Автономная солнечная ПВ система питания переменного тока с резервным аккумулятором

В этом примере показана конструкция автономной системы питания PV AC с резервным питанием от батарей, которая помогает:

Выберите необходимый уровень заряда батареи на основе профиля подключенной нагрузки и доступной солнечной энергии.
Определите расположение панелей с точки зрения количества последовательно соединенных строк и количества панелей на строку.
Помогает проектировать однофазный источник переменного тока постоянного напряжения.
Выберите подходящее значение для пропорционального усиления PI-контроллера и постоянной фазового ввода.

Как солнечные фотоэлектрические батареи, так и аккумуляторные батареи поддерживают автономные нагрузки. Нагрузка подключена к однофазному источнику переменного тока постоянного напряжения. Солнечная ПВ-система работает как в режиме слежения за точкой максимальной мощности, так и в режиме управления пониженным напряжением. В системе управления аккумуляторами используются двунаправленные преобразователи постоянного тока.

Автономная фотоэлектрическая система требует шести нормальных режимов работы, основанных на солнечном облучении, генерируемой солнечной энергии, подключенной нагрузке, состоянии заряда батареи, максимальной зарядке батареи и ограничениях тока разрядки.

Для отслеживания точки максимальной мощности (MPP) солнечного PV можно выбрать один из двух методов отслеживания точки максимальной мощности (MPPT):

Инкрементная проводимость
Возмущение и наблюдение

Можно указать среднесуточный профиль подключенной нагрузки, дневную доступную солнечную энергию региона (кВт/ч), рабочую температуру солнечной фотоэлектрической системы, день автономности, время подзарядки батареи, подачу переменного тока и спецификацию солнечной панели. данные производителя солнечных панелей используются для определения количества фотоэлектрических панелей, необходимых для обеспечения заданной генерирующей способности.

Для $\frac{K_v (sT_v+1)}{sT_v}$ управления солнечным PV и системой управления аккумулятором (BMS) выбирается PI-контроллер.

В этом примере используются:

Сценарий MATLAB ® live для разработки общей автономной PV-системы.
Simulink ® для проектирования/моделирования управляющей логики системы.
Simscape™ для моделирования цепи питания.
Stateflow™ для реализации логики контроля.

Автономная модель системы питания переменного тока PV

Чтобы открыть сценарий, который проектирует автономную систему питания ПВ переменного тока, в командной строке Matlab ® введите: edit 'ee _ solar _ standalone _ acsystem _ withbatterybackup _ data'

Выбранные параметры батареи и солнечной установки PV:

***********************************************************************************************
****          For the Given Stand-Alone PV System, Battery Sizing Parameters           ****
***********************************************************************************************
*** Calculated amphr of the battery  =  542.91 Ahr 
*** Battery nominal voltage  =  78 V
*** Battery voltage at 80% discharge  =  70.20 V 
*** Number of required battery cell  =  39.00 
*** Average discharge current  =  4.28 A
***********************************************************************************************
***********************************************************************************************
****          For the Given Solar Panel, PV Plant Parameters           ****
***********************************************************************************************
*** Required PV Power rating  =  9.36 kW 
*** Minimum number of panels required per string  =  8 
*** Maximum number of panels connected per string without reaching maximum voltage  =  10 
*** Minimum power rating of the solar PV plant  =  1.80 kW 
*** Maximum power possible per string without reaching maximum DC voltage  =  2.25 kW 
*** Actual number of panels per string  =  8 
*** Number of strings connected in parallel  =  5 
*** Actual solar PV plant power  =  9.01 kW
***********************************************************************************************
***********************************************************************************************
****                   Battery Charging/Discharging Parameters                             ****
***********************************************************************************************
Reference battery charging current = 45.24 A
Maximum battery charging current = 128.29 A
Maximum battery discharging current = 64.14 A
Maximum battery charging Power = 10.01 kW
Maximum battery discharging Power = 5.00 kW
***********************************************************************************************

Автономная панель мониторинга ПН переменного тока

В этом примере функция «Панель мониторинга Simulink ®» используется для отображения всех параметров системы в реальном времени. Поверните ручку приборной панели на панели мониторинга для изменения солнечного излучения и реальной и реактивной мощности подключенной нагрузки во время моделирования. Изменяя эти параметры, можно наблюдать, как PV-система переключается между рабочими режимами.

Подсистема солнечной установки

Подсистема солнечной станции моделирует солнечную установку, которая содержит параллельно соединенные струны солнечных батарей. Солнечная панель моделируется с использованием блока «Солнечный элемент» из библиотеки Simscape™ Electrical™. В этом примере используется выходное напряжение от шины постоянного тока, напряжение разомкнутой цепи в зависимости от температуры и освещенности для оценки количества последовательно соединенных струн солнечных панелей, и номинальная мощность установки для оценки числа параллельно соединенных струн солнечных панелей. Соединение нескольких панелей может замедлить моделирование, поскольку увеличивает количество элементов в модели. Предполагая равномерное излучение и температуру по всем солнечным панелям, можно уменьшить количество солнечных элементов, используя источники управляемого тока и напряжения, как показано в подсистеме солнечных панелей.

Отслеживание точки максимальной мощности (MPPT)

С помощью вариационной подсистемы реализуются две методики MPPT. Установите для переменной варианта MPPT значение 0 для выбора MPPT возмущения и наблюдения. Установите для переменной MPPT значение 1, чтобы выбрать инкрементную проводимость.

Промежуточный повышающий преобразователь постоянного тока

Преобразователь Boost DC-DC используется для управления мощностью солнечного PV. Когда батарея не полностью заряжена солнечным PV установка работает в точке максимальной мощности. Когда батарея полностью заряжена и нагрузка меньше, чем PV мощность, солнечный PV работает в режиме регулирования напряжения шины постоянного тока с постоянным выходом.

Система управления батареями (BMS)

В системе управления батареей используется двунаправленный преобразователь постоянного тока. Аккумуляторная батарея заряжается по конфигурации бак-преобразователя и разряжается с использованием конфигурации бустер-преобразователя. Для повышения производительности и жизненного цикла аккумулятора системы с резервным аккумулятором имеют ограниченный максимальный ток зарядки и разряда аккумулятора. В этом примере устанавливается предел максимальной мощности, которую батарея может подавать на нагрузку и поглощать от источника солнечного фотоэлектрического излучения. Здесь максимальная зарядная мощность равна мощности солнечной установки при стандартных условиях испытания. Выбранная максимальная зарядная мощность должна быть способна подзарядить батарею раньше, чем время подзарядки батареи, указанное пользователем.

В данном случае для зарядки и разгрузки используется отдельный контроллер. Контроллер BMS имеет два контура, внешний контур напряжения и внутренний контур тока.

Однофазный источник питания постоянного напряжения переменного тока

Однофазный источник питания постоянного напряжения переменного тока обеспечивает постоянное напряжение переменного тока для подключенных сложных нагрузок. Однофазный инвертор преобразует выходное напряжение постоянного тока из повышающего преобразователя в постоянное одно напряжение переменного тока. Выберите подходящий PI-контроллер для управления выходным напряжением однофазного инвертора. Для обеспечения плавного питания нагрузки переменным током в этой модели используется LC-фильтр.

Параметры контрольного управления (управление режимом)

Автономная система PV в этом примере включает семь режимов работы. Эти режимы выбираются на основе напряжения шины постоянного тока, солнечного излучения и состояния заряда батареи. Уровень напряжения шины постоянного тока используется в качестве меры для обнаружения дисбаланса нагрузки. Если напряжение шины постоянного тока больше, система $V_{dc-max}$ вырабатывает больше энергии, чем требуется нагрузке. Если напряжение шины постоянного тока меньше, $V_{dc-min}$ то нагрузка требует больше энергии, чем генерируется системой.

Уровень напряжения шины постоянного тока, $(V_{dc})$ солнечное излучение $(Irrad)$ и состояние заряда батареи $(SoC)$ используются для выбора подходящего режима работы.

Режимы работы автономной системы переменного тока PV:

Mode-0 - Режим запуска (режим запуска моделирования по умолчанию)
Mode-1 - PV в управлении выходным напряжением, батарея полностью заряжена и изолирована
Mode-2 - PV в точке максимальной мощности, аккумулятор заряжается
Mode-3 - PV в точке максимальной мощности, аккумулятор разряжается
Mode-4 - ночной режим, выключение ПН, разрядка батареи
Mode-5 - Полное отключение системы
Mode-6 - PV в точке максимальной мощности, аккумулятор заряжается, нагрузка отключается

Схема управления режимом потока состояния

Документация