Intelekta vēja-saules hibrīdsistēma ar neprecīzo-PID kontrolēšanu, lai uzlabotu akumulatoru pārvaldību un MPPT

Kopsavilkums​

Šis priekšlikums iepriko vēja-saules hibrīda enerģijas ražošanas sistēmu, kas balstīta uz paātrinātu kontroles tehnoloģiju, mērķis ir efektīvi un ekonomiski nodrošināt enerģijas vajadzības attālās teritorijās un īpašos lietojuma scenārijos. Sistēmas sirds ir intelektuāla kontroles sistēma, kas balstīta uz ATmega16 mikroprocesoru. Šī sistēma veic Maksimālā jaudas punkta izsekotāju (MPPT) gan vējam, gan sauli, un izmanto optimizētu algoritmu, kas apvieno PID un neprecīzo kontrolēšanu, lai precīzi un efektīvi pārvaldītu galveno komponentu - akumulatora uzlādi un atlādi. Tādējādi tā būtiski palielina kopējo enerģijas ražošanas efektivitāti, pagarina akumulatora darbības laiku un nodrošina enerģijas piegādes drošumu un ekonomiskumu.

​I. Projekta fons un nozīme​

1. ​Enerģijas konteksts:​​ Visā pasaulē tradicionālie fosilie kurināmie aizvien vairāk izsīkst, radot smagas izaicinājumus enerģijas drošībai un ilgtspējīgam attīstībai. Intensīva jaunu, tīru un atjaunojamu enerģiju avotu, piemēram, vēja un saules enerģijas, attīstība un izmantošana kļūst par stratēģisku prioritāti, lai risinātu pašreizējās enerģijas un vides problēmas.
2. ​Sistēmas vērtība:​​ Vēja-saules hibrīda sistēma pilnībā izmanto vēja un saules enerģijas dabiskās savstarpējās papildinošās īpašības laika un ģeogrāfiskā ziņā (piemēram, stipra saule diennaktī, potenciāli stiprāks vēji naktī), pārvarot vienāda avota enerģijas ražošanas nepastāvību. Tas ir strukturāli saprātīgs, ar zemu operatīvo izmaksu neatkarīgas enerģijas piegādes risinājums, efektīvi risinājot enerģijas piegādes problēmas dzīves apvidiem, sakaru bāzēm un meteoroloģisko staciju apgabaliem neelektrificētās vai vāji elektrificētās attālās teritorijās.
3. ​Galveno komponentu nozīme:​​ Akumulators, kas darbojas kā sistēmas enerģijas krājums, ir būtisks, lai nodrošinātu nemainīgu enerģijas piegādi slodzei periodos, kad nav vēja vai saules. Tā cena veido nozīmīgu daļu no veselās enerģijas ražošanas sistēmas. Tāpēc, lai samazinātu sistēmas dzīves cikla izmaksas un palielinātu darbības drošumu, ir vitāli svarīgi uzlabot akumulatora uzlādes efektivitāti un optimizēt tā uzlādes/atlādes stratēģijas, lai pagarinātu tā darbības laiku.

​II. Kopējais sistēmas dizains​

1. ​Sistēmas galvenie mērķi:​​
• ​Enerģijas uzsūkšanas optimizācija:​​ Izpilda optimālu kontrolēšanu, lai maksimāli efektīvi izmantotu vēja turbinas un fotovoltaiska paneļa ģenerēto elektroenerģiju, sasniedzot Maksimālo jaudas punkta izsekotāju (MPPT), lai pilnībā izmantotu dabas resursus.
• ​Enerģijas krājuma sistēmas pārvaldība:​​ Inteligenti pārvalda akumulatora uzlādes un atlādes procesu, novēršot pārlādi un pārāk lielu atlādi, efektīvi aizsargājot akumulatoru un būtiski uzlabojot tā uzlādes efektivitāti un darbības laiku.
2. ​Sistēmas hardvera arhitektūra:​​

Sistēma sastāv no trim galvenajiem funkcionalitātes moduļiem, ko koordinē centrale kontroles CPU, veidojot pilnu intelektuālo kontroles sistēmu.

​III. Galvenā kontroles tehnoloģija: Inteligenta akumulatora pārvaldība​

1. ​Akumulatora izvēle un pamati:​​
• ​Tips:​​ Šis risinājums izvēlas bezapgādināmus plumbākumākumākummetāla akumulatorus, kas ir tehniski gatavi un lēti, piemēroti maziem vēja-saules hibrīda sistēmām.
• ​Darbības princips:​​ Akumulatora uzlāde un atlāde ir esamās procesi, kas pārvērš elektroenerģiju ķīmiskajā enerģijā un otrādi. Tomēr, dēļ parādībām, piemēram, elektroda polarizācija, enerģijas pārveidošanas efektivitāte nevar sasniegt 100%.
2. ​Kontroles izaicinājumi un optimizācijas stratēģija:​​
• ​Tradicionālās kontroles trūkumi:​​ Klasiskā PID kontroles metode būtiski balstās uz precīzu matemātisko modeļu kontrolējamā objekta (akumulatora). Akumulators ir nelīnijārisks, laika mainīgais sistēma, kuru parametri (iekšējā pretestība, elektrolīta blīvums utt.) mainās dinamiski ar vides temperatūru un izmantošanas stāvokli, padarot grūtu precīza modeļa izveidi. Tas rada izaicinājumus, lai noklusētu tradicionālos PID parametrus, sliktu adaptēšanos un nepareizu kontroles veiktspēju.
• ​Izmantotās paātrinātās kontroles metodes:​​ Šis risinājums izmanto Fuzzy-PID kombinēto kontroles stratēģiju, apvienojot abu priekšrocības:
• ​Fuzzy kontroles priekšrocības:​​ Nereklamē precīzu matemātisko modeļu kontrolējamā objekta, var apstrādāt neprecīzas ievades informāciju, izrāda lielu adaptēšanos akumulatora parametru maiņai un var integrēt ekspertu zināšanas.
• ​PID kontroles priekšrocības:​​ Var sasniegt augstu precizitāti, nulles stacionāro kļūdu kontrolēšanu, kad sistēmas novirze ir maza.
• ​Kontrollera darbības gaita:​​ Sistēma nepārtraukti monitorē atšķirību e(t) starp akumulatora iestatīto spriegumu un tā faktisko spriegumu. Ja atšķirība e(t) ir liela, fuzzy kontrole dominē, lai sniegtu ātru reakciju. Kad e(t) samazinās līdz noteiktām robežām, tā gludi pāriet uz PID kontrolēšanu, lai veiktu precīzāku pielāgošanu. Galu galā, izvades signāls u(t) tiek pielāgots, lai kontrolētu MOSFET pulssirādāja ciklu, sasniedzot dinamisku optimizāciju uzlādes strāvei.

​IV. Risinājuma kopsavilkums un perspektīvas​

• ​Kontroles efektivitāte:​​ Šajā risinājumā izstrādātā vēja-saules hibrīda enerģijas ražošanas kontroles sistēma veiksmīgi sasniedz optimālu akumulatora uzlādes/atlādes pārvaldību, izmantojot papildinošo intelektuālo Fuzzy-PID kontrolēšanas algoritmu. Tas ne tikai efektīvi aizsargā akumulatoru un pagarina tā darbības laiku, bet arī uzlabo vēja un saules enerģijas uzsūkšanas efektivitāti, izmantojot MPPT, tādējādi uzlabojot visu enerģijas ražošanas sistēmas kopējo efektivitāti.
• ​Eksperimentālā apstiprināšana:​​ Eksperimentālie rezultāti rāda, ka kontrollers ir pareizi un iespējami izstrādāts, darbojas droši un uzticami, un parāda labu dinamisko atbildes veiktspēju un stacionāro precizitāti.
• ​Lietošanas perspektīvas:​​ Šis integrētā vēja-saules hibrīda enerģijas ražošanas risinājums ar intelektuālo akumulatora pārvaldības tehnoloģiju ir īpaši piemērots tādiem scenārijiem kā attālās teritorijas bez tīkla pieejamības, salas, pastures un sakaru bāzes. Tas piedāvā nozīmīgas ekonomiskās un sociālās priekšrocības un ir plašas lietošanas perspektīvas.