Symulacja zarządzania energią w systemie PV-ESS dla gospodarstw domowych
W miarę jak globalny kryzys energetyczny się pogłębia, a zanieczyszczenie środowiska staje się coraz poważniejsze, rządy na całym świecie zwiększają wsparcie dla badań i rozwoju w dziedzinie nowych technologii generowania energii. Domowe zastosowanie rozproszonej generacji słonecznej, kluczowy kierunek przyszłości dla branży fotowoltaicznej, zyskuje coraz większą uwagę. Jednak problemy, takie jak fluktuacje mocy elementów fotowoltaicznych i racjonalność integracji jednostek magazynowania energii, mogą poważnie wpływać na domowe zużycie energii elektrycznej. Dlatego, aby skoordynować stabilny przepływ energii między jednostkami systemu i zapewnić płynne działanie, potrzebna jest strategia zarządzania energią, która zrównoważy popyt i podaż. Niniejszy artykuł, oparty na domowych systemach fotowoltaiczno-magazynowych, bada zarządzanie energią w celu umożliwienia stabilnego działania i dostarczenia teoretycznej podstawy dla praktycznych zastosowań czystej energii.
1 Analiza struktury systemu i algorytmu zarządzania energią
Topologia badanego domowego systemu fotowoltaiczno-magazynowego (Rysunek 1) składa się z modułów fotowoltaicznych, litowo-jonowych baterii magazynowych, przetworników mocy, sieci i obciążeń użytkownika. Wydajność modułów fotowoltaicznych tworzy wspólną napięcie DC poprzez przetwornik Boost. Litowo-jonowe baterie są połączone z tym szyną przez przetwornik Buck-Boost. Szyna DC następnie podaje energię do jednofazowej sieci lub niezależnie zaopatruje obciążenia poprzez pełnomostowy inwerter.
System priorytetuje "samogenerację i samospożycie". Wydajność modułów fotowoltaicznych, jako główny źródło energii, najpierw spełnia potrzeby obciążeń użytkownika. Nadwyżka/deficyt mocy fotowoltaicznej jest bilansowany przez litowo-jonowe baterie (drugiego źródła); jeśli zarówno fotowoltaika, jak i baterie osiągną swoje granice, sieć (trzeciego źródła) zapewnia stabilne zaopatrzenie.
Dla wydajności PV, stanu naładowania baterii (SOC) i mocy ładowania-odładowania: Jeśli PPV < PPV-min}, przetwornik Boost wyłącza się (brak wydajności mocy); w przeciwnym razie działa. Baterie przestają się ładować, gdy SOC > 90%, a odładować, gdy SOC < 10%. Pbat dynamicznie dostosowuje się do PPV i Pload, z zakresu od 0 do maksymalnej mocy ładowania baterii. Aby uniknąć częstych oscylacji ładowania-odładowania, stan następnego cyklu zależy od stanu baterii z poprzedniego cyklu, co zapobiega częstym przełączaniom trybów systemu.
Na tej podstawie proponowany jest algorytm zarządzania energią dla domowych systemów fotowoltaiczno-magazynowych, jak pokazano na Rysunku 2.
2 Analiza trybów pracy systemu i przepływu energii
Pod kierunkiem algorytmu zarządzania energią, działanie systemu dzieli się na tryby niezależne i złączane z siecią, każdy z nich dalej podzielony następująco:
2.1 Działanie niezależne (przez główne źródło energii)
Istnieją dwa podtryby, określone przez źródło energii kontrolujące szynę DC:
2.2 Działanie złączane z siecią (według stanu inwertera)
Podzielone według tego, czy inwerter działa w trybie inwersji, czy prostowania:
2.3 Granice trybów i koordynacja
Warunki wyzwalające i koordynacja sprzętu dla 4 podtrybów są szczegółowo opisane w Tabeli 1 (do dodania). Poprzez dynamiczne przełączanie mocy "PV - bateria - sieć" i adaptacyjne sterowanie przetwornikami Boost/Buck-Boost oraz inwerterem, system umożliwia efektywny przepływ energii w "generowanie - magazynowanie - zużycie", obejmując wszystkie potrzeby domowe (poza siecią, złączona z siecią, awaryjne itp.).
Rysunek 3(a) przedstawia kształt fali dla Tryb 1: wydajność PV = 4,8 kW, obciążenie = 3 kW. Moduł PV generuje 240 Vdc; przetwornik Boost stabilizuje szynę DC na 480 Vdc. Inwerter działa w trybie niezależnej inwersji (220 Vac dla obciążeń), a Buck-Boost działa w trybie Buck (1,8 kW do ładowania baterii). Kształty fal (od góry do dołu): prąd wyjściowy PV, napięcie szyny DC, napięcie wyjściowe inwertera i prąd ładowania baterii.
Rysunek 3(b) odpowiada Trybowi 2: wydajność PV = 5 kW (bateria pełna, więc Buck-Boost jest wyłączony). Obciążenie = 3 kW; inwerter używa złączonej inwersji, aby utrzymać szynę DC na 480 Vdc, podając nadmiar energii do sieci (9 A, zsynchronizowane z napięciem sieci). Kształty fal: prąd wyjściowy PV, napięcie szyny DC, napięcie wyjściowe inwertera i prąd złączony z siecią.
Rysunek 3(c) przedstawia Tryb 3: moduł PV osiąga swoje granice (brak wydajności, Boost wyłączony). Jednostka magazynująca energię zasila system; Buck-Boost działa w trybie Boost (szyna DC = 480 Vdc). Inwerter używa niezależnej inwersji (220 Vac dla obciążeń 3 kW). Kształty fal: prąd rozładowania baterii, napięcie szyny DC i napięcie wyjściowe inwertera. Rysunek 3(d) przedstawia Tryb 4: zarówno PV, jak i jednostka magazynująca energię osiągają swoje granice (brak wydajności). Sieć zasila obciążenia (3 kW) i ładuje baterię; inwerter używa złączonego prostowania (szyna DC = 480 Vdc).
3. Podsumowanie (utrzymanie latarni ulicznych)
Obecne utrzymanie miejskich latarni ulicznych ma pewne niedociągnięcia. Aby to poprawić, należy skupić się na czterech obszarach:
Te kroki zwiększą efektywność zarządzania latarniami ulicznymi, wspierając operacje inteligentnych miast i zrównoważonego rozwoju.
