BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN VĂN LƯU

DÒ TÌM ĐIỂM LÀM VIÊC CỰC ĐẠI TRONG
HỆ THỐNG PIN QUANG ĐIỆN BẰNG
PHƯƠNG PHÁP LOGIC MỞ
S

K

C

0

0

3

9
7

5
7

9
7


Giới tính: Nam.

Ngày, tháng, năm sinh: 11/02/1983

Nơi sinh: Thái Bình.

Quê quán: Thái Bình

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 651 ấp Tân Bình, xã Bình Minh, huyê ̣n
Trảng Bom, tỉnh Đồng Nai
Điện thoại: 01647558737.

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO
2.1. Hệ đại học.
Hệ đào tạo: chính quy.

Thời gian đào tạo: 2003 đến 2007.

Trường Đại Học Kỹ Thuâ ̣t Công Nghê ̣ TP. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Điê ̣n công nhiê ̣p.
2.2. Hệ Cao học
Hệ đào tạo: chính quy.

Thời gian đào tạo: 2010 - 2012.

Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuâ ̣t TP. Hồ Chí Minh.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, 10 năm 2012
Người cam đoan

Trần Văn Lưu

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

ii

HVTH: Trầ n Văn Lưu


Lời Cám Ơn.

LVTN

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn thầy TS. Trương Viê ̣t Anh đã tận tình hướng dẫn tôi
hoàn thành luận văn này.
Chân thành cảm ơn quí thầy cô Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM và
Trường Đại Học Bách khoa TP.HCM đã giảng dạy tôi trong suốt hai năm học.
Xin cám ơn anh Nguyễn Thanh Thuận , trưởng Khoa Điê ̣n – trường Cao đẳ ng
nghề Đồ ng An đã giúp đỡ, chia sẻ kinh nghiệm, động viên tôi trong suốt thời gian
thực hiê ̣n luận văn này.
Và cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình người thân và cá c anh chi ̣ đang
công tác tại Trung tâm Ứng dụng Tiế n bộ Khoa học và Công nghê ̣ Đồ ng Nai đã

lý của các thuật toán điều khiển đề nghị được chứng minh.

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

iv

HVTH: Trầ n Văn Lưu


Abstract.

LVTN

ABSTRACT
The output characteristics of photovoltaic arrays are nonlinear and change with
the cell’s temperature and solar radiation. Maximum power point tracking (MPPT)
methods are used to maximize the PV array output power by tracking continuously
the maximum power point (MPP). Among all MPPT methods existing in the
literature, perturb and observe (P&O) and incremental conductance (InC) are the
most commonly used for these simplicity and ease of implementation; however,
they present drawbacks such as slow response speed, oscillation around the MPP in
steady state, and even tracking in wrong way under rapidly changing atmospheric
conditions.
In this paper, it is shown that the negative effects associated to such a
drawback can be greatly reduced if the intelligent method is used to improve P&O
and Inc algorithm. The perturbation step is continuously approximated by using
Fuzzy Logic Controller (FLC). By the simulation, the validity of the proposed
control algorithm is proved.

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

1.4. Kết quả mong muốn đạt đƣợc ........................................................................12
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Pin quang điên.
̣ .................................................................................................13
2.1.1 Cấ u ta ̣o của pin quang điê ̣n. .........................................................................13
2.1.2 Mô hình vâ ̣t lý của pin Quang điê ̣n ..............................................................14
2.1.3 Mô hiǹ h toán của pin quang điê ̣n. .................................................................14
2.2. Lý do phải dò tìm điểm làm việc cực đại. ......................................................19
2.3. Mô hin
̀ h toán của bô ̣ chuyể n đổ i DC-DC .......................................................23
2.3.1. Mạch giảm điện thế (Buck Converter) ........................................................24

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

v

HVTH: Trầ n Văn Lưu


Mục Lục.

LVTN

2.3.2. Mạch boot converter ...................................................................................27
Chƣơng 3: NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP DÕ TÌM ĐIỂM CỰC ĐẠI

3.1. Mô hình mô phỏng hê ̣ thố ng điêṇ pin mă ̣t trời trong matlab/Simulink .....32
3.2. Các phƣơng phƣ ơng pháp dò tim
̀ điể m cƣ ̣c đa ̣i của hê ̣thố ng pin quang
điêṇ ...........................................................................................................................35


HVTH: Trầ n Văn Lưu


Danh Sách Các Chữ Viết Tắt.

LVTN

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
PV (Photovoltaic): Pin quang điện.
NLMT : Năng lươ ̣ng mă ̣t trời.
MPP (Maximum power point): Điể m làm viê ̣c cực đa ̣i.
MPPT (Maximum power point tracking): Dò tìm điểm công suất cực đại.
P&O (Perturb & Observe): Thuật toán quan sát và nhiễu loạn (biến đổi để đạt đến điểm
cực đại), còn gọi là phương pháp “Hill climbing: Leo đồi”.
IncCond (Incremental Conductance): Gia tăng điê ̣n dẫn.
FLC (fuzzy logic controller): Điều khiển logic mờ.
DC(Direct current): Điện một chiểu
MF: Hàm Thành viên.
NB (negative big): Âm nhiề u.
NS (negative small) : Âm it́ .
ZE (zero): Bằ ng không.
PS (positive small): Dương it́ .
PB (positive big): Dương nhiề u.

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

viii

HVTH: Trầ n Văn Lưu

Hình 1.5: Bức xạ mặt trời tại ba thành phố tiêu biểu năm 2009 ............................ 9
Hình 1.6: Đường đặc tuyến I,P_V của pin quang điện . ...................................... 10
Hình 2.1: Cấ u ta ̣o đơn giản của pin quang điê ̣n. .................................................. 13
Hình 2.2: Thiết kế tiêu biểu của mô ̣t cell quang điê ̣n. ......................................... 14
Hình 2.3: Mạch điện tương đương của pin Quang điê ̣n ....................................... 15
Hình 2.4: Mô hình pin mặt trời lý tưởng .............................................................. 16
Hình 2.5: Mô đun pin mặt trời ............................................................................. 17
Hình 2.6: Đặc tuyến I_V với các bức xạ khác nhau. ........................................... 18
Hình 2.7: Đặc tuyến P_V với các bức xạ khác nhau ........................................... 18
Hình 2.8: đă ̣c tuyế n U_I và P_I của pin mă ̣t trời khi cường đô ̣ bức xa ̣ và nhiê ̣t đô ̣
không đổ i. ............................................................................................................. 19
Hình 2.9: Các điểm làm việc của pin Quang điện khi có tải . ............................. 20
Hình 2.10: Sơ đồ khố i đơn giản của bô ̣ MPPT. ................................................... 21
Hình 2.11: Mố i quan hê ̣ giữa công suấ t (P) và chu kỳ D. .................................... 21
Hình 2.12: Mối quan hệ của điê ̣n trở đầu vào và chu kỳ nhiệm vụ D . ................ 22
Hình 2.13: a)bộ giảm áp; b) bộ tăng áp; c) bộ giảm tăng áp ................................ 23
Hình 2.14 : Mạch cơ bản của bộ hạ thế DC-DC. ................................................. 24
Hình 2.15: các mạch điện của bộ hạ thế DC-DC khi G đóng (a) và mở (b) ........ 24
Hình 2.16: Điện áp và sự thay đổi dòng điện. ...................................................... 25
Hình 2.17 : Mạch cơ bản của bộ tăng thế. ........................................................... 27
Hình 2.18: Mạch điện của bộ tăng thế DC-DC khi G đóng và mở . ..................... 27
GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

x

HVTH: Trầ n Văn Lưu


LVTN


Hình 4.6: Mô hình bộ MPPT dùng phương pháp FLC trong simulink Matlab. .. 57

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

xi

HVTH: Trầ n Văn Lưu


LVTN

Danh Sách Các Hình.

Hình 4.7: khố i đo lường thông số đầ u vào ................................................................ 57

Hình 4.8: Mô hiǹ h vâ ̣t lý của khố i đo lường thông số đầ u vào ............................ 58
Hình 4.9: Khố i cấ u trúc của logic mờ trong toolbox matlab. ................................... 59

Hình 4.10: Bô ̣ soa ̣n thảo ANFIS Editor trong simulink matlab .......................... 60
Hình 4.11: Bảng quy tắc mờ trong simulink Matlab. .......................................... 60
Hình 4.12: Bô ̣ quan sát luâ ̣t trong simulink matlab. ........................................... 61
Hình 4.13: Bô ̣ chuyể n đổ i từ đô ̣ rô ̣ng xung sang V ref. ......................................... 61
Hình 4.14. Mô hiǹ h vâ ̣t lý bô ̣ chuyể n đổ i từ đô ̣ rông xung sang V ref................... 62
Hình 4.15: Bộ phận so sánh hai giải thuật ........................................................... 62
Hình 4.16: Điê ̣n áp thu đươ ̣c theo thời gian của phương pháp FLC .................... 63
Hình 4.17: Dòng điện thu được theo thời gian của phương pháp FLC. .............. 63
Hình 4.18: Công suấ t thu đươ ̣c theo thời gian của phương pháp FLC. ............... 64
Hình 4.19: Mô phỏng phương pháp P&O và FLC trong Matlab ......................... 64
Hình 4.20: Dò tìm điểm cực đại của phương pháp P&O và FLC ........................ 65
Hình 4.21: Tín hiệu điện áp ngõ ra của P&O và FLC ......................................... 66

Tầm quan trọng của phát triển năng lượng tái tạo cũng bị đẩy lên bởi sự gia
tăng nhận thức của người dân về vấn đề môi trường. Trên thực tế , có một nguồ n
năng lượng thay thế hứa hẹn tiềm năng tuyệt vời để cung cấp cung cấp năng lượng
là năng lượng hạt nhân với công nghê ̣ tương đố i đơn giản và chi phí thấ p . Nhưng nó
vẫn là một tranh cãi để sử dụng loại nguồn năng lượng, bởi vì ảnh hưởng của nó đến
môi trường và vấ n đề an ninh . Vì vậy, năng lượng tái tạo là sự lựa chọn tốt nhất bởi
vì nó được coi như nguồn năng lượng xanh thân thiện với môi trường hơn.
Tuy nhiên, hiện tại viê ̣c sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo trong nước hầu
hết là vẫn còn thấp hơn rấ t nhiề u so với tiềm năng thực tế của Viê ̣t Nam . Trong số
các nguồn năng lượng tái tạo thì nă ng lượng mặt trời có tiềm năng rất lớn để được
sử dụng. Trong khi viê ̣c đổ i mới về mă ̣t công nghê ̣ chế ta ̣o nhằ m xản xuấ t các tấ m
pin quang điê ̣n với khả năng sản xuấ t đươ c̣ nhiề u điê ̣n năng hơn đang gă ̣p nhiề u khó
khăn thì viê ̣c đươ ̣c quan tâm hơn hế t đó là tố i ưu hóa công suấ t chuyể n đổ i trên hê ̣
thố ng quang điê ̣n nhằ m chiế t suấ t tố i đa năng lươ ̣ng trên các tấ m pin thu đươ ̣c

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

1

HVTH: Trầ n Văn Lưu

.


Chương 1. Tổng Quan.

LVTN

Chƣơng 1



LVTN

Hình 1.1: Cấu trúc của mặt trời.[2]
1.1.2. Năng lƣợng của mặt trời
Năng lượng khổng lồ từ mặt trời được xác định là sản phẩm của các phản ứng
nhiệt hạt nhân. Theo thuyết tương đối của Eintein và qua phản ứng nhiệt hạt nhân
khối lượng có thể chuyển thàng năng lượng. nhiệt độ bên ngoài của mặt trời khoảng
6000 độ K. còn bên trong mặt trời nhiệt độ có thể lên tới hang triệu độ.áp suất bên
trong mặt trời cao hơn 34 x 109 MPa. Do nhiệt độ và áp suất cao như vậy nên vật
chất nhanh chóng bị ion hóa và chuyển động với năng lượng rất lớn. chúng va chạm
vào nhau gây ra hang loạt các phản ứng hạt nhân. nguồn năng lượng mặt trời chủ
yế u do hai loại phản ứng hạt nhân gây ra:
+ Phản ứng tuần hoàn giữa các hạt nhân cacsbon (C) và ni tơ (N).
+ Phản ứng hạt nhân proton- proton.
Bức xạ mặt trời có bản chất là song điện từ , là quá trình truyền các dao động
điện từ trong không gian. Trong quá trình truyền song các vector cường độ điện
trường và cường độ từ trường luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

3

HVTH: Trầ n Văn Lưu


Chương 1. Tổng Quan.

LVTN



Chương 1. Tổng Quan.

LVTN

Bảng 1.1: Phân bố phổ bức xạ mặt trời theo hướng bước sóng λ. [2]
Quang phổ

Bƣớc sóng

Mật độ năng lƣợng (W/m 2 )

Tỷ lệ %

Tia vũ trụ

< 1 nm

6,978.10 5

Tia x

0,1 nm

6,978.10 7

Tia tử ngoại C

0,2 ÷ 0,28 µm


13,36

0,62 ÷ 0,78 µm

2,280.10 2

16,68

0,78 ÷1,4 µm

4,125.102

30,18

1,4 ÷3 µm

1,836.102

13,43

3 ÷100 µm

2,637.101

1,93

0,1 ÷10 cm

6,987.10-9


HVTH: Trầ n Văn Lưu


Chương 1. Tổng Quan.

LVTN

Bảng 1.2: Thị trường tiêu thụ năng lượng Thế giới 2006-2030 (nghìn triệu triệu
BTU. [35]

Lưu ý: Tổng số có thể không bằng tổng của các thành phần do làm tròn độc
lập. Nguồn: Cục Quản lýThông tin Năng lượng (EIA), Năng lượng quốc tế hàng
năm 2006 (tháng sáu-tháng 12 năm 2008). Dự báo: đánh giá tác động môi trường,
Năng lượng Thế giới Dự Plus (2009).

GVHD: TS. Trương Viê ̣t Anh

6

HVTH: Trầ n Văn Lưu


Chương 1. Tổng Quan.

LVTN

Hình 1.2: Tổng số năng lượng tiêu thụ thế giới vào năm 1980 - 2030.
Nguồ n: Energy Information Administration (EIA) 2009.[35]
Để bù đắ p la ̣i sự thiế u hu ̣t năng lươ ̣ng này Quang điện được coi như là một
nguồ n năng lươ ̣ng thay thế tiề m năng ở nhiều quố c gia nhờ cường đô ̣ bức xa ̣ mă ̣t