घरेलू PV-ESS ऊर्जा प्रबंधन सिमुलेशन अध्ययन

Dyson

फील्ड: विद्युत मानक

China

जैसे-जैसे वैश्विक ऊर्जा संकट गंभीर होता जा रहा है और पर्यावरणीय प्रदूषण बढ़ रहा है, वैश्विक सरकारें नए ऊर्जा उत्पादन के अनुसंधान और विकास में समर्थन बढ़ा रही हैं। घरेलू उपयोग के लिए सौर वितरित उत्पादन, जो PV उद्योग का एक महत्वपूर्ण अगला दिशा है, ध्यान केंद्रित कर रहा है। हालांकि, PV घटकों के ऊर्जा उत्पादन की उतार-चढ़ाव और ऊर्जा संचय इकाइयों के एकीकरण की व्यावहारिकता जैसी समस्याएं घरेलू बिजली के उपयोग को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकती हैं। इसलिए, सिस्टम इकाइयों के बीच स्थिर ऊर्जा प्रवाह को समन्वित करने और चालू ऑपरेशन को सुनिश्चित करने के लिए, आपूर्ति और मांग को संतुलित करने के लिए एक ऊर्जा प्रबंधन रणनीति की आवश्यकता होती है। यह पेपर, घरेलू PV-ऊर्जा संचय सिस्टमों पर आधारित, स्थिर ऑपरेशन को सक्षम करने और व्यावहारिक स्वच्छ ऊर्जा अनुप्रयोगों के लिए सैद्धांतिक आधार प्रदान करने के लिए ऊर्जा प्रबंधन का अध्ययन करता है।

1 सिस्टम संरचना और ऊर्जा प्रबंधन एल्गोरिथ्म का विश्लेषण

अध्ययन किए गए घरेलू PV-ऊर्जा संचय सिस्टम (आकृति 1) की टोपोलॉजी PV मॉड्यूल, लिथियम-आयन संचय बैटरी, पावर कनवर्टर, ग्रिड और उपयोगकर्ता लोड शामिल है। PV मॉड्यूल आउटपुट एक बूस्ट कनवर्टर के माध्यम से एक सामान्य DC बस वोल्टेज बनाता है। लिथियम-आयन बैटरी एक बक-बूस्ट कनवर्टर के माध्यम से इस बस से जुड़ी होती है। फिर DC बस एकल-फेज ग्रिड में शक्ति प्रदान करती है या एक पूर्ण पुल इनवर्टर के माध्यम से स्वतंत्र रूप से लोड को आपूर्ति करती है।

सिस्टम "स्व-उत्पादन और स्व-उपभोग" को प्राथमिकता देता है। PV मॉड्यूल आउटपुट, प्राथमिक ऊर्जा स्रोत के रूप में, पहले उपयोगकर्ता लोडों को पूरा करता है। अतिरिक्त/कम PV शक्ति को लिथियम बैटरी (द्वितीयक स्रोत) द्वारा संतुलित किया जाता है; यदि PV और बैटरी दोनों की सीमा तक पहुंच जाती है, तो ग्रिड (तृतीयक स्रोत) स्थिर आपूर्ति को सुनिश्चित करता है।

PV आउटपुट, बैटरी SOC, और चार्ज-डिस्चार्ज शक्ति के लिए: यदि $P PV < P PV -min}$ , तो बूस्ट कनवर्टर बंद हो जाता है (कोई शक्ति आउटपुट नहीं); अन्यथा, यह संचालित होता है। बैटरी चार्जिंग जब SOC > 90% होता है तो रोक देता है और डिस्चार्जिंग जब SOC < 10% होता है। $P bat$ $P PV$ और $P load$ के साथ डाइनामिक रूप से समायोजित होता है, 0 से अधिकतम बैटरी चार्जिंग शक्ति तक। अक्सर चार्ज-डिस्चार्ज दोलन से बचने के लिए, अगले चक्र की स्थिति पिछले चक्र की बैटरी स्थिति पर निर्भर करती है, जिससे सिस्टम मोड स्विचिंग को रोका जाता है।

इसके आधार पर, घरेलू PV-संचय सिस्टमों के लिए एक ऊर्जा प्रबंधन एल्गोरिथ्म प्रस्तावित किया गया है, जैसा कि आकृति 2 में दिखाया गया है।

2 सिस्टम ऑपरेशन मोड और ऊर्जा प्रवाह का विश्लेषण

ऊर्जा प्रबंधन एल्गोरिथ्म के द्वारा सिद्धांत दिये गए, सिस्टम का संचालन स्वतंत्र और ग्रिड-संलग्न मोडों में विभाजित होता है, प्रत्येक निम्नलिखित प्रकार से आगे विभाजित होता है:

2.1 स्वतंत्र संचालन (मुख्य शक्ति द्वारा)

दो उप-मोड हैं, जो DC बस को नियंत्रित करने वाले ऊर्जा स्रोत द्वारा परिभाषित हैं:

PV-चालित मोड

PV मुख्य शक्ति के रूप में; बूस्ट CV मोड में चलता है DC बस को स्थिर करने के लिए।
इनवर्टर लोड आपूर्ति के लिए स्वतंत्र इनवर्शन में काम करता है।
यदि PV शक्ति > लोड + बैटरी चार्ज शक्ति, तो बक-बूस्ट बक मोड में बैटरी को चार्ज करने के लिए काम करता है; अन्यथा, बक-बूस्ट निष्क्रिय होता है।
ट्रिगर: PV आउटपुट > लोड, बैटरी पूरी नहीं है।
लॉजिक:

बैटरी-चालित मोड

बैटरी मुख्य शक्ति के रूप में; बक-बूस्ट बूस्ट मोड में चलता है DC बस को स्थिर करने के लिए।
इनवर्टर लोड आपूर्ति के लिए स्वतंत्र इनवर्शन में काम करता है।
यदि PV का कम आउटपुट हो, तो बूस्ट MPPT मोड में काम करता है; यदि कोई PV आउटपुट नहीं हो, तो बूस्ट निष्क्रिय होता है।
ट्रिगर: PV आउटपुट < लोड, बैटरी में शेष क्षमता है।
लॉजिक:

2. 2 ग्रिड-संलग्न संचालन (इनवर्टर की स्थिति द्वारा)

इनवर्टर के इनवर्शन या रेक्टिफिकेशन के आधार पर विभाजित:

ग्रिड-संलग्न इनवर्शन

इनवर्टर ग्रिड-संलग्न इनवर्शन का उपयोग करता है DC बस को स्थिर करने के लिए, अतिरिक्त ऊर्जा को ग्रिड में भेजता है।
बूस्ट MPPT मोड में चलता है शक्ति उत्पादन को अधिकतम करने के लिए।
बक-बूस्ट निष्क्रिय होता है।
ट्रिगर: PV आउटपुट > लोड, बैटरी पूरी तरह से चार्ज हो चुकी है।
लॉजिक:

ग्रिड-संलग्न रेक्टिफिकेशन

इनवर्टर ग्रिड-संलग्न रेक्टिफिकेशन का उपयोग करता है DC बस को स्थिर करने के लिए।
बक-बूस्ट बक मोड में चलता है बैटरी को चार्ज करने के लिए जब तक SOC > 90% नहीं हो जाता।
यदि PV का कम आउटपुट हो, तो बूस्ट MPPT मोड में काम करता है; यदि कोई PV आउटपुट नहीं हो, तो बूस्ट निष्क्रिय होता है।
ट्रिगर: PV आउटपुट < लोड, बैटरी अपर्याप्त (प्राथमिक/द्वितीयक शक्ति दोनों सीमा तक पहुंच गई है)।
लॉजिक:

2.3 मोड सीमाएं और समन्वय

4 उप-मोडों की ट्रिगर स्थितियां और उपकरणों का समन्वय तालिका 1 (जोड़ा जाएगा) में विस्तार से दिया गया है। "PV-बैटरी-ग्रिड" शक्ति के डाइनामिक स्विचिंग और बूस्ट/बक-बूस्ट कनवर्टर और इनवर्टर के एडाप्टिव नियंत्रण के माध्यम से, सिस्टम "उत्पादन-संचय-उपभोग" में कुशल ऊर्जा प्रवाह को सक्षम करता है, सभी घरेलू शक्ति की आवश्यकताओं (ऑफ-ग्रिड, ग्रिड-संलग्न, आपातकालीन, आदि) को कवर करता है।

आकृति 3(a) मोड 1 के लिए तरंग रूप दिखाता है: PV आउटपुट = 4.8 kW, लोड = 3 kW। PV मॉड्यूल 240 Vdc आउटपुट करता है; बूस्ट कनवर्टर DC बस को 480 Vdc पर स्थिर करता है। इनवर्टर स्वतंत्र इनवर्शन (लोड के लिए 220 Vac) में काम करता है, और बक-बूस्ट बक मोड (1.8 kW बैटरी चार्ज करने के लिए) में काम करता है। तरंग रूप (शीर्ष से नीचे): PV आउटपुट धारा, DC बस वोल्टेज, इनवर्टर आउटपुट वोल्टेज, और बैटरी चार्जिंग धारा।

आकृति 3(b) मोड 2 के लिए संबंधित है: PV आउटपुट = 5 kW (बैटरी पूरी, इसलिए बक-बूस्ट बंद है)। लोड = 3 kW; इनवर्टर ग्रिड-संलग्न इनवर्शन का उपयोग करता है DC बस को 480 Vdc पर स्थिर रखने के लिए, अतिरिक्त ऊर्जा को ग्रिड (9 A, ग्रिड वोल्टेज के साथ संकल्पित) में भेजता है। तरंग रूप: PV आउटपुट धारा, DC बस वोल्टेज, इनवर्टर आउटपुट वोल्टेज, और ग्रिड-संलग्न धारा।

आकृति 3(c) मोड 3 को दिखाती है: PV मॉड्यूल सीमा पर है (कोई आउटपुट नहीं, बूस्ट बंद)। ऊर्जा संचय इकाई सिस्टम को शक्ति देती है; बक-बूस्ट बूस्ट मोड (DC बस = 480 Vdc) में काम करता है। इनवर्टर स्वतंत्र इनवर्शन (3 kW लोड के लिए 220 Vac) का उपयोग करता है। तरंग रूप: बैटरी डिस्चार्जिंग धारा, DC बस वोल्टेज, और इनवर्टर आउटपुट वोल्टेज। आकृति 3(d) मोड 4 प्रस्तुत करती है: PV और ऊर्जा संचय दोनों सीमा पर है (कोई आउटपुट नहीं)। ग्रिड लोड (3 kW) को शक्ति देता है और बैटरी को चार्ज करता है; इनवर्टर ग्रिड-संलग्न रेक्टिफिकेशन (DC बस = 480 Vdc) का उपयोग करता है।