En la lastaj jaroj, plibonigoj en la efikeco de fotovoltaecaj akvopumpaj sistemoj (PVWPS) altiris grandan intereson inter esploristoj, ĉar ilia funkciado baziĝas sur pura elektra energioproduktado.En ĉi tiu artikolo, nova malklarkontura logiko-bazita regilo aliro estas evoluigita por PVWPS. aplikoj kiuj enkorpigas perdominimigi teknikojn aplikitajn al induktaj motoroj (IM).La proponita kontrolo elektas la optimuman fluograndecon per minimumigo de IM-perdoj. Krome, la variablo-paŝa perturba observa metodo ankaŭ estas enkondukita.La taŭgeco de la proponita kontrolo estas rekonita de reduktante la sinkan fluon;tial, motoraj perdoj estas minimumigitaj kaj efikeco estas plibonigita.La proponita kontrolstrategio estas komparata kun metodoj sen perdominimumigo.La komparrezultoj ilustras la efikecon de la proponita metodo, kiu baziĝas sur la minimumigo de perdoj en elektra rapido, sorbita kurento, fluanta akvo, kaj evoluiga fluo.Procesoro-en-la-buklo (PIL) estas farita kiel eksperimenta testo de la proponita metodo.Ĝi inkluzivas la efektivigon de la generita C-kodo sur la malkovrotabulo STM32F4.La rezultoj akiritaj de la enigita metodo. tabulo estas similaj al la nombraj simuladrezultoj.
Precipe renovigebla energiosunafotovoltaeca teknologio, povas esti pli pura alternativo al fosiliaj brulaĵoj en akvopumpadaj sistemoj1,2.Fotovoltaaj pumpaj sistemoj ricevis konsiderindan atenton en foraj lokoj sen elektro3,4.
Diversaj motoroj estas uzataj en PV pumpado-aplikoj.La primara etapo de PVWPS baziĝas sur DC-motoroj.Ĉi tiuj motoroj estas facile kontroleblaj kaj efektivigitaj, sed ili postulas regulan prizorgadon pro la ĉeesto de la komentarioj kaj brosoj5.Por venki ĉi tiun mankon, senbrosoj. permanentaj magnetaj motoroj estis enkondukitaj, kiuj estas karakterizitaj per senbrosoj, alta efikeco kaj fidindeco6.Kompare al aliaj motoroj, IM-bazita PVWPS havas pli bonan rendimenton ĉar ĉi tiu motoro estas fidinda, malmultekosta, senzorga, kaj ofertas pli da eblecoj por kontrolstrategioj7 .Indirect Field Oriented Control (IFOC) teknikoj kaj Direct Torque Control (DTC) metodoj estas ofte uzataj8.
IFOC estis evoluigita de Blaschke kaj Hasse kaj permesas ŝanĝi la IM-rapidecon en larĝa gamo9,10.La statora fluo estas dividita en du partojn, unu generas la magnetan fluon kaj la alia generas la tordmomanton per konvertado al la dq-koordinata sistemo. Ĉi tio permesas sendependa kontrolo de fluo kaj tordmomanto sub stabila stato kaj dinamikaj kondiĉoj.Akso (d) estas vicigita kun la rotorflua spacvektoro, kiu implikas la q-aksa komponento de la rotora fluospacvektoro ĉiam estanta nul.FOC disponigas bonan kaj pli rapidan respondon11 ,12, tamen, ĉi tiu metodo estas kompleksa kaj submetata al parametraj variadoj13.Por venki ĉi tiujn mankojn, Takashi kaj Noguchi14 enkondukis DTC, kiu havas altan dinamikan rendimenton kaj estas fortika kaj malpli sentema al parametroŝanĝoj.En DTC, la elektromagneta tordmomanto kaj statora fluo. estas kontrolitaj subtrahante la statoran fluon kaj tordmomanton de la respondaj taksoj. La rezulto estas enmetita en histerezkomparilon por generi la taŭgan tensiovektoron por kontroli.kaj statorfluo kaj tordmomanto.
La ĉefa malkomforto de ĉi tiu kontrolstrategio estas la granda tordmomanto kaj flufluktuoj pro la uzo de histerezreguligiloj por statorfluo kaj elektromagneta tordmomanto-reguligo15,42.Multnivelaj konvertiloj estas uzataj por minimumigi ondeton, sed efikeco estas reduktita per la nombro da potencaj ŝaltiloj16. Pluraj aŭtoroj uzis moduladon de spaca vektora (SWM)17, glita reĝimo-kontrolo (SMC)18, kiuj estas potencaj teknikoj sed suferas de nedezirindaj ŝancelaj efikoj19.Multaj esploristoj uzis teknikojn de artefarita inteligenteco por plibonigi la rendimenton de la regilo, inter ili, (1) neŭralaj. retoj, kontrolstrategio kiu postulas altrapidajn procesorojn efektivigi20, kaj (2) genetikajn algoritmojn21.
Neklara kontrolo estas fortika, taŭga por neliniaj kontrolstrategioj, kaj ne postulas scion pri la preciza modelo. Ĝi inkluzivas la uzon de malklarkonturaj logikaj blokoj anstataŭ histerezaj regiloj kaj ŝaltilelektotabloj por redukti fluon kaj tordmomantan ondeton. Indas atentigi, ke FLC-bazitaj DTC-oj disponigas pli bonan efikecon22, sed ne sufiĉe por maksimumigi la efikecon de la motoro, tiel ke kontrolbuklooptimumigoteknikoj estas postulataj.
En la plej multaj antaŭaj studoj, la verkintoj elektis konstantan fluon kiel la referencfluon, sed ĉi tiu elekto de referenco ne reprezentas optimuman praktikon.
Alt-efikecaj, alt-efikecaj motoraj veturadoj postulas rapidan kaj precizan rapidan respondon. Aliflanke, por iuj operacioj, la kontrolo eble ne estas optimuma, do la efikeco de la vetursistemo ne povas esti optimumigita. Pli bona rendimento povas esti akirita per uzado. varia fluoreferenco dum sistemfunkciado.
Multaj verkintoj proponis serĉregilon (SC) kiu minimumigas perdojn sub malsamaj ŝarĝkondiĉoj (kiel ekzemple in27) por plibonigi la efikecon de la motoro. La tekniko konsistas el mezurado kaj minimumigado de la eniga potenco per ripeta d-aksa aktuala referenco aŭ statora fluo. referenco.Tamen, ĉi tiu metodo enkondukas tordmomantan ondeton pro osciladoj ĉeestantaj en la aerinterspaca fluo, kaj la efektivigo de ĉi tiu metodo estas tempopostula kaj kompute rimeda.Optimumigo de partikla svarmo ankaŭ estas uzata por plibonigi efikecon28, sed ĉi tiu tekniko povas blokiĝi en lokaj minimumoj, kondukante al malbona elekto de kontrolparametroj29.
En ĉi tiu artikolo, tekniko rilata al FDTC estas proponita por elekti la optimuman magnetan fluon reduktante motorajn perdojn. Ĉi tiu kombinaĵo certigas la kapablon uzi la optimuman flunivelon ĉe ĉiu operacia punkto, tiel pliigante la efikecon de la proponita fotovoltaeca akvopumpa sistemo. Sekve, ĝi ŝajnas esti tre oportuna por fotovoltaecaj akvopumpaj aplikoj.
Krome, procesoro-en-buklo-testo de la proponita metodo estas farita uzante la STM32F4-tabulo kiel eksperimenta validigo.La ĉefaj avantaĝoj de ĉi tiu kerno estas simpleco de efektivigo, malalta kosto kaj neniu bezono evoluigi kompleksajn programojn 30 .Krome. , la FT232RL USB-UART-konverta tabulo estas asociita kun la STM32F4, kiu garantias eksteran komunikan interfacon por establi virtualan serian havenon (COM-havenon) sur la komputilo. Ĉi tiu metodo permesas transdoni datumojn je altaj baŭdaj rapidecoj.
La agado de PVWPS uzante la proponitan teknikon estas komparata kun PV-sistemoj sen perdo-minimumigo sub malsamaj operaciaj kondiĉoj.La akiritaj rezultoj montras, ke la proponita fotovoltaeca akvopumpila sistemo estas pli bona en minimumigo de stator-fluo kaj kupraj perdoj, optimumigante fluon kaj pumpi akvon.
La resto de la papero estas strukturita jene: La modeligado de la proponita sistemo estas donita en la sekcio "Modelado de Fotovoltaaj Sistemoj".En la sekcio "Kontrola strategio de la studita sistemo", FDTC, la proponita kontrolstrategio kaj MPPT-tekniko estas. priskribitaj detale.La trovoj estas diskutitaj en la sekcio "Simulaj Rezultoj".En la sekcio "PIL-testado kun la malkovra tabulo STM32F4", procesoro-en-la-buklo-testado estas priskribita.La konkludoj de ĉi tiu artikolo estas prezentitaj en la " Sekcio Konkludoj”.
Figuro 1 montras la proponitan sisteman agordon por memstara PV-akva pumpsistemo.La sistemo konsistas el IM-bazita centrifuga pumpilo, fotovoltaeca aro, du potencaj konvertiloj [akcela konvertilo kaj tensiofonta invetilo (VSI)].En ĉi tiu sekcio , la modeligado de la studita fotovoltaeca akvopumpa sistemo estas prezentita.
Ĉi tiu artikolo adoptas la unu-diodan modelon desunafotovoltaaj ĉeloj.La karakterizaĵoj de la PV ĉelo estas signitaj per 31, 32 kaj 33.
Por plenumi la adaptadon oni uzas boost-konvertilon. La rilato inter la eniraj kaj eliraj tensioj de la DC-DC-konvertilo estas donita per Ekvacio 34 sube:
La matematika modelo de IM povas esti priskribita en la referenckadro (α,β) per la sekvaj ekvacioj 5,40:
Kie \(l_{s }\),\(l_{r}\): statora kaj rotora induktanco, M: reciproka indukto, \(R_{s }\), \(I_{s }\): statora rezisto kaj statora Kurento, \(R_{r}\), \(I_{r }\): rotorrezisto kaj rotorkurento, \(\phi_{s}\), \(V_{s}\): statora fluo kaj statoro tensio , \(\phi_{r}\), \(V_{r}\): rotorfluo kaj rotortensio.
La centrifuga pumpila ŝarĝmomanto proporcia al la kvadrato de la IM-rapideco povas esti determinita per:
La kontrolo de la proponita akvopumpila sistemo estas dividita en tri apartajn subfakojn.La unua parto traktas MPPT-teknologion.La dua parto traktas veturadon de la IM surbaze de la rekta tordmomanta kontrolo de la neklara logiko.Cetere, Sekcio III priskribas teknikon rilatan al FLC-bazita DTC kiu permesas la persistemon de referencfluoj.
En ĉi tiu laboro, ŝanĝiĝema P&O-tekniko estas uzata por spuri la maksimuman potencon. Ĝi estas karakterizita per rapida spurado kaj malalta oscilado (Figuro 2)37,38,39.
La ĉefa ideo de DTC estas rekte kontroli la fluon kaj tordmomanton de la maŝino, sed la uzo de histerezreguligiloj por elektromagneta tordmomanto kaj statora fluo-reguligo rezultigas altan tordmomanton kaj fluan ondeton. Tial, malklara tekniko estas enkondukita por plibonigi la. DTC-metodo (Fig. 7), kaj la FLC povas disvolvi sufiĉajn invetilajn vektorajn statojn.
En ĉi tiu paŝo, la enigo estas transformita en neklarajn variablojn per membrofunkcioj (MF) kaj lingvaj terminoj.
La tri membrofunkcioj por la unua enigo (εφ) estas negativaj (N), pozitivaj (P), kaj nul (Z), kiel montrite en Figuro 3.
La kvin membrofunkcioj por la dua enigo (\(\varepsilon\)Tem) estas Negativa Granda (NL) Negativa Malgranda (NS) Nulo (Z) Pozitiva Malgranda (PS) kaj Pozitiva Granda (PL), kiel montrite en Figuro 4.
La statora flutrajektorio konsistas el 12 sektoroj, en kiuj la neklara aro estas reprezentita per izocela triangula membrecfunkcio, kiel montrite en Figuro 5.
Tabelo 1 grupigas 180 neklarajn regulojn, kiuj uzas la enigajn membrajn funkciojn por elekti taŭgajn ŝaltajn ŝtatojn.
La inferenca metodo estas farita uzante la teknikon de Mamdani. La pezofaktoro (\(\alpha_{i}\)) de la i-a regulo estas donita per:
kie\(\mu Ai \left({e\varphi } \right)\),\(\mu Bi\left({eT} \right) ,\) \(\mu Ci\left(\theta \right) \) : Membra valoro de magneta fluo, tordmomanto kaj statora flua angula eraro.
Figuro 6 ilustras la akrajn valorojn akiritajn de la malklaraj valoroj uzante la maksimuman metodon proponitan de Ekv.(20).
Pliigante la motoran efikecon, la flukvanto povas esti pliigita, kiu siavice pliigas la ĉiutagan akvopumpadon (Figuro 7). La celo de la sekva tekniko estas asocii perdo-minimigi bazitan strategion kun rekta tordmomanta kontrolo-metodo.
Estas bone sciate, ke la valoro de la magneta fluo estas grava por la efikeco de la motoro.Altaj fluaj valoroj kondukas al pliigitaj ferperdoj kaj al magneta saturiĝo de la cirkvito. Male, malaltaj fluaj niveloj rezultigas altajn Joule-perdojn.
Tial, la redukto de perdoj en IM rekte rilatas al la elekto de flunivelo.
La proponita metodo baziĝas sur la modeligado de la Joule-perdoj asociitaj kun la kurento fluanta tra la statoraj volvaĵoj en la maŝino. Ĝi konsistas el ĝustigi la valoron de la rotorfluo al optimuma valoro, tiel minimumigante motorajn perdojn por pliigi efikecon. Joule-perdoj. povas esti esprimita jene (ignorante kernperdojn):
La elektromagneta tordmomanto\(C_{em}\) kaj rotorfluo\(\phi_{r}\) estas kalkulitaj en la dq koordinatsistemo kiel:
La elektromagneta tordmomanto\(C_{em}\) kaj rotorfluo\(\phi_{r}\) estas kalkulitaj en referenco (d,q) kiel:
solvante la ekvacion.(30), ni povas trovi la optimuman statoran kurenton kiu certigas optimuman rotorfluon kaj minimumajn perdojn:
Malsamaj simulaĵoj estis faritaj per MATLAB/Simulink-programaro por taksi la fortikecon kaj agadon de la proponita tekniko.La esplorita sistemo konsistas el ok 230 W CSUN 235-60P-paneloj (Tablo 2) konektitaj en serioj.La centrifuga pumpilo estas funkciigita de IM, kaj ĝiaj karakterizaj parametroj estas montritaj en Tabelo 3.La komponantoj de la PV-pumpa sistemo estas montritaj en Tabelo 4.
En ĉi tiu sekcio, fotovoltaeca akvopumpa sistemo uzanta FDTC kun konstanta fluo-referenco estas komparita kun proponita sistemo bazita sur optimuma fluo (FDTCO) sub la samaj funkciigadkondiĉoj. La agado de ambaŭ fotovoltaikaj sistemoj estis provita konsiderante la sekvajn scenarojn:
Ĉi tiu sekcio prezentas la proponitan startan staton de la pumpilsistemo bazita sur insola indico de 1000 W/m2.Figuro 8e ilustras la elektran rapidecan respondon. Kompare kun FDTC, la proponita tekniko disponigas pli bonan pliiĝon, atingante stabilan staton ĉe 1.04. s, kaj kun FDTC, atingante stabilan staton je 1.93 s.Figuro 8f montras la pumpadon de la du kontrolstrategioj.Oni povas vidi, ke la FDTCO pliigas la pumpan kvanton, kio klarigas la plibonigon en la energio konvertita de la IM.Figures 8g kaj 8h reprezentas la tiratan statoran kurenton.La ekfluo uzante la FDTC estas 20 A, dum la proponita kontrolstrategio sugestas ekfluon de 10 A, kiu reduktas la perdojn de Joule.Figuroj 8i kaj 8j montras la evoluitan statoran fluon.La FDTC-bazita. PVPWS funkcias ĉe konstanta referencfluo de 1.2 Wb, dum en la proponita metodo, la referencfluo estas 1 A, kiu estas implikita en plibonigado de la efikeco de la fotovoltaeca sistemo.
(a)Sunaradiado (b) Potencekstraktado (c) Devociklo (d) DC-bustensio (e) Rotorrapideco (f) Pumpa akvo (g) Statorfazkurento por FDTC (h) Statorfazkurento por FDTCO (mi) Fluxrespondo uzante FLC (j) Fluxrespondo uzante FDTCO (k) Statorflutrajektorio uzante FDTC (l) Statorflutrajektorio uzante FDTCO.
Lasunaradiado variis de 1000 al 700 W/m2 je 3 sekundoj kaj poste al 500 W/m2 je 6 sekundoj (Fig. 8a).Figuro 8b montras la respondan fotovoltaecan potencon por 1000 W/m2, 700 W/m2 kaj 500 W/m2. .Figuro 8c kaj 8d ilustras la deĵoran ciklon kaj DC-ligo-tension, respektive.Figuro 8e ilustras la elektran rapidon de IM, kaj ni povas rimarki, ke la proponita tekniko havas pli bonan rapidecon kaj respondan tempon kompare kun la FDTC-bazita fotovoltaeca sistemo.Figuro 8f montras la akvopumpadon por malsamaj irradiaj niveloj akiritaj per FDTC kaj FDTCO.Pli da pumpado povas esti atingita per FDTCO ol per FDTC.Figuroj 8g kaj 8h ilustras la simulitajn nunajn respondojn uzante la FDTC-metodon kaj la proponitan kontrolstrategion.Per uzado de la proponita kontroltekniko , la nuna amplitudo estas minimumigita, kio signifas malpli da kupraj perdoj, tiel pliigante sisteman efikecon.Tial altaj ekfluoj povas konduki al reduktita maŝina rendimento.Figuro 8j montras la evoluon de la fluo-respondo por elekti laoptimuma fluo por certigi, ke perdoj estas minimumigitaj, tial la proponita tekniko ilustras ĝian agadon.Kontraste al figuro 8i, la fluo estas konstanta, kio ne reprezentas optimuman funkciadon.Figuroj 8k kaj 8l montras la evoluon de la statora flutrajektorio.Figuro 8l ilustras la optimuman fluan disvolviĝon kaj klarigas la ĉefan ideon de la proponita kontrolstrategio.
Subita ŝanĝo ensunaradiado estis aplikita, komencante per surradiado de 1000 W/m2 kaj abrupte malpliiĝanta al 500 W/m2 post 1,5 s (Fig. 9a).Figuro 9b montras la fotovoltaecan potencon ĉerpita el la fotovoltaikaj paneloj, responda al 1000 W/m2 kaj 500. W/m2.Figuroj 9c kaj 9d ilustras la deĵoran ciklon kaj DC-ligo-tension, respektive.Kiel videblas de Fig. 9e, la proponita metodo disponigas pli bonan respondtempon.Figuro 9f montras la akvopumpadon akiritan por la du kontrolstrategioj.Pumpado kun FDTCO estis pli alta ol kun FDTC, pumpante 0,01 m3/s ĉe 1000 W/m2 surradiado komparite kun 0,009 m3/s kun FDTC;krome, kiam surradiado estis 500 W Je /m2, FDTCO pumpis 0,0079 m3/s, dum FDTC pumpis 0,0077 m3/s.Figuroj 9g kaj 9h.Priskribas la nunan respondon simulitan uzante la FDTC-metodon kaj la proponitan kontrolstrategion.Ni povas noti tion. la proponita kontrolstrategio montras, ke la nuna amplitudo estas reduktita sub abruptaj irradiaj ŝanĝoj, rezultigante reduktitajn kuprajn perdojn.Figuro 9j montras la evoluon de la fluo-respondo por elekti la optimuman fluon por certigi, ke perdoj estas minimumigitaj, do la proponita tekniko. ilustras ĝian agadon per fluo de 1Wb kaj surradiado de 1000 W/m2, dum La fluo estas 0,83 Wb kaj la surradiado estas 500 W/m2. Kontraste al Fig. 9i, la fluo estas konstanta je 1,2 Wb, kio ne faras reprezentas optimuman funkcion.Figuroj 9k kaj 9l montras la evoluon de la statora fluotrajektorio.Figuro 9l ilustras la optimuman fluon-disvolviĝon kaj klarigas la ĉefan ideon de la proponita kontrolstrategio kaj la plibonigo de la proponita pumpsistemo.
(a)Sunaradiado (b) Ekstraktita potenco (c) Devociklo (d) DC-bustensio (e) Rotorrapideco (f) Akvofluo (g) Stator-faza fluo por FDTC (h) Stator-faza fluo por FDTCO (i) ) Fluxrespondo uzante FLC (j) Fluxrespondo uzanta FDTCO (k) Statorflutrajektorio uzante FDTC (l) Statorflutrajektorio uzante FDTCO.
Kompara analizo de la du teknologioj laŭ fluovaloro, nuna amplitudo kaj pumpado estas montrita en Tabelo 5, kiu montras, ke la PVWPS bazita sur la proponita teknologio provizas altan rendimenton kun pliigita pumpadfluo kaj minimumigita amplitudo-kurento kaj perdoj, kio estas pro tio. al optimuma fluo-elekto.
Por kontroli kaj testi la proponitan kontrolstrategion, PIL-testo estas farita surbaze de la STM32F4-tabulo.Ĝi inkluzivas generan kodon, kiu estos ŝarĝita kaj rulita sur la enigita tabulo.La tabulo enhavas 32-bitan mikroregilon kun 1 MB Flash, 168 MHz. horloĝfrekvenco, glitkoma unuo, DSP-instrukcioj, 192 KB SRAM.Dum ĉi tiu provo, evoluinta PIL-bloko estis kreita en la kontrolsistemo enhavanta la generitan kodon bazitan sur la malkovra aparataro STM32F4 kaj enkondukita en la Simulink-programaro.La paŝoj por permesi PIL-testoj agordataj per la STM32F4-tabulo estas montritaj en Figuro 10.
Ko-simula PIL-testado uzante STM32F4 povas esti uzata kiel malmultekosta tekniko por kontroli la proponitan teknikon.En ĉi tiu papero, la optimumigita modulo, kiu provizas la plej bonan referencan fluon, estas efektivigita en la STMicroelectronics Discovery Board (STM32F4).
Ĉi-lasta estas ekzekutita samtempe kun Simulink kaj interŝanĝas informojn dum ko-simulado uzante la proponitan PVWPS-metodon.Figuro 12 ilustras la efektivigon de la optimumiga teknologia subsistemo en STM32F4.
Nur la proponita optimuma referenca fluotekniko estas montrita en ĉi tiu kunsimulado, ĉar ĝi estas la ĉefa kontrolvariablo por ĉi tiu laboro montranta la kontrolkonduton de fotovoltaeca akvopumpa sistemo.
Afiŝtempo: Apr-15-2022
