Mājsaimniecības PV-ESS enerģijas pārvaldības simulācijas pētījums

Kā pasaulē pieaug enerģijas krīze un vides piesārņojums, valdības visā pasaulē palielina atbalstu jaunu enerģiju ražošanas R&D. Mājsaimniecību solāro dažādotu ģenerāciju izmantošana, kas ir galvenais nākamais virzienā PV nozarei, iegūst arvien lielāku uzmanību. Tomēr problēmas, piemēram, PV komponentu enerģijas iznākuma svārstības un enerģijas krājumu vienību integrācijas racionālums, var nopietni ietekmēt mājsaimniecību elektroenerģijas patēriņu. Tāpēc, lai koordinētu stabila enerģijas plūsmu starp sistēmas vienībām un nodrošinātu gļivi darbību, nepieciešama enerģijas pārvaldības stratēģija, lai līdzsvarotu piedāvājumu un pieprasījumu. Šajā rakstā, balstoties uz mājsaimniecību PV-enerģijas krājumu sistēmām, tiek pētīta enerģijas pārvaldība, lai nodrošinātu stabila darbība un sniegtu teorētisku pamatu praktiskai tīras enerģijas lietošanai.

1 Sistēmas struktūras un enerģijas pārvaldības algoritma analīze

Studētā mājsaimniecību PV-enerģijas krājumu sistēmas topoloģija (Attēls 1) sastāv no PV moduļiem, litija-jona krājumu baterijām, enerģijas pārvērtniekām, tīklu un lietotāju slodzes. PV moduļa iznākums veido kopīgu DC šķidrleņķa spriegumu caur Boost pārvērtniekam. Litija-jona baterijas savienojas ar šo šķidrleņķi caur Buck-Boost pārvērtniekam. DC šķidrleņķis pēc tam piegādā enerģiju vienvietējam tīklam vai neatkarīgi apgādā slodzes caur pilntilpju inversoru.

Sistēmai prioritāte ir "sekojošā ražošana un patēriņš". PV moduļa iznākums, kā galvenais enerģijas avots, pirmām kārtām apmierina lietotāju slodzes. Pārpalikusī/nedostatošā PV enerģija tiek līdzsvarota ar litija baterijām (sekundārs avots); ja gan PV, gan baterijas sasniedz robežas, tīkls (terciārais avots) nodrošina stabila piegāde.

PV iznākumam, baterijas SOC un uzlādes-atlādes jaudai: Ja P_PV < P_PV-min}, Boost pārvērtnieks izslēdzas (nav enerģijas iznākuma); pretējā gadījumā tas darbojas. Baterijas apturē to uzlādi, kad SOC > 90%, un atlādi, kad SOC < 10%. P_bat dināmiski pielāgojas ar P_PV un P_load, mainoties no 0 līdz maksimālajai baterijas uzlādes jaudai. Lai izvairītos no biežām uzlādes-atlādes svārstībām, nākamā cikla stāvoklis atkarīgs no iepriekšējā cikla baterijas stāvokļa, kas novērš biežas sistēmas režīmu maiņas.

Balstoties uz šo, tiek piedāvāts enerģijas pārvaldības algoritms mājsaimniecību PV-krājumu sistēmām, kā parādīts Attēlā 2.

2 Sistēmas darbības režīmu un enerģijas plūsmas analīze

Guided by the energy management algorithm, the system's operation splits into independent and grid-connected modes, each further subdivided as follows:

2.1 Neatkarīga darbība (Pār galveno enerģiju)

Ir divi apakšrežīmi, kas definēti ar enerģijas avotu, kas kontrolē DC šķidrleņķi:

• PV vadītais režīms

• PV kā galvenais enerģijas avots; Boost darbojas CV režīmā, lai stabilizētu DC šķidrleņķi.

• Inversors darbojas neatkarīgā inversijas režīmā, lai apgādātu slodzes.

• Ja PV jauda > slodze + baterijas uzlādes jauda, Buck-Boost izmanto Buck režīmu, lai uzlādētu bateriju; citādi, Buck-Boost paliek neaktīvs.

• Triggers: PV iznākums > slodze, baterija nav pilna.

• Loģika:

• Baterijas vadītais režīms

• Baterija kā galvenais enerģijas avots; Buck-Boost darbojas Boost režīmā, lai stabilizētu DC šķidrleņķi.

• Inversors izmanto neatkarīgo inversiju, lai apgādātu slodzes.

• Ja PV iznākums ir vājš, Boost darbojas MPPT režīmā; ja nav PV iznākuma, Boost paliek neaktīvs.

• Triggers: PV iznākums < slodze, baterijā ir atlikusī kapacitāte.

• Loģika:

2.2 Tīkla savienotā darbība (Pēc inversora stāvokļa)

Sadala, vai inversors darbojas inversijas vai rektifikācijas režīmā:

• Tīkla savienotā inversija

• Inversors izmanto tīkla savienoto inversiju, lai stabilizētu DC šķidrleņķi un pārnestu pārpalikusī enerģiju tīklā.

• Boost darbojas MPPT režīmā, lai maksimizētu jaudas iznākumu.

• Buck-Boost paliek neaktīvs.

• Triggers: PV iznākums > slodze, baterija pilnībā uzlādēta.

• Loģika:

• Tīkla savienotā rektifikācija

• Inversors izmanto tīkla savienoto rektifikāciju, lai stabilizētu DC šķidrleņķi.

• Buck-Boost darbojas Buck režīmā, lai uzlādētu bateriju, līdz SOC > 90%.

• Ja PV iznākums ir vājš, Boost izmanto MPPT režīmu; ja nav PV iznākuma, Boost paliek neaktīvs.

• Triggers: PV iznākums < slodze, baterijā nepietiek enerģijas (gan primārie, gan sekundārie enerģijas avoti sasniedz robežas).

• Loģika:

2.3 Režīmu robežas un koordinācija

Četrus apakšrežīmus aktivizējošos nosacījumus un aprīkojuma koordināciju detalizēti apraksta Tabula 1 (jāpievieno). Dinamiski mainot "PV-baterija-tīkls" enerģijas avotus un adaptīvi kontrolējot Boost/Buck-Boost pārvērtniekus un inversoru, sistēma nodrošina efektīvu enerģijas plūsmu "ražošanā-krājumā-patēriņā", aptverot visas mājsaimniecības enerģijas vajadzības (bez tīkla, tīkla savienotā, ārkārtas situācijas utt.).

Attēls 3(a) parāda signālu formu Režīmam 1: PV iznākums = 4,8 kW, slodze = 3 kW. PV modulis iznāk 240 Vdc; Boost pārvērtnieks stabilizē DC šķidrleņķi 480 Vdc. Inversors darbojas neatkarīgā inversijas režīmā (220 Vac slodžu apgāde), un Buck-Boost darbojas Buck režīmā (1,8 kW, lai uzlādētu bateriju). Signālu formas (no augšas uz leju): PV iznākuma strāva, DC šķidrleņķa spriegums, inversora iznākuma spriegums un baterijas uzlādes strāva.

Attēls 3(b) attiecas uz Režīmu 2: PV iznākums = 5 kW (baterija pilnībā uzlādēta, tāpēc Buck-Boost ir izslēgts). Slodze = 3 kW; inversors izmanto tīkla savienoto inversiju, lai uzturētu DC šķidrleņķi 480 Vdc, pārnesot pārpalikusī enerģiju tīklā (9 A, sinhronizēts ar tīkla spriegumu). Signālu formas: PV iznākuma strāva, DC šķidrleņķa spriegums, inversora iznākuma spriegums un tīkla savienotā strāva.

Attēls 3(c) parāda Režīmu 3: PV modulis sasniedz robežas (nav iznākuma, Boost izslēgts). Enerģijas krājumu vienība pārņem sistēmu; Buck-Boost darbojas Boost režīmā (DC šķidrleņķis = 480 Vdc). Inversors izmanto neatkarīgo inversiju (220 Vac 3 kW slodžu apgāde). Signālu formas: baterijas atlādes strāva, DC šķidrleņķa spriegums un inversora iznākuma spriegums. Attēls 3(d) parāda Režīmu 4: Gan PV, gan enerģijas krājumi sasniedz robežas (nav iznākuma). Tīkls apgādā slodzes (3 kW) un uzlādē bateriju; inversors izmanto tīkla savienoto rektifikāciju (DC šķidrleņķis = 480 Vdc).

3. Secinājumi (Ielu gaismas uzturēšana)

Pašreizējā ielu gaismas uzturēšana pilsētās ir nepilnīga. Lai uzlabotu, jāpievēršas četriem aspektiem:

• Platini finansējumu, lai nodrošinātu pietiekamu uzturēšanas budžetu.

• Pastiprināt publisku informēšanu un inspekcijas, lai laicīgi atrisinātu problēmas.

• Veicināt zaļo gaismu, lai samazinātu izmaksas un paaugstinātu efektivitāti.

• Ieviest standartizētas pārvaldības sistēmas, lai nodrošinātu vienotu darbību.

Šie soļi uzlabos ielu gaismas pārvaldības efektivitāti, atbalstot dzīvīgās pilsētas operācijas un zaļo attīstību.