Isang Intelligent na Sistemang Haba ng Hangin-Solar na may Fuzzy-PID Control para sa Pinaunlad na Pamamahala ng Baterya at MPPT

Abstract

Inihahandog ng propusyon na ito ang isang wind-solar hybrid power generation system batay sa napakalaking teknolohiya ng kontrol, na may layuning maging epektibo at ekonomikal na tugunan ang mga pangangailangan ng enerhiya sa mga malalayong lugar at espesyal na mga scenario ng aplikasyon. Ang pinakamahalaga sa sistema ay nasa isang intelligent control system na nakabase sa ATmega16 microprocessor. Ginagawa ng sistema na ito ang Maximum Power Point Tracking (MPPT) para sa parehong wind at solar energy, at gumagamit ng optimized algorithm na naglalakip ng PID at fuzzy control para sa tumpak at epektibong pagmamanage ng charging/discharging ng pangunahing komponente – ang battery. Dahil dito, ito ay lubhang nagpapataas ng kabuuang epektividad ng power generation, nagpapahaba ng lifespan ng battery, at nag-aasigurado ng reliabilidad at cost-effectiveness ng supply ng kuryente.

I. Background at Significance ng Proyekto

1. Konteksto ng Enerhiya: Sa buong mundo, ang mga tradisyonal na fossil fuels ay patuloy na nawawala, na nagbibigay ng malubhang hamon sa seguridad ng enerhiya at sustainable development. Ang pagpapaunlad at paggamit ng malinis at renewable na bagong mapagkukunan ng enerhiya tulad ng wind at solar power ay naging isang strategic priority para sa solusyon ng kasalukuyang enerhiya at mga isyu sa kapaligiran.
2. Halaga ng Sistema: Ang wind-solar hybrid system ay lubusang nagpapahayag ng natural na complementary characteristics ng wind at solar energy sa termino ng oras at heograpiya (halimbawa, malakas na sikat ng araw sa umaga, potensyal na mas malakas na hangin sa gabi), na nagwawagi sa intermittency ng single-source power generation. Ito ay isang structurally rational, low-operating-cost independent power supply solution, na epektibong nagreresolba ng mga isyu sa supply ng enerhiya para sa mga pasilidad tulad ng residential living, communication base stations, at meteorological monitoring stations sa mga hindi electrified o mahinang electrified na malalayong lugar.
3. Importansya ng Pangunahing Komponente: Ang battery, na gumagampan bilang storage unit ng enerhiya ng sistema, ay mahalaga para sa pag-aseguro ng patuloy na supply ng kuryente sa load sa panahon ng walang hangin o sikat ng araw. Ang kanyang halaga ay bumubuo ng isang significant portion ng buong power generation system. Dahil dito, ang pagpapataas ng efficiency ng charging ng battery at pag-optimize ng kanyang charge/discharge strategies upang palawakin ang kanyang service life ay mahalaga para sa pagbawas ng lifecycle cost ng sistema at pagpapataas ng operational reliability.

II. Kabuuang Design ng Sistema

1. Pangunahing Layunin ng Sistema:
• Optimization ng Energy Capture: Gumawa ng optimal na kontrol para sa maximum efficiency sa kuryente na inililikha ng wind turbine at photovoltaic panels, na nagpapatakbo ng Maximum Power Point Tracking (MPPT) upang ganap na gamitin ang natural resources.
• Management ng Energy Storage System: Intelligently manage ang proseso ng charging at discharging ng battery, na nagbabawas ng overcharging at over-discharging, na epektibong nagpoprotekta sa battery, at lubhang nagpapataas ng kanyang charging efficiency at service life.
2. Hardware Architecture ng Sistema:

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. Paggili at Basics ng Battery:
• Uri: Ang solusyon na ito ay nagpili ng maintenance-free lead-acid batteries, na technologically mature at mababa ang halaga, na angkop para sa small-scale wind-solar hybrid systems.
• Prinsipyong Paggana: Ang charging at discharging ng battery ay esensiyal na mga proseso ng pagsasalin ng electrical energy sa chemical energy at vice versa. Gayunpaman, dahil sa mga phenomena tulad ng electrode polarization, ang energy conversion efficiency ay hindi maabot ang 100%.
2. Mga Hamon sa Kontrol at Optimization Strategy:
• Kamangyan ng Traditional Control: Ang classic PID control methods ay malaki ang pagkaka-asa sa accurate mathematical model ng controlled object (ang battery). Ang battery ay isang nonlinear, time-varying system na kung saan ang mga parameter (internal resistance, electrolyte density, etc.) ay nagbabago dinamically sa temperature ng kapaligiran at estado ng paggamit, na nagpapahirap magtayo ng precise model. Ito ay nagdudulot ng mga hamon sa pag-tune ng traditional PID parameters, mahina ang adaptability, at suboptimal ang performance ng kontrol.
• Adopted Advanced Control Method: Ang solusyon na ito ay gumagamit ng Fuzzy-PID composite control strategy, na naglalakip ng mga advantage ng pareho:
• Advantage ng Fuzzy Control: Hindi nangangailangan ng exact mathematical model ng controlled object, maaaring hanapin ang imprecise input information, may malakas na adaptability sa pagbabago ng mga parameter ng battery, at maaaring ilapat ang expert knowledge.
• Advantage ng PID Control: Maaaring makamit ang high-precision, zero steady-state error control kapag ang deviation ng sistema ay maliit.
• Workflow ng Controller: Ang sistema ay patuloy na nangomonito ng difference e(t) sa pagitan ng set voltage at actual voltage ng battery. Kapag ang deviation e(t) ay malaki, ang fuzzy control ang dominant para sa mabilis na tugon. Kapag ang e(t) ay bumaba sa loob ng isang tiyak na range, ito ay smooth na nag-switch sa PID control para sa fine-tuning. Sa huli, ang output signal u(t) ay inaadjust upang kontrolin ang duty cycle ng MOSFET, na nagpapataas ng dynamic optimization ng charging current.

IV. Summary at Prospects ng Solusyon

• Epektibong Kontrol: Ang wind-solar hybrid power generation control system na idinisenyo sa solusyon na ito ay matagumpay na nagpapataas ng optimal na battery charge/discharge management sa pamamagitan ng complementary intelligent Fuzzy-PID control algorithm. Ito ay hindi lamang epektibong nagpoprotekta sa battery at nagpapahaba ng kanyang service life, kundi nagpapataas din ng capture efficiency ng wind at solar energy sa pamamagitan ng MPPT, na nagpapataas ng comprehensive efficiency ng buong power generation system.
• Experimental Verification: Ang mga resulta ng eksperimento ay nagpapakita na ang controller ay tama at feasible ang disenyo, ligtas at reliable ang operasyon, 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.