Tóm tắt Luận án Nghiên cứu và phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH 
NHỮ KHẢI HOÀN 
NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG 
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI 
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa 
Mã số: 9520216 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
TP. HỒ CHÍ MINH – 2019 
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Giao Thông Vận Tải 
Thành Phố Hồ Chí Minh 
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. ĐỒNG VĂN HƯỚNG 
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. PHẠM CÔNG THÀNH 
Phản biện 1:................................................................................................... .... 
Phản biện 2: ...................................................................................................... 
Phản biện 3: ...................................................................................................... 
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường tại: 
Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh 
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 
- Thư viện Trường Đại học Giao Thông Vận Tải Thành Phố Hồ Chí Minh. 
1 
CHƯƠNG 1 
GIỚI THIỆU 
 1.1 Lý do chọn đề tài 
Năng lượng mặt trời (NLMT) được biết đến như là một nguồn năng 
lượng xanh và vô tận. Trong thế kỷ 21, NLMT ngày càng trở nên là một trong 
những nguồn năng lượng quan trọng nhất của con người [1, 110]. So với các 
nguồn năng lượng khác như thủy điện, phong điện, nhiệt điện, điện hạt 
nhân NLMT có đặc điểm: không ô nhiễm về môi trường, độ an toàn cao, 
nguồn năng lượng vô tận, có thể phân bố mọi nơi trong mọi dải công suất (từ 
vài chục W đến hàng trăm MW). Nếu như 0.1% năng lượng mặt trời trên diện 
tích toàn cầu được chuyển hóa thành điện năng với hiệu suất 5%, mỗi năm 
ước tính có thể đạt được 5.6×1012 kWh, tương đương với 40 lần năng điện 
hiện tại trên toàn cầu [1, 2]. 
Nhằm đẩy mạnh khai thác và sử dụng có hiệu quả nguồn năng lượng 
Mặt Trời, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 11/2017/QĐ-TTg 
về cơ chế khuyến khích phát triển các dự án điện Mặt Trời tại Việt Nam. Đây 
được coi là hướng mở, “cú huých” phát triển nguồn năng lượng này. 
Chính vì vậy việc nghiên cứu và phát triển hệ thống năng lượng điện 
mặt trời là một việc hết sức cần thiết và cấp bách hiện nay. Trải qua nhiều 
năm nghiên cứu, hệ thống NLMT ngày càng hoàn thiện. Có thể thấy một số 
xu hướng chính trong nghiên cứu phát triển hệ NLMT như: nâng cao hiệu 
suất quang - điện, xây dựng hệ thống công suất lớn, thiết lập hệ thống mạng 
điện song song an toàn Trong tương lai nguồn NLMT sẽ trở thành nguồn 
năng lượng chính bổ sung cho những nguồn năng lượng đang dần cạn kiệt 
như: than, dầu khí, nước. 
1.2 Mục tiêu và nội dung thực hiện luận án 
Mục tiêu của luận án là nghiên cứu thiết kế tối ưu về công suất cho 
một hệ thống năng lượng điện mặt trời, làm cho hệ thống làm việc đạt hiệu 
suất cao. Trên cơ sở đó nội dung của chương trình nghiên cứu như sau: 
 Tìm hiểu tổng quan về hệ thống năng lượng điện mặt trời. 
 Xây dựng mô hình hệ thống năng lượng điện mặt trời bao gồm các 
thành phần trong hệ thống như: PV cell, bộ DC/DC converter, các bộ biến 
tần SVPWM, hệ thống đo lường và điều khiển 
 Nghiên cứu đưa ra thuật toán-giải pháp mới để điều khiển thu nhận 
công suất solar cực đại (MPPT- Maximum Power Point Tracking) 
 Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống trên máy tính. 
2 
 Thiết kế mô hình hệ thống NLMT điều khiển tự động hòa lưới có 
kiểm soát và giám sát, hệ thống bao gồm: bộ boost điện áp DC, bộ biến tần 
SVPWM, board điều khiển, thuật toán điều chế biến tần-điều khiển và giám 
sát hệ thống 
1.3 Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 
Đối tượng nghiên cứu là hệ thống năng lượng điện mặt trời. Để thực 
hiện mục tiêu đề ra tác giả đã thực hiện các công đoạn chính: nghiên cứu lý 
thuyết về hệ thống năng lượng điện mặt trời, nghiên cứu các thuật toán để 
giải quyết các bài toán tối ưu công suất trong các hệ thống điện mặt trời từ đó 
đưa ra các thuật toán mới để phát triển hệ thống theo hướng tối ưu hơn, tiến 
hành mô phỏng hệ thống năng lượng điện mặt trời trên phần mềm Matlab, 
sau cùng là thực hiện thiết kế một hệ thống thực nối lưới. 
Phương pháp nghiên cứu gồm : nghiên cứu tài liệu , mô hình hóa, phân 
tích đánh giá và thực nghiệm. 
1.4 Điểm mới của luận án 
Nghiên cứu và đề xuất các cải tiến phát triển cho thuật toán INC áp 
dụng trong điều khiển MPPT của hệ thống PV để hệ thống tìm điểm công 
suất cực đại hội tụ nhanh hơn, dao động quanh điểm công suất cực đại hẹp và 
ít hơn; giảm thiểu được hao tổn công suất phát do dao động quanh điểm công 
suất cực đại, hiệu suất cao hơn. 
Nghiên cứu và đề xuất áp dụng thuật toán mới, thuật toán tối ưu bày 
đàn vi phân (DPSO) và thuật toán tối ưu bày đàn nhiễu loại (PPSO) áp dụng 
trong bộ điều khiển MPPT để cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống PV. 
Kỹ thuật điều khiển MPPT dựa trên thuật toán DPSO và PPSO đã được thử 
nghiệm thành công trên mô hình hệ thống. Hơn nữa, những kết quả này được 
so sánh với kết quả thu được từ các bộ MPPT áp dụng thuật toán truyền thống, 
để chứng minh khả năng loại bỏ được các nhược điểm khi áp dụng thuật toán 
truyền thống cho các bộ điều khiển MPPT của hệ thống PV. 
Nghiên cứu chế tạo thiết bị thực nghiệm hệ thống năng lượng điện mặt 
trời nối lưới. Hệ thống chạy ổn định ngoài việc cho phép thực nghiệm về hệ 
thống năng lượng điện mặt trời hệ thống còn được sử dụng với mục đích 
nghiên cứu và phát triển dự án lập trình điều khiển ứng dụng về các nghiên 
cứu phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời. 
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 
- Về mặt khoa học: Nghiên cứu và đề xuất các thuật toán áp dụng cho bộ 
điều khiển MPPT của hệ thống năng lượng mặt trời nhằm cải thiện sự hoạt 
động của hệ thống làm cho hệ thống đạt hiệu suất tốt hơn. 
3 
- Về mặt thực tiễn: Kiểm chứng khả năng ứng dụng thực tế của các giải 
thuật đề xuất cho bộ điều khiển MPPT của hệ thống PV bằng công cụ phần 
mềm và hệ thống thực nghiệm. 
1.6 Bố cục của luận án 
Bố cục của luận án bao gồm 6 chương như sau: 
Chương 1: Giới thiệu 
Chương 2: Tổng quan về hệ thống năng lượng điện mặt trời 
Chương 3 : Nghiên cứu phát triển bộ điều khiển bám điểm công suất cực đại 
của hệ thống điện mặt trời 
Chương 4 : Mô phỏng kiểm chứng các thuật toán MPPT phát triển cho hệ 
thống năng lượng điện mặt trời 
Chương 5: Thiết kế chế tạo hệ thống thực nghiệm năng lượng điện mặt trời 
Chương 6 : Kết luận và phương hướng phát triển 
CHƯƠNG 2 
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI 
1.1 Tổng quan chung về hệ thống NLMT 
Hệ thống PV là hệ thống dùng để thu thập, chuyển đổi năng lượng mặt 
trời thành năng lượng điện DC hoặc AC theo nhu cầu sử dụng. Hệ thống PV 
đa dạng tùy theo yêu cầu thực tiễn để có cấu trúc phù hợp, nhưng được chia 
thành các dạng chính hệ thống kết nối lưới, hệ thống độc lập và hệ thống lai. 
2.1.1. Hệ thống điện NLMT nối lưới 
Hệ thống năng lượng mặt trời ghép nối với lưới điện thực chất là một 
loại hệ thống phát điện phân bố trong lưới điện. Cấu trúc hệ thống NLMT có 
khá nhiều dạng, tuy nhiên trên thực tế phổ biến thông thường có hai dạng cấu 
trúc: dạng cấu trúc đơn cấp và cấu trúc lưỡng cấp. 
Hình 2.1. Sơ đồ hệ thống PV đơn cấp 
SCR, 
TRIAC
Hòa lưới
SVPWM 
inverter
Lưới 
điện
Controller
Microcontroller
Phụ tải
6 PWMV, I
1 phase
3 phase
PV panel
ON/OFF
U,I. phase, frequency
4 
Hình 2.2. Hệ thống PV lưỡng cấp 
2.1.2 Hệ thống điện NLMT độc lập 
Hệ thống PV độc lập không kết nối với lưới điện có sơ đồ cấu trúc 
được mô tả như hình 2.3. Năng lượng mặt trời được biến đổi thành năng 
lượng điện DC lưu trữ ở acquy hoặc dùng cho tải DC, đối với tải AC thì phải 
qua biến tần để chuyển đổi DC/AC. Ưu điểm của hệ thống này là xây dựng ở 
những nơi điện lưới không thể phục vụ được như vùng sâu vùng xa hoặc là 
biển đảo đáp ứng nhu cầu dân sinh, sản suất tại các khu vực này. 
Hình 2.3. Sơ đồ khối hệ thống PV độc lập 
2.1.3 Một số hệ thống điện NLMT khác 
Hệ thống PV nối lưới có dự trữ: hệ thống này cũng tương tự như hệ 
thống PV nối lưới nhưng có thêm acquy để lưu trữ điện. Để đảm bảo việc 
cung cấp điện liên tục ngay cả khi điện lưới bị mất vào ban đêm. Hệ thống 
được ứng dụng cho những tải yêu cầu cung cấp điện liên tục. 
Hệ thống PV độc lập không dự trữ : hệ thống này hoàn toàn phụ thuộc 
vào năng lượng ánh sáng mặt trời. Bức xạ mặt trời càng lớn thì công suất tạo 
ra càng lớn, năng lượng điện tạo ra được sử dụng tức thời. Hệ thống này 
thường ứng dụng cho bơm nước, quạt thông gió 
Hệ thống PV độc lập hỗn hợp: tương tự như hệ thống PV độc lập 
nhưng hệ thống được bổ sung thêm một máy phát cỡ nhỏ để cấp nguồn cho 
hệ thống. Ưu điểm của hệ thống này là công suất hệ thống PV có thể nhỏ hơn 
SCR, 
TRIAC
Hòa 
lưới
DC/AC
SVPWM 
inverter
Lưới điện
MPPT Controller, SVPWM 
Microcontroller
Phụ tải
6
 P
W
M
V, I
1 phase
3 phase
PV panel
ON/OFF
U,I. phase, frequency
DC/DC
Buck-boost
converter
Filter
P
W
M
U
,I
. 
p
h
a
se
, 
fr
e
q
u
e
n
cy
Bộ biến đổi
DC/DC
Solar Panel
Biến tần
Acquy
Tải
DC
Tải
AC
5 
công suất tính toán ở điều kiện ánh sáng yếu nhất trong năm. Hệ thống sẽ sử 
dụng máy phát dự phòng để bù vào lượng công suất còn thiếu khi điều kiện 
bức xạ mặt trời yếu để đảm bảo cung cấp cho tải sử dụng. 
2.2 Đường đặc tuyến của pin quang điện 
Mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp của tế bào quang điện: 
𝐼 = 𝐼𝑆𝐶 − 𝐼0 [𝑒
𝑞𝑉𝑑
𝑛𝐾𝑇 − 1] (2.1) 
Đặc tuyến I – V của pin quang điện là đường cong được biểu diễn theo 
công thức (2.1), với bất kiều điều kiện nào thì pin quang điện cũng chỉ có một 
điểm hoạt động mà tại đó giá trị điện áp và dòng điện có thể cho công suất 
cực đại. Công suất được cho bởi công thức P = I*V. Với hai đường cong P – 
V và I – V ta đều thu được một điểm hoạt động giống nhau như hình 2.4. 
Công suất một tế bào quang điện thì rất bé, để tăng công suất đầu ra 
của hệ thống, các tế bào quang điện được ghép nối tiếp hoặc song song để tạo 
thành modul PV [5]. Dòng điện ra của modul được tính theo công thức (2.2) 
[6,7]. 
𝐼 = 𝑁𝑝𝐼𝑆𝐶 − 𝑁𝑝𝐼0 [𝑒
𝑞(𝑉+𝐼𝑅𝑠)
𝑛𝐾𝑇𝑁𝑠 − 1] − 𝑁𝑝
𝑉 + 𝐼𝑅𝑠
𝑁𝑠𝑅𝑃
 (2.2) 
Trong đó: Ns và Np: lần lượt là số lượng tế bào quang điện mắc nối tiếp và 
song song. 
C
Ô
N
G
 S
U
Ấ
T
 (
W
)
a) b) 
Hình 2.4. a) Đường đặc tuyến I – V , b) Đường đặc tuyến P – V 
2.2 Những yếu tố trọng tâm nghiên cứu phát triển trong hệ thống điện 
NLMT 
Một số điểm chính trong các nghiên cứu phát triển các hệ thống điện 
NLMT hiện nay là [7- 47] : 
 Cải tiến nâng cao hiệu suất quang-điện (Công nghệ chế tạo pin PV 
hiện nay mới cho phép hiệu suất quang - điện đạt 15%-18% ) 
6 
 Sử dụng các kỹ thuật điều khiển thông minh để nâng cao hiệu quả điều 
khiển hệ thống đạt công suất cực đại. 
 Nghiên cứu phát triển các bộ biến đổi công suất DC/DC, DC/AC để 
hệ thống đạt hiệu suất cao và làm việc ổn định. 
 Nghiên cứu giải pháp anti-islanding nâng cao độ đáp ứng nhanh cũng 
như độ an toàn của hệ thống NLMT trong quá trình hoạt động. 
Điều khiển công suất cực đại 
MPPT là hệ thống điều khiển PV đạt công suất tối đa trong quá trình 
hoạt động. MPPT không phải là hệ thống điều khiển cơ khí hướng PV vào 
hướng mặt trời để đạt công suất lớn nhất. MPPT là một hệ thống điều khiển 
điện tử với mục đích định điểm làm việc của PV sao cho công suất đạt tối đa. 
Hình 2.5 là sơ đồ cấu trúc điều khiển MPPT. Các bộ biến đổi DC/DC 
thường sử dụng một trong ba loại sau: buck (bộ giảm áp), boost (bộ tăng áp) 
và bộ buck-boost (bộ giảm-tăng áp). Do phụ thuộc vào nhiệt độ và cường độ 
ánh sáng nên điện áp làm việc của các panel PV dao động khá lớn. Chính vì 
vậy nên sử dụng bộ boost để có thể tăng điện áp DC phù hợp với trạng thái 
công suất cực đại. 
DC/DC Boost
converter
MPPT controller
Microcontroller
SVPWM 
converter
I,V
PV panel
PWM
Hình 2.5. Sơ đồ điều khiển MPPT của PV 
2.3 Kết luận chương 2 
Chương 2 này tác giả đã trình bày tổng quan chung về hệ thống năng 
lượng điện mặt trời bao gồm các thành phần chính của hệ thống, đặc tính của 
tấm pin năng lượng mặt trời. Tác giả cũng đưa ra những yếu tố trọng tâm 
phát triển hệ thống năng lượng mặt trời. 
Hệ thống năng lượng điện mặt trời là một thống lớn nên có rất nhiều 
vấn đề cần được cải tiến và phát triển cho hệ thống, trong khuôn khổ của luận 
án tác giả tập trung nghiên cứu phát triển các thuật toán tìm điểm điểm công 
suất cực đại cho các bộ điều khiển công suất cực đại (MPPT) để hệ thống làm 
việc đạt hiệu suất cao hơn và ổn định hơn, đồng thời tác giả cũng thiết kế chế 
tạo thực nghiệm một hệ thống năng lượng mặt trời nối lưới theo hướng phát 
triển của các bộ biến đổi công suất DC/DC và DC/AC. 
7 
CHƯƠNG 3 
NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN BỘ ĐIỀU KHIỂN BÁM ĐIỂM 
CÔNG SUẤT CỰC ĐẠI CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN MẶT TRỜI 
3.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới MPP 
3.1.1 Ảnh hưởng của bức xạ 
Ta có biểu thức dòng điện theo bức xạ như công thức (3.1). 
𝐼 = (
𝐺
𝐺0
) 𝐼𝑆𝐶 − 𝐼0 [𝑒
𝑞𝑉𝑑
𝑛𝐾𝑇 − 1] (3.1) 
Hình 3.1. Đặc tuyến I – V, P – V và P – I với các mức bức xạ khác nhau 
3.1.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ 
Dòng điện ngắn mạch được cho bởi công thức theo nhiệt độ (T) như 
(3.2) 
𝐼𝑆𝐶(𝑇) = 𝐼𝑆𝐶(𝑇𝑟)[1 − 𝛼(𝑇 − 𝑇𝑟)] (3.2) 
Đặc tuyến I – V, P – V và P – I tại các mức nhiệt độ khác nhau như 
hình 3.2. Khi nhiệt độ tăng thì đặc tuyến I – V dịch sang trái tức là điện áp 
giảm. Dẫn tới MPP của hệ thống pin quang điện cũng thay đổi. Vậy yêu cầu 
phải có thuật toán để theo dõi MPP giúp hệ thống có thể làm việc tại MPP để 
giảm tổn thất và nâng cao hiệu suất hoạt động cho toàn hệ thống [111]. 
Hình 3.2. Đặc tuyến I – V, P – V và P – I với các nhiệt độ khác nhau 
8 
3.1.3 Ảnh hưởng của hiện tượng bóng râm 
Hiện tượng bóng râm được định nghĩa khi PV bị che phủ một phần 
mà có thể gây ra các ảnh hưởng nghiêm trọng đến hiệu suất của PV. Bóng 
râm không chỉ làm giảm công suất của các tế bào quang điện mà còn thay đổi 
điện áp hở mạch Voc, dòng ngắn mạch Isc và hiệu suất của chúng. 
Hình 3.3. Đặc tính I-V, P-V khi có bóng râm 
3.2 Tìm điểm công suất cực đại 
Một thành phần quan trọng trong hệ thống PV là MPPT, thành phần 
này giúp hệ thống PV phát được công suất ngõ ra của hệ thống cực đại, giảm 
tổn thất công suất và giải quyết bài toán kinh tế cho hệ thống PV. Nó như là 
một thiết bị công suất liên kết hệ pin quang điện với tải, điều khiển điểm hoạt 
động của hệ pin quang điện để thu được công suất cực đại từ hệ pin quang 
điện với điều kiện môi trường thay đổi như nhiệt độ, bức xạ, bóng râm vì 
thế hiệu suất hệ thống được cải thiện. 
3.3 Nghiên cứu phát triển thuật toán độ dẫn gia tăng trong điều khiển 
bám điểm công suất cực đại 
3.3.1 Theo dõi MPP bằng thuật toán INC truyền thống 
Sơ đồ thuật toán INC như hình 3.4 [5]: 
Hình 3.4. Sơ đồ thuật toán INC 
9 
Nếu coi D là một biến điều khiển thì lưu đồ thuật toán INC truyền 
thống được viết lại như hình 3.5. 
Start
Read V(k), I(k)
dV = V(k) - V(k-1); dI = I(k) - I(k-1)
dP = V(k)*I(k) - V ... ng để đánh giá hiệu quả của thuật 
toán DPSO trong việc dò tìm điểm công suất cực đại của PV. Trước tiên, 
thuật toán PSO và DPSO được thử nghiệm trên năm vấn đề Benchmark để 
chứng minh tính hiệu quả của chúng trong việc giải quyết các vấn đề tối ưu 
hóa phức tạp. Sau đó, các thuật toán tối ưu hóa này được áp dụng để dò tìm 
điểm công suất cực đại của PV. 
Hình 4.10 thể hiện thời gian đáp ứng của công suất đầu ra trong điều 
kiện môi trường không đổi (với năng lượng bức xạ G = 900 W / m2 và nhiệt 
độ T = 25°C) trong ba trường hợp sau: 1) không có bộ điều khiển MPPT, 2) 
sử dụng DPSO và 3) các phương pháp truyền thống (P&O and InCond). 
Hình 4.10. Đáp ứng của công suất đầu ra trong ba trường hợp: không sử dụng 
MPPT, sử dụng DPSO, P&O và InCond 
23 
Khả năng dò tìm điểm công suất cực đại của phương pháp được đề 
xuất tốt hơn thuật toán bầy đàn PSO truyền thống trong việc tối ưu hóa năng 
lượng của tấm pin mặt trời. Điều này được thể hiện trong hình 4.11 có thể 
thấy rằng cả hai thuật toán thông minh nhân tạo này đều có thể bám theo điểm 
công suất cực đại của tấm pin mà không tồn tại dao động xung quanh điểm 
MPP. Đây là một ưu điểm nổi bật của phương pháp tối ưu hóa bầy đàn so với 
các phương pháp truyền thống như P&O và INC. Trong đó, khả năng dò tìm 
của thuật toán DPSO nhanh và chính xác hơn thuật toán PSO cổ điển với thời 
gian tối ưu hóa của DPSO là 0,57 giây còn PSO lên tới 2,12 giây. 
` 
Hình 4.11. So sánh đáp ứng công suất của thuật toán DPSO và PSO 
Hình 4.12 cho thấy đặc tính động của công suất đầu ra dưới bức xạ 
mặt trời giao động trong khoảng 700 W/m2 đến 800 W/m2 ở nhiệt độ cố định 
25 ° C. 
Hình 4.12 Đáp ứng của P đầu ra P trong quá trình tăng năng lượng bức xạ 
Hình 4.13 Đáp ứng của P ra P trong quá trình giảm năng lượng bức xạ 
24 
Kết quả của các bộ điều khiển MPPT dựa trên các thuật toán tối ưu 
khác nhau khảo sát trong điều kiện thay đổi bức xạ ánh sáng có thể được tóm 
tắt trong Bảng 4.1. Từ Bảng 4.1 có thể thấy rằng độ chính xác của việc dò tìm 
công suất cực đại của tấm pin khi áp dụng phương pháp được đề xuất lớn hơn 
99% trong mọi điều kiện thử nghiệm. 
Bảng 4.1 Kết quả của các bộ điều khiển MPPT dựa trên các thuật toán tối ưu 
khác nhau 
G 
(W/m2) 
Without 
MPPT 
P&O InCond PSO DPSO The 
theoretical 
value of 
PV 
600 4567.0 5137.0 5137.4 5157.2 5157.5 5157.7 
700 5913.0 5994.8 5995.0 6009.0 6009.2 6009.7 
800 6820.0 6812.0 6812.3 6849.1 6849.5 6850.0 
900 7360.0 7655.0 7656.0 7677.2 7678.0 7678.3 
4.2.3 Kết quả mô phỏng thuật toán MPPT-PPSO 
Thuật toán PPSO tác giả phát triển trước tiên cũng được xác thực trên 
năm vấn đề Benchmark và sau đó nó được sử dụng để dò tìm điểm công suất 
cực đại toàn cục có xét đến hiện tượng bóng râm (PSC). Ngoài ra, các kết quả 
này được so sánh với giải thuật PSO truyền thống để chứng minh tính hiệu 
quả của phương pháp được đề xuất. 
Thuật toán MPPT-PPSO được thực hiện trên một mô hình bao gồm 
một hệ thống pin mặt trời PV được kết nối với tải thông qua bộ băm áp một 
chiều với bộ điều khiển MPPT. Hệ thống PV khảo sát bao gồm bốn mô đun 
PV được kết nối nối tiếp như hình 4.14. 
Hình 4.14. Mô hình mô phỏng kết nối của bốn modul PV 
25 
Đầu tiên, mô phỏng hệ thống PV theo điều kiện bóng râm trong đó hệ 
thống PV được kết nối tải để tăng cường hiệu suất chuyển đổi và thuật toán 
MPPT được thực hiện. Công suất tối đa tương ứng được tạo ra bởi hệ thống 
mô đun PV dưới các kết hợp khác nhau của các bức xạ mặt trời được thể hiện 
trong Bảng 4.2. 
Bảng 4.2 Các giá trị bức xạ mặt trời cho các tấm PV 
Trường 
hợp 
Cường độ bức xạ 
G1 
(W/m2) 
G2 
(W/m2) 
G3 
(W/m2) 
G4 
(W/m2) 
Maximum 
Power, Pmax 
(W) 
1 1000 1000 1000 1000 904.5 
2 1000 900 900 400 704.5 
3 1000 900 800 400 652.6 
4 1000 700 700 400 572.6 
5 1000 700 500 400 461.1 
Trong trường hợp sử dụng MPPT-PPSO thì bốn trường hợp mô đun 
PV trong điều kiện bóng râm một phần đã được kiểm tra theo cấu hình được 
lập trong Bảng 4.3. Mỗi trường hợp được mô phỏng trong khoảng thời gian 
0,015s, trong đó khoảng thời gian cho mỗi bước chiếu xạ mặt trời thay đổi là 
0,003 s. Các dạng sóng của công suất PV theo thời gian mô phỏng được vẽ 
cho tất cả các trường hợp theo các mẫu bức xạ mặt trời trong Bảng 4.4 được 
thể hiện trong Hình 4.15. 
Bảng 4.3. Thay đổi giá trị bức xạ cho MPPT- PPSO 
Trư
ờng 
hợp 
Cường độ bức xạ 
G1 
(W/m2) 
G2 
(W/m2) 
G3 
(W/m2) 
G4 
(W/m2) 
1 [1000 1000 1000] [1000 1000 600] [1000 900 400] [1000 500 200] 
2 [1000 1000 1000] [800 1000 1000] [400 900 1000] [200 500 1000] 
3 [1000 1000 1000] [800 1000 1000] [700 1000 900] [500 1000 500] 
26 
4 [1000 1000 1000] [1000 1000 600] [900 1000 400] [500 1000 200] 
Bảng 4.4 Công suất cực đại khi có/không có thuật toán MPPT- PPSO 
Case Maximum power (W) MPPT power (W) 
Tracking 
efficiency (%) 
1 [904.5, 715.7, 435.7] [900, 700, 400] [99.5, 97.8, 91.8] 
2 [516.8, 715.7, 904.5] [500, 710, 900] [96.7, 99.2, 99.5] 
3 [580.9, 904.5, 715.7] [550, 880, 700] [94.8, 97.3, 97.8] 
4 [715.7, 904.5, 435.7] [700, 880, 420] [97.8, 97.3, 96.4] 
Bảng 4.4 cho thấy rõ hơn về các dạng sóng được hiển thị trong Hình 
4.15. Nó so sánh công suất tối đa Pmax được tạo bởi hệ thống có và không có 
sử dụng bộ MPPT- PPSO. Có thể thấy rõ trong bảng 4.4 rằng hiệu quả theo 
dõi của thuật toán MPPT-PPSO cho mỗi trường hợp nằm trong khoảng 91,8% 
đến 99,5%. 
Hình 4.15 Kết quả mô phỏng với bộ điều khiển MPPT- PPSO 
Hình 4.15 cho thấy thuật toán PPSO-MPPT có khả năng phát hiện 
điểm công suất cực đại toàn cục khi mảng PV ở trong điều kiện bóng râm. 
Mặc dù các giá trị của MPP được phát hiện hơi khác với công suất cực đại dự 
kiến, nhưng hiệu quả theo dõi của thuật toán lại có thể đạt tới 99%, điều đó 
27 
có nghĩa là thuật toán được đề xuất có thể hoạt động tốt cho mảng PV trong 
điều kiện có bóng râm xuất hiện. 
4.3 Kết luận chương 4 
Trong chương 4 này tác giả đã mô phỏng hệ thống PV với các bộ 
điều khiển công suất cực đại khác nhau với các thuật toán MPPT truyền thống 
và thuật toán MPPT phát triển. Kết quả mô phỏng cho thấy năng lượng đầu 
ra của các thuật toán đề xuất đều là trên 99% với một vài lần lặp trong mọi 
điều kiện môi trường. Hơn nữa, những kết quả này được so sánh với kết quả 
thu được từ các bộ MPPT áp dụng thuật toán truyền thống, để chứng minh 
khả năng loại bỏ được các nhược điểm khi áp dụng thuật toán truyền thống 
cho các bộ điều khiển MPPT của hệ thống PV. 
Chương 5 
THIẾT KẾ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THỰC NGHIỆM 
NĂNG LƯỢNG ĐIỆN MẶT TRỜI 
5.1 Cấu trúc tổng thể của hệ thống thiết bị 
 Sơ đồ tổng quan của hệ thống thực nghiệm bao gồm các khâu chính 
sau: khâu PV & DC/DC converter, khâu biến tần DC/AC và khâu nối lưới 
như trên Hình 5.1. 
DC/AC
converter
Load
MPPT 
controller
DC/DC
Converter
Gird 
connection
Grid
SVPWM, grid connection controller
Hình 5.1. Sơ đồ tổng quan hệ thống PV 
5.1.1 Bộ biến đổi DC/DC 
 Bộ biến đổi DC/DC có nhiều loại trong luận án này tác giả chọn loại 
biến đổi tăng áp bộ (Boost converter). Điện áp đầu ra của các tấm pin PV thấp 
khoảng 12÷ 36VDC, trong khi đó cần phải tăng áp DC cho đầu vào của bộ 
chuyển đổi DC/AC, nếu ta mắc nối tiếp để đạt được điện áp mong muốn thì 
cần mắc nối tiếp nhiều tấm pin PV như vậy dễ gây mất an toàn khi một tấm 
pin PV bị hỏng, vì vậy việc chọn bộ tăng áp Boost converter là hoàn toàn hợp 
lý. Để tăng dải điều chỉnh điện áp đầu ra cho bộ tăng áp tác giả dùng bộ tăng 
áp kép thuộc loại Interleaved Boost Converter như hình 5.2. 
28 
T1 T2
D1
D2
L1
L2
Vin
C Rt
Hình 5. 2 Sơ đồ mạch Interleaved Boost Converter 
5.1.2 Bộ biến đổi DC/AC 
Bộ biến đổi DC/AC là bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng 
lượng từ nguồn điện một chiều sang dạng năng lượng điện xoay chiều. Đại 
lượng được điều khiển ở ngõ ra là điện áp hoặc dòng điện, được gọi là bộ 
nghịch lưu áp và bộ nghịch lưu dòng, ở đây chúng ta sử dụng bộ nghịch lưu 
áp 3 pha. Trong luận án này tác giả dùng bộ nghịch lưu NPC 3 bậc có sơ đồ 
nguyên lý như hình 5.3. 
Hình 5.3. Sơ đồ mạch nghịch lưu NPC 3 bậc 
5.1.3 Bộ điều khiển hệ thống 
Ở đây tác giả sử dụng một board điều khiển dùng vi điều khiển họ 
ARM STM32H743II đây là dòng có lõi chip vi xử lý 32 bit tốc độ xử lý cao, 
sơ đồ mạch thực board mạch điều khiển như hình 5.4. 
Hình 5.4. Mạch thiết kế thực board mạch điều khiển 
29 
5.1.5 Sơ đồ chi tiết hệ thống 
Hình 5.6. là hình ảnh thực của toàn hệ thống. Trong hệ thống phía đầu 
ra điện áp xoay chiều để điện áp nhỏ đảm bảo cho thiết bị làm việ an toàn 
đồng thời cách ly với điện áp lưới trong quá trình thực hành thí nghiệm ta 
dùng thêm máy biến áp 3 pha. 
5.2 Kết quả hệ thống thực nghiệm 
 Giao diện điều khiển được lập trình trên màn hình HMI thuận lợi cho 
việc điều khiển và cài đặt hệ thống như hình 5.7 . 
Hình 5.7 Giao diện điều khiển hệ thống PV 
Hình 5.6. Hệ thống thực nghiệm 
30 
Kết quả điện áp 3 pha và dạng điện áp đầu ra của hệ thống được quan 
sát như hình 5.8. 
Hình 5.8 Dạng sóng điện áp đầu ra pha của hệ thống PV 
5.3 Kết luận chương 5 
Trong chương này tác giả trình bày những phần tử cơ bản trong hệ 
thống thiết bị thực nghiệm hệ thống năng lượng điện mặt trời nối lưới tác giả 
thiết kế, chế tạo thành công. Hệ thống này chạy ổn định cho phép thực nghiệm 
lập trình các thuật toán điều khiển áp dụng cho hệ thống thực tế với các thuật 
toán điều khiển từ đơn giản đến hiện đại. Hệ thống dùng để thực hành thực 
tập về hệ thống năng lượng điện mặt trời còn được sử dụng với mục đích 
nghiên cứu và phát triển dự án lập trình điều khiển ứng dụng về nghiên cứu 
hệ thống năng lượng mặt trời. 
CHƯƠNG 6 
KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 
6.1 Kết luận 
Năng lượng mặt trời là một trong những nguồn năng lượng quan trọng 
nhất của con người. So với các nguồn năng lượng khác như thủy điện, phong 
điện, nhiệt điện, điện hạt nhân năng lượng mặt trời có đặc điểm không ô 
nhiễm về môi trường, độ an toàn cao, nguồn năng lượng vô tận, có thể phân 
bố mọi nơi trong mọi dải công suất. Trong tương lai nguồn NLMT sẽ trở 
thành nguồn năng lượng chính bổ sung cho những nguồn năng lượng đang 
dần cạn kiệt như: than, dầu khí, nước. Chính vì vậy việc nghiên cứu và phát 
triển hệ thống năng lượng điện mặt trời là một việc hết sức cần thiết và cấp 
bách hiện nay. 
Hệ thống năng lượng điện mặt trời có rất nhiều vấn đề cần được nghiên 
cứu cải tiến và phát triển cho hệ thống, trong luận án này tác giả tập trung 
nghiên cứu và phát triển cho hệ thống và đã đạt được những kết quả sau : 
31 
- Nghiên cứu thuật toán INC và đề xuất các cải tiến phát triển cho 
thuật toán INC áp dụng trong điều khiển MPPT của hệ thống PV. Mô phỏng 
được thuật toán MPPT trong ở điều kiện bức xạ thay đổi thường gặp trong 
thực tế để thấy được hiệu quả của thuật toán. Kết quả cho thấy phương pháp 
MPPT dựa trên thuật toán INC phát triển hoạt động tốt khi điều kiện bức xạ 
mặt trời thay đổi đột ngột, phản ứng bám điểm công suất cực đại với thời gian 
rất nhanh, độ quá điều chỉnh rất nhỏ. Ngoài ra, thuật toán INC phát triển có 
ưu điểm hơn hơn hẳn thuật toán INC truyền thống chẳng hạn như: hội tụ 
nhanh hơn, dao động quanh điểm công suất cực đại hẹp và ít hơn; giảm thiểu 
được hao tổn công suất phát do dao động quanh điểm công suất cực đại, hiệu 
suất cao hơn. 
- Nghiên cứu thuật toán tối ưu bày đàn (PSO) và ứng dụng của thuật 
toán trong bộ điều khiển MPPT đồng thời đề xuất 02 thuật toán mới: thuật 
toán tối ưu bày đàn vi phân (DPSO) và thuật toán tối ưu bày đàn nhiễu loại 
(PPSO) bằng cách phát triển dựa trên thuật toán PSO cổ điển và áp dụng 
chúng trong bộ điều khiển MPPT để cải thiện hiệu quả hoạt động của hệ thống 
PV. Kỹ thuật điều khiển MPPT dựa trên thuật toán DPSO và PPSO đã được 
thử nghiệm thành công trên mô hình hệ thống. Kết quả mô phỏng cho thấy 
năng lượng đầu ra của thuật toán đề xuất đều là trên 99% với một vài lần lặp 
trong mọi điều kiện môi trường. Hơn nữa, những kết quả này được so sánh 
với kết quả thu được từ các bộ MPPT áp dụng thuật toán truyền thống, để 
chứng minh khả năng loại bỏ được các nhược điểm khi áp dụng thuật toán 
truyền thống cho các bộ điều khiển MPPT của hệ thống PV. 
- Tác giả đã nghiên cứu chế tạo thành công thiết bị thực nghiệm hệ 
thống năng lượng điện mặt trời nối lưới. Hệ thống chạy ổn định ngoài việc 
cho phép thực nghiệm về hệ thống năng lượng điện mặt trời hệ thống còn 
được sử dụng với mục đích nghiên cứu và phát triển dự án lập trình điều khiển 
ứng dụng về các nghiên cứu phát triển hệ thống năng lượng điện mặt trời. 
6.2 Phương hướng phát triển đề tài 
Như tác giả đã đề cập, hệ thống năng lượng điện mặt trời là một thống 
lớn nên có rất nhiều vấn đề cần được nghiên cứu cải tiến và phát triển cho hệ 
thống. Các phát triển trọng tâm cho hệ thống năng lượng điện mặt trời tác giả 
cũng đã trình bày ở chương 2. Nghiêng về lĩnh vực kỹ thuật điều khiển và tự 
động hóa tác giả đưa ra các hướng phát triển cho đề tài nghiên cứu về hệ 
thống điện mặt trười như sau : 
- Tiếp tục nghiên cứu áp dụng các kỹ thuật điều khiển thông minh để 
điều khiển hệ thống đạt công suất cực đại nâng cao hiệu suất của hệ thống. 
- Nghiên cứu phát triển các mạch điện tử bộ biến đổi công suất 
DC/DC, DC/AC để hệ thống đạt hiệu suất cao và làm việc ổn định. 
- Nghiên cứu giải pháp anti-islanding nâng cao độ đáp ứng nhanh 
cũng như độ an toàn của hệ thống NLMT trong quá trình hoạt động. 
32 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 
[1]. Đồng Văn Hướng, Nhữ Khải Hoàn, “Nghiên cứu phát triển hệ thống 
năng lượng mặt trời nối lưới”, Tạp chí Khoa học Công Nghệ Giao 
thông Vận Tải, 5/2014. ISSN 1859-4263 
[2]. Nhữ Khải Hoàn, Lê Thị Hường, Đồng Văn Hướng, “Cải tiến thuật 
toán độ dẫn gia tăng trong việc điều khiển bám điểm công suất cực 
đại của hệ thống điện mặt trời”, Hội nghị Khoa học – Công nghệ 
GTVT lần IV – ÐH GTVT TpHCM, 5/2018. ISBN: 978-604-76-
1578-0 
[3]. Van Huong Dong, Khai Hoan Nhu, Thi Thom Hoang, Thanh Cong 
Pham (2018). “Tracking Maximum Power Point For Photovoltaic 
System Using A Novel Differential Particle Swarm Optimization”, 
Journal of Mechanical Engineering Research and Developments, 
41(4) : 116-121. ISSN: 2088 -5334, Scopus 
[4]. Cong-Thanh Pham, Khai Hoan Nhu, Van Huong Dong, Thi Huong 
Le, Thi Thom Hoang, “Development of Particle Swarm Optimization 
for tracking Maximum Power Point of Photovoltaic Systems”, 
International Journal on Advanced Science, Engineering and 
Information Technology (IJASE), Vol.9 (2019): 1732-1738. 
ISSN:1024 -1752, Scopus 
[5]. Khai Hoan Nhu, Van Huong Dong, Cong-Thanh Pham, Quoc Tuan 
Vu, Thi Thom Hoang, “Application of Particle Swarm Optimization 
for MPPT in Photovoltaic Systems” Indonesian Journal of Electrical 
Engineering and Computer Science. (Đã gửi bài, chờ duyệt đăng) 
[6]. Đồng Văn Hướng, Nhữ Khải Hoàn “Nghiên cứu thiết kế mô hình 
thực hành, thí nghiệm hệ thống năng lượng điện mặt trời”, Đề tài 
nghiên cứu khoa học cấp cơ sở nghiệm thu tháng 1/2019.