Studie simulace správy energie pro domácí PV-ESS
S rostoucí globální energetickou krizí a zhoršujícím se znečištěním životního prostředí vlády po celém světě posilují podporu výzkumu a vývoje nových způsobů výroby energie. Domácí využití distribuované fotovoltaické výroby, které je klíčovým směrem pro další fázi fotovoltaického průmyslu, získává stále více pozornosti. Nicméně, problémy jako fluktuace výkonu fotovoltaických komponent a rozumnost integrace jednotek úložení energie mohou vážně ovlivnit domácí spotřebu elektrické energie. Proto je k koordinaci stabilního toku energie mezi jednotkami systému a zajištění hladkého fungování potřebná strategie správy energie, která vyrovnává nabídku a poptávku. Tento článek, založený na domácích fotovoltaicko-energetických úložných systémech, studuje správu energie pro umožnění stabilního provozu a poskytuje teoretickou základnu pro praktické aplikace čisté energie.
1 Analýza struktury systému a algoritmu správy energie
Topologie zkoumaného domácího fotovoltaicko-energetického úložného systému (Obrázek 1) zahrnuje fotovoltaické moduly, lithiové-iontové akumulátory, převodníky energie, síť a uživatelské zatížení. Výstup fotovoltaických modulů tvoří společnou stejnosměrnou sběrnici napětí prostřednictvím Boost převodníku. Lithiové-iontové baterie jsou připojeny k této sběrnici přes Buck-Boost převodník. Stejnosměrná sběrnice pak dodává energii do jednofázové sítě nebo samostatně zásobuje zatížení prostřednictvím plnohodnotného inverteru.
Systém dává přednost "samovýrobě a samoúčtu". Výstup fotovoltaických modulů, jako primární zdroj energie, nejprve pokrývá uživatelské zatížení. Přebytečná/nezajištěná fotovoltaická energie je vyrovnána lithiovými bateriemi (sekundární zdroj); pokud oba zdroje dosáhnou svých limitů, síť (terciární zdroj) zajišťuje stabilní dodávku.
Pro výkon fotovoltaických panelů, stav nabití baterie (SOC) a výkon nabíjení-uvolňování: Pokud PPV < PPV-min}, Boost převodník je vypnut (žádný výkon); jinak pracuje. Baterie přestanou nabíjet, když SOC > 90 % a uvolňovat, když SOC < 10 %. Pbat se dynamicky upravuje s PPV a Pload, od 0 do maximálního výkonu nabíjení baterie. Aby se zabránilo častému oscilování nabíjení-uvolňování, stav v následujícím cyklu závisí na předchozím stavu baterie, což brání častému přepínání režimů systému.
Na základě toho je navržen algoritmus správy energie pro domácí fotovoltaicko-energetické úložné systémy, jak je znázorněno na Obrázku 2.
2 Analýza režimů provozu systému a toku energie
Podle algoritmu správy energie se provoz systému dělí na nezávislý a připojený k síti, každý dále rozdělen následovně:
2.1 Nezávislý provoz (hlavní zdroj energie)
Existují dva podrežimy, definované zdrojem energie, který ovládá stejnosměrnou sběrnici:
2.2 Připojený k síti (podle stavu inverteru)
Rozděleno podle toho, zda inverter pracuje v režimu invertování nebo rectifikace:
2.3 Hranice režimů a koordinace
Podrobnosti o podmínkách spouštěče pro 4 podrežimy a koordinaci zařízení jsou uvedeny v Tabulce 1 (bude přidáno). Dynamické přepínání energie "fotovoltaické panely - baterie - síť" a adaptivní kontrola převodníků Boost/Buck-Boost a inverteru umožňuje efektivní tok energie v "generování - úložišti - spotřebě", pokrývající všechny domácí potřeby energie (nezávislá, připojená k síti, nouzová, atd.).
Obrázek 3(a) ukazuje vlnovou formu pro Režim 1: Výkon fotovoltaických panelů = 4,8 kW, zatížení = 3 kW. Fotovoltaické panely vytvářejí 240 Vdc; Boost převodník stabilizuje stejnosměrnou sběrnici na 480 Vdc. Inverter pracuje v režimu nezávislého invertování (220 Vac pro zatížení), a Buck-Boost pracuje v režimu Buck (1,8 kW k nabíjení baterie). Vlnové formy (shora dolů): proud výstupu fotovoltaických panelů, napětí stejnosměrné sběrnice, výstupní napětí inverteru a proud nabíjení baterie.
Obrázek 3(b) odpovídá Režimu 2: Výkon fotovoltaických panelů = 5 kW (baterie je plná, takže Buck-Boost je vypnut). Zatížení = 3 kW; inverter používá režim připojení k síti k udržení stejnosměrné sběrnice na 480 Vdc, přičemž přebytečná energie je dodávána do sítě (9 A, synchronizovaná se síťovým napětím). Vlnové formy: proud výstupu fotovoltaických panelů, napětí stejnosměrné sběrnice, výstupní napětí inverteru a síťový proud.
Obrázek 3(c) ukazuje Režim 3: Fotovoltaické panely dosahují svých limitů (žádný výkon, Boost je vypnut). Energetická úložná jednotka zásobuje systém; Buck-Boost pracuje v režimu Boost (stejnosměrná sběrnice = 480 Vdc). Inverter používá režim nezávislého invertování (220 Vac pro 3-kW zatížení). Vlnové formy: proud vypouštění baterie, napětí stejnosměrné sběrnice a výstupní napětí inverteru. Obrázek 3(d) prezentuje Režim 4: Obě fotovoltaické panely a energetická úložná jednotka dosahují svých limitů (žádný výkon). Síť zásobuje zatížení (3 kW) a nabíjí baterii; inverter používá režim připojení k síti (stejnosměrná sběrnice = 480 Vdc).
3. Závěr (údržba osvětlení ulic)
Aktuální údržba osvětlení ulic v městech má určité nedostatky. Pro zlepšení by se mělo zaměřit na čtyři oblasti:
Tyto kroky zlepší efektivitu správy osvětlení ulic, podporují chod inteligentních měst a ekologického rozvoje.
