Intelligentne tuule-päikese hübriidsüsteem füüsilise-PID juhtimisega akude optimeeritud haldamiseks ja MPPD jaoks

Abstrakt​

See ettepanek esitleb põhjendatud turvalisuse ja majandusliku kasu huvides päikese- ja tuuleenergia ühendamise süsteemi, mille eesmärk on tõhusalt lahendada kaugel asuvate piirkondade ja eripäraseid rakendussenaariume vajadusi elektrivõrgust. Süsteemi süda on ATmega16 mikroprotsessori keskel olev tehisintellektne juhtimissüsteem. See süsteem haldab nii tuule kui ka päikeseenergia maksimaalset võimsuspunkti jälgimist (MPPT) ja kasutab optimiseeritud algoritmi, mis kombinib PID- ja suvite juhtimist, et tagada täpne ja tõhus laetava komponendi - akunna - laetamise ja lahtilaetamise haldamine. Seega suurendatakse oluliselt kogu tootmise efektiivsust, pikendatakse aku eluastet ja tagatakse energiatarbimise kindlus ja majanduslikkus.

​I. Projekti taust ja tähtsus​

1. ​Energia kontekst:​​ Maailmas on traditsioonilised fossiilkütused aina rohkem tarbitud, mille tulemusena tekib energiakindlusele ja jätkusuutlikule arengule tõsine väljakutse. Päikese- ja tuuleenergia kalduvat ja taastuvat uut energiaallikat aktiivselt arendades ja kasutades on saanud strateegiliseks prioriteediks praeguste energia- ja keskkonnaprobleemide lahendamisel.
2. ​Süsteemi väärtus:​​ Päikese- ja tuuleenergia ühendsüsteem kasutab täielikult nende energiaallikate looduslikku ajalisest ja geograafilisest vaatepunktist (nt päeval tugev päikene, öösel võib olla tugevaim tuul) sümmeetrilisi omadusi, ületades ühe allika energiatootmise ebaregulaarsust. See on struktureeritud mõistlik, madalate töökoostumiskuludega iseseisev energiakaasutuse lahendus, mis lahendab tehnilisi raskusi, nagu elamis-, kommunikatsioonibaasi- ja meteoroloogiaseirejaamade energiakaasutus, mis asuvad mitteelektrifitseeritud või nõrgalt elektrifitseeritud piirkondades.
3. ​Põhikomponentide tähtsus:​​ Aku, mis on süsteemi energiasäilituse üksus, on kriitiline roll tagada pidev energiakaasutus koormale perioodidel, kus puudub tuul või päike. Selle kulud moodustavad olulise osa kogu tootmise süsteemi kuludest. Seega on oluline parandada aku laetamise efektiivsust ja optimeerida selle laetamise/lahtilaetamise strateegiaid, et pikendada selle teenimisaega, mis aitab vähendada süsteemi elutsükli kuluid ja tõsta operatsioonide usaldusväärsust.

​II. Terviklik süsteemi disain​

1. ​Süsteemi põhieesmärgid:​​
• ​Energia eksploatimise optimeerimine:​​ Täidake tuuleturbiini ja fotogaania paneelide poolt toodetud elektri maksimaalse efektiivsusega optimaalset juhtimist, saavutades Maksimaalse Võimsuspunkti Jälgimise (MPPT), et täielikult kasutada looduslike ressursside.
• ​Energiasäilituse süsteemi haldus:​​ Intelligentselt haldage aku laetamise ja lahtilaetamise protsessi, vältides ülelaetamist ja ülelahtilaetamist, tõhusalt kaitstes aku ja oluliselt parandades selle laetamise efektiivsust ja teenimisaega.
2. ​Süsteemi hardveriarhitektuur:​​

Süsteem koosneb kolmest peamisest funktsionaalses modulis, mis on koordineeritud keskse juhtimise CPU poolt, moodustades täieliku intelligentsi juhtimissüsteemi.

​III. Põhiline juhtimistechnoloogia: Intelligentsed aku haldus​

1. ​Aku valik ja põhitõed:​​
• ​Tüüp:​​ See lahendus valib hoolduseta pliiatriakku, mis on tehnoloogiliselt kohanenud ja odav, sobib väiksemate päikese-tuuleühendusesüsteemide jaoks.
• ​Töötamise printsiip:​​ Aku laetamine ja lahtilaetamine on tegelikult protsess, kus elektriline energia teisendatakse keemiliseks ja vastupidi. Kuid seetõttu, et näiteks elektrodi polariseerumine, ei saa energia teisenduse efektiivsus jõuda 100%.
2. ​Juhtimise väljakutsed ja optimeerimisstrateegia:​​
• ​Traditsiooniliste juhtimismeetodite puudused:​​ Klassikaline PID juhtimismeetod sõltub kontrollitava objekti (aku) täpsest matemaatilisest mudelist. Aku on mittelineaarne, ajas muutuv süsteem, mille parameetrid (sisseristavus, elektroli tiheus jne) muutuvad dünaamiliselt keskkonna temperatuuri ja kasutusolukorra järgi, mis muudab raskeks täpse mudeli loomise. See viib probleemideni klassikaliste PID parameetrite sättimisel, halva kohanemisvõime ja ebatäiuslik juhtimistulemus.
• ​Rakendatud eduka juhtimismeetod:​​ See lahendus kasutab Fuzzy-PID kompleksse juhtimisseadme, mis kombineerib mõlema eeliste:
• ​Fuzzy juhtimise eelis:​​ Ei nõua kontrollitava objekti täpset matemaatilist mudelit, saab käsitelda ebatäpset sisendandmete, näitab tugevat kohanemisvõimet aku parameetrite muutustega ja võib integreerida ekspertide teadmisi.
• ​PID juhtimise eelis:​​ Saavutab kõrge täpsuse, null stabiilse oleku vea juures, kui süsteemi vea on väike.
• ​Juhtimisseadme tööprotsess:​​ Süsteem jälgib pidevalt aku määratud voltaga ja tema tegeliku voltaga vahet e(t). Kui vea e(t) on suur, domineerib fuzzy juhtimine kiire reageerimise huvides. Kui e(t) väheneb mõnes ulatuses, siis liigub silelt üle PID juhtimiseks täpsustamiseks. Lõpuks, väljundsignaal u(t) on reguleeritud, et juhtida MOSFET-i töötasu tsüklit, saavutades laetamise voolu dünaamilise optimeerimise.

​IV. Lahenduse kokkuvõte ja perspektiivid​

• ​Juhtimise tõhusus:​​ Selles lahenduses disainitud päikese- ja tuuleenergia ühendsüsteem saavutab edukalt aku laetamise ja lahtilaetamise optimaalse halduse tänu inteligentsele Fuzzy-PID juhtimisalgoritmile. See ei aita vaid tõhusalt kaitsta aku ja pikendada selle teenimisaega, vaid ka suurendab tuule ja päikeseenergia eksploatimise efektiivsust MPPT abil, parandades nii kogu tootmise süsteemi tõhusust.
• ​Koostatud eksperimentide tõend:​​ Eksperimentaalsed tulemused näitavad, et juhtimisseade on õigesti ja praktiliselt disainitud, töötab ohutult ja usaldusväärselt ning näitab hea dünaamilise reageerimise ja stabiilse täpsuse.
• ​Rakenduse perspektiivid:​​ See päikese- ja tuuleenergia ühendsüsteem, mis kasutab intelligentsed aku haldustehnoloogiat, on eriti sobilik mitteelektrifitseeritud piirkondade, saarte, karjamaade ja kommunikatsioonibaaside jaoks. See pakub olulisi majanduslikke ja sotsiaalseid eeliseid ning laia rakendusalad.