Дослідження моделювання управління енергією домогосподарських ПВ-ЕСС
З посиланням на погіршення глобальної енергетичної кризи та зростання екологічного забруднення, уряди по всьому світі збільшують підтримку досліджень та розробок в галузі нових енергетичних технологій. Використання сонячної енергетики в домогосподарствах, яке є ключовим напрямком для індустрії фотоелементів, отримує все більше уваги. Однак питання, такі як коливання продуктивності компонентів ПВ та раціональність інтеграції одиниць зберігання енергії, можуть серйозно впливати на домогосподарське електропостачання. Тому, для координації стабільного потоку енергії між системними модулями та забезпечення плавного функціонування, необхідна стратегія управління енергією, щоб збалансувати пропозицію та попит. Ця стаття, на основі домогосподарських систем ПВ-зберігання енергії, досліджує управління енергією для забезпечення стабільного функціонування та надання теоретичної основи для практичного застосування чистої енергії.
1 Аналіз структури системи та алгоритму управління енергією
Топологія вивченого домогосподарського системи ПВ-зберігання енергії (Рисунок 1) включає модулі ПВ, літіє-іонні акумулятори, конвертери живлення, мережу та навантаження користувачів. Вихід модулів ПВ формує загальний DC-шину через конвертер Boost. Літіє-іонні акумулятори з'єднуються з цією шиною через конвертер Buck-Boost. DC-шина потім підсилює енергію до однофазної мережі або самостійно забезпечує навантаження через повний мостовий інвертор.
Система має приоритет "власне виробництво та власне споживання". Вихід модулів ПВ, який є основним джерелом енергії, спочатку задовольняє навантаження користувачів. Надлишки/дефіцит енергії ПВ балансуються літіє-іонними акумуляторами (другорядним джерелом); якщо обидва ПВ та акумулятори досягають своїх меж, мережа (третинним джерелом) забезпечує стабільне постачання.
Для виходу ПВ, SOC акумуляторів та потужності зарядження-розрядження: Якщо PPV < PPV_min, конвертер Boost вимикається (немає виходу енергії); в іншому випадку, він працює. Акумулятори перестають заряджатися, коли SOC > 90%, та розряджатися, коли SOC < 10%. Pbat динамічно регулюється залежно від PPV та Pload, від 0 до максимальної потужності зарядження акумулятора. Для уникнення частих коливань зарядження-розрядження, стан наступного циклу залежить від попереднього стану акумулятора, що запобігає частим переключенням режимів системи.
На основі цього, запропоновано алгоритм управління енергією для домогосподарських систем ПВ-зберігання, як показано на Рисунку 2.
2 Аналіз режимів роботи системи та потоку енергії
Під керівництвом алгоритму управління енергією, робота системи розбивається на незалежні та з’єднані з мережею режими, кожен з яких поділяється наступним чином:
2.1 Незалежна робота (Основна енергія)
Існує два підрежими, визначені джерелом енергії, яке контролює DC-шину:
2.2 З’єднана з мережею робота (Стан інвертора)
Поділяється на залежності від того, чи інвертор працює в режимі інверсії чи ректифікації:
2.3 Межі режимів та координація
Умови тригерування та координація обладнання для 4 підрежимів детально описані в таблиці 1 (буде додано). Через динамічне переключення "ПВ-акумулятор-мережа" та адаптивне керування конвертерами Boost/Buck-Boost та інвертором, система забезпечує ефективний потік енергії в "генерація-зберігання-споживання", покриваючи всі домогосподарські потреби (автономні, з’єднані з мережею, аварійні тощо).
Рисунок 3(a) показує графік для режиму 1: вихід ПВ = 4.8 кВт, навантаження = 3 кВт. Модуль ПВ видає 240 Вdc; конвертер Boost стабілізує DC-шину на 480 Вdc. Інвертор працює в режимі незалежної інверсії (220 Вac для навантаження), а Buck-Boost працює в режимі Buck (1.8 кВт для зарядження акумулятора). Графіки (зверху вниз): струм виходу ПВ, напруга DC-шини, вихідна напруга інвертора та струм зарядження акумулятора.
Рисунок 3(b) відповідає режиму 2: вихід ПВ = 5 кВт (акумулятор повний, тому Buck-Boost вимкнений). Навантаження = 3 кВт; інвертор використовує з’єднану з мережею інверсію для підтримки DC-шини на 480 Вdc, передаючи зайву енергію в мережу (9 А, синхронізована з напругою мережі). Графіки: струм виходу ПВ, напруга DC-шини, вихідна напруга інвертора та струм, з’єднаний з мережею.
Рисунок 3(c) показує режим 3: модуль ПВ досягає меж (немає виходу, Boost вимкнений). Одиниця зберігання енергії живить систему; Buck-Boost працює в режимі Boost (DC-шина = 480 Вdc). Інвертор використовує незалежну інверсію (220 Вac для 3-кВт навантаження). Графіки: струм розрядження акумулятора, напруга DC-шини та вихідна напруга інвертора. Рисунок 3(d) представляє режим 4: обидва ПВ та одиниця зберігання енергії досягають меж (немає виходу). Мережа живить навантаження (3 кВт) та заряджає акумулятор; інвертор використовує з’єднану з мережею ректифікацію (DC-шина = 480 Вdc).
3. Висновок (Обслуговування вуличних ліхтарів)
Поточне обслуговування вуличних ліхтарів має недоліки. Для поліпшення, слід зосередитися на чотирьох напрямках:
Ці кроки сприятимуть підвищенню ефективності управління вуличними ліхтарями, підтримуючи операції міст із розумним управлінням та зеленим розвитком.
