מחקר סימולציה לניהול אנרגיה של מערכת אגירה פוטו-וולטאית ביתי

ככל שהמשבר האנרגטי העולמי מחריף והזיהום הסביבתי הופך ליותר חמור, ממשלות ברחבי העולם מגדילות את התמיכה לפיתוח מחקר ופיתוח בsystems of new energy power generation. השימוש ביתי בדור הבא של ייצור אנרגיה פוטovoltaic מבוזר, שנחשב לכיוון מרכזי לתעשייה הפוטovoltaic, זוכה להפיכת תשומת לב רבה. עם זאת, בעיות כמו תנודות בהספק החשמלי מהרכיבים הפוטovoltaic וההגיון של אינטגרציה של יחידות אחסון אנרגיה יכולים להשפיע באופן חמור על השימוש בחשמל ביתי. לכן, כדי לקואורדין זרימת אנרגיה יציבה בין היחידות בשיטה ולבטיח פעולה חלקה, יש צורךатегия управления энергией для сбалансирования спроса и предложения. В данной работе на основе домашних систем фотоэлектрической энергии и хранения исследуется управление энергией, чтобы обеспечить стабильную работу и предоставить теоретическую основу для практических применений чистой энергии.

1 ניתוח המבנה של המערכת ואלגוריתם ניהול האנרגיה

טופולוגיה של מערכת הייצור והאחסון הפוטovoltaic הביתית הנחקרת (איור 1) כוללת מודולי פוטovoltaic, סוללות אחסון ליוניות, מומרות כוח, הרשת והטעינה של המשתמש. הפלט מהמודולים הפוטovoltaic יוצר מתח DC משותף באמצעות ממיר Boost. הסוללות הליתיום-יוניות מחוברות לאוטובוס הזה באמצעות ממיר Buck-Boost. האוטובוס DC מספק את הכוח לרשת חד-פאזה או מספק עצמאי לטעינה דרך ממיר Inverter ברIDGE מלא.

המערכת מעדיפה "ייצור עצמי ושימוש עצמי". הפלט מהמודולים הפוטovoltaic, כאספקה ראשית, תחילה מכסה את הטעינה של המשתמש. עודף או חסר בחשמל מהפוטovoltaic מאוזן על ידי סוללות (אספקה שניונית); אם גם הפוטovoltaic והסוללות מגיעים לסוגרים, הרשת (אספקה שלישונית) מבטיחה אספקה יציבה.

לגבי פלט פוטovoltaic, מצב טעינה של הסוללה ומצב טעינה-פריקה: אם \(P_{PV} < P_{PV\_min}\), ממיר Boost נסגר (אין פלט חשמל); אחרת הוא עובד. הסוללות עוצרות את הטעינה כאשר SOC > 90% ואת הפריקה כאשר SOC < 10%. \(P_{bat}\) מתעדכן דינמית בהתאם ל-\(P_{PV}\) ו-\(P_{load}\), בין 0 למקסימום הטעינה של הסוללה. כדי למנוע פריקות-טעינות תכופות, מצב המחזור הבא תלוי במצב הסוללה של המחזור הקודם, כדי למנוע החלפות תכופות מצבים של המערכת.

מבוסס על זה, נציע אלגוריתם ניהול אנרגיה עבור מערכות פוטovoltaic-אחסון ביתיים, כפי שמוצג באיור 2.

2 ניתוח מצבים של פעולה ואנרגיה זורמת

בהנחיית אלגוריתם ניהול האנרגיה, פעולת המערכת מתחלקת למצבים עצמאיים ומחוברים לרשת, כל אחד מהם מתחלק עוד יותר כדלקמן:

2.1 פעולה עצמאית (על ידי מקור עיקרי)

קיימים שני מצבים משנה, המוגדרים לפי המקור המפעיל את האוטובוס DC:

• מצב הנעה על ידי פוטovoltaic

• פוטovoltaic כמקור עיקרי; ממיר Boost פועל ב-CV mode כדייצב את האוטובוס DC.

• הממיר Inverter פועל ב-inversion עצמאי כדי לספק את הטעינה.

• אם הכוח מהפוטovoltaic גדול מהטעינה + כוח טעינה של הסוללה, Buck-Boost משתמש ב-mBuck mode כדי לטעון את הסוללה; אחרת, Buck-Boost נח.

• מפעיל: פלט פוטovoltaic גדול מהטעינה, הסוללה לא מלאה.

• לוגיקה:

• מצב הנעה על ידי סוללה

• סוללה כמקור עיקרי; Buck-Boost פועל ב-Boost mode כדייצב את האוטובוס DC.

• הממיר Inverter משתמש ב-inversion עצמאי כדי לספק את הטעינה.

• אם לפוטovoltaic יש פלט חלש, Boost פועל ב-MPPT mode; אם אין פלט פוטovoltaic, Boost נח.

• מפעיל: פלט פוטovoltaic קטן מהטעינה, לסוללה יש קיבולת נותרת.

• לוגיקה:

2. 2 פעולה מחוברת לרשת (לפי מצב הממיר Inverter)

מתחלקת בהתאם לשאלה אם הממיר Inverter נמצא ב-inversion או ב-rectification:

• inversion מחובר לרשת

• הממיר Inverter משתמש ב-inversion מחובר לרשת כדייצב את האוטובוס DC, ומספק עודף אנרגיה לרשת.

• Boost פועל ב-MPPT mode כדי להגדיל את הפלט החשמלי.

• Buck-Boost נח.

• מפעיל: פלט פוטovoltaic גדול מהטעינה, הסוללה מלאה.

• לוגיקה:

• rectification מחובר לרשת

• הממיר Inverter משתמש ב-rectification מחובר לרשת כדייצב את האוטובוס DC.

• Buck-Boost פועל ב-Buck mode כדי לטעון את הסוללה עד ש-SOC > 90%.

• אם לפוטovoltaic יש פלט חלש, Boost משתמש ב-MPPT mode; אם אין פלט פוטovoltaic, Boost נח.

• מפעיל: פלט פוטovoltaic קטן מהטעינה, לסוללה יש קיבולת נותרת (שני מקורות עיקריים ומשניים מגיעה לסוגרים).

• לוגיקה:

2.3 גבולות מצבים וקואורדינציה

תנאי ההפעלה של ארבעת המצבים המשניים והקואורדינציה של הציוד מפורטת בטבלה 1 (צריך להוסיף). דרך החלפת דינמית של כוח "פוטovoltaic-סוללה-רשת" ובקרה אדפטיבית של ממירי Boost/Buck-Boost והממיר Inverter, המערכת מאפשרת זרימת אנרגיה יעילה ב-"ייצור-אחסון-שימוש", מכסה את כל הצרכים החשמליים של הבית (לא מחובר לרשת, מחובר לרשת, חירום, וכו').

איור 3(a) מציג את הגל עבור מצב 1: פלט פוטovoltaic = 4.8 kW, טעינה = 3 kW. המודול פוטovoltaic פולט 240 Vdc; ממיר Boost מדביק את האוטובוס DC ב-480 Vdc. הממיר Inverter פועל ב-inversion עצמאי (220 Vac עבור הטעינה), ו-Buck-Boost פועל ב-Buck mode (1.8 kW כדי לטעון את הסוללה). גלים (ממעלה למטה): זרם פלט פוטovoltaic, מתח DC, מתח פלט Inverter, וזרם טעינה של הסוללה.

איור 3(b) מתאים למצב 2: פלט פוטovoltaic = 5 kW (סוללה מלאה, כך Buck-Boost מכובה). טעינה = 3 kW; הממיר Inverter משתמש ב-inversion מחובר לרשת כדי לשמור על האוטובוס DC ב-480 Vdc, ונותן עודף אנרגיה לרשת (9 A, מזוהה עם מתח הרשת). גלים: זרם פלט פוטovoltaic, מתח DC, מתח פלט Inverter, וזרם מחובר לרשת.

איור 3(c) מציג מצב 3: המודול פוטovoltaic מגיעה לסוגרים (אין פלט, Boost מכובה). יחידת אחסון האנרגיה מספקת את המערכת; Buck-Boost פועל ב-Boost mode (אוטובוס DC = 480 Vdc). הממיר Inverter משתמש ב-inversion עצמאי (220 Vac עבור טעינה של 3 kW). גלים: זרם הפריקה של הסוללה, מתח DC, ומתח פלט Inverter. איור 3(d) מציג מצב 4: שני פוטovoltaic ואחסון האנרגיה מגיעה לסוגרים (אין פלט). הרשת מספקת טעינה (3 kW) וטעינת הסוללה; הממיר Inverter משתמש ב-rectification מחובר לרשת (אוטובוס DC = 480 Vdc).

3. סיכום (תחזוקת מנורות רחוב)

תחזוקת מנורות הרחוב העירונית הנוכחית יש לה מספר חסרונות. כדי לשפר, יש להתמקד בארבעה תחומים:

• להרחיב את המימון עבור תקציבי תחזוקה מספיקים.

• להגביר פרסום/בדיקות כדי לפתור בעיות במהירות.

• לה得到有效管理。为了改进，重点需要放在以下几个方面：

• 建立标准化管理系统，实现统一操作。

这些步骤将提高路灯管理的效率，支持智慧城市运营和绿色发展。