Haniaethol
Mae systemau ffotofoltäig ar raddfa fawr yn elfen bwysig o ynni adnewyddadwy dosbarthedig mewn llawer o gridiau pŵer lleol. Nid yw rheoli'r microgridiau hyn, yn enwedig sut y maent yn rhyngweithio â'r prif grid, yn dasg hawdd. Mae hyn yn gofyn am reolaeth fanwl gywir dros yr adnoddau adnewyddadwy hynny. Mae'r erthygl hon yn crynhoi'r mathau o drawsnewidwyr DC-DC a ddefnyddir mewn microgridiau ac yn cynnig dull dosbarthu newydd. Mae'r erthygl hon yn cyflwyno technoleg rheoli trawsnewidyddion DC-DC mewn microgridiau DC ac yn trafod manteision ac anfanteision y dulliau rheoli hyn.
Gyda'r gyfran gynyddol o ynni adnewyddadwy dosbarthedig yn y system bŵer, mae rheoli'r trydan hwn wedi dod yn broblem fawr. Mae'r erthygl hon yn cyflwyno gwahanol ddulliau o reoli pŵer. Yn olaf, efelychwyd system microgrid DC gan gynnwys ynni solar, tyrbinau gwynt, a batris gan ddefnyddio meddalwedd MATLAB / Simulink, a dadansoddwyd ei pherfformiad.
Yn syml, mae'r erthygl hon yn ymwneud â sut i reoli microgridiau sy'n defnyddio ynni adnewyddadwy yn well, ac mae hefyd yn defnyddio meddalwedd i efelychu system o'r fath i weld pa mor effeithiol ydyw.
1. Rhagymadrodd
Gall microgrids leihau colledion trawsyrru a mynd i'r afael ag argyfyngau ynni, gan gynnwys technolegau fel ffotofoltäig a micro-dyrbinau, sy'n gofyn am drawsnewidwyr electronig pŵer i gysylltu â'r grid. Mae microgrid DC sy'n seiliedig ar ynni adnewyddadwy yn cynnwys bariau bysiau DC, paneli ffotofoltäig, tyrbinau gwynt, trawsnewidyddion electronig pŵer, systemau storio ynni hybrid, a llwythi DC. Mae ganddo fanteision lefelau foltedd lluosog ac effeithlonrwydd uchel, ac mae'r system DC yn ddeniadol o ran ffynonellau ynni, rheoli rheolaeth, ac addasu llwyth. Fodd bynnag, mae microgrids DC yn wynebu heriau megis llwythi pŵer cyson a llwythi pŵer pwls, sy'n gofyn am ddulliau rheoli uwch i wella trosglwyddiad ynni, sicrhau cyflenwad pŵer, a chyflawni gweithrediad economaidd.
Ffigur 1. Dosbarthiadau gwahanol o ficrogridiau.
Ffigur 2. Microgrid DC cyffredinol.
Ffigur 3. Microgrid AC nodweddiadol.
Ffigur 4. Microgrid hybrid.
Ffigur 5. Canran flynyddol y papurau a gyhoeddwyd ar ficrogridiau DC dros y degawd diwethaf.
Strwythur a threfniant cynnwys yr erthygl hon:Bydd yr erthygl hon yn cynnig dosbarthiad newydd trwy astudio topoleg a dulliau rheoli trawsnewidyddion DC-DC mewn microgridiau DC yn gynhwysfawr. Mae'r cynnwys canlynol yn cynnwys: trafod y disgrifiad o ficrogridiau DC yn Adran 2; Mae Adran 3 yn ymhelaethu ar y mathau o strwythurau trawsnewid sydd ar gael mewn microgridiau; Mae Adran 4 yn rhoi trosolwg o'r dulliau rheoli ar gyfer trawsnewidyddion DC-DC mewn microgridiau DC; Mae Adran 5 yn cyflwyno dulliau rheoli pŵer ar gyfer microgridiau DC; Mae Adran 6 yn cyflwyno datblygiad caledwedd ym maes trawsnewidyddion DC-DC ar gyfer cymwysiadau microgrid; Mae Adran 7 yn cyflwyno efelychiad a dadansoddiad o ficrogridiau DC nodweddiadol; Mae Adran 8 yn cyflwyno’r casgliad.
2. Nodweddion sy'n ymwneud â microgrids DC
Manteision a senarios cymhwyso microgrids DC:Gyda datblygiad technoleg electroneg pŵer, mae microgrids DC wedi denu sylw oherwydd eu dibynadwyedd a'u heffeithlonrwydd uchel. Mae microgridiau DC yn fwy ffafriol mewn cymwysiadau preswyl, gorsafoedd gwefru cerbydau trydan, canolfannau data, a meysydd eraill. Yn y cyfamser, mae'r galw cynyddol am lwythi trydan DC wedi gwneud ymchwil ar gynhyrchu pŵer yn seiliedig ar ffynonellau pŵer DC yn eithaf deniadol.
Dull gweithredu microgrid DC:Mae gan DC microgrid ddau ddull gweithredu: wedi'i gysylltu â'r grid ac yn annibynnol. Pan gaiff ei gysylltu â'r grid, mae'r microgrid wedi'i gysylltu â'r bws DC i ategu pŵer; Wrth weithredu'n annibynnol, nid oes angen cydamseru â'r prif grid pŵer. Yn y ddau fodd, mae ffynonellau ynni adnewyddadwy amrywiol a systemau storio ynni gan gynnwys batris a supercapacitors wedi'u cysylltu â'r microgrid.
Rôl systemau storio ynni mewn microgridiau DC:mae gan batris ddwysedd ynni uchel, a defnyddir eu rheolwyr i gynhyrchu neu amsugno pŵer cyflwr cyson; Mae gan uwchgynwysyddion ddwysedd pŵer uchel, a defnyddir eu rheolwyr i gynhyrchu neu amsugno pŵer dros dro. Mae'r ddau yn gweithio gyda'i gilydd mewn microgrids i gynnal cydbwysedd pŵer a gweithrediad sefydlog.
Ymchwil ar Gysylltu a Rheoli Microgridiau DC:Mae'r rhwydwaith dosbarthu a'r system storio ynni wedi'u rhyng-gysylltu trwy drawsnewidwyr electronig pŵer gan ddefnyddio cysylltiadau DC. Bu astudiaethau perthnasol ar faterion amddiffyn ac atebion microgridiau DC. Yn ogystal, mae'r erthygl yn rhoi trosolwg byr o reolaeth leol mewn microgrids DC ac yn cyflwyno pensaernïaeth gyffredinol microgrids DC gydag unedau storio ynni.
3. Topoleg trawsnewidyddion DC-DC mewn microgrids DC
Dosbarthiad a thopolegau cyffredin trawsnewidyddion DC-DC:Gellir rhannu trawsnewidyddion DC-DC yn fathau nad ydynt yn ynysig ac yn ynysig. Mewn microgrids DC, defnyddir hwb, hwb, a thrawsnewidwyr Buck yn eang, pob un â'i dopoleg unigryw ei hun (fel y dangosir yn Ffigur 6), i fodloni gwahanol ofynion trosi foltedd. Defnyddir trawsnewidyddion DC-DC ynysig deugyfeiriadol yn gyffredin mewn systemau DC, ac ymhlith y rhain mae trawsnewidwyr DC-DC pont gweithredol deuol (DAB) yn ddewis addas oherwydd eu cefnogaeth i lif pŵer deugyfeiriadol a dwysedd pŵer uchel (gweler Ffigur 7 am ei ddiagram sgematig) , ac mae topoleg trawsnewidwyr soniarus cyfres (SRC) hefyd wedi denu sylw llawer o ymchwilwyr.
Ffigur 6. Topoleg trawsnewidydd DC-DC, (A) hwb, (B) hwb, (C) hwb hwb.
Ffigur 7. Diagram sgematig o drawsnewidydd DAB.
Datblygu a chymhwyso trawsnewidwyr DC-DC aml-borthladd:Er mwyn datrys problemau cost uchel a cholli system a achosir gan ddefnyddio trawsnewidyddion, mae trawsnewidwyr DC-DC aml-borthladd wedi dod i'r amlwg. Fe'i defnyddir yn gyffredin i gysylltu rhwydweithiau DC lluosog mewn microgrids, megis y topolegau amrywiol a grybwyllir yn yr erthygl (Ffigur 8), sy'n gallu cysylltu gwahanol lwythi DC a ffynonellau pŵer yn hyblyg a rheoli cysylltiadau DC; Mae yna hefyd dopoleg trawsnewidydd porthladd dau gam tri ynysig, ac ati. Mae'r trawsnewidwyr aml-borthladd hyn yn addas ar gyfer integreiddio ffynonellau ynni lluosog (gan gynnwys storio ynni) ac mae ganddynt gymarebau foltedd uwch na thrawsnewidwyr hwb. Mae ganddynt gymwysiadau amrywiol mewn microgrids DC, megis rheoleiddio foltedd supercapacitor, rheoli pŵer rhwng batris a supercapacitors, codi tâl batris, gweithredu integreiddio system storio ynni hybrid, a chydbwyso llif pŵer rhwng ffynonellau ynni adnewyddadwy. Yn gyffredinol, rhennir y trawsnewidyddion a ddefnyddir mewn microgridiau DC yn ddau gategori: ynysig a heb fod yn ynysig (gweler Ffigur 9 am ddosbarthiad).
Ffigur 8. Diagram sgematig o drawsnewidydd aml-borthladd.
Ffigur 9. Dosbarthiad topolegau trawsnewidydd DC-DC a ddefnyddir mewn microgridiau DC.
4. Dull rheoli trawsnewidydd DC-DC mewn microgrid DC
Pwysigrwydd a dosbarthiad cyffredinol dulliau rheoli:Mae rheoli microgridiau DC yn un o'r prif faterion sy'n peri pryder i ymchwilwyr. Gellir rhannu'r dulliau rheoli cyffredinol yn reolaeth ganolog a rheolaeth ddosbarthedig. Mae rheolaeth ganolog yn addas ar gyfer microgridiau lleol bach gyda chasglu data cyfyngedig (gweler Ffigur 10 ar gyfer ei gynllun rheoli), tra nad oes angen rheolydd canolog ar reolaeth ddosranedig (gweler Ffigur 11).
Ffigur 10. Diagram bloc o reolaeth ganolog.
Ffigur 11. Diagram bloc o reolaeth ddosranedig.
Mathau a nodweddion technoleg rheoli aflinol:Mae technoleg rheoli aflinol yn cynnwys rheolaeth ragfynegol model (MPC), rheolaeth modd llithro (SMC), rheolaeth addasol, a rheolaeth ddeallus. Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae llawer o astudiaethau wedi canolbwyntio ar berfformiad MPC mewn rheolaeth trawsnewidydd deugyfeiriadol o systemau storio ynni batri (BESS) a chydbwyso pŵer microgrids. Yn MPC, mae modd newid gorau posibl y trawsnewidydd yn cael ei bennu gan y swyddogaeth gost i gyflawni perfformiad gwell (gweler Ffigur 12 am ei gynllun rheoli); Mewn rheolaeth SMC, mae'r mewnbwn rheoli a gynhyrchir yn gweithredu'n uniongyrchol ar y switsh trawsnewidydd electronig pŵer, gydag ymateb cyflym (gweler Ffigur 13); Mae rheolaeth addasol yn addas ar gyfer sefyllfaoedd lle mae llwyth a ffynhonnell mewnbwn trawsnewidwyr DC-DC yn amrywio, a gallant wella cadernid y dull rheoli (gweler Ffigur 14). Yn ogystal, cynigir dull rheoli newydd ar gyfer rheoli pŵer microgrid yn seiliedig ar systemau ffotofoltäig, sy'n defnyddio rheolydd rhesymeg niwlog (FLC) i reoli pŵer pob gwrthdröydd (gweler Ffigur 15).
Ffigur 12. Diagram bloc o reolwr MPC.
Ffigur 13. Diagram bloc o reolwr SMC.
Ffigur 14. Diagram bloc o reolaeth addasol.
Ffigur 15. Dull rheoli trawsnewidydd mewn microgrid DC.
5. Strategaeth rheoli pŵer ar gyfer microgrid DC
Pwysigrwydd a heriau rheoli pŵer:Mae microgridiau DC yn darparu dewis addas ar gyfer cyflenwad ynni mewn ardaloedd anghysbell, felly mae eu dulliau rheoli ynni wedi denu llawer o sylw. Mae rheoli pŵer microgrid yn wynebu llawer o heriau, megis amrywiad pŵer allbwn system ffotofoltäig gyda newidiadau ymbelydredd. Mae angen ystyried y ffactorau hyn wrth ddylunio systemau rheoli pŵer i sicrhau cyflenwad ynni dibynadwy ac o ansawdd uchel. Mewn microgrid sy'n annibynnol ar y grid pŵer, mae hefyd angen cydlynu gweithrediad systemau ffotofoltäig, systemau storio ynni batri (BESS), ac unedau eraill i gyflawni cydbwysedd pŵer.
Enghraifft o wahanol systemau rheoli pŵer ac algorithmau:Gall System Rheoli Ynni Batri (BEMS) ar gyfer microgrids, gyda generaduron ffotofoltäig a disel fel y prif ffynonellau pŵer, leihau amser gweithio generaduron disel, lleihau amrywiadau pŵer ffotofoltäig, rheoli gwahanol fathau o batris â nodweddion gwahanol, ac ymestyn bywyd batri. Algorithm rheoli pŵer a ddefnyddir i gydbwyso pŵer systemau ffotofoltäig a BESS, tra'n ystyried cyfyngiadau Cyflwr y Gwasanaeth (SoC) y system BESS. Yn ystod rhyddhau batri, mae trawsnewidydd deugyfeiriadol yn addasu'r foltedd bws DC, ac mewn rhai achosion, mae angen i'r trawsnewidydd electronig pŵer gynorthwyo'r system i weithredu yn y modd Olrhain Pwer Uchaf (MPPT) (gweler Ffigur 17 am ei ddull gweithredu system). Mae system rheoli ynni deinamig deallus ar gyfer microgridiau, dull rheoli pŵer ar gyfer systemau ffotofoltäig / batri hybrid, a strategaeth rheoli pŵer (PMS) ar gyfer rheoli llif pŵer microgridiau DC wedi'u cynnig. Mae'r erthygl hefyd yn cyflwyno gwahanol ddulliau gweithredu system rheoli pŵer microgrid DC (gweler Ffigur 16), gan gynnwys y modd pŵer cyfyngedig (LPM) a modd MPPT y system ffotofoltäig, a bennir gan y batri SoC (fel y dangosir yn y siart llif yn Ffigur 17).
Ffigur 16. Siart llif o strategaeth rheoli pŵer.
Ffigur 17. Algorithm rheoli pŵer ar gyfer batri microgrid (A) a (B) cydrannau ffotofoltäig
6. Datblygu caledwedd a dilysu efelychu microgrid DC
Cymhwyso caledwedd yn yr efelychiad dolen:Mae cysylltu systemau ffisegol ag amgylcheddau efelychu yn bwnc newydd. Mewn ymchwil microgrid, mae angen cymharu caledwedd i wirio canlyniadau efelychu gwahanol ddulliau rheoli a strwythurau topoleg. Trwy efelychu caledwedd yn y ddolen (HIL), defnyddiwyd trawsnewidydd DC-DC i gysylltu'r microgrid â'r gell danwydd, gan sicrhau cyfathrebu dwyochrog rhwng yr amgylchedd efelychu a'r system celloedd tanwydd ffisegol. Mae'r efelychiad HIL yn cynnwys trawsnewidydd DC-DC a microgrid (gweler Ffigur 18).
Ffigur 18. Cynhaliwyd efelychu caledwedd ar y trawsnewidydd DC/DC a'r microgrid.
Enghraifft o ddyfeisiau gweithredu caledwedd ar gyfer trawsnewidwyr DC-DC:Mae Tabl 1 yn yr erthygl yn casglu sawl dyfais a gafwyd o lenyddiaeth wyddonol ar gyfer gweithredu rhan caledwedd trawsnewidyddion DC-DC. Mae'r dyfeisiau hyn yn darparu cyfeiriad ar gyfer datblygu caledwedd trawsnewidyddion DC-DC mewn microgrids ac yn helpu ymchwil ac ymarfer pellach o dechnoleg microgrid DC.
Tabl 1. Dyfeisiau a ddefnyddir i weithredu'r rhan caledwedd o drawsnewidwyr DC-DC.
7. Ymchwil efelychu ar system microgrid DC
Cyfansoddiad system efelychu a gosodiadau paramedr:Defnyddir meddalwedd MATLAB i efelychu system microgrid DC, sy'n cynnwys system ffotofoltäig, tyrbin gwynt gyda generadur cydamserol magnet parhaol (PMSG), batri, trawsnewidydd deugyfeiriadol DC-DC ar gyfer rheoleiddio foltedd, ac uchafswm olrhain pwynt pŵer (MPPT). ) system ar gyfer tyrbinau gwynt a phaneli solar. Dangosir y strwythur yn Ffigur 19. Mae'r system ffotofoltäig yn cynnwys 22 o baneli solar wedi'u cysylltu mewn cyfres, gydag uchafswm foltedd pwynt pŵer a cherrynt o 30.3V a 7.10A ar gyfer pob panel. Mae allbwn microgrid DC yn defnyddio llwythi gwrthiannol, ac mae'r system a'i fanylebau cydran wedi'u rhestru yn Nhabl 2.
Ffigur 19. Diagram bloc o'r microgrid DC a astudiwyd.
Tabl 2. Paramedrau a ddefnyddir mewn efelychiad microgrid DC.
Arddangos a Dadansoddi Canlyniadau Efelychu:Cafodd y system ei efelychu gan ddefnyddio amgylchedd MATLAB/Simulink, a darparwyd diagram sgematig o'r microgrid DC cyffredinol (gweler Ffigur 20). Dangoswyd cromliniau allbwn ffotofoltäig, batri a thyrbin gwynt (gweler Ffigur 21), yn ogystal â chromliniau pŵer allbwn tyrbinau gwynt ar wahanol gyflymder gwynt (a gynrychiolir gan werthoedd uned) (gweler Ffigur 22), cromliniau foltedd y batri yn yr ardaloedd graddedig a rhyddhau (gweler Ffigur 23), a chromliniau foltedd a chyfredol llwyth allbwn y system (gweler Ffigur 24). Yn yr efelychiad, mae'r system tyrbinau gwynt yn gweithredu ar gyflymder cyson o 12m/s, gyda chynhyrchiad pŵer o 8kW ar gyflymder gwynt graddedig, ac mae gan y system ffotofoltäig bŵer graddedig o 4.6kW. Gall y trawsnewidydd deugyfeiriadol a ddefnyddir yn yr adran batri gyflawni swyddogaethau codi tâl a chyflawni. Gellir defnyddio'r canlyniadau efelychu hyn i ddadansoddi a gwerthuso perfformiad gweithredol y system microgrid DC.
Ffigur 20. Model efelychiad o ficrogrid DC gan ddefnyddio MATLAB/cyswllt efelychiad.
Ffigur 21. Mae canlyniadau'r efelychiad yn dangos bod (A) Vpv, (B) Ipv, (C) Ppv, (D) trorym tyrbin gwynt Te, Tm, (E) cyflymder gwynt, (F) foltedd bws DC, a (G) cyflwr gwefr (SOC) y batri aildrydanadwy.
Ffigur 22. Mae canlyniadau efelychiad yn dangos pŵer allbwn y tyrbin (pu) ar wahanol gyflymderau tyrbin (pu).
Ffigur 23. Mae canlyniadau'r efelychiad yn dangos y gall foltedd y batri weithredu fel arfer yn y modd rhyddhau.
Ffigur 24. Mae'r canlyniadau efelychu yn dangos bod foltedd llwyth allbwn (A) y microgrid DC a llwyth allbwn (B) cyfredol y microgrid DC.
8. Crynodeb
Mae'r erthygl hon yn archwilio topoleg, dulliau rheoli, ac amrywiol strategaethau system rheoli pŵer trawsnewidwyr DC-DC mewn microgrids DC, tra hefyd yn astudio'r caledwedd a ddefnyddir mewn trawsnewidwyr DC-DC mewn microgrids.
Nodweddion a gofynion microgridiau:Mae cymhlethdod microgrids yn pennu eu hangen am awtomeiddio digidol a rheolaeth ddeallus i ddod yn ddewis arall addas a dibynadwy i gridiau traddodiadol. Mae datblygiadau technolegol yn galluogi rheoli ynni awtomataidd i drin cydrannau lluosog ac amodau amrywiol, gan wneud y gorau o ddibynadwyedd a chost. Gall defnyddio systemau storio ynni yn effeithiol fel batris mewn microgrids sicrhau cyflenwad di-dor o ynni gofynnol, ac mae defnyddio ynni adnewyddadwy i gyflenwi pŵer i ranbarthau yn fuddiol i'r amgylchedd ac mae ganddo arwyddocâd economaidd byd-eang.
Pwyntiau allweddol yn ymwneud â thrawsnewidwyr DC-DC:Mewn microgrid DC annibynnol, gall trawsnewidwyr DC-DC gyflawni gwahanol lefelau o godiad a chwymp foltedd. Mae gan drawsnewidwyr nad ydynt yn ynysig lai o golled ac maent yn fwy addas na thrawsnewidwyr ynysig. Mae yna strategaethau amrywiol ar gyfer rheoli trawsnewidyddion mewn microgrids, ac ni all technoleg rheoli llinellol sicrhau gweithrediad system sefydlog. Mae dulliau uwch fel rheolaeth ragfynegol model (MPC), rheolaeth modd llithro (SMC), a rheolaeth niwlog wedi'u mabwysiadu.
Casgliad o Gymhariaeth Dull Rheoli:Cynhaliwyd dadansoddiad cynhwysfawr a chymhariaeth o ddulliau rheoli yn yr erthygl. Mae gan ddulliau rheoli deallus uwch gadernid yn erbyn ansefydlogrwydd rhwystriant. Mewn trawsnewidwyr DC-DC o ficrogridiau DC, mae gan reolwyr deallus berfformiad cyflym a chywir o'i gymharu ag algorithmau rheoli eraill.