Kotitaloujen PV-ESS-energianhallinnan simulaatiotutkimus

Koska maailmanlaajuinen energiakriisi pahenee ja ympäristösaasteet kasvavat, hallitukset kaikkialla maailmassa lisäävät tukea uuden energian tuotannon tutkimukselle ja kehitykselle. Kotitalouksien käyttöön tarkoitettu aurinkopaneelihajautettu sähköntuotanto, joka on aurinkovalmistuksen seuraava tärkeä suunta, on saanut yhä enemmän huomiota. Kuitenkin ongelmia kuten aurinkopaneelien voimanlähteen tuotovaihtelu ja energiavarastojen integrointijärkevyys voivat vakavasti vaikuttaa kotitalouden sähkönkäyttöön. Siksi tarvitaan energiahallintastrategia, joka koordinoi vakaan energian virtauksen järjestelmän osien välillä ja varmistaa sujuvan toiminnan, tasapainottaen tarjontaa ja kysyntää. Tämä artikkeli, perustuen kotitalouksien aurinko-energiavarastojarjestelmiin, tutkii energiahallintaa, jotta voidaan mahdollistaa vakaa toiminta ja tarjota teoreettista perustaa käytännön puhtaalle energiankäytölle.

1 Järjestelmän rakenne ja energiahallintatalous

Tutkitun kotitalouksien aurinko-energiavarastojarjestelman topologia (kuva 1) koostuu aurinkopaneeleista, liittymävarastoista, tehonmuuntimista, verkkosta ja käyttäjän kuormista. Aurinkopaneelin tuotosta muodostetaan yhteinen DC-bussivoltta Boost-muunnin avulla. Liittymävarastot yhdistetään tähän bussia Buck-Boost-muunnin avulla. DC-bussi syöttää sitten sähköä yksiphasaiseen verkkoon tai tarjoaa kuormille itsenäisesti täysiportaisella inverterillä.

Järjestelmä painottaa "omatuotannon ja -kulutuksen". Aurinkopaneelin tuotanto, joka on ensisijainen energia, täyttää ensin käyttäjän kuormat. Ylijäämä tai puute aurinkopaneelien tuotannosta tasapainotetaan liittymävarastoilla (toissijainen lähde); jos molemmat aurinko- ja varastolähteet ovat rajalla, verkko (kolmas lähde) varmistaa vakauden.

Aurinkopaneelin tuotannon, varaston tilan (SOC) ja ladattavissa olevan voiman osalta: Jos P_PV < P_PV-min}, Boost-muunnin suljetaan (ei voimatulosta); muuten se toimii. Varastot lopettavat lataamisen, kun SOC > 90% ja purkamisen, kun SOC < 10%. P_bat mukautuu dynaamisesti P_PV ja P_load välillä, ulottuen nollasta maksimaaliseen varaston ladattavaan voimaan. Välttääksesi usein toistuvia lataus-purkusuuria, seuraavan kierron tila riippuu edellisen kierron varaston tilasta, mikä estää järjestelmän tilojen usein toistuvaa vaihtoa.

Perustuen tähän, esitetään kotitalouksien aurinko-varastojarjestelmille energiahallintatalous, kuten kuvassa 2.

2 Järjestelmän toimintatilojen ja energian virtauksen analyysi

Energiahallintatalouden ohjaamana järjestelmän toiminta jaetaan itsenäiseen ja verkkoyhteyteen liittyviin tiloihin, jotka jakaantuvat seuraavasti:

2.1 Itsenäinen toiminta (päävoimalla)

On olemassa kaksi alatilaa, määritelty DC-bussia ohjaavan voimalähteen mukaan:

• Aurinkovoima-ohjattu tila

• Aurinko on päävoima; Boost toimii CV-tilassa DC-bussin stabiilisointiin.

• Inverteri toimii itsenäisessä inversio-tilassa kuorman tarpeiden täyttämiseksi.

• Jos aurinkovoima > kuorma + varaston latausvoima, Buck-Boost toimii Buck-tilassa varaston lataamiseksi; muuten Buck-Boost on passiivinen.

• Laukaisu: Aurinkopaneelin tuotanto > kuorma, varasto ei ole täynnä.

• Logiikka:

• Varasto-ohjattu tila

• Varasto on päävoima; Buck-Boost toimii Boost-tilassa DC-bussin stabiilisointiin.

• Inverteri toimii itsenäisessä inversio-tilassa kuorman tarpeiden täyttämiseksi.

• Jos aurinkovoima on heikko, Boost toimii MPPT-tilassa; jos ei aurinkovoimaa, Boost on passiivinen.

• Laukaisu: Aurinkopaneelin tuotanto < kuorma, varastossa on jäljellä kapasiteettia.

• Logiikka:

2.2 Verkkoyhteydessä oleva toiminta (inverterin tilan mukaan)

Jaetaan siihen, onko inverteri inversio- vai rektifikaatiotilassa:

• Verkkoyhteydessä oleva inversio

• Inverteri toimii verkkoyhteydessä olevassa inversio-tilassa DC-bussin stabiilisointiin, syöttäen ylijäämäenergian verkkoon.

• Boost toimii MPPT-tilassa maksimoakseen voimantuoton.

• Buck-Boost on passiivinen.

• Laukaisu: Aurinkopaneelin tuotanto > kuorma, varasto on täynnä.

• Logiikka:

• Verkkoyhteydessä oleva rektifikaatio

• Inverteri toimii verkkoyhteydessä olevassa rektifikaatio-tilassa DC-bussin stabiilisointiin.

• Buck-Boost toimii Buck-tilassa varaston lataamiseksi, kunnes SOC > 90%.

• Jos aurinkovoima on heikko, Boost toimii MPPT-tilassa; jos ei aurinkovoimaa, Boost on passiivinen.

• Laukaisu: Aurinkopaneelin tuotanto < kuorma, varasto on riittämätön (sekä ensisijaista että toissijainen voima ovat rajalla).

• Logiikka:

2.3 Tilariidet ja koordinointi

Neljän alatilan laukaisuehdot ja laitteiden koordinointi on yksityiskohtaisesti selitetty taulukossa 1 (lisättävä). "Aurinko-varasto-verkko" -voiman dynaamisen vaihtamisen ja Boost/Buck-Boost-muunninten sekä inverterin adaptiivisen ohjauksen avulla järjestelmä mahdollistaa tehokkaan energian virtauksen "tuotanto-varasto-kulutus" -ketjussa, kattamalla kaikki kotitalouden sähkön tarpeet (verkon ulkopuolella, verkkoyhteydessä, hätätilanteissa jne.).

Kuva 3(a) näyttää aallonmuodon tilassa 1: aurinkopaneelin tuotanto = 4.8 kW, kuorma = 3 kW. Aurinkopaneeli tuottaa 240 Vdc; Boost-muunnin stabilisoi DC-bussin 480 Vdc:ään. Inverteri toimii itsenäisessä inversio-tilassa (220 Vac kuormalle), ja Buck-Boost toimii Buck-tilassa (1.8 kW varaston lataamiseksi). Aallonmuodot (ylhäältä alas): aurinkopaneelin tuotantosähkö, DC-bussin jännite, inverterin tuotantosähkö ja varaston latausvirta.

Kuva 3(b) vastaa tilaa 2: aurinkopaneelin tuotanto = 5 kW (varasto täynnä, joten Buck-Boost on pois päältä). Kuorma = 3 kW; inverteri käyttää verkkoyhteydessä olevaa inversio-tilaa DC-bussin stabilisointiin, syöttäen ylijäämäenergian verkkoon (9 A, synkronisoitu verkon jännitteeseen). Aallonmuodot: aurinkopaneelin tuotantosähkö, DC-bussin jännite, inverterin tuotantosähkö ja verkkoyhteyden virta.

Kuva 3(c) näyttää tilan 3: aurinkopaneeli on rajalla (ei tuotantoa, Boost pois päältä). Energivarastoyksikkö tuottaa järjestelmälle; Buck-Boost toimii Boost-tilassa (DC-bussi = 480 Vdc). Inverteri toimii itsenäisessä inversio-tilassa (220 Vac 3 kW:n kuormalle). Aallonmuodot: varaston purkuvirta, DC-bussin jännite ja inverterin tuotantosähkö. Kuva 3(d) esittää tilaa 4: sekä aurinko- että energivarastoyksikkö ovat rajalla (ei tuotantoa). Verkko tuottaa kuormalle (3 kW) ja lataa varastoa; inverteri käyttää verkkoyhteydessä olevaa rektifikaatio-tilaa (DC-bussi = 480 Vdc).

3. Johtopäätös (katujen valaistuksen huolto)

Nykyiset kaupunkien katujen valaistuksen huollossa on puutteita. Parannusta varten keskitytään neljään alueeseen:

• Laajenna rahoitusta riittävien huoltobudjetoiden tukemiseksi.

• Vahvista tiedotusta ja tarkastuksia ongelmien nopeaan ratkaisemiseksi.

• Edista vihreää valaistusta kustannusten vähentämiseksi ja tehokkuuden parantamiseksi.

• Perustele standardoitu hallintajärjestelmä yhtenäisten toimintamenetelmien luomiseksi.

Nämä toimet parantavat katujen valaistuksen hallinnan tehokkuutta, tukien älykaupunkien toimintaa ja vihreää kehitystä.