Intelekta vēja-saules hibrīdsistēma ar nešķieto-PID kontrolēšanu, lai uzlabotu akumulatoru pārvaldību un MPPT

Kopsavilkums​

Šis priekšlikums piedāvā vēja-saules hibrīda enerģijas ražošanas sistēmu, kas balstīta uz paātrinātu vadības tehnoloģiju, mērķis ir efektīvi un ekonomiski risināt enerģijas vajadzības attālajos apgabalos un speciālos lietojuma gadījumos. Sistēmas sirds ir intelektuāla vadības sistēma, kas balstīta uz ATmega16 mikroprocesoru. Šī sistēma veic Maksimālā jaudas punkta izsekotāju (MPPT) gan vēja, gan saules enerģijai, un izmanto optimizētu algoritmu, kas apvieno PID un neierobežoto vadību, lai nodrošinātu precīzu un efektīvu akumulatora uzlādes/atlādes pārvaldību. Tādējādi tā būtiski uzlabo kopējo enerģijas ražošanas efektivitāti, pagarina akumulatora darbības ilgumu un nodrošina energodrošību un ekonomiskumu.

​I. Projekta fons un nozīme​

1. ​Enerģijas konteksts:​​ Visā pasaulē tradicionālie fosilie kurināmie aizvien vairāk izsūknē, rādīdami smagas izaicinājumus enerģijas drošībai un ilgtspējīgai attīstībai. Intensīva jaunu, tīru un atjaunojamu enerģijas avotu, piemēram, vēja un saules enerģijas, attīstība un izmantošana kļūst par stratēģisku prioritāti, lai atrisinātu pašreizējās enerģijas un vides problēmas.
2. ​Sistēmas vērtība:​​ Vēja-saules hibrīda sistēma pilnībā izmanto vēja un saules enerģijas dabisku savstarpējo papildināšanos laika un ģeogrāfiskā aspektā (piemēram, stipra saule dienā, potenciāli stiprāks vēji naktī), pārvarot vienādu enerģijas avota nepastāvīgumu. Tas ir strukturāli saprātīgs, zemas operācijas izmaksas neatkarīgas enerģijas piegādes risinājums, kas efektīvi risina enerģijas piegādes problēmas objektiem, piemēram, dzīvesvietām, sakaru stacijām un meteoroloģiskajām novērošanas stacijām, neelektrificētos vai vāji elektrificētos attālajos apgabalos.
3. ​Galveno komponentu nozīme:​​ Akumulators, kas sniedz sistēmai enerģijas krājumu, ir būtisks, lai nodrošinātu nemainīgu enerģijas piegādi slodzei periodos, kad nav vēja vai saules gaismas. Tā izmaksas veido būtisku daļu no visiem enerģijas ražošanas sistēmas izdevumiem. Tādēļ, uzlabojot akumulatora uzlādes efektivitāti un optimizējot to uzlādes/atlādes stratēģijas, lai pagarinātu tā darbības ilgumu, ir vitāli svarīgi, lai samazinātu sistēmas dzīves cikla izmaksas un palielinātu operatīvo uzticamību.

​II. Kopējais sistēmas dizains​

1. ​Sistēmas galvenie mērķi:​​
• ​Enerģijas uzsūkšanas optimizācija:​​ Veikt optimālu kontrolēšanu, lai panāktu maksimālo efektivitāti, enerģijas ražošanā no vēja generatora un fotovoltaisko paneļu, sasniedzot Maksimālā jaudas punkta izsekotāju (MPPT), lai pilnībā izmantotu dabas resursus.
• ​Enerģijas krājumu sistēmas pārvaldība:​​ Inteliģenti pārvaldīt akumulatora uzlādes un atlādes procesu, novēršot pārlādi un pārāldi, efektīvi aizsargājot akumulatoru un būtiski uzlabojot tā uzlādes efektivitāti un darbības ilgumu.
2. ​Sistēmas hardvera arhitektūra:​​

Sistēma sastāv no trim galvenajiem funkcionalitātes moduļiem, ko koordinē centrales vadības CPU, veidojot pilnu intelektuālo vadības sistēmu.

​III. Galvenās vadības tehnoloģijas: Inteligenta akumulatora pārvalde​

1. ​Akumulatora izvēle un pamati:​​
• ​Tips:​​ Šajā risinājumā tiek izvēlēti bezapgāžas svinplumbākie akumulatori, kas ir tehniski pilnveidoti un zems izmaksu, piemēroti maziem vēja-saules hibrīda sistēmām.
• ​Darbības princips:​​ Akumulatora uzlāde un atlāde ir būtībā elektroenerģijas pārveidošanas procesi uz ķīmisko enerģiju un otrādi. Tomēr, tādēļ, ka notiek elektroda polarizācija, enerģijas pārveidošanas efektivitāte nevar sasniegt 100%.
2. ​Vadības izaicinājumi un optimizācijas stratēģija:​​
• ​Tradicionālas vadības trūkumi:​​ Klasiskās PID vadības metodes būtiski atkarīgas no precīza matemātiskā modeļa par kontrolējamu objektu (akumulatoru). Akumulators ir nelineāra, laika mainīga sistēma, kuras parametri (iekšējā pretestība, elektrolīta blīvums utt.) mainās dinamiski ar vidi temperatūru un izmantošanas stāvokli, padarot grūtu precīzu modeļa izveidošanu. Tas rada izaicinājumus tradicionālo PID parametru pielāgošanā, sliktu adaptējamību un nepilnīgu vadības veiktspēju.
• ​Izmantotās paātrinātās vadības metodes:​​ Šis risinājums izmanto Fuzzy-PID kombinēto vadības stratēģiju, apvienojot abu priekšrocības:
• ​Fuzzy vadības priekšrocības:​​ Nerequire precīzs matemātiskais modelis par kontrolējamu objektu, var apstrādāt netiešu ievades informāciju, izrāda lielu adaptējamību pret akumulatora parametru maiņu un var iekļaut ekspertu zināšanas.
• ​PID vadības priekšrocības:​​ Var sasniegt augstu precizitāti, nulle stacionārā kļūda, kad sistēmas kļūda ir maza.
• ​Kontrollera darbības gaita:​​ Sistēma nepārtraukti uzrauga atšķirību e(t) starp akumulatora iestatīto spriegumu un tā faktisko spriegumu. Ja atšķirība e(t) ir liela, dominē fuzzy vadība, lai nodrošinātu ātru reakciju. Kad e(t) samazinās noteiktā robežās, tā gludi pāriet uz PID vadību, lai veiktu mīkstu pielāgošanu. Galu galā, izvades signāls u(t) tiek pielāgots, lai kontrolētu MOSFET pulsskaitu, sasniedzot uzlādes strāves dinamisko optimizāciju.

​IV. Risinājuma kopsavilkums un perspektīvas​

• ​Vadības efektivitāte:​​ Šajā risinājumā izstrādātā vēja-saules hibrīda enerģijas ražošanas vadības sistēma veiksmīgi sasniedz optimālu akumulatora uzlādes/atlādes pārvaldību, izmantojot komplementāro intelektuālo Fuzzy-PID vadības algoritmu. Tas ne tikai efektīvi aizsargā akumulatoru un pagarina tā darbības ilgumu, bet arī uzlabo vēja un saules enerģijas uzsūkšanas efektivitāti, izmantojot MPPT, tādējādi uzlabojot veselā enerģijas ražošanas sistēmas efektivitāti.
• ​Eksperimentālais apstiprinājums:​​ Eksperimentālie rezultāti rāda, ka kontrolētājs ir pareizi un iespējams izstrādāts, strādā droši un uzticami, un parāda labu dinamisko reaģēšanas veiktspēju un stacionāro precizitāti.
• ​Lietojuma perspektīvas:​​ Šis integrētā vēja-saules hibrīda enerģijas ražošanas risinājums ar intelektuālu akumulatora pārvaldes tehnoloģiju ir īpaši piemērots scenārijiem, piemēram, attālajos apgabalos bez tīkla, salās, lopbarībās un sakaru stacijās. Tas piedāvā būtiskas ekonomiskās un sociālās priekšrocības un ir plašas lietošanas perspektīvas.