Kajian Simulasi Pengurusan Tenaga PV-ESS Rumah Tangga

Dyson

Medan: Standard Elektrik

China

Seiring dengan semakin parahnya krisis tenaga global dan pencemaran alam semula jadi yang semakin serius, kerajaan di seluruh dunia meningkatkan sokongan untuk penyelidikan dan pembangunan (R&D) dalam penjanaan tenaga baru. Penggunaan penjanaan teragih solar oleh rumah tangga, arah penting seterusnya bagi industri PV, telah menerima perhatian yang semakin meningkat. Walau bagaimanapun, isu-isu seperti fluktuasi keluaran kuasa komponen PV dan kebolehpercayaan integrasi unit storan tenaga boleh memberi kesan serius kepada penggunaan elektrik rumah tangga. Oleh itu, strategi pengurusan tenaga diperlukan untuk mengkoordinasikan aliran tenaga yang stabil antara unit sistem dan memastikan operasi yang lancar, untuk menyeimbangkan permintaan dan penawaran. Kertas ini, berdasarkan sistem storan PV-rumah tangga, mengkaji pengurusan tenaga untuk membolehkan operasi yang stabil dan menyediakan asas teori untuk aplikasi tenaga bersih praktikal.

1 Analisis Struktur Sistem dan Algoritma Pengurusan Tenaga

Topologi sistem storan PV-rumah tangga yang dikaji (Gambaraj 1) terdiri daripada modul PV, bateri storan ion litium, pemindah kuasa, grid, dan beban pengguna. Keluaran modul PV membentuk voltan bas DC sepunya melalui pemindah kuasa Boost. Bateri ion litium disambungkan ke bas ini melalui pemindah kuasa Buck-Boost. Bas DC kemudian menyediakan kuasa ke grid fasa tunggal atau menyediakan beban secara bebas melalui inverter penuh jambatan.

Sistem memberi keutamaan kepada "penghasilan sendiri dan penggunaan sendiri". Keluaran modul PV, sebagai sumber kuasa utama, pertama kali memenuhi beban pengguna. Kuasa PV lebihan/kekurangan diseimbangkan oleh bateri litium (sumber sekunder); jika kedua-dua PV dan bateri mencapai had, grid (sumber tersier) memastikan bekalan yang stabil.

Untuk keluaran PV, SOC bateri, dan kuasa muat-tarik: Jika $P PV < P PV -min}$ , pemindah kuasa Boost ditutup (tiada keluaran kuasa); sebaliknya, ia beroperasi. Bateri berhenti memuat apabila SOC > 90% dan bertarik apabila SOC < 10%. $P bat$ menyesuaikan diri dengan $P PV$ dan $P load$ , berkisar dari 0 hingga kuasa muat maksimum bateri. Untuk mengelakkan ayunan muat-tarik yang kerap, keadaan siklus seterusnya bergantung pada status bateri siklus sebelumnya, mencegah perubahan mode sistem yang kerap.

Berdasarkan ini, satu algoritma pengurusan tenaga untuk sistem storan PV-rumah tangga dicadangkan, seperti yang ditunjukkan dalam Gambaraj 2.

2 Analisis Mod Operasi Sistem dan Aliran Tenaga

Dibimbing oleh algoritma pengurusan tenaga, operasi sistem dibahagikan menjadi mod bebas dan berhubungan grid, setiap satunya dibahagikan lebih lanjut seperti berikut:

2.1 Operasi Bebas (Oleh Kuasa Utama)

Dua sub-mod wujud, ditentukan oleh sumber kuasa yang mengawal bas DC:

Mod Dibenarkan oleh PV

PV sebagai kuasa utama; Boost beroperasi dalam mod CV untuk menstabilkan bas DC.
Inverter beroperasi dalam invensi bebas untuk bekalan beban.
Jika kuasa PV > beban + kuasa muat bateri, Buck-Boost menggunakan mod Buck untuk memuat bateri; sebaliknya, Buck-Boost rehat.
Pencetus: Keluaran PV > beban, bateri tidak penuh.
Logik:

Mod Dibenarkan oleh Bateri

Bateri sebagai kuasa utama; Buck-Boost beroperasi dalam mod Boost untuk menstabilkan bas DC.
Inverter menggunakan invensi bebas untuk bekalan beban.
Jika PV mempunyai keluaran lemah, Boost beroperasi dalam mod MPPT; jika tiada keluaran PV, Boost rehat.
Pencetus: Keluaran PV < beban, bateri mempunyai kapasiti baki.
Logik:

2.2 Operasi Berhubungan Grid (Oleh Keadaan Inverter)

Dibahagikan oleh sama ada inverter berada dalam invensi atau rektifikasi:

Invensi Berhubungan Grid

Inverter menggunakan invensi berhubungan grid untuk menstabilkan bas DC, menyediakan tenaga berlebihan ke grid.
Boost beroperasi dalam mod MPPT untuk memaksimumkan keluaran kuasa.
Buck-Boost rehat.
Pencetus: Keluaran PV > beban, bateri penuh.
Logik:

Rektifikasi Berhubungan Grid

Inverter menggunakan rektifikasi berhubungan grid untuk menstabilkan bas DC.
Buck-Boost beroperasi dalam mod Buck untuk memuat bateri sehingga SOC > 90%.
Jika PV mempunyai keluaran lemah, Boost menggunakan mod MPPT; jika tiada keluaran PV, Boost rehat.
Pencetus: Keluaran PV < beban, bateri tidak mencukupi (kedua-dua kuasa utama/sekunder mencapai had).
Logik:

2.3 Batasan Mod & Koordinasi

Syarat pencetus empat sub-mod dan koordinasi peralatan diterangkan dalam Jadual 1 (akan ditambah). Melalui penukaran dinamik "PV - bateri - grid" dan kawalan adaptif pemindah kuasa Boost/Buck-Boost dan inverter, sistem membolehkan aliran tenaga yang efisien dalam "penjanaan - storan - penggunaan", merangkumi semua keperluan kuasa rumah tangga (tanpa grid, berhubungan grid, kecemasan, dll).

Gambaraj 3(a) menunjukkan bentuk gelombang untuk Mod 1: Keluaran PV = 4.8 kW, beban = 3 kW. Modul PV mengeluarkan 240 Vdc; pemindah kuasa Boost menstabilkan bas DC pada 480 Vdc. Inverter beroperasi dalam invensi bebas (220 Vac untuk beban), dan Buck-Boost beroperasi dalam mod Buck (1.8 kW untuk memuat bateri). Bentuk gelombang (dari atas ke bawah): Arus keluaran PV, voltan bas DC, voltan keluaran inverter, dan arus muat bateri.

Gambaraj 3(b) berkaitan dengan Mod 2: Keluaran PV = 5 kW (bateri penuh, jadi Buck-Boost dimatikan). Beban = 3 kW; inverter menggunakan invensi berhubungan grid untuk mengekalkan bas DC pada 480 Vdc, menyediakan tenaga berlebihan ke grid (9 A, disinkronkan dengan voltan grid). Bentuk gelombang: Arus keluaran PV, voltan bas DC, voltan keluaran inverter, dan arus berhubungan grid.

Gambaraj 3(c) menunjukkan Mod 3: Modul PV mencapai had (tiada keluaran, Boost dimatikan). Unit storan tenaga memacu sistem; Buck-Boost beroperasi dalam mod Boost (bas DC = 480 Vdc). Inverter menggunakan invensi bebas (220 Vac untuk beban 3 kW). Bentuk gelombang: Arus pelepasan bateri, voltan bas DC, dan voltan keluaran inverter. Gambaraj 3(d) menunjukkan Mod 4: Kedua-dua PV dan storan tenaga mencapai had (tiada keluaran). Grid memacu beban (3 kW) dan memuat bateri; inverter menggunakan rektifikasi berhubungan grid (bas DC = 480 Vdc).