Studi Simulasi Manajemen Energi PV-ESS Rumah Tangga

Dyson

Bidang: Standar Listrik

China

Seiring memburuknya krisis energi global dan semakin parahnya pencemaran lingkungan, pemerintah di seluruh dunia meningkatkan dukungan untuk R&D dalam pembangkit tenaga listrik baru. Penggunaan rumah tangga dari pembangkit listrik terdistribusi surya, arah fase berikutnya yang penting bagi industri PV, telah mendapatkan perhatian yang semakin meningkat. Namun, masalah seperti fluktuasi output daya komponen PV dan rasionalitas integrasi unit penyimpanan energi dapat sangat mempengaruhi penggunaan listrik rumah tangga. Oleh karena itu, diperlukan strategi manajemen energi untuk mengkoordinasikan aliran energi yang stabil antara unit sistem dan memastikan operasi yang lancar, untuk menyeimbangkan penawaran dan permintaan. Makalah ini, berdasarkan sistem penyimpanan PV rumah tangga, mempelajari manajemen energi untuk memungkinkan operasi yang stabil dan memberikan dasar teoritis untuk aplikasi energi bersih praktis.

1 Analisis Struktur Sistem dan Algoritma Manajemen Energi

Topologi sistem penyimpanan PV rumah tangga yang diteliti (Gambar 1) terdiri dari modul PV, baterai penyimpanan ion litium, konverter daya, jaringan, dan beban pengguna. Output modul PV membentuk tegangan bus DC umum melalui konverter Boost. Baterai ion litium terhubung ke bus ini melalui konverter Buck-Boost. Bus DC kemudian menyuplai daya ke jaringan satu fasa atau mensuplai beban secara independen melalui inverter full-bridge.

Sistem memprioritaskan "generasi sendiri dan konsumsi sendiri". Output modul PV, sebagai sumber daya utama, pertama-tama memenuhi beban pengguna. Surplus/defisit daya PV seimbang dengan baterai lithium (sumber sekunder); jika kedua PV dan baterai mencapai batas, jaringan (sumber tersier) memastikan pasokan yang stabil.

Untuk output PV, SOC baterai, dan daya muat-lepas: Jika $P PV < P PV_min$ , konverter Boost dimatikan (tidak ada output daya); sebaliknya, ia beroperasi. Baterai berhenti mengisi ketika SOC > 90% dan melepaskan ketika SOC < 10%. $P bat$ menyesuaikan dinamis dengan $P PV$ dan $P load$ , berkisar dari 0 hingga daya pengisian maksimum baterai. Untuk menghindari osilasi muat-lepas yang sering, kondisi siklus berikutnya bergantung pada status baterai siklus sebelumnya, mencegah pergantian mode sistem yang sering.

Berdasarkan hal tersebut, disarankan algoritma manajemen energi untuk sistem penyimpanan PV rumah tangga, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

2 Analisis Mode Operasi Sistem dan Aliran Energi

Dengan panduan algoritma manajemen energi, operasi sistem dibagi menjadi mode independen dan terhubung ke jaringan, masing-masing lebih lanjut dibagi sebagai berikut:

2.1 Operasi Independen (Oleh Daya Utama)

Ada dua sub-mode, didefinisikan oleh sumber daya yang mengontrol bus DC:

Mode Digerakkan PV

PV sebagai daya utama; Boost berjalan dalam mode CV untuk menstabilkan bus DC.
Inverter bekerja dalam inversi independen untuk mensuplai beban.
Jika daya PV > beban + daya pengisian baterai, Buck-Boost menggunakan mode Buck untuk mengisi baterai; sebaliknya, Buck-Boost idle.
Trigger: Output PV > beban, baterai tidak penuh.
Logika:

Mode Digerakkan Baterai

Baterai sebagai daya utama; Buck-Boost berjalan dalam mode Boost untuk menstabilkan bus DC.
Inverter menggunakan inversi independen untuk mensuplai beban.
Jika PV memiliki output lemah, Boost beroperasi dalam mode MPPT; jika tidak ada output PV, Boost idle.
Trigger: Output PV < beban, baterai memiliki kapasitas sisa.
Logika:

2.2 Operasi Terhubung ke Jaringan (Oleh Status Inverter)

Dibagi berdasarkan apakah inverter berada dalam inversi atau rektifikasi:

Inversi Terhubung ke Jaringan

Inverter menggunakan inversi terhubung ke jaringan untuk menstabilkan bus DC, menyuplai energi berlebih ke jaringan.
Boost berjalan dalam mode MPPT untuk memaksimalkan output daya.
Buck-Boost idle.
Trigger: Output PV > beban, baterai terisi penuh.
Logika:

Rektifikasi Terhubung ke Jaringan

Inverter menggunakan rektifikasi terhubung ke jaringan untuk menstabilkan bus DC.
Buck-Boost berjalan dalam mode Buck untuk mengisi baterai hingga SOC > 90%.
Jika PV memiliki output lemah, Boost menggunakan mode MPPT; jika tidak ada output PV, Boost idle.
Trigger: Output PV < beban, baterai tidak cukup (kedua daya utama/sekunder mencapai batas).
Logika:

2.3 Batas Mode & Koordinasi

Kondisi trigger empat sub-mode dan koordinasi peralatan diperinci dalam Tabel 1 (akan ditambahkan). Melalui beralih dinamis "PV-baterai-jaringan" daya dan kontrol adaptif konverter Boost/Buck-Boost dan inverter, sistem memungkinkan aliran energi yang efisien dalam "generasi-penyimpanan-konsumsi", mencakup semua kebutuhan daya rumah tangga (off-grid, terhubung ke jaringan, darurat, dll.).

Gambar 3(a) menunjukkan bentuk gelombang untuk Mode 1: Output PV = 4.8 kW, beban = 3 kW. Modul PV mengeluarkan 240 Vdc; konverter Boost menstabilkan bus DC pada 480 Vdc. Inverter berjalan dalam inversi independen (220 Vac untuk beban), dan Buck-Boost bekerja dalam mode Buck (1.8 kW untuk mengisi baterai). Bentuk gelombang (dari atas ke bawah): Arus output PV, tegangan bus DC, tegangan output inverter, dan arus pengisian baterai.

Gambar 3(b) sesuai dengan Mode 2: Output PV = 5 kW (baterai penuh, sehingga Buck-Boost mati). Beban = 3 kW; inverter menggunakan inversi terhubung ke jaringan untuk menjaga bus DC pada 480 Vdc, menyuplai energi berlebih ke jaringan (9 A, sinkron dengan tegangan jaringan). Bentuk gelombang: Arus output PV, tegangan bus DC, tegangan output inverter, dan arus terhubung ke jaringan.

Gambar 3(c) menunjukkan Mode 3: Modul PV mencapai batas (tidak ada output, Boost off). Unit penyimpanan energi memasok sistem; Buck-Boost berjalan dalam mode Boost (bus DC = 480 Vdc). Inverter menggunakan inversi independen (220 Vac untuk beban 3 kW). Bentuk gelombang: Arus pelepasan baterai, tegangan bus DC, dan tegangan output inverter. Gambar 3(d) menampilkan Mode 4: Kedua PV dan penyimpanan energi mencapai batas (tidak ada output). Jaringan memasok beban (3 kW) dan mengisi baterai; inverter menggunakan rektifikasi terhubung ke jaringan (bus DC = 480 Vdc).