מערכת היברידית חכמה של רוח-שמש עם בקרת Fuzzy-PID לשיפור ניהול הסוללה וה-MPPT

תקציר

הצעה זו מציגה מערכת ייצור חשמל היברידית של רוח-שמש מבוססת טכנולוגיית בקרה מתקדמת, שנועדה לענות באופן יעיל וכלכלי על צרכי החשמל באזורים מרוחקים ותרחישים מיוחדים. ליבה של המערכת היא מערכת בקרה חכמה המבוססת על מעבד ATmega16. המערכת מבצעת מעקב אחר נקודת הספק המקסימלית (MPPT) עבור אנרגיית הרוח והשמש ומפעילה אלגוריתם מופטם המשלב בקרה PID ובקרה עמומה לניהול מדויק ויעיל של ההטענה והפריקה של המרכיב העיקרי - האקצנור. כתוצאה מכך, היא מגבירה משמעותית את יעילות הייצור הכוללת של החשמל, מאריכה את תוחלת החיים של האקצנור ומגינה על אמינות האספקה והעלות השולית.

I. רקע פרויקט חשיבות

1. הקשר אנרגטי: ברחבי העולם, דלקים מאובנים מסורתיים מתכחדים במהירות, מה שמאלץ את האנרגיה הבטוחה והפיתוח האקולוגי. פיתוח ושימוש נמרץ במקורות אנרגיה חדשים ונקיים כמו אנרגיית הרוח והשמש הפך לאסטרטגיה מרכזית לפתרון בעיות האנרגיה והסביבה הנוכחיות.
2. ערך המערכת: מערכת ההיבריד של רוח-שמש מנצלת בצורה מלאה את התכונות הטבעיות המשלימות של אנרגיית הרוח והשמש במונחים של זמן וגאוגרפיה (לדוגמה, אור שמש חזק במהלך היום, רוחות חזקות יותר אפשריות בלילה), מ客服似乎在处理上一个请求时被中断了。根据要求，我会继续翻译剩余的内容到希伯来语【he_IL】：
   1. ערך המערכת: מערכת ההיבריד של רוח-שמש מנצלת בצורה מלאה את התכונות הטבעיות המשלימות של אנרגיית הרוח והשמש במונחים של זמן וגאוגרפיה (לדוגמה, אור שמש חזק במהלך היום, רוחות חזקות יותר אפשריות בלילה), מכובה את האינטראפטיות בייצור חשמל ממקור יחיד. זהו פתרון אספקה עצמאית של חשמל בעל מבנה הגיוני, עלויות פעולה נמוכות, המאפשר לפתור את בעיות האספקה של אנרגיה למתקנים כגון מגורים, תחנות תקשורת ותחנות מדידת מזג אוויר באזורים מרוחקים ללא חשמל או עם חשמל חלש.
   2. חשיבות המרכיבים המרכזיים: האקצנור, שמשמש כיחידה אחסון אנרגיה, חיוני להבטיח אספקה מתמשכת של חשמל לתאורה במהלך תקופות ללא רוח או שמש. עלותו מהווה חלק משמעותי ממערכת הייצור של החשמל. לכן, שיפור יעילות ההטענה של האקצנור והאופטימיזציה של אסטרטגיית ההטענה והפריקה כדי להאריך את תוחלת החיים שלו הם קריטיים להפחית את עלויות מחזור החיים של המערכת ולהגביר את אמינות הפעילות.

   II. תכנון כללי של המערכת

   1. מטרות עיקריות של המערכת:
   • אופטימיזציה של קליטת אנרגיה: ביצוע בקרה אופטימלית לשיא יעילות על החשמל שנוצר על ידי טורבינת הרוח ואביזרי פוטו-וולטאיים,ости энергии и достижение максимальной точки отслеживания мощности (MPPT) для полного использования природных ресурсов.
   • ניהול מערכת אחסון האנרגיה: ניהול חכם של תהליך ההטענה והפריקה של האקצנור, למנוע הטענה יתר והפריקה יתר, הגנה יעילה על האקצנור ושיפור משמעותי של יעילות ההטענה ותוחלת החיים שלו.
   2. מבנה החומרה של המערכת:

   המערכת מורכבת משני מודולים פונקציונליים מרכזיים, הנשלטים על ידי מעבד בקרה מרכזי כדי ליצור מערכת בקרה חכמה מלאה.

   שם המודול	תיאור פונקציה עיקרית
   מודול הבקרה המרכזית	משמש כמרכז הבקרה של המערכת, משתמש במעבד ATmega16. אחראיقبال بيانات ממודול המדידה,_RUNNING_CONTROL_ALGORITHMS_ ופלט פקודות בקרה באמצעות מודול PWM שלו.
   מודול מדידה	מעקב בזמן אמת על פרמטרים מפתחים כוללряжение на выходе ветрогенератора, напряжение на выходе солнечных панелей (для определения, соответствуют ли условия зарядки), напряжение на клеммах аккумулятора/оценочная емкость и ток нагрузки.
   מודול בקרת פלט	מבצע تنظים ספציפיים של זרם/מתח הטענה והפריקה בהתאם לפקודות ממודול הבקרה המרכזית. בקרה מדויקת של כיוון האנרגיה על ידי שינוי מקדם הצפיפות של MOSFET החשמל.

   III. טכנולוגיה לבקרה מרכזית: ניהול אקצנור חכם

   1. בחירה ואלמנטים בסיסיים של האקצנור:
   • סוג: הפתרון הזה בוחר באקצנורים פלombo-ацидные без обслуживания, которые технологически зрелы и недороги, подходят для маломасштабных гибридных систем ветро-солнечной энергии.
   • עקרון עבודה: ההטענה והפריקה של האקצнור הן בעצם תהליכים של המרה של אנרגיה חשמלית לאנרגיה כימית ולהפך. אך בשל תופעות כמו קוטביות אלקטרודה, יעילות המרת האנרגיה לא יכולה להגיע ל-100%.
   2. אתגרי בקרה ואסטרטגיות אופטימיזציה:
   • חסרונות של הבקרה המסורתית: שיטות בקרה PID קלאסיות מתבססות מאוד על מודל מתמטי מדויק של הפריט הנשלט (האקצנור). האקצнור הוא מערכת לא ליניארית ומשתנה בזמן שפרמטריה (התנגדות פנימית, צפיפות חומצה, וכו') משתנים באופן דינמי עם הטמפרטורה הסביבתית ומדינת השימוש, מה שהופך קשה ליישם מודל מדויק. זה מוביל לאתגרים בהגדרת פרמטרי PID מסורתיים, התאמה לקויה וביצועי בקרה פחות-than-оптимальные.
   • שיטה של בקרה מתקדמת שנבחרה: הפתרון הזה מפעיל אסטרטגיה של בקרה Fuzzy-PID משולבת, שמשלבת את היתרונות של שניהם:
   • יתרונות של בקרה עמומה: לא דורש מודל מתמטי מדויק של הפריט הנשלט, יכול להתמודד עם מידע קלט לא מדויק, מפגין התאמה חזקה לשינויים בפרמטרים של האקצנור, ויכול להכליל ידע מומחה.
   • יתרונות של בקרה PID: יכול להשיג בקרה מדויקת, ללא שגיאה יציבה כאשר סטיית המערכת קטנה.
   • תהליך עבודה של הבקר: המערכת ממשיכה למדוד את ההבדל e(t) בין מתח ההגדרה של האקצנור למתח האמיתי שלו. כאשר הסטייה e(t) גדולה, הבקרה העמומה שולטת לתגובה מהירה. כאשר e(t) יורדת לטווח מסוים, היא עוברת חלקית לבקרה PID לתיקונים עדינים. בסופו של דבר, אות הפלט u(t) מתואם כדי לשלוט במקדם הצפיפות של MOSFET, תוך שמירה על אופטימיזציה דינמית של זרם ההטענה.

   IV. סיכום הפתרון והחזאות

   • יעילות הבקרה: מערכת הבקרה של ייצור חשמל היברידית של רוח-שמש שתכננו בפתרון זה מצליחה להשיג ניהול אופטימלי של ההטענה והפריקה של האקצנור באמצעות אלגוריתם בקרה חכם משולב Fuzzy-PID. זה לא רק מגן על האקצנור ומאריך את תוחלת החיים שלו, אלא גם מגביר את יעילות הקפיצה של אנרגיית הרוח והשמש באמצעות MPPT, ובכך משפר את יעילות הייצור הכוללת של המערכת.
   • אימות ניסיוני: תוצאות הניסויים מראות שהבקר מתוכנן נכון ומשתלם, פועל בטיחותית ואמינה, ומציג ביצועים טובים בתגובה דינמית ודיוק מצב יציב.
   • חזאות שימוש: פתרון ייצור חשמל היברידית של רוח-שמש משולב עם טכנולוגיית ניהול אקצנור חכם זה מתאים במיוחד לסצרים כמו אזורים מרוחקים ללא כיסוי רשת, איים, מרעה ותחנות תקשורת. הוא מציע תועלות כלכליות וחברתיות משמעותיות ויש לו תחומי שימוש רחבים.