Luận án Đề xuất các thuật toán điều khiển tối ưu cho bài toán tái cấu trúc hệ thống pin mặt trời

Tên luận án:

ĐỀ XUẤT CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI

Ngành:

Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án "ĐỀ XUẤT CÁC THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CHO BÀI TOÁN TÁI CẤU TRÚC HỆ THỐNG PIN MẶT TRỜI" tập trung giải quyết vấn đề suy giảm công suất và hiện tượng Misleading (nhầm lẫn điểm công suất cực đại) của hệ thống năng lượng mặt trời (NLMT) khi các tấm pin quang điện (TPQĐ) bị che phủ một phần. Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển các thuật toán điều khiển tối ưu nhằm tăng công suất đầu ra và bảo vệ thiết bị trong điều kiện ánh sáng không đồng nhất.

Luận án đã xây dựng mô hình toán và đề xuất áp dụng các thuật toán cho hai bài toán trọng tâm. Thứ nhất, cho bài toán tìm kiếm cấu hình cân bằng bức xạ hệ thống NLMT trong điều kiện chiếu sáng không đồng nhất, tác giả đề xuất thuật toán Dynamic Programming (DP) và thuật toán Smartchoice (SC). Các thuật toán này giúp tìm cách sắp xếp vị trí kết nối các TPQĐ để tối ưu công suất và loại bỏ các điểm cực đại cục bộ. Thứ hai, cho bài toán lựa chọn phương pháp chuyển mạch tối ưu từ cấu hình kết nối ban đầu đến cấu hình cân bằng bức xạ, luận án đề xuất áp dụng thuật toán Munkres Assignment Algorithm (MAA) và một thuật toán MAA cải tiến. Mục tiêu của các thuật toán này là nhằm kéo dài tuổi thọ của ma trận chuyển mạch bằng cách tối thiểu số lần đóng mở và cân bằng số lần chuyển mạch giữa các khóa.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào phía nguồn sơ cấp, cụ thể là kết nối các tấm pin quang điện sử dụng mạch kết nối TCT, mà chưa xét đến các ràng buộc về chi phí sản xuất thiết bị hay tính kinh tế khi áp dụng thực tiễn.

Điểm mới của luận án bao gồm việc xây dựng các mô hình toán học chi tiết và đề xuất các thuật toán DP, SC, MAA, và MAA cải tiến. Để minh chứng cho các phương pháp mới, tác giả đã xây dựng bộ công cụ mô phỏng trên Matlab-Simulink và Microsoft Visual Studio, đánh giá hiệu năng và độ chính xác của các thuật toán.

Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hiệu quả rõ rệt. Cụ thể, hệ thống NLMT khi sử dụng bộ tái cấu trúc có thể tăng hiệu suất làm việc lên đến 43% trong nhiều trường hợp. Đặc biệt, phương pháp MAA cải tiến đã giúp tăng tuổi thọ của ma trận chuyển mạch lên đến 56% so với phương pháp MAA thông thường. Các thuật toán được đề xuất đã chứng minh tính hiệu quả, độ chính xác cao, tốc độ xử lý nhanh, đáp ứng hoạt động thời gian thực cho các hệ thống NLMT lớn, và được đánh giá là "State of the art" bởi các công trình uy tín.

Mục lục chi tiết:

• Chương 1: CẤU TRÚC HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI VÀ CHIẾN LƯỢC TĂNG HIỆU SUẤT LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG TRONG ĐIỀU KIỆN BỊ CHE PHỦ MỘT PHẦN

  • 1.1 Tổng quan về hệ thống năng lượng mặt trời
    • 1.1.3 Điện mặt trời
    • 1.1.4 Các cấu trúc kết nối TPQĐ
    • 1.1.5 Cấu trúc cơ bản của hệ thống NLMT hòa lưới có kho điện
  • 1.2 Tổng quan chiến lược tăng hiệu suất làm việc của hệ thống NLMT trong điều kiện bị che phủ một phần
    • 1.2.1 Ảnh hưởng của che phủ một phần
    • 1.2.2 Các kỹ thuật để giảm thiểu suy giảm công suất do che phủ một phần
    • 1.2.5 So sánh các phương pháp đã trình bày
  • 1.3 Kết luận chương 1

• Chương 2: KHÁI QUÁT VỀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU

  • 2.1 Khái quát về bài toán điều khiển tối ưu
  • 2.2 Thiết lập bài toán điều khiển tối ưu
    • 2.2.1 Cấu trúc mạch điều khiển trong hệ thống NLMT
    • 2.2.2 Bộ tái cấu trúc
    • 2.2.3 Đề xuất Hệ thống điều khiển
    • 2.2.4 Đề xuất phương pháp điều khiển tối ưu
  • 2.3 Một số bài toán tối ưu sử dụng trong luận án.
    • 2.3.1 Bài toán Subset sum problem
    • 2.3.2 Bài toán Munkres' Assignment Algorithm (MAA)
  • 2.4 Kết luận chương 2

• Chương 3: XÂY DỰNG SÁCH LƯỢC TÁI CẤU TRÚC HỆ DỰA TRÊN BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU

  • 3.1 Chiến lược cân bằng bức xạ với mạch kết nối TCT
  • 3.2 Đo dòng điện, điện áp các TPQĐ
  • 3.3 Ước tính bức xạ mặt trời
  • 3.4 Đề xuất mô hình toán và 02 thuật toán cho bài toán Tìm kiếm cấu hình cân bằng bức xạ
    • 3.4.1 Xây dựng mô hình toán (CT8)
    • 3.4.2 Áp dụng thuật toán quy hoạch động (Dynamic programming) (CT1)
      • 3.4.2.1. Phương pháp áp dụng
      • 3.4.2.2. Ví dụ minh họa
      • 3.4.2.3. So sánh và đánh giá (CT1)
    • 3.4.3 Đề xuất thuật toán SmartChoice (SC) (CT3)
      • 3.4.3.1. Phương pháp áp dụng
      • 3.4.3.2. Ví dụ minh họa
      • 3.4.3.3. So sánh và đánh giá (CT3)
  • 3.5 Đề xuất mô hình toán và 02 thuật toán bài toán Lựa chọn phương pháp chuyển mạch tối ưu
    • 3.5.1 Giới thiệu ma trận chuyển mạch Dynamic Electrical Scheme (DES)
    • 3.5.2 Đề xuất mô hình toán (CT8)
      • 3.5.2.1. Bài toán tìm kiếm cấu hình với số lần đóng mở khóa sau mỗi lần tái cấu trúc là ít nhất.
      • 3.5.2.2. Bài toán cân bằng số lần đóng mở khóa của Ma trận chuyển mạch
    • 3.5.3 Phương pháp Tìm kiếm cấu hình với số lần chuyển mạch là ít nhất áp dụng MAA (CT1)
      • 3.5.3.1. Áp dụng thuật toán MAA
      • 3.5.3.2. Ví dụ minh họa
      • 3.5.3.3. Đánh giá kết quả
    • 3.5.4 Phương pháp cân bằng số lần đóng mở khóa của ma trận chuyển mạch sử dụng MAA cải tiến (CT3)
      • 3.5.4.1. Đề xuất phương pháp cải tiến thuật toán MAA
      • 3.5.4.2. Phương pháp áp dụng thuật toán MAA cải tiến
      • 3.5.4.3. Chứng minh
  • 3.6 Kết luận chương 3

• Chương 4: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM

  • 4.1 Mô phỏng
    • 4.1.1 Mô phỏng đánh giá hiệu quả phương pháp Lựa chọn cấu hình cân bằng bức xạ
    • 4.1.2 Mô phỏng và đánh giá hiệu quả phương pháp Lựa chọn phương pháp chuyển mạch tối ưu.
  • 4.2 Thực nghiệm
    • 4.2.1 Bộ tái cấu trúc các tấm pin quang điện
    • 4.2.2 Kết quả thực nghiệm
  • 4.3 Kết luận chương 4

• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

  • 1. KẾT LUẬN
  • 2. KIẾN NGHỊ VÀ ĐỀ XUẤT