Simulation Solar Power System - Seminar in SEP-HUST ©2018. Vu Tien Lam. All Rights Reserved.

1. Seminar
Giảng viên: PGS. TS. Dương Ngọc Huyền
Sinh viên thực hiện
1. Vũ Tiến Lâm
2. Dương Thị Nụ
3. Mai Đức Dũng
4. Mai Hồng Nhung
5. Đỗ Văn Hữu
6. Ngô Quang Vũ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT

2. Nội dung
Đặt vấn đề
Mô hình và phương pháp điều khiển
Các bộ biến đổi
Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab
Kết luận
1
2
3
4
5
2

3. Đặt vấn đề
Nguồn điện mặt trời Năng lượng mặt trời
Hệ điện MT độc lập Hệ điện MT kết hợp
Solar
Power
3

4. Năng lượng mặt trời
• Là nguồn năng lượng nhiệt hạch vô tận của
thiên nhiên.
• Hàng năm, mặt trời cung cấp cho trái đất một
năng lượng khổng lồ, gấp 10 lần trữ lượng các
nguồn nhiên liệu có trên trái đất.
Nguồn điện mặt trời
• Là dạng nguồn năng lượng tái tạo vô tận với trữ
lượng lớn.
• Là một trong các nguồn năng lượng tái tạo
quan trọng nhất.
• Việc tìm các cách thức để khai thác, sử dụng
nguồn năng lượng điện mặt trời sao cho hiệu
quả và thay thế dần các nguồn năng lượng hóa
thạch ngày càng cạn kiệt, gây ô nhiễm môi
trường đang là mục tiêu nghiên cứu của nhiều
quốc gia.
4
Năng lượng mặt trời
Bản đồ bức xạ mặt trời tại Việt Nam

5. Năng lượng mặt trời
Khu vực
NLMT trung
bình năm
(kcal/cm2)
Số giờ nắng
trung bình
năm (giờ/năm)
Đông Bắc Bộ 100 - 125 1500 - 1700
Tây Bắc Bộ 125 - 150 1750 - 1900
Bắc Trung Bộ 140 - 160 1700 - 2000
Nam Trung Bộ và
Tây Nguyên
150 - 175 2000 - 2600
Nam Bộ 130 - 150 2200 - 2500
Trung bình cả nước 130 - 152 1830 - 2450
Năm
Công suất
lắp đặt
(MW)
Năm
Công
suất lắp
đặt (MW)
2011 30 2018 200
2012 100 2019 230
2013 130 2020 300
2014 120 2011-2020 1.660
2015 150 2021-2025 2.500
2016 200 2026-2030 4.200
2017 200 2011- 2030 8.360
Bảng 1. Mật độ NLMT trung bình năm và số giờ nắng theo khu
vực (Nguồn: VNL)
Bảng 2. Điện từ NLTT công suất lắp đặt giai đoạn
2011–2030 (Nguồn: Quyết định số 1208/QĐ–TTg
ngày 21/7/2011 của Thủ tướng Chính phủ, Phụ lục
1)
5

6. Hệ điện mặt trời độc lập
Pin quang điện
Bộ điều khiển sạc
Tải xoay chiều
Hệ điện mặt trời độc lập
Acquy
Bộ đổi điện
6

7. Hệ điện mặt trời nối lưới
Mặt trời
Pin quang điện
Biến tần AC/DC
Sử dụng
Đồng hồ đo điện
Lưới điện
Hệ điện mặt trời nối lưới
7

8. 8
Hệ điện mặt trời nối lưới
Pin quang điện
Bộ hòa lưới
W1W0
Điện lưới
quốc gia
Tải xoay chiều
W2
Ắc quy lưu trữ

9. Nội dung
Đặt vấn đề
Mô hình và phương pháp điều khiển
Các bộ biến đổi
Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab
Kết luận
1
2
3
4
5
9

10. Mô hình và phương pháp điều khiển
Hệ thống lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc-quy bao gồm 5 thành phần
cơ bản:
(1) Pin mặt trời (PV);
(2) Bộ điều khiển;
(3) Nguồn ắc-quy;
(4) Bộ biến đổi (DC/DC);
(5) Bộ nghịch lưu (DC/AC).
Sơ đồ cấu trúc cơ bản điều khiển nối lưới nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy
10

11. Mô hình nguồn pin mặt trời (PV)
• Pin mặt trời (Photovoltaic cell) gồm các lớp bán dẫn chịu tác dụng của quang học để
biến đổi các năng lượng photon bức xạ mặt trời thành năng lượng điện.
Đặc tính IV của pin mặt trời
Sơ đồ tương đương của pin mặt trời
• Hiệu suất của PMT là lớn nhất khi PMT cung
cấp công suất cực đại, tức là:
P-V = PMPP tại (IMPP; VMPP) Điểm cực đại MPP
• Hệ bám điểm công suất cực đại MPPT đảm
bảo PMT luôn làm việc ở điểm MPP với mọi tải.
• Dòng điện đầu ra của pin:
Trong đó:
K: hằng số Boltzmann’s = 1,38.10-23J/K;
Is: dòng điện ngược bão hòa;
Iph: dòng quang điện;
Rsh: điện trở shunt;
Rs: điện trở pin;
A: hệ số lý tưởng.
s s
ph s
c sh
q(V IR ) V IR
I I I exp 1 (1)
KT A R
    + +
= − − −    
     
11

12. Mô hình nguồn pin mặt trời (PV)
• Theo công thức (1), dòng quang điện phụ thuộc vào năng lượng mặt trời và nhiệt độ
làm việc của pin, do đó:
• Dòng điện bão hòa của pin với nhiệt độ của pin được xác định:
• Mặt khác, PMT có điện áp khoảng 0,6V. Do đó, muốn có điện áp làm việc cao thì ta
mắc nối tiếp các pin lại, muốn có dòng điện lớn thì mắc song song.
• Như vậy dòng điện trong một modul tấm pin là:
( )ph sc I c refI I K T T H (2) = + − 
( )G c refc
s RS
ref ref c
qE T TT
I I exp (3)
T T T .K.A
 − 
=   
   
Dòng điện 1 modul tấm pin
s p
s
s p s
p ph p s
c sh
IR N VV
q IR
N N N
I N I N I exp 1 (4)
K.T A R
    
+ +    
    = − − −
    
    
    
12

13. Mô hình nguồn ắc quy
• Điện áp của ắc-quy và trạng thái nạp được xác định theo biểu thức:
Trong đó:
v1: điện áp thay đổi của ắc quy (V);
I: dòng điện (A);
Qm: dung lượng lớn nhất của ắc quy (Wh);
kb: hệ số nạp xả;
D: tỷ lệ xả.
• Từ (5), giá trị điện áp thay đổi của ắc quy được tính như sau:
với ns: số lượng ắc quy 2V nối tiếp.
• Điện trở của ắc quy là:
t
b 1 b
mt 1
k .v .I
SOC(t) SOC(t 1) SOC(t 1).D dt (5)
Q−
 
= − + − − 
 

 1 sv 2 0.148.SOC(t).n (6)= +
  s
1
m
0.1309
0.758
1.06.SOC(t) .n
R (7)
Q
+
=
13

14. Phương pháp điều khiển
• Để điều khiển nối lưới hai nguồn PMT kết hợp nguồn ắc quy, ta sử dụng phương
pháp điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT).
• Hiện nay, kỹ thuật điều khiển bám điểm công suất cực đại phân thành 2 nhóm chính:
14
Kỹ thuật tìm kiếm
• Dễ thực hiện;
• Đòi hỏi một số bước lớn mới hội tụ điểm cực đại.
Kỹ thuật tìm kiếm dựa trên mô hình
• Hội tụ nhanh điểm MPP;
• Đòi hỏi phải biết chính xác thông số của PMT và các số đo, kể
cả nhiệt độ và bức xạ mặt trời.

15. Nội dung
Đặt vấn đề
Mô hình và phương pháp điều khiển
Các bộ biến đổi
Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab
Kết luận
1
2
3
4
5
15

16. Các bộ biến đổi
Để chuyển đổi trạng thái ta sử dụng các bộ chuyển đổi
▪ Bộ chuyển đổi DC/DC nhằm thích nghi với mức điện áp và điện trở từ tấm PMT;
▪ Bộ nghịch lưu DC/AC biến đổi để thực hiện nối tải và nối lưới xoay chiều (AC).
16
Sơ đồ các bộ chuyển đổi DC/DC; DC/AC

17. Nội dung
Đặt vấn đề
Mô hình và phương pháp điều khiển
Các bộ biến đổi
Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab
Kết luận
1
2
3
4
5
17

18. Xây dựng mô hình
• Mô hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc-quy
18
Mô hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn pin mặt trời kết hợp nguồn ắc quy

19. Xây dựng mô hình
• Mô hình Pin mặt trời và bộ chuyển đổi
19
Mô hình Pin mặt trời Bộ chuyển đổi 2 trạng thái DC/DC

20. Kết quả mô phỏng
Nhận xét: kết quả mô phỏng cho thấy khi chiếu độ (G) thay đổi thì dòng PV thay đổi
mạnh, áp PV ít thay đổi và công suất của PV phụ thuộc ảnh hưởng của chiếu độ
20
Đặc tính I - V Đặc tính P - V
Điện áp đầu ra U_dc(V) Công suất đầu ra P (W)

21. Kết quả mô phỏng
21
Điện áp đầu ra Uabc (V) Dòng điện đầu ra Iabc (A)
Điện áp nối lưới Uabc (V) Dòng điện nối lưới Iabc (A)

22. Nội dung
Đặt vấn đề
Mô hình và phương pháp điều khiển
Các bộ biến đổi
Xây dựng mô hình và mô phỏng trên Matlab
Kết luận
1
2
3
4
5
22

23. Kết luận
1. Mô hình điều khiển nối lưới sử dụng nguồn PMT kết hợp nguồn ắc-quy sử dụng giải
thuật điều khiển bám điểm công suất cực đại (MPPT);
2. Công suất của PMT thu được luôn đạt giá trị cực đại, ứng với các độ chiếu sáng
khác nhau;
3. Tại thời điểm t = 0.2s, dòng và điện áp đầu ra đạt giá trị ổn định và bằng giá trị đặt,
nối lưới thông qua MBA và đường dây tải điện;
4. Hiện nay, nước ta chủ yếu sử dụng hệ thống năng lượng mặt trời độc lập nên còn
nhiều hạn chế và bất cập;
5. Hệ thống kết hợp nguồn ắc-quy là một giải pháp nhằm hướng đến lưới điện thông
minh và điều khiển nối lưới linh hoạt cho các nguồn năng lượng tái tạo.
23

24. Tài liệu tham khảo
1. Aryuanto Soetedjo, Abraham Lomi, Yusuf Ismail Nakhoda, Awan Uji Krismanto.
2012. Modeling of Maximum Power Point Tracking Controller for Solar Power
System. Telkomnika.
2. D. Ganesh, S. Moorthi, H. Sudheer. 2012. A Voltage Controller in Photo – Voltaic
System with Battery Storage for Stand – Alone Applications. International Journal of
Power Electronics and Drive System.
3. Đặng Đình Thống. 2012. Công nghệ Pin mặt trời bài học kinh nghiệm từ Việt Nam.
Trung tâm nghiên cứu năng lượng mới. Trường Đại học bách khoa Hà Nội.
4. Hoàng Dương Hùng. 2008. Năng lượng mặt trời lý thuyết và ứng dụng. Trường Đại
học Bách Khoa Đà Nẵng.
5. M.Makhlouf, F.Messai , H.Benalla. 2012. Modeling and Simulation of Grid-connected
Hybrid Photovoltaic/Battery Distributed Generation System. Canadian Journal on
Electrical and Electronics Engineering Vol. 3, No. 1, January.
6. Saurav Satpathy. 2012. Photovoltaic power control using MPPT ang boost converter.
Department of Electrical Engineering National Institute of Technology. Rourkela.
24

25. 25
THANK YOU
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT