Simulacija studije upravljanja energijom u kućanstvu sa PV-ESS sistemom
Dokoliko se globalna energetska kriza pogoršava i ekološka zagađenja postaje sve ozbiljnija, vlade širom sveta povećavaju podršku istraživanjima i razvoju u novim izvorima energije. Domaće korišćenje solarnog raspodeljenog proizvodnog sistema, ključni smer za sledeću fazu fotovoltaične industrije, privlači sve veću pažnju. Međutim, problemi kao što su fluktuacije snage iz fotovoltaičnih komponenti i racionalnost integracije jedinica za čuvanje energije mogu ozbiljno uticati na domaće potrošnje električne energije. Stoga je potrebna strategija upravljanja energijom kako bi se koordinirao stabilan protok energije između sistema jedinica i osiguralo gladko funkcionisanje, balansirajući ponudu i potrebu. Ovaj rad, baziran na domaćim fotovoltaičnim sistemima za čuvanje energije, proučava upravljanje energijom kako bi omogućio stabilno funkcionisanje i pružio teorijsku osnovu za praktičnu primenu čistih izvora energije.
1 Analiza strukture sistema i algoritma upravljanja energijom
Topologija proučavanog domaćeg fotovoltaičnog sistema za čuvanje energije (Slika 1) uključuje fotovoltaičke module, baterije sa litij-ionskim čuvarima, pretvarače snage, mrežu i korisničke opterećenja. Izlaz fotovoltaičkih modula formira zajedničku naponsku DC bus liniju preko Boost pretvarača. Litij-ionske baterije se spajaju na ovu bus liniju preko Buck-Boost pretvarača. DC bus onda isporučuje snagu u jednofaznu mrežu ili nezavisno snabdeva opterećenja preko celičnog inverzora.
Sistem daje prioritet "samogenerisanju i samopotrošnji". Izlaz fotovoltaičkih modula, kao primarni izvor snage, prvo zadovoljava potrebe korisnika. Prekomjer/smanjenje snage iz fotovoltaičnih panela balansira se putem litij-ionskih baterija (sekundarni izvor); ako oba, fotovoltaični paneli i baterije, dostignu svoje granice, mreža (tercijarni izvor) osigurava stabilnu isporuku.
Za izlaz fotovoltaičnih panela, stanje nabijanja baterija (SOC) i snagu nabijanja/iskljucivanja: Ako PPV < PPV-min}, Boost pretvarač se isključuje (bez izlaza snage); u suprotnom, radi. Baterije prestaju da se nabijaju kada SOC > 90% i da se ispraznjuju kada SOC < 10%. Pbat dinamički se menja sa PPV i Pload, od 0 do maksimalne snage nabijanja baterija. Da bi se izbegle česte oscilacije nabijanja/isključivanja, stanje u sledećem ciklusu zavisi od prethodnog stanja baterije, sprečavajući česte promene režima rada sistema.
Na osnovu toga, predlaže se algoritam upravljanja energijom za domaće fotovoltaične sisteme za čuvanje energije, prikazan na Slici 2.
2 Analiza režima rada sistema i protoka energije
Pod uputstvom algoritma upravljanja energijom, sistemovi operacije se dele na nezavisne i mrežno povezane režime, svaki dalje podijeljen na sljedeće:
2.1 Nezavisna operacija (Primarnom snagom)
Postoje dva podrežima, definisana izvorom snage koji kontrolise DC bus:
2. 2 Mrežno povezana operacija (Po stanju inverzora)
Deljen po tome da li inverzor radi u inverziji ili rektifikaciji:
2.3 Granice režima i koordinacija
Uslovi oktivacije četiri podrežima i koordinacija opreme detaljno su opisani u Tabeli 1 (treba dodati). Kroz dinamičko prebacivanje snage "fotovoltaički paneli - baterije - mreža" i prilagodljavo upravljanje Boost/Buck-Boost pretvarača i inverzora, sistem omogućava efikasan protok energije u "generisanje - čuvanje - potrošnja", pokrivajući sve potrebe domaćinstva (van mreže, mrežno povezan, hitne situacije itd.).
Slika 3(a) pokazuje talasni oblik za Režim 1: Izlaz fotovoltaičkih panela = 4.8 kW, opterećenje = 3 kW. Fotovoltaički moduli daju 240 Vdc; Boost pretvarač stabilizuje DC bus na 480 Vdc. Inverzor radi u nezavisnom inverzoru (220 Vac za opterećenja), a Buck-Boost radi u Buck režimu (1.8 kW za nabijanje baterija). Talasni oblici (od vrha do dna): Struja izlaza fotovoltaičkih panela, napon DC bus-a, napon izlaza inverzora i struja nabijanja baterija.
Slika 3(b) odgovara Režimu 2: Izlaz fotovoltaičkih panela = 5 kW (baterija puna, tako da je Buck-Boost isključen). Opterećenje = 3 kW; inverzor koristi mrežno povezanu inverziju kako bi zadržao DC bus na 480 Vdc, isporučujući prekomjeru energiju mreži (9 A, sinkronizovan sa mrežnim naponom). Talasni oblici: Struja izlaza fotovoltaičkih panela, napon DC bus-a, napon izlaza inverzora i mrežno povezana struja.
Slika 3(c) pokazuje Režim 3: Fotovoltaički moduli dostignu svoje granice (nema izlaza, Boost isključen). Jedinka za čuvanje energije snabdeva sistem; Buck-Boost radi u Boost režimu (DC bus = 480 Vdc). Inverzor koristi nezavisni inverzor (220 Vac za 3-kW opterećenja). Talasni oblici: Struja ispraznjenja baterije, napon DC bus-a i napon izlaza inverzora. Slika 3(d) prikazuje Režim 4: Obje, fotovoltaički paneli i jedinka za čuvanje energije, dostignu svoje granice (nema izlaza). Mreža snabdeva opterećenja (3 kW) i nabija bateriju; inverzor koristi mrežno povezanu rektifikaciju (DC bus = 480 Vdc).
3. Zaključak (Održavanje uličnih svetiljaka)
Trenutno održavanje uličnih svetiljaka u urbanom okruženju ima nedostatke. Za poboljšanje, fokus treba da bude na četiri oblasti:
Ovi koraci će unaprediti efikasnost upravljanja uličnim svetiljkama, podržavajući operacije pametnog grada i zeleni razvoj.
