Активное управление питанием для однофазной сети Система PV

Аннотация: - В данном исследовании представлено имитационное моделирование для разработки системы управления активной мощностью фотоэлектрической системы с однофазным инвертором, подключенной к сети. Модель инверторной системы и ее стратегии управления выполняются в среде MATLAB / SIMULINK, используя SPWM с сигналами схемы биполярного переключения для переключения инверторных устройств (IGBT) для генерации (50 Гц) чистой синусоидальной волны. Нечеткий логический контроллер используется для регулирования потока активной мощности для обоих режимов работы, а именно изолированного и подключенного к сети режима, в соответствии с потребляемой мощностью нагрузки. Инвертор обеспечивает питание не только для локальных нагрузок, но и подает доступную избыточную мощность в сеть. Моделирование было выполнено для облегчения реальной передачи мощности фотоэлектрической энергии на локальные нагрузки и сеть. Превосходные результаты в 2,07% по общему гармоническому искажению (THD) выходного напряжения позволяют предположить, что предлагаемая система управления демонстрирует хорошие характеристики. Для подтверждения эффективности системы управления представлены формы сигналов результатов моделирования, такие как выходное напряжение переменного тока, ток и поток мощности системы.

Ключевые слова: - нечеткая логика, сетка, активная мощность, SPWM, однофазный

1. ВВЕДЕНИЕ

Альтернативная энергия является одним из требований нашей современной эпохи из-за истощения обычных источников энергии на поверхности земного шара. Обычные источники энергии воздействуют на окружающую среду выбросом углекислого газа (), который вызывает глобальное потепление. Многие варианты альтернативных источников энергии для производства электроэнергии были приняты для обеспечения чистой энергии, такой как энергия ветра, солнечная энергия, биомасса, океан и атомная энергия и т. Д. Одним из вариантов солнечной энергии является фотоэлектрическая система. Солнечная энергия имеет много преимуществ, таких как надежность, доступность и экологичность. Фотоэлектрические инверторы, подключенные к сети, необходимы для получения энергии от фотоэлектрических модулей и подачи ее в энергосистему, гарантируя, что качество электроэнергии соответствует определенным критериям подключения к сети, таким как IEEE-1547 [1]. Фотоэлектрическая (PV) энергия является одним из важных возобновляемых источников энергии. Чтобы транспортировать этот вид энергии в электроэнергетику, необходим интерфейс, такой как инвертор. Сердцем фотоэлектрической системы является инвертор, поскольку он преобразует напряжение постоянного тока от солнечных батарей в переменное напряжение, которое можно использовать для многочисленных нагрузок и для подключения к сети [2]. Традиционный подход к синхронизации сети для инвертора постоянного / переменного тока, подключенного к сети, заключается в дублировании напряжения сети. Это связано с тем, что задание выходного тока имеет фазу, равную напряжению сети [3]. Несбалансированная нагрузка влияет на выходную мощность инвертора. Следовательно, при управлении потоками энергии, когда система имеет разные нагрузки, эта функция управления играет важную роль в достижении стабильности системы и улучшении производительности системы в приложениях с возобновляемой энергией, особенно в PV. Нечеткое логическое управление - это предложенный в этом цикле способ управления потоком мощности системы в соответствии с потребностью в нагрузке и повышения производительности фотоэлектрической системы, подключенной к однофазной сети.

Есть множество преимуществ FL, которые включают в себя аспекты, которые обеспечивают преимущества для системы управления. Во-первых, это то, что FL легко понять, поскольку в нем есть множество математических выражений, которые очень просты и понятны. Его подход «естественность», а не сложность, приводит к тому, что FL чрезвычайно интересно изучать. Во-вторых, ФЗ могут быть созданы помимо учета опыта экспертов; другими словами, означает, что в отличие от нейронных сетей, которые рассматривают обучающие данные и создают непрозрачные, непроницаемые модели, опыт людей, которые знают, что система может зависеть от FL. Он основан на естественном языке, а основы нечеткой логики параллельны основам человеческого общения [4]. Эта статья описывает имитационное моделирование однофазного инвертора постоянного / переменного тока, подключенного к сети, для фотоэлектрической системы. Модель инверторной системы и стратегии управления выполняются в среде MATLAB / SIMULINK. Использование нечеткого логического контроллера для управления потоком энергии для систематического профиля трех различных нагрузок. Инвертор не только обеспечивает питание для локальных нагрузок, но и снабжает сеть доступной избыточной мощностью. Контроллер нечеткой логики регулирует реальную мощность для обоих режимов работы, а именно для изолированного и подключенного к сети режимов.

2. ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Имитатор источника постоянного напряжения имеет (347 В) и мощность (5200 Вт), затем он подключается к инвертору постоянного / переменного тока с LC-фильтром. Детали имитационной модели инверторной системы показаны на рисунке 1. Он состоит из источника напряжения постоянного тока, действующего как фотоэлектрическая матрица, инвертор полного моста подключается к нагрузке, а затем к сети подключение к сети становится возможным благодаря (Преобразователь переменного тока в переменный) служит в качестве переключателя для изоляции или подключения сети в соответствии с потребностью в нагрузке на мощность, и в дальнейшем эта схема контролируется через контроллер. В этой статье разработан контроллер для потока активной мощности с использованием контроллера нечеткой логики, который будет использоваться в (BIPV) для домов и предприятий для управления потоком активной мощности. В период перепроизводства от генерирующего источника, мощность направляется в энергосистему, где она продается местной энергокомпании.

3. ОДНОФАЗНЫЕ ИНВЕРТОРЫ

Однофазный инвертор в топологии полного моста, как показано на рисунке 2, состоит из четырех переключающих устройств, по два из них на каждом участке. Полномостовой инвертор может выдавать выходную мощность в два раза больше, чем у полумостового инвертора с тем же входным напряжением. Операции однофазного полнодиапазонного инвертора можно разделить на два условия. Обычно переключатели S11 и S22 включаются и остаются включенными в течение одной половины периода, а S12 и S21 выключаются. При этом условии выходное напряжение на нагрузке равно Vdc. Когда S12 и S21 включены, выключатели S11 и S22 выключены, тогда в это время выходное напряжение равно –Vdc. Выходное напряжение будет изменяться попеременно с положительного полупериода и отрицательного полупериода. Чтобы предотвратить короткое замыкание на источнике постоянного тока, переключатели S11 и S22 должны быть в состоянии «включено», в то время как S12 и S21 должны быть в состоянии «выключено». Чтобы предотвратить возникновение короткого замыкания, в цепи драйвера затвора используется механизм мертвого времени.

Уравнения 4 и 5 дают общее выражение для сигналов модуляции однофазного инвертора постоянного тока в переменный [5].

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ

Имитация была проведена в течение 0,16 секунд в MATLAB / SIMULINK для проверки эффективности системы управления. Это показано на рисунке 3.

Применяя различные нагрузки, преобразователь оценивается по трем профилям нагрузки:

(i) 5200 Вт (равна мощности фотоэлектрической системы)

(ii) 7700 кВт (выше, чем мощность фотоэлектрической системы)

(iii) 2700 Вт (меньше фотоэлектрической мощности)

Нечеткий логический контроллер используется для регулирования системы потока мощности в соответствии с потребностью в мощности нагрузки, динамикой баланса мощности системы (генерация и поглощение) и потоком мощности можно наблюдать независимо от того, передает ли инвертор избыточную мощность в сеть или получает энергию от сетки. Выходные сигналы реальной мощности от инвертора источника напряжения постоянного тока и реальной мощности нагрузки поступают на контроллер нечеткой логики, после чего выходной нечеткий сигнал сравнивается с треугольной волной 9 кГц для генерации ширины импульса (ШИМ), подаваемой в преобразователь переменного тока в переменный. (Прерыватель переменного тока) используйте в качестве переключателя между сетью и нагрузкой, чтобы решить, какой тип изолятора выбрать, или подключить сетку в соответствии с потребляемой мощностью нагрузки.

5. ОСНОВНАЯ ЭКСПЛУАТАЦИЯ AC / ACCONVERTER (ACCHOPPER) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕЧЕТКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Измельчитель переменного тока или (ШИМ) переменный ток был выбран для проектирования для получения переменного напряжения переменного тока от фиксированного источника переменного тока, как показано на рисунке 4.

Переключатели состояния реализованы с использованием биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT). Каждый IGBT соединен последовательно с диодом для блокировки обратного напряжения. Последовательное соединение (два антипараллельных IGBT с последовательными диодами) регулирует мощность, подаваемую на нагрузку, этот переключатель является переключателем, способным пропускать ток в обоих направлениях, таким образом позволяя мощности течь в обоих направлениях. Выходное напряжение может регулироваться путем изменения индекса модуляции, So = ton / (ton + toff), последовательных IGBT S1 и S2. Показанная схема прерывателя с нагрузкой R-L имеет три режима, в режиме (I) S1 и S2 оба отключаются, когда при мощности нагрузки, равной мощности VSI, нет напряжения тока и напряжения от сети. Режим (II) S2 отключается, а S1 закрывается, когда мощность нагрузки меньше мощности VSI, что соответствует положительному напряжению питания и положительному току нагрузки. В режиме (III) S1 отключается, и в этом режиме S2 закрывается, нагрузка подает питание обратно в источник питания через S1, когда мощность нагрузки превышает избыточную, мощность VSI соответствует положительному напряжению питания, но отрицательному току нагрузки.

6. ДИЗАЙН НЕЧЕТКОЙ ЛОГИКИ КОНТРОЛЛЕРА

Управление нечеткой логикой разработано с использованием нечеткой панели инструментов. Входами в Fuzzy Logic Controller являются мощность инвертора источника напряжения (действует как мощность PV) и потребляемая мощность нагрузки. Изменение вклада энергосистемы является выходом. Треугольными функциями принадлежности описываются нечеткие логические переменные. Для простоты выбраны треугольные функции принадлежности, и в Таблице 1 показана нечеткая база правил, созданная в настоящей работе на основе интуитивных рассуждений и опыта. Нечеткие членства VS, S, M, L, VL определяются как очень маленькие, маленькие, мадам, большие. Блок-схема контроллера нечеткой логики показана на рисунке 5.

Load/PV	VS	S	M	L	VL
VS	Z	SP	P	BP	VP
S	SN	Z	SP	P	BP
M	N	N	Z	SP	P
L	BN	N	SN	Z	SP
VL	VN	BN	N	SN	Z

7. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Инвертор источника напряжения обеспечивает пиковое напряжение (337 В), синусоидальную форму волны выходного напряжения 50 Гц, которая очень похожа на форму волны напряжения, которая принимается от сети, как показано на рисунках 6 и 7.

Выходное напряжение инвертора синхронизировано с напряжением сети (332.126 В) на той же фазе и частоте (50 Гц), что показано на рисунке 8.

Ток сетки равен единице коэффициента мощности с напряжением сети; этот показано на рисунке 9.

Где:

= 0, коэффициент мощности = cos= 1

Выходная синусоида имеет очень мало гармонических искажений. Общее гармоническое искажение (THD) для формы волны выходного напряжения инвертора на 2,07% ниже 5% от стандарта IEEE, как показано на рисунке 10.

Результат продукта регулировки потока мощности системы показан на рисунке 11. С периода t = 0 с до t = 0,049 с, и поскольку выработка мощности инвертора источника напряжения (5200 Вт) равна потребляемой мощности нагрузки, вся мощность, вырабатываемая (VSI) передается для загрузки системы в автономном режиме. В результате мощность не извлекается и не передается в сеть, и это отображается на 0 кВт в профиле вклада в сеть. Из рисунка видно, что дополнительная нагрузка, 2500 Вт, извлекается из сети как необходимая мощность на период между t = 0,049 секунды и t = 0,1 секунды. Это проиллюстрировано через секцию 2500 Вт в профиле вклада в сеть, показанную синим цветом на рисунке, здесь выработка электроэнергии инвертором источника напряжения (VSI) составляет 5200 Вт (обозначена зеленым), но требование нагрузки (указано красным) 7700 Вт, что выше, чем (VSI) выработка электроэнергии. Впоследствии, дополнительная необходимая мощность извлекается из сети. Другой возможный сценарий, показанный на рисунке, находится между периодом времени t = 0,1 секунды и 0,16 секунды, где нагрузка (обозначена красным) составляет 2700 Вт, а генерация инвертора источника напряжения - 5200 Вт (обозначена зеленым). Избыточная мощность 2500 Вт, генерируемая инвертором источника напряжения, отправляется в сеть. Это показано на кривой вклада в сеть (обозначена синим цветом). Результат анализа потока мощности системы подразумевает эффективность алгоритма системы управления как в автономном, так и в подключенном к сети режиме.

8.ВЫВОДЫ

Представлено исследование однофазной сети, связанной с фотоэлектрической системой. Разработанное моделирование системы управления активной мощностью осуществляется в среде MATLAB / SIMULINK с различными требованиями к мощности нагрузки. Представленные результаты показали, что управление преобразователем успешно преобразует (VSI) мощность постоянного тока в переменный ток для подачи питания на нагрузку и сеть. Также предполагается, что предлагаемая система управления демонстрирует хорошую производительность. Сигналы результатов моделирования, такие как выходное напряжение переменного тока, ток и поток мощности системы, представлены для проверки эффективности системы управления.

ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

Авторы хотели бы выразить признательность Университету Tenaga Nasional Малайзия за предоставление исследовательской лаборатории для выполнения этой работы и поддержку знаний в нашей области.

РЕКОМЕНДАЦИИ

1. "Ieee standard forinterconnecting distributed resources with electric powersystems, "IEEE Std 1547-2003, pp. 1 –16, 2003.
2. Arman Roshan, "A DQ Rotating Frame Controller for Single Phase Full-bridgeInverters Used in Small Distributed GenerationSystems", MS Thesis, Virginia Polytechnic Institute and State University, Blacksburg, VA, Mar 2006.
3. T. Thacker, R. Wang, D. Dong, R. Burgos, F. Wang, and D. Boroyevich, "Phaselocked loops using state variable feedback for single-phase converter systems," in Applied Power Electronics Conference and Exposition, 2009. APEC 2009. Twenty-Fourth Annual IEEE, pp. 864–870, Feb.2009.
4. http://www.mathworks.com/, Accessed on 15 September 2011.
5. http://www.tntech.edu/ hapter2. Accessed on 30 sept 2012.