Xây dựng hệ thống dc bơm nước bằng pin mặt trời cho khu vực huyện Châu Phú, tỉnh An Giang
XÂY DỰNG HỆ THỐNG DC BƠM NƯỚC BẰNG PIN MẶT TRỜI CHO
KHU VỰC HUYỆN CHÂU PHÚ, TỈNH AN GIANG
DESIGN SOLAR WATER PUMP SYSTEM IN
CHAU PHU DISTRICT, AN GIANG PROVINCE
Trương Việt Anh1, Nguyễn Đông Sang2
1Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
2Học viên cao học trường ĐHSPKT TPHCM
TÓM TẮT
Bơm nước tưới tiêu dùng năng lượng mặt trời (NLMT) là một lĩnh vực ứng dụng năng lượng tái
tạo vào phục vụ đời sống. Vấn đề này nhận được nhiều sự quan tâm của giới khoa học và các nhà
quản lí khi nó góp phần quan trọng trong việc nâng cao đời sống người dân tại các vùng kinh tế
khó khăn khi không có điện lưới quốc gia. Đã có nhiều nghiên cứu và các sản phẩm phục vụ nhu
cầu người dân đã ra đời và mang lại hiệu quả nhất định. Bài báo đề xuất phương pháp xây dựng
hệ thống bơm nước dùng pin NLMT với mục tiêu tiết giảm hệ thống bình ác quy lưu trữ năng
lượng, đơn giản trong vận hành trong khi vẫn đảm bảo hệ thống luôn vận hành tại điểm công suất
cực đại. Giải pháp được đề xuất đã chứng minh được hiệu quả vận hành qua mô hình hóa mô
phỏng bằng phần mềm Matlab/Simulink.
Từ khóa: Năng lượng tái tạo, hệ thống bơm nước, pin năng lượng mặt trời, điểm công suất cực
đại.
ABSTRACT
Irrigation water pumps that using solar energy are a renewable energy appliation field. This problem has
received much attention from the scientists and governments in over the world. It contributes significantly
to improving the wellbeing of people living in economically disadvantaged areas without electricity. There
have been many researches and products serving the needs of the people have been presented and bring
good effects. The article proposes a method of building a solar water pump system with the goal of reducing
the energy storage battery system in a simple operation while ensuring that the system is always operating
at the maximum power point. The proposed approach demonstrates experimental efficiency through
physical modeling.
Keywords: Renewable energy, water pump system, solar energy, maximum power point.
1. GIỚI THIỆU
kéo điện đến nơi. Nguyên nhân là với lưới
điện nông thôn dàn trải trong phạm vi rộng
trong khi công suất tiêu thụ lại không cao do
đó hiệu quả đầu tư hoàn toàn không có. Để
giải quyết vấn đề này, các hệ thống bơm nước
dùng năng lượng tái tạo như gió và mặt trời
được dùng cấp điện thay cho hệ thống điện
lưới quốc gia. Các hệ thống bơm nước dùng
năng lượng mặt trời được sử dụng thường
xuyên nhất bởi có dãy công suất rộng có thể
đáp ứng nhu cầu điện khác nhau tùy khách
hàng [1]–[4]. Ngoài ra, với chi phí của một
vòng đời hoạt động của hệ thống bơm nước
dùng năng lượng mặt trời rẻ hơn rất nhiều so
với hệ thống bơm dùng dầu diesel [5], [6].
Điện khí hóa là khâu quang trọng nhất
trong công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước mà cả nước đang quyết tâm thực hiện.
Đây không chỉ là quyết tâm chính trị mà còn
là một nhu cầu tất yếu để nâng cao chất lượng
sống và giảm chi phí vận hành các hệ thống
cơ khí khi so sánh với các nguồn năng lượng
hóa thạch hiện nay. Trong lĩnh vực thì vấn đề
điện khí hóa cũng phát triển nhanh chóng với
các hệ thống bơm nước tưới tiêu dùng điện
đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn các hệ thống
bơm chạy dầu diesel.
Tuy nhiên, không phải đâu cũng có thể
Hệ thống bơm nước quang điện độc lập
(PV) đã nhận được sự chú ý ngày càng tăng
trong 20 năm qua do giảm đáng kể chi phí
đang diễn ra trong lĩnh vực sản xuất các tấm
PV. Các nghiên cứu trước đây về hệ thống
bơm nước PV trước đây đã xem xét công suất
máy bơm và động cơ thích hợp [7]–[10]. Hai
loại máy bơm được sử dụng rộng rãi trong các
hệ thống PV: máy bơm ly tâm và máy bơm thể
tích. Bơm ly tâm có khả năng bơm một lượng
nước lớn và hoạt động ở hiệu suất tương đối
cao. Những máy bơm này được sử dụng để
bơm nước từ các lỗ khoan và từ hồ chứa nước
mặt và chúng lý tưởng thích hợp cho nhu cầu
nước trung bình đến cao. Có hai loại máy bơm
ly tâm thương mại có sẵn: chìm (cánh quạt
xếp chồng lên nhau) và không chìm (tuabin
đứng, nổi, và ly tâm bề mặt). Tương tự như
vậy, có hai loại máy bơm thể tích có sẵn trên
thị trường và chúng được phân loại: chìm và
không chìm. Các máy bơm thể tích thường
được sử dụng khi cần có tốc độ dòng chảy
thấp [6]. Các máy bơm ly tâm có đặc tính hoạt
động phù hợp với mảng PV. Tuy nhiên, các
đặc điểm hoạt động của các máy bơm thể tích
không phù hợp với đầu ra của mảng PV. Điều
này là do động cơ bơm điều khiển thể tích đòi
hỏi dòng khởi động lớn và chúng yêu cầu
dòng không đổi trong quá trình vận hành.
Trong khi đó, dòng điện PV thay đổi gần như
tuyến tính với bức xạ mặt trời [11].
được sử dụng trong các hệ thống bơm PV vì
chúng có hiệu suất tương đối cao và yêu cầu
bảo trì thấp, nhưng chi phí và độ phức tạp của
hệ thống sẽ cao hơn đáng kể [13]–[15].
Nhằm giảm giá thành hệ thống bơm và
thích nghi với sự thay đổi lớn của cường độ
bức xạ mặt trời tại các điều kiện môi trường
khác nhau, bài báo đề xuất sử dụng nhiều máy
bơm nước thay vì một máy bơm nước như
thông thường. điều này giúp nâng cao hiệu
suất của các máy bơm khi nó được hoạt động
tại gần điểm công suất định mức được thiết kế.
hiệu quả của phương pháp được đề xuất được
chứng minh qua quá trình mô hình hóa mô
phỏng hệ thống bơm nước dùng pin năng
lượng mặt
trời
trên phần mềm
Matlab/Simulink.
2. CẤU HÌNH HỆ THỐNG BUS DC
TRONG BƠM NƯỚC DÙNG NLMT
2.1 Cấu hình hệ thống bơm nước dùng
NLMT được đề xuất
Với yêu cầu giảm thiểu chi phí xây dựng
và đơn giản trong vận hành nên luận văn đề
xuất sử dụng cấu hình hệ thống bơm nước như
thể hiện trong Hình 1.
Drive
Drive
Drive
M
M
M
Khi năng lượng tối đa có sẵn từ các tấm
pin mặt trời ở dạng DC thay đổi chậm, các
máy bơm thường được truyền động bởi động
cơ DC để giảm thiểu độ phức tạp của hệ thống
vì chúng có thể được kết nối trực tiếp với các
tấm pin hoặc dãy pin [9]. Động cơ DC được
kích từ độc lập hoặc kích từ bằng nam châm
vĩnh cửu (PM) thường được khuyến nghị cho
hệ thống bơm PV [7][8]. Tuy nhiên, các loại
nam châm vĩnh cửu phổ biến hơn các loại kích
thích riêng biệt, bởi vì tính đơn giản trong
thiết kế và không yêu cầu bảo trì phức tạp. Do
đó không có điện năng tiêu thụ trong cuộn dây,
làm tăng hiệu quả và làm giảm kích thước của
mảng PV của hệ thống. Động cơ có chổi than
có nhược điểm là chúng yêu cầu bảo trì
thường xuyên do mòn và tắc nghẽn của bộ
chuyển mạch và các cổ góp chổi than [1], [2],
[12]. Động cơ DC không chổi than ngày càng
PV
Hình 1 Cấu hình hệ thống bơm nước được đề
xuất
Cấu hình hệ thống bơm nước được đề
xuất có các thành phần chính sau:
− Hệ thống pin NLMT: Hệ thống pin NLMT
có nhiệm vụ chuyển quang năng của mặt
trời thành điện năng.
− Bộ chuyển đổi DC/DC Boost: Mạch Boost
có nhiệm vụ chuyển điện áp thu được từ
các tấm pin thành điện áp cho thanh cái
DC. Với bộ dò điểm công suất cực đại được
tích hợp trong các bộ chuyển đổi DC/DC,
mạch có khả năng dò tìm và đưa điểm vận
hành của các dãy pin về điểm MPP của hệ
thống pin mặt trời tại các mức bức xạ tương
ứng.
mang dấu âm. Hay nói cách khác đạo hàm
của điện áp đã âm hay điện áp trên thanh
cái DC giảm xuống lên.
P
P
− Thanh cái Bus DC: Đây là một nơi để lưu
trữ nguồn năng lượng thu được từ các tấm
PV và cung cấp cho các phụ tải. Phụ tải cụ
thể đó là các máy bơm AC nước.
dc
inv
Vdc
− Các máy bơm nước. Các máy bơm nước
được cung cấp công suất điện từ các bộ
điều khiển công suất và tạo mô mem quay
các đầu bơm. Để nâng cao hiệu quả hoạt
động và thích ứng với điều kiện thay đổi
vận tốc liên tục theo công suất pin mặt trời
thì luận văn kiến nghị sử dụng các động cơ
đồng bộ ba pha.
Hình 2 Hướng công suất trên thanh cái DC
Như vậy, với công suất pin mặt trời là
không đổi khi hoạt động tại điểm công suất
cực đại, nhiệm vụ của hệ thống bơm là thay
đổi công suất bơm sao cho cân bằng với công
suất pin mặt trời. Để làm được điều này thì
công suất hệ thống bơm được hiệu chỉnh để
điện áp trên thanh cái DC là không đổi và
bằng điện áp danh định của nó.
− Bộ điều khiển máy bơm. Mỗi máy bơm
được điều khiển bởi một bộ điều khiển
tương ứng. Việc cho phép chạy và chạy với
vận tốc bao nhiêu do bộ điều khiển trung
tâm quyết định và phụ thuộc vào công suất
thu được từ pin mặt trời.
2.2. Nguyên tắc cân bằng công suất trên
thanh cái DC
Nguyên tắc ổn áp trên thanh cái DC được
tóm tắt nguyên tắc điều khiển này như sau:
Để đảm bảo ổn định trong quá trình vận
hành, điện áp trên thanh cái DC được giữ ổn
định không đổi. Trạng thái dòng công suất
chạy qua thanh cái DC được thể hiện như
của pin mặt trời và công suất cấp cho máy
bơm được thực hiện thông qua giữ ổn điện áp
trên thanh cái DC. Điện áp trên thanh cái DC
V
− Khi điện áp trên thanh cái DC
lớn
(
)
dc
V
(
hơn điện áp đặt trước
. Đây là trạng
)
nom
thái báo hiệu công suất bơm thấp hơn công
suất thu được từ các tấm PV. Lúc này, sai
số ngõ ra sẽ mang dấu dương. Điều này
đồng nghĩa với việc giá trị vận tốc tham
được
tính
toán
theo
Error! Reference source not found., dựa
vào phương trình này có thể kết luận về điện
áp trên thanh cái như sau:
*
chiếu máy bơm
sẽ tăng lên. Khi vận
tốc máy bơm tăng sẽ làm tăng công suất hệ
thống bơm nước. Lúc này giá trị điện áp
trên thanh cái DC sẽ giảm xuống tương
ứng.
dVdc
(1)
P − P = C.Vdc .
dc
inv
dt
− Hiện tượng tăng áp: Khi công suất phát của
nguồn cao hơn công suất tiêu thụ của tải.
Lúc này vế phải của biểu thức mang dấu
dương. Hay nói cách khác đạo hàm của
điện áp đã dương hay điện áp trên thanh cái
DC tăng lên. Hay nói các khác
− Hiện tượng giảm áp: Ngược lại khi công
suất phát của nguồn thấp hơn công suất tiêu
thụ của tải. Lúc này vế phải của biểu thức
V
− Khi điện áp trên thanh cái DC
thấp
(
)
dc
V
(
hơn điện áp đặt trước
. Đây là trạng
)
nom
thái báo hiệu công suất bơm cao hơn công
suất thu được từ các tấm PV. Lúc này, sai
số ngõ ra sẽ mang dấu âm. Điều này đồng
nghĩa với việc giá trị vận tốc tham chiếu
*
máy bơm
sẽ giảm xuống. Khi vận
tốc máy bơm giảm sẽ làm tăng công suất
hệ thống bơm nước. Lúc này giá trị điện áp
trên thanh cái DC sẽ tăng lên tương ứng.
dò điểm công suất cực đại (MPPT) của hệ
thống pin NLMT và giai đoạn điều khiển máy
bơm theo công suất thu được từ hệ thống pin
NLMT. Hai giai đoạn được điều khiển độc lập
với nhau.
Như vậy, với sự tham gia của bộ điều
khiển vận tốc máy bơm thì điện áp trên thanh
cái DC sẽ được giữ không đổi tại điện áp cho
trước. Hay nói cách khác, công suất phát đã
cân bằng công suất thu.
3.1 Mạch chuyển đổi DC/DC có chức năng
MPPT
Mặt khác, các máy bơm đều có một vùng
hoạt động hiệu quả nhất định, nếu nằm ngoài
vùng đó thì hiệu quả của các máy bơm giảm
xuống nhanh chóng. Để đảm bảo các máy
bơm hoạt động trong vùng hiệu quả thì giải
pháp được đưa ra là dùng nhiều máy bơm thay
vì một máy bơm như các hệ thống thông
thường. Khi công suất pin mặt trời tăng cao
thì số lượng máy bơm cũng tăng lên để đảm
bảo các máy bơm đều hoạt động ở trong vùng
hiệu quả cao thì ứng.
Theo kết nối của hệ thống pin như trên
kết hợp với điện áp hiệu quả trên động cơ phải
đạt 800 Vdc thì mạch công suất được chọn có
dạng mạch Boost. Mạch điện này có cấu trúc
mạch này cho phép tăng áp đầu ra so với điện
áp đầu vào. Mức độ tăng điện áp phụ thuộc
vào tỉ số đóng cắt của khóa bán dẫn theo (2)
V0
Vs
với
là điện áp đầu ra,
là điện áp ngõ
vào và D là tỉ số điều chế biên độ của mạch.
Dựa vào nguyên lý cấu tạo mạch boost, mô
hình hóa mô phỏng mạch này được thực thi
trong phần mềm Matlab có kết quả như trong
Vnom
*
error
PI
Drive
M
Vdc
Vs
(2)
V0 =
Hình 3 Nguyên tắc ổn áp thanh cái DC của
hệ thống bơm dựa trên PV
1− D
2.3 Nguyên tắc lựa chọn máy bơm vận
hành
Tùy thuộc vào công suất thu được từ hệ
thống pin mặt trời sẽ quyết định số lượng máy
bơm vận hành. Việc lựa chọn số lượng máy
bơm tham gia bơm nước phụ thuộc vào hai
yếu tố chính là vận tốc tham chiếu của máy
bơm và dãy vận hành hiệu quả của máy bơm.
Hình 4 Nguyên lý làm việc của mạch Boost
Theo các nhà sản xuất, dãy vận hành hiệu
quả của các động cơ là 0.7 đến 1.3 vận tốc
định mức của động cơ. Như vậy nguyên tắc
thay đổi số động cơ tham gia bơm nước được
thực hiện như sau:
− Khi vận tốc tham chiếu động cơ lớn hơn
1.3 thì sẽ huy động thêm một máy bơm
hoạt động.
− Khi vận tốc tham chiếu động cơ dưới 0.7
vận tốc định mức thì sẽ ngắt một động cơ
ra khỏi hệ thống.
Hình 5 Mô hình hóa mô phỏng mạch Boost
Nhằm thu được công suất cực đại của hệ
thống PV trước sự thay đổi của bức xạ mặt trời,
một bộ dò MPP được thực thi theo phương
pháp P&O được thực hiện. Bộ dò MPP có ngõ
vào là dòng điện và điện áp trên các tấm pin
3. Điều khiển hệ thống bơm
Trong hệ thống bơm nước được đề xuất
và ngõ ra là điện áp tại điểm MPP. Cấu trúc
mô hình dò điểm MPP được thể hiện như
được thể hiện trong Hình 7
MPP thì phải thay đổi tỉ số thời gian D của
mạch DC/DC Boost. Việc hiệu chỉnh được
thực hiện dựa trên quan sát sai lệch giữa điện
V
(
)
PV
áp thực tế trên pin mặt trời
với điện áp
V
mpp
MPP
mong muốn. Nếu điện áp MPP
thấp hơn điện áp thực tế thì tăng giá trị D lên
còn ngược lại thì sẽ giảm giá trị D xuống. Việc
điều khiển này được thực hiện thông qua một
Hình 6 Sơ đồ của khối MPPT trong mô hình
mô phỏng.
3.2 Động cơ PMSM
Động cơ được chọn có công suất 11kW
và vận tốc định mức là 1500 rpm. Do đó, luận
văn đề xuất sử dụng động cơ HS1805152R-W
của hãng Ningbo Hisky Motor Technology
Bảng 1 Thông số động cơ HS1805152R-W
dùng trong mô phỏng.
Thông số
Hãng sản xuất
Loại động cơ
Đơn vị
Giá trị
Hem
Động cơ không đồng bộ 3 pha
Điện áp
V
A
220 - 380V / 50Hz
Dòng điện
52.6
2920
15
Tốc độ vòng quay
Công suất
rpm
kW
%
Hiệu suất
86
Hệ số công suất
Tỷ số momen cực đại
Tỷ số momen khởi động
Tỷ số dòng điện khởi động
Trọng lượng
0.87
2.2
N.m
N.m
A/A
Kg
Hình 7 Chương trình thực thi MPPT
1.8
7
135
Xuất xứ
Việt Nam
Hình 8 Mô hình mạch điều khiển hệ thống
pin về điểm làm việc MPP.
Vpv
Vpv
error
D
PWM2
MPPT
PI
PWM
Vmpp
Ipv
Hình 9 Nguyên lý làm việc của bộ điều khiển
MPPT
Hình 10 Thông số động cơ được nhập vào
mô hình mô phỏng.
Nhiệm vụ của bộ dò MPPT chỉ có thể xác
định được điểm MPP với ngõ ra là điện áp
MPP. Việc làm sao đưa được điểm làm việc về
điểm MPP được thực hiện bởi mạch điều
khiển tỉ số điều chế thời gian như thể hiện
Với thông số động cơ được cho như trong
mô hình động cơ PMSM trong thư viện
Matlab được thể hiện như trong Hình 10
3.3 Đầu bơm nước.
Với vận tốc định mức 1450 rpm, vận tốc
toán được thể hiện trong (5) như bên dưới.
quay của rotor được xác định theo (3) với
T = k .m2
N.m
(5)
(
)
n
m là vận tốc định mức máy bơm.
Mô hình hóa mối liện hệ giữa vận tốc
quay của đầu bơm và mô men đầu trục động
cơ được thể hiện qua mô hình hóa đầu bơm
như trong Hình 11
nm .2
60
m =
= 151.84
rad / s
(3)
(
)
Hằng số bơm được tính dựa trên thông số
định mức của máy bơm như trong (4)
P
3
k =
= 0.0031 W/ rad / s
(4)
(
)
m3
Mô men đầu trục động cơ được tính toán
Hình 11 Mô hình hóa đầu bơm trong hệ
thống bơm nước.
dựa vào vận tốc quay của nó. Công thức tính
Hình 12 Sơ đồ mô hình mô phỏng hệ thống bơm nước PV được đề xuất
Hình 13 Sơ đồ chung của bộ điều khiển
4.1. Khi cường độ bức xạ mặt trời 300-
4. Kết quả mô phỏng.
600W/m2
điểm 5s.
mặt trời chiếu vào các tấm PV có sự thay đổi.
Bức xạ mặt trời ban đầu là 300 W/m2, tại thời
điểm 5s đã chuyển sang 700 W/m2.
Hình 17 Vận tốc động cơ 1 khi BXMT đạt
300-700W/m2
Hình 16 cho thấy giá trị điện áp trên thanh
cái DC của hệ thống bơm. Qua hình có thể
thấy sau quá trình quá độ thì giá trị điện áp
được giữ ổn định tại giá trị điện áp danh định
800 Vdc. Điều này cho thấy giải thuật cân
bằng công suất giữa nguồn phát điện PV và
công suất tiêu thụ trên các động cơ được cân
bằng.
Hình 14 Cường độ BXMT cấp cho dãy PV
Vận tốc động cơ thứ nhất được thể hiện
động cơ này hoạt động ổn định. Sau quá trình
quá độ ban đầu thì vận tốc này được giữ ổn
định khi không có sự thay đổi của bức xạ mặt
trời. Tại thời điểm 5s thì vận tốc động cơ cũng
thay đổi theo sự thay đổi năng lượng thu được
của hệ thống pin. Sau quá trình quá độ do thay
đổi điều kiện hoạt động thì vận tốc động cơ
được giữ ổn định trong suốt quá trình hoạt
động. Điều này cho thấy phương pháp điều
khiển động cơ PMSM có hiệu quả cao trong
hệ thống bơm nước bằng PV.
Hình 15 Công suất thu được từ dãy PV khi
BXMT đạt 300-700W/m2
Hình 16 Điện áp trên thanh cái DC khi
BXMT đạt 300-700W/m2
Khi cường độ bức xạ mặt trời thay đổi đã
dẫn đến sự thay đổi của công suất điện ngõ ra
của hệ thống pin năng lượng mặt trời. Qua
thay đổi từ 10190 W thành 20350 W tại thời
Hình 18 Vận tốc động cơ 2 khi BXMT đạt
300-700W/m2
Hình 19 Vận tốc động cơ 3 khi BXMT đạt
300-700W/m2
Hình 20 Cường độ BXMT cấp cho dãy PV
mặt trời chiếu vào các tấm PV có sự thay đổi.
Bức xạ mặt trời ban đầu là 500 W/m2, tại thời
điểm 5s đã chuyển sang 1000 W/m2.
Vận tốc động cơ thứ hai được thể hiện
động cơ này hoạt động ổn định. Khi công suất
phát của PV thấp không thể cấp đủ cho các
động cơ cùng hoạt động thì động cơ bị dừng
lại. Tại thời điểm 5s thì vận tốc động cơ được
khởi động khi năng lượng thu được từ PV đủ
cấp cho động cơ vận hành. Sau quá trình quá
độ do thay đổi điều kiện hoạt động thì vận tốc
động cơ được giữ ổn định trong suốt quá trình
hoạt động. Điều này cho thấy phương pháp
điều khiển động cơ PMSM có hiệu quả cao
trong hệ thống bơm nước bằng PV.
Khi cường độ bức xạ mặt trời thay đổi đã
dẫn đến sự thay đổi của công suất điện ngõ ra
của hệ thống pin năng lượng mặt trời. Qua
Hình 21 có thể nhận thấy công suất ngõ ra đã
thay đổi từ 17000 W thành 33720 W tại thời
điểm 5s.
Vận tốc động cơ thứ ba được thể hiện như
cơ này hoạt động ổn định. Khi công suất phát
của PV thấp không thể cấp đủ cho các động
cơ cùng hoạt động thì động cơ bị dừng lại. Tại
thời điểm 5s thì vận tốc động cơ được khởi
động khi năng lượng thu được từ PV đủ cấp
cho động cơ vận hành. Sau quá trình quá độ
do thay đổi điều kiện hoạt động thì vận tốc
động cơ được giữ ổn định trong suốt quá trình
hoạt động. Điều này cho thấy phương pháp
điều khiển động cơ PMSM có hiệu quả cao
trong hệ thống bơm nước bằng PV.
Hình 21 Công suất thu được từ dãy PV khi
BXMT đạt 500-1000W/m2
Vận tốc động cơ thứ ba được thể hiện như
cơ này hoạt động không được kích hoạt khi
vận tốc động cơ bằng không. Điều này là do
khi công suất không đủ cấp cho tất cả các
động cơ thì chỉ một số động cơ được kích hoạt
nhằm tăng hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Hình 22 Điện áp trên thanh cái DC khi
BXMT đạt 500-1000W/m2
4.2. Khi cường độ bức xạ mặt trời 500-
1000W/m2
động cơ này hoạt động ổn định. Sau quá trình
quá độ ban đầu thì vận tốc này được giữ ổn
định khi không có sự thay đổi của bức xạ mặt
trời. Tại thời điểm 5s thì vận tốc động cơ cũng
thay đổi theo sự thay đổi năng lượng thu được
của hệ thống pin. Sau quá trình quá độ do thay
đổi điều kiện hoạt động thì vận tốc động cơ
được giữ ổn định trong suốt quá trình hoạt
động. Điều này cho thấy phương pháp điều
khiển động cơ PMSM có hiệu quả cao trong
hệ thống bơm nước bằng PV.
Hình 23 Vận tốc động cơ 1 khi BXMT đạt
500-1000W/m2
Vận tốc động cơ thứ hai được thể hiện
động cơ này hoạt động ổn định. Khi công
suất phát của PV thấp không thể cấp đủ cho
các động cơ cùng hoạt động thì động cơ bị
dừng lại. Tại thời điểm 5s thì vận tốc động
cơ được
Hình 22 cho thấy giá trị điện áp trên thanh
cái DC của hệ thống bơm. Qua hình có thể
thấy sau quá trình quá độ thì giá trị điện áp
được giữ ổn định tại giá trị điện áp danh định
800 Vdc. Điều này cho thấy giải thuật cân
bằng công suất giữa nguồn phát điện PV và
công suất tiêu thụ trên các động cơ được cân
bằng.
Vận tốc động cơ thứ nhất được thể hiện
động cơ này hoạt động ổn định. Sau quá trình
quá độ ban đầu thì vận tốc này được giữ ổn
định khi không có sự thay đổi của bức xạ mặt
trời. Tại thời điểm 5s thì vận tốc động cơ cũng
thay đổi theo sự thay đổi năng lượng thu được
của hệ thống pin. Sau quá trình quá độ do thay
đổi điều kiện hoạt động thì vận tốc động cơ
được giữ ổn định trong suốt quá trình hoạt
động. Điều này cho thấy phương pháp điều
khiển động cơ PMSM có hiệu quả cao trong
hệ thống bơm nước bằng PV.
Hình 25 Vận tốc động cơ 3 khi BXMT đạt
500-1000W/m2
khởi động khi năng lượng thu được từ PV đủ
cấp cho động cơ vận hành. Sau quá trình quá
độ do thay đổi điều kiện hoạt động thì vận tốc
động cơ được giữ ổn định trong suốt quá trình
hoạt động. Điều này cho thấy phương pháp
điều khiển động cơ PMSM có hiệu quả cao
trong hệ thống bơm nước bằng PV.
5. Kết luận
Bài báo đã đề xuất được cấu hình hệ
thống bơm nước sử dụng NLMT cấp cho các
động cơ không đồng bộ. hệ thống được đề
xuất có hiệu quả cao khi luôn đảm bảo hoạt
động trong vùng vận tốc tối ưu và tận dụng hết
công suất lớn nhất có sẳn của hệ thống pin
NLMT. Với việc sử dụng động cơ không đồng
bộ có chi phí thấp, hệ thống bơm nước được
đề xuất có tính khả thi cao với chi phí thấp và
hiệu suất cao.
Hình 24 Vận tốc động cơ 2 khi BXMT đạt
500-1000W/m2
Vận tốc động cơ thứ hai được thể hiện
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] W. R. Anis and M. A. Nour, “Optimum design of a photovoltaic powered pumping system,” Energy
Convers. Manag., vol. 35, no. 12, pp. 1123–1130, Dec. 1994.
[2] S. Chandel, M. Naik, R. C.-R. and S. Energy, and undefined 2015, “Review of solar photovoltaic
water pumping system technology for irrigation...: Heriot-Watt University Library Resources,”
Elsevier, vol. 49, pp. 1084–1099, 2015.
[3] C. Protogeropoulos and S. Pearce, “Laboratory evaluation and system sizing charts for a ‘second
generation’ direct PV-powered, low cost submersible solar pump,” Sol. Energy, vol. 68, no. 5, pp.
453–474, 2000.
[4] K. B. Rohit, G. M. Karve, and Khatri, “Solar Water Pumping system,” Int. J. Emerg. Technol. Adv.
Eng., vol. 3, no. 7, pp. 323–337, 2013.
[5] A. Agus, S. Antariksa, and N. Setyo, “Economic Analysis Comparison between Solar Photovoltaic
and Diesel Generator for Water Pumping System in an Indonesia Rural Karsts Area,” in New,
Renewable Energy and Energy Conservation Conference and Exhibition, 2015, vol. 2, pp. 8–15.
[6] R. Foster and A. Cota, “Solar water pumping advances and comparative economics,” Energy
Procedia, vol. 57, pp. 1431–1436, 2014.
[7] C. C. Lee, “Fuzzy logic in control systems: fuzzy logic controller. I,” IEEE Trans. Syst. Man.
Cybern., vol. 20, no. 2, pp. 404–418, 1990.
[8] C. Hua and C. Shen, “Study of maximum power tracking techniques and control of DC/DC
converters for photovoltaic power system,” PESC Rec. - IEEE Annu. Power Electron. Spec. Conf.,
vol. 1, pp. 86–93, 1998.
[9] Chee Wei Tan, T. C. Green, and C. A. Hernandez-Aramburo, “Analysis of perturb and observe
maximum power point tracking algorithm for photovoltaic applications,” in 2008 IEEE 2nd
International Power and Energy Conference, 2008, no. PECon 08, pp. 237–242.
[10] C. Jaen, C. Moyano, X. Santacruz, J. Pou, and A. Arias, “Overview of maximum power point
tracking control techniques used in photovoltaic systems,” in 2008 15th IEEE International
Conference on Electronics, Circuits and Systems, 2008, pp. 1099–1102.
[11] J. Park, H. Kim, Y. Cho, and C. Shin, “Simple Modeling and Simulation of Photovoltaic Panels
Using Matlab / Simulink Modeling of Photovoltaic Module,” Adv. Sci. Technol. Lett., vol. 73, no.
Fgcn, pp. 147–155, 2014.
[12] H. S. Stefan C.W. Krauter, Franz Alt, Solar Electric Power Generation - Photovoltaic Energy
Systems. Springer, 2010.
[13] N. Moubayed, A. El-Ali, and R. Outbib, “A comparison of two MPPT techniques for PV system,”
WSEAS Trans. Environ. Dev., vol. 5, no. 12, pp. 770–779, 2009.
[14] Q. Kou, S. A. Klein, and W. A. Beckman, “A method for estimating the long-term performance of
direct-coupled PV pumping systems,” Sol. Energy, vol. 64, no. 1–3, pp. 33–40, 1998.
[15] L. A. Aguilar, “Feasibility Study of Developing Large Scale Solar PV Project in Ghanaꢀ: An
Economical Analysis,” p. Department of Energy and Environment, Chalmers Uni, 2015.
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:
Họ tên: Nguyễn Đông Sang
Đơn vị: Điện lực Châu Phú
Điện thoại: 0966686007
Email: [email protected]m.
10 trang
09/01/2024
14760
Free
Bạn đang xem tài liệu "Xây dựng hệ thống dc bơm nước bằng pin mặt trời cho khu vực huyện Châu Phú, tỉnh An Giang", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- xay_dung_he_thong_dc_bom_nuoc_bang_pin_mat_troi_cho_khu_vuc.pdf
