Соодната решенија за мешана ветро-сончева енергија: Бук-Буст конвертер & Интелигентно плињање го намалуваат системскиот трошок

Апстракт

Оваа решенија предлажа иновативен високоефикасен хибридни систем за генерирање енергија од ветар и сонце. Со решавање на основните недостатоци во постојечката технологија, како ниска утилизација на енергија, кратка временска траење на батериите и слаба стабилност на системот, системот користи комплетно дигитално контролирани buck-boost DC/DC конвертери, интерлејрани паралелни технологии и интелигентен три-фазен алгоритам за полнежување. Ова овозможува Maximum Power Point Tracking (MPPT) над поширок опсег на брзини на ветар и сончево осветлување, значително подобрувајќи ефикасноста на зачувување на енергија, ефективно проширувајќи временското траење на батериите и намалувајќи целосната цена на системот.

1. Вовед: Индустријски болни точки и постојечки недостатоци

Традиционалните хибридни системи од ветар и сонце страдаат од значителни недостатоци кои ги ограничуваат нивната широко применливост и рентабилност:

• Узак опсег на входна напонска напруга: Системите обично користат прости buck конвертери, кои можат да полнежат батеријата само кога напонската напруга генерисана од ветротурбината или сончевите панели надмине напонската напруга на батеријата. Под ниски ветрови или слабо светло, генерисаната напонска напруга е недовољна, што доведува до изгубена обновлива енергија.
• Сериозна изгуба на енергија: Кога е повеќе ветар или сончева енергија, традиционалните системи честопати користат резистивно спорирање (dummy loads) за да дисипираат излишната електрична енергија како топлина за да се спречи прекомерно полнежување на батеријата, што доведува до значителна изгуба на енергија.
• Кратко временско траење на батеријата: Зборено за недовољната утилизација на енергија и непопуларни механизми за заштита од прекомерно полнежување, батериите честопати остануваат во состојба на недовољно или прекомерно полнежување, што значително го намалува нивниот циклус на живот и го зголемува цената на одржуване.
• Ниска контролна прецизност и слаба стабилност: Повеќето системи користат прости стратегии за контрола, без прецизна регулација на напон и ток, што доведува до нестабилна качествена енергија. За да се осигура надежна работа на опремата, честопати се потребни опреми со поголема капацитет за генерирање и складирање, што го зголемува почетното инвестирање.

2. Јадрени компоненти на решението

Овој систем се состои од 11 јадрени компоненти кои работат синергетски за формирање на интелигентна, ефикасна мрежа за зачувување, складирање и дистрибуција на енергија.

3. Јадрени технички предности

3.1 Buck-Boost DC/DC Конвертер со широк опсег на входна напонска напруга

• Јадрена технологија: И двата конвертери од ветар и сонце користат Buck-Boost DC/DC топологија.
• Решена болна точка: Преодолува напонските ограничувања на традиционалните buck конвертери.
• Ниска входна напонска напруга (Boost режим): Кога брзината на ветар е под номинална вредност (rpm < ω₀) или светлината е недовољна, и генерираната напонска напруга е под напонската напруга на батеријата, конвертерот автоматски работи во Boost режим за да ја подигне напонската напруга за полнежување.
• Висока входна напонска напруга (Buck режим): Кога ветар/сонце се обилни и генерираната напонска напруга надмине напонската напруга на батеријата, конвертерот автоматски се превклучува во Buck режим за полнежување.
• Две имплементации:
• Каскаден Buck-Boost DC/DC: Користи 2 моќни превключители за одделна контрола на boost/buck; оферира висока прецизност, прифатлива за високо перформансни сценарија.
• Основен Buck-Boost DC/DC: Користи 1 моќен превключител контролиран со еден PWM duty циклус (<50% Buck, >50% Boost); попроста структура, помала цена.

3.2 Интерлејрена паралелна контрола (Клучна иновација)

• Технички принцип: Дигиталниот контролер држи PWM сигналите за два паралелни DC/DC конвертери со фазна разлика од 180 степени, различно од традиционалната паралелна операција во фаза.
• Технички ефекти:
• Намалена рипла: Излезните токови рипла се аннулираат, значително намалувајќи врвната вредност на тоталниот ток рипла, доставувајќи почисто и постабилно DC напон на опремата.
• Двоена фреквенција, намалени губитоци: Фреквенцијата на рипла на тоталниот излезен ток станува двапати по голема од фреквенцијата на превклучување на еден конвертер, овозможувајќи користење на пониска фреквенција на превклучување за да се задоволат барањата за рипла, со тоа намалувајќи губитоци од превклучување и подобрувајќи целосната ефикасност на системот.

3.3 Интелигентен три-фазен модел на полнежување

Дигиталниот контролер динамички ја прави промената на стратегијата за полнежување врз основа на состојбата на полнежување (SOC) на батеријата, постигнувајќи оптимален баланс помеѓу ефикасност и заштита:

3.4 Целосно дигитална интелигентна контрола

Со центар на високоперформансен MCU или DSP, системот собира реални податоци за напон и ток од ветротурбината, сончевите панели и батеријата. Користејќи вградени алгоритми, тоа:

• Извршува реално време MPPT пресметки за да се осигура оптимално зачувување на енергија.
• Интелигентно определува и се превклучува меѓу моделите на полнежување.
• Прецизно генерира PWM сигнали за да ги приведе конвертерите и да имплементира интерлејрена контрола.

4. Предности и скалабилност

4.1 Јадрени технички предности

1. Значително подобрената утилизација на ресурсите: Широкиот опсег на входна напонска напруга овозможува системот да користи нискоквалитетна енергија (на пример, слаби ветрови, слабо светло на изгрев/загрев) што традиционалните системи не можат да зачуваат, значително проширствувајќи употребниот опсег на ветар и сончена енергија.
2. Значително подобрената ефикасност на системот: Алгоритмот MPPT осигурува дека генерирачкиот апарат работи на неговата оптимална точка на моќ. Комбиниран со намалените губитоци од интерлејрната технологија, целосната енергетска ефикасност на системот значително надминува традиционалните решенија.
3. Значително проширнато временско траење на батеријата: Интелигентниот три-фазен алгоритам за полнежување ефективно спречува прекомерно полнежување и длабоко разполнежување, зголемувајќи временското траење на циклусот на батеријата за повеќе од 50% и значително намалувајќи трошоците на одржуване и замена.
4. Намалена целосна цена на системот: Подобрената стабилност на захранувањето елиминира потребата за преопсегување на генерирачката и складишната капацитет за надежност, намалувајќи почетното инвестирање.
5. Висок квалитет на излезната моќ: Интерлејрната технологија доставува ниска рипла, високо стабилна DC излез, заштитувајќи чувствителната опрема и подобрувајќи квалитетот на захранувањето.

4.2 Флексибилна схема за расширување на капацитетот

Системот овозможува отлична скалабилност за флексибилно зголемување на капацитетот според барањето:

• Расширување на ниво на компоненти: Улазите на два DC/DC конвертери можат да се поврзеат паралелно на истата сончева панела или ветротурбина. Дигиталниот контролер дава унифицирана интерлејрена контрола, двојно зголемувајќи врвната излезна моќ за таа конкретна изворна енергија (сонце или ветар).
• Расширување на ниво на систем: Расширени сончеви и ветротски единици се поврзуваат паралелно на DC автобус за лесно захранување на поголеми банки на батерија и опрема. Сите контролни единици се поврзуваат помеѓу себе преку комуникациски интерфејси (на пример, CAN автобус) за централизирано мониторирање и управување.