Исследование моделирования управления энергией в домашних системах фотоэлектрических установок и накопителей энергии
С ухудшением глобального энергетического кризиса и ростом экологического загрязнения правительства по всему миру увеличивают поддержку НИОКР в области генерации новой энергии. Домашнее использование солнечной распределенной генерации, как ключевое направление следующего этапа для отрасли фотovoltaики, привлекает все больше внимания. Однако такие проблемы, как колебания мощности компонентов ФЭМ и рациональность интеграции блоков хранения энергии, могут серьезно влиять на домашнее потребление электроэнергии. Таким образом, для координации стабильного потока энергии между системными блоками и обеспечения плавной работы необходима стратегия управления энергией, чтобы сбалансировать предложение и спрос. В данной статье, основанной на домашних системах ФЭМ-хранилищ, изучается управление энергией для обеспечения стабильной работы и предоставления теоретической основы для практических применений чистой энергии.
1 Анализ структуры системы и алгоритма управления энергией
Топология исследуемой домашней системы ФЭМ-хранилища (Рисунок 1) включает фотоэлектрические модули, литий-ионные аккумуляторы, преобразователи мощности, сеть и нагрузки пользователя. Выход фотоэлектрического модуля формирует общую шину постоянного тока через преобразователь Boost. Литий-ионные батареи подключаются к этой шине через преобразователь Buck-Boost. Шина постоянного тока затем подает энергию в однофазную сеть или независимо питает нагрузки через полумостовой инвертор.
Система приоритизирует "самогенерацию и самоconsumption". Выход фотоэлектрического модуля, как основной источник питания, сначала удовлетворяет нагрузки пользователя. Избыток/дефицит энергии ФЭМ балансируется литий-ионными батареями (вторичный источник); если оба источника, ФЭМ и батареи, достигают своих пределов, сеть (третичный источник) обеспечивает стабильное питание.
Для выхода ФЭМ, заряда батареи (SOC) и мощности зарядки-разрядки: Если PPV < PPV-min}, преобразователь Boost выключается (нет выхода мощности); в противном случае, он работает. Батареи прекращают зарядку, когда SOC > 90%, и разрядку, когда SOC < 10%. Pbat динамически регулируется в зависимости от PPV и Pload, изменяясь от 0 до максимальной мощности зарядки батареи. Чтобы избежать частых колебаний зарядки-разрядки, состояние следующего цикла зависит от состояния батареи в предыдущем цикле, что предотвращает частые переключения режимов системы.
На основе этого предлагается алгоритм управления энергией для домашних систем ФЭМ-хранилищ, как показано на Рисунке 2.
2 Анализ режимов работы системы и потоков энергии
Под руководством алгоритма управления энергией работа системы разделяется на автономные и сетевые режимы, каждый из которых дополнительно подразделяется следующим образом:
2.1 Автономная работа (основной источник питания)
Существуют два подрежима, определяемые источником питания, контролирующим шину постоянного тока:
2.2 Сетевая работа (по состоянию инвертора)
Разделение по тому, находится ли инвертор в режиме инверсии или выпрямления:
2.3 Границы режимов и координация
Условия триггера четырех подрежимов и координация оборудования подробно описаны в Таблице 1 (будет добавлена). Через динамическое переключение "ФЭМ-батарея-сеть" и адаптивное управление преобразователями Boost/Buck-Boost и инвертором система обеспечивает эффективный поток энергии в "генерация-хранение-потребление", покрывая все бытовые потребности в электроэнергии (автономные, сетевые, аварийные и т.д.).
Рисунок 3(a) показывает осциллограммы для Режима 1: выход ФЭМ = 4.8 кВт, нагрузка = 3 кВт. Фотоэлектрический модуль выдает 240 В пост. тока; преобразователь Boost стабилизирует шину постоянного тока на уровне 480 В пост. тока. Инвертор работает в режиме автономной инверсии (220 В перем. тока для нагрузок), и Buck-Boost работает в режиме Buck (1.8 кВт для зарядки батареи). Осциллограммы (сверху вниз): ток выхода ФЭМ, напряжение шины постоянного тока, выходное напряжение инвертора и ток зарядки батареи.
Рисунок 3(b) соответствует Режиму 2: выход ФЭМ = 5 кВт (батарея полностью заряжена, поэтому Buck-Boost отключен). Нагрузка = 3 кВт; инвертор использует сетевую инверсию для поддержания шины постоянного тока на уровне 480 В пост. тока, подавая избыточную энергию в сеть (9 А, синхронизированная с сетевым напряжением). Осциллограммы: ток выхода ФЭМ, напряжение шины постоянного тока, выходное напряжение инвертора и сетевой ток.
Рисунок 3(c) показывает Режим 3: фотоэлектрический модуль достиг предела (нет выхода, Boost отключен). Единица хранения энергии питает систему; Buck-Boost работает в режиме Boost (шина постоянного тока = 480 В пост. тока). Инвертор использует автономную инверсию (220 В перем. тока для 3-кВт нагрузок). Осциллограммы: ток разрядки батареи, напряжение шины постоянного тока и выходное напряжение инвертора. Рисунок 3(d) представляет Режим 4: оба, ФЭМ и единица хранения энергии, достигли предела (нет выхода). Сеть питает нагрузки (3 кВт) и заряжает батарею; инвертор использует сетевое выпрямление (шина постоянного тока = 480 В пост. тока).
3. Заключение (обслуживание уличных фонарей)
Текущее обслуживание городских уличных фонарей имеет недостатки. Для улучшения следует сосредоточиться на четырех областях:
Эти шаги повысят эффективность управления уличным освещением, способствуя работе умных городов и зеленому развитию.
