Τα τελευταία χρόνια, οι βελτιώσεις στην απόδοση των φωτοβολταϊκών συστημάτων άντλησης νερού (PVWPS) έχουν προσελκύσει μεγάλο ενδιαφέρον μεταξύ των ερευνητών, καθώς η λειτουργία τους βασίζεται στην παραγωγή καθαρής ηλεκτρικής ενέργειας. Σε αυτή την εργασία, μια νέα προσέγγιση βασισμένη σε ελεγκτή ασαφούς λογικής αναπτύσσεται για PVWPS εφαρμογές που ενσωματώνουν τεχνικές ελαχιστοποίησης απωλειών που εφαρμόζονται σε κινητήρες επαγωγής (IM). Ο προτεινόμενος έλεγχος επιλέγει το βέλτιστο μέγεθος ροής ελαχιστοποιώντας τις απώλειες IM. Επιπλέον, εισάγεται και η μέθοδος παρατήρησης διαταραχών μεταβλητού βήματος. Η καταλληλότητα του προτεινόμενου ελέγχου αναγνωρίζεται από μείωση του ρεύματος του νεροχύτη.Ως εκ τούτου, οι απώλειες κινητήρα ελαχιστοποιούνται και η απόδοση βελτιώνεται. Η προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου συγκρίνεται με μεθόδους χωρίς ελαχιστοποίηση απωλειών. Τα αποτελέσματα σύγκρισης δείχνουν την αποτελεσματικότητα της προτεινόμενης μεθόδου, η οποία βασίζεται στην ελαχιστοποίηση των απωλειών σε ηλεκτρική ταχύτητα, απορροφούμενο ρεύμα, ροή νερό, και αναπτυσσόμενη ροή. Μια δοκιμή επεξεργαστή στον βρόχο (PIL) εκτελείται ως πειραματική δοκιμή της προτεινόμενης μεθόδου. Περιλαμβάνει την υλοποίηση του παραγόμενου κώδικα C στον πίνακα ανακάλυψης STM32F4. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την ενσωματωμένη board είναι παρόμοια με τα αποτελέσματα της αριθμητικής προσομοίωσης.
Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, ειδικάηλιακόςΗ φωτοβολταϊκή τεχνολογία, μπορεί να είναι μια καθαρότερη εναλλακτική λύση στα ορυκτά καύσιμα σε συστήματα άντλησης νερού1,2. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα άντλησης έχουν λάβει μεγάλη προσοχή σε απομακρυσμένες περιοχές χωρίς ηλεκτρική ενέργεια3,4.
Διάφοροι κινητήρες χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές άντλησης φωτοβολταϊκών. Το κύριο στάδιο του PVWPS βασίζεται σε κινητήρες συνεχούς ρεύματος. Αυτοί οι κινητήρες είναι εύκολοι στον έλεγχο και την εφαρμογή τους, αλλά απαιτούν τακτική συντήρηση λόγω της παρουσίας των σχολιαστών και των βουρτσών5. Για να ξεπεραστεί αυτό το μειονέκτημα, χωρίς ψήκτρες Παρουσιάστηκαν κινητήρες μόνιμου μαγνήτη, οι οποίοι χαρακτηρίζονται από ψήκτρες, υψηλή απόδοση και αξιοπιστία6. Σε σύγκριση με άλλους κινητήρες, το PVWPS που βασίζεται σε IM έχει καλύτερη απόδοση επειδή αυτός ο κινητήρας είναι αξιόπιστος, χαμηλού κόστους, χωρίς συντήρηση και προσφέρει περισσότερες δυνατότητες για στρατηγικές ελέγχου7 .Συνήθως χρησιμοποιούνται τεχνικές έμμεσου ελέγχου πεδίου (IFOC) και άμεσου ελέγχου ροπής (DTC)8.
Το IFOC αναπτύχθηκε από τους Blaschke και Hasse και επιτρέπει την αλλαγή της ταχύτητας IM σε ένα ευρύ φάσμα9,10. Το ρεύμα του στάτορα χωρίζεται σε δύο μέρη, το ένα δημιουργεί τη μαγνητική ροή και το άλλο δημιουργεί τη ροπή μετατρέποντας στο σύστημα συντεταγμένων dq. Αυτό επιτρέπει ανεξάρτητος έλεγχος της ροής και της ροπής σε σταθερή κατάσταση και δυναμικές συνθήκες. Ο άξονας (d) είναι ευθυγραμμισμένος με το διάνυσμα χώρου ροής του δρομέα, το οποίο περιλαμβάνει τη συνιστώσα του άξονα q του διανύσματος χώρου ροής του ρότορα να είναι πάντα μηδενική. Το FOC παρέχει καλή και ταχύτερη απόκριση11 ,12, ωστόσο, αυτή η μέθοδος είναι πολύπλοκη και υπόκειται σε διακυμάνσεις παραμέτρων13. Για να ξεπεραστούν αυτές οι ελλείψεις, οι Takashi και Noguchi14 εισήγαγαν τον κωδικό DTC, ο οποίος έχει υψηλή δυναμική απόδοση και είναι στιβαρός και λιγότερο ευαίσθητος στις αλλαγές παραμέτρων.Στο DTC, η ηλεκτρομαγνητική ροπή και η ροή του στάτη ελέγχονται αφαιρώντας τη ροή και τη ροπή του στάτη από τις αντίστοιχες εκτιμήσεις. Το αποτέλεσμα τροφοδοτείται σε έναν συγκριτή υστέρησης για να δημιουργηθεί το κατάλληλο διάνυσμα τάσης προς έλεγχοτόσο ροή στάτη όσο και ροπή.
Το κύριο μειονέκτημα αυτής της στρατηγικής ελέγχου είναι οι μεγάλες διακυμάνσεις της ροπής και της ροής λόγω της χρήσης ρυθμιστών υστέρησης για τη ρύθμιση ροής στάτη και ηλεκτρομαγνητικής ροπής15,42. Χρησιμοποιούνται μετατροπείς πολλαπλών επιπέδων για την ελαχιστοποίηση των κυματισμών, αλλά η απόδοση μειώνεται από τον αριθμό των διακοπτών ισχύος16. Αρκετοί συγγραφείς έχουν χρησιμοποιήσει τη διαμόρφωση διανύσματος χώρου (SWM)17, τον έλεγχο λειτουργίας ολίσθησης (SMC)18, οι οποίες είναι ισχυρές τεχνικές αλλά υποφέρουν από ανεπιθύμητα φαινόμενα τρεμούλιασης19. Πολλοί ερευνητές έχουν χρησιμοποιήσει τεχνικές τεχνητής νοημοσύνης για να βελτιώσουν την απόδοση του ελεγκτή, μεταξύ των οποίων (1) νευρωνικό δίκτυα, μια στρατηγική ελέγχου που απαιτεί επεξεργαστές υψηλής ταχύτητας για την εφαρμογή20 και (2) γενετικούς αλγόριθμους21.
Ο ασαφής έλεγχος είναι ισχυρός, κατάλληλος για μη γραμμικές στρατηγικές ελέγχου και δεν απαιτεί γνώση του ακριβούς μοντέλου. Περιλαμβάνει τη χρήση μπλοκ ασαφούς λογικής αντί για υστερητικούς ελεγκτές και πίνακες επιλογής διακοπτών για τη μείωση της ροής και του κυματισμού ροπής. Αξίζει να σημειωθεί ότι Οι κωδικοί DTC που βασίζονται σε FLC παρέχουν καλύτερη απόδοση22, αλλά όχι αρκετή για τη μεγιστοποίηση της απόδοσης του κινητήρα, επομένως απαιτούνται τεχνικές βελτιστοποίησης βρόχου ελέγχου.
Στις περισσότερες προηγούμενες μελέτες, οι συγγραφείς επέλεξαν τη σταθερή ροή ως ροή αναφοράς, αλλά αυτή η επιλογή αναφοράς δεν αντιπροσωπεύει τη βέλτιστη πρακτική.
Οι ηλεκτροκινητήρες υψηλής απόδοσης και υψηλής απόδοσης απαιτούν γρήγορη και ακριβή απόκριση ταχύτητας. Από την άλλη πλευρά, για ορισμένες λειτουργίες, ο έλεγχος μπορεί να μην είναι βέλτιστος, επομένως η απόδοση του συστήματος μετάδοσης κίνησης δεν μπορεί να βελτιστοποιηθεί. Καλύτερη απόδοση μπορεί να επιτευχθεί με τη χρήση μια αναφορά μεταβλητής ροής κατά τη λειτουργία του συστήματος.
Πολλοί συγγραφείς έχουν προτείνει έναν ελεγκτή αναζήτησης (SC) που ελαχιστοποιεί τις απώλειες υπό διαφορετικές συνθήκες φορτίου (όπως στο 27) για τη βελτίωση της απόδοσης του κινητήρα. Η τεχνική συνίσταται στη μέτρηση και ελαχιστοποίηση της ισχύος εισόδου με επαναληπτική αναφορά ρεύματος άξονα d ή ροή στάτορα αναφορά.Ωστόσο, αυτή η μέθοδος εισάγει κυματισμό ροπής λόγω των ταλαντώσεων που υπάρχουν στη ροή του διακένου αέρα και η εφαρμογή αυτής της μεθόδου είναι χρονοβόρα και υπολογιστικά εντατική. Η βελτιστοποίηση σμήνος σωματιδίων χρησιμοποιείται επίσης για τη βελτίωση της απόδοσης28, αλλά αυτή η τεχνική μπορεί κολλήσει στα τοπικά ελάχιστα, οδηγώντας σε κακή επιλογή παραμέτρων ελέγχου29.
Σε αυτή την εργασία, προτείνεται μια τεχνική που σχετίζεται με το FDTC για την επιλογή της βέλτιστης μαγνητικής ροής μειώνοντας τις απώλειες του κινητήρα. Αυτός ο συνδυασμός εξασφαλίζει τη δυνατότητα χρήσης του βέλτιστου επιπέδου ροής σε κάθε σημείο λειτουργίας, αυξάνοντας έτσι την απόδοση του προτεινόμενου φωτοβολταϊκού συστήματος άντλησης νερού. Ως εκ τούτου, φαίνεται να είναι πολύ βολικό για εφαρμογές άντλησης νερού φωτοβολταϊκών.
Επιπλέον, εκτελείται μια δοκιμή επεξεργαστή-στο βρόχο της προτεινόμενης μεθόδου χρησιμοποιώντας την πλακέτα STM32F4 ως πειραματική επικύρωση. Τα κύρια πλεονεκτήματα αυτού του πυρήνα είναι η απλότητα στην υλοποίηση, το χαμηλό κόστος και η έλλειψη ανάγκης ανάπτυξης σύνθετων προγραμμάτων 30 .Επιπλέον , η πλακέτα μετατροπής FT232RL USB-UART σχετίζεται με το STM32F4, το οποίο εγγυάται μια εξωτερική διεπαφή επικοινωνίας για τη δημιουργία μιας εικονικής σειριακής θύρας (θύρα COM) στον υπολογιστή. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει τη μετάδοση δεδομένων με υψηλούς ρυθμούς baud.
Η απόδοση του PVWPS χρησιμοποιώντας την προτεινόμενη τεχνική συγκρίνεται με συστήματα φωτοβολταϊκών χωρίς ελαχιστοποίηση απωλειών υπό διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν δείχνουν ότι το προτεινόμενο σύστημα φωτοβολταϊκών αντλιών νερού είναι καλύτερο στην ελαχιστοποίηση των απωλειών ρεύματος και χαλκού του στάτη, βελτιστοποιώντας τη ροή και την άντληση νερού.
Η υπόλοιπη εργασία δομείται ως εξής: Η μοντελοποίηση του προτεινόμενου συστήματος δίνεται στην ενότητα «Μοντελοποίηση Φωτοβολταϊκών Συστημάτων». Στην ενότητα «Στρατηγική ελέγχου του υπό μελέτη συστήματος», FDTC, η προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου και η τεχνική MPPT είναι περιγράφονται λεπτομερώς. Τα ευρήματα συζητούνται στην ενότητα "Αποτελέσματα προσομοίωσης". Στην ενότητα "Δοκιμή PIL με τον πίνακα εντοπισμού STM32F4", περιγράφεται η δοκιμή στον βρόχο επεξεργαστή. Τα συμπεράσματα αυτής της εργασίας παρουσιάζονται στο " ενότητα Συμπεράσματα».
Το σχήμα 1 δείχνει την προτεινόμενη διαμόρφωση συστήματος για ένα αυτόνομο σύστημα άντλησης νερού Φ/Β. Το σύστημα αποτελείται από μια φυγόκεντρη αντλία βασισμένη σε IM, μια φωτοβολταϊκή συστοιχία, δύο μετατροπείς ισχύος [μετατροπέας ενίσχυσης και μετατροπέας πηγής τάσης (VSI)]. Σε αυτήν την ενότητα , παρουσιάζεται η μοντελοποίηση του μελετημένου συστήματος άντλησης φωτοβολταϊκών υδάτων.
Αυτή η εργασία υιοθετεί το μοντέλο μιας διόδου τουηλιακόςφωτοβολταϊκά στοιχεία. Τα χαρακτηριστικά του φωτοβολταϊκού στοιχείου συμβολίζονται με τα 31, 32 και 33.
Για την εκτέλεση της προσαρμογής, χρησιμοποιείται ένας μετατροπέας ενίσχυσης. Η σχέση μεταξύ των τάσεων εισόδου και εξόδου του μετατροπέα DC-DC δίνεται από την εξίσωση 34 παρακάτω:
Το μαθηματικό μοντέλο του IM μπορεί να περιγραφεί στο πλαίσιο αναφοράς (α,β) από τις ακόλουθες εξισώσεις 5,40:
Όπου \(l_{s }\),\(l_{r}\): επαγωγή στάτορα και ρότορα, M: αμοιβαία επαγωγή, \(R_{s }\), \(I_{s }\): αντίσταση στάτη και Ρεύμα στάτη, \(R_{r}\), \(I_{r }\): αντίσταση ρότορα και ρεύμα ρότορα, \(\phi_{s}\), \(V_{s}\): ροή στάτορα και στάτορας τάση , \(\phi_{r}\), \(V_{r}\): ροή ρότορα και τάση ρότορα.
Η ροπή φορτίου της φυγόκεντρης αντλίας ανάλογη με το τετράγωνο της ταχύτητας IM μπορεί να προσδιοριστεί από:
Ο έλεγχος του προτεινόμενου συστήματος αντλίας νερού χωρίζεται σε τρεις διακριτές υποενότητες. Το πρώτο μέρος ασχολείται με την τεχνολογία MPPT. Το δεύτερο μέρος ασχολείται με την οδήγηση του IM με βάση τον άμεσο έλεγχο ροπής του ελεγκτή ασαφούς λογικής. Επιπλέον, η ενότητα III περιγράφει μια τεχνική που σχετίζεται με DTC που βασίζεται σε FLC που επιτρέπει τον προσδιορισμό των ροών αναφοράς.
Σε αυτή την εργασία, χρησιμοποιείται μια τεχνική P&O μεταβλητού βήματος για την παρακολούθηση του σημείου μέγιστης ισχύος. Χαρακτηρίζεται από γρήγορη παρακολούθηση και χαμηλή ταλάντωση (Εικόνα 2)37,38,39.
Η κύρια ιδέα του DTC είναι ο άμεσος έλεγχος της ροής και της ροπής του μηχανήματος, αλλά η χρήση ρυθμιστών υστέρησης για ηλεκτρομαγνητική ροπή και ρύθμιση ροής στάτη έχει ως αποτέλεσμα υψηλή ροπή και κυματισμό ροής. Ως εκ τούτου, εισάγεται μια τεχνική θολώματος για τη βελτίωση της Η μέθοδος DTC (Εικ. 7) και το FLC μπορεί να αναπτύξει επαρκείς καταστάσεις διανύσματος μετατροπέα.
Σε αυτό το βήμα, η είσοδος μετατρέπεται σε ασαφείς μεταβλητές μέσω συναρτήσεων μέλους (MF) και γλωσσικών όρων.
Οι τρεις συναρτήσεις μέλους για την πρώτη είσοδο (εφ) είναι αρνητικές (N), θετικές (P) και μηδέν (Z), όπως φαίνεται στο Σχήμα 3.
Οι πέντε συναρτήσεις ιδιότητας μέλους για τη δεύτερη είσοδο (\(\varepsilon\)Tem) είναι Αρνητικό Μεγάλο (NL) Αρνητικό Μικρό (NS) Μηδέν (Z) Θετικό Μικρό (PS) και Θετικό Μεγάλο (PL), όπως φαίνεται στο Σχήμα 4.
Η τροχιά ροής στάτορα αποτελείται από 12 τομείς, στους οποίους το ασαφές σύνολο αντιπροσωπεύεται από μια ισοσκελή τριγωνική συνάρτηση μέλους, όπως φαίνεται στο Σχήμα 5.
Ο Πίνακας 1 ομαδοποιεί 180 ασαφείς κανόνες που χρησιμοποιούν τις συναρτήσεις ιδιότητας μέλους εισόδου για την επιλογή κατάλληλων καταστάσεων μεταγωγής.
Η μέθοδος συμπερασμάτων εκτελείται χρησιμοποιώντας την τεχνική του Mamdani. Ο συντελεστής βάρους (\(\alpha_{i}\)) του κανόνα i-ου δίνεται από:
where\(\mu Ai \left( {e\varphi } \right)\),\(\mu Bi\left( {eT} \right) ,\) \(\mu Ci\left( \theta \right) \) : Τιμή ιδιότητας μέλους σφάλματος γωνίας μαγνητικής ροής, ροπής και ροής στάτη.
Το σχήμα 6 απεικονίζει τις ευκρινείς τιμές που λαμβάνονται από τις ασαφείς τιμές χρησιμοποιώντας τη μέγιστη μέθοδο που προτείνεται από την Εξ.(20).
Αυξάνοντας την απόδοση του κινητήρα, μπορεί να αυξηθεί ο ρυθμός ροής, ο οποίος με τη σειρά του αυξάνει την ημερήσια άντληση νερού (Εικόνα 7). Ο σκοπός της ακόλουθης τεχνικής είναι να συσχετίσει μια στρατηγική που βασίζεται στην ελαχιστοποίηση των απωλειών με μια μέθοδο άμεσου ελέγχου ροπής.
Είναι γνωστό ότι η τιμή της μαγνητικής ροής είναι σημαντική για την απόδοση του κινητήρα. Οι υψηλές τιμές ροής οδηγούν σε αυξημένες απώλειες σιδήρου καθώς και σε μαγνητικό κορεσμό του κυκλώματος. Αντίθετα, τα χαμηλά επίπεδα ροής έχουν ως αποτέλεσμα υψηλές απώλειες Joule.
Επομένως, η μείωση των απωλειών στο ΔΥ σχετίζεται άμεσα με την επιλογή του επιπέδου ροής.
Η προτεινόμενη μέθοδος βασίζεται στη μοντελοποίηση των απωλειών Joule που σχετίζονται με το ρεύμα που ρέει μέσω των περιελίξεων του στάτορα στο μηχάνημα. Συνίσταται στη ρύθμιση της τιμής της ροής του δρομέα σε μια βέλτιστη τιμή, ελαχιστοποιώντας έτσι τις απώλειες κινητήρα για αύξηση της απόδοσης. Απώλειες Joule μπορεί να εκφραστεί ως εξής (αγνοώντας τις βασικές απώλειες):
Η ηλεκτρομαγνητική ροπή\(C_{em}\) και η ροή του ρότορα\(\phi_{r}\) υπολογίζονται στο σύστημα συντεταγμένων dq ως:
Η ηλεκτρομαγνητική ροπή\(C_{em}\) και η ροή του ρότορα\(\phi_{r}\) υπολογίζονται στην αναφορά (d,q) ως:
λύνοντας την εξίσωση.(30), μπορούμε να βρούμε το βέλτιστο ρεύμα στάτη που εξασφαλίζει βέλτιστη ροή ρότορα και ελάχιστες απώλειες:
Πραγματοποιήθηκαν διάφορες προσομοιώσεις χρησιμοποιώντας το λογισμικό MATLAB/Simulink για την αξιολόγηση της ευρωστίας και της απόδοσης της προτεινόμενης τεχνικής. Το σύστημα που ερευνήθηκε αποτελείται από οκτώ πάνελ 230 W CSUN 235-60P (Πίνακας 2) συνδεδεμένα σε σειρά. Η φυγοκεντρική αντλία κινείται από IM, και Οι χαρακτηριστικές του παράμετροι φαίνονται στον Πίνακα 3. Τα στοιχεία του Φ/Β συστήματος άντλησης φαίνονται στον Πίνακα 4.
Σε αυτήν την ενότητα, ένα φωτοβολταϊκό σύστημα άντλησης νερού που χρησιμοποιεί FDTC με αναφορά σταθερής ροής συγκρίνεται με ένα προτεινόμενο σύστημα που βασίζεται στη βέλτιστη ροή (FDTCO) υπό τις ίδιες συνθήκες λειτουργίας. Η απόδοση και των δύο φωτοβολταϊκών συστημάτων δοκιμάστηκε λαμβάνοντας υπόψη τα ακόλουθα σενάρια:
Αυτή η ενότητα παρουσιάζει την προτεινόμενη κατάσταση εκκίνησης του συστήματος αντλίας με βάση έναν ρυθμό ηλιοφάνειας 1000 W/m2. Το σχήμα 8e απεικονίζει την απόκριση ηλεκτρικής ταχύτητας. Σε σύγκριση με το FDTC, η προτεινόμενη τεχνική παρέχει καλύτερο χρόνο ανύψωσης, φθάνοντας σε σταθερή κατάσταση στο 1,04 s, και με FDTC, φθάνοντας σε σταθερή κατάσταση στα 1,93 s. Το σχήμα 8f δείχνει την άντληση των δύο στρατηγικών ελέγχου. Μπορεί να φανεί ότι το FDTCO αυξάνει την ποσότητα άντλησης, γεγονός που εξηγεί τη βελτίωση της ενέργειας που μετατρέπεται από το IM. Εικόνες 8g και 8h αντιπροσωπεύουν το τραβηγμένο ρεύμα στάτη. Το ρεύμα εκκίνησης που χρησιμοποιεί το FDTC είναι 20 A, ενώ η προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου προτείνει ρεύμα εκκίνησης 10 A, το οποίο μειώνει τις απώλειες Joule. Τα σχήματα 8i και 8j δείχνουν την ανεπτυγμένη ροή στάτη. Το FDTC βασίζεται Το PVPWS λειτουργεί με σταθερή ροή αναφοράς 1,2 Wb, ενώ στην προτεινόμενη μέθοδο, η ροή αναφοράς είναι 1 Α, η οποία εμπλέκεται στη βελτίωση της απόδοσης του φωτοβολταϊκού συστήματος.
(ένα)Ηλιακόςακτινοβολία (β) Εξαγωγή ισχύος (γ) Κύκλος λειτουργίας (δ) Τάση διαύλου συνεχούς ρεύματος (ε) Ταχύτητα ρότορα (στ) άντληση νερού (ζ) Ρεύμα φάσης στάτη για FDTC (η) Ρεύμα φάσης στάτη για FDTCO (i) Απόκριση ροής με χρήση FLC (ι) Απόκριση ροής με χρήση FDTCO (κ) Τροχιά ροής στάτη με χρήση FDTC (λ) Τροχιά ροής στάτη με χρήση FDTCO.
οηλιακόςΗ ακτινοβολία κυμαινόταν από 1000 έως 700 W/m2 σε 3 δευτερόλεπτα και στη συνέχεια σε 500 W/m2 σε 6 δευτερόλεπτα (Εικ. 8a). Το σχήμα 8β δείχνει την αντίστοιχη φωτοβολταϊκή ισχύ για 1000 W/m2, 700 W/m2 και 500 W/m2 Τα σχήματα 8c και 8d απεικονίζουν τον κύκλο λειτουργίας και την τάση σύνδεσης συνεχούς ρεύματος, αντίστοιχα. Το σχήμα 8e απεικονίζει την ηλεκτρική ταχύτητα του IM, και μπορούμε να παρατηρήσουμε ότι η προτεινόμενη τεχνική έχει καλύτερη ταχύτητα και χρόνο απόκρισης σε σύγκριση με το φωτοβολταϊκό σύστημα που βασίζεται σε FDTC. Σχήμα 8στ δείχνει την άντληση νερού για διαφορετικά επίπεδα ακτινοβολίας που λαμβάνονται με χρήση FDTC και FDTCO. Μπορεί να επιτευχθεί περισσότερη άντληση με FDTCO παρά με FDTC. Τα σχήματα 8g και 8h απεικονίζουν τις προσομοιωμένες αποκρίσεις ρεύματος χρησιμοποιώντας τη μέθοδο FDTC και την προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου. Με τη χρήση της προτεινόμενης τεχνικής ελέγχου , το πλάτος του ρεύματος ελαχιστοποιείται, πράγμα που σημαίνει λιγότερες απώλειες χαλκού, αυξάνοντας έτσι την απόδοση του συστήματος. Επομένως, τα υψηλά ρεύματα εκκίνησης μπορούν να οδηγήσουν σε μειωμένη απόδοση του μηχανήματος. Το σχήμα 8j δείχνει την εξέλιξη της απόκρισης ροής για την επιλογή τουβέλτιστη ροή για να διασφαλιστεί ότι οι απώλειες ελαχιστοποιούνται, επομένως, η προτεινόμενη τεχνική απεικονίζει την απόδοσή της. Σε αντίθεση με το σχήμα 8i, η ροή είναι σταθερή, η οποία δεν αντιπροσωπεύει τη βέλτιστη λειτουργία. Τα σχήματα 8k και 8l δείχνουν την εξέλιξη της τροχιάς ροής του στάτη.Εικόνα Το 8l απεικονίζει τη βέλτιστη ανάπτυξη ροής και εξηγεί την κύρια ιδέα της προτεινόμενης στρατηγικής ελέγχου.
Μια ξαφνική αλλαγή σεηλιακόςεφαρμόστηκε ακτινοβολία, ξεκινώντας με ακτινοβολία 1000 W/m2 και μειώνοντας απότομα σε 500 W/m2 μετά από 1,5 s (Εικ. 9a). Το σχήμα 9β δείχνει τη φωτοβολταϊκή ισχύ που εξάγεται από τα φωτοβολταϊκά πάνελ, που αντιστοιχεί σε 1000 W/m2 και 500 W/m2. Τα σχήματα 9c και 9d απεικονίζουν τον κύκλο λειτουργίας και την τάση σύνδεσης συνεχούς ρεύματος, αντίστοιχα. Όπως φαίνεται από το Σχ. 9e, η προτεινόμενη μέθοδος παρέχει καλύτερο χρόνο απόκρισης. Το σχήμα 9f δείχνει την άντληση νερού που επιτυγχάνεται για τις δύο στρατηγικές ελέγχου. με το FDTCO ήταν υψηλότερο από το FDTC, αντλώντας 0,01 m3/s σε 1000 W/m2 ακτινοβολία σε σύγκριση με 0,009 m3/s με FDTC.Επιπλέον, όταν η ακτινοβολία ήταν 500 W At /m2, το FDTCO αντλούσε 0,0079 m3/s, ενώ το FDTC άντλησε 0,0077 m3/s. Εικόνες 9g και 9h. Περιγράφει την τρέχουσα απόκριση που προσομοιώθηκε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο FDTC και την προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου. Μπορούμε να σημειώσουμε ότι η προτεινόμενη στρατηγική ελέγχου δείχνει ότι το πλάτος ρεύματος μειώνεται υπό απότομες αλλαγές ακτινοβολίας, με αποτέλεσμα μειωμένες απώλειες χαλκού. Το σχήμα 9j δείχνει την εξέλιξη της απόκρισης ροής προκειμένου να επιλεγεί η βέλτιστη ροή για να διασφαλιστεί ότι οι απώλειες ελαχιστοποιούνται, επομένως, η προτεινόμενη τεχνική απεικονίζει την απόδοσή του με ροή 1 Wb και ακτινοβολία 1000 W/m2, ενώ η ροή είναι 0,83 Wb και η ακτινοβολία είναι 500 W/m2. Σε αντίθεση με το σχήμα 9i, η ροή είναι σταθερή στα 1,2 Wb, το οποίο δεν αντιπροσωπεύουν τη βέλτιστη λειτουργία. Τα σχήματα 9k και 9l δείχνουν την εξέλιξη της τροχιάς ροής του στάτη. Το σχήμα 9l απεικονίζει τη βέλτιστη ανάπτυξη ροής και εξηγεί την κύρια ιδέα της προτεινόμενης στρατηγικής ελέγχου και τη βελτίωση του προτεινόμενου συστήματος άντλησης.
(ένα)Ηλιακόςακτινοβολία (β) Εξαγόμενη ισχύς (γ) Κύκλος λειτουργίας (δ) Τάση διαύλου DC (ε) Ταχύτητα ρότορα (στ) Ροή νερού (ζ) Ρεύμα φάσης στάτη για FDTC (η) Ρεύμα φάσης στάτη για FDTCO (i) ) Απόκριση ροής με χρήση FLC (j) Απόκριση ροής με χρήση FDTCO (k) Τροχιά ροής στάτορα με χρήση FDTC (l) Τροχιά ροής στάτη με χρήση FDTCO.
Μια συγκριτική ανάλυση των δύο τεχνολογιών όσον αφορά την τιμή ροής, το πλάτος ρεύματος και την άντληση παρουσιάζεται στον Πίνακα 5, ο οποίος δείχνει ότι το PVWPS που βασίζεται στην προτεινόμενη τεχνολογία παρέχει υψηλή απόδοση με αυξημένη ροή άντλησης και ελαχιστοποιημένο πλάτος ρεύμα και απώλειες, που οφείλονται στη βέλτιστη επιλογή ροής.
Για την επαλήθευση και τη δοκιμή της προτεινόμενης στρατηγικής ελέγχου, εκτελείται μια δοκιμή PIL με βάση την πλακέτα STM32F4. Περιλαμβάνει τη δημιουργία κώδικα που θα φορτωθεί και θα εκτελεστεί στην ενσωματωμένη πλακέτα. Η πλακέτα περιέχει έναν μικροελεγκτή 32 bit με 1 MB Flash, 168 MHz συχνότητα ρολογιού, μονάδα κινητής υποδιαστολής, οδηγίες DSP, 192 KB SRAM. Κατά τη διάρκεια αυτής της δοκιμής, δημιουργήθηκε ένα ανεπτυγμένο μπλοκ PIL στο σύστημα ελέγχου που περιέχει τον παραγόμενο κώδικα με βάση την πλακέτα υλικού εντοπισμού STM32F4 και εισήχθη στο λογισμικό Simulink. Τα βήματα που επιτρέπουν Οι δοκιμές PIL που πρόκειται να διαμορφωθούν χρησιμοποιώντας την πλακέτα STM32F4 φαίνονται στο Σχήμα 10.
Η δοκιμή PIL συν-προσομοίωσης με χρήση STM32F4 μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως τεχνική χαμηλού κόστους για την επαλήθευση της προτεινόμενης τεχνικής. Σε αυτό το άρθρο, η βελτιστοποιημένη ενότητα που παρέχει την καλύτερη ροή αναφοράς εφαρμόζεται στο STMicroelectronics Discovery Board (STM32F4).
Το τελευταίο εκτελείται ταυτόχρονα με το Simulink και ανταλλάσσει πληροφορίες κατά τη συν-προσομοίωση χρησιμοποιώντας την προτεινόμενη μέθοδο PVWPS. Το σχήμα 12 απεικονίζει την υλοποίηση του υποσυστήματος τεχνολογίας βελτιστοποίησης στο STM32F4.
Μόνο η προτεινόμενη τεχνική βέλτιστης ροής αναφοράς εμφανίζεται σε αυτή τη συν-προσομοίωση, καθώς είναι η κύρια μεταβλητή ελέγχου για αυτήν την εργασία που δείχνει τη συμπεριφορά ελέγχου ενός φωτοβολταϊκού συστήματος άντλησης νερού.
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-15-2022
