Dina taun-taun ayeuna, perbaikan efisiensi sistem ngompa cai photovoltaic (PVWPS) parantos narik minat para panaliti, sabab operasina dumasar kana produksi énergi listrik bersih. aplikasi nu incorporates téknik minimization leungitna dilarapkeun ka motor induksi (IM). Kontrol anu diusulkeun milih gedena fluks optimal ku ngaminimalkeun karugian IM. Sajaba ti éta, métode observasi perturbasi variabel-lengkah ogé diwanohkeun. The suitability tina kontrol diusulkeun dipikawanoh ku ngurangan arus tilelep;kituna, karugian motor diminimalkeun jeung efisiensi ningkat.Strategi kontrol nu diusulkeun dibandingkeun jeung métode tanpa leungitna minimization.The hasil ngabandingkeun ngagambarkeun efektivitas metoda diusulkeun, nu dumasar kana minimization tina karugian dina laju listrik, diserep arus, ngalir. cai, sarta ngamekarkeun flux.A test processor-in-the-loop (PIL) dipigawé salaku uji ékspérimén sahiji metodeu diusulkeun. Ieu ngawengku palaksanaan kodeu C dihasilkeun dina papan kapanggihna STM32F4. Hasilna dicandak ti embedded dewan téh sarupa jeung hasil simulasi numeris.
Énergi renewable, utamanasuryatéhnologi photovoltaic, bisa jadi alternatif cleaner pikeun suluh fosil dina ngompa cai systems1,2.Sistem ngompa Photovoltaic geus narima perhatian considerable di wewengkon terpencil tanpa listrik3,4.
Rupa-rupa mesin dipaké dina aplikasi ngompa PV. Tahap primér PVWPS dumasar kana motor DC. Motor ieu téh gampang pikeun ngadalikeun jeung nerapkeun, tapi merlukeun pangropéa biasa alatan ayana annotators jeung brushes5. Pikeun nungkulan shortcoming ieu, brushless. motor magnet permanén diwanohkeun, nu dicirikeun ku brushless, efisiensi tinggi na reliability6.Dibandingkeun jeung motor sejen, PVWPS basis IM boga kinerja hadé sabab motor ieu bisa dipercaya, béaya rendah, pangropéa-gratis, sarta nawarkeun leuwih kamungkinan pikeun strategies kontrol7. .Teknik Indirect Field Oriented Control (IFOC) sareng metode Direct Torque Control (DTC) biasana dianggo8.
IFOC dikembangkeun ku Blaschke na Hasse tur ngamungkinkeun ngarobah laju IM dina rentang lega9,10.Arus stator dibagi jadi dua bagian, hiji dibangkitkeun fluks magnét sarta séjén dibangkitkeun torsi ku jalan ngarobah kana dq koordinat system.This ngamungkinkeun kontrol bebas fluks jeung torsi dina kaayaan ajeg sarta kondisi dinamis.Axis (d) ieu Blok jeung vektor spasi fluks rotor, nu ngalibatkeun komponén q-sumbu tina vektor spasi fluks rotor nu salawasna zero.FOC nyadiakeun respon alus tur gancang11 ,12, kumaha oge, metoda ieu rumit sarta tunduk kana variasi parameter13.Pikeun nungkulan shortcomings ieu, Takashi na Noguchi14 diwanohkeun DTC, nu boga kinerja dinamis tinggi jeung mantap sarta kirang sénsitip kana parobahan parameter.In DTC, torsi éléktromagnétik jeung fluks stator. dikawasa ku cara ngirangan fluks stator sareng torsi tina perkiraan anu saluyu.duanana fluks stator sarta torsi.
The kasulitan utama strategi kontrol ieu torsi badag tur fluctuations fluks alatan pamakéan régulator hysteresis pikeun fluks stator sarta regulation15,42 torsi éléktromagnétik converters multilevel dipaké pikeun ngaleutikan ripple, tapi efisiensi diréduksi ku jumlah switch kakuatan16. Sababaraha pangarang geus ngagunakeun spasi vektor modulasi (SWM)17, ngageser mode kontrol (SMC) 18, nu mangrupakeun téhnik kuat tapi kakurangan tina épék jittering pikaresepeun19. Loba peneliti geus ngagunakeun téhnik kecerdasan jieunan pikeun ngaronjatkeun kinerja controller, diantarana, (1) neural. jaringan, strategi kontrol anu merlukeun prosesor-speed tinggi pikeun nerapkeun20, sarta (2) algoritma genetik21.
kontrol Fuzzy téh mantap, cocog pikeun strategi kontrol nonlinier, sarta teu merlukeun pangaweruh ngeunaan model pasti. Ieu ngawengku pamakéan blok logika Fuzzy tinimbang controller hysteretic sarta switch tabel Pilihan pikeun ngurangan fluks sarta torsi ripple.It patut nunjuk kaluar yén DTCs basis FLC nyadiakeun performance22 hadé, tapi teu cukup pikeun maksimalkeun pungsi efisiensi mesin, jadi kontrol loop téhnik optimasi diperlukeun.
Dina kalolobaan studi saméméhna, pangarang milih fluks konstan salaku fluks rujukan, tapi pilihan rujukan ieu teu ngagambarkeun prakték optimal.
Kinerja tinggi, efisiensi tinggi drive motor merlukeun gancang jeung akurat speed response.Di sisi séjén, pikeun sababaraha operasi, kontrol bisa jadi teu optimal, jadi efisiensi sistem drive teu bisa dioptimalkeun. a rujukan fluks variabel salila operasi sistem.
Loba pangarang geus diusulkeun a search controller (SC) nu ngaminimalkeun karugian dina kaayaan beban béda (kayaning in27) pikeun ngaronjatkeun efisiensi mesin.Téknik diwangun ku ngukur jeung ngaminimalkeun daya input ku iterative d-sumbu ayeuna rujukan atawa fluks stator. reference.However, metoda ieu ngawanohkeun ripple torsi alatan osilasi hadir dina fluks hawa-gap, sarta palaksanaan metoda ieu consuming waktu jeung komputasi sumberdaya-intensif.Particle ngagimbung optimasi ogé dipaké pikeun ngaronjatkeun efisiensi28, tapi téhnik ieu bisa macét dina minimum lokal, ngarah kana pamilihan parameter kontrol anu goréng29.
Dina makalah ieu, téhnik patali FDTC diusulkeun pikeun milih fluks magnét optimal ku cara ngurangan losses.This motor kombinasi ensures kamampuhan pikeun ngagunakeun tingkat fluks optimal dina unggal titik operasi, kukituna ngaronjatkeun efisiensi tina sistem ngompa cai photovoltaic diusulkeun. Ku alatan éta, sigana pisan merenah pikeun aplikasi ngompa cai photovoltaic.
Saterusna, test processor-in-the-loop sahiji metodeu diusulkeun dipigawé ngagunakeun dewan STM32F4 salaku validasi ékspérimén. Kaunggulan utama inti ieu kesederhanaan palaksanaan, béaya rendah jeung teu kudu ngamekarkeun program kompléks 30 .Sajaba ti éta. , FT232RL USB-UART dewan konversi pakait sareng STM32F4, nu ngajamin hiji panganteur komunikasi éksternal guna ngadegkeun port serial maya (port COM) dina computer.Metoda ieu ngamungkinkeun data bisa dikirimkeun dina ongkos baud tinggi.
Kinerja PVWPS ngagunakeun téknik anu diusulkeun dibandingkeun sareng sistem PV tanpa ngirangan leungitna dina kaayaan operasi anu béda. Hasil anu diala nunjukkeun yén sistem pompa cai photovoltaic anu diusulkeun langkung saé dina ngaminimalkeun karugian arus stator sareng tambaga, ngaoptimalkeun fluks sareng ngompa cai.
Sesa kertas ieu terstruktur saperti kieu: The modeling tina sistem diusulkeun dirumuskeun dina bagian "Modeling of Photovoltaic Systems". Dijelaskeun sacara rinci.Papanggihan dibahas dina bagian "Hasil Simulasi".Dina bagian "uji coba PIL sareng papan panemuan STM32F4", tés prosésor-in-the-loop dijelaskeun. Kacindekan tina makalah ieu dibere dina " Kacindekan" bagian.
Gambar 1 nunjukkeun konfigurasi sistem anu diusulkeun pikeun sistem pompa cai PV mandiri.Sistem diwangun ku pompa centrifugal basis IM, Asép Sunandar Sunarya photovoltaic, dua konverter kakuatan [konverter booster sareng inverter sumber tegangan (VSI)].Dina bagian ieu. , modeling tina sistem ngompa cai photovoltaic ditalungtik dibere.
Tulisan ieu ngadopsi modél dioda tunggal tinasuryasél photovoltaic.Karakteristik sél PV dilambangkeun ku 31, 32, jeung 33.
Pikeun ngalaksanakeun adaptasi, dianggo konverter dorongan. Hubungan antara tegangan input sareng kaluaran konverter DC-DC dirumuskeun ku Persamaan 34 di handap:
Modél matematik IM bisa digambarkeun dina pigura rujukan (α,β) ku persamaan di handap 5,40:
Dimana \(l_{s}\),\(l_{r}\): stator jeung induktansi rotor, M: induktansi silih, \(R_{s}\), \(I_{s}\): résistansi stator jeung Arus stator, \(R_{r}\), \(I_{r}\): résistansi rotor sareng arus rotor, \(\phi_{s}\), \(V_{s}\): fluks stator sareng stator tegangan , \(\phi_{r}\), \(V_{r}\): fluks rotor jeung tegangan rotor.
Torsi beban pompa centrifugal sabanding jeung kuadrat laju IM bisa ditangtukeun ku:
Kadali sistem pompa cai diusulkeun dibagi kana tilu subsections béda.Bagian kahiji nguruskeun téhnologi MPPT.Bagian kadua nguruskeun nyetir IM dumasar kana kontrol torsi langsung controller logika Fuzzy urang.Salajengna, Bagian III ngajelaskeun téhnik nu patali jeung DTC basis FLC anu ngamungkinkeun nangtukeun fluxes rujukan.
Dina karya ieu, téhnik P & O variabel-step dipaké pikeun ngalacak titik kakuatan maksimum. Hal ieu dicirikeun ku tracking gancang sarta osilasi low (Gambar 2)37,38,39.
Gagasan utama DTC nyaéta pikeun langsung ngadalikeun fluks sareng torsi mesin, tapi panggunaan régulator histeresis pikeun torsi éléktromagnétik sareng régulasi fluks stator nyababkeun torsi tinggi sareng ripple fluks. Metoda DTC (Gbr. 7), sarta FLC bisa ngamekarkeun kaayaan vektor inverter cukup.
Dina léngkah ieu, input dirobah jadi variabel kabur ngaliwatan fungsi anggota (MF) jeung istilah linguistik.
Tilu fungsi kaanggotaan pikeun input kahiji (εφ) nyaéta négatip (N), positip (P), sareng nol (Z), sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 3.
Lima fungsi kaanggotaan pikeun input kadua (\(\varepsilon\)Tem) nyaéta Negatif Besar (NL) Negatif Leutik (NS) Nol (Z) Positif Leutik (PS) jeung Positif Besar (PL), ditémbongkeun saperti dina Gambar 4.
Lintasan fluks stator diwangun ku 12 séktor, dimana set Fuzzy diwakilan ku fungsi kaanggotaan segitiga isosceles, sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 5.
meja 1 grup 180 aturan Fuzzy anu ngagunakeun fungsi kaanggotaan input pikeun milih kaayaan switch luyu.
Métode inferensi dilakukeun ngagunakeun téhnik Mamdani. Faktor beurat (\(\alpha_{i}\)) aturan i-th dirumuskeun ku:
dimana\(\mu Ai \left( {e\varphi } \right)\),\(\mu Bi\left( {eT} \right) ,\) \(\mu Ci\left( \theta \right) \): Nilai kaanggotaan fluks magnét, torsi jeung kasalahan sudut fluks stator.
Gambar 6 ngagambarkeun nilai seukeut nu dimeunangkeun tina nilai fuzzy ngagunakeun métode maksimum nu diajukeun ku Eq.(20).
Ku cara ningkatkeun efisiensi motor, laju aliran bisa ngaronjat, anu dina gilirannana ngaronjatkeun ngompa cai poean (Gambar 7) .Tujuan tina téhnik di handap ieu pikeun ngahubungkeun strategi leungitna leungitna dumasar kana métode kontrol torsi langsung.
Hal ieu ogé dipikawanoh yen nilai fluks magnét penting pikeun efisiensi motor.Nilai fluks tinggi ngakibatkeun ngaronjat karugian beusi ogé jenuh magnét sirkuit.Sabalikna, tingkat fluks low ngakibatkeun karugian Joule tinggi.
Ku alatan éta, pangurangan karugian dina IM langsung patali jeung pilihan tingkat fluks.
Metoda diusulkeun dumasar kana modeling tina karugian Joule pakait sareng arus ngalir ngaliwatan windings stator dina machine.It diwangun ku nyaluyukeun nilai fluks rotor ka nilai optimum, kukituna ngaminimalkeun karugian motor pikeun ngaronjatkeun efficiency.Joule leungitna. bisa dikedalkeun saperti kieu (teu malire karugian inti):
Torsi éléktromagnétik\(C_{em}\) jeung fluks rotor\(\phi_{r}\) diitung dina sistem koordinat dq saperti:
Torsi éléktromagnétik\(C_{em}\) jeung fluks rotor\(\phi_{r}\) diitung dina rujukan (d,q) salaku:
ku ngarengsekeun persamaan.(30), urang bisa manggihan arus stator optimal nu ensures fluks rotor optimal sarta karugian minimal:
simulasi béda anu dipigawé maké software MATLAB / Simulink mun evaluate ketahanan sarta kinerja téhnik diusulkeun.Sistem ditalungtik diwangun ku dalapan panels 230 W CSUN 235-60P (Tabel 2) disambungkeun di runtuyan. Pompa centrifugal ieu disetir ku IM, sarta Parameter karakteristikna dipidangkeun dina Tabel 3. Komponén sistem pompa PV dipidangkeun dina Tabel 4.
Dina bagian ieu, sistem ngompa cai photovoltaic maké FDTC kalawan rujukan fluks konstan dibandingkeun jeung sistem diusulkeun dumasar kana fluks optimal (FDTCO) dina kaayaan operasi sarua.Kinerja duanana sistem photovoltaic ieu diuji ku tempo skenario handap:
bagian ieu presents diusulkeun kaayaan mimiti-up tina sistem pompa dumasar kana laju insolation of 1000 W / m2. Gambar 8e illustrates respon laju listrik. Dibandingkeun jeung FDTC, téhnik diusulkeun nyadiakeun waktu naék hadé, ngahontal kaayaan ajeg dina 1,04 s, tur kalawan FDTC, ngahontal kaayaan ajeg dina 1,93 s.Gambar 8f nembongkeun ngompa tina dua strategi kontrol.Hal ieu bisa ditempo yén FDTCO ngaronjatkeun jumlah ngompa, nu ngécéskeun pamutahiran dina énergi dirobah ku IM.Angka 8g jeung 8h ngagambarkeun arus stator ditarik.Arus ngamimitian maké FDTC nyaeta 20 A, sedengkeun strategi kontrol diajukeun nunjukkeun arus ngamimitian 10 A, nu ngurangan karugian Joule.Angka 8i jeung 8j nembongkeun flux stator dimekarkeun.Dumasar FDTC. PVPWS beroperasi dina fluks rujukan konstan 1,2 Wb, sedengkeun dina metoda nu diajukeun, fluks rujukan nyaéta 1 A, nu aub dina ngaronjatkeun efisiensi tina sistem photovoltaic.
(a)Suryaradiasi (b) Ékstraksi kakuatan (c) Siklus tugas (d) Tegangan beus DC (e) Laju rotor (f) Ngompa cai (g) Arus fase stator pikeun FDTC (h) Arus fase stator pikeun FDTCO (i) Réspon fluks maké FLC (j) réspon fluks maké FDTCO (k) lintasan fluks stator maké FDTC (l) lintasan fluks stator maké FDTCO.
Thesuryaradiasi variatif ti 1000 nepi ka 700 W / m2 dina 3 detik lajeng ka 500 W / m2 dina 6 detik (Gbr 8a). .Angka 8c sareng 8d ngagambarkeun siklus tugas sareng tegangan link DC, masing-masing. Gambar 8e ngagambarkeun laju listrik IM, sareng urang tiasa perhatikeun yén téknik anu diusulkeun gaduh kacepetan sareng waktos réspon anu langkung saé dibandingkeun sareng sistem photovoltaic dumasar FDTC. Gambar 8f nembongkeun ngompa cai pikeun tingkat irradiance béda diala maké FDTC na FDTCO.More ngompa bisa dihontal kalawan FDTCO ti kalawan FDTC.Angka 8g na 8h ngagambarkeun réspon ayeuna simulated ngagunakeun métode FDTC jeung strategi kontrol diusulkeun.By ngagunakeun téhnik kontrol diusulkeun. , amplitudo ayeuna diminimalkeun, nu hartina leungitna tambaga kirang, sahingga ngaronjatkeun efisiensi sistem.Ku alatan éta, arus mimiti-up tinggi bisa ngakibatkeun ngurangan kinerja mesin. Gambar 8j nembongkeun évolusi respon fluks guna milihfluks optimal pikeun mastikeun yén karugian diminimalkeun, kituna, téhnik diusulkeun illustrates kinerja na. Kontras jeung Gambar 8i, fluks konstan, nu teu ngagambarkeun operasi optimal. Angka 8k na 8l némbongkeun évolusi trajectory fluks stator. 8l ngagambarkeun pangembangan fluks optimal sareng ngajelaskeun ide utama strategi kontrol anu diusulkeun.
Parobahan ngadadak dinasuryaradiasi diterapkeun, dimimitian ku irradiance 1000 W / m2 sarta abruptly nurun ka 500 W / m2 sanggeus 1,5 s (Gbr. 9a). W / m2.Angka 9c sareng 9d ngagambarkeun siklus tugas sareng tegangan link DC, masing-masing.Sakumaha tiasa ditingali tina Gbr 9e, metode anu diusulkeun nyayogikeun waktos réspon anu langkung saé.Gambar 9f nunjukkeun pompa cai anu dicandak pikeun dua strategi kontrol. kalawan FDTCO éta leuwih luhur ti kalayan FDTC, ngompa 0,01 m3 / s dina 1000 W / m2 irradiance dibandingkeun 0,009 m3 / s kalawan FDTC;Saterusna, nalika irradiance éta 500 W Dina / m2, FDTCO ngompa 0,0079 m3 / s, bari FDTC ngompa 0,0077 m3 / s.Angka 9g na 9h.Describes respon ayeuna simulated ngagunakeun métode FDTC jeung strategi kontrol diusulkeun. strategi kontrol diusulkeun nunjukeun yen amplitudo ayeuna diréduksi dina parobahan irradiance dadakan, hasilna ngurangan karugian tambaga.Gambar 9j nembongkeun évolusi respon fluks guna milih fluks optimal pikeun mastikeun yén karugian anu minimal, kituna, téhnik diusulkeun. illustrates kinerja na ku fluks 1Wb jeung irradiance 1000 W/m2, sedengkeun fluks nyaeta 0.83Wb jeung irradiance nyaeta 500 W/m2. Kontras jeung Gbr. 9i, fluks konstan dina 1.2 Wb, nu teu ngawakilan fungsi optimal.Angka 9k sareng 9l nunjukkeun évolusi lintasan fluks stator.Gambar 9l ngagambarkeun pangembangan fluks anu optimal sareng ngajelaskeun ide utama strategi kontrol anu diusulkeun sareng perbaikan sistem pompa anu diusulkeun.
(a)Suryaradiasi (b) Daya sari (c) Siklus tugas (d) Tegangan beus DC (e) Laju rotor (f) Aliran cai (g) Arus fase stator pikeun FDTC (h) Arus fase stator pikeun FDTCO (i) ) Réspon fluks ngagunakeun FLC (j) réspon fluks maké FDTCO (k) lintasan fluks stator maké FDTC (l) lintasan fluks stator maké FDTCO.
Analisis komparatif tina dua téknologi tina segi nilai fluks, amplitudo arus sareng ngompa dipidangkeun dina Tabel 5, anu nunjukkeun yén PVWPS dumasar kana téknologi anu diusulkeun nyayogikeun kinerja anu luhur kalayan aliran pompa ningkat sareng ngaminimalkeun arus amplitudo sareng karugian, anu disababkeun. pikeun pilihan fluks optimal.
Pikeun pariksa sareng nguji strategi kontrol anu diusulkeun, tés PIL dilakukeun dumasar kana papan STM32F4. Ieu kalebet kode ngahasilkeun anu bakal dimuat sareng dijalankeun dina papan anu dipasang. Dewan ngandung mikrokontroler 32-bit sareng 1 MB Flash, 168 MHz. frékuénsi jam, Unit floating titik, parentah DSP, 192 KB SRAM. Salila test ieu, blok PIL dimekarkeun dijieun dina sistem kontrol ngandung kode dihasilkeun dumasar kana dewan hardware kapanggihna STM32F4 sarta diwanohkeun dina software Simulink. Léngkah pikeun ngidinan. Tés PIL pikeun dikonpigurasi nganggo papan STM32F4 dipidangkeun dina Gambar 10.
Uji coba PIL ko-simulasi nganggo STM32F4 tiasa dianggo salaku téknik béaya rendah pikeun pariksa téknik anu diusulkeun. Dina tulisan ieu, modul anu dioptimalkeun anu nyayogikeun fluks rujukan anu pangsaéna dilaksanakeun di Dewan Penemuan STMicroelectronics (STM32F4).
Panungtungan ieu dieksekusi concurrently kalawan Simulink sarta bursa informasi salila ko-simulasi ngagunakeun metoda PVWPS diusulkeun.Gambar 12 illustrates palaksanaan subsistem téhnologi optimasi di STM32F4.
Ngan ukur téknik fluks rujukan optimal anu diusulkeun dipidangkeun dina simulasi ieu, sabab éta variabel kontrol utama pikeun padamelan ieu anu nunjukkeun paripolah kontrol sistem pompa cai fotovoltaik.
waktos pos: Apr-15-2022
