Študija simulacije upravljanja energijo gospodinjskega PV-ESS sistema

Ko se globalna energetska kriza poslabša in okoljska onesnaženost postaja vse hujša, vlade po vsem svetu povečujejo podporo raziskovanju in razvoju novih virov energije. Uporaba sončnih distribuiranih sistemov v gospodinjstvih, ki je ključno smer za prihodnji razvoj fotovoltaične industrije, pridobiva vedno večjo pozornost. Vendar pa lahko težave, kot so nestalne izmenice moči fotovoltaičnih komponent in racionalnost integracije enot za shranjevanje energije, resno vplivajo na uporabo električne energije v gospodinjstvih. Zato je potreben energetski upravljalni strateg, ki bo omogočil usklajeno pretok energije med enotami sistema in zagotovil gladko delovanje, da bi bil uravnotežen ponudba in povpraševanje. Ta članek, temelječ na gospodinjskih sistemih fotovoltaika - shranjevanje energije, študira energetsko upravljanje, da bi omogočil stabilno delovanje in pružil teoretično osnovo za praktične uporabe čiste energije.

1 Analiza strukture sistema in algoritma za upravljanje z energijo

Topologija proučevanega gospodinjskega sistema fotovoltaika - shranjevanje energije (Slika 1) vključuje fotovoltaične modul, litij-ionske baterije, pretvornike moči, omrežje in naložbe uporabnikov. Izlaz fotovoltaičnega modula tvori skupno napetost DC bus preko pretvornika Boost. Litij-ionske baterije se povežejo s to bus preko pretvornika Buck-Boost. DC bus nato prenaša energijo v enofazno omrežje ali neodvisno opskrbova naložbe preko celotnopremičnega inverterja.

Sistem daje prednost "lastna proizvodnja in lastna poraba". Izlaz fotovoltaičnega modula, kot glavni vir energije, najprej zadosti naložbom uporabnika. Presežek/pomanjkanje moči fotovoltaičnih panelov je uravnotežen z litij-ionskimi baterijami (sekundarni vir); če obeh virov dosegne meje, omrežje (tercurni vir) zagotovi stabilno oskrbo.

Za izlaz fotovoltaičnih panelov, nivo nalaganja baterij (SOC) in moč nalaganja-razlaganja: Če P_PV < P_PV-min}, se pretvornik Boost ustavi (brez izpisa moči); drugače, deluje. Baterije prenehajo s nalaganjem, ko je SOC > 90%, in s razlaganjem, ko je SOC < 10%. P_bat se dinamično prilagaja P_PV in P_load, od 0 do maksimalne moči nalaganja baterije. Da se izognemo pogostim oscilacijam nalaganja-razlaganja, je stanje naslednjega cikla odvisno od prejšnjega stanja baterije, kar preprečuje pogoste spremembe načina delovanja sistema.

Na tej osnovi je predlagan algoritem za upravljanje z energijo v gospodinjskih sistemih fotovoltaika-shranjevanje, kot je prikazano na Sliki 2.

2 Analiza načinov delovanja sistema in pretoka energije

Vodjen algoritmom za upravljanje z energijo, se delovanje sistema razdeli na neodvisne in povezane s omrežjem načine, vsak nadalje razdeljen na:

2.1 Neodvisno delovanje (Glavna moč)

Obstajata dva podnačina, definirana glede na vir moči, ki kontroliira DC bus:

• Način, vodjen s fotovoltaiko

• Fotovoltaika kot glavni vir moči; Boost deluje v načinu CV, da stabilizira DC bus.

• Inverter deluje v neodvisnem inverziju za opskrb naložb.

• Če moč fotovoltaik > naložba + moč nalaganja baterije, Buck-Boost deluje v načinu Buck za nalaganje baterije; drugače, Buck-Boost miruje.

• Sprožilec: Izlaz fotovoltaik > naložba, baterija ni polna.

• Logika:

• Način, vodjen s baterijo

• Baterija kot glavni vir moči; Buck-Boost deluje v načinu Boost, da stabilizira DC bus.

• Inverter uporablja neodvisni inverzij za opskrb naložb.

• Če fotovoltaika ima šibki izlaz, Boost deluje v načinu MPPT; če ni izpisa fotovoltaik, Boost miruje.

• Sprožilec: Izlaz fotovoltaik < naložba, baterija ima preostali kapacitet.

• Logika:

2.2 Delovanje, povezano z omrežjem (Stanje inverterja)

Razdeljeno glede na to, ali inverter deluje v inverziji ali rektifikaciji:

• Povezana inverzija z omrežjem

• Inverter uporablja povezan inverzij z omrežjem, da stabilizira DC bus, prenaša presežno energijo v omrežje.

• Boost deluje v načinu MPPT, da maksimizira izlaz moči.

• Buck-Boost miruje.

• Sprožilec: Izlaz fotovoltaik > naložba, baterija je polna.

• Logika:

• Povezana rektifikacija z omrežjem

• Inverter uporablja povezano rektifikacijo z omrežjem, da stabilizira DC bus.

• Buck-Boost deluje v načinu Buck, da nalaga baterijo, dokler ni SOC > 90%.

• Če fotovoltaika ima šibki izlaz, Boost uporablja način MPPT; če ni izpisa fotovoltaik, Boost miruje.

• Sprožilec: Izlaz fotovoltaik < naložba, baterija je nedostatna (oba primarni/sekundarni vira dosegla meje).

• Logika:

2.3 Meje načinov in koordinacija

Pogojni sprožitve in koordinacija opreme za 4 podnačine so podrobno opisani v Tabeli 1 (dodati). Skozi dinamično preklop "fotovoltaika - baterija - omrežje" moči in prilagodljivo krmiljenje pretvornikov Boost/Buck-Boost in inverterja, sistem omogoča učinkovit pretok energije v "proizvodnja - shranjevanje - poraba", pokrivajoč vse potrebe gospodinjstva (od omrežja, povezani z omrežjem, nujnosti itd.).

Slika 3(a) prikazuje valovno obliko za Način 1: Izlaz fotovoltaik = 4,8 kW, naložba = 3 kW. Fotovoltaični modul izpiše 240 Vdc; pretvornik Boost stabilizira DC bus na 480 Vdc. Inverter deluje v neodvisnem inverziju (220 Vac za naložbe), in Buck-Boost deluje v načinu Buck (1,8 kW za nalaganje baterije). Valovne oblike (od vrha do dna): Izlazni tok fotovoltaik, napetost DC bus, izlazna napetost inverterja in tok nalaganja baterije.

Slika 3(b) se nanaša na Način 2: Izlaz fotovoltaik = 5 kW (baterija je polna, tako da je Buck-Boost izklopljen). Naložba = 3 kW; inverter uporablja povezan inverzij z omrežjem, da ohranja DC bus na 480 Vdc, prenaša presežno energijo v omrežje (9 A, sinhronizirano z napetostjo omrežja). Valovne oblike: Izlazni tok fotovoltaik, napetost DC bus, izlazna napetost inverterja in povezani tok z omrežjem.

Slika 3(c) prikazuje Način 3: Fotovoltaični modul doseže meje (ni izpisa, Boost je izklopljen). Enota za shranjevanje energije opskrbi sistem; Buck-Boost deluje v načinu Boost (DC bus = 480 Vdc). Inverter uporablja neodvisni inverzij (220 Vac za 3-kW naložbe). Valovne oblike: Tok razlaganja baterije, napetost DC bus in izlazna napetost inverterja. Slika 3(d) prikazuje Način 4: Oba fotovoltaika in enota za shranjevanje dosežeta meje (ni izpisa). Omrežje opskrbi naložbe (3 kW) in nalaga baterijo; inverter uporablja povezano rektifikacijo (DC bus = 480 Vdc).

3. Zaključek (Održavanje uličnih lustrin)

Trenutno održavanje uličnih lustrin v mestu ima pomanjkljivosti. Za izboljšanje je potrebno osredotočiti na štiri področja:

• Širitev financiranja za zadostne proračune za vzdrževanje.

• Okrepiti javno obveščanje/inšpekcije, da bi bile težave rešene pravočasno.

• Spodbujati zeleno razsvetljava, da se zmanjšajo stroški in poveča učinkovitost.

• Ustanoviti standardizirane sisteme za upravljanje, da bi se zagotovila enotna operacija.

Ti koraki bodo izboljšali učinkovitost upravljanja uličnih lustrin, podpirajoč delovanje pametnih mest in zeleno razvoj.