Isang Intelligent na Wind-Solar Hybrid System na may Fuzzy-PID Control para sa Enhanced na Battery Management at MPPT

Pangkalahatan​

Inihahandog ng propuesta na ito ang isang wind-solar hybrid power generation system batay sa advanced control technology, na may layuning mabisa at ekonomiko na tugunan ang pangangailangan sa kuryente ng mga malalayong lugar at espesyal na aplikasyon. Ang pundamental ng sistema ay nasa isang intelligent control system na nakasentro sa ATmega16 microprocessor. Ginagamit ng sistemang ito ang Maximum Power Point Tracking (MPPT) para sa parehong hangin at solar energy, at naglalaman ng optimized algorithm na nagpapakita ng pagsasama ng PID at fuzzy control para sa tumpak at epektibong pagmamanage ng charging/discharging ng pangunahing komponente – ang battery. Dahil dito, ito'y lubos na nagpapataas sa kabuuang efficiency ng power generation, nagpapahaba ng lifespan ng battery, at nag-aasure ng reliabilidad at cost-effectiveness ng supply ng kuryente.

​I. Background at Significance ng Proyekto​

1. ​Enerhiya Context:​​ Sa buong mundo, ang mga tradisyonal na fossil fuels ay lalong napupuno, na nagbibigay ng matinding hamon sa enerhiya security at sustainable development. Ang aktibong pagdevelop at paggamit ng malinis, renewable bagong sources ng enerhiya tulad ng hangin at solar power ay naging strategic priority para sa solusyon ng kasalukuyang enerhiya at environmental issues.
2. ​Halaga ng Sistema:​​ Ang wind-solar hybrid system ay lubos na gumagamit ng natural complementary characteristics ng hangin at solar energy sa aspeto ng oras at heograpiya (halimbawa, malakas na sikat ng araw sa umaga, potensyal na mas malakas na hangin sa gabi), na nakakalampasan ang intermittency ng single-source power generation. Ito ay isang structurally rational, low-operating-cost independent power supply solution, na epektibong nagreresolba ng enerhiya supply problems para sa mga pasilidad tulad ng residential living, communication base stations, at meteorological monitoring stations sa mga un-electrified o weakly electrified malalayong lugar.
3. ​Kahalagahan ng Core Components:​​ Ang battery, bilang energy storage unit ng sistema, ay mahalaga para siguruhin ang patuloy na supply ng kuryente sa load sa panahon ng walang hangin o sikat ng araw. Ang cost nito ay bumubuo ng significant portion ng buong power generation system. Dahil dito, ang pag-improve ng battery charging efficiency at pag-optimize ng charge/discharge strategies upang mapahaba ang service life nito ay vital para sa pagbawas ng lifecycle cost ng sistema at pagtaas ng operational reliability.

​II. Kabuuang System Design​

1. ​Pangunahing Layunin ng Sistema:​​
• ​Energy Capture Optimization:​​ Gumawa ng optimal control para sa maximum efficiency sa electricity na ginenera ng wind turbine at photovoltaic panels, na nagpapahiwatig ng Maximum Power Point Tracking (MPPT) upang lubos na gamitin ang natural resources.
• ​Energy Storage System Management:​​ Intelligently manage ang proseso ng battery charging at discharging, na pinapahintulot ang overcharging at over-discharging, na epektibong nagpoprotekta sa battery, at lubos na nagpapataas ng charging efficiency at service life nito.
2. ​System Hardware Architecture:​​

Bumubuo ang sistema ng tatlong pangunahing functional modules, na sinasadya ng isang central control CPU upang makabuo ng isang buong intelligent control system.

​III. Core Control Technology: Intelligent Battery Management​

1. ​Pagpili at Basics ng Battery:​​
• ​Uri:​​ Inihahandog ng solusyon na ito ang maintenance-free lead-acid batteries, na teknikal na mature at mababa ang cost, na angkop para sa small-scale wind-solar hybrid systems.
• ​Pamamaraan ng Paggana:​​ Ang battery charging at discharging ay esensyal na mga proseso ng pagconvert ng electrical energy sa chemical energy at vice versa. Gayunpaman, dahil sa mga phenomena tulad ng electrode polarization, ang energy conversion efficiency ay hindi makakamit ang 100%.
2. ​Mga Hamon sa Control at Optimization Strategy:​​
• ​Kahinaan ng Traditional Control:​​ Ang classic PID control methods ay malaking umasa sa accurate mathematical model ng controlled object (ang battery). Ang battery ay isang nonlinear, time-varying system na may mga parameter (internal resistance, electrolyte density, etc.) na nagbabago dinamically sa temperature ng kapaligiran at estado ng paggamit, na nagpapahirap na makabuo ng precise model. Ito'y nagdudulot ng mga hamon sa pag-tune ng traditional PID parameters, mababang adaptability, at suboptimal control performance.
• ​Adopted Advanced Control Method:​​ Inihahandog ng solusyon na ito ang Fuzzy-PID composite control strategy, na nagpapakita ng mga advantage ng parehong:
• ​Advantage ng Fuzzy Control:​​ Hindi nangangailangan ng exact mathematical model ng controlled object, maaaring mag-handle ng imprecise input information, nagpapakita ng malakas na adaptability sa mga pagbabago ng battery parameters, at maaaring mag-include ng expert knowledge.
• ​Advantage ng PID Control:​​ Maaaring makamit ang high-precision, zero steady-state error control kapag ang system deviation ay maliit.
• ​Controller Workflow:​​ Ang sistema ay patuloy na naghahanap ng difference e(t) sa pagitan ng set voltage ng battery at actual voltage nito. Kapag malaki ang deviation e(t), ang fuzzy control ang dominant para sa mabilis na tugon. Kapag bumaba ang e(t) sa loob ng isang tiyak na range, ito ay smooth na lumilipat sa PID control para sa fine-tuning. Sa huli, ang output signal u(t) ay ina-adjust upang kontrolin ang duty cycle ng MOSFET, na nagpapahiwatig ng dynamic optimization ng charging current.

​IV. Buod ng Solusyon at Prospects​

• ​Control Effectiveness:​​ Ang wind-solar hybrid power generation control system na idinisenyo sa solusyon na ito ay matagumpay na nagpapahiwatig ng optimal battery charge/discharge management sa pamamagitan ng complementary intelligent Fuzzy-PID control algorithm. Ito ay hindi lamang epektibong nagpoprotekta ng battery at nagpapahaba ng service life nito, kundi nagpapataas din ng capture efficiency ng hangin at solar energy sa pamamagitan ng MPPT, na nagpapahiwatig ng pagtaas ng comprehensive efficiency ng buong power generation system.
• ​Experimental Verification:​​ Ang mga resulta ng eksperimento ay nagpapakita na ang controller ay tama at feasible na idinisenyo, nag-ooperate nang ligtas at reliable, at nagpapakita ng magandang dynamic response performance at steady-state accuracy.
• ​Application Prospects:​​ Ang integrated wind-solar hybrid power generation solution na ito na may intelligent battery management technology ay partikular na angkop para sa mga scenario tulad ng malalayong lugar na walang grid coverage, islands, pastures, at communication base stations. Ito ay nagbibigay ng significant economic at social benefits at may malawak na application prospects.