›
›

Xây dựng cấu hình hệ thống điện cho hệ thống bơm nước bằng pin quang điện

Download
XÂY DỰNG CẤU HÌNH HỆ THỐNG ĐIỆN CHO HỆ  
THỐNG BƠM NƢỚC BẰNG PIN QUANG ĐIỆN  
BUILD THE POWER SYSTEM CONFIGURATION FOR WATER PUMP  
SYSTEM BY PHOTOVOLTAIC  
Pham Tien Thuat  
Học Viên Cao Học Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM  
TÓM TẮT  
Bài báo sẽ cho cái nhìn tổng quan nhất về tình hình ứng dụng năng lượng sạch vào  
việc dùng cho động cơ bơm nước. Điểm nổi bật được đưa ra giải quyết ở cấu hình sử dụng  
đó là hệ thống độc lập của pin quang điện, năng lượng từ pin không sử dụng bình ăcquy để  
lưu trữ hạn chế việc ô nhiễm môi trường do việc chế tạo và tái chế của nó gây ra. Bài báo  
có đề cập đến việc tính toán hệ thống, lựa chọn toàn bộ cấu hình sao cho mạch đơn giản mà  
sử dụng hiệu quả. Một mô hình vật lý được xây dựng để kiểm chứng đánh giá hiệu quả của  
phương pháp được đề xuất.  
Từ khóa: Pin quang điện; Động cơ bơm nƣớc; Năng lƣợng sạch; Ô nhiễm môi  
trƣờng; Acquy  
ABSTRACT  
The thesis will give an overview of clean energy applications in water pump  
applications. The highlight of configuration solution is the stand-alone system of  
photovoltaic, power without using batteries to store which would limit environmental  
pollution caused by manufacturing and recycling them. The thesis refers to the calculation  
of the system, selecting the entire configuration that aim to create the as simple but high  
efficientlycircuit as possible. A small model was developed to validate the effectiveness of  
the proposed method.  
Keywords: photovoltaic ; water pump; clean energy; environmental pollution;  
batteries  
1.GIỚI THIỆU:  
Xác định được điểm công suất cực đại  
là bước tiến vô cùng lớn trong việc nghiên  
cứu về năng lượng mặt trời. Các nghiên cứu  
trong [1-7] đã đưa ra nhiều phương pháp tìm  
điểm MPPT cho các hệ thống pin mặt trời..  
Ngoài các phương pháp dò tìm truyền thống là  
P&O và INC, gần đây nhiều thuật toán tối ưu  
được áp dụng để tìm kiếm điểm làm việc này.  
Các nghiên cứu [8-15] tập trung vào các giải  
pháp nâng cao hiệu quả hoạt động của các bộ  
PV nối lưới. Các nghiên cứu [16-22] đã trình  
bày nhiều phương án hoạt động trong chế độ  
hybrid với các nguồn năng lượng khác như  
năng lượng gió, diesel, tế bào năng lượng. Các  
kết quả tiêu biểu này đã chứng minh được khả  
năng thích ứng linh hoạt và hoạt động hiệu  
quả trong nhiều điều kiện vận hành khác  
nhau.  
Hình 3. 1                               
3.2 Tha  đ i t i  
Hình 3. 2           ả sự   a    i tải  
3.3  
M  h nh bơm l  t m  
P = k.v3  
 ới  k  hệ số ma sát phụ thuộc vào chất  
cần bơm  
(1)  
v  vận tốc của nước  m s  
2.    D NG B  BI N Đ I ĐIỆN  P DC.  
3.3  
D  đi m c ng su t c c đại  
I1  
I2  
U1  
U2  
Hình 2. 1                                        
         
   
 
               
(2)  
 
 
(
)
      
Điều kiện cần để công suất tr n tải đạt  
3. M T  Ố M C  BI N Đ I ĐIỆN  P  
DC CƠ B N:  
cực đại là đạo hàm của    b ng    
 
      
 
          
(3)  
3.1 Mạch Boost:  
 ƣu đ  đi u khi n  
 ơ đồ nguy n lý của một mạch tăng áp  
DC:  
Start  
Năng lượng ti u thụ trung bình  
một ngày  
Đo I(k), Vi(k), Vo(k)  
P(k)=I(k)*V(k)  
(
)
 
   
                 
( )  
   
 
    
   
(
)
  
 
 
          
( )  
     
ΔV = Vi(k) - Vi(k-1)  
ΔP = (P(k) - P(k-1))/P(k-1)*100  
dh = ΔP/ΔV  
 
 
 ậy lựa chọn tấm pin có công suất đ nh  
là     
Động cơ hoạt động khi         đm,  
hay P = 50%Pđm.  
4.2 M  ph ng th  nghiệm  
S
S
Vo > 1,1 đm  
xl   5  
Đ
Đ
Vo < 1,1.n.Vref/(n – 1)  
Đóng 1  
động cơ  
Đ
Ng t 1  
động cơ  
delay  
 ò  
MPPT  
Hình 4. 1 Mạch mô phỏng thực thi b ng  
phần mềm Psim  
End  
4. M    N  T ỰC NG IỆM  
4.1 T nh to n thi t k  
Th  nghiệm 1  cho công suất thay đổi từ  
14W lên 44W.  
 ính toán lựa chọn công suất pin     
 ưu lượng nước bơm trung bình  
 
 
   
   
 
    
 
    (  
)
 
 
 
 
   
            
(
)
( )  
 
Hình 4. 2             ự                             
 ông suất bơm y u cầu  
          
 
    
 
        
 
   
                      
          
 
(
)
           
     ( )  
( )  
Hình 4. 3                     ả  
 ông suất của động cơ  
 
   
    
( )  
         
 
   
 
 
( )  
 
    
   
Hình 4.4              a.  
Th  nghiệm 2  cho bức xạ giảm 44W  
xuống 14W.  
Hình 4. 8 M     ă         - DC  
Hình 4. 5             ự                      
       
Hình 4. 6                     ả  
Hình 4. 9               e      
 ộ điều khiển trung tâm  
Hình 4.7              a  
4.3 Giới thiệu m  h nh  
 ơ đồ nguy n lý và mô hình thực  
tế n m trong hình sau  
Hình 4. 2 Mạch điều khiển  rduino  
4.4   t qu  th c nghiệm.  
Th  nghiệm  : cho công suất thay đổi  
theo chiều tăng.  
Hình 4. 15                              
Hình 4. 3 M              y khi công su t th p  
Hình 4. 5                            
Th  nghiệm  : cƣờng độ b c  ạ đi từ  
cao  u ng th p  
Kết quả          m2 giảm cường độ  
Hình 4. 4                              
bức xạ xuống còn      m2:  
Hình 4. 13                            
Trường hợp tăng đến E = 900W/m2:  
Hình 4. 6  a           a                       
           
Hình 4. 14  a                             ă    a  
Hình 4. 7                              
Hình 4. 8                            
5. K T LU N  
Bài báo đã thực hiện được như sau  
− Bài báo đề xuất giải pháp tận dụng tối đa  
nguồn năng lượng từ pin quang điện độc  
lập đến với các khu vực có khó khăn về vị  
trí địa lý. Mang lại lợi ích cho các hộ dân  
và giảm giá thành cung cấp điện lưới tới  
các khu vực này.  
Hình 4. 19                            
Kết quả 450W/m2 giảm xuống 150W/m2:  
− Tìm hiểu các giải thuật dò tìm điểm công  
suất cực đại của hệ thống pin quang điện.  
Từ đó, tác giả đề xuất giải thuật dò điểm  
công suất cực đại dựa trên giải thuật P&O.  
− Đã thi công hoàn thành mô hình thực  
nghiệm. Qua đó đánh giá, kiểm chứng  
được tính hiệu quả của hệ thống bơm nước  
b ng pin năng lượng mặt trời qua các điều  
kiện làm việc khác nhau.  
Hình 4. 20                                   
Hình 4. 21                              
TÀI LIỆU THAM KH O  
[1] Tey, K. S., & Mekhilef, S. (2014). Modified incremental conductance algorithm for  
photovoltaic system under partial shading conditions and load variation. IEEE Transactions  
on Industrial Electronics, 61(10), 5384-5392.  
[2] Faraji, R., Rouholamini, A., Naji, H. R., Fadaeinedjad, R., & Chavoshian, M. R. (2014).  
FPGA-based real time incremental conductance maximum power point tracking controller  
for photovoltaic systems. IET Power Electronics, 7(5), 1294-1304.  
[3] Mei, Q., Shan, M., Liu, L., & Guerrero, J. M. (2011). A novel improved variable step-size  
incremental-resistance MPPT method for PV systems. IEEE Transactions on Industrial  
Electronics, 58(6), 2427-2434.  
[4] Zakzouk, N. E., Elsaharty, M. A., Abdelsalam, A. K., Helal, A. A., & Williams, B. W.  
(2016). Improved performance low-cost incremental conductance PV MPPT technique.  
IET Renewable Power Generation, 10(4), 561-574.  
[5] Sundareswaran, K., Vigneshkumar, V., Simon, S. P., & Nayak, P. S. R. (2016, December).  
Gravitational search algorithm combined with P&O method for MPPT in PV systems. In  
India Conference (INDICON), 2016 IEEE Annual (pp. 1-5). IEEE.  
[6] Tovar-Olvera, V. M., Loredo-Flores, A., & Bárcenas, E. (2016, November). Improved  
P&O algorithm for distributed MPPT PV configurations. In Power, Electronics and  
Computing (ROPEC), 2016 IEEE International Autumn Meeting on (pp. 1-6). IEEE.  
[7] Sera, D., Mathe, L., Kerekes, T., Spataru, S. V., & Teodorescu, R. (2013). On the perturb-  
and-observe and incremental conductance MPPT methods for PV systems. IEEE journal of  
photovoltaics, 3(3), 1070-1078.  
[8] Rezkallah, M., Sharma, S. K., Chandra, A., Singh, B., & Rousse, D. R. (2017). Lyapunov  
Function and Sliding Mode Control Approach for the Solar-PV Grid Interface System.  
IEEE Transactions on Industrial Electronics, 64(1), 785-795.  
[9] Sonti, V., Jain, S., & Bhattacharya, S. (2017). Analysis of the Modulation Strategy for the  
Minimization of the Leakage Current in the PV Grid-Connected Cascaded Multilevel  
Inverter. IEEE Transactions on Power Electronics, 32(2), 1156-1169.  
[10] Xiao, H. F., Lan, K., & Zhang, L. (2015). A quasi-unipolar SPWM full-bridge  
transformerless PV grid-connected inverter with constant common-mode voltage. IEEE  
Transactions on Power Electronics, 30(6), 3122-3132.  
[11] Wandhare, R. G., & Agarwal, V. (2014). Reactive power capacity enhancement of a PV-  
grid system to increase PV penetration level in smart grid scenario. IEEE Transactions on  
Smart Grid, 5(4), 1845-1854.  
[12] Wandhare, R. G., & Agarwal, V. (2014). Novel stability enhancing control strategy for  
centralized PV-grid systems for smart grid applications. IEEE Transactions on Smart Grid,  
5(3), 1389-1396.  
[13] von Appen, J., Stetz, T., Braun, M., & Schmiegel, A. (2014). Local voltage control  
strategies for PV storage systems in distribution grids. IEEE Transactions on Smart Grid,  
5(2), 1002-1009.  
[14] Barater, D., Buticchi, G., Crinto, A. S., Franceschini, G., & Lorenzani, E. (2012). Unipolar  
PWM strategy for transformerless PV grid-connected converters. IEEE Transactions on  
Energy Conversion, 27(4), 835-843.  
[15] Buticchi, G., Barater, D., Lorenzani, E., & Franceschini, G. (2012). Digital control of  
actual grid-connected converters for ground leakage current reduction in PV  
transformerless systems. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 8(3), 563-572.  
[16] Luna, A. C., Aldana, N. L. D., Graells, M., Vasquez, J. C., & Guerrero, J. M. (2016).  
Mixed-Integer-Linear-Programming based Energy Management System for Hybrid PV-  
wind-battery Microgrids: Modeling, Design and Experimental Verification. IEEE  
Transactions on Power Electronics.  
[17] Singh, S., & Kaushik, S. C. (2016). Optimal sizing of grid integrated hybrid PV-biomass  
energy system using artificial bee colony algorithm. IET Renewable Power Generation,  
10(5), 642-650.  
[18] Sekhar, P. C., & Mishra, S. (2016). Storage free smart energy management for frequency  
control in a diesel-PV-fuel cell-based hybrid AC microgrid. IEEE transactions on neural  
networks and learning systems, 27(8), 1657-1671.  
[19] Lee, S. H., Cha, W. J., Kwon, J. M., & Kwon, B. H. (2016). Control Strategy of Flyback  
Microinverter With Hybrid Mode for PV AC Modules. IEEE Transactions on Industrial  
Electronics, 63(2), 995-1002.  
[20] Singaravel, M. R., & Daniel, S. A. (2015). MPPT with single DC–DC converter and  
inverter for grid-connected hybrid wind-driven PMSG–PV system. IEEE Transactions on  
Industrial Electronics, 62(8), 4849-4857.  
[21] Tummuru, N. R., Mishra, M. K., & Srinivas, S. (2015). Dynamic energy management of  
hybrid energy storage system with high-gain PV converter. IEEE Transactions on Energy  
Conversion, 30(1), 150-160.  
[22] Wang, G., Ciobotaru, M., & Agelidis, V. G. (2014). Power smoothing of large solar PV  
plant using hybrid energy storage. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 5(3), 834-  
842.  
[23] Bộ Giáo Dục Đào  ạo. Sách giáo khoa vật lý 12. Nhà Xuất Bản Giáo Dục Việt Nam.  
Tác gi  chịu trách nhiệm bài vi t:  
Họ tên: Phạm Tiến Thuật  
Đơn vị   rường  ao Đẳng Nghề Tây Ninh  
Điện thoại: 0935194271  
Email: [email protected]m  
Xác Nhận Của GVHD  
 G .  .  rương  iệt Anh  
BÀI BÁO KHOA HỌC  
THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ  
Bài báo khoa học của học viên  
có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn  
Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ  
Bảnquyềntác phẩm đã được bảo hộ bởiLuậtxuất bảnvà LuậtSở hữu trí tuệ Việt Nam. Nghiêm  
cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý của tác giả và  
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.  
ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!  
Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2018-2019 của Thư viện Trường Đại học  
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.  
pdf 10 trang Mãnh Khiết 09/01/2024 22080 Free
Download
Bạn đang xem tài liệu "Xây dựng cấu hình hệ thống điện cho hệ thống bơm nước bằng pin quang điện", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

File đính kèm:

  • pdfxay_dung_cau_hinh_he_thong_dien_cho_he_thong_bom_nuoc_bang_p.pdf