ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

PHAN THỊ THANH VÂN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

PHAN THỊ THANH VÂN

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO NGHỊCH
LƯU NGUỒN QZ TRONG HỆ THỐNG PIN NĂNG
LƯỢNG MẶT TRỜI
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

Đà Nẵng – Năm 2020


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------------

PHAN THỊ THANH VÂN

THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO NGHỊCH LƯU
NGUỒN QZ TRONG HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG
MẶT TRỜI

Chuyên ngành : KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

1.2.2. Cách ghép nối các tấm pin mặt trời........................................................ 9
1.3. Các bộ biến đổi trong hệ thống pin năng lượng mặt trời ........................... 10
1.3.1. Bộ biến đổi DC/DC ................................................................................ 10
1.3.2. Bộ biến đổi DC/AC ................................................................................ 13
1.4. Phương pháp tìm điểm làm việc công suất cực đại (MPPT) ..................... 14
1.5. Kết luận ........................................................................................................... 18
Chương 2 - NGHỊCH LƯU NGUỒN QZ .................................................................. 19
2.1. Giới thiệu nghịch lưu ..................................................................................... 19
2.2. Cấu trúc nghịch lưu nguồn qZ ..................................................................... 21
2.3. Xây dựng mô hình toán học của nghịch lưu nguồn qZ .............................. 22
2.4. Giới thiệu phương pháp điều khiển nghịch lưu nguồn qZ ........................ 25
2.5. Kết luận ........................................................................................................... 26
Chương 3 - XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO
NGHỊCH LƯU NGUỒN QZ ...................................................................................... 27
3.1. Giới thiệu phương pháp điều khiển dự báo ................................................ 27
3.2. Xây dựng thuật toán điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ .......... 31
3.3. Kết luận ........................................................................................................... 37
Chương 4 - MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ...................... 38
4.1. Mô hình hóa hệ thống .................................................................................... 38
4.2. Mô phỏng hệ thống và đánh giá kết quả...................................................... 38
4.2.1. Mô phỏng hệ thống trên Matlab/simulink ........................................... 38
4.2.2. Đánh giá kết quả ................................................................................... 39
4.3. Kết luận ........................................................................................................... 51
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 52
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................. 53
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) ................................. 56
PHỤ LỤC .............................................................................................................. 57


THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN DỰ BÁO CHO NGHỊCH LƯU NGUỒN QZ

for qZSI. However, it provides a low dynamic response and its performances depend on the
quality of the internal current controller. Another disadvantage of this method is the behavior
of non-minimum phase phenomenon in the DC side, leading to an instability of the whole
system. The finite control set model predictive control (FCS-MPC) presents advantages such
as its concept simplicity (without cascaded control loop structure and modulation block) and
easy inclusion of nonlinearities and constraints. In this research, the cost function for qZSI
consists of load current, inductor current, and a capacitor voltage. Then, its minimization is
carried out to obtain the best switching state which is implemented to the inverters.
Simulation analyses were performed in a Matlab/Simulink environment with different
operating conditions of the system to validate the effectiveness and feasibility of the proposed
method.
Key word – Photovoltaic, Quasi-Z-source inverter (qZSI), Model predictive control (MPC),
Finite control set-model predictive control (FCS-MPC), cost function.


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CÁC KÝ HIỆU:
v
Điện áp tức thời (V)
i
Dòng điện tức thời (A)
V
Giá trị hiệu dụng của điện áp (V)
I
Giá trị hiệu dụng của dòng điện (A)
P
Công suất (W)
d
Tỷ số điều chế “ngắn mạch” ở ZSI/qZSI
D

Giá trị đầu vào
o
Giá trị đầu ra
a, b, c
Các pha đầu ra của bộ nghịch lưu
ref
Giá trị tham chiếu
pv
Giá trị điện áp hoặc dòng của nguồn PV
C
Điện dung
L
Điện kháng
mpp
Giá trị cực đại của điện áp hoặc dòng tại nguồn PV
min, max
Giá trị cực tiểu, giá trị cực đại
pk
Giá trị đỉnh
CÁC CHỮ VIẾT TẮT:
AC
Dòng điện xoay chiều (alternate current)
CSI
Nghịch lưu nguồn dòng (current source inverter)
DC
Dòng điện một chiều (direct current)
EMI
Nhiễu điện từ (electromagnetic interference)
I&C
Thuật thoán dẫn điện gia tăng (Incremental and conductance)

DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

2.1

So sánh phần tử thụ động của bộ biến đổi có công suất
50kW ứng dụng cho Fuel cell
Bảng vectơ điện áp đầu ra ở mỗi trạng thái chuyển
mạch của qZSI
Bảng trạng thái chuyển mạch được tạo ra bởi qZSI
So sánh sức mạnh tính toán giữa 2 thuật toán FCS-MPC
Thông số cho mô phỏng nghịch lưu nguồn qZ với tải
RL có điện áp ngõ vào Vin thay đổi [24]
Thông số cho mô phỏng nghịch lưu nguồn qZ với tải
RL thay đổi [24]
Thông số cho mô phỏng nghịch lưu nguồn qZ của hệ
thống PV được kết nối lưới [24]

20

2.2
2.3
3.1
4.1
4.2
4.3

1.19
1.20
1.21
1.22
2.1
2.2
2.3

Tên hình

Trang

Hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới
Cấu tạo của pin mặt trời
Sơ đồ tương đương của pin mặt trời
Sơ đồ mạch ngoài của pin mặt trời khi hở mạch
Sơ đồ mạch ngoài của pin mặt trời khi ngắn mạch
Đường đặc tính làm việc V – I của pin mặt trời
Đường cong đặc trưng V - I của pin mặt trời phụ thuộc
vào cường độ bức xạ mặt trời
Đường cong đặc tính V - I của pin mặt trời phụ thuộc
vào nhiệt độ của pin
Sơ đồ mắc nối tiếp các tấm pin mặt trời
Sơ đồ mắc song song các tấm pin mặt trời.
Sơ đồ hệ thống các tấm pin năng lượng mặt trời kết nối
kết hợp song song và nối tiếp
Sơ đồ nguyên lý mạch giảm áp Buck
Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp Boost
Sơ đồ nguyên lý mạch Buck - Boost
Mạch điện cơ bản của hệ thống nghịch lưu

10
11
12
12
13
14
15
15
16
17
17
18
19
20
21


2.4
2.5
2.6
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8
4.1
4.2

Kết quả mô phỏng phía AC của qZSI ở trường hợp 2
Phân tích Fourier của dòng điện tải với công suất đầu ra
P = 500W
Đáp ứng động học của dòng điện tải
Phân tích Fourier của dòng điện tải với công suất đầu ra
P = 1 kW
Đặc tính của dòng điện trên cuộn cảm, điện áp trên tụ
điện và điện áp đầu vào
Điện áp sau mạch LC
Điện áp dây đầu ra mạch nghịch lưu

22
22
24
27
29
30
31
32
33
35
36
38
40
42
42
44
46
46
48

biến đổi điện tử công suất, cho phép điện áp đầu ra mong muốn khi điện áp sơ cấp đầu
vào thay đổi, phù hợp với đặc điểm làm việc của hệ thống phát điện phân tán. Nó cung
cấp tăng điện áp cao hơn và loại bỏ được sự chồng chéo giữa các van chuyển đổi
nghịch lưu và biến dạng dòng đầu ra do sự xuất hiện của thời gian chết. Tuy nhiên có
nhược điểm là dòng đầu vào không liên tục và điện áp đặt trên các tụ điện luôn cao
Nghịch lưu nguồn Quasi-Z (Quasi-Z-Source Inverter - qZSI) được gọi là bản
cải tiến của ZSI. Mang đến sự lựa chọn tốt hơn với dòng đầu vào liên tục và điện áp
thấp hơn trên các tụ của nó khi vẫn duy trì khả năng giống như ZSI với cùng thành
phần gốc. Bởi vì cấu trúc này nên nó dễ dàng hơn trong việc thực hiện lưu trữ pin. Có
rất nhiều phương pháp để điều khiển nghịch lưu nguồn qZ như bộ điều khiển PI đã
được sử dụng rộng rãi cho qZSI nhưng PI vẫn có một số hạn chế như tính phi tuyến
của hệ thống. Trong các phương pháp điều khiển hiện hành đối với hệ phi tuyến,
phương pháp điều khiển dự báo (MPC - Model Prediction Control) được coi là một
phương pháp điều khiển thay thế và mạnh mẽ cho các ứng dụng điện tử công suất.
Những kết quả nghiên cứu trước đây đã cho thấy MPC điều khiển hiệu quả và có độ
tin cậy cao. Vì vậy việc nghiên cứu và ứng dụng phương pháp điều khiển dự báo trong
hệ thống pin năng lượng mặt trời là một giải pháp quan trọng và có ý nghĩa thực tiễn.
Đây chính là bối cảnh và động lực để học viên chọn đề tài “Thiết kế bộ điều
khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ trong hệ thống pin năng lượng mặt trời” cho
luận văn tốt nghiệp của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận văn này là:
- Xây dựng cấu trúc nghịch lưu nguồn qZ cho hệ thống pin năng lượng mặt
trời (Photovoltaic - PV).


2
- Xây dựng mô hình toán học của nghịch lưu nguồn qZ.
- Thiết kế bộ điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ trong hệ thống pin
năng lượng mặt trời.

- Chương 2: Nghịch lưu nguồn qZ. Chương này trình bày cấu trúc mạch lực và
mô hình toán học của nghịch lưu nguồn qZ cho hệ thống pin năng lượng mặt
trời, giới thiệu các phương pháp điều khiển nghịch lưu nguồn qZ hiện nay.
- Chương 3: Xây dựng thuật toán điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ.
Giới thiệu về các phương pháp điều khiển dự báo, đưa ra cấu trúc và nguyên
lý làm việc của phương pháp điều khiển dự báo FCS - MPC, xây dựng thuật
toán điều khiển dự báo cho nghịch lưu nguồn qZ.
- Chương 4: Mô phỏng hệ thống và đánh giá kết quả. Trên cơ sở lý luận đã đề
xuất ở chương 2 và chương 3, để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý
thuyết, chương này trình bày thiết kế mô hình hóa hệ thống, thực hiện mô
phỏng hệ thống trên phần mềm Matlab/Simulink và đánh giá kết quả.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG PIN NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI
1.1. Cấu trúc hệ thống pin năng lượng mặt trời
Hệ thống pin năng lượng mặt trời chuyển đổi năng lượng thu được từ ánh sáng
mặt trời thành dạng năng lượng điện có thể sử dụng được. Điều này đòi hỏi cần có một
bộ chuyển đổi công suất giữa hai giai đoạn như Hình 1.1. Giai đoạn chuyển đổi DCDC là nơi đầu ra điện áp pin mặt trời (PV) được điều chỉnh theo mức yêu cầu nhất
định. Sau đó, trước khi năng lượng được hòa vào lưới, tải cần có sự chuyển đổi công
suất từ dạng điện áp một chiều sang xoay chiều (DC - AC), được thực hiện ở bộ
chuyển đổi nghịch lưu. Một kho tụ một chiều (DC bus) có vai trò đảm bảo sự cân bằng
năng lượng giữa nguồn và tải; có thể có hoặc không có khâu lưu trữ năng lượng tại bus
DC này tùy thuộc vào tính chất của phụ tải. Khâu lưu trữ năng lượng là nơi lưu giữ
năng lượng tạm thời và sử dụng khi cần đến.

Bộ lọc
Đầu

1. Điều khiển bộ DC-DC
2. Điều khiển bộ DC-AC
3. Điều khiển bộ lưu trữ pin

Hình 1.1: Hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới
Các tiêu chí trong thiết kế hệ thống pin năng lượng mặt trời nối lưới như sau:
- Thứ nhất, hệ thống có khả năng phân phối điện hiệu quả, trong đó đề cập khả
năng của hệ thống để đảm bảo năng lượng thu được từ nguồn năng lượng mặt
trời chuyển thành điện được sử dụng ở mức tải cao nhất có thể. Điều này có thể
thực hiện qua việc giảm các giai đoạn chuyển đổi, sử dụng ít thành phần liên
quan từ điện áp và dòng điện gây ra ảnh hưởng tới tổn thất công suất. Thực tế là
các nhu cầu năng lượng mà có nhiều giai đoạn chuyển đổi và dài càng dễ bị mất
điện, nhiễu hoặc bị biến dạng lúc vận hành.
- Thứ hai, hệ thống có khả năng lưu trữ năng lượng tốt, có nghĩa là hệ thống có
thể được sử dụng hoàn toàn không chỉ trong những lúc bức xạ mặt trời đủ để
chuyển đổi năng lượng như ban ngày mà còn có thể hoạt động vào ban đêm
hoặc khi mặt trời thấp, mưa gió, thời tiết xấu… khi không thể chuyển đổi trực
tiếp năng lượng từ hệ thống PV. Việc sử dụng pin là thiết bị lưu trữ với thông
số nạp/xả theo yêu cầu hệ thống, cần phải có khả năng xử lý linh hoạt chế độ
nạp/xả và có thể điều khiển cũng như quản lý lưu lượng trong hệ thống nghịch
lưu. Lưới điện có khả năng không những cung cấp điện cho lưới điện và tải từ


4
nguồn PV và pin mà còn cung cấp công suất lại tải hoặc nạp pin khi nguồn điện
từ PV bị hạn chế hoặc hoàn toàn không có sẵn.
- Cuối cùng, điều quan trọng là phải đảm bảo rằng công suất được cung cấp bởi
hệ thống chuyển đổi theo tiêu chuẩn kết nối và đảm bảo sự tiện ích nhất như về
hệ số công suất, dung lượng điều hòa…Tiêu chuẩn được xem xét đến ở đây
được nêu trong “Nối lưới AS4447 của hệ thống năng lượng thông qua nghịch

Hình 1.2: Cấu tạo của pin mặt trời
Cấu tạo pin năng lượng mặt trời rất độc đáo với nhiều thành phần phức tạp, tuy
nhiên hiện nay thiết bị này được làm chủ yếu từ các silicon dạng tinh thể với 3 loại pin
phổ biến được sử dụng nhiều gồm:


5
- Pin năng lượng mặt trời đơn tinh thể (Mono): được cắt trực tiếp từ các khối
tinh thể silicon hình ống cho hiệu suất chuyển đổi cao nhất (lên đến 16%).
Do đó đây là loại pin năng lượng mặt trời đắt tiền nhất hiện nay.
- Pin năng lượng mặt trời đa tinh thể (Poly): được làm từ silicon nung chảy và
phủ thành lớp liền nhau không chia khối như đơn tinh thể. Hiệu suất chuyển
đổi của loại pin này thấp hơn pin đơn tinh thể, tuy nhiên mật độ phủ lại cao
hơn tấm Mono trong cùng một diện tích nên nó có thể bù lại về sản lượng
điện được sinh ra.
- Pin năng lượng mặt trời dạng mỏng (Thin-film): được tạo từ những miếng
phim rất mỏng từ chất liệu silicon nóng chảy có cấu trúc đa tinh thể, nó bỏ
qua thao tác cắt thỏi silicon nên cho hiệu suất thấp nhất. Đó cũng là lý do
khiến loại pin này có giá cả mềm nhất so với hai loại pin Mono và Poly, nên
nó được sử dụng phổ biến bởi phù hợp với túi tiền của nhiều người.
Hiệu suất thu được điện năng từ pin mặt trời ở các vùng miền vào các giờ trong
ngày là khác nhau, do bức xạ mặt trời trên bề mặt trái đất không đồng đều nhau. Hiệu
suất của pin mặt trời phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
- Chất liệu bán dẫn làm pin,
- Vị trí đặt các tấm panel mặt trời,
- Thời tiết khí hậu, mùa trong năm,
- Thời gian trong ngày: sáng, trưa, chiều…
Trong một ngày nắng, mặt trời cung cấp khoảng 1 kW/m²/1 giờ đến mặt đất
(khi mặt trời đứng bóng và quang mây) thì mỗi giờ mỗi kWp pin mặt trời sẽ cho ra gần
1kWh điện, trung bình mỗi ngày có từ 4-5 giờ như vậy. Công suất của một hệ thống

I  I SC  I 01. e
 1 
RSh



(1.1)

Trong đó:
- I SC là dòng quang điện (dòng ngắn mạch khi không có Rs và Rsh) (A/m2),
- I 01 là dòng bão hòa (A/m2),
- q là điện tích của điện tử = 1,6.10-19 (C),
- k là hệ số Boltzman = 1,38.10-23(J/k),
- T là nhiệt độ (K),
- I, V, Rs, Rsh lần lượt là dòng điện ra, điện áp ra, điện trở nối tiếp và song song
của pin trong mạch tương đương ở Hình 1.3.
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.

Hình 1.4: Sơ đồ mạch ngoài của pin mặt trời khi hở mạch
Dòng ngắn mạch I SC là dòng điện trong mạch của pin mặt trời khi làm ngắn
mạch ngoài (chập các cực ra của pin). Lúc đó hiệu điện thế mạch ngoài của pin bằng
V=0.

Hình 1.5: Sơ đồ mạch ngoài của pin mặt trời khi ngắn mạch


7
Đặc tính làm việc của pin mặt trời thể hiện qua hai thông số là điện áp hở mạch
lớn nhất VOC lúc dòng ra bằng 0 và dòng điện ngắn mạch I SC khi điện áp ra bằng 0.

tiếp.

Hình 1.9: Sơ đồ mắc nối tiếp các tấm pin mặt trời
- Ghép song song các tấm module lại sẽ cho dòng điện ra lớn hơn: Dòng ngắn
mạch của hệ thống sẽ bằng tổng dòng ngắn mạch của tất cả tấm pin mặt trời
trong hệ thống, áp hở mạch của hệ thống bằng áp hở mạch của một tấm khi mắc
song song.


9

Hình 1.10: Sơ đồ mắc song song các tấm pin mặt trời
- Hệ thống kết nối kết hợp song song và nối tiếp: Sử dụng phương thức kết nối
hệ thống kết hợp song song và nối tiếp trong hệ thống các tấm pin năng
lượng mặt trời, điều này sẽ làm tăng điện áp lẫn dòng điện được sinh ra. Ví
dụ: kết nối hệ thống 4 tấm pin năng lượng mặt trời có điện áp 12V và dòng
điện 4A theo như Hình 1.11 sẽ sản sinh ra hệ thống có điện áp 24V và dòng
điện 8A.

Hình 1.11: Sơ đồ hệ thống các tấm pin năng lượng mặt trời kết nối kết hợp song song
và nối tiếp
1.3. Các bộ biến đổi trong hệ thống pin năng lượng mặt trời
1.3.1. Bộ biến đổi DC/DC
Bộ biến đổi DC/DC được sử dụng rộng rãi trong nguồn điện 1 chiều với mục
đích chuyển đổi nguồn một chiều không ổn định thành nguồn điện một chiều có thể


10
điều khiển được. Trong hệ thống pin mặt trời, bộ biến đổi DC/DC được kết hợp chặt
chẽ với MPPT. MPPT sử dụng bộ biến đổi DC/DC để điều chỉnh nguồn điện áp vào

 Ton. f c
T

(1.3)

Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý mạch giảm áp Buck
+ Điện áp ra được xác định theo công thức (1.4):

Vout  Vin .D

(1.4)
+ Công thức trên cho thấy điện áp ra có thể điều khiển được bằng cách điều
khiển hệ số làm việc D thông qua một mạch vòng hồi tiếp lấy giá trị dòng điện
nạp ắc quy làm chuẩn. Hệ số làm việc được điều khiển bằng cách phương pháp
điều chỉnh độ rộng xung thời gian mở Ton. Do đó, bộ biến đổi này còn được biết
đến như là bộ điều chế xung PWM.


11
+ Trong 3 loại bộ biến đổi DC/DC trên, bộ Buck được sử dụng nhiều trong hệ
thống pin mặt trời nhất vì nhiều ưu điểm phù hợp với các đặc điểm của hệ pin
mặt trời.
- Mạch Boost:

Hình 1.13: Sơ đồ nguyên lý mạch tăng áp Boost
+ Với hệ số làm việc D của khóa K, điện áp ra được tính theo Công thức (1.5):
Vout 

Vin
1 D

 Khi D < 0.5 thì Vin > Vout
 Khi D > 0.5 thì Vin < Vout
Nhận xét: Như vậy nguyên tắc điều khiển điện áp ra của các bộ biến đổi trên
đều bằng cách điều chỉnh tần số đóng mở khóa K. Việc sử dụng bộ biến đổi nào trong


12
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 phần sau.
1.3.2. Bộ biến đổi DC/AC
Bộ biến đổi DC/AC (hay còn gọi là bộ nghịch lưu): có nhiệm vụ nhận dòng
điện 1 chiều từ pin mặt trời sau đó biến đổi từ dòng điện một chiều sang dòng điện
xoay chiều. Dòng điện xoay chiều này có tần số phù hợp với hệ thống điện lưới của
nhà nước và sẽ cung cấp điện trực tiếp cho các tải tiêu thụ điện hàng ngày.
Bộ nghịch lưu được phân loại như sau:
- Theo dạng nguồn:
 Bộ nghịch lưu nguồn áp (áp nguồn DC không phụ thuộc vào tải),
 Bộ nghịch lưu nguồn dòng (dòng nguồn DC không thay đổi nhanh).
- Theo số pha:
 Bộ nghịch lưu một pha,
 Bộ nghịch lưu ba pha.
Luận văn này tập trung nghiên cứu về nghịch lưu ba pha nên ở đây chỉ đề cập
đến sơ đồ mạch lực nghịch lưu ba pha bao gồm ba cặp IGBT như ở Hình 1.15. Ba van
chuyển đổi trên được kích hoạt bằng cách sử dụng ba xung PWM được tạo ra và các
công tắc chuyển phía dưới được bật khi cho phép dùng bổ sung ba xung PWM tạo ra.

Hình 1.15: Mạch điện cơ bản của hệ thống nghịch lưu
Giả sử các van chuyển đổi được điểu khiển bằng cách chuyển đổi các biến a, a ,
b, b , c, c và tại thời điểm a = b = c = 1, sau đó a  b  c  0 và ngược lại. Vì thế, ở

Bộ điều khiển MPPT có thể là bộ điều khiển tương tự truyền thống. Tuy nhiên,
việc sử dụng bộ điều khiển số đang ngày càng thịnh hành vì nó có nhiều ưu điểm hơn
bộ điều khiển tương tự. Thứ nhất là, bộ điều khiển số có thể lập trình được vì vậy khả
năng thực hiện các thuật toán cao cấp sẽ dễ dàng hơn. Mặt khác bộ điều khiển số
không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi về nhiệt độ và thời gian vì bộ này hoạt động rời
rạc, bên ngoài các thành phần tuyến tính. Vì vậy, bộ điều khiển số có trạng thái ổn
định lâu hơn. Không chỉ có vậy, bộ điều khiển MPPT số không phụ thuộc vào dung sai
của các bộ phận khác vì nó thực hiện thuật toán ở phần mềm, nơi mà các thông số có
thể được giữ ổn định hoặc thay đổi được. Bộ điều khiển loại này cho phép giảm số
lượng thành phần vì nó chỉ dùng một chíp đơn để làm nhiều nhiệm vụ khác nhau.
Nhiều bộ điều khiển số được trang bị thêm bộ biến đổi A/D nhiều lần và nguồn tạo
xung PWM, vì vậy nó có thể điều khiển được nhiều thiết bị chỉ với một bộ điều khiển
đơn lẻ.
Phương pháp điều khiển MPPT được mô tả như sau: Pin quang điện (PV) có
đặc tính phi tuyến như trong Hình 1.16.

Hình 1.16: Đường cong đặc tính I – V và P - V hệ thống pin mặt trời


14
Trên Hình 1.16 chúng ta thấy có một điểm gọi là điểm công suất cực đại (MPPmaximum power point), là điểm mà khi hệ thống hoạt động tại điểm đó thì công suất
ra của PV là lớn nhất. Các yếu tố về thời tiết ảnh hưởng rất lớn tới hoạt động của PV.
Trong đó, nhiệt độ và cường độ bức xạ mặt trời là những yếu tố tiêu biểu ảnh hưởng
mạnh nhất tới đặc tính I-V dẫn tới sự thay đổi vị trí MPP của PV. Giả sử tải là một
điện trở, ta có đường đặc tính làm việc sau:

Hình 1.17: Những đường cong đặc tính I – V và đặc tính tải khi cường độ bức xạ thay
đổi
Để tải hoạt động ở chế độ maximum công suất PV, ta cần sử dụng bộ chuyển
đổi DC – DC linh kiện đóng cắt có thể là BJT, MOSFET, IGBT… để thay đổi điện áp

lược để xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất phổ biến cho pin mặt trời hiện
nay với đặc tính và sơ đồ khối điều khiển chỉ ra trong Hình 1.19.

(a)
(b)
Hình 1.19: (a). Đặc tính công suất Ppv (vpv) (b). Sơ đồ khối điều khiển
(ii) Đại lượng điều khiển là dòng ra pin mặt trời: Do có mối quan hệ Ppv (ipv)
nên công suất Ppv thay đổi tương ứng với các giá trị dòng điện ipv. Nếu xác định giá trị
lớn nhất tại công suất lớn nhất max (Ppv) và giá trị dòng điện này giữ ổn định nhờ bộ
điều khiển Ri, thì công suất sẽ được duy trì tại điểm làm việc này như Hình 1.20. Tuy
nhiên, phương pháp này có nhược điểm, do có độ dốc lớn đường đặc tính phía bên
phải nên chỉ với sự thay đổi nhỏ dòng điện ipv dẫn đến thay đổi mạnh về công suất,
điểu sẽ gặp nhiều khó khăn khi tính toán với điện áp thay đổi. Do đó chiến lược này ít
được sử dụng trong thực tế để xác định điểm làm việc có công suất lớn nhất.