Nan dènye ane yo, amelyorasyon nan efikasite nan sistèm ponpe dlo fotovoltaik (PVWPS) te atire gwo enterè nan mitan chèchè yo, paske operasyon yo baze sou pwodiksyon enèji elektrik pwòp. Nan papye sa a, yo devlope yon nouvo apwòch ki baze sou kontwolè lojik floue pou PVWPS. aplikasyon ki enkòpore teknik minimize pèt aplike nan motè endiksyon (IM).Kontwòl yo pwopoze a chwazi mayitid flux optimal pa minimize pèt IM.Anplis de sa, metòd obsèvasyon perturbation etap varyab la tou entwodwi.Konvnab kontwòl yo pwopoze a rekonèt pa diminye kouran koule a;Se poutèt sa, pèt motè yo minimize epi efikasite amelyore. Yo konpare estrateji kontwòl yo pwopoze a ak metòd san yo pa minimize pèt. dlo, ak devlope flux.Yon tès processeur-in-the-loop (PIL) fèt kòm yon tès eksperimantal nan metòd yo pwopoze a.Li gen ladann aplikasyon an nan kòd la pwodwi C sou tablo a dekouvèt STM32F4. Rezilta yo jwenn nan embedded la. tablo yo sanble ak rezilta simulation nimerik yo.
Enèji renouvlab, sitousolèyteknoloji fotovoltaik, kapab yon altènatif pi pwòp nan konbistib fosil nan sistèm ponpe dlo1,2.Sistèm ponp fotovoltaik te resevwa atansyon konsiderab nan zòn aleka san elektrisite3,4.
Motè divès kalite yo itilize nan aplikasyon pou ponpe PV. Etap prensipal la nan PVWPS baze sou motè DC.Motè sa yo fasil pou kontwole ak aplike, men yo mande pou antretyen regilye akòz prezans annotatè yo ak bwòs5.Pou simonte enpèfeksyon sa a, san bwòs. motè leman pèmanan yo te prezante, ki karakterize pa brushless, efikasite segondè ak fyab6.Konpare ak lòt motè, PVWPS ki baze sou IM gen pi bon pèfòmans paske motè sa a se serye, pri ki ba, san antretyen, epi li ofri plis posiblite pou estrateji kontwòl7. .Endirèk Field Oriented Control (IFOC) teknik ak metòd Direct Torque Control (DTC) yo souvan itilize8.
IFOC te devlope pa Blaschke ak Hasse epi li pèmèt chanje vitès IM la sou yon pakèt domèn9,10.Se aktyèl la stator divize an de pati, youn jenere flux mayetik la ak lòt la jenere koupl la pa konvèti nan sistèm nan kowòdone dq. kontwòl endepandan nan flux ak koupl anba eta fiks ak kondisyon dinamik.Aks (d) se aliyen ak vektè a espas flux rotor, ki enplike nan eleman q-aks nan vektè a espas flux rotor toujou zewo.FOC bay yon repons bon ak pi vit11 ,12, sepandan, metòd sa a se konplèks ak sijè a varyasyon paramèt13.Pou simonte enpèfeksyon sa yo, Takashi ak Noguchi14 prezante DTC, ki gen gwo pèfòmans dinamik epi li se gaya ak mwens sansib a chanjman paramèt.Nan DTC, koupl elektwomayetik la ak flux stator. yo kontwole pa soustraksyon flux a stator ak koupl nan estimasyon korespondan yo.tou de flux stator ak koupl.
Deranjman prensipal estrateji kontwòl sa a se gwo koupl ak fluctuations flux akòz itilizasyon regilatè hystérésis pou flux stator ak regulation koupl elektwomayetik15,42.Multilevel convertisseurs yo te itilize pou minimize rid, men efikasite redwi pa kantite switchs16 pouvwa. Plizyè otè yo te itilize modilasyon vektè espas (SWM)17, kontwòl mòd glisman (SMC)18, ki se teknik pwisan men soufri soti nan efè jittering endezirab. rezo, yon estrateji kontwòl ki mande processeurs gwo vitès pou aplike20, ak (2) algoritm jenetik21.
Kontwòl flou se gaya, apwopriye pou estrateji kontwòl ki pa lineyè, epi li pa mande pou konesans nan modèl egzak la.Li gen ladann itilizasyon blòk lojik flou olye pou yo kontwolè isterik ak tab seleksyon switch pou diminye flux ak koupl rid.Li vo fè remake ke DTC ki baze sou FLC bay pi bon pèfòmans22, men yo pa ase pou maksimize efikasite motè a, kidonk yo mande teknik optimize bouk kontwòl.
Nan pifò etid anvan yo, otè yo te chwazi flux konstan kòm flux referans, men chwa referans sa a pa reprezante pratik optimal.
Kondwi motè wo-pèfòmans, segondè-efikasite mande pou repons rapid ak egzat vitès.Nan lòt men an, pou kèk operasyon, kontwòl la ka pa pi bon, kidonk efikasite nan sistèm kondwi a pa ka optimize.Ou ka jwenn pi bon pèfòmans lè l sèvi avèk yon referans varyab flux pandan operasyon sistèm.
Anpil otè te pwopoze yon kontwolè rechèch (SC) ki minimize pèt anba kondisyon chaj diferan (tankou in27) amelyore efikasite nan motè a. Teknik la konsiste de mezire ak minimize pouvwa a opinyon pa iteratif d-aks referans aktyèl oswa flux stator. referans.Sepandan, metòd sa a entwodui rid koupl akòz osilasyon prezan nan flux lè-gap, ak aplikasyon an nan metòd sa a se tan konsome ak entansif resous enfòmatik. Optimizasyon swarm patikil yo itilize tou pou amelyore efikasite28, men teknik sa a kapab kole nan minimòm lokal yo, ki mennen nan seleksyon pòv nan paramèt kontwòl29.
Nan papye sa a, yo pwopoze yon teknik ki gen rapò ak FDTC yo chwazi pi bon flux mayetik pa diminye pèt motè. Konbinezon sa a asire kapasite nan sèvi ak nivo a pi bon flux nan chak pwen opere, kidonk ogmante efikasite nan sistèm ponpe dlo fotovoltaik yo pwopoze a. Se poutèt sa, li sanble trè pratik pou aplikasyon pou ponpe dlo fotovoltaik.
Anplis de sa, yo fè yon tès processeur-an-bouk nan metòd yo pwopoze a lè l sèvi avèk tablo STM32F4 la kòm yon validation eksperimantal. Avantaj prensipal yo nan nwayo sa a se senplisite nan aplikasyon, pri ki ba epi pa bezwen devlope pwogram konplèks 30 . , FT232RL USB-UART konvèsyon tablo a asosye ak STM32F4 a, ki garanti yon koòdone kominikasyon ekstèn yo nan lòd yo etabli yon pò seri vityèl (pò COM) sou òdinatè a. Metòd sa a pèmèt done yo dwe transmèt nan to baud segondè.
Pèfòmans PVWPS lè l sèvi avèk teknik yo pwopoze a konpare ak sistèm PV san yo pa minimize pèt anba kondisyon fonksyònman diferan. Rezilta yo jwenn yo montre ke sistèm ponp dlo fotovoltaik pwopoze a se pi bon nan minimize stator aktyèl ak pèt kwiv, optimize flux ak ponpe dlo.
Rès papye a estriktire jan sa a: Modèl sistèm pwopoze a bay nan seksyon "Modeling nan sistèm fotovoltaik".Nan seksyon "Estrateji kontwòl nan sistèm etidye a", FDTC, estrateji kontwòl yo pwopoze a ak teknik MPPT yo. dekri an detay.Rezilta yo diskite nan seksyon "Rezilta simulation".Nan seksyon "Tès PIL ak tablo dekouvèt STM32F4 la", yo dekri tès processeur-in-the-loop.Konklizyon papye sa a prezante nan " Konklizyon” seksyon.
Figi 1 montre konfigirasyon sistèm pwopoze a pou yon sistèm ponpe dlo PV otonòm. Sistèm nan konsiste de yon ponp santrifujeur ki baze sou IM, yon etalaj fotovoltaik, de konvètisè pouvwa [konvètisè ranfòse ak varyateur sous vòltaj (VSI)].Nan seksyon sa a. , se modèl la nan sistèm nan ponpe dlo fotovoltaik etidye.
Papye sa a adopte modèl sèl-dyòd nansolèyselil fotovoltaik yo. Karakteristik selil PV yo endike pa 31, 32, ak 33.
Pou fè adaptasyon an, yo itilize yon konvètisè boost. Relasyon ki genyen ant vòltaj antre ak pwodiksyon konvètisè DC-DC a bay nan Ekwasyon 34 anba a:
Modèl matematik IM ka dekri nan ankadreman referans (α,β) pa ekwasyon sa yo 5,40:
Ki kote \(l_{s}\),\(l_{r}\): stator ak rotor enduktans, M: mityèl enduktans, \(R_{s }\), \(I_{s }\): rezistans stator ak Kouran stator, \(R_{r}\), \(I_{r}\): rezistans rotor ak aktyèl rotor, \(\phi_{s}\), \(V_{s}\): flux stator ak stator vòltaj , \(\phi_{r}\), \(V_{r}\): flux rotor ak vòltaj rotor.
Ka koupl chaj ponp santrifujeur pwopòsyonèl ak kare vitès IM la ka detèmine pa:
Kontwòl sistèm ponp dlo yo pwopoze a divize an twa seksyon diferan.Premye pati a fè fas ak teknoloji MPPT.Dezyèm pati a gen rapò ak kondwi IM la ki baze sou kontwòl koupl dirèk kontwolè lojik flou a.Anplis de sa, Seksyon III dekri yon teknik ki gen rapò ak DTC ki baze sou FLC ki pèmèt detèminasyon flux referans yo.
Nan travay sa a, yo itilize yon teknik P & O etap varyab pou swiv pwen maksimòm pouvwa a. Li karakterize pa swiv rapid ak osilasyon ki ba (Figi 2)37,38,39.
Lide prensipal la nan DTC se kontwole dirèkteman flux ak koupl nan machin nan, men itilize nan regilatè hystérésis pou koupl elektwomayetik ak règleman flux stator rezilta nan gwo koupl ak rid flux.Se poutèt sa, yon teknik flou prezante amelyore a. Metòd DTC (Fig. 7), ak FLC a ka devlope ase eta vektè varyateur.
Nan etap sa a, opinyon an transfòme nan varyab flou atravè fonksyon manm (MF) ak tèm lengwistik.
Twa fonksyon manm yo pou premye opinyon (εφ) yo negatif (N), pozitif (P), ak zewo (Z), jan yo montre nan Figi 3.
Senk fonksyon manm yo pou dezyèm antre (\(\varepsilon\)Tem) se Negatif Gwo (NL) Negatif Ti (NS) Zewo (Z) Pozitif Ti (PS) ak Pozitif Gwo (PL), jan yo montre nan Figi 4.
Trajectory flux stator la konsiste de 12 sektè, kote seri a flou reprezante pa yon fonksyon manm triyangilè izosèl, jan yo montre nan Figi 5.
Tablo 1 gwoupe 180 règ flou ki itilize fonksyon manm D 'pou chwazi eta switch apwopriye.
Metòd enferans lan fèt lè l sèvi avèk teknik Mamdani a. Faktè pwa (\(\alpha_{i}\)) règ i-yèm lan bay pa:
kote\(\mu Ai \left({e\varphi} \right)\),\(\mu Bi\left({eT} \right) ,\) \(\mu Ci\left(\theta \right) \): Valè manm nan mayetik flux, koupl ak stator flux ang erè.
Figi 6 montre valè byen file yo jwenn nan valè flou yo lè l sèvi avèk metòd maksimòm ki pwopoze pa Eq.(20).
Lè yo ogmante efikasite motè a, to koule a ka ogmante, ki an vire ogmante ponpe dlo chak jou (Figi 7). Objektif teknik sa a se asosye yon estrateji ki baze sou minimize pèt ak yon metòd kontwòl dirèk koupl.
Li se byen li te ye ke valè a nan flux mayetik la enpòtan pou efikasite nan motè a. Valè flux segondè mennen nan ogmante pèt fè ak saturation mayetik nan kous la. Kontrèman, nivo flux ki ba rezilta nan pèt Joule segondè.
Se poutèt sa, rediksyon nan pèt nan IM dirèkteman gen rapò ak chwa nan nivo flux.
Metòd yo pwopoze a baze sou modèl pèt Joule ki asosye ak aktyèl la ap koule tankou dlo nan enroulement stator nan machin nan.Li konsiste de ajiste valè flux rotor la nan yon valè pi gwo, kidonk minimize pèt motè pou ogmante efikasite. Pèt Joule. ka eksprime jan sa a (inyore pèt nwayo):
Koupl elektwomayetik \(C_{em}\) ak flux rotor\(\phi_{r}\) yo kalkile nan sistèm kowòdone dq la kòm:
Koupl elektwomayetik \(C_{em}\) ak flux rotor\(\phi_{r}\) yo kalkile an referans (d,q) kòm:
pa rezoud ekwasyon an.(30), nou ka jwenn pi bon aktyèl stator ki asire pi bon flux rotor ak pèt minim:
Diferan simulation yo te fèt lè l sèvi avèk lojisyèl MATLAB/Simulink pou evalye solidite ak pèfòmans teknik yo pwopoze a.Sistèm envestigasyon an konsiste de uit panno 230 W CSUN 235-60P (Tablo 2) ki konekte nan seri. Ponp santrifujeur la kondwi pa IM, ak paramèt karakteristik li yo montre nan Tablo 3.Konpozan yo nan sistèm nan ponpe PV yo montre nan Tablo 4.
Nan seksyon sa a, yon sistèm ponpe dlo fotovoltaik lè l sèvi avèk FDTC ak yon referans flux konstan yo konpare ak yon sistèm pwopoze ki baze sou flux optimal (FDTCO) nan menm kondisyon fonksyònman yo. Pèfòmans tou de sistèm fotovoltaik yo te teste lè yo konsidere senaryo sa yo:
Seksyon sa a prezante eta pwopoze demaraj sistèm ponp lan ki baze sou yon pousantaj ensolasyon 1000 W/m2.Figi 8e montre repons vitès elektrik la.Konpare ak FDTC, teknik yo pwopoze a bay yon pi bon tan monte, rive nan eta 1.04. s, ak FDTC, rive nan eta stable nan 1.93 s.Figi 8f montre ponpe nan de estrateji kontwòl yo.Li ka wè ke FDTCO a ogmante kantite lajan an ponpe, ki eksplike amelyorasyon nan enèji a konvèti pa IM la.Figures 8g ak 8h reprezante aktyèl la stator trase. Kouran demaraj la lè l sèvi avèk FDTC a se 20 A, pandan y ap estrateji kontwòl yo pwopoze a sijere yon aktyèl demaraj nan 10 A, ki diminye pèt Joule.Figi 8i ak 8j montre flux nan stator devlope. PVPWS opere nan yon flux referans konstan 1.2 Wb, pandan ke yo nan metòd yo pwopoze a, flux referans a se 1 A, ki enplike nan amelyore efikasite nan sistèm fotovoltaik la.
(a)Solèyradyasyon (b) Ekstraksyon pouvwa (c) Sik devwa (d) vòltaj otobis DC (e) Vitès rotor (f) Ponpe dlo (g) Kouran faz stator pou FDTC (h) Aktyèl faz stator pou FDTCO (i) Repons Flux lè l sèvi avèk FLC (j) Repons Flux lè l sèvi avèk FDTCO (k) Trajectory Flux Stator lè l sèvi avèk FDTC (l) Trajectory Flux Stator lè l sèvi avèk FDTCO.
Lasolèyradyasyon varye ant 1000 a 700 W/m2 nan 3 segonn epi apre sa a 500 W/m2 nan 6 segonn (figi 8a). Figi 8b montre pouvwa fotovoltaik ki koresponn lan pou 1000 W/m2, 700 W/m2 ak 500 W/m2. .Figi 8c ak 8d ilistre sik devwa a ak vòltaj lyen DC, respektivman.Figi 8e montre vitès elektrik IM, epi nou ka remake ke teknik yo pwopoze a gen pi bon vitès ak tan repons konpare ak sistèm fotovoltaik FDTC ki baze sou.Figi 8f montre ponpe dlo a pou diferan nivo irradiance jwenn lè l sèvi avèk FDTC ak FDTCO.Plis ponpe ka reyalize ak FDTCO pase ak FDTC.Figi 8g ak 8h ilistre repons aktyèl simulation yo lè l sèvi avèk metòd FDTC ak estrateji kontwòl pwopoze a.Lè w itilize teknik kontwòl pwopoze a. , anplitid aktyèl la minimize, ki vle di mwens pèt kòb kwiv mete, konsa ogmante efikasite sistèm.Se poutèt sa, gwo kouran demaraj ka mennen nan pèfòmans machin redwi.Figi 8j montre evolisyon repons nan flux yo nan lòd yo chwazi a.pi bon flux asire ke pèt yo minimize, kidonk, teknik yo pwopoze a montre pèfòmans li yo.Kontrèman ak figi 8i, flux la se konstan, ki pa reprezante operasyon optimal.Figi 8k ak 8l montre evolisyon nan trajectoire flux stator la.Figi 8l montre devlopman pi bon flux epi eksplike lide prensipal estrateji kontwòl yo pwopoze a.
Yon chanjman toudenkou nansolèyradyasyon te aplike, kòmanse ak yon irradiance de 1000 W/m2 ak sibitman diminye a 500 W/m2 apre 1.5 s (Fig. 9a).Figi 9b montre pouvwa a fotovoltaik ekstrè nan panno yo fotovoltaik, ki koresponn ak 1000 W/m2 ak 500. W/m2.Figi 9c ak 9d ilistre sik devwa a ak vòltaj lyen DC, respektivman.Kòm yo ka wè nan Fig. 9e, metòd yo pwopoze a bay pi bon tan repons.Figi 9f montre ponpe dlo a jwenn pou de estrateji kontwòl yo. ak FDTCO te pi wo pase ak FDTC, ponpe 0.01 m3 / s nan 1000 W / m2 irradiance konpare ak 0.009 m3 / s ak FDTC;nplis de sa, lè irradiance te 500 W nan /m2, FDTCO ponpe 0.0079 m3 / s, pandan y ap FDTC ponpe 0.0077 m3 / s.Figures 9g ak 9h.Dekri repons aktyèl la simulation lè l sèvi avèk metòd FDTC ak estrateji kontwòl yo pwopoze a.Nou ka sonje ke estrateji kontwòl yo pwopoze a montre ke anplitid aktyèl la redwi anba chanjman irradiance brid sou kou, sa ki lakòz pèt kòb kwiv mete redwi.Figi 9j montre evolisyon repons nan flux yo nan lòd yo chwazi flux la pi bon asire ke pèt yo minimize, Se poutèt sa, teknik yo pwopoze a. ilistre pèfòmans li yo ak yon flux de 1Wb ak yon irradiance de 1000 W/m2, pandan ke flux a se 0.83Wb ak irradiance a se 500 W/m2.Kontrèman ak Fig. 9i, flux la se konstan nan 1.2 Wb, ki pa. reprezante fonksyon optimal.Figi 9k ak 9l montre evolisyon nan trajectoire flux stator la.Figi 9l montre devlopman optimal flux epi eksplike lide prensipal estrateji kontwòl yo pwopoze a ak amelyorasyon sistèm ponpe yo pwopoze a.
(a)Solèyradyasyon (b) Ekstrè pouvwa (c) Sik devwa (d) vòltaj otobis DC (e) Vitès rotor (f) Koule dlo (g) Kouran faz stator pou FDTC (h) Aktyèl faz stator pou FDTCO (i) ) Repons Flux lè l sèvi avèk FLC (j) Flux repons itilize FDTCO (k) Stator flux trajectoire itilize FDTC (l) Stator flux trajectoire itilize FDTCO.
Yon analiz konparatif de teknoloji yo an tèm de valè flux, anplitid aktyèl ak ponpe yo montre nan tablo 5, ki montre ke PVWPS ki baze sou teknoloji yo pwopoze a bay pèfòmans segondè ak ogmante koule ponpe ak minimize anplitid aktyèl ak pèt, ki se akòz. nan seleksyon optimal flux.
Pou verifye ak teste estrateji kontwòl yo pwopoze a, yo fè yon tès PIL ki baze sou tablo STM32F4 la.Li gen ladan kòd jenere ki pral chaje epi kouri sou tablo entegre a. Tablo a gen yon mikrokontroleur 32-bit ak 1 MB Flash, 168 MHz. frekans revèy, inite pwen k ap flote, enstriksyon DSP, 192 KB SRAM.Pandan tès sa a, yo te kreye yon blòk PIL devlope nan sistèm kontwòl la ki gen kòd la pwodwi ki baze sou tablo pyès ki nan konpitè dekouvèt STM32F4 la ak prezante nan lojisyèl Simulink la. Etap yo pou pèmèt Tès PIL yo dwe konfigirasyon lè l sèvi avèk tablo STM32F4 yo montre nan Figi 10.
Tès PIL ko-simulasyon lè l sèvi avèk STM32F4 ka itilize kòm yon teknik pri ki ba pou verifye teknik yo pwopoze a.Nan papye sa a, modil la optimize ki bay pi bon flux referans aplike nan STMicroelectronics Discovery Board (STM32F4).
Lèt la egzekite ansanm ak Simulink epi fè echanj enfòmasyon pandan ko-simulasyon lè l sèvi avèk metòd PVWPS yo pwopoze a. Figi 12 montre aplikasyon sou-sistèm teknoloji optimize nan STM32F4.
Se sèlman pwopoze teknik referans optimal flux yo montre nan ko-simulasyon sa a, kòm li se varyab kontwòl prensipal pou travay sa a demontre konpòtman an kontwòl nan yon sistèm ponpe dlo fotovoltaik.
Tan pòs: Apr-15-2022
