Сочинение на тему Оптимизация конструкции и повышение надежности микросетки на основе сообществ за счет стабильности частоты

Оптимизация дизайна и повышение надежности изолированной микросетки на основе сообщества за счет стабильности частоты

Аннотация

В данной статье рассматривается новая стратегия управления напряжением и частотой изолированной и автономной микросети. В этом исследовании Microgrid состоит из накопителя энергии, возобновляемых источников энергии, который состоит из солнечных фотоэлектрических, микрогидро и биомассы с соответствующими преобразователями силовой электроники. Мы выбрали несколько вариантов и попытались найти компромисс между стоимостью, стабильностью, надежностью и доступностью возобновляемых ресурсов. Строго говоря, для более стабильной и надежной работы стоимость будет выше. Таким образом, мы предложили проект решения вне сети, чтобы все источники энергии, то есть солнечное фотоэлектрическое излучение, биомасса и микрогидро, сохранялись и подавались через батареи с использованием преобразователей, чтобы обеспечить стабильность частоты для фотоэлектрической, микрогидро и биомассы. Мы рассмотрели двунаправленный подход, а именно: 1) переключение аккумуляторных батарей для сброса избыточной энергии и поддержания частоты системы (аналогично фиктивным нагрузкам в электронном контроллере нагрузки – электронном регуляторе для микрогидро). 2). Энергия микрогидро может использоваться напрямую или через батареи. Где биомасса и PV всегда будут использоваться от батарей. Система была смоделирована для различных сценариев с использованием MATLAB / SIMULINK. Результаты подтверждают, что система может работать в стабильном состоянии при меняющихся условиях. Index Term- Battery Bank, ELC, изолированные микросетки, преобразователи энергии, возобновляемые источники.

ВВЕДЕНИЕ

Существует множество причин, по которым островная Microgrid привлекает внимание, особенно рассеянное население в отдаленных районах, где нет / мало доступа к электричеству, но они имеют большой потенциал возобновляемых источников энергии. По тем же причинам мы очень заинтересованы в развертывании реальной микросети в удаленном сообществе, которая была бы достаточно стабильной для удовлетворения насущных потребностей сообщества. Он становится альтернативой традиционной системе, предлагая больше преимуществ, таких как сокращение выбросов парниковых газов и потерь в распределительной системе. Генерация энергии из гибридной системы, которая включает в себя возобновляемые источники, имеет ряд преимуществ, таких как расширяемость, и также не содержит загрязнений. В литературе представлено множество топологий, которые основаны на ископаемом топливе и возобновляемых, основанных на нагрузке переменного / постоянного тока. Из-за неустойчивой природы и других соображений преобразователи силовой электроники соединены на разных этапах, так как непосредственно они не являются надежными. Преобразователи на основе силовой электроники обеспечивают больший контроль и быструю реакцию для удовлетворения потребностей потребителей при различных сценариях.

Архитектура микросети может быть разбита на три широкие области в зависимости от инфраструктуры:

 
1. AC Microgrid

 

2. Микросетка постоянного тока

 

3. Гибридная микросетка.

Каждая топология имеет свои плюсы и минусы. AC Microgrid был исследован в этой статье [1]. Микросетка переменного тока является обычной топологией, поскольку ее легче включить в обычную систему, но недостатком этой архитектуры является проблема синхронизации различных источников. Микросетка постоянного тока была принята в этой исследовательской работе [2], [3], которая является новой технологией из-за увеличения использования нагрузки постоянного тока, например, электромобилей и аккумуляторов. Преимущество по сравнению с аналогом состоит в том, что ступени преобразования меньше, что сводит к минимуму потери в системе, но мешает соединение с существующей системой и зрелость системы защиты. Гибридная микросетка была предложена в этой работе [4], [5], которая состоит из шин переменного и постоянного тока. К ней можно подключить преимущество этой топологии, предлагаемой как для переменного, так и для постоянного тока, что помогает легко интегрировать DG и систему хранения энергии (ESS). Недостатком такой системы является сложность, с которой она сталкивается, что затрудняет управление системой. Интеграция возобновляемых источников DG нуждается в некоторой форме контроля, которая объясняется в различных литературных источниках. Микросетка с аккумулятором предложена в литературе [6]. В этой работе поясняется управление для поддержания напряжения, частоты, а BESS используется для обеспечения питания при условии максимальной нагрузки. Однако управление батареей не предлагается, что ухудшает срок службы батареи. Предлагаемая микросетка представляет собой интеграцию трех источников, таких как микрогидро, PV и биомасса, с накоплением энергии. Преобразователи источника напряжения используются для регулирования напряжения и частоты. Энергия накапливается в BESS, а затем отправляется с нее, что улучшает качество электроэнергии и устраняет проблемы синхронизации, которые возникают у микросетки. Использование BESS расширяется благодаря комбинации с силовыми электронными преобразователями, которые повышают надежность батареи. Электронный контроллер нагрузки (ELC) используется для управления микрогидро, которые сбрасывают избыточную мощность в батареи батарей.

Основная цель этого исследования:

 
1. Для поддержания стабильной выработки электроэнергии.

 

2. Для сброса дополнительной нагрузки в батареи для контроля частоты.

РАБОТА И ОПИСАНИЕ СИСТЕМЫ

Предлагаемая структура системы. Предложенная архитектура микросетки показана на рис. 1. В нашей системе есть три источника, которые состоят из биомассы, MHP и Solar pv, которые распределены по двум массивам для повышения надежности системы. Наша общая система состоит из общественной нагрузки и промышленной нагрузки. Питание для сообщества обеспечивается от батарей, а для промышленной нагрузки – напрямую от MHP. PV будет подключен к шине постоянного тока, а алгоритмы отслеживания MPPT будут включены в преобразователь DC-DC для извлечения максимальной мощности из солнечной фотоэлектрической системы при изменении интенсивности излучения. Microhydro подключен к шине переменного тока и может использоваться в двух сценариях: в одном сценарии он может напрямую передавать нагрузку на промышленную нагрузку, а избыточная энергия может храниться в батареях аккумуляторов и может передаваться от аккумуляторов. Основным преимуществом непосредственного использования переменного тока является то, что преобразователи не потребуются для промышленной нагрузки, которая в противном случае может увеличить потери и стоимость системы. Для контроля частоты микрогидро мы идем к концепции электронного контроллера нагрузки, так как в случае микрогидро-регулятора не является возможным решением. В электронном контроллере нагрузки мы имеем концепцию разгрузки нагрузки, и для контроля частоты дополнительная энергия сбрасывается в резистор, как это было сделано в [7]. Но в нашей исследовательской работе мы разработали механизм сброса дополнительной энергии в батареи для снижения потерь. Биомасса подключена к шине переменного тока, энергия из биомассы будет накапливаться в батареях, а затем направляться в сторону нагрузки, когда отсутствует питание от других источников, затем она будет переключаться для обеспечения разности мощности, поскольку биомасса будет использоваться только в качестве резервного источника. Механизм, используемый для преобразователей для PV, микрогидро, биомассы и ESS, помогает поддерживать постоянное напряжение с помощью системы управления с обратной связью. Энергия, запасенная в батарее, преобразуется в переменный ток с помощью инвертора. Для управления инвертором используется ФАПЧ. ПИ-контроллеры используются на разных этапах для управления преобразователями с использованием метода настройки Циглера-Николса [8]. B. Solar PV Для моделирования солнечного PV важно напряжение и ток отдельной ячейки. Мы можем найти общий выход массива PV из одной ячейки, так как массив PV представляет собой комбинации ячеек в последовательной и параллельной конфигурации [9].

K – постоянная Больцмана, а Tref – контрольная температура. Предлагаемая микросетка состоит из двух массивов. Спецификация PV ARRAY. Системные значения параметров Количество параллельных строк. 5 Последовательный подключенный модуль на строку. 4 Максимальная мощность 305 Вт. Напряжение холостого хода (Voc). 5.5A C. Максимальная точка мощности Были исследованы различные методы отслеживания максимальной мощности, как описано в [10]. Техника возмущения и наблюдения является одной из наиболее широко используемых техник благодаря ее способности извлекать максимальную мощность при различном уровне освещенности и простоте использования. D. Электронный регулятор нагрузки ELC широко используется с бесрегулируемой микрогидроэлектростанцией для управления частотой, так как система регулятора невозможна с микрогидросистемой. Обычная система на основе ELC состоит из тиристора, который запускается под разными углами для сброса нагрузки, но такая система имеет много недостатков, таких как большой ток, потребляемый от источника, а также введение гармоник в систему. Также переменная нагрузка потребителя потребляет неравный ток в фазном проводе, что приводит к увеличению размера генератора для компенсации. ELC работает по методу мгновенного p-q, что приводит к уменьшению дисбаланса и реактивных компонентов. Внешний контур управления частотой используется для получения активного тока, подаваемого в ELC. Модель ELC состоит из инвертора источника напряжения на основе IGBT с четырехпроводной и трехфазной системой. Операция развивается вокруг токового управления, и для нейтральных токов предусмотрены нейтральные провода. Преобразователь DC-DC используется для отклонения дополнительного тока и подведения его к батареям. Контроль microhydro с ELC основан на текущем поколении эталонного, для которого теория р-д, который используется как работает в преходящем и устойчивом состоянии. P-q (преобразование Кларкса) состоит из преобразования токов и напряжений из координат a-b-c в координаты p-q-0. Это один из методов

Системная архитектура для управления фильтрами. Некоторые интересные функции:

 
1. Может применяться для балансировки или дисбаланса обеих трехфазных систем;

 

2. вычисления также просты;

 

3. используются мгновенные значения, которые улучшают отклик в динамических условиях.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предлагаемая система представляет собой изолированную микросеть для удаленных сообществ, которая состоит из возобновляемых источников с аккумулятором для обеспечения стабильности и быстрого реагирования. Предлагаемая система дает представление о том, как накапливать энергию в аккумуляторной батарее, а затем распределять нагрузку от батареи. Биомасса использовалась в качестве резервного источника, когда питание от PV и MHP недоступно, так что постоянная подача энергии доступна. Предлагаемая система контролирует частоту MHP с системой на основе ELC. Полученный результат проверяет надежность системы. Мы надеемся, что наша исследовательская работа может помочь в создании таких проектов, а также может послужить примером для других проектов, где предполагается интеграция возобновляемых источников. БЛАГОДАРНОСТЬ Мы благодарны за грант и поддержку, предоставляемую US-AID под эгидой американо-пакистанского Центра перспективных исследований в области энергетики.

ССЫЛКИ

 
1. K. S. Rajesh, S. S. Dash, R. Rajagopal и R. Sridhar, «Обзор контроля микросетки переменного тока», Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 71. С. 814–819, 2017.