ایک انٹیلیجنٹ ونڈ-سولر ہائبرڈ سسٹم فزی-پی آئی ڈی کنٹرول کے ساتھ بیٹری مینجمنٹ اور ایم پی پی ٹی کو بہتر بنانے کے لئے

خلاصہ

یہ پروپوزل ترقی یافته کنٹرول ٹیکنالوجی پر مبنی ہوائی-سورجی ڈبل آئی پاور جنریشن سسٹم کا احاطہ کرتا ہے، جس کا مقصد دور دراز علاقوں اور خصوصی استعمال کی صورت حالوں کے بجلی کی ضروریات کو موثر اور معاشی طور پر حل کرنا ہے۔ سسٹم کا مرکزی نقطہ ایک ATmega16 مائیکرو پروسیسر کے گرد متمحور ذہین کنٹرول سسٹم ہے۔ یہ سسٹم ہوائی اور سورجی توانائی کے لیے ماکسمم پاور پوائنٹ ٹریکنگ (MPPT) کرتا ہے اور بیٹری کے شارجنگ/ڈسچارجنگ کے لیے پریسن اور کارکردگی کے لیے PID اور فازی کنٹرول کے مجموعی الگورتھم کا استعمال کرتا ہے۔ نتیجے کے طور پر یہ کلی پاور جنریشن کارکردگی کو بڑھاتا ہے، بیٹری کی عمر کو بڑھاتا ہے اور بجلی کی فراہمی کی قابلیت اور کارکردگی کو یقینی بناتا ہے۔

I. منصوبے کا پس منظر اور اہمیت

1. انرجی کا سیاق و سباق: عالمی سطح پر روایتی فسیلی توانائی کی مقدار کم ہوتی جا رہی ہے، جس کی وجہ سے انرجی کی حفاظت اور مستقل ترقی کے لیے شدید چیلنجز پیدا ہو رہے ہیں۔ ہوائی اور سورجی توانائی جیسی صاف اور تجدید کیلئے نئی توانائی کو بڑھانے اور استعمال کرنے کو موجودہ انرجی اور ماحولی مسائل کو حل کرنے کا استراتیجک پریورٹی بنایا گیا ہے۔
2. سسٹم کی قدر: ہوائی-سورجی ڈبل آئی سسٹم ہوائی اور سورجی توانائی کے وقت اور جغرافیائی مکمل کے طبیعی خصوصیات کو مکمل طور پر استعمال کرتا ہے (مثال کے طور پر دن میں مضبوط سورجی روشنی، شب کے دوران زیادہ مضبوط ہوا کی امکانات)، ایک مفرد ذریعے کی پاور جنریشن کی متقطعیت کو فتح کرتا ہے۔ یہ ایک ساختی طور پر معقول، کم آپریشنل کوسٹ کی آزاد بجلی کی فراہمی کا حل ہے، جو غیر بجلی کیا گیا یا کمزور بجلی کیا گیا دور دراز علاقوں میں رہائشی زندگی، کامیابی کی اسٹیشن، اور میٹیورولوجیکل مونیٹرنگ اسٹیشن جیسی سہولیات کے لیے توانائی کی فراہمی کے مسائل کو موثر طور پر حل کرتا ہے۔
3. کور کمپوننٹس کی اہمیت: بیٹری، سسٹم کی توانائی کے ذخیرہ کا کردار ادا کرتا ہے، جس کا مقصد بے ہوا یا سورجی روشنی کے بغیر کے دوران لوڈ کو مستقل طور پر بجلی کی فراہمی کی یقینی بنانے کا ہے۔ اس کی قیمت پورے پاور جنریشن سسٹم کا ایک اہم حصہ ہے۔ اس لیے، بیٹری کے شارجنگ کارکردگی کو بہتر بنانے اور اس کی شارجنگ/ڈسچارجنگ کی استراتیجیوں کو بہتر بنانے سے اس کی خدمات کی عمر کو بڑھانے کا اہمیت ہے تاکہ سسٹم کی لائف سائیکل کی قیمت کو کم کیا جاسکے اور آپریشنل قابلیت کو بہتر بنایا جاسکے۔

II. کلی سسٹم ڈیزائن

1. سسٹم کے کور اہداف:
• انرجی کیپچر کی بہتری: ہوائی ٹربائن اور فوٹو وولٹک پینل کی جانب سے تیار کی گئی بجلی کو مکسیمم کارکردگی کے لیے بہتر کنٹرول کریں، ماکسمم پاور پوائنٹ ٹریکنگ (MPPT) کو حاصل کریں تاکہ طبیعت کی وسائل کو مکمل طور پر استعمال کیا جا سکے۔
• انرجی ذخیرہ سسٹم کا مینجمنٹ: بیٹری کے شارجنگ اور ڈسچارجنگ کے عمل کو ذہین طور پر مینج کریں، اوور شارجنگ اور اوور ڈسچارجنگ سے بچیں، بیٹری کی حفاظت کو موثر طور پر کریں اور اس کی شارجنگ کارکردگی اور خدمات کی عمر کو بہت بڑھائیں۔
2. سسٹم کا ہارڈوئیر آرکیٹیکچر:

یہ سسٹم تین اہم فنکشنل مودیولوں سے مل کر بناتا ہے، جو مرکزی کنٹرول CPU کے ذریعے کوآرڈینیٹ ہوتے ہیں تاکہ کامل ذہین کنٹرول سسٹم تشکیل دے سکیں۔

III. کور کنٹرول ٹیکنالوجی: ذہین بیٹری مینجمنٹ

1. بیٹری کا انتخاب اور بنیادیات:
• قسم: یہ حل مینٹیننس فری لیڈ ایسڈ بیٹریز کا انتخاب کرتا ہے، جو ٹیکنالوجیکل طور پر مکمل ہیں اور کم قیمت ہیں، جو چھوٹے سائز کے ہوائی-سورجی ڈبل آئی سسٹم کے لیے مناسب ہیں۔
• کام کا مبدأ: بیٹری کا شارجنگ اور ڈسچارجنگ بنیادی طور پر بجلی کی توانائی کو کیمیائی توانائی میں تبدیل کرنے اور اس کے عکس کے عمل ہیں۔ لیکن الیکٹروڈ پولرائزیشن جیسے پیénomènes dus à la polarisation des électrodes, l'efficacité de conversion d'énergie ne peut pas atteindre 100%.
2. Défis de contrôle et stratégie d'optimisation:
• Inconvénients du contrôle traditionnel: Les méthodes de contrôle PID classiques dépendent fortement d'un modèle mathématique précis de l'objet contrôlé (la batterie). La batterie est un système non linéaire et variant dans le temps dont les paramètres (résistance interne, densité de l'électrolyte, etc.) changent dynamiquement avec la température ambiante et l'état d'utilisation, rendant difficile l'établissement d'un modèle précis. Cela conduit à des défis dans l'ajustement des paramètres PID traditionnels, une faible adaptabilité et une performance de contrôle sous-optimale.
• Méthode de contrôle avancée adoptée: Cette solution utilise une stratégie de contrôle composite Fuzzy-PID, combinant les avantages des deux:
• Avantage du contrôle flou: Nécessite pas de modèle mathématique précis de l'objet contrôlé, peut gérer des informations d'entrée imprécises, présente une forte adaptabilité aux changements des paramètres de la batterie et peut incorporer des connaissances expertes.
• Avantage du contrôle PID: Peut réaliser un contrôle de haute précision, sans erreur en régime permanent lorsque le déviation du système est petite.
• Flux de travail du contrôleur: Le système surveille continuellement la différence e(t) entre la tension de consigne de la batterie et sa tension réelle. Lorsque la déviation e(t) est grande, le contrôle flou prédomine pour une réponse rapide. Lorsque e(t) diminue dans une certaine plage, il bascule en douceur vers le contrôle PID pour un réglage fin. En fin de compte, le signal de sortie u(t) est ajusté pour contrôler le rapport cyclique du MOSFET, réalisant ainsi une optimisation dynamique du courant de charge.

IV. Résumé de la solution et perspectives

• Efficacité du contrôle: Le système de contrôle de génération d'énergie hybride éolienne-solaire conçu dans cette solution parvient à gérer efficacement la charge/décharge de la batterie grâce à l'algorithme de contrôle intelligent Fuzzy-PID complémentaire. Cela protège efficacement la batterie, prolonge sa durée de vie, et améliore l'efficacité de capture de l'énergie éolienne et solaire via MPPT, améliorant ainsi l'efficacité globale du système de génération d'énergie.
• Vérification expérimentale: Les résultats expérimentaux montrent que le contrôleur est correctement et faisablement conçu, fonctionne en toute sécurité et fiabilité, et présente de bonnes performances de réponse dynamique et de précision en régime permanent.
• Perspectives d'application: Cette solution intégrée de génération d'énergie hybride éolienne-solaire avec technologie de gestion intelligente de la batterie est particulièrement adaptée à des scénarios tels que les zones reculées sans couverture réseau, les îles, les pâturages et les stations de base de communication. Elle offre des avantages économiques et sociaux significatifs et a de vastes perspectives d'application.