ایک انٹیلیجنٹ ونڈ-سولر ہائبرڈ سسٹم فزی-پی آئی ڈی کنٹرول کے ساتھ بیٹری مینجمنٹ اور ایم پی پی ٹی کو بہتر بنانے کے لئے

خلاصہ​

یہ پروپوزل متقدّم کنٹرول ٹیکنالوجی پر مبنی ہوائی-سورجی ڈبل پاور جنریشن سسٹم کا عرضہ کرتا ہے، جس کا مقصد دور دراز علاقوں اور خصوصی استعمال کے سناریوں میں طاقت کی ضروریات کو موثر اور معاشی طور پر حل کرنا ہے۔ سسٹم کا مرکزی حصہ ATmega16 مائیکرو پروسیسر کے گرد مرکوز ایک ذہین کنٹرول سسٹم ہے۔ یہ سسٹم ہوا اور سورجی توانائی دونوں کے لئے ماکسمم پاور پوائنٹ ٹریکنگ (MPPT) کرتا ہے اور بیٹری کے لئے کھرب کرنے/نکالنے کے منظم اور کارآمد کنٹرول کے لئے PID اور فزی کنٹرول کو جوڑنے والے میٹریزڈ الگورتھم کا استعمال کرتا ہے۔ نتیجے کے طور پر یہ قابل تذکرہ حد تک کلی طاقت کی پیداوار کی کارکردگی کو بڑھاتا ہے، بیٹری کی لمبائی کو بڑھاتا ہے اور طاقت کی فراہمی کی وثوقیت اور کارآمدی کو یقینی بناتا ہے۔

​ایک۔ منصوبہ کی پس منظر اور اہمیت​

1. ​طاقت کا سیاق و سباق:​​ عالمی سطح پر روایتی فاسیل فوئل کی کمی دنیا کی طاقت کی حفاظت اور مستقل ترقی کے لئے شدید چیلنجز کو پیش کرتی ہے۔ ہوا اور سورجی طاقت جیسی صاف، نوآور توانائی کے کھرب کرنے اور استعمال کرنے کو کرنے کی کوشش کرنا موجودہ طاقة اور ماحولی مسائل کو حل کرنے کا راتجیک پرائورٹی بن گیا ہے۔
2. ​سسٹم کی قدر:​​ ہوا-سورجی ڈبل سسٹم وقت اور جغرافیہ کے اعتبار سے ہوا اور سورجی توانائی کے قدرتی متبادل خصوصیات کو مکمل طور پر استعمال کرتا ہے (مثال کے طور پر: دن کے دوران زیادہ روشنی، رات کے دوران زیادہ ہوا کا امکان)، ایک واحد ذریعے کی طاقت کی پیداوار کی متقطعیت کو دفع کرتا ہے۔ یہ ایک ساختی طور پر معقول، کم آپریشنگ کوسٹ کی انڈیپینڈنٹ طاقة فراہمی کا حل ہے، جو غیر بجلی لگائی گئی یا کمزور بجلی لگائی گئی دور دراز علاقوں میں رہائشی زندگی، کمیونیکیشن بیس اسٹیشن، اور میٹیورولوجیکل مانیٹرنگ اسٹیشن جیسی سہولیات کے لئے طاقة فراہمی کے مسائل کو موثر طور پر حل کرتا ہے۔
3. ​مرکزی کمپوننٹس کی اہمیت:​​ بیٹری، جو سسٹم کا توانائی کا ذخیرہ یونٹ کے طور پر کام کرتا ہے، ہوا یا روشنی کے بغیر کے دوران لاڈ کو مسلسل طاقة کی فراہمی کے لئے ضروری ہوتا ہے۔ اس کی قیمت کلی طاقت کی پیداوار سسٹم کا ایک قابل ذکر حصہ ہوتا ہے۔ اس لئے، بیٹری کے کھرب کرنے کی کارکردگی کو بہتر بنانے اور اس کے کھرب کرنے/نکالنے کے منصوبوں کو بہتر بنانے سے اس کی خدمات کی لمبائی کو بڑھانے کا اہم ہے تاکہ سسٹم کے لائف سائکل کوسٹ کو کم کیا جا سکے اور آپریشنل وثوقیت کو بہتر بنایا جا سکے۔

​دو۔ کلی سسٹم ڈیزائن​

1. ​سسٹم کے مرکزی مقاصد:​​
• ​طاقت کا کھرب کرنے کا بہترین کنٹرول:​​ ہوا کے ٹربرائن اور فوٹوولٹیک پینل کے ذریعے پیدا ہونے والی بجلی کے لئے ماکسمم کارکردگی کے لئے بہترین کنٹرول کرنے کا عمل کرتا ہے، ماکسمم پاور پوائنٹ ٹریکنگ (MPPT) کو حاصل کرتا ہے تاکہ قدرتی وسائل کو مکمل طور پر استعمال کیا جا سکے۔
• ​طاقت کے ذخیرہ سسٹم کا مینجمنٹ:​​ بیٹری کے کھرب کرنے اور نکالنے کے عمل کو ذہین طور پر مینج کرتا ہے، اوورچارجنگ اور اوورڈیسچارجنگ سے بچاتا ہے، بیٹری کی حفاظت کرتا ہے اور اس کے کھرب کرنے کی کارکردگی اور خدمات کی لمبائی کو قابل تذکرہ حد تک بڑھاتا ہے۔
2. ​سسٹم کا ہارڈوئیر آرکیٹیکچر:​​

سسٹم تین اہم فنکشنل مودولوں سے مل کر بنتا ہے، جن کو مرکزی کنٹرول CPU کے ذریعے کوئڈینیٹ کیا جاتا ہے تاکہ کامل ذہین کنٹرول سسٹم بنایا جا سکے۔

​تین۔ کور کنٹرول ٹیکنالوجی: ذہین بیٹری مینجمنٹ​

1. ​بیٹری کا انتخاب اور بنیادیات:​​
• ​قسم:​​ یہ حل مینٹیننس فری لیڈ ایسڈ بیٹری کا انتخاب کرتا ہے، جو ٹیکنالوجیکل طور پر مکمل ہو چکا ہے اور کم قیمت ہے، جو چھوٹے سیل کے ہوا-سورجی ڈبل سسٹم کے لئے موزوں ہے۔
• ​کام کا طریقہ:​​ بیٹری کا کھرب کرنے اور نکالنے کا عمل بنیادی طور پر بجلی کو کیمیکل انرجی میں تبدیل کرنے اور اس کے بالعکس کا عمل ہے۔ لیکن، الیکٹرود کی پولیرائزیشن جیسے پہلو کی وجہ سے، انرجی کنورژن کی کارکردگی 100% تک نہیں پہنچ سکتی ہے۔
2. ​کنٹرول کے چیلنجز اور بہتر بنانے کا منصوبہ:​​
• ​روایتی کنٹرول کے نقصانات:​​ کلاسیک PID کنٹرول طریقوں کا زیادہ تر ایک صحیح ریاضیاتی مڈل (بیٹری) پر انحصار ہوتا ہے۔ بیٹری ایک غیر خطی، وقت کے ساتھ تبدیل ہونے والا سسٹم ہے جس کے پیرامیٹرز (اندرونی ریزسٹنس، الیکٹرولائٹ کی کثافت وغیرہ) ماحولی درجہ حرارت اور استعمال کے حالت کے ساتھ ساتھ تبدیل ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے ایک صحیح مڈل بنانا مشکل ہوتا ہے۔ یہ روایتی PID پیرامیٹرز کو ٹیون کرنے کے چیلنجز، کم آڈیپٹیبلٹی، اور کم کنٹرول کارکردگی کی وجہ ہوتا ہے۔
• ​采纳的先进控制方法：该解决方案采用模糊-PID复合控制策略，结合了两者的优势：
• ​模糊控制的优势：不需要被控对象的确切数学模型，可以处理不精确的输入信息，对电池参数变化具有很强的适应性，并可以融入专家知识。
• ​PID控制的优势：当系统偏差较小时，可以实现高精度、零稳态误差控制。
• ​控制器工作流程：系统持续监测电池设定电压与其实际电压之间的差值e(t)。当偏差e(t)较大时，模糊控制占主导地位，以快速响应。当e(t)在一定范围内减小时，平滑切换到PID控制进行微调。最终，输出信号u(t)调整以控制MOSFET的占空比，实现充电电流的动态优化。

​IV. 解决方案总结与展望​

• ​控制效果：该解决方案设计的风-光混合发电控制系统通过互补的智能模糊-PID控制算法成功实现了电池充放电的最佳管理。这不仅有效保护了电池并延长了其使用寿命，还通过MPPT提高了风能和太阳能的捕获效率，从而提升了整个发电系统的综合效率。
• ​实验验证：实验结果表明，控制器设计正确且可行，运行安全可靠，表现出良好的动态响应性能和稳态精度。
• ​应用前景：这种集成智能电池管理技术的风-光混合发电解决方案特别适用于无电网覆盖的偏远地区、岛屿、牧场和通信基站等场景。它具有显著的经济和社会效益，应用前景广阔。

​تین۔ کور کنٹرول ٹیکنالوجی: ذہین بیٹری مینجمنٹ​

1. ​بیٹری کا انتخاب اور بنیادیات:​​
• ​قسم:​​ یہ حل مینٹیننس فری لیڈ ایسڈ بیٹری کا انتخاب کرتا ہے، جو ٹیکنالوجیکل طور پر مکمل ہو چکا ہے اور کم قیمت ہے، جو چھوٹے سیل کے ہوا-سورجی ڈبل سسٹم کے لئے موزوں ہے۔
• ​کام کا طریقہ:​​ بیٹری کا کھرب کرنے اور نکالنے کا عمل بنیادی طور پر بجلی کو کیمیکل انرجی میں تبدیل کرنے اور اس کے بالعکس کا عمل ہے۔ لیکن، الیکٹرود کی پولیرائزیشن جیسے پہلو کی وجہ سے، انرجی کنورژن کی کارکردگی 100% تک نہیں پہنچ سکتی ہے۔
2. ​کنٹرول کے چیلنجز اور بہتر بنانے کا منصوبہ:​​
• ​روایتی کنٹرول کے نقصانات:​​ کلاسیک PID کنٹرول طریقوں کا زیادہ تر ایک صحیح ریاضیاتی مڈل (بیٹری) پر انحصار ہوتا ہے۔ بیٹری ایک غیر خطی، وقت کے ساتھ تبدیل ہونے والا سسٹم ہے جس کے پیرامیٹرز (اندرونی ریزسٹنس، الیکٹرولائٹ کی کثافت وغیرہ) ماحولی درجہ حرارت اور استعمال کے حالت کے ساتھ ساتھ تبدیل ہوتے ہیں، جس کی وجہ سے ایک صحیح مڈل بنانا مشکل ہوتا ہے۔ یہ روایتی PID پیرامیٹرز کو ٹیون کرنے کے چیلنجز، کم آڈیپٹیبلٹی، اور کم کنٹرول کارکردگی کی وجہ ہوتا ہے۔
• ​کامیاب کنٹرول طریقہ:​​ یہ حل فزی-PID کامیاب کنٹرول استراتیجی کا استعمال کرتا ہے، جس میں دونوں کے فوائد شامل ہیں:
• ​فزی کنٹرول کا فائدہ:​​ کنٹرول شدہ آبجیکٹ (بیٹری) کے صحیح ریاضیاتی مڈل کی ضرورت نہیں ہوتی، غیر صحیح انپٹ معلومات کو ہنڈل کر سکتا ہے، بیٹری کے پیرامیٹرز کی تبدیلیوں کے لئے مضبوط آڈیپٹیبلٹی ظاہر کرتا ہے، اور اکسپرٹ کے علم کو شامل کر سکتا ہے۔
• ​PID کنٹرول کا فائدہ:​​ جب سسٹم کا ڈیویشن چھوٹا ہو تو، کم ڈیویشن کے لئے ہائی پریژن، صفر سٹیڈی سٹیٹ ایرر کنٹرول حاصل کر سکتا ہے۔
• ​کنٹرولر کا عمل:​​ سسٹم مسلسل بیٹری کے سیٹ ولٹیج اور اس کے فعلی ولٹیج کے درمیان فرق e(t) کو مانیٹر کرتا ہے۔ جب ڈیویشن e(t) بڑا ہو تو، فزی کنٹرول ڈومیننٹ ہوتا ہے تاکہ تیز رفتار جواب دے سکے۔ جب e(t) کا ڈیویشن کچھ حد تک کم ہو تو، یہ مoothly PID کنٹرول کو فائن ٹیون کرنے کے لئے سوچنے کا عمل ہوتا ہے۔ آخر میں، آؤٹ پٹ سگنل u(t) کو ٹیون کرتا ہے تاکہ MOSFET کے ڈیوٹی سائیکل کو کنٹرول کرے اور کھرب کرنے کے کرنٹ کو ڈینامکلی آپٹیماائز کرے۔

​چار۔ حل کا خلاصہ اور مستقبل کی توقعات​

• ​کنٹرول کی کارکردگی:​​ یہ حل میں ڈیزائن کیا گیا ہوا-سورجی ڈبل پاور جنریشن کنٹرول سسٹم کامیابی سے فزی-PID کنٹرول الگورتھم کے ذریعے بیٹری کے کھرب کرنے/نکالنے کو بہترین طور پر مینج کرتا ہے۔ یہ نہ صرف بیٹری کی حفاظت کرتا ہے اور اس کی خدمات کی لمبائی کو بڑھاتا ہے، بلکہ MPPT کے ذریعے ہوا اور سورجی طاقت کی کھرب کرنے کی کارکردگی کو بھی بڑھاتا ہے، جس سے کلی طاقت کی پیداوار کی کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکتا ہے۔
• ​تجرباتی توثیق:​​ تجرباتی نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ کنٹرولر صحیح اور قابل اجرا طور پر ڈیزائن کیا گیا ہے، امن اور وثوقیت کے ساتھ کام کرتا ہے، اور بہترین دینامک ریسپانس کارکردگی اور سٹیڈی سٹیٹ پریژن کا مظاہرہ کرتا ہے۔
• ​کاربردی توقعات:​