Inteligentna hibridna sistema na vjetar-solarno so Fuzzy-PID kontrola za poboljšano upravuvanje na bateriite i MPPT

Апстракт

Овој предлог го прикажува хибридни систем за производство на електрична енергија од ветер и сонце базиран на напредни технологии за контрола, со цел ефикасно и економски да се реши потребата за енергија во отдалечени области и специфични применети случаи. Јадрото на системот е интелигентен контролен систем со центар околу микропроцесорот ATmega16. Овој систем извршува максимално праќање на точка на максимална моќ (MPPT) за енергијата од ветер и сонце и користи оптимизиран алгоритам кој комбинира PID и фази контрола за прецизно и ефикасно управување со полнеж/разполежување на батеријата како клучен компонент. Со тоа значително се зголемува ефикасноста на производството на електрична енергија, проширува се животот на батеријата и се осигурува надежност и економичност на доставата на енергија.

I. Позадина и значај на проектот

1. Енергетиски контекст: Глобално, традиционалните јаглеродни горива се свртуваат, што поставува сериозни предизвици за енергетската сигурност и одржлив развој. Вигорозно развој и употреба на чисти, обновливи нови извори на енергија како ветер и сонце стана стратегиска приоритет за решавање на моменталните енергетски и екологиски проблеми.
2. Вредност на системот: Хибридниот систем од ветер-сонце полно изкористува природните комплементарни карактеристики на енергијата од ветер и сонце во однос на времето и географијата (напр. силна светлина во деновите часови, потенцијално појаки ветрови во ноќта), надминувајќи интермитентноста на производството на енергија од еден извор. Тој е структурно рационален, нискокостен независен систем за достава на енергија, кој ефективно решава проблемите со достава на енергија за објекти како жителски услови, комуникациски базни станции и метеоролошки мониторинг станции во неелектрифицирани или слабо електрифицирани отдалечени области.
3. Значај на клучните компоненти: Батеријата, како единица за складирање на енергија во системот, е важна за осигурување на непрекината достава на енергија до опремата во периоди без ветер или сонце. Нејзината цена прави значителен дел од целосниот систем за производство на енергија. Затоа подобрувањето на ефикасноста на полнежување на батеријата и оптимизирањето на неговата стратегија за полнеж/разполежување за проширување на нејзиниот живот е важно за намалување на жизнената цена на системот и подобрување на оперативната надежност.

II. Општа дизајн на системот

1. Основни цели на системот:
• Оптимизација на зачувувањето на енергија: Изведување на оптимална контрола за максимална ефикасност на електричната енергија произведена од ветротурбината и фотолевите панели, постигнувајќи MPPT за целосно изкористување на природните ресурси.
• Управување со системот за складирање на енергија: Интелигентно управување со процесот на полнеж/разполежување на батеријата, спречувајќи прекомерен полнеж и разполежување, ефективно заштитувајќи го акумулаторот и значително го подобрувајќи неговата ефикасност и временски период.
2. Хардверска архитектура на системот:

Системот се состои од три главни функционални модули, координирани од централен контролен CPU за формирање на целосен интелигентен контролен систем.

III. Напредна технологија за контрола: Интелигентно управување со батеријата

1. Избор и основи на батеријата:
• Тип: Ова решение избира безодржувачки оловни-кисели батерији, кои се технолошки зрелости и нискокостни, прифатливи за мал масштабни хибридни системи од ветер-сонце.
• Начин на работа: Полнежувањето и разполежувањето на батеријата се в суштина процеси на конверзија на електрична енергија во хемиска енергија и обратно. Меѓутоа, поради феномени како поляризација на електродите, ефикасноста на конверзијата на енергијата не може да достигне 100%.
2. Препратки за контрола и стратегија за оптимизација:
• Недостатоци на традиционалната контрола: Класичните методи на PID контрола тешко зависат од точен математички модел на контролиран објект (батеријата). Батеријата е нелинеарен, временски варирачки систем чии параметри (интерна резистенција, густина на електролит, итн.) се менуваат динамички со температурата на околината и состојбата на користење, што го прави тешко да се постави точен модел. Ова доведува до предизвици во подесувањето на параметрите на традиционалната PID контрола, лоша адаптивност и подобра контролна перформанса.
• Применети напредни методи за контрола: Ова решение користи композитна стратегија за контрола Fuzzy-PID, комбинирајќи предности на и двете:
• Предност на Фази контрола: Не треба точно математички модел на контролиран објект, може да се справи со неточни входни информации, покажува силна адаптивност на промени на параметрите на батеријата и може да вклучи експертско знаење.
• Предност на PID контрола: Може да постигне високопрецизна, нулта статична грешка контрола кога системотот е мања.
• Работен процес на контролерот: Системот непрекинато мониторира разликата e(t) помеѓу зададениот напон на батеријата и нејзиниот актуелен напон. Кога девијацијата e(t) е голема, доминира фази контрола за брз одговор. Кога e(t) се намалува во одреден опсег, ефикасно се преминува на PID контрола за финетунаџија. На крај, излезната сигнал u(t) се прилагодува за контрола на дутиски циклус на MOSFET, постигнувајќи динамичка оптимизација на напонот на полнежување.

IV. Сума на решението и перспективи

• Ефикасност на контролата: Дизајнираната контролна система за хибридно производство на електрична енергија од ветер-сонце успешно постигува оптимално управување со полнеж/разполежување на батеријата преку комплементарен интелигентен алгоритам Fuzzy-PID. Ова не само ефективно го заштитува батеријата и го проширува нејзиниот живот, туку и го подобрува ефикасноста на зачувување на енергијата од ветер и сонце преку MPPT, со што се подобрува целосната ефикасност на системот за производство на енергија.
• Експериментална верификација: Експерименталните резултати покажуваат дека контролерот е точно и феасибилно дизајниран, функционира безопасно и надежно, и покажува добар динамички одговор и статична точност.
• Перспективи за примената: Ова интегрирано решение за хибридно производство на електрична енергија од ветер-сонце со интелигентна технологија за управување со батеријата е особено прифатливо за сценарија како отдалечени области без мрежна покривност, острови, пашници и комуникациски базни станции. Тоа нуди значајни економски и социјални предnosti и има широка перспектива за примената.