Samarali shoshilinch maydon-sho'qqa yengil yechim: Buck-Boost o'giruvchi va aqlli zaryadlash tizim narxini kamaytiradi
Xulosa
Ushbu yechim innovatsion, yuqori effektivlikka ega shom solishtirilgan havo-energetika tizimini taklif etadi. Mevcut texnologiyalarning asosiy kamchiliklariga, masalan, past energiya foydalanish darajasi, qisqa akkumulyator omiri va yomon tizimning barqarorligi ga erishish uchun, tizim to'liq raqamli boshqariladigan buck-boost DC/DC konverterlarni, parallel ishlov berish texnologiyasini va aqliy uchlanga zaryadlash algoritmini ishlatadi. Bu, oraliq tezlik va quyosh nurlanishi bo'lgan keng diapazonda maksimal quvvat nuqtasini izlash (MPPT) imkoniyatini beradi, bu esa energiya to'plash effektivligini olib borishni o'z karraligacha oshiradi, akkumulyator xizmat ko'rsatish muddatini efektiv ravishda uzaytiradi va umumiy tizim narxini pasaytiradi.
1. Kirish: Sanoatdagi muammolari va mevcut kamchiliklar
An'anaviy havo-solar hybrid tizimlari katta kamchiliklarga ega, bu ularning keng tarqalishini va samaradorligini cheklaydi:
- Daraja darajasidagi kirish voltaj: Tizimlar adashik bir nechta buck konverterlardan foydalanadi, bu yerda havo turbinasi yoki solar panelardan generatsiya qilingan voltaj akkumulyator voltajidan yuqori bo'lganda faqat akkumulyator zaryadlanadi. Past shamol yoki zayıf nur sharoitlarda, generatsiya qilingan voltaj yetarli emas, bu esa ta'sirli energiya notekinligini olib keliadi.
- Katta miqdordagi energiya notekinligi: Shamol yoki quyosh energiyasi kuchli bo'lganda, an'anaviy tizimlar qo'shimcha elektr energiyasini issiq shaklda notekinlash uchun rezistiv to'xtov (dummy loads)dan foydalanadi, bu esa akkumulyatorni yuqoriga zaryadlashdan himoya qiladi, bu esa katta miqdorda energiya notekinligini olib keliadi.
- Qisqa akkumulyator omiri: Yuklama yoki zaryadlash mekanizmlarining yaroqsizligi sababli, akkumulyatorlar kichikroq yoki yuqoriga zaryadlangan holatda qolishadi, bu esa ularning tsikl omirini radikal ravishda pasaytiradi va remont narxlarini oshiradi.
- Past boshqaruv aniqligi va yomon barqarorlik: Ko'pincha tizimlar oddiy boshqaruv strategiyalaridan foydalanadi, bu yerda to'g'ri voltaj va oqim boshqaruvini o'z ichiga olmaydi, bu esa barqarorlikni pasaytiradi. Islonuvchi yukni ishga tushirish uchun, katta hajmdagi generatsiya va saqlash jihozlariga e'tibor beriladi, bu esa boshlang'ich investitsiyani oshiradi.
2. Yechimning asosiy komponentlari
Ushbu tizim 11 ta asosiy komponentdan iborat, ular bir-bir bilan sinergetik ravishda ishlaydi va aqliy, samarali energiya to'plash, saqlash va taqsimot tarmog'ini yaratadi.
|
Komponent raqami |
Nomi |
Asosiy funktsiyasi |
|
1 |
Solar panel |
Quyosh energiyasini DC elektr energiyasiga aylantiradi; asosiy energiya manbasi. |
|
2 |
Havo turbinasi |
Havo energiyasini AC elektr energiyasiga aylantiradi; asosiy energiya manbasi. |
|
3 |
Havo energetikasi konvertori |
Asosi buck-boost DC/DC konvertorida; havo generatsiya qilgan voltaj/oqimni boshqaradi. |
|
4 |
Solar energetikasi konvertori |
Asosi buck-boost DC/DC konvertorida; solar generatsiya qilgan voltaj/oqimni boshqaradi. |
|
5 |
To'liq raqamli boshqaruvchi |
Tizim aql shakli (MCU/DSP); aqliy boshqaruv (MPPT, uchlanga zaryadlash, parallel ishlov berish)ni amalga oshiradi. |
|
6 |
Akkumulyator/yuk interfeysi |
Akkumulyator va yukni ulaydi; aqliy energiya taqsimotini ta'minlaydi. |
|
7 |
Svinets-kislotali akkumulyator |
Yuqori yukni yo'q bo'lgan paytlar uchun energiyani saqlaydi. |
|
8 |
Yuk |
Energiya sarflangan joy, masalan, masofaviy bazalari, jamiyat foydalanuvchilari, chegaralik postlari. |
|
9 |
Muloqot interfeysi |
CAN/RS485/422 avtomobil kanallarini muloqot uchun qo'llab-quvvatlaydi; masofadan kuzatishni ta'minlaydi. |
|
10 |
Klaviatura/ekran |
Parametr sozlash va holat kuzatish uchun mahalliy HMI ta'minlaydi. |
|
11 |
Havo energetikasi tekshiruvchi skhemy |
Havo turbinasidan chiqqan AC chiqishni keyingi konverter uchun DC ga aylantiradi. |
3. Asosiy texnikaviy afzalliklar
3.1 Keng kirish voltaj diapazoniga ega buck-boost DC/DC konvertori
- Asosiy texnologiya: Shamol va solar konverterlar ikkalasi ham buck-boost DC/DC topologiyasidan foydalanadi.
- Hal qilingan muammo: An'anaviy buck konverterlarining voltaj cheklovlari yengildi.
- Past kirish voltaji (Boost rejimi): Shamol tezligi reyting qiymatidan (rpm < ω₀) yoki nurlanish yetarli emas bo'lganda, va generatsiya qilingan voltaj akkumulyator voltajidan past bo'lganda, konverter avtomatik ravishda Boost rejimida ishlaydi, zaryadlash uchun voltajni oshiradi.
- Yuqori kirish voltaji (Buck rejimi): Shamol/quyosh resurslari kuchli bo'lganda va generatsiya qilingan voltaj akkumulyator voltajidan yuqori bo'lganda, konverter avtomatik ravishda Buck rejimiga o'tadi, zaryadlash uchun.
- Ikki amaliy rejim:
- Bir-biriga bog'langan buck-boost DC/DC: Ajralma boost/buck boshqaruv uchun 2 ta quvvat interruptoridan foydalanadi; yuqori aniqlik, yuqori samarali holatlarga mos keladi.
- Oddiy buck-boost DC/DC: Bitta PWM vazifasi (<50% Buck, >50% Boost) orqali bitta quvvat interruptoridan foydalanadi; oddiy struktura, arzon narx.
3.2 Parallel ishlov berish (Asosiy innovatsiya)
- Texnik prinsip: Raqamli boshqaruvchi iki parallel DC/DC konverter uchun PWM signalini 180 gradus fazaviy sikda boshqaradi, an'anaviy bir xil fazada parallel ishlov berishdan farq qiladi.
- Texnik natijalar:
- Arallik kamayishi: Chiquvchi oqim aralliklari bir-birini bekor qiladi, jami arallik oqimining peak-to-peak qiymatini radikal ravishda pasaytiradi, bu yukka safroq, barqaror DC energiyani taqdim etadi.
- Ikki barobar frekvensiya, kamroq yo'qotmalar: Jami chiquvchi oqimning arallik frekvenciya bitta konverterning o'zgarish frekvensiyasidan ikki barobar bo'ladi, bu yerda arallik talablarni qondirish uchun pastroq o'zgarish frekvensiyasidan foydalanish mumkin, bu esa o'zgarish yo'qotmalarini pasaytiradi va umumiy tizim effektivligini oshiradi.
3.3 Aqliy uchlanga zaryadlash rejimi
Raqamli boshqaruvchi akkumulyatorning zaryad holati (SOC) ga qarab zaryadlash strategiyasini dinamik ravishda o'zgartiradi, bu yerda samaradorlik va himoya orasida eng yaxshi balansni olishga erishadi:
|
Zaryadlash rejimi |
Boshlash shartlari |
Boshqaruv strategiyasi |
Asosiy maqsadi |
|
Rejim I: Doimiy oqim + MPPT |
Akkumulyator SOC past bo'lganda. |
Agar shamol/quyosh energiyasi yetarli bo'lsa, akkumulyatorni maksimum doimiy oqim bilan zaryadlaydi; agar energiya yetarli emas bo'lsa, MPPT ni prioritet qiladi, to'plash uchun barcha energiyani ishlatadi. |
Tezroq zaryadlanish, energiya to'plashni maksimal qilish, pastroq zaryadlashdan kelib chiqqan akkumulyator zararini oldini olish. |
|
Rejim II: Doimiy voltaj + MPPT |
Akkumulyator voltaji float zaryad belgilangan qiymatga yetkazilganda. |
Akkumulyator terminal voltajini doimiy holatda saqlaydi, bu yerda yuqoriga zaryadlashdan himoya qiladi. Agar qoldiq energiya qolgan bo'lsa, yukni energiya sifatida ishlatish yoki qo'shimcha energiyani to'plash uchun MPPT rejimiga o'tadi. |
Yuqoriga zaryadlashdan himoya qilish, omirni uzaytirish, samarali energiya ishlatishni davom ettirish. |
|
Rejim III: Yopish zaryadlash |
Akkumulyator to'liq zaryadlangan bo'lganda. |
O'z-o'zini zaryadlashdan himoya qilish uchun kichik float zaryadni qo'llaydi, to'liq zaryad holatini saqlaydi. |
Akkumulyatorning salomatligini saqlaydi, tayyorgarlikni ta'minlaydi, omirni yanada uzaytiradi. |
3.4 To'liq raqamli aqliy boshqaruv
Yuqori samarali MCU yoki DSP markazlashtirilgan tizim, havo turbinasi, solar panel va akkumulyatorlardan real vaqtga qarab voltaj va oqim ma'lumotlarini to'plash orqali, shu joyda:
- Optimal energiya to'plash uchun real vaqtga qarab MPPT hisob-kitoblarni amalga oshiradi.
- Aqliy ravishda zaryadlash rejimlarini aniqlaydi va o'zgartiradi.
- Interleaved boshqaruvni amalga oshirish uchun konverterlarni haydatchi uchun to'g'ri PWM signalini yaratadi.
4. Afzalliklar va kengaytirish imkoniyati
4.1 Asosiy texnikaviy afzalliklar
- Radikal ravishda yuqori resurs ishlatish: Keng kirish voltaj diapazoni tizimga an'anaviy tizimlar to'plashi mumkin bo'lmagan past darajadagi energiyani (masalan, yengi shamollar, sekinroq nurlanish) to'plash imkoniyatini beradi, bu yerda shamol va quyosh energiyasining ishlatilishi diapazonini radikal ravishda kengaytiradi.
- Radikal ravishda yuqori tizim effektivligi: MPPT algoritmi generatsiya qiluvchi vositalarni optimal quvvat nuqtasida ishlashini ta'minlaydi. Interleaving texnologiyasi yordamida kamaytirilgan yo'qotmalar bilan birga, umumiy tizim energiya effektivligi an'anaviy yechimlardan juda oshiriladi.
- Radikal ravishda uzaytirilgan akkumulyator omiri: Aqliy uchlanga zaryadlash algoritmi yuqoriga zaryadlash va chuqur zaryadlashdan himoya qiladi, bu yerda akkumulyator tsikl omirini 50% dan yuqoriga oshiradi va remont va almashtirish narxlarini radikal ravishda pasaytiradi.
- Umumiy tizim narxini pasaytirish: Samarali ta'minlash barqarorligi tizimning ishonchli ishlash uchun generatsiya va saqlash kapasitetini oshirish talabini bekor qiladi, bu yerda boshlang'ich investitsiyani pasaytiradi.
- Yuqori chiquvchi quvvat sifati: Interleaving texnologiyasi past arallikli, yuqori barqarorlikli DC chiquvchi taqdim etadi, bu yerda sezgir yuklarni himoya qiladi va ta'minlash sifatini oshiradi.
4.2 Moslashuvchan kapasitet kengaytirish rejimi
Tizim talablarga moslashuvchan kapasitetni kengaytirish uchun yaxshi imkoniyatlarga ega:
- Komponent darajasidagi kengaytirish: Ikki DC/DC konverterning kirishlari bir xil solar panel yoki havo turbinasiga parallel ulanishi mumkin. Raqamli boshqaruvchi birlashtirilgan interleaved boshqaruvni ta'minlaydi, bu yerda maxsus manba (quyosh yoki shamol) uchun chiquvchi quvvatni ikki barobar oshiradi.
- Tizim darajasidagi kengaytirish: Kengaytirilgan solar va havo energetika vositalari DC bus orqali parallel ulanadi, bu yerda katta hajmdagi akkumulyator banklariga va yuklarga oson ta'minlash mumkin. Barcha boshqaruv vositalari aloqa interfeyslari (masalan, CAN bus) orqali ulanadi, bu yerda markaziy kuzatish va boshqarish uchun.
