KHẢO SÁT THUẬT TOÁN DO TÌM ĐIỂM CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI (MPPT)
VÀ BỘ CHUYỂN ĐỔI DC – DC, DC – AC
SURVEY DETECTION ALGORITHM MAXIMUM POWER POINT (MPPT)
AND ADAPTER DC - DC, DC - AC
Nguyễn Hữu Phúc (*), Lý Công Nguyên (**)
(*) Khoa Điện – Điện Tử, Trường Đại Học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
(**) Khoa Điện – Điện Tử, Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Tuy Hòa
ABSTRACT
The cost of a solar system is now too high, so we have to take advantage of the maximum
capacity, the changed conditions of environment. Besides, the simulation algorithm
successfully opened many different choices for different applications depending on specific
conditions or cost or cost effectiveness of the system.
TÓM TẮT
Chi phí cho một hệ thống pin mặt trời hiện nay còn quá cao, vậy ta phải tận dụng được công
suất tối đa có thể, trong mọi điều kiện thay đổi của môi trường. Bên cạnh đó, việc mô phỏng
thành công nhiều thuật giải khác nhau đã mở thêm nhiều sự lựa chọn cho các ứng dụng khác
nhau tùy thuộc vào từng điều kiện cụ thể về chi phí giá thành hoặc hay tính hiệu quả của hệ
thống.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Năng lượng mặt trời là một nguồn
năng lượng được xem như là một nguồn
năng lượng sạch và vô tận, vì thế song song
với nguồn năng lượng gió, năng lượng mặt
trời đã nổi lên như là một nguồn năng
lượng phổ biến nhất hiện nay thay thế các
năng lượng truyền thống, để đáp ứng nhu
cầu ngày càng thiếu năng lượng.
Tuy nhiên, một hạn chế lớn của hệ
thống quang điện (PV) là nó có hiệu suất
thấp và vô hiệu vào ban đêm hoặc trong
thời gian sự chi ếu nắng thấp hoặc trong

Điện áp hở mạch VOC là hiệu điện
thế được đo khi mạch ngoài của pin mặt
trời hở. Khi đó dòng mạch ngoài I = 0 .


 q.( v  IRs )  (V  IR )
s
I  I sc  I 01 e kT  1 


R
sh



Trong đó:
Isc là dòng quang điện (dòng ngắn mạch
khi không có Rs và Rsh) (A/m2)
Dòng ngắn mạch ISC là dòng điện
trong mạch của pin mặt trời khi làm ngắn
mạch ngoài . Lúc đó hiệu điện thế mạch
ngoài của pin là V = 0

I01 là dòng bão hòa (A/m2)

Đặc tính làm việc của pin mặt trời thể
hiện qua hai thông số là VOC lúc dòng ra
bằng 0 và Dòng điện ngắn mạch ISC khi
điện áp ra bằng 0. Công suất của pin được
tính theo công thức:

như sau:

Hình 4 - Đường cong đặc trưng V - I
của pin mặt trời phụ thuộc vào cường độ
bức xạ Mặt trời.
IV. CÁC BỘ BIẾN ĐỔI BÁN DẪN
TRONG HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI
a) Bộ biến đổi DC – DC:
a1. Mạch Buck
Khóa K trong mạch là những khóa
điện tử BJT, MOSFET, hay IGBT. Mạch
Buck có chức năng giảm điện áp đầu vào

(


xuống thành điện áp nạp ắc quy. Khóa
transitor được đóng mở với tần số cao. Hệ
số làm việc D của khóa được xác định theo
công thức sau:

D

Ton
 Ton .fdãng c¾ t
T

Hình 5 - Sơ đồ nguyên lý bộ giảm áp Buck

Vout = Vout.D

điện do Điốt khép kín mạch. Như vậy cuộn
kháng và tụ điện có tác dụng lưu giữ năng
lượng trong thời gian ngắn để duy trì mạch
khi khóa K đóng.

Hình 8 - Dạng sóng dòng điện của mạch
Boost
Giống như bộ Buck, hoạt động của bộ
Boost được thực hiện qua cuộn kháng L.
Khóa K đóng mở theo chu kỳ. Khi K mở
cho dòng qua (Ton) cuộn kháng tích năng
lượng, khi K đóng (Toff) cuộn kháng giải
phóng năng lượng qua điôt tới tải.

(


V1  V0  L.

dI L
dt

(

Mạch này tăng điện áp võng khi
phóng của ắc quy lên để đáp ứng điện áp ra.
Khi khóa K mở, cuộn cảm được nối với
nguồn 1 chiều. Khóa K đóng, dòng điện
cảm ứng chạy vào tải qua Điốt. Với hệ số
làm việc D của khóa K, điện áp ra được tính

điều chỉnh tần số đóng mở khóa K. Việc sử
dụng bộ biến đổi nào trong hệ là tùy thuộc
vào nhu cầu và mục đích sử dụng.
Để điều khiển tần số đóng mở của
khóa K để hệ đạt được điểm làm việc tối ưu
nhất, ta phải dùng đến thuật toán xác định
điểm làm việc có công suất lớn nhất
(MPPT) sẽ được trình bày chi tiết ở chương
tiếp sau.
b) Bộ biến đổi DC – AC:

Hình 9 -Sơ đồ nguyên lý mạch Buck – Boost

Hệ PV độc lập thường sử dụng các bộ
biến đổi loại nguồn áp 1 pha.

Từ công thức (2-10): Do D < 1 nên
điện áp ra luôn lớn hơn điện áp vào. Vì vậy
mạch Boost chỉ có thể tăng áp trong khi
mạch Buck đã trình bày ở trên thì chỉ có thể
giảm điện áp vào. Kết hợp cả hai mạch này
với nhau tạo thành mạch Buck – Boost vừa
có thể tăng và giảm điện áp vào.
Khi khóa đóng, điện áp vào đặt lên
điện cảm, làm dòng điện trong điện cảm
tăng dần theo thời gian. Khi khóa ngắt, điện
cảm có khuynh hướng duy trì dòng điện
qua nó sẽ tạo điện áp cảm ứng đủ để Điôt
phân cực thuận. Tùy vào tỷ lệ giữa thời gian
đóng khóa và mở khóa mà giá trị điện áp ra

dạng nửa cầu có số khóa điện tử ít hơn 1
nửa so với bộ biến đổi DC/AC 1 pha hình
cầu nên có cấu trúc đơn giản và rẻ hơn.

Giai thuat P&O cai tien
400

250
200
150
100

V. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
1. Các phương pháp MPPT
a) Phương pháp P&O
Chiếu độ: 1000

50
0

0

1

2

3
4
Current(A)



Power (W)

300

150
100

200
150
100

50
0

X: 69.26
Y: 340.4

0

20

40
60
Voltage (V)

80

50



200

250

Power (W)

Power (W)

Giai thuat Fraction
350

150
100

0

20

40
60
Voltage (V)

80

150

50

100


200
150

250
200
150

100

100

50

50
0

1

2

3
4
Current(A)

5

X: 68.4
Y: 340.5


Chiếu độ thay đổi: 200 400 600 800 1000

0

0

20

40
60
Voltage (V)

80

100

Chiếu độ thay đổi: 200 400 600 800 1000


Các điểm MPP được xác định ổn định
hơn so với thuật toán P&O và chính xác
hơn so với thuật toán tỷ lệ điện áp hở mạch.
Một nhược điểm của phương pháp này là
phức tạp trong việc cài đặt.

MPPT tracking
400
350

Power (W)


100

50

Đánh giá, nhận xét
Ưu điểm:

0

Trong trường hợp chiếu độ không đổi
thì tất cả thuật toán đều hoạt động ổn định
và xác định đúng điểm công suất cực đại
MPP.

Khuyết điểm
Đối với giải thuật P&O cải tiến: mặc
dù đã xác định được MPP khi chiếu độ thay
đổi, tuy nhiên điểm MPP có sự dao động
lớn.

0

-50
0.02

Đối với thuật toán tăng tổng dẫn:

0.04


0.025
Thoi gian
Dong dien sau khi qua bo loc

0.03

0.035

0.04

50

X: 0.02596
Y: 32.84
Dong dien (A)

Bên cạnh đó, điện áp hở mạch của
môđun thay đổi theo nhiệt độ. Vì thế khi
nhiệt độ của môđun thay đổi, điện áp hở
mạch của môđun thay đổi dẫn đến phải
thường xuyên đo điện áp hở mạch. Trong
khi đó điện áp hở mạch, cần phải cách li tải
ra khỏi môđun nên công suất của hệ quang
điện trong thời gian này không được sử
dụng.

0.02
0.03
Thoi gian
Dong dien sau khi qua bo loc


0.022

0.024

0.026

0.028

0.03 0.032
Thoi gian

0.034

0.036

0.038

0.04

c) Kêt hợp phương pháp tăng tổng dẫn


Mô phỏng thành công mô hình gồm
hệ thống pin mặt trời, thuật toán tìm điểm
công suất cực đại với các bộ biến đổi
DC/DC và DC/AC.

Dien ap nghich luu Uao va dong dien pha ia
80

0.04

Dong dien sau khi qua bo loc

Dong dien (A)

50

Nghiên cứu ảnh hưởng của dòng điện
và điện áp lên thiết bị khi hòa lưới. Và từ
đây có thể phát triển một hệ thống điện mặt
trời công suất lớn, hòa lưới điện mặt trời
vào lưới điện quốc gia, giải quyết vấn đề
thiếu điện trầm trọng như hiện nay.

0

VII.TÀI LIỆU THAM KHẢO

-50
0.02

0.025

0.03
Thoi gian

0.035

[1]

A comparison of two MPPT techniques for
PV system - NAZIH MOUBAYED, ALI ELALI, RACHID OUTBIB

[6]

Artificial intelligence based P&O MPPT
method for photovoltaic systems - B.
Amrouche, M. Belhamel and A. Guessoum

[7]

A Modified MPPT Scheme for Accelerated
Convergence - Michael Sokolov, Doron
Shmilovitz, Member, IEEE

[8]

19.Novel Control Strategy for Grid-Conneted
DC - AC Converters with Load Power Factor
and MPPT Control - Pedro G. Barbosa,Luís
G.B. Rolim , Vladimir V. Wavares, Edson H.
Watanabe and R. Hanitsch

[9]

Renewable and Efficient Electric Power
Systems - Gilbert M. Masters Stanford
University

0.04

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
Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở 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 2016-2017 của Thư viện Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.