'n Intelligente Wind-Sonne Hibrïdsistem met Fuzzy-PID Beheer vir Verbeterde Batteriebestuur en MPPT

Opsomming

Hierdie voorstel stel 'n wind-sol hibriede kragopwekkingstelsel voor gebaseer op gevorderde beheertechnologie, met die doel om die kragbehoeftes van afgeleë areas en spesifieke toepassingsdoeleindes doeltreffend en ekonomies aan te spreek. Die kern van die stelsel lê in 'n intelligente beheersisteem wat rondom 'n ATmega16-mikroprosessor sentreer. Hierdie stelsel voer Maximum Power Point Tracking (MPPT) uit vir beide wind- en sonenergie en gebruik 'n geoptimaliseerde algoritme wat PID- en wasige beheer combineer vir presiese en doeltreffende laai/ontlaai bestuur van die sleutelkomponent - die batterij. Dit verhoog daardeur aansienlik die algehele kragopwekkingseffektiwiteit, verleng die batteryleeftyd, en verseker betroubare kragverskaffing en koste-effektiwiteit.

I. Projekagtergrond en Betekenis

1. Energiekonteks: Wêreldwyd word tradisionele fossielbrandstowwe steeds meer uitgeput, wat ernstige uitdagings vir energieveiligheid en volhoubare ontwikkeling skep. Die vinnige ontwikkeling en benutting van skoon, vernuwbare nuwe energiebronne soos wind- en sonenergie het 'n strategiese prioriteit geword om tans bestaande energie- en omgewingskwessies op te los.
2. Stelselwaarde: Die wind-sol hibriede stelsel maak ten volle gebruik van die natuurlike komplementêre eienskappe van wind- en sonenergie in terme van tydsverloop en geografie (bv. sterk sonlig tydens die dag, potensieel sterker wind by nag), wat die onderbrekings van enkelbron kragopwekking oorkom. Dit is 'n struktureel rasionele, lae-bedryfskoste onafhanklike kragverskaffingoplossing wat effektief die energieverstrekkingskwessies van fasiliteë soos woonhuise, kommunikasiebasisstasies, en meteorologiese moniteringsstasies in onge-elektrifiseerde of swak-elektrifiseerde afgeleë areas oplos.
3. Betekenis van Kernkomponente: Die batterij, wat as die stelsel se energieopslagunit dien, is krities belangrik om kontinue kragverskaffing aan die belasting te verseker tydens periodes sonder wind of sonlig. Sy koste maak 'n aansienlike deel van die hele kragopwekkingstelsel uit. Daarom is dit essensieel om die batterylaai-effektiwiteit te verbeter en sy laai/ontlaai-strategieë te optimiseer om sy diensleeftyd te verleng, wat die lewensikus-koste van die stelsel verminder en die bedryfsbetroubaarheid verhoog.

II. Algehele Stelselontwerp

1. Kernbeoogde Doelwitte van die Stelsel:
• Optimering van Energievang: Voer optimale beheer uit vir maksimum effektiwiteit op die elektrisiteit wat deur die windturbine en fotovoltaïsche panele gegenereer word, wat Maximum Power Point Tracking (MPPT) bereik om natuurlike hulpbronne ten volle te benut.
• Bestuur van die Energieopslagstelsel: Intelligente bestuur van die batterylaai- en -ontlaai-proses, wat oorlaai en -ontlaai verhoed, die batterij effektief beskerm, en aansienlik die laai-effektiwiteit en -diensleeftyd verbeter.
2. Stelselhardewareargitektuur:

Die stelsel bestaan uit drie hooffunksiemodule, gekoordineer deur 'n sentrale beheer-CPU om 'n volledige intelligente beheersisteem te vorm.

III. Kernbeheertechnologie: Intelligente Batteriemanagement

1. Batteriukeuse en Basiese Beginsels:
• Tipe: Hierdie oplossing kies onderhoudsvry lood-suurselle, wat tegnologies volwasse en goedkoop is, geskik vir klein-skaalse wind-sol hibriede stelsels.
• Werkprinsip: Batterylaai- en -ontlaai is in wees prysvraag prosesse van die omskakeling van elektriese energie na chemiese energie en vice versa. Omdat fenomeene soos elektrode-polarisasie die energie-omskakelingseffektiwiteit egter nie 100% kan bereik nie.
2. Beheeruitdagings en Optimeringsstrategie:
• Nadeel van Tradisionele Beheer: Klassieke PID-beheermetodes hang swaar op 'n akkurate wiskundige model van die beheerde objek (die batterij). Die batterij is 'n nie-lineêre, tydveranderlike stelsel waarvan die parameters (binne-weerstand, elektrolyte-digtheid, ens.) dinamies verander met omgewingstemperatuur en gebruikstoestand, wat dit moeilik maak om 'n akkurate model op te stel. Dit lei tot uitdagings in die instelling van tradisionele PID-parameters, swak aanpasbaarheid, en suboptimale beheerprestasie.
• Geadopteerde Gevorderde Beheermetode: Hierdie oplossing gebruik 'n Wasige-PID-komposite beheerstrategie, wat die voordele van beide combineer:
• Voordel van Wasige Beheer: Vereis nie 'n akkurate wiskundige model van die beheerde objek nie, kan onakkurate invoerinligting hanteer, vertoon sterk aanpasbaarheid aan veranderinge in batterijparameters, en kan kennerkennis inkorporeer.
• Voordel van PID Beheer: Kan hoë-akkuraat, nul-stasionêre foutbeheer bereik wanneer die stelselafwyking klein is.
• Beheerder Werkvloei: Die stelsel moniteer voortdurend die verskil e(t) tussen die batterij se gestelde spanning en die werklike spanning. Wanneer die afwyking e(t) groot is, neem wasige beheer die oorhand vir 'n vinnige reaksie. Wanneer e(t) binne 'n sekere reeks afneem, skuif dit glad na PID-beheer vir fyn-aanpassing. Uiteindelik word die uitsetsignaal u(t) aangepas om die MOSFET se pligtiklus te beheer, wat die dinamiese optimering van die laaistroom bewerkstellig.

IV. Oplossingsoorsig en Prospects

• Beheerdoeltreffendheid: Die wind-sol hibriede kragopwekkingbeheerstelsel wat in hierdie oplossing ontwerp is, bereik suksesvol optimale batterylaai/ontlaai-bestuur deur die komplementêre intelligente Wasige-PID-beheeralgoritme. Dit beskerm die batterij effektief, verleng sy diensleeftyd, en verhoog ook die vang-effektiwiteit van wind- en sonenergie deur MPPT, wat die algehele effektiwiteit van die hele kragopwekkingstelsel verbeter.
• Ekperimentele Verifikasie: Ekperimentele resultate wys dat die beheerder korrek en haalbaar ontwerp is, veilig en betroubaar funksioneer, en goeie dinamiese reaksieprestasie en stasionêre akkuraatheid vertoon.
• Toepassingprospekte: Hierdie geïntegreerde wind-sol hibriede kragopwekkingoplossing met intelligente batteriemanagementtegnologie is veral geskik vir scenario's soos afgeleë areas sonder roosterbedekking, eilande, weivelds, en kommunikasiebasisstasies. Dit bied aansienlike ekonomiese en sosiale voordele en het breë toepassingprospekte.