Tarkvaraline tuule-päikese hübriidsüsteem fuzzy-PID juhtimisega parema akuhalduse ja MPPD tagamiseks

Ülevaade

See ettepanek esitab tuule-päikese hübriidsoojuse generaatorisüsteemi, mis põhineb tippne kontrolltehnoloogia, mille eesmärk on tõhusalt ja majanduslikult lahendada kaugel asuvate piirkondade ja eriliste rakendussenaariumide energiavajadusi. Selle süsteemi süda on tegevuses ATmega16 mikroprotsessori keskmes olev intelligentsed juhtimissüsteem. See süsteem teostab maksimaalset jõudluse punkti jälgimist (MPPT) nii tuule- kui ka päikeseenergia jaoks ning kasutab optimiseeritud algoritmi, mis kombinib PID- ja suvalise kontrolli, et täpselt ja tõhusalt hallata võtmekomponendi – aku – laetamist ja lahtilaetamist. See viib oluliselt tõusnud üldise energia tootmise tõhususe, pikendab aku eluasemat ja tagab energiakindlust ja kulusäästlikkust.

I. Projekti taust ja tähtsus

1. Energia kontekst: Maailmas vähenevad traditsioonilised fossiilkütused, mis toob tõsiseid väljakutseid energiaohutusele ja jätkusuutlikule arengule. Jõulises arendamine ja kasutamine puhtaid uusi taastuvaid energiaallikaid, nagu tuule- ja päikeseenergia, on saanud strateegiliseks prioriteediks praeguste energia- ja keskkonnaprobleemide lahendamisel.
2. Süsteemi väärtus: Tuule-päikese hübriidsüsteem kasutab täielikult tuule- ja päikeseenergia loomulikke ajalisi ja geograafilisi komplementaarseid omadusi (nt päeval tugev päike, ööl võivad olla tugevad tuuled), mitte ühe allika energia tootmise dünaamilisusega. See on struktuurilt mõistlik, madala töötoimingute kuluga sõltumatu energia tootmise lahendus, mis lahendab energiavarustuse probleeme, nagu elamispinnad, kommunikatsioonibaasid ja meteoroloogilised jälgimisbaasid mitteelektrifitseeritud või nõrgalt elektrifitseeritud kaugel asuvates piirkondades.
3. Põhikomponentide tähtsus: Aku, mis on süsteemi energiakogumik, on oluline osa, et tagada pidev energiavarustus laadile tuule- või päikese puudumisel. Selle hind moodustab olulise osa tervest energia tootmisest. Seega on oluline parandada aku laetamise tõhusust ja optimeerida selle laetamise/lahtilaetamise strateegiaid, et pikendada selle tööelu, mis on oluline süsteemi tsükliku kuluaegu vähendamiseks ja tööjõukindluse parandamiseks.

II. Üldine süsteemi disain

1. Süsteemi põhieesmärgid:
• Energia kogumise optimeerimine: Täienda tuuleturbiini ja fotogaania paneelide poolt genereeritud elektri optimaalset juhtimist, et saavutada Maksimaalse Jõudluse Punkti Jälgimine (MPPT) looduslike ressursside täielikuks kasutamiseks.
• Energia kogumissüsteemi haldus: Intelligentselt haldada aku laetamise ja lahtilaetamise protsessi, et vältida ülelaetamist ja ülelahtilaetamist, tõhusalt kaitsta akut ja oluliselt parandada selle laetamise tõhusust ja tööelu.
2. Süsteemi riistvaraarhitektuur:

Süsteem koosneb kolmest peamisest funktsionaalses modulist, mis koordineeritakse keskse kontroll-CPU abil, et moodustada täielik intelligentsed juhtimissüsteem.

III. Põhiline juhtimistechnoloogia: Intelligentsed aku haldus

1. Aku valik ja alused:
• Tüüp: Selles lahenduses valitakse hoolduseta plumb-ahela aku, mis on tehnoloogiliselt kogenud ja madalhindline, sobiv väikese skaala tuule-päikese hübriidsüsteemide jaoks.
• Tööprintsiip: Akulaetamise ja -lahtilaetamise protsessid on põhimõtteliselt elektroonilise energiaga keemilise energiaga ja vastupidi teisendamise protsessid. Kuid näiteks elektroodide polariseerumise tõttu ei saa energia teisendamise tõhusus 100%.
2. Kontrolli väljakutsed ja optimeerimisstrateegia:
• Traditsioonilise kontrolli puudused: Klassikaline PID kontroll meetod sõltub tihedalt kontrollitava objekti (aku) täpse matemaatilise mudeli. Aku on mittelineaarne, aja järgi muutuv süsteem, mille parameetrid (sisemine vastus, elektrolüüsitiheus jne) muutuvad dünaamiliselt keskkonna temperatuuri ja kasutusseisundi järgi, mis muudab raskeks täpse mudeli loomise. See viib väljakutsete tekkeni traditsiooniliste PID parameetrite seadistamisel, halva kohanemisvõime ja ebatõhus kontrolli performantsiga.
• Rakendatud tippne kontrollimeetod: Selles lahenduses kasutatakse Suvaline-PID komplekskontrolli strateegiat, mis kombinib mõlemad eelised:
• Suvalise kontrolli eelis: Ei nõua kontrollitava objekti täpset matemaatilist mudelit, saab töödelda ebatäpset sisendandmet, näitab tugevat kohanemisvõimet aku parameetrite muutustega ja saab integreerida ekspertide teadmisi.
• PID kontrolli eelis: Saab saavutada kõrgetäpset, nulli stabiilse staatilise vea kontrolli, kui süsteemi viga on väike.
• Kontrolleri töövoog: Süsteem jälgib pidevalt aku seadistatud voltaga ja tema tegeliku voltaga vahet e(t). Kui e(t) on suur, domineerib suvaline kontroll kiire reageerimise huvides. Kui e(t) väheneb kindla ulatuse piires, siis sujuvalt ümber lülitub PID kontrolli täpsustamiseks. Lõpuks on väljundsignaal u(t) korrigeeritud, et kontrollida MOSFET-i töötasu, saavutades laetamise voolu dünaamilise optimeerimise.

IV. Lahenduse kokkuvõte ja väljavaated

• Kontrolli tõhusus: Selles lahenduses disainitud tuule-päikese hübriidsoojuste generaatori kontrollisüsteem saavutab edukalt optimaalset aku laetamise/lahtilaetamise haldust tänu täiustatud intelligentsed Fuzzy-PID kontrollialgoritmile. See kaitseb efektiivselt akut ja pikendab selle tööelu, samuti tõstab tuule- ja päikeseenergia kogumist MPPT kaudu, seega parandab terve soojuse generaatori üldist tõhusust.
• Katsete kinnitamine: Katsetulemused näitavad, et kontroller on õigesti ja praktiliselt disainitud, töötab ohutult ja usaldusväärselt, näitab hea dünaamilise vastuse ja stabiilse täpsuse.
• Rakendusväljavaated: See integreeritud tuule-päikese hübriidsoojuste generaatori lahendus, mis sisaldab intelligentsed aku haldustehnoloogiat, on eriti sobilik kaugel asuvate piirkondade, saarte, karjamaade ja kommunikatsioonibaaside stsenaariumides. See pakub olulist majanduslikku ja sotsiaalset kasu, ja tal on lai rakendusväljavaated.