Chiến lược tái cấu trúc bao gồm các bước: Bước 1: Đo dòng điện và điện áp từng TPQĐ.
Bước 2: Căn cứ và dòng điện, điện áp ước tính bức xạ mặt trời nhận được bởi từng TPQĐ.
Bước 3: Áp dụng thuật toán cân bằng bức xạ, tìm cấu hình kết nối tối ưu của các TPQĐ.
Bước 4: Kiểm tra cấu hình kết nối mới so với cấu hình kết nối ban đầu. Nếu là cấu hình kết nối ban đầu thì quay lại bước 1. Nếu là cấu hình kết nối mới so với cấu hình ban đầu thì sang bước 5.
Bước 5: Áp dụng thuật toán tìm kiếm phương pháp chuyển mạch tối ưu. Phương pháp chuyển mạch tối ưu là phương pháp sử dụng ít số lần đóng mở khóa nhất, giúp kéo dài tuổi thọ của ma trận chuyển mạch.
Bước 6: Điều khiển ma trận chuyển mạch đóng mở khóa theo phương pháp đã tìm kiếm ở bước 5, có được cấu hình kết nối mới cho hiệu suất làm việc của hệ thống là tốt nhất.
Như vậy, trong chiến lược tái cấu trúc kết nối các TPQĐ bao gồm 2 bài toán chính: Bài toán cân bằng bức xạ và bài toán Lựa chọn phương pháp chuyển mạch tối ưu. Trong các nghiên cứu trước đây [11-15] tác giả đã đề xuất phương pháp bao gồm các thuật toán tìm kiếm cấu hình Cân bằng bức xạ (thuật toán Dynamic Programming và thuật toán SmartChoise), thuật toán lựa chọn phương pháp chuyển mạch tối ưu (thuật toán Munkres Assignment Algorithm và thuật toán MAA cải tiến) nhằm nâng cao hiệu suất làm việc của hệ thống NLMT cho mạch kết nối TCT sử dụng ma trận chuyển mạch DES.
Trong phần tiếp theo, tác giả sẽ trình bày phương pháp cải tiến ma trận chuyển mạch DES mà vẫn đáp ứng đầy đủ yêu cầu của chiến lược tái cấu trúc mà tác giả đã trình bày.
Trên thực tế, trong các hệ thống NLMT hiện nay, các TPQĐ được kết nối cố định, tức là các TPQĐ được kết nối vật lý với nhau với số lượng các TPQĐ nối tiếp hoặc song song cố định theo thiết kế, trong quá trình làm việc không thể thay đổi kết nối, tức là thay đổi vị trí kết nối của các TPQĐ trong mạch kết nối một cách tự động được. Để các TPQĐ có thể thay đổi cấu trúc kết nối một các tự động, cần đến ma trận chuyển mạch DES.
Ma trận chuyển mạch DES (hình 6) đã được đề xuất trong [16] nhằm mục đích thay đổi tùy biến kết nối của hệ thống NLMT, từ một cấu hình mạch kết nối ban đầu, thông qua các thao tác đóng mở khóa sẽ có được mạch kết nối mới với cấu trúc bất kỳ.
Ma trận chuyển mạch bao gồm các khóa đóng mở mạch. Tùy từng điều kiện thực tế, dòng điện, điện áp mà mỗi khóa phải chịu tải để lựa chọn khóa cho phù hợp. Với các hệ thống NLMT nhỏ (1kW) có thể sử dụng module Relay, đối với hệ thống lớn hơn phải sử dụng các Transitor chịu dòng, áp cao như:
• MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effective Transistor): là transistor có cực cổng cách điện, bao gồm kênh dẫn điện DS được kiểm soát bởi cực cổng G cách điện bằng lớp oxide kim loại. Mosfet chịu dòng điện cực đại 1kA, điện áp cực đại 0,3 kV.
• IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor): là là transitor có cực điều khiển bởi điện áp, có khả năng đóng cắt nhanh và chịu tải lớn. IGBT điện áp cao (HVIGBT) khả năng chịu dòng cực đại 1,2 kA, áp cực đại 3,3 kV.
• IGCT (Insulated Gate Control Transistor): IGCT là thiết bị điện tử công suất có khả năng kéo xung dòng điện lớn bằng dòng định mức dãn qua cathode về mạch cổng G để đảm bảo ngắt nhanh dòng điện. Khả năng chịu áp khóa cao đến 6 kV với độ tin cậy cao.
Ví dụ về hoạt động của ma trận chuyển mạch DES trong hình 7:
• Để có được mạch kết nối như hình 7a: Ma trận chuyển mạch hình 7b khóa của TPQĐ số 1 và số 2 đóng ở hàng 1, khóa TPQĐ số 3 và số 4 đóng ở hàng 2, các khóa khác mở ra.
• Để có được mạch kết nối như hình 7c: Ma trận chuyển mạch hình 7d khóa TPQĐ số 1, số 2 và số 3 đóng ở hàng 1, khóa TPQĐ số 4 đóng ở hàng 2, các khóa khác mở ra.
Như vậy, thông qua ma trận chuyển mạch DES, từ mạch kết nối TCT bất kỳ ban đầu có thể thay đổi kết nối thành mạch TCT tổng quát như hình 5.
Ma trận chuyển mạch tổng quát DES tổng quát cho n TPQĐ, tái cấu trúc trong m hàng thể hiện trong hình 8.
Hình 7. Ma trận chuyển mạch Dynamic Electrical Scheme (b-d) tương ứng với cấu hình kết nối (a-c)
Số lượng khóa trong ma trận chuyển mạch DES:
nsDES = 2 x m x n
Hình 8. Ma trận chuyển mạch DES tổng quát cho n tấm pin quang điện, m mạch nối tiếp
3.2. Đề xuất ma trận chuyển mạch Dynamic Electrical Scheme cải tiến (DES)
Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất ma trận chuyển mạch DES cải tiến, như hình 9.
Hình 9. Ma trận chuyển mạch DES cải tiến
Ma trận chuyển mạch DES cải tiến hình 9 được xây dựng với số khóa chuyển mạch chỉ bằng một nửa ma trận chuyển mạch DES thông thường nhưng vẫn đáp ứng tất cả các trường hợp cần thiết của cấu trúc TCT tổng quát nhằm tăng hiệu suất làm việc của hệ thống NLMT trong điều kiện chiếu sáng không đồng nhất. Số khóa chuyển mạch cần sử dụng trong ma trận DES cải tiến:
nsimproveDES = 2 x m x n
Ví dụ hoạt động của ma trận chuyển mạch DES cải tiến (hình 10) tương ứng ví dụ hình 7.
Hình 10. Ma trận chuyển mạch Dynamic Electrical Scheme (b-d) tương ứng với cấu hình kết nối (a-c)
Nhận thấy, mặc dù giảm một nửa số khóa, ma trận chuyển mạch DES vẫn đáp ứng yêu cầu hoạt động của hệ thống trong quá trình tái cấu trúc, chuyển mạch từ cấu trúc ban đầu đến cấu trúc tối ưu.
5. KẾT LUẬN
Trong bài báo này, tác giả đã đề xuất phương pháp cải tiến ma trận chuyển mạch DES, nhằm giảm thiểu số khóa đóng mở mạch trong ma trận DES. Việc cải tiến ma trận chuyển mạch DES giúp giảm chi phí sản xuất, tăng khả năng đáp ứng của hệ thống, giúp tăng tính thực tiễn của chiến lược tái cấu trúc các TPQĐ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Belhachat, F. and C. Larbes, Global maximum power point tracking based on ANFIS approach for PV array configurations under partial shading conditions. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2017. 77.
[2] Bendib, B., H. Belmili, and F. Krimb, A survey of the most used MPPT methods: Conventional and advanced algorithms applied for photovoltaic systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 5/2015. 45.
[3] A.Eltawil, M. and Z. Zhao, MPPT techniques for photovoltaic applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12/2013. 25: p. 793-813.
[4] Veerasamy, B., W. Kitagawa, and T. Takeshita, MPPT method for PV modules using current control-based partial shading detection, in 2014 International Conference on Renewable Energy Research and Application (ICRERA). 2014.
[5] SAADSAOUD, M., a.H. AHmed, and k. salah, Study of Partial Shading Effects on Photovoltaic Arrays with Comprehensive Simulator for Global MPPT control. International Journal of Renewable Energy Research-IJRER, 2016. 6(2).
[6] Choudhury, S. and P.K. Rout, Adaptive Fuzzy Logic based MPPT Control for PV System Under Partial Shading Condition. International Journal of Renewable Energy Research-IJRER, 2015. 5(4).
[7] Chander, S., et al., Impact of temperature on performance of series and parallel connected mono-crystalline silicon solar cells. Energy Reports, 2015. 1: p. 175-180.
[8] Reis, F., et al., Modeling the Effects of Inhomogeneous Irradiation and Temperature Profile on CPV Solar Cell Behavior. IEEE Journal of Photovoltaics, 2015. 5(1): p. 112-122.
[9] Wysocki, J.J. and P. Rappaport, Effect of Temperature on Photovoltaic Solar Energy Conversion. Journal of Applied Physics, 2004. 31(571).
[10] Singh, P., et al., Temperature dependence of I-V characteristics and performance parameters of silicon solar cell. Solar Energy Materials and Solar Cells, 2008. 92(12): p. 1611-1616.
[11] Sanseverino, E.R., et al., Dynamic programming and Munkres algorithm for Optimal Photovoltaic Arrays Reconfiguration. Solar Energy, 12/2015. 122: p. Pages 347-358.
[12] Thanh, N.N., N.P. Quang, and P.T. Cat, Improved control algorithm for increase efficiency of photovoltaic system under non-homogeneous solar irradiance. Special issue control and automation, 2016. 16: p. 12.
[13] Thanh, N.N. and N.P. Quang, Chiến lược tái cấu trúc kết nối các tấm pin năng lượng mặt trời dựa trên phương pháp cân bằng bức xạ. Hội nghị - Triển lãm quốc tế lần thứ 4 về Điều khiển và Tự động hoá - VCCA 2017, 12/2017.
[14] Ngoc, T.N., et al., Increasing efficiency of photovoltaic systems under non-homogeneous solar irradiation using improved Dynamic Programming methods. Solar Energy, 2017. 150: p. 325-334.
[15] Thanh, N.N. and N.P. Quang, Simulation of reconfiguration system using Matlab-Simulink environment. Journal of Computer Science and Cybernetics, 2018. 34.
[16] Romano, P., et al., Optimization of photovoltaic energy production through an efficient switching matrix. Journal of Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, 2013. 1(3): p. 227-236.
