ở Việt Nam ................... 8 CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC CỦA HỆ ĐIỆN MẶT TRỜI.................................... 11 2.1. PIN MẶT TRỜI ........................................................................................... 11 2.1.1. Cấu tạo....................................................................................................... 11 2.1.2. Nguyên lý làm việc ................................................................................... 12 2.1.3. Đặc tính làm việc của pin mặt trời. ........................................................... 13 2.2. BỘ BIẾN ĐỔI DC/DC................................................................................. 14 2.2.1. Mạch Buck. ............................................................................................... 15 2.2.2. Mạch Boost ............................................................................................... 18 2.2.3. Mạch Buck – Boost ................................................................................... 20 2.3. BỘ MPPT..................................................................................................... 21 2.3.1. Phương pháp nhiễu loạn và quan sát P&O ............................................... 22 2.3.2. Phương pháp điện dẫn gia tăng INC ......................................................... 24 2.3.3. Phương pháp điều khiển MPPT. ............................................................... 25 2.4. ẮC QUY....................................................................................................... 29 2.4.1. Ắc quy chì - axit ........................................................................................ 29 2.4.2. Ắc quy kiềm .............................................................................................. 30 2.4.3. Các tiêu chí lựa chọn ắc quy. .................................................................... 30 2.5. BỘ BIẾN ĐỔI DC/AC................................................................................. 31 ii
Trang 5
CHƯƠNG 3. GIỚI THIỆU VỀ MATLAB/SIMULINK.................................... 33 3.1. TỔNG QUAN VỀ MATLAB/SIMULINK ................................................. 33 3.2. CHỨC NĂNG VÀ CÁCH THIẾT LẬP MỘT SỐ KHỐI CƠ BẢN MÔ PHỎNG HỆ ĐIỆN MẶT TRỜI.............................................................. 37 CHƯƠNG 4. THIẾT LẬP MÔ PHỎNG HỆ PHÁT ĐIỆN MẶT TRỜI ........... 42 4.1. THIẾT LẬP MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ......................................................... 42 4.1.1. Chọn pin mặt trời ...................................................................................... 42 4.1.2. Tính chọn bộ biến đổi DC-DC .................................................................. 42 4.1.3. Chọn phương pháp điều khiển MPPT....................................................... 43 4.1.4. Chọn bộ biến đổi DC-AC.......................................................................... 43 4.2. MÔ PHỎNG TẤM PIN QUANG ĐIỆN ..................................................... 44 4.3. MÔ PHỎNG CÁC BỘ BIẾN ĐỔI .............................................................. 49 4.3.1. Mô phỏng bộ biến đổi DC-DC.................................................................. 49 4.3.2. Mô phỏng bộ biến đổi DC-AC.................................................................. 51 4.4. MÔ PHỎNG HỆ .......................................................................................... 52 4.5. Nghiên cứu mô phỏng ảnh hưởng của một số thông số đến hoạt động của pin mặt trời trên Simulink ................................................................ 53 4.5.1. Ở chế độ bình thường................................................................................ 53 4.5.2. Khi có hiện tượng che bóng ...................................................................... 55 4.6. Chạy chương trình xây dựng các đặc tính.................................................... 59 CHƯƠNG 5. THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA PIN MẶT TRỜI ...................................................................................... 72 5.1. THIẾT LẬP MÔ HÌNH THỬ NGHIỆM..................................................... 72 5.1.1. Mô hình thực nghiệm ................................................................................ 72 5.1.2. Các thiết bị trong mô hình......................................................................... 72 5.1.3. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu...................................................... 75 5.2. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ................................................................................ 75 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ................................................................................. 79 1. Kết luận........................................................................................................ 79 2. Kiến nghị...................................................................................................... 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................... 80 iii
Trang 6
MỤC LỤC HÌNH Hình 1.1: Mặt trời [5] ............................................................................................ 3 Hình 1.2: Bức xạ mặt trời trong bầu khí quyển .................................................... 4 Hình 1.3: Hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời [12] ..................................... 5 Hình 1.4: Tòa nhà có hệ thống sưởi năng lượng mặt trời [12] ............................. 6 Hình 1.5: Hệ thống xử lý nước mặn [12].............................................................. 6 Hình 1.6: Bếp năng lượng mặt trời [12]................................................................ 6 Hình 1.7: Nhà máy điện mặt trời TTC Phong Điền [12] ...................................... 7 Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống điện mặt trời độc lập.......................................... 11 Hình 2.2: Hiệu ứng quang điện ........................................................................... 13 Hình 2.3: Đường đặc tính V-I của tấm pin mặt trời............................................ 13 Hình 2.4: Sơ đồ thay thế tương đương của Pin mặt trời ..................................... 14 Hình 2.5: Sơ đồ nguyên lý bộ Buck converter [3] .............................................. 16 Hình 2.6: Dạng sóng điện áp và dòng điện của mạch Buck ............................... 16 Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý mạch Boost converter [3] ........................................ 18 Hình 2.8: Dạng sóng dòng điện và điện áp mạch Boost..................................... 19 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck-Boost [3]............................................... 20 Hình 2.10: Bộ điều khiển MPPT [3] ................................................................... 21 Hình 2.11: Phương pháp tìm điểm làm việc công suất lớn nhất P&O [3].......... 23 Hình 2.12: Lưu đồ thuật toán phương pháp P&O [3] ......................................... 23 Hình 2.13: Lưu đồ thuật toán của phương pháp điện dẫn gia tăng INC [3] ....... 25 Hình 2.14: Sơ đồ khối phương pháp điều khiển MPPT sử dụng bộ bù PI [3].... 26 Hình 2.15: Sơ đồ khối của phương pháp điều khiển trực tiếp MPPT [3] ........... 27 Hình 2-16: Lưu đồ thuật tóa P&O dùng trong phương pháp điều khiển đo trực tiếp tín hiệu ra [3] ............................................................................ 28 Hình 2.17: Bộ biến đổi DC/AC 1 pha dạng nửa cầu ( Hình a ) và hình cầu ( Hình b ) [3].............................................................................................. 31 Hình 2.18: Sơ đồ cấu trúc bộ nghịch lưu kiểu Full-bridge [3]............................ 32 Hình 2.19: Sơ đồ cấu trúc bộ nghịch lưu kiểu Half-bridge [3]........................... 32 Hình 3.1: Màn hình tiêu chuẩn sau khi khởi động Matlab ................................. 33 iv
Trang 7
Hình 3.2: Màn hình tiêu chuẩn sau khi khởi động Simulink .............................. 34 Hình 3.3: Cửa sổ mô phỏng ................................................................................ 36 Hình 3.4: Thư viện Simulink............................................................................... 36 Hình 3.5: Lấy các khối mô phỏng trong thư viện ............................................... 37 Hình 4.1: Sơ đồ nguyên lý mạch Buck ............................................................... 42 Hình 4.2: Sơ đồ bộ biến đổi DC/AC một pha mạch cầu..................................... 44 Hình 4.3: Mô hình tấm pin quang điện trong simscape...................................... 45 Hình 4.4: Thiết lập thông số cho tấm pin quang điện......................................... 45 Hình 4.5: Mô phỏng tấm pin mặt trời bằng công thức ....................................... 47 Hình 4.6: Khối tế bào quang điện trong Simscape ............................................. 48 Hình 4.7: Mô đun quang điện mô phỏng ............................................................ 48 Hình 4.8: Tấm pin mặt trời cần mô phỏng.......................................................... 48 Hình 4.9: Mô phỏng bộ biến đổi DC-DC dựa theo nguyên lý bộ Buck Converter................................................................................................. 49 Hình 4.10: Cài đặt thông số cho các phần tử trong mạch ................................... 50 Hình 4.11: Mô phỏng bộ solar charge control .................................................... 50 Hình 4.12: Bộ biến đổi DC-DC có tấm pin và ắc quy ........................................ 51 Hình 4.13: Sơ đồ mô phỏng bộ biến đổi DC-AC................................................ 51 Hình 4.14: Cài đặt các khối................................................................................. 52 Hình 4.15: Mô hình mô phỏng toàn hệ sử dụng MPPT...................................... 53 Hình 4.16: Các đường đặc tính làm việc P-V, I-V của tấm pin quang điện với cường độ bức xạ 1000w/m2 và nhiệt độ thay đổi từ 25oC đến 45oC......................................................................................................... 54 Hình 4.17: Các đường đặc tính làm việc P-V, I-V của tấm pin quang điện với nhiệt độ 25oC và cường độ bức xạ thay đổi...................................... 54 Hình 4.18: Mô hình mô phỏng bóng che ............................................................ 55 Hình 4.19: Đặc tính I-V, P-V cho trường hợp 1, 2 ............................................. 56 Hình 4.20: Đặc tính I-V, P-V cho trường hợp 1, 3 ............................................. 57 Hình 4.21: Đặc tính I-V, P-V cho trường hợp 1, 4 ............................................. 57 Hình 4.22: Đặc tính I-V, P-V cho trường hợp 1, 5 ............................................. 58 v
Trang 8
Hình 4.23: Đặc tính I-V, P-V cho trường hợp 6, 7 ............................................. 59 Hình 4.24: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 60 Hình 4.25: Dạng sóng điện áp của ắc quy và đầu ra của inverter....................... 60 Hình 4.26: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 61 Hình 4.27: Dạng sóng điện áp ắc quy và đầu ra inverter .................................... 61 Hình 4.28: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 62 Hình 4.29: Dạng sóng điện áp ắc quy và đầu ra inverter .................................... 62 Hình 4.30: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 63 Hình 4.31: Dạng sóng điện áp ắc quy và đầu ra inverter .................................... 63 Hình 4.32: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 64 Hình 4.33: Dạng sóng điện áp ắc quy và đầu ra inverter .................................... 64 Hình 4.34: PWM solar charger controller........................................................... 65 Hình 4.35: Mô hình mô phỏng toàn hệ không sử dụng MPPT........................... 65 Hình 4.36: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 66 Hình 4.37: Dạng sóng điện áp của ắc quy và đầu ra của inverter....................... 66 Hình 4.38: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 67 Hình 4.39: Dạng sóng điện áp ắc quy và đầu ra inverter .................................... 67 Hình 4.40: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 68 Hình 4.41: Dạng sóng điện áp ắc quy và đầu ra inverter .................................... 68 Hình 4.42: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 69 Hình 4.43: Dạng sóng điện áp ắc quy và đầu ra inverter .................................... 69 Hình 4.44: Đồ thị đặc tính V , I và P của tấm pin quang điện ............................ 70 Hình 4.45: Dạng sóng điện áp ắc quy và đầu ra inverter .................................... 70 Hình 5.1: Sơ đồ nối thực nghiệm ........................................................................ 72 Hình 5.2: Tên dụng cụ dùng cho hệ thống.......................................................... 73 Hình 5.3: Mô hình thực nghiệm .......................................................................... 75 Hình 5.4: Đồ thi đặc tính I-V của tấm pin mặt trời thực nghiệm........................ 77 Hình 5.5: Đồ thi đặc tính I-V của tấm pin mặt trời............................................. 77 Hình 5.6: Đồ thi đặc tính P-V của tấm pin mặt trời thực nghiệm....................... 78 Hình 5.7: Đồ thi đặc tính P-V của tấm pin mặt trời............................................ 78 vi
Hiển thị 8 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!