Résumé
Sistèm fotovoltaik gwo echèl yo se yon eleman enpòtan nan distribye enèji renouvlab nan anpil rezo elektrik lokal yo. Jere mikwogrid sa yo, espesyalman fason yo kominike avèk grid prensipal la, se pa yon travay fasil. Sa mande yon kontwòl egzak sou resous renouvlab sa yo. Atik sa a rezime kalite konvètisè DC-DC yo itilize nan mikrogrid epi li pwopoze yon nouvo metòd klasifikasyon. Atik sa a prezante teknoloji kontwòl DC-DC konvètisè nan DC microgrids epi diskite sou avantaj ak dezavantaj metòd kontwòl sa yo.
Ak pwopòsyon an ogmante nan distribiye enèji renouvlab nan sistèm pouvwa a, jere elektrisite sa a te vin tounen yon gwo pwoblèm. Atik sa a prezante diferan metòd pou jesyon pouvwa. Finalman, yo te simulation yon sistèm microgrid DC ki gen ladan enèji solè, van turbin, ak pil lè l sèvi avèk lojisyèl MATLAB/Simulink, epi yo te analize pèfòmans li yo.
Senpleman mete, atik sa a se sou fason yo pi byen kontwole ak jere mikwo-grid ki sèvi ak enèji renouvlab, epi tou li sèvi ak lojisyèl pou simulation yon sistèm konsa pou wè ki jan efikas li ye.
1. Entwodiksyon
Microgrids ka diminye pèt transmisyon yo epi adrese kriz enèji, tankou teknoloji tankou fotovoltaik ak mikwo turbin, ki mande pou konvètisè elektwonik pouvwa konekte ak griy la. Yon mikwogrid DC ki baze sou enèji renouvlab konsiste de busbar DC, panno fotovoltaik, turbin van, konvètisè elektwonik pouvwa, sistèm depo enèji ibrid, ak chaj DC. Li gen avantaj ki genyen nan nivo vòltaj miltip ak efikasite segondè, ak sistèm DC a atire an tèm de sous enèji, jesyon kontwòl, ak adaptasyon chaj. Sepandan, DC microgrids fè fas a defi tankou chaj pouvwa konstan ak chaj pouvwa batman kè, ki mande metòd kontwòl avanse amelyore transmisyon enèji, asire ekipman pou pouvwa, ak reyalize operasyon ekonomik.
Figi 1. Klasifikasyon diferan nan microgrids.
Figi 2. Jeneral DC microgrid.
Figi 3. Mikrogrid AC tipik.
Figi 4. Microgrid ibrid.
Figi 5. Pousantaj chak ane nan papye ki te pibliye sou DC microgrids pandan dènye dekad la.
Estrikti ak aranjman kontni nan atik sa a:Atik sa a pral pwopoze yon nouvo klasifikasyon lè w etidye topoloji ak metòd kontwòl konvètisè DC-DC nan mikrogrid DC yo. Kontni sa a gen ladan: diskite sou deskripsyon mikrogrid DC nan Seksyon 2; Seksyon 3 elabore sou kalite estrikti konvètisè ki disponib nan mikrogrid; Seksyon 4 bay yon apèsi sou metòd kontwòl pou konvètisè DC-DC nan mikrogrid DC; Seksyon 5 entwodui metòd jesyon pouvwa pou DC microgrids; Seksyon 6 prezante devlopman pyès ki nan konpitè nan domèn konvètisè DC-DC pou aplikasyon pou microgrid; Seksyon 7 prezante simulation ak analiz mikrogrid DC tipik; Seksyon 8 prezante konklizyon an.
2. Karakteristik ki gen rapò ak DC microgrids
Avantaj ak senaryo aplikasyon DC microgrids:Ak devlopman nan teknoloji elektwonik pouvwa, DC microgrids te atire atansyon akòz gwo fyab yo ak efikasite. Mikrogrid DC yo pi favorize nan aplikasyon rezidansyèl yo, estasyon rechaj machin elektrik, sant done, ak lòt domèn. Pandan se tan, demann lan ogmante pou chaj elektrik DC te fè rechèch sou jenerasyon pouvwa ki baze sou sous pouvwa DC byen atire.
Mòd operasyon DC microgrid:DC microgrid gen de mòd operasyon: griy konekte ak endepandan. Lè yo konekte ak griy la, mikrogrid la konekte ak otobis DC a pou konplete pouvwa; Lè w ap opere poukont li, pa gen okenn nesesite pou senkronize ak griy prensipal la. Nan tou de mòd, divès sous enèji renouvlab ak sistèm depo enèji ki gen ladan pil ak superkondansateur yo konekte ak mikro-grid la.
Wòl sistèm depo enèji nan DC microgrids:pil yo gen dansite enèji segondè, epi yo itilize kontwolè yo pou jenere oswa absòbe pouvwa nan eta fiks; Supercapacitors gen gwo dansite pouvwa, ak contrôleur yo yo te itilize pou jenere oswa absòbe pouvwa pasajè. De travay ansanm nan microgrids pou kenbe balans pouvwa ak operasyon stab.
Rechèch sou koneksyon ak kontwòl DC Microgrids:Rezo distribisyon an ak sistèm depo enèji yo konekte atravè konvètisè elektwonik pouvwa lè l sèvi avèk lyen DC. Te gen etid ki enpòtan sou pwoblèm pwoteksyon ak solisyon DC microgrids. Anplis de sa, atik la bay yon brèf BECA de kontwòl lokal nan DC microgrids ak prezante achitekti an jeneral nan DC microgrids ak inite depo enèji.
3. Topoloji konvètisè DC-DC nan mikrogrid DC
Klasifikasyon ak topoloji komen nan konvètisè DC-DC:DC-DC konvètisè yo ka divize an kalite ki pa izole ak izole. Nan DC microgrids, boost, buck boost, ak Buck convertisseurs yo lajman itilize, yo chak ak pwòp topoloji inik li (jan yo montre nan Figi 6), pou satisfè diferan kondisyon konvèsyon vòltaj. Konvètisè DC-DC izole bidireksyon yo souvan itilize nan sistèm DC, pami ki konvètisè DC-DC doub aktif pon (DAB) se yon chwa apwopriye akòz sipò yo pou koule pouvwa bidireksyon ak dansite pouvwa segondè (gade Figi 7 pou dyagram schematic li yo) , ak topoloji seri konvètisè sonan (SRC) te atire atansyon anpil chèchè tou.
Figi 6. Topoloji konvètisè DC-DC, (A) ranfòsman, (B) ranfòse, (C) bouk boost.
Figi 7. Dyagram konvètisè DAB.
Devlopman ak aplikasyon milti pò DC-DC konvètisè:Yo nan lòd yo rezoud pwoblèm yo nan pri segondè ak pèt sistèm ki te koze pa itilize nan konvètisè, milti pò DC-DC konvètisè te parèt. Li se souvan itilize konekte plizyè rezo DC nan mikrogrid, tankou topoloji yo divès kalite mansyone nan atik la (Figi 8), ki ka fleksib konekte chaj DC diferan ak sous pouvwa ak kontwole lyen DC; Genyen tou izole de etap twa topoloji konvètisè pò, elatriye. Konvètisè milti pò sa yo apwopriye pou entegre plizyè sous enèji (ki gen ladan depo enèji) epi yo gen rapò vòltaj ki pi wo pase konvètisè Buck Boost. Yo gen plizyè aplikasyon nan DC microgrids, tankou reglemante vòltaj supercapacitor, jere pouvwa ant pil ak supercapacitors, chaje pil, mete ann aplikasyon entegrasyon sistèm depo enèji ibrid, ak balanse koule pouvwa ant sous enèji renouvlab. Konvètisè yo itilize nan mikrogrid DC yo jeneralman divize an de kategori: izole ak ki pa izole (gade Figi 9 pou klasifikasyon).
Figi 8. Dyagram chema yon konvètisè milti pò.
Figi 9. Klasifikasyon topoloji konvètisè DC-DC yo itilize nan mikrogrid DC.
4. Metòd kontwòl DC-DC konvètisè nan DC microgrid
Enpòtans ak klasifikasyon jeneral nan metòd kontwòl:Kontwòl DC microgrids se youn nan pwoblèm prensipal yo ki konsène chèchè yo. Metòd kontwòl jeneral yo ka divize an kontwòl santralize ak kontwòl distribiye. Kontwòl santralize se apwopriye pou ti mikrogrid lokal ki gen koleksyon done limite (gade Figi 10 pou konplo kontwòl li yo), pandan y ap kontwòl distribiye pa mande pou yon kontwolè santral (gade Figi 11).
Figi 10. Dyagram blòk kontwòl santralize.
Figi 11. Dyagram blòk kontwòl distribiye.
Kalite ak karakteristik teknoloji kontwòl ki pa lineyè:Teknoloji kontwòl ki pa lineyè gen ladan kontwòl modèl prediksyon (MPC), kontwòl mòd glisman (SMC), kontwòl adaptasyon, ak kontwòl entelijan. Nan dènye ane yo, anpil etid yo te konsantre sou pèfòmans MPC nan kontwòl konvètisè bidireksyon nan sistèm depo enèji batri (BESS) ak balans pouvwa nan mikrogrid. Nan MPC, mòd switch pi bon konvètisè a detèmine pa fonksyon pri a pou reyalize pi bon pèfòmans (gade Figi 12 pou konplo kontwòl li yo); Nan kontwòl SMC, opinyon kontwòl pwodwi a dirèkteman aji sou switch konvètisè elektwonik pouvwa a, ak yon repons rapid (gade Figi 13); Kontwòl adaptasyon apwopriye pou sitiyasyon kote chaj ak sous sous konvètisè DC-DC varye, epi li ka amelyore solidite metòd kontwòl la (gade Figi 14). Anplis de sa, yo pwopoze yon nouvo metòd kontwòl pou jesyon pouvwa microgrid ki baze sou sistèm fotovoltaik, ki itilize yon kontwolè lojik flou (FLC) pou kontwole pouvwa chak varyateur (gade Figi 15).
Figi 12. Dyagram blòk MPC kontwolè.
Figi 13. Dyagram blòk kontwolè SMC.
Figi 14. Dyagram blòk kontwòl adaptasyon.
Figi 15. Metòd kontwòl konvètisè nan DC microgrid.
5. Estrateji jesyon pouvwa pou DC microgrid
Enpòtans ak defi nan jesyon pouvwa:DC microgrids bay yon chwa apwopriye pou rezèv enèji nan zòn aleka yo, kidonk metòd jesyon enèji yo te atire anpil atansyon. Jesyon pouvwa Microgrid fè fas a anpil defi, tankou fluctuation nan pouvwa pwodiksyon sistèm fotovoltaik ak chanjman radyasyon. Faktè sa yo dwe konsidere lè w ap desine sistèm jesyon pouvwa pou asire ekipman pou enèji serye ak bon jan kalite. Nan yon microgrid endepandan de griy pouvwa a, li nesesè tou pou kowòdone operasyon an nan sistèm fotovoltaik, sistèm depo enèji batri (BESS), ak lòt inite yo reyalize balans pouvwa.
Egzanp diferan sistèm jesyon pouvwa ak algoritm:Yon Sistèm Jesyon Enèji Batri (BEMS) pou mikrogrid, ak dèlko fotovoltaik ak dyezèl kòm sous prensipal pouvwa, ka diminye tan k ap travay nan dèlko dyezèl, diminye fluctuations pouvwa fotovoltaik, jere divès kalite pil ak diferan karakteristik, ak pwolonje lavi batri. Yon algorithm jesyon pouvwa yo itilize pou balanse pouvwa a nan sistèm fotovoltaik ak BESS, pandan y ap konsidere kontrent Eta a chaj (SoC) nan sistèm BESS la. Pandan egzeyat batri a, yon konvètisè bidireksyon ajiste vòltaj otobis DC a, epi nan kèk ka, konvètisè elektwonik pouvwa a bezwen ede sistèm nan fonksyone nan mòd Maksimòm Power Point Tracking (MPPT) (gade Figi 17 pou mòd operasyon sistèm li). Yo te pwopoze yon sistèm jesyon enèji dinamik entèlijan pou microgrids, yon metòd jesyon pouvwa pou sistèm ibrid fotovoltaik / batri, ak yon estrateji jesyon pouvwa (PMS) pou kontwole koule pouvwa DC microgrids. Atik la prezante tou divès mòd fonksyone nan sistèm jesyon pouvwa DC microgrid (gade Figi 16), ki gen ladan mòd pouvwa limite (LPM) ak mòd MPPT nan sistèm fotovoltaik la, ki detèmine pa batri SoC a (jan yo montre nan organigram nan). Figi 17).
Figi 16. Diagram nan estrateji jesyon pouvwa.
Figi 17. Algorithm jesyon pouvwa pou mikrogrid (A) batri ak (B) konpozan fotovoltaik
6. Devlopman pyès ki nan konpitè ak verifikasyon simulation nan microgrid DC
Aplikasyon pyès ki nan konpitè nan simulation bouk la:Konekte sistèm fizik ak anviwònman simulation se yon nouvo sijè. Nan rechèch microgrid, konparezon pyès ki nan konpitè oblije verifye rezilta simulation diferan metòd kontwòl ak estrikti topoloji. Atravè simulation pyès ki nan konpitè nan bouk (HIL), yo te itilize yon konvètisè DC-DC pou konekte mikrogrid la ak selil gaz la, reyalize kominikasyon bidireksyon ant anviwònman simulation ak sistèm selil gaz fizik la. Simulation HIL la konsiste de yon konvètisè DC-DC ak yon mikrogrid (gade Figi 18).
Figi 18. Yo te fè simulation pyès ki nan konpitè sou konvètisè DC/DC ak mikrogrid.
Egzanp aparèy aplikasyon pyès ki nan konpitè pou konvètisè DC-DC:Tablo 1 nan atik la kolekte plizyè aparèy yo jwenn nan literati syantifik pou aplike pati pyès ki nan konpitè nan konvètisè DC-DC. Aparèy sa yo bay referans pou devlopman pyès ki nan konpitè DC-DC konvètisè nan microgrids epi ede plis rechèch ak pratik teknoloji DC microgrid.
Tablo 1. Aparèy yo itilize pou aplike pati pyès ki nan konpitè DC-DC konvètisè yo.
7. Simulation rechèch sou sistèm microgrid DC
Konpozisyon sistèm simulation ak paramèt paramèt:Lojisyèl MATLAB yo itilize pou simulation yon sistèm mikwogrid DC, ki gen ladann yon sistèm fotovoltaik, yon turbine van ak dèlko synchrone leman pèmanan (PMSG), yon batri, yon konvètisè DC-DC bidireksyon pou regilasyon vòltaj, ak yon pwen maksimòm pouvwa swiv (MPPT). ) sistèm pou turbin van ak panno solè. Estrikti a montre nan Figi 19. Sistèm fotovoltaik la konsiste de 22 panno solè ki konekte an seri, ak yon maksimòm vòltaj pwen pouvwa ak aktyèl 30.3V ak 7.10A pou chak panèl. Pwodiksyon mikrogrid DC a sèvi ak chay rezistan, epi sistèm nan ak espesifikasyon eleman li yo ki nan lis nan Tablo 2.
Figi 19. Dyagram blòk mikwogrid DC etidye a.
Tablo 2. Paramèt yo itilize nan simulation microgrid DC.
Ekspozisyon rezilta simulation ak analiz:Yo te fè sistèm nan similye lè l sèvi avèk anviwònman MATLAB/Simulink, epi yo te bay yon dyagram chema nan mikrogrid DC an jeneral (gade Figi 20). Koub pwodiksyon fotovoltaik, batri, ak van turbine yo te montre (gade Figi 21), osi byen ke koub pwodiksyon pouvwa van turbine nan diferan vitès van (reprezante pa valè inite) (gade Figi 22), koub vòltaj yo nan batri nan zòn rated ak egzeyat (gade Figi 23), ak koub vòltaj ak aktyèl chaj pwodiksyon sistèm lan (gade Figi 24). Nan simulation, sistèm turbine van an opere nan yon vitès konstan 12m / s, ak yon jenerasyon pouvwa nan 8kW nan vitès van rated, ak sistèm fotovoltaik la gen yon pouvwa rated 4.6kW. Konvètisè bidirecsyonèl yo itilize nan seksyon batri a ka reyalize fonksyon chaje ak dechaje. Rezilta simulation sa yo ka itilize pou analize ak evalye pèfòmans operasyon sistèm DC microgrid la.
Figi 20. Modèl simulation microgrid DC lè l sèvi avèk lyen MATLAB/simulation.
Figi 21. Rezilta simulation yo montre (A) Vpv, (B) Ipv, (C) Ppv, (D) koupl van turbine Te, Tm, (E) vitès van, (F) vòltaj otobis DC, ak (G) eta chaj (SOC) nan batri a rechargeable.
Figi 22. Rezilta simulation montre pouvwa pwodiksyon turbine (pu) nan diferan vitès turbine (pu).
Figi 23. Rezilta simulation yo endike ke vòltaj batri a ka opere nòmalman nan mòd egzeyat.
Figi 24. Rezilta simulation yo montre ke pwodiksyon chaj (A) vòltaj mikwogrid DC a ak chaj pwodiksyon (B) aktyèl mikwogrid DC a.
8. Rezime
Atik sa a konplè eksplore topoloji, metòd kontwòl, ak divès kalite estrateji sistèm jesyon pouvwa nan konvètisè DC-DC nan mikrogrid DC, pandan y ap etidye pyès ki nan konpitè yo itilize nan konvètisè DC-DC nan mikrogrid.
Karakteristik ak kondisyon nan microgrids:Konpleksite mikrogrid yo detèmine bezwen yo pou automatisation dijital ak jesyon entèlijan pou vin yon altènatif apwopriye ak serye nan gri tradisyonèl yo. Avansman teknolojik pèmèt jesyon enèji otomatik pou okipe plizyè konpozan ak kondisyon varyab, optimize fyab ak pri. Itilizasyon efikas nan sistèm depo enèji tankou pil nan microgrids ka asire rezèv san enteripsyon nan enèji ki nesesè yo, ak itilizasyon enèji renouvlab pou bay enèji nan rejyon yo benefisye nan anviwònman an epi li gen siyifikasyon ekonomik mondyal.
Pwen kle ki gen rapò ak konvètisè DC-DC:Nan yon mikrogrid endepandan DC, konvètisè DC-DC ka reyalize diferan nivo vòltaj monte ak tonbe. Konvètisè ki pa izole yo gen mwens pèt epi yo pi apwopriye pase konvètisè izole yo. Gen divès estrateji pou kontwole konvètisè nan mikrogrid, ak teknoloji kontwòl lineyè pa ka asire operasyon sistèm ki estab. Metòd avanse tankou kontwòl prediksyon modèl (MPC), kontwòl mòd glisman (SMC), ak kontwòl flou yo te adopte.
Konklizyon Metòd Kontwòl Konparezon:Yon analiz konplè ak konparezon metòd kontwòl yo te fèt nan atik la. Metòd avanse kontwòl entelijan yo gen solidite kont enstabilite enpedans. Nan konvètisè DC-DC nan mikrogrid DC, kontwolè entelijan gen pèfòmans rapid ak egzat konpare ak lòt algoritm kontwòl.