एक इंटेलिजेंट वायु-सौर हाइब्रिड सिस्टम फजी-पीआईडी नियंत्रण के साथ बैटरी प्रबंधन और एमपीपीटी में सुधार के लिए

सारांश

यह प्रस्ताव उन्नत नियंत्रण प्रौद्योगिकी पर आधारित एक वायु-सौर हाइब्रिड विद्युत उत्पादन प्रणाली का प्रस्ताव करता है, जिसका उद्देश्य दूरस्थ क्षेत्रों और विशेष अनुप्रयोगों के ऊर्जा आवश्यकताओं को कुशल और आर्थिक रूप से पूरा करना है। प्रणाली का महत्वपूर्ण हिस्सा एक ATmega16 माइक्रोप्रोसेसर केंद्रित बुद्धिमान नियंत्रण प्रणाली है। यह प्रणाली वायु और सौर ऊर्जा दोनों के लिए अधिकतम शक्ति बिंदु प्रक्षेपण (MPPT) करती है और बैटरी - एक महत्वपूर्ण घटक - के लिए चार्जिंग/डिचार्जिंग प्रबंधन के लिए PID और फज़्ज़ी नियंत्रण को संयोजित किया गया एक अनुकूलित एल्गोरिथ्म का उपयोग करती है। इसके परिणामस्वरूप, यह समग्र विद्युत उत्पादन दक्षता को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाता है, बैटरी की लंबाई बढ़ाता है, और विद्युत आपूर्ति की विश्वसनीयता और लागत-कुशलता को सुनिश्चित करता है।

आई. परियोजना का पृष्ठभूमि और महत्व

1. ऊर्जा संदर्भ: वैश्विक रूप से, पारंपरिक ईंधन तेल तेजी से खत्म हो रहे हैं, जो ऊर्जा सुरक्षा और टिकाऊ विकास के लिए गंभीर चुनौतियाँ पेश करते हैं। वायु और सौर ऊर्जा जैसी साफ और नवीकरणीय नई ऊर्जा स्रोतों का विकास और उपयोग करना वर्तमान ऊर्जा और पर्यावरण समस्याओं को हल करने का एक रणनीतिक प्राथमिकता बन गया है।
2. प्रणाली का मूल्य: वायु-सौर हाइब्रिड प्रणाली पूरी तरह से वायु और सौर ऊर्जा के प्राकृतिक पूरक विशेषताओं का लाभ उठाती है, जैसे कि समय और भूगोल के लिहाज से (जैसे, दिन में मजबूत सूरज, रात में शायद शक्तिशाली हवाएं), एकल-स्रोत विद्युत उत्पादन की अस्थिरता को दूर करती है। यह एक संरचनात्मक रूप से विवेकपूर्ण, कम संचालन लागत वाली स्वतंत्र विद्युत आपूर्ति का समाधान है, जो बिजली के बिना या कम बिजली वाले दूरस्थ क्षेत्रों में आवासीय जीवन, संचार बेस स्टेशन, और मौसम निगरानी स्टेशन जैसी सुविधाओं के लिए ऊर्जा आपूर्ति की समस्याओं को प्रभावी रूप से हल करता है।
3. महत्वपूर्ण घटकों का महत्व: बैटरी, प्रणाली का ऊर्जा संचय इकाई, विद्युत आपूर्ति को निरंतर रखने के लिए आवश्यक है, जब वायु या सूरज की रोशनी नहीं होती। इसकी लागत पूरे विद्युत उत्पादन प्रणाली का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है। इसलिए, बैटरी चार्जिंग दक्षता को बढ़ाना और इसके चार्जिंग/डिचार्जिंग रणनीतियों को अनुकूलित करना, इसकी सेवा जीवन को बढ़ाने के लिए आवश्यक है, जो प्रणाली की लाइफसाइकल लागत को कम करता है और संचालन विश्वसनीयता को बढ़ाता है।

आईआई. समग्र प्रणाली डिजाइन

1. प्रणाली के मुख्य उद्देश्य:
• ऊर्जा पकड़ अनुकूलन: विद्युत टर्बाइन और फोटोवोल्टाइक पैनल द्वारा उत्पन्न विद्युत पर अधिकतम दक्षता के लिए ऑप्टिमल नियंत्रण करें, अधिकतम शक्ति बिंदु प्रक्षेपण (MPPT) द्वारा प्राकृतिक संसाधनों का पूरा उपयोग करें।
• ऊर्जा संचय प्रणाली प्रबंधन: बैटरी के चार्जिंग और डिचार्जिंग प्रक्रिया को बुद्धिमान रूप से प्रबंधित करें, ओवरचार्जिंग और ओवरडिचार्जिंग से बचें, बैटरी की प्रभावी रक्षा करें, और इसकी चार्जिंग दक्षता और सेवा जीवन को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाएं।
2. प्रणाली का हार्डवेयर आर्किटेक्चर:

प्रणाली तीन मुख्य कार्यात्मक मॉड्यूलों से बनी है, जो केंद्रीय नियंत्रण CPU द्वारा समन्वित होकर एक पूरी बुद्धिमान नियंत्रण प्रणाली बनाते हैं।

आईआईआई. मुख्य नियंत्रण प्रौद्योगिकी: बुद्धिमान बैटरी प्रबंधन

1. बैटरी चयन और बुनियादी सिद्धांत:
• प्रकार: यह समाधान निर्धारण रखने वाली लेड-एसिड बैटरी चुनता है, जो प्रौद्योगिकी रूप से परिपक्व और कम लागत वाली है, छोटे स्तर की वायु-सौर हाइब्रिड प्रणालियों के लिए उपयुक्त है।
• कार्य सिद्धांत: बैटरी चार्जिंग और डिचार्जिंग वास्तव में विद्युत ऊर्जा को रासायनिक ऊर्जा में और इसके विपरीत रूपांतरित करने की प्रक्रियाएं हैं। हालाँकि, इलेक्ट्रोड पोलराइजेशन जैसी घटनाओं के कारण, ऊर्जा रूपांतरण दक्षता 100% तक नहीं पहुंच सकती।
2. नियंत्रण की चुनौतियाँ और अनुकूलन रणनीति:
• पारंपरिक नियंत्रण की कमजोरियाँ: क्लासिक PID नियंत्रण विधियाँ नियंत्रित वस्तु (बैटरी) के एक सटीक गणितीय मॉडल पर भारी रूप से निर्भर करती हैं। बैटरी एक गैर-रैखिक, समय-परिवर्ती प्रणाली है, जिसके पैरामीटर (आंतरिक प्रतिरोध, इलेक्ट्रोलाइट घनत्व, आदि) पर्यावरणीय तापमान और उपयोग की स्थिति के साथ गतिशील रूप से बदलते हैं, जिससे एक सटीक मॉडल बनाना मुश्किल हो जाता है। यह पारंपरिक PID पैरामीटरों को ट्यून करने, अनुकूलन की कमी, और नियंत्रण प्रदर्शन की अनुपयुक्तता की चुनौतियाँ लाता है।
• अपनाया गया उन्नत नियंत्रण विधि: यह समाधान फज़्ज़ी-PID संयुक्त नियंत्रण रणनीति का उपयोग करता है, जो दोनों के फायदों को संयोजित करता है:
• फज़्ज़ी नियंत्रण का फायदा: नियंत्रित वस्तु के एक सटीक गणितीय मॉडल की आवश्यकता नहीं होती, अस्पष्ट इनपुट जानकारी को संभाल सकता है, बैटरी पैरामीटरों में परिवर्तनों के लिए शक्तिशाली अनुकूलन दर्शाता है, और विशेषज्ञ ज्ञान को शामिल कर सकता है।
• PID नियंत्रण का फायदा: प्रणाली विचलन छोटा होने पर उच्च-प्रिसीज़न, शून्य स्थिर-राज्य त्रुटि नियंत्रण प्राप्त कर सकता है।
• नियंत्रक का कार्य प्रक्रिया: प्रणाली लगातार बैटरी के निर्धारित वोल्टेज और वास्तविक वोल्टेज के बीच अंतर e(t) की निगरानी करती है। जब विचलन e(t) बड़ा होता है, तो फज़्ज़ी नियंत्रण तेज जवाब के लिए प्रधानता रखता है। जब e(t) एक निश्चित सीमा के भीतर घटता है, तो यह नरम ढंग से PID नियंत्रण में स्विच करता है ताकि फाइन-ट्यूनिंग की जा सके। अंततः, आउटपुट सिग्नल u(t) को समायोजित किया जाता है ताकि MOSFET का ड्यूटी साइकल नियंत्रित किया जा सके, जिससे चार्जिंग करंट का गतिशील अनुकूलन प्राप्त होता है।

आईवी. समाधान सारांश और प्रादर्श

• नियंत्रण की प्रभावशीलता: इस समाधान में डिजाइन की गई वायु-सौर हाइब्रिड विद्युत उत्पादन नियंत्रण प्रणाली बैटरी चार्जिंग/डिचार्जिंग प्रबंधन को सफलतापूर्वक अनुकूलित फज़्ज़ी-PID नियंत्रण एल्गोरिथ्म के माध्यम से प्राप्त करती है। यह न केवल बैटरी की रक्षा करता है और इसकी सेवा जीवन बढ़ाता है, बल्कि MPPT के माध्यम से वायु और सौर ऊर्जा की पकड़ दक्षता को बढ़ाता है, जिससे पूरे विद्युत उत्पादन प्रणाली की समग्र दक्षता में सुधार होता है।
• प्रयोगात्मक सत्यापन: प्रयोगात्मक परिणाम दिखाते हैं कि नियंत्रक सही और संभव ढंग से डिजाइन किया गया है, सुरक्षित और विश्वसनीय रूप से काम करता है, और अच्छा गतिशील जवाब प्रदर्शन और स्थिर-राज्य सटीकता दिखाता है।
• अनुप्रयोग की प्रादर्श: यह बुद्धिमान बैटरी प्रबंधन प्रौद्योगिकी से युक्त एकीकृत वायु-सौर हाइब्रिड विद्युत उत्पादन समाधान विशेष रूप से ग्रिड कवरेज के बिना दूरस्थ क्षेत्रों, द्वीप, चारागाह, और संचार बेस स्टेशन जैसी परिस्थितियों के लिए उपयुक्त है। यह महत्वपूर्ण आर्थिक और सामाजिक लाभ प्रदान करता है और व्यापक अनुप्रयोग की प्रादर्श है।