การศึกษาจำลองการจัดการพลังงานระบบ PV-ESS ครัวเรือน
เนื่องจากวิกฤตพลังงานทั่วโลกกำลังรุนแรงขึ้นและมลพิษสิ่งแวดล้อมก็เพิ่มความรุนแรงมากขึ้น รัฐบาลทั่วโลกจึงสนับสนุนการวิจัยและพัฒนาในด้านการผลิตพลังงานใหม่มากขึ้น การใช้งานระบบการกระจายพลังงานแสงอาทิตย์ในครัวเรือน ซึ่งเป็นทิศทางสำคัญของอุตสาหกรรมเซลล์แสงอาทิตย์ในระยะถัดไป ได้รับความสนใจเพิ่มขึ้นอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ปัญหาเช่น การเปลี่ยนแปลงของกำลังไฟฟ้าที่เกิดจากส่วนประกอบเซลล์แสงอาทิตย์และการรวมหน่วยเก็บพลังงานอย่างเหมาะสมสามารถส่งผลกระทบต่อการใช้ไฟฟ้าในครัวเรือนอย่างร้ายแรง ดังนั้น เพื่อประสานการไหลของพลังงานระหว่างหน่วยงานต่างๆ ในระบบและให้การทำงานราบรื่น จำเป็นต้องมีกลยุทธ์การจัดการพลังงานเพื่อสร้างสมดุลระหว่างอุปทานและอุปสงค์ บทความนี้ศึกษาการจัดการพลังงานบนระบบเซลล์แสงอาทิตย์-การเก็บพลังงานในครัวเรือน เพื่อให้การทำงานมีเสถียรภาพและให้พื้นฐานทางทฤษฎีสำหรับการประยุกต์ใช้พลังงานสะอาดจริง
1 การวิเคราะห์โครงสร้างระบบและอัลกอริธึมการจัดการพลังงาน
โทโพโลยีของระบบเซลล์แสงอาทิตย์-การเก็บพลังงานในครัวเรือนที่ศึกษา (รูปที่ 1) ประกอบด้วยโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน คอนเวอร์เตอร์พลังงาน สายไฟ และโหลดผู้ใช้ กำลังไฟฟ้าที่ออกจากโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์จะสร้างแรงดันบัส DC ทั่วไปผ่านคอนเวอร์เตอร์ Boost แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเชื่อมต่อกับบัสผ่านคอนเวอร์เตอร์ Buck-Boost บัส DC จะส่งพลังงานเข้าสู่สายไฟเฟสเดียวหรือส่งมอบโหลดโดยตรงผ่านอินเวอร์เตอร์แบบ full-bridge
ระบบให้ความสำคัญกับ "การผลิตและการบริโภคด้วยตนเอง" กำลังไฟฟ้าที่ออกจากโมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลัก ตอบสนองโหลดผู้ใช้ก่อน หากมีพลังงานเหลือหรือขาดแคลน พลังงานจะถูกปรับสมดุลด้วยแบตเตอรี่ (แหล่งพลังงานรอง) ถ้าทั้งเซลล์แสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ถึงขีดจำกัด สายไฟ (แหล่งพลังงานที่สาม) จะรับประกันการจ่ายพลังงานที่มั่นคง
สำหรับกำลังไฟฟ้าที่ออกจากเซลล์แสงอาทิตย์ ระดับ SOC ของแบตเตอรี่ และกำลังในการชาร์จ-ปล่อยไฟฟ้า: ถ้า \(P_{PV} < P_{PV\_min}\) คอนเวอร์เตอร์ Boost จะปิด (ไม่มีกำลังไฟฟ้าออก) แต่ถ้าไม่ คอนเวอร์เตอร์จะทำงาน แบตเตอรี่จะหยุดการชาร์จเมื่อ SOC > 90% และหยุดการปล่อยไฟฟ้าเมื่อ SOC < 10% \(P_{bat}\) จะปรับเปลี่ยนตาม \(P_{PV}\) และ \(P_{load}\) อยู่ในช่วงระหว่าง 0 ถึงกำลังไฟฟ้าในการชาร์จสูงสุดของแบตเตอรี่ เพื่อหลีกเลี่ยงการสวิงของการชาร์จ-ปล่อยไฟฟ้าบ่อยครั้ง สถานะในรอบถัดไปขึ้นอยู่กับสถานะของแบตเตอรี่ในรอบก่อนหน้า ทำให้ป้องกันการเปลี่ยนแปลงโหมดระบบบ่อยๆ
จากนี้ ได้เสนออัลกอริธึมการจัดการพลังงานสำหรับระบบเซลล์แสงอาทิตย์-การเก็บพลังงานในครัวเรือน ดังแสดงในรูปที่ 2
2 การวิเคราะห์โหมดการทำงานและกระแสพลังงานของระบบ
ภายใต้การควบคุมของอัลกอริธึมการจัดการพลังงาน การทำงานของระบบแบ่งออกเป็นโหมดการทำงานแบบอิสระและโหมดที่เชื่อมต่อกับสายไฟ ซึ่งแต่ละโหมดย่อยต่อไปนี้:
2.1 การทำงานแบบอิสระ (โดยพลังงานหลัก)
มีสองโหมดย่อย ซึ่งกำหนดโดยแหล่งพลังงานที่ควบคุมบัส DC:
2.2 การทำงานแบบเชื่อมต่อกับสายไฟ (โดยสถานะอินเวอร์เตอร์)
แบ่งตามว่าอินเวอร์เตอร์อยู่ในโหมดการแปลงหรือการแปลงกลับ:
2.3 ขอบเขตโหมดและการประสานงาน
เงื่อนไขการทริกเกอร์และประสานงานอุปกรณ์ของ 4 โหมดย่อยรายละเอียดในตาราง 1 (จะเพิ่มเติม) ผ่านการสลับการจ่ายพลังงานระหว่าง "เซลล์แสงอาทิตย์-แบตเตอรี่-สายไฟ" และการควบคุมปรับตัวของคอนเวอร์เตอร์ Boost/Buck-Boost และอินเวอร์เตอร์ ระบบสามารถจัดการการไหลของพลังงานใน "การผลิต-การเก็บ-การบริโภค" ครอบคลุมความต้องการพลังงานทั้งหมดในครัวเรือน (ออฟกริด เชื่อมต่อกับสายไฟ เฉพาะเหตุฉุกเฉิน เป็นต้น)
รูปที่ 3(a) แสดงรูปคลื่นสำหรับโหมด 1: กำลังไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ = 4.8 กิโลวัตต์ โหลด = 3 กิโลวัตต์ โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ให้กำลังไฟฟ้า 240 Vdc คอนเวอร์เตอร์ Boost ทำให้บัส DC มั่นคงที่ 480 Vdc อินเวอร์เตอร์ทำงานในโหมดการแปลงอิสระ (220 Vac สำหรับโหลด) และคอนเวอร์เตอร์ Buck-Boost ทำงานในโหมด Buck (1.8 กิโลวัตต์ เพื่อชาร์จแบตเตอรี่) รูปคลื่น (จากบนลงล่าง): กระแสไฟฟ้าที่ออกจากเซลล์แสงอาทิตย์ แรงดันบัส DC แรงดันไฟฟ้าที่ออกจากอินเวอร์เตอร์ และกระแสไฟฟ้าในการชาร์จแบตเตอรี่
รูปที่ 3(b) ตรงกับโหมด 2: กำลังไฟฟ้าจากเซลล์แสงอาทิตย์ = 5 กิโลวัตต์ (แบตเตอรี่เต็ม ดังนั้นคอนเวอร์เตอร์ Buck-Boost หยุดทำงาน) โหลด = 3 กิโลวัตต์ อินเวอร์เตอร์ใช้โหมดการแปลงเชื่อมต่อกับสายไฟเพื่อทำให้บัส DC มั่นคงที่ 480 Vdc ส่งพลังงานส่วนเกินเข้าสู่สายไฟ (9 A ซิงโครไนซ์กับแรงดันไฟฟ้าในสายไฟ) รูปคลื่น: กระแสไฟฟ้าที่ออกจากเซลล์แสงอาทิตย์ แรงดันบัส DC แรงดันไฟฟ้าที่ออกจากอินเวอร์เตอร์ และกระแสไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับสายไฟ
รูปที่ 3(c) แสดงโหมด 3: โมดูลเซลล์แสงอาทิตย์ถึงขีดจำกัด (ไม่มีกำลังไฟฟ้าออก คอนเวอร์เตอร์ Boost หยุดทำงาน) หน่วยเก็บพลังงานจ่ายพลังงานให้ระบบ คอนเวอร์เตอร์ Buck-Boost ทำงานในโหมด Boost (บัส DC = 480 Vdc) อินเวอร์เตอร์ใช้โหมดการแปลงอิสระ (220 Vac สำหรับโหลด 3 กิโลวัตต์) รูปคลื่น: กระแสไฟฟ้าในการปล่อยแบตเตอรี่ แรงดันบัส DC และแรงดันไฟฟ้าที่ออกจากอินเวอร์เตอร์ รูปที่ 3(d) แสดงโหมด 4: ทั้งเซลล์แสงอาทิตย์และหน่วยเก็บพลังงานถึงขีดจำกัด (ไม่มีกำลังไฟฟ้าออก) สายไฟจ่ายพลังงานให้โหลด (3 กิโลวัตต์) และชาร์จแบตเตอรี่ อินเวอร์เตอร์ใช้โหมดการแปลงกลับเชื่อมต่อกับสายไฟ (บัส DC = 480 Vdc)
3. สรุป (การบำรุงรักษาระบบไฟถนน)
การบำรุงรักษาระบบไฟถนนในเมืองปัจจุบันมีข้อบกพร่อง ในการปรับปรุง ควรเน้นในสี่ด้าน:
ขั้นตอนเหล่านี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการจัดการระบบไฟถนน สนับสนุนการดำเนินงานของเมืองอัจฉริยะและการพัฒนาอย่างยั่งยืน
