Nýtt samsett gildi með ferli fyrir ljósspori og orkuvarnakerfi

1. Inngangur og rannsóknarbakgrunnur

1.1 Núverandi ástand sólorkaevnindar
Sem ein af mestum endalausum orkuröðunum hefur þróun og notkun sólarorku verið að miðju alþjóðlegu orkuhreyfingunni. Í nýlegu tímabili, dregin af stefnum alþjóða, hefur ljósorkubræðsluvinnslu (PV) sviðið upplifað hratt. Tölfræðilegar upplýsingar benda til að kínverska PV vinnslan hafi eytt 168 sinnum í "12. fimmárasta plani". Á lok 2015 hafði uppsett ljósorkuræktaflæði yfirleitt 40.000 MW, sem gerir Kína fyrstu í heiminum fyrir þrjár samliggjandi ár, með áætluð árangursríkt framhald í framtíðinni.

1.2 Eftirliggjandi vandamál og tekniskar áskorunar
Tiltekið er að eftir þrár þróun eru vanalegar PV orkuvarakerfi ennþá á móti mörgum tekniskum flókjum í raunverulegu notkun:

• Vandamál með PV safn: Til að uppfylla virkra spenna- og orkuröðunarnar, eru venjulega margar einstök ljósorkuhlutir tengd í röð og samsíða. Þessi skipulag er auðveldanlegt við hlutdrægni, sem leiðir til "mismunargagnalosa" og hitastöðug efni, sem munarlega minnka kerfisorkugjöf og öryggis.
• Vandamál með varakraftapakkum: Varakraftapakkar, sem einnig nota röð/samsíða skipulag, standa fyrir jafnvægisvandamál. Ósamræmi milli battreya verður verri með stærð, sem ekki aðeins aukar kerfisspjallið, heldur valdar líka mæðingu kapacits og styttri leift, sem hindrar stórsamfelagsnotkun.
• Ofbúð í núverandi tækni: Er að segja að sumir rannsóknarmenn hafa komist með passaða jafnvægisstýringaraðferðir, en þessar aðferðir flytja bara jafnvægisvandamálið án þess að fullyrða áhrif fleiri hluta tengda niðurstraumakerfa. Þau missa einnig vitenskaplega leiðbeiningar við val á mikilvægum hlutum eins og ljósorkuhlutum.

II. Heildarsamhverfislausn og topologi

Kjarni þessa lausnar er að smíða nýtt, modult og skalið orkusamhverfis topologi.

2.1 Hópskerfisskipulag
Samhverfinu er byggt hópskerflega út frá grunnhlutanum upp í þrjú stigi:

1. Hluti (grunnhlutur):
   • Skipulag: Einn ljósorkuhluti, einn varakraftahluti (með samræmda spennu og kapacit), 4 orkuhvelfingar, og sjálfstætt stýri.
   • Virka: Sem minnsti sjálfstæði hlutur, stýrir stýrinu 4 hvelfingar til að leyfa sjálfstæð tenging/brottför ljósorkuhlutans og varakraftahlutar, sem leyfir fleksibila brottför milli fimm virkni.
2. Röð strengur:
   • Skipulag: Smíðað með því að tengja nokkrar af ofan neðan nefndum hlutum í röð.
   • Virka: Aukar heildarútgáfu spennu strengsins til að passa innspennu spönnu DC/DC boost breytingarkerfis.
3. Samhverfi:
   • Skipulag: Smíðað með því að tengja mörg röð strengi samsíða, sem samþætta í gegnum DC/DC breytingarkerfi til sameinaðar DC bus.
   • Virka: DC bus getur beint orkuð til DC hernaðar eða, í gegnum DC/AC umvendur, gert orku til AC hernaðar.

2.2 Kerfis kostir
Þetta topologi, með sjálfstæð stýring á hverju hlut, eyðir í grundvelli skyggingu áhrifa og battreyajafnvægisvandamál vanalegra röð skipulags á fysískum stigi. Með réttum val á hlutum leyfir kerfið ljósorkuhlutum að vinna næst Máximum Power Point (MPP) á fastari vegu, sem eyðir þörf fyrir auka MPPT kerfi og flókna Battreyastýringarkerfi (BMS).

III. Hópskerfis stjórnun

Þetta lausn notar hópskerfis stjórnunaraðferð til að ná finnri stjórnun frá staðbundi til alþjóðlega stigs.

3.1 Hlutsins stjórnunaraðferð (sjálfstæð stýring)
Hver hlutur breytir sjálfstætt á milli eftirfarandi 5 virkni eftir eigin stöðu (ljósorku útspenna, battreyaspenna):

3.2 Strengs stjórnunaraðferð (spennu samstarfsstýring)
Strengsstjórnun notar inntaksspennu DC/DC breytingarkerfis (U_in) sem helstu parametra, stöðug spenna með tengingu/ótengingu hluta.

• Stýringarmál: Tryggja að U_in verði innan tillögulegs virkni DC/DC kerfis (t.d., 12V ~ 22V).
• Skilmálastjórnunarrök (t.d., fyrir 24V kerfi):
  • Lág spennuskilmáli (16V): Ef U_in < 16V, stjórnunarkerfið leitar sjálfkrafa að hlutum í strengnum sem eru í biðstöð en hafa eðlis battreyu, beður þeim um að tengjast, til að forðast DC/DC frá að hætta vegna lágrar inntaksspennu.
  • Há spennuskilmáli (20V): Ef U_in > 20V, takmarkar tenging nýrra hluta til að tryggja að U_in fer ekki yfir hámarks inntaksspennu DC/DC.
  • Verndarskilmað (12V): Ef U_in < 12V, strengur er tekið sem óþarfur, ótengdur af orðum. Allir hlutar fara í biðstöð þar til nógu margar battreyur hafa endurheimt spenna.

3.3 Samhverfis stjórnunaraðferð (alþjóðleg vernd)
Samhverfis stjórnun leggur áherslu á að tryggja orku gæði, með DC bus spenna (U_bus) sem helstu stjórnunarpunkt.

• Stýringar rök: DC bus spenna er stjórnuð í rauntíma. Ef spennan fer undir kritísk skilmáli (t.d., 80% af 24V kerfi reiknings, þ.e., 22V), merkir það að heildarorku kerfisins sé ekki nógu. Stjórnunarkerfið keyrir alþjóðleg hættu skipun til að vernda umvendur og hernaðar tæki, til að tryggja AC-hliðar orku gæði.

IV. Mikilvægur hlutur valsmátt

Til að takast á við samræmingar vandamál milli ljósorkuhlutanna og varakraftahlutar, býður þetta lausn upp á valsmátt sem ætti að maksimera sólarorku notkunarefni.

• Core hugmynd: Í þessu kerfi er ljósorkuhlutans virkni spennu fastsett af battreyuspennu, sem gerir samræmingu á spennuparametrum þeirra mikilvæg.
• Valsmátt model: Byggt á verkfræðilegu stærðfræðilegu modeli ljósorkuhlutans (sem hefur í huga hitastofnun og ljósbreiðun áhrif), er kerfis efni η leidd út sem fall af battreyuspennu U_BAT og ljósorkuhlutans máximum power point spenna U_mp.
• Úturmáli: Fyrir 3.7V varakraftahlut með virkni spennu um 3.9V~4.0V, bendir simulaðar niðurstöður til að kerfis sólarorku notkunarefni er hæsta þegar ljósorkuhlutans U_mp er um 4.25V. Þar af leiðandi, í raunverulegu vali, ætti ljósorkuhlutans U_mp að vera stjórnað innan skilgreinda spönnu 4.2V ~ 4.3V.

V. Væntuð niðurstöður

1. Mikilvæg efni bætting: Moduls sjálfstæð virkni eyðir í grundvelli innskotsgjöf og hitastöðug efni vanalegra röð skipulags, sem tryggir að hver eining virki efni. Samtímis, nákvæm spennu samræming milli ljósorku og varakrafta leyfir næst Maximum Power Point Tracking (MPPT) án auka kerfa, sem munarlega bætir orkugjöf.
2. Styrkt leift og traust: Moduls skipulag eyðir í grundvelli jafnvægisvandamál sem orðast af ósamræmi battreyapakka, sem forðast yfirsetningu og undirsetningu, sem aukar heildar leift kerfisins. Hópskerfis stjórnunaraðferð veitir margar lög af vernd frá staðbundi til alþjóðlega stigs, sem munarlega bætir kerfis stöðugleika.
3. Kostnaðar bestun og hæfileiki O&M: Þessi hönnun eyðir í grundvelli þörf fyrir flókna MPPT traðara og Battreyastýringarkerfi (BMS), sem lætur hætta hagnaðarkostnað. Hans "Lego-líka" skipulag gerir uppsetningu, viðhaldi, og víddarstöðu mjög hæfileika. Misfall einstaka hluts hefur ekki áhrif á heildar virkni, sem lætur hætta heildar líftímakostnað.