Isang Intelligent na Sistemang Hidrido ng Hangin-Solar na may Fuzzy-PID Control para sa Enhanced na Battery Management at MPPT

Pangkalahatan

Ang propuesta na ito ay nagpapakilala ng isang wind-solar hybrid power generation system batay sa advanced control technology, na may layuning maipatupad nang epektibo at ekonomiko ang mga pangangailangan ng enerhiya sa mga malalayong lugar at espesyal na aplikasyon. Ang pinakamahalaga sa sistema ay ang intelligent control system na nakasentro sa ATmega16 microprocessor. Ang sistema na ito ay gumagawa ng Maximum Power Point Tracking (MPPT) para sa parehong wind at solar energy at gumagamit ng optimized algorithm na pagsasama ng PID at fuzzy control para sa tiyak at epektibong pagmamanage ng charging/discharging ng pangunahing komponente – ang bateria. Dahil dito, ito ay lubhang nagpapataas ng kabuuang power generation efficiency, nagpapahaba ng buhay ng bateria, at nagbibigay-daan sa reliableng power supply at cost-effectiveness.

I. Background ng Proyekto at Kahalagahan

1. Kontekstong Enerhiya: Sa buong mundo, ang mga tradisyonal na fossil fuels ay lubhang napupuno, na nagbibigay ng mahihirap na hamon sa seguridad ng enerhiya at sustainable development. Ang mabilis na pagpapaunlad at paggamit ng malinis at renewable na bagong mapagkukunan ng enerhiya tulad ng hangin at solar power ay naging strategic priority para sa pagtugon sa kasalukuyang enerhiya at environmental issues.
2. Halaga ng Sistema: Ang wind-solar hybrid system ay lubusang nagpapahayag ng natural na complementary characteristics ng wind at solar energy sa termino ng oras at heograpiya (halimbawa, matinding sikat ng araw sa umaga, potensyal na mas malakas na hangin sa gabi), na nanalo sa intermittency ng single-source power generation. Ito ay isang structurally rational, low-operating-cost independent power supply solution, na epektibong nagreresolba ng mga problema sa suplay ng enerhiya para sa mga pasilidad tulad ng residential living, communication base stations, at meteorological monitoring stations sa mga hindi electrified o weakly electrified remote areas.
3. Kahalagahan ng Pangunahing Komponente: Ang bateria, bilang energy storage unit ng sistema, ay kritikal para sa pagtiyak ng patuloy na suplay ng enerhiya sa load sa panahon ng walang hangin o sikat ng araw. Ang cost nito ay isang malaking bahagi ng buong power generation system. Kaya, ang pagpapabuti ng battery charging efficiency at pag-optimize ng charge/discharge strategies upang mapahaba ang serbisyo nito ay mahalaga para sa pagbawas ng lifecycle cost ng sistema at pagpapataas ng operational reliability.

II. Kabuuang disenyo ng Sistema

1. Pangunahing Layunin ng Sistema:
• Optimization ng Energy Capture: Gumawa ng optimal na kontrol para sa maximum na efficiency sa electricity na ginenera ng wind turbine at photovoltaic panels, na nagpapatupad ng Maximum Power Point Tracking (MPPT) upang makamit ang full utilization ng natural resources.
• Energy Storage System Management: Intelligently manage ang proseso ng battery charging at discharging, na nagpipigil ng overcharging at over-discharging, na epektibong nagprotekta sa bateria, at lubhang nagpapataas ng charging efficiency at service life nito.
2. Hardware Architecture ng Sistema:

Ang sistema ay binubuo ng tatlong pangunahing functional modules, na koordinado ng central control CPU upang mabuo ang isang buong intelligent control system.

III. Core Control Technology: Intelligent Battery Management

1. Pagpili ng Bateria at Basics:
• Uri: Ang solusyon na ito ay nagpili ng maintenance-free lead-acid batteries, na technologically mature at low-cost, na angkop para sa small-scale wind-solar hybrid systems.
• Prinsipyong Pagganap: Ang charging at discharging ng bateria ay esensiyal na mga proseso ng pag-convert ng electrical energy sa chemical energy at vice versa. Gayunpaman, dahil sa mga phenomena tulad ng electrode polarization, ang energy conversion efficiency ay hindi makararating sa 100%.
2. Mga Hamon sa Kontrol at Optimization Strategy:
• Kamalian ng Traditional Control: Ang classic PID control methods ay malaki ang depensya sa accurate mathematical model ng controlled object (ang bateria). Ang bateria ay isang nonlinear, time-varying system na kung saan ang mga parameter (internal resistance, electrolyte density, etc.) ay nagbabago dinamically depende sa environmental temperature at usage state, na nagbibigay ng hirap sa pag-establish ng precise model. Ito ay nagdudulot ng mga hamon sa pag-tune ng traditional PID parameters, mahina ang adaptability, at suboptimal ang performance ng kontrol.
• Adopted Advanced Control Method: Ang solusyon na ito ay gumagamit ng Fuzzy-PID composite control strategy, na pagsasama ng mga advantage ng pareho:
• Advantage ng Fuzzy Control: Hindi nangangailangan ng exact mathematical model ng controlled object, maaaring handle imprecise input information, nagpapakita ng malakas na adaptability sa mga pagbabago ng battery parameters, at maaaring mag-integrate ng expert knowledge.
• Advantage ng PID Control: Maaaring makamit ang high-precision, zero steady-state error control kapag ang system deviation ay maliit.
• Controller Workflow: Ang sistema ay patuloy na naghahanap ng pagkakaiba e(t) sa set voltage at actual voltage ng bateria. Kapag ang deviation e(t) ay malaki, ang fuzzy control ang dominant para sa mabilis na tugon. Kapag ang e(t) ay bumaba sa loob ng isang tiyak na range, ito ay smooth na nag-switch sa PID control para sa fine-tuning. Sa huli, ang output signal u(t) ay inaadjust upang kontrolin ang duty cycle ng MOSFET, na nag-aachieve ng dynamic optimization ng charging current.

IV. Summary ng Solusyon at Prospects

• Epektividad ng Kontrol: Ang wind-solar hybrid power generation control system na idinisenyo sa solusyon na ito ay matagumpay na nakakamit ang optimal na battery charge/discharge management sa pamamagitan ng complementary intelligent Fuzzy-PID control algorithm. Ito ay hindi lamang epektibong nagprotekta sa bateria at nagpapahaba ng buhay nito, kundi nagpapataas rin ng capture efficiency ng wind at solar energy sa pamamagitan ng MPPT, na nagpapataas ng comprehensive efficiency ng buong power generation system.
• Experimental Verification: Ang resulta ng eksperimento ay nagpapakita na ang controller ay tama at feasible ang disenyo, ligtas at reliable ang operasyon, at nagpapakita ng mabuting dynamic response performance at steady-state accuracy.
• Application Prospects: Ang integrated wind-solar hybrid power generation solution na ito na may intelligent battery management technology ay partikular na angkop para sa mga scenario tulad ng mga malalayong lugar na walang grid coverage, islands, pastures, at communication base stations. Ito ay nagbibigay ng significant economic at social benefits at may malawak na application prospects.