Azken urteotan, ur fotovoltaikoen ponpaketa-sistemen (PVWPS) eraginkortasunaren hobekuntzak interes handia piztu du ikertzaileen artean, haien funtzionamendua energia elektriko garbiaren ekoizpenean oinarritzen baita. Artikulu honetan, PVWPSrako kontrolagailu logika lauso batean oinarritutako ikuspegi berri bat garatzen da. indukzio-motorrei (IM) aplikatutako galerak minimizatzeko teknikak barne hartzen dituzten aplikazioak.Proposatutako kontrolak fluxu-magnitude optimoa hautatzen du IM galerak minimizatuz.Horrez gain, urrats aldakorreko perturbazioen behaketa metodoa ere sartzen da.Proposatutako kontrolaren egokitasuna aitortzen da. konketa-korrontea murriztea;beraz, motorraren galerak gutxitzen dira eta eraginkortasuna hobetzen da.Proposatzen den kontrol-estrategia galerak minimizatzerik gabeko metodoekin alderatzen da.Konparazioaren emaitzek proposatutako metodoaren eraginkortasuna erakusten dute, zeina abiadura elektrikoan, xurgatutako korrontean, jarioan galerak minimizatzean oinarritzen dena. ura, eta fluxua garatzen.Prozesadore-in-the-loop (PIL) proba bat egiten da proposatutako metodoaren proba esperimental gisa. Sortutako C kodea STM32F4 aurkikuntza-taulan ezartzea barne hartzen du.Txertatuta lortutako emaitzak. taula zenbakizko simulazioaren emaitzen antzekoa da.
Energia berriztagarriak, batez ereeguzkiateknologia fotovoltaikoa, erregai fosilen alternatiba garbiagoa izan daiteke ura ponpatzeko sistemetan1,2.Ponpatze sistema fotovoltaikoek arreta handia jaso dute elektrizitaterik gabeko eremu urrunetan3,4.
PV ponpaketa-aplikazioetan hainbat motor erabiltzen dira. PVWPSren lehen fasea DC motoretan oinarritzen da. Motor hauek erraz kontrolatzen eta inplementatzen dira, baina ohiko mantentze-lanak behar dituzte komentatzaileak eta eskuilak egoteagatik5.Gaitasun hori gainditzeko, eskuilarik gabe. Iman iraunkorreko motorrak sartu ziren, zeinak eskuilarik gabekoak, eraginkortasun handikoak eta fidagarritasuna duten ezaugarriak6.Beste motor batzuekin alderatuta, IMn oinarritutako PVWPSak errendimendu hobea du motor hau fidagarria, kostu baxua, mantentzerik gabekoa eta kontrol-estrategietarako aukera gehiago eskaintzen dituelako7. .Indirect Field Oriented Control (IFOC) teknikak eta Direct Torque Control (DTC) metodoak erabili ohi dira8.
IFOC Blaschke eta Hasse-k garatu zuten eta IM abiadura aldatzeko aukera ematen du tarte zabal batean9,10.Estatorearen korrontea bi zatitan banatzen da, batek fluxu magnetikoa sortzen du eta besteak momentua sortzen du dq koordenatu-sistemara bihurtuz. Honek aukera ematen du. Fluxuaren eta momentuaren kontrol independentea egoera egonkorrean eta baldintza dinamikoetan. (d) ardatza errotorearen fluxu-espazio-bektorearekin lerrokatuta dago, errotorearen fluxu-espazio-bektorearen q ardatzaren osagaia beti zero izatea dakar.FOC-k erantzun ona eta azkarragoa ematen du11 ,12, ordea, metodo hau konplexua da eta parametroen aldaketen menpekoa da13.Gaitasun horiek gainditzeko, Takashi eta Noguchik14 DTC aurkeztu zuten, errendimendu dinamiko handia duena eta sendoa eta parametro-aldaketetarako hain sentikorra dena.DTCn, momentu elektromagnetikoa eta estatorearen fluxua. dagozkion estimazioetatik estatorearen fluxua eta momentua kenduz kontrolatzen dira. Emaitza histeresi-konparagailu batean sartzen da kontrolatzeko tentsio-bektore egokia sortzeko.bai estatorearen fluxua bai momentua.
Kontrol-estrategia honen eragozpen nagusia estatorearen fluxurako eta momentu elektromagnetikoen erregulaziorako histeresi-erreguladoreak erabiltzearen ondoriozko momentu eta fluxu-aldaera handiak dira15,42.Nivel anitzeko bihurgailuak erabiltzen dira uhina minimizatzeko, baina eraginkortasuna murrizten da potentzia-etengailuen kopuruarekin16. Hainbat autorek espazio-bektore-modulazioa (SWM)17, irristatze moduaren kontrola (SMC)18 erabili dute, teknika indartsuak baina jittering efektu desiragarriak jasaten dituztenak19.Ikertzaile askok adimen artifizialaren teknikak erabili dituzte kontrolagailuen errendimendua hobetzeko, horien artean, (1) neuronalak. sareak, inplementatzeko abiadura handiko prozesadoreak behar dituen kontrol-estrategia20, eta (2) algoritmo genetikoak21.
Kontrol lausoa sendoa da, kontrol ez-linealeko estrategietarako egokia eta ez du eredu zehatza ezagutzea eskatzen. Bloke logika lausoak erabiltzea barne hartzen du kontroladore histeretikoen ordez eta etengailuen hautapen-taulak fluxua eta momentua murrizteko. Azpimarratzekoa da. FLCn oinarritutako DTCek errendimendu hobea ematen dute22, baina ez da nahikoa motorraren eraginkortasuna maximizatzeko, beraz, kontrol-begizta optimizatzeko teknikak behar dira.
Aurreko ikerketa gehienetan, egileek fluxu konstantea aukeratu zuten erreferentzia-fluxu gisa, baina erreferentzia aukera honek ez du praktika optimoa adierazten.
Errendimendu handiko eta eraginkortasun handiko motor unitateek abiadura-erantzun azkarra eta zehatza behar dute. Bestalde, eragiketa batzuetan, baliteke kontrola ez izatea optimoa, beraz, ezin da disko sistemaren eraginkortasuna optimizatu.Errendimendu hobea lor daiteke erabiliz. sistemaren funtzionamenduan zehar fluxu-erreferentzia aldakorra.
Autore askok karga-baldintza desberdinetan galerak minimizatzen dituen bilaketa-kontrolatzailea (SC) proposatu dute (adibidez, in27) motorraren eraginkortasuna hobetzeko. Teknika d-ardatzaren korronte-erreferentzia iteratiboaren edo estator-fluxuaren sarrerako potentzia neurtzean eta minimizatzean datza. erreferentzia.Hala ere, metodo honek momen-uhinak sartzen ditu aire-hutsunearen fluxuan dauden oszilazioen ondorioz, eta metodo honen ezarpenak denbora asko eta konputazionalki baliabide asko eskatzen ditu.Efizientzia hobetzeko ere erabiltzen da partikulen zurrunbiloaren optimizazioa28, baina teknika honek tokiko minimoetan trabatuta gelditzea, kontrol-parametroen hautaketa txarra29.
Lan honetan, FDTCrekin erlazionatutako teknika bat proposatzen da fluxu magnetiko optimoa hautatzeko motorraren galerak murriztuz. Konbinazio honek funtzionamendu-puntu bakoitzean fluxu-maila optimoa erabiltzeko gaitasuna bermatzen du, eta horrela, proposatzen den ur-ponpatze sistema fotovoltaikoaren eraginkortasuna areagotzen du. Hori dela eta, badirudi oso erosoa dela ur fotovoltaikoko ponpaketa aplikazioetarako.
Gainera, proposatutako metodoaren prozesadore-in-the-loop-aren proba bat egiten da STM32F4 plaka erabiliz baliozkotze esperimental gisa. Nukleo honen abantaila nagusiak inplementatzeko sinpletasuna, kostu baxua eta programa konplexurik garatu behar ez izatea dira 30 .Gainera. , FT232RL USB-UART bihurketa-plaka STM32F4-rekin lotuta dago, eta horrek kanpoko komunikazio-interfazea bermatzen du ordenagailuan serieko ataka birtual bat (COM ataka) ezartzeko. Metodo honek datuak baud-tasa handietan transmititzeko aukera ematen du.
Proposaturiko teknika erabiliz PVWPS-en errendimendua galerak minimizatu gabe PV sistemekin alderatzen da funtzionamendu-baldintza ezberdinetan. Lortutako emaitzek erakusten dute proposatutako ur-ponpa fotovoltaikoko sistema hobea dela estatorearen korrontea eta kobre-galerak minimizatzeko, fluxua optimizatzeko eta ura ponpatzeko.
Gainontzeko lana honela egituratuta dago: Proposatutako sistemaren modelizazioa "Sistema fotovoltaikoen modelizazioa" atalean ematen da. "Ikertutako sistemaren kontrol-estrategia" atalean, FDTC, proposatutako kontrol-estrategia eta MPPT teknika daude. zehatz-mehatz deskribatzen dira. Aurkikuntzak "Simulazio-emaitzak" atalean eztabaidatzen dira. "PIL probak STM32F4 aurkikuntza-taularekin" atalean, prozesadorearen begiztaren probak deskribatzen dira. Paper honen ondorioak " Ondorioak” atalean.
1. irudiak PV ura ponpatzeko sistema autonomo baterako proposatutako sistemaren konfigurazioa erakusten du. Sistemak IMn oinarritutako ponpa zentrifugo bat, fotovoltaiko multzo bat, bi potentzia-bihurgailu [boost converter eta tentsio-iturburu inbertsore (VSI)] ditu. Atal honetan. , aztertutako ura ponpatzeko sistema fotovoltaikoaren modelizazioa aurkezten da.
Artikulu honek diodo bakarreko eredua hartzen dueguzkiazelula fotovoltaikoak.FV zelularen ezaugarriak 31, 32 eta 33 bidez adierazten dira.
Egokitzapena burutzeko, boost bihurgailu bat erabiltzen da.DC-DC bihurgailuaren sarrerako eta irteerako tentsioen arteko erlazioa 34. ekuazioak jarraian ematen du:
IM-ren eredu matematikoa erreferentzia-esparruan (α,β) deskriba daiteke 5,40 ekuazio hauen bidez:
Non \(l_{s}\),\(l_{r}\): estatorearen eta errotorearen induktantzia, M: elkarrekiko induktantzia, \(R_{s }\), \(I_{s }\): estatorearen erresistentzia eta estatorearen korrontea, \(R_{r}\), \(I_{r }\): errotorearen erresistentzia eta errotorearen korrontea, \(\phi_{s}\), \(V_{s}\): estatorearen fluxua eta estatorea tentsioa , \(\phi_{r}\), \(V_{r}\): errotorearen fluxua eta errotorearen tentsioa.
Ponpa zentrifugoaren karga-momentua IM abiaduraren karratuarekiko proportzionala honela zehaztu daiteke:
Proposatutako ur-ponpa sistemaren kontrola hiru azpiatal ezberdinetan banatzen da. Lehenengo zatian MPPT teknologia lantzen da. Bigarren zatian IM-a gidatzeaz arduratzen da, kontrolagailu logika lausoaren momentu-kontrol zuzenean oinarrituta. Gainera, III. atalak honekin lotutako teknika deskribatzen du Erreferentzia-fluxuak zehaztea ahalbidetzen duen FLCn oinarritutako DTC.
Lan honetan, urrats aldakorreko P&O teknika erabiltzen da potentzia maximoaren jarraipena egiteko. Jarraipen azkarra eta oszilazio txikia ditu (2. irudia)37,38,39.
DTCren ideia nagusia makinaren fluxua eta momentua zuzenean kontrolatzea da, baina momentu elektromagnetikorako eta estatorearen fluxuaren erregulaziorako histeresi erregulatzaileen erabilerak momentu eta fluxu uhin handia eragiten du. Horregatik, lausotze teknika bat sartzen da. DTC metodoa (7. irudia), eta FLC-k nahikoa egoera bektorial inbertsore garatu ditzake.
Urrats honetan, sarrera aldagai lausoetan bihurtzen da kidetasun-funtzioen (MF) eta termino linguistikoen bidez.
Lehenengo sarrerarako (εφ) hiru kide-funtzioak negatiboak (N), positiboak (P) eta zero (Z) dira, 3. irudian ikusten den bezala.
Bigarren sarrerako bost kidetasun-funtzioak (\(\varepsilon\)Tem) Negatiboa Handia (NL) Negatiboa Txikia (NS) Zero (Z) Positiboa Txikia (PS) eta Positiboa Handia (PL) dira, 4. Irudian ikusten den moduan.
Estator-fluxuaren ibilbidea 12 sektorez osatuta dago, eta horietan multzo lausoa kidetasun triangeluar isoszele funtzio baten bidez adierazten da, 5. Irudian ikusten den moduan.
1. taulak etengailu-egoera egokiak hautatzeko sarrerako kidetzaren funtzioak erabiltzen dituzten 180 arau lauso biltzen ditu.
Inferentzia metodoa Mamdaniren teknika erabiliz egiten da. I-garren erregelaren pisu-faktorea (\(\alpha_{i}\)) honako hau da:
non\(\mu Ai \left({e\varphi } \right)\),\(\mu Bi\left({eT} \right) ,\) \(\mu Ci\left(\theta \right) \) : Fluxu magnetikoaren, momentuaren eta estatorearen fluxu angeluaren errorearen kidetasunaren balioa.
6. irudiak balio lausoetatik lortutako balio zorrotzak erakusten ditu (20 ekuazioak proposatutako metodo maximoa erabiliz).
Motor-eraginkortasuna handituz, emaria handitu daiteke, eta horrek, aldi berean, eguneroko ur-ponpaketa handitzen du (7. Irudia).Ondoko teknikaren helburua galerak minimizatzeko oinarritutako estrategia zuzeneko momentua kontrolatzeko metodo batekin lotzea da.
Jakina da fluxu magnetikoaren balioa garrantzitsua dela motorraren eraginkortasunerako. Fluxu handiko balioek burdinaren galerak areagotzen dituzte eta baita zirkuituaren saturazio magnetikoa ere. Alderantziz, fluxu maila baxuek Joule-galera handiak eragiten dituzte.
Beraz, IM-n galerak murriztea zuzenean lotuta dago fluxu-maila aukeratzearekin.
Proposatzen den metodoa makinan estatorearen harilkatuetatik igarotzen den korrontearekin lotutako Joule-galeren modelizazioan oinarritzen da. Errotorearen fluxuaren balioa balio optimo batera doitzean datza, eta, horrela, motorraren galerak minimizatuz eraginkortasuna areagotzeko.Joule-galerak honela adieraz daiteke (nukleoaren galerak alde batera utzita):
Momentu elektromagnetikoa\(C_{em}\) eta errotorearen fluxua\(\phi_{r}\) dq koordenatu-sisteman honela kalkulatzen dira:
Momentu elektromagnetikoa\(C_{em}\) eta errotorearen fluxua\(\phi_{r}\) erreferentzian kalkulatzen dira (d,q) honela:
ekuazioa ebatziz.(30), errotorearen fluxu optimoa eta galera minimoak ziurtatzen dituen estatore-korronte optimoa aurki dezakegu:
Simulazio desberdinak egin dira MATLAB/Simulink softwarea erabiliz proposatutako teknikaren sendotasuna eta errendimendua ebaluatzeko.Ikertutako sistema 230 W CSUN 235-60P zortzi panelez osatuta dago (2. taula) seriean konektatuta. Ponpa zentrifugoa IM-ek gidatzen du, eta bere parametro bereizgarriak 3. taulan ageri dira.FV ponpaketa-sistemaren osagaiak 4. taulan ageri dira.
Atal honetan, fluxu konstanteko erreferentzia duen FDTC erabiltzen duen ur-ponpatze-sistema fotovoltaiko bat fluxu optimoan (FDTCO) oinarritutako proposatutako sistema batekin alderatzen da, funtzionamendu-baldintza berdinetan. Bi sistema fotovoltaikoen errendimendua probatu da, honako eszenatoki hauek kontuan hartuta:
Atal honetan ponpa-sistemaren abiarazte-egoera proposatzen da 1000 W/m2-ko intsolazio-tasa batean oinarrituta. 8e irudiak abiadura elektrikoaren erantzuna erakusten du. FDTCrekin alderatuta, proposatutako teknikak igoera-denbora hobea ematen du, egoera egonkorrean 1,04ra iritsiz. s, eta FDTCrekin, egoera egonkorrean 1,93 s-ra iritsiz.8f irudiak bi kontrol-estrategien ponpaketa erakusten du.Ikus daiteke FDTCOk ponpaketa kantitatea handitzen duela, eta horrek azaltzen du IM-ak bihurtutako energiaren hobekuntza.8g irudiak. eta 8h-k marraztutako estator-korrontea adierazten dute.FDTC erabiliz abiarazte-korrontea 20 A-koa da, proposatutako kontrol-estrategiak, berriz, 10 A-ko abiarazte-korrontea iradokitzen du, eta horrek Joule galerak murrizten ditu. 8i eta 8j irudietan garatutako estator-fluxua erakusten dute.FDTC-n oinarrituta PVPWS 1,2 Wb-ko erreferentzia-fluxu konstantean funtzionatzen du, proposatutako metodoan, berriz, erreferentzia-fluxua 1 A da, eta sistema fotovoltaikoaren eraginkortasuna hobetzen parte hartzen du.
(a)Eguzkiaerradiazioa (b) Potentzia erauztea (c) Lan-zikloa (d) DC bus-tentsioa (e) Errotorearen abiadura (f) Ponpatze-ura (g) FDTC-rako estatorearen fase-korrontea (h) FDTCO-rako estatorearen fase-korrontea (i) Fluxuaren erantzuna FLC erabiliz (j) Fluxuaren erantzuna FDTCO erabiliz (k) Estatorearen fluxuaren ibilbidea FDTC erabiliz (l) Estatorearen fluxuaren ibilbidea FDTCO erabiliz.
Theeguzkiaerradiazioa 1000 eta 700 W/m2-ra aldatu zen 3 segundotan eta gero 500 W/m2-ra 6 segundotan (8a. irudia). .8c eta 8d irudiek lan-zikloa eta DC link-aren tentsioa ilustratzen dituzte, hurrenez hurren.8e irudiak IM-ren abiadura elektrikoa erakusten du, eta proposatzen den teknikak abiadura eta erantzun-denbora hobeak dituela nabarituko dugu FDTCn oinarritutako sistema fotovoltaikoarekin alderatuta.8f irudia FDTC eta FDTCO erabiliz lortutako irradiazio-maila desberdinetarako ur ponpaketa erakusten du.FDTCOrekin FDTCrekin baino ponpaketa gehiago lor daiteke. 8g eta 8h irudietan FDTC metodoa eta proposatutako kontrol-estrategia erabiliz simulatutako korronte-erantzunak azaltzen dira.Proposatutako kontrol-teknika erabiliz. , korronte anplitudea minimizatu egiten da, eta horrek kobre-galera gutxiago esan nahi du, eta, beraz, sistemaren eraginkortasuna areagotuz.Hori dela eta, abiarazte-korronte handiek makinaren errendimendua murriztea ekar dezakete.8j irudiak fluxuaren erantzunaren bilakaera erakusten du, hautatzekofluxu optimoa galerak minimizatzen direla ziurtatzeko, beraz, proposatutako teknikak bere errendimendua erakusten du.8i irudiaren aldean, fluxua konstantea da, eta horrek ez du funtzionamendu optimoa adierazten.8k eta 8l irudiek estatorearen fluxuaren ibilbidearen bilakaera erakusten dute.Irudia. 8l-k fluxuaren garapen optimoa erakusten du eta proposatutako kontrol-estrategiaren ideia nagusia azaltzen du.
Bat-bateko aldaketa bateguzkiaerradiazioa aplikatu zen, 1000 W/m2-ko irradiaziotik hasi eta 1,5 s-ren buruan 500 W/m2-ra bat-batean jaitsiz (9a. irudia). W/m2.9c eta 9d irudietan lan-zikloa eta DC link-aren tentsioa ilustratzen dira, hurrenez hurren.9e irudian ikus daitekeenez, proposatutako metodoak erantzun-denbora hobea ematen du.9f irudiak bi kontrol-estrategietarako lortutako ur-ponpaketa erakusten du.Ponpaketa FDTCOrekin FDTCrekin baino handiagoa izan zen, 0,01 m3/s ponpatzen 1000 W/m2 irradiantziarekin 0,009 m3/s FDTCarekin alderatuta;gainera, irradiantzia 500 W /m2-koa zenean, FDTCOk 0,0079 m3/s ponpatzen zuen, FDTCk 0,0077 m3/s ponpatzen zuen bitartean. 9g eta 9h irudiak. FDTC metodoa erabiliz simulatutako egungo erantzuna eta proposatutako kontrol-estrategia deskribatzen ditu. Kontuan izan dezakegu. proposatutako kontrol-estrategiak erakusten du korronte anplitudea murrizten dela irradiazio-aldaketa bapatekoetan, kobre-galerak murrizten direlarik.9j irudian fluxu-erantzunaren bilakaera erakusten da, galerak minimizatzen direla ziurtatzeko fluxu optimoa aukeratzeko, beraz, proposatutako teknika. bere errendimendua 1Wb-ko fluxuarekin eta 1000 W/m2-ko irradiantziarekin erakusten du, Fluxua 0,83 Wb-koa da eta irradiantzia 500 W/m2-koa den bitartean. Funtzio optimoa irudikatzen dute. 9k eta 9l irudiek estatorearen fluxuaren ibilbidearen bilakaera erakusten dute. 9l irudiak fluxuaren garapen optimoa erakusten du eta proposatutako kontrol-estrategiaren ideia nagusia eta proposatutako ponpaketa-sistemaren hobekuntza azaltzen du.
(a)Eguzkiaerradiazioa (b) Erauzitako potentzia (c) Lan-zikloa (d) DC bus-tentsioa (e) Errotorearen abiadura (f) Ur-emaria (g) FDTC-ren estatorearen fase-korrontea (h) FDTCO-ren estatorearen fase-korrontea (i) ) Fluxuaren erantzuna erabiliz FLC (j) Fluxuaren erantzuna FDTCO erabiliz (k) Estatorearen fluxuaren ibilbidea FDTC erabiliz (l) Estatorearen fluxuaren ibilbidea FDTCO erabiliz.
Bi teknologien analisi konparatiboa fluxu-balioari, korronte-anplitudeari eta ponpaketari dagokionez 5. taulan agertzen da, eta bertan erakusten da proposatutako teknologian oinarritutako PVWPS-ak errendimendu handia ematen duela ponpaketa-fluxua handituz eta anplitude-korronte eta galerak minimizatuz, hori dela eta. fluxu optimoa hautatzera.
Proposatutako kontrol-estrategia egiaztatzeko eta probatzeko, PIL proba bat egiten da STM32F4 plakan oinarrituta. Bertan txertatutako plakan kargatu eta exekutatuko den kodea sortzea dakar. Plakak 32 biteko mikrokontrolagailu bat dauka 1 MB Flash, 168 MHz. Erlojuaren maiztasuna, koma mugikorreko unitatea, DSP argibideak, 192 KB SRAM. Proba honetan, kontrol-sisteman, STM32F4 aurkikuntzako hardware-plakan oinarritutako sortutako kodea zuen PIL bloke garatu bat sortu zen eta Simulink softwarean sartu zen. Onartzeko urratsak STM32F4 plaka erabiliz konfiguratu beharreko PIL probak 10. irudian ageri dira.
STM32F4 erabiliz ko-simulazioko PIL probak kostu baxuko teknika gisa erabil daitezke proposatutako teknika egiaztatzeko. Artikulu honetan, erreferentzia-fluxu onena ematen duen modulu optimizatua STMicroelectronics Discovery Board-en (STM32F4) ezartzen da.
Azken hau Simulink-ekin batera exekutatzen da eta ko-simulazioan zehar informazioa trukatzen du proposatutako PVWPS metodoa erabiliz. 12. Irudiak STM32F4-n optimizazio-teknologiaren azpisistemaren ezarpena erakusten du.
Kosimulazio honetan proposatzen den erreferentzia-fluxu optimoaren teknika baino ez da erakusten, ura ponpatzeko sistema fotovoltaiko baten kontrol-portaera erakusten duen lan honetako kontrol-aldagai nagusia baita.
Argitalpenaren ordua: 2022-04-15
