Изучение на управлението на енергията в домакинствата чрез симулация на PV-ESS
Докато глобалната енергийна криза се влошава и околната среда става все по-загадена, правителствата по целия свят увеличават подкрепата за НИОКР в областта на новите енергийни източници. Домашното използване на разпределена сончева генерация, ключово бъдещо направление за PV индустрията, привлича все повече внимание. Въпреки това, проблеми като колебанията в мощността на PV компонентите и рационалната интеграция на единиците за съхранение на енергия могат сериозно да засегнат домашното електроизползване. Следователно, за координация на стабилния поток на енергия между системните единици и осигуряване на гладко функциониране, е необходима стратегия за управление на енергията, която да балансира предложението и потреблението. Тази статия, основана на домашни PV-системи за съхранение на енергия, изучава управлението на енергията, за да позволи стабилно функциониране и предостави теоретична основа за практически приложения на чистата енергия.
1 Анализ на системната структура и алгоритъм за управление на енергията
Топологията на изучаваната домашна PV-система за съхранение на енергия (Фигура 1) включва PV модули, литий-ионни батерии, преобразуватели на мощност, мрежа и потребителски натоварвания. Изходът на PV модулите формира обща DC шина напрежение чрез Boost преобразувател. Литий-ионните батерии се свързват с тази шина чрез Buck-Boost преобразувател. DC шината после подава мощност в еднофазната мрежа или самостоятелно снабдява натоварванията чрез полновълнов преобразувател.
Системата дава приоритет на "самогенериране и самопотребление". Изходът на PV модулите, като основен източник на мощност, първо задоволява потребителските натоварвания. Експлоатационната остатъчна или недостигаща PV мощност се балансира от литийните батерии (вторичен източник); ако и PV, и батериите достигнат ограничения, мрежата (третичен източник) осигурява стабилно снабдяване.
За PV изход, SOC на батерията и мощността за зареждане-разряждане: Ако PPV < PPV-min}, Boost преобразувателят се спира (без изход на мощност); в противен случай, той работи. Батериите спират зареждането, когато SOC > 90% и разряждането, когато SOC < 10%. Pbat се регулира динамично с PPV и Pload, в диапазон от 0 до максималната мощност за зареждане на батерията. За да се избегнат честите колебания при зареждане-разряждане, състоянието в следващия цикъл зависи от предходното състояние на батерията, предотвратявайки честите превключвания на режима на системата.
На базата на това, е предложен алгоритъм за управление на енергията за домашни PV-системи за съхранение, както е показано на Фигура 2.
2 Анализ на операционните режими и потока на енергията
Под ръководството на алгоритъма за управление на енергията, операцията на системата се разделя на независими и свързани с мрежата режими, всеки от които се разделя допълнително както следва:
2.1 Независима операция (Чрез основна мощност)
Съществуват два подрежима, дефинирани от източника на мощност, контролиращ DC шината:
2.2 Операция, свързана с мрежата (Чрез състояние на преобразувателя)
Разделена според това, дали преобразувателят е в режим на инверсия или ректификация:
2.3 Границите на режимите и координацията
Условията за тригеринг на четирите подрежима и координацията на оборудването са детайлно описани в Таблица 1 (ще бъде добавена). Чрез динамично превключване на мощността "PV-батерия-мрежа" и адаптивен контрол на преобразувателите Boost/Buck-Boost и преобразувателя, системата позволява ефективен поток на енергия в "генериране-съхранение-потребление", покривайки всички домашни нужди (без мрежа, свързани с мрежата, аварийни и т.н.).
Фигура 3(a) показва вълновата форма за Режим 1: Изход на PV = 4.8 кВт, натоварване = 3 кВт. PV модулите извеждат 240 Vdc; Boost преобразувателят стабилизира DC шината на 480 Vdc. Преобразувателят работи в режим на независима инверсия (220 Vac за натоварванията), а Buck-Boost работи в режим Buck (1.8 кВт за зареждане на батерията). Вълнови форми (от горе надолу): Ток на изхода на PV, напрежение на DC шината, напрежение на изхода на преобразувателя, и ток за зареждане на батерията.
Фигура 3(b) съответства на Режим 2: Изход на PV = 5 кВт (батерията е пълна, така че Buck-Boost е изключен). Натоварване = 3 кВт; преобразувателят използва режим на свързана с мрежата инверсия, за да поддържа DC шината на 480 Vdc, изпращайки излишъчна енергия обратно в мрежата (9 A, синхронизирана с напрежението на мрежата). Вълнови форми: Ток на изхода на PV, напрежение на DC шината, напрежение на изхода на преобразувателя, и ток, свързан с мрежата.
Фигура 3(c) показва Режим 3: PV модулите достигат ограничения (няма изход, Boost е изключен). Единицата за съхранение на енергия снабдява системата; Buck-Boost работи в режим Boost (DC шината = 480 Vdc). Преобразувателят използва режим на независима инверсия (220 Vac за 3-кВт натоварвания). Вълнови форми: Ток за разряждане на батерията, напрежение на DC шината, и напрежение на изхода на преобразувателя. Фигура 3(d) представя Режим 4: И PV, и единицата за съхранение на енергия достигат ограничения (няма изход). Мрежата снабдява натоварванията (3 кВт) и зарежда батерията; преобразувателят използва режим на свързана с мрежата ректификация (DC шината = 480 Vdc).
3. Заключение (Поддръжка на уличните фенери)
Съвременната поддръжка на уличните фенери в градовете има недостатъци. За подобряване, трябва да се съсредоточим върху четири области:
Тези стъпки ще подобрят ефективността на управлението на уличните фенери, подкрепящо операции на умни градове и зелено развитие.
