'n Intelligente Wind-Sonne Hibrïdsisteem met Fuzzy-PID Beheer vir Verbeterde Batteriebestuur en MPPT

Opsomming

Hierdie voorstel stel 'n wind-sonne-hibriede kragopwekkingstelsel voor op grond van gevorderde beheer tegnologie, met die doel om die kragbehoeftes van afgeleë areas en spesifieke toepassings effektief en ekonomies aan te spreek. Die kern van die stelsel lê in 'n intelligente beheersisteem wat rondom 'n ATmega16 mikroprosessor sentreer. Hierdie stelsel voer Maximum Power Point Tracking (MPPT) uit vir beide wind- en sonenergie en gebruik 'n geoptimeerde algoritme wat PID- en vaagbeheer combineer vir presiese en doeltreffende laai- en ontladingbestuur van die sleutelkomponent - die batterij. Dit verhoog daardoor aansienlik die algehele kragopwekkingseffektiwiteit, verleng die batterylewensduur, en verseker betroubare kragverskaffing en koste-effektiwiteit.

I. Projek-agtergrond en Betekenis

1. Energiekonteks: Wêreldwyd word tradisionele fossielbrandstowwe steeds meer uitgeput, wat ernstige uitdagings vir energieveiligheid en volhoubare ontwikkeling skep. Die vinnige ontwikkeling en benutting van skoon, hernubare nuwe energiebronne soos wind- en sonenergie het 'n strategiese prioriteit geword om huidige energie- en omgewingskwessies op te los.
2. Stelselwaarde: Die wind-sonne-hibriede stelsel maak volledig gebruik van die natuurlike komplementêre eienskappe van wind- en sonenergie in terme van tyds- en geografiese aspekte (bv. sterk sonlig gedurende die dag, potensieel sterker wind 's nagte), wat die onderbreektheid van enkelbron-kragopwekking oorkom. Dit is 'n struktureel rasionele, lae-bewerkingskoste selfstandige kragverskaffingsoplossing wat effektief die energieverskaffingsprobleme vir fasiliteite soos woonhuise, kommunikasiebasisstasies en meteorologiese waarnemingsstasies in onge-elektrifiseerde of swak-elektrifiseerde afgeleë areas oplos.
3. Betekenis van Kernkomponente: Die batterij, wat as die stelsel se energieopslag eenheid dien, is krities vir die versekering van kontinue kragverskaffing na die belasting tydens periodes sonder wind of sonlig. Sy koste maak 'n beduidende deel van die hele kragopwekkingstelsel uit. Daarom is dit belangrik om die batterylaai-effektiwiteit te verbeter en sy laai- en ontladingstrategieë te optimiseer om sy dienslewensduur te verleng, wat noodsaaklik is om die lewensikostes van die stelsel te verminder en die operasionele betroubaarheid te verhoog.

II. Algehele Stelselontwerp

1. Kerndoelwitte van die Stelsel:
• Energieopvanging Optimering: Voer optimale beheer uit vir maksimum effektiwiteit op die elektrisiteit wat deur die windturbine en fotovoltaïsche panele gegenereer word, wat Maximum Power Point Tracking (MPPT) bewerkstellig om natuurlike hulpbronne ten volle te benut.
• Energieopslagstelsel Bestuur: Beheer intelligens die batterylaai- en ontladingproses, verhoed oorlaai en oor-ontlading, beskerm die batterij effektief, en verhoog aansienlik sy laaieffektiwiteit en dienslewensduur.
2. Stelsel Hardewareargitektuur:

Die stelsel bestaan uit drie hoof funksionele module, gekoördineer deur 'n sentrale beheer-CPU om 'n volledige intelligente beheersisteem te vorm.

III. Kern Beheer Tegnologie: Intelligente Batteriemanagement

1. Batteriukeuse en Basiese Beginsels:
• Tipe: Hierdie oplossing kies onderhoudsvry lood-suur batterye, wat tegnologies geripeerd en goedkoop is, geskik vir klein skaal wind-sonne-hibriede stelsels.
• Werk Prinsip: Batterylaai en ontlading is in weesentlik prosesse van omskakeling van elektriese energie na chemiese energie en vice versa. Maar, as gevolg van verskynsels soos elektrode polarisasie, kan die energie omskakelingseffektiwiteit nie 100% bereik nie.
2. Beheer Uitdagings en Optimeringsstrategie:
• Nadeel van Tradisionele Beheer: Klassieke PID-beheermetodes hang swaar af van 'n akkurate wiskundige model van die beheerde objek (die batterij). Die batterij is 'n nie-lineêre, tydveranderlike stelsel waarvan die parameters (interne weerstand, elektrolietdigtheid, ens.) dinamies verander met omgewingstemperatuur en gebruikstoestand, wat dit moeilik maak om 'n presiese model op te stel. Dit lei tot uitdagings by die instelling van tradisionele PID-parameters, swak aanpasbaarheid, en suboptimale beheerprestasie.
• Aanvaarde Gevorderde Beheermetode: Hierdie oplossing gebruik 'n Vaag-PID-komposite beheerstrategie, wat die voordele van albei combineer:
• Voordel van Vaagbeheer: Vereis nie 'n akkurate wiskundige model van die beheerde objek nie, kan oneakkurate insetinligting hanteer, vertoon sterk aanpasbaarheid tot veranderinge in batteryparameters, en kan spesialis kennis inkorporeer.
• Voordel van PID-beheer: Kan hoë-akkuraat, nul-stasionêre foutbeheer bereik wanneer die stelselfout klein is.
• Beheerder Werkvloei: Die stelsel moniteer voortdurend die verskil e(t) tussen die batterij se ingestelde spannings en sy werklike spannings. Wanneer die afwyking e(t) groot is, neem vaagbeheer die oorhand vir 'n vinnige reaksie. Wanneer e(t) binne 'n sekere reeks afneem, skuif dit glad na PID-beheer vir fyn-afstemming. Uiteindelik word die uitsetsignaal u(t) aangepas om die MOSFET se pligtikus te beheer, wat die dinamiese optimering van die laai-stroom bewerkstellig.

IV. Oplossing Opsomming en Prospek

• Beheer Effektiwiteit: Die wind-sonne-hibriede kragopwekking beheerstelsel wat in hierdie oplossing ontwerp is, bereik suksesvol optimale batterylaai/ontladingbestuur deur die komplementêre intelligente Vaag-PID beheeralgoritme. Dit beskerm die batterij effektief, verleng sy dienslewensduur, en verhoog ook die opvangeffektiwiteit van wind- en sonenergie deur MPPT, wat die algehele effektiwiteit van die hele kragopwekkingstelsel verbeter.
• Eksperimentele Verifikasie: Eksperimentele resultate wys dat die beheerder korrek en haalbaar ontwerp is, veilig en betroubaar funksioneer, en goeie dinamiese reaksieprestasie en stasionêre akkuraatheid toon.
• Toepassing Prospek: Hierdie geïntegreerde wind-sonne-hibriede kragopwekking oplossing met intelligente batteriemanagement tegnologie is veral geskik vir scenario's soos afgeleë areas sonder netdekking, eilande, weivelds, en kommunikasie basisstasies. Dit bied beduidende ekonomiese en sosiale voordele en het breë toepassingsprospek.