Teibí
Tá córais fhótavoltach ar scála mór ina gcuid thábhachtach den fhuinneamh in-athnuaite dáilte i go leor eangacha cumhachta áitiúla. Ní tasc éasca é na micrigrideanna seo a bhainistiú, go háirithe an chaoi a n-idirghníomhaíonn siad leis an bpríomhghreille. Éilíonn sé seo rialú beacht ar na hacmhainní in-athnuaite sin. Déanann an t-alt seo achoimre ar na cineálacha tiontairí DC-DC a úsáidtear i microgrids agus molann sé modh aicmithe nua. Tugann an t-alt seo isteach teicneolaíocht rialaithe tiontairí DC-DC i microgrids DC agus pléann sé buntáistí agus míbhuntáistí na modhanna rialaithe seo.
Agus an cion méadaithe d'fhuinneamh in-athnuaite dáilte sa chóras cumhachta, tá bainistiú an leictreachais seo ina cheist mhór anois. Tugann an t-alt seo modhanna éagsúla bainistíochta cumhachta isteach. Ar deireadh, insamhladh córas microgrid DC lena n-áirítear fuinneamh na gréine, tuirbíní gaoithe, agus cadhnraí ag baint úsáide as bogearraí MATLAB/Simulink, agus rinneadh anailís ar a fheidhmíocht.
Níl ort ach a chur, tá an t-alt seo faoi conas microgrids a úsáideann fuinneamh in-athnuaite a rialú agus a bhainistiú níos fearr, agus úsáideann sé bogearraí freisin chun córas den sórt sin a insamhail chun a fheiceáil cé chomh héifeachtach is atá sé.
1. Réamhrá
Is féidir le microgrids caillteanais tarchurtha a laghdú agus aghaidh a thabhairt ar ghéarchéimeanna fuinnimh, lena n-áirítear teicneolaíochtaí cosúil le fótavoltach agus micrea-thuirbíní, a éilíonn tiontairí leictreonacha cumhachta chun nascadh leis an eangach. Tá microgrid DC bunaithe ar fhuinneamh in-athnuaite comhdhéanta de bhusbharraí DC, painéil fhótavoltach, tuirbíní gaoithe, tiontairí leictreonacha cumhachta, córais stórála fuinnimh hibrideach, agus ualaí DC. Tá na buntáistí a bhaineann le leibhéil ilvoltais agus ardéifeachtúlachta aige, agus tá an córas DC tarraingteach i dtéarmaí foinsí fuinnimh, bainistíocht rialaithe, agus oiriúnú ualaigh. Mar sin féin, tá dúshláin le sárú ag microgrids DC mar ualaí cumhachta seasta agus ualaí cumhachta cuisle, a éilíonn modhanna rialaithe chun cinn chun tarchur fuinnimh a fheabhsú, soláthar cumhachta a chinntiú, agus oibriú eacnamaíoch a bhaint amach.
Fíor 1. Aicmithe éagsúla microgrids.
Fíor 2. Microgrid DC ginearálta.
Fíor 3. Microgrid AC tipiciúil.
Fíor 4. Microgrid hibrideach.
Fíor 5. Céatadán bliantúil na bpáipéar a foilsíodh ar mhicrigrideanna DC le deich mbliana anuas.
Struchtúr agus socrú ábhair an ailt seo:Molfaidh an t-alt seo aicmiú nua trí staidéar cuimsitheach a dhéanamh ar thipeolaíocht agus ar mhodhanna rialaithe tiontairí DC-DC i micrigrids DC. Áirítear ar an ábhar seo a leanas: plé a dhéanamh ar an gcur síos ar mhicrigrididí DC i Roinn 2; Mínítear i Roinn 3 na cineálacha struchtúr tiontairí atá ar fáil i micrighreillí; Tugann Cuid 4 forbhreathnú ar na modhanna rialaithe le haghaidh tiontairí DC-DC i micrighreillí DC; Tugann Cuid 5 isteach modhanna bainistíochta cumhachta le haghaidh microgrids DC; Cuireann Cuid 6 i láthair forbairt crua-earraí i réimse na dtiontairí DC-DC le haghaidh feidhmeanna microgrid; Cuireann Cuid 7 i láthair ionsamhlú agus anailís ar mhicrigrididí DC tipiciúla; Cuireann Cuid 8 an tátal i láthair.
2. Saintréithe a bhaineann le microgrids DC
Buntáistí agus cásanna iarratais microgrids DC:Le forbairt na teicneolaíochta leictreonaice cumhachta, tá aird á tarraingt ag microgrids DC mar gheall ar a n-iontaofacht agus éifeachtacht ard. Tá níos mó bail ar fónamh orthu microgrids DC in iarratais chónaithe, stáisiúin luchtaithe feithiclí leictreacha, ionaid sonraí, agus réimsí eile. Idir an dá linn, tá an t-éileamh méadaitheach ar ualaí leictreacha DC tar éis taighde a dhéanamh ar ghiniúint cumhachta bunaithe ar fhoinsí cumhachta DC go leor tarraingteach.
Modh oibríochta microgrid DC:Tá dhá mhodh oibríochta ag DC microgrid: greille nasctha agus neamhspleách. Nuair atá sé ceangailte leis an eangach, tá an microgrid ceangailte leis an mbus DC chun cumhacht a fhorlíonadh; Agus tú ag feidhmiú go neamhspleách, ní gá sioncrónú leis an bpríomhghreille cumhachta. Sa dá mhodh, tá foinsí fuinnimh in-athnuaite éagsúla agus córais stórála fuinnimh lena n-áirítear cadhnraí agus supercapacitors ceangailte leis an microgrid.
Ról na gcóras stórála fuinnimh i microgrids DC:tá dlús ardfhuinnimh ag cadhnraí, agus úsáidtear a rialtóirí chun cumhacht seasta a ghiniúint nó a ionsú; Tá dlús ardchumhachta ag supercapacitors, agus úsáidtear a rialtóirí chun cumhacht neamhbhuan a ghiniúint nó a ionsú. Oibríonn an dá cheann le chéile i microgrids chun cothromaíocht chumhachta agus oibriú cobhsaí a choinneáil.
Taighde ar Chónascadh agus Rialú Microgrids DC:Tá an líonra dáileacháin agus an córas stórála fuinnimh idirnasctha trí thiontairí leictreonacha cumhachta a úsáideann naisc DC. Tá staidéir ábhartha déanta ar shaincheisteanna cosanta agus réitigh microgrids DC. Ina theannta sin, soláthraíonn an t-alt forbhreathnú gairid ar rialú áitiúil i microgrids DC agus cuireann sé ailtireacht iomlán microgrids DC i láthair le haonaid stórála fuinnimh.
3. Topology na dtiontairí DC-DC i microgrids DC
Aicmiú agus topologies coitianta na dtiontairí DC-DC:Is féidir tiontairí DC-DC a roinnt i gcineálacha neamh-aonraithe agus scoite. I microgrids DC, úsáidtear treisiú, treisiú buck, agus tiontairí buck, gach ceann acu lena topology uathúil féin (mar a thaispeántar i bhFíor 6), chun freastal ar riachtanais chomhshó voltas éagsúla. Úsáidtear tiontairí DC-DC déthreoracha scoite go coitianta i gcórais DC, ina measc is rogha oiriúnach iad tiontairí DC-DC dé-dhroichead gníomhach (DAB) mar gheall ar a dtacaíocht do shreabhadh cumhachta déthreo agus dlús ardchumhachta (féach Fíor 7 dá léaráid scéimeach). , agus tá topology na dtiontairí athshondach sraithe (SRC) tar éis aird go leor taighdeoirí a mhealladh freisin.
Fíor 6. Topology tiontaire DC-DC, (A) treisiú, (B) treisiú, (C) treisiú buck.
Fíor 7. Léaráid scéimreach den tiontaire DAB.
Forbairt agus cur i bhfeidhm tiontairí DC-DC ilphort:D'fhonn na fadhbanna a bhaineann le costas ard agus caillteanas córais de bharr úsáid tiontairí a réiteach, tá tiontairí DC-DC il-chalafoirt tagtha chun cinn. Úsáidtear go coitianta é chun líonraí DC il a nascadh i microgrids, mar shampla na topologies éagsúla a luaitear san alt (Fíor 8), ar féidir leo ualaí DC éagsúla agus foinsí cumhachta a nascadh go solúbtha agus naisc DC a rialú; Tá topeolaíochtaí scoite dhá chéim trí tiontaire calafoirt ann freisin, etc. Tá na tiontairí ilphoirt seo oiriúnach chun ilfhoinsí fuinnimh a chomhtháthú (lena n-áirítear stóráil fuinnimh) agus tá cóimheasa voltais níos airde acu ná na tiontairí treisithe buck. Tá iarratais éagsúla acu i microgrids DC, mar shampla voltas supercapacitor a rialáil, cumhacht a bhainistiú idir cadhnraí agus supercapacitors, cadhnraí a mhuirearú, comhtháthú córas stórála fuinnimh hibrideach a chur i bhfeidhm, agus sreabhadh cumhachta idir foinsí fuinnimh in-athnuaite a chothromú. Roinntear na tiontairí a úsáidtear i microgrids DC go ginearálta i dhá chatagóir: scoite agus neamh-aonraithe (féach Fíor 9 le haghaidh aicmiú).
Fíor 8. Léaráid scéimreach de tiontaire ilphort.
Figiúr 9. Aicmiú topologies tiontaire DC-DC a úsáidtear i micrigrids DC.
4. Modh rialaithe tiontaire DC-DC i microgrid DC
Tábhacht agus aicmiú foriomlán na modhanna rialaithe:Tá rialú microgrids DC ar cheann de na príomhcheisteanna imní do thaighdeoirí. Is féidir na modhanna rialaithe foriomlána a roinnt ina rialú láraithe agus rialú dáilte. Tá rialú láraithe oiriúnach do mhicreagrideanna beaga áitiúla le bailiú sonraí teoranta (féach Fíor 10 dá scéim rialaithe), cé nach dteastaíonn rialtóir lárnach le rialú dáilte (féach Fíor 11).
Fíor 10. Léaráid bhloc de rialú láraithe.
Fíor 11. Léaráid bhloc den rialú dáilte.
Cineálacha agus tréithe na teicneolaíochta rialaithe neamhlíneach:Áirítear le teicneolaíocht rialaithe neamhlíne rialú tuar samhail (MPC), rialú modh sleamhnáin (SMC), rialú oiriúnaitheach, agus rialú cliste. Le blianta beaga anuas, dhírigh go leor staidéir ar fheidhmíocht MPC i rialú tiontaire déthreorach ar chórais stórála fuinnimh ceallraí (BESS) agus ar chothromú cumhachta microgrids. I MPC, déantar modh lasctha optamach an tiontaire a chinneadh ag an bhfeidhm costais chun feidhmíocht níos fearr a bhaint amach (féach Fíor 12 dá scéim rialaithe); I rialú SMC, gníomhaíonn an t-ionchur rialaithe ginte go díreach ar an lasc tiontaire leictreonach cumhachta, le freagra tapa (féach Fíor 13); Tá rialú oiriúnaitheach oiriúnach do chásanna ina n-athraíonn ualach agus foinse ionchuir na dtiontairí DC-DC, agus is féidir leo stóinseacht an mhodha rialaithe a fheabhsú (féach Fíor 14). Ina theannta sin, moltar modh rialaithe nua do bhainistiú cumhachta microgrid bunaithe ar chórais fhótavoltach, a úsáideann rialtóir loighic doiléir (FLC) chun cumhacht gach inverter a rialú (féach Fíor 15).
Fíor 12. Léaráid bloc de rialtóir MPC.
Fíor 13. Léaráid bloc de rialtóir SMC.
Fíor 14. Léaráid bhloc de rialú oiriúnaitheach.
Fíor 15. Modh rialaithe an tiontaire i microgrid DC.
5. Straitéis bainistíochta cumhachta le haghaidh microgrid DC
Tábhacht agus dúshláin na bainistíochta cumhachta:Soláthraíonn microgrids DC rogha oiriúnach le haghaidh soláthar fuinnimh i gceantair iargúlta, dá bhrí sin tá go leor aird tarraingthe ar a modhanna bainistíochta fuinnimh. Tá go leor dúshlán roimh bhainistíocht cumhachta Microgrid, mar shampla luaineacht cumhachta aschuir an chórais fhótavoltach le hathruithe radaíochta. Ní mór na fachtóirí seo a chur san áireamh agus córais bhainistíochta cumhachta á ndearadh chun soláthar fuinnimh iontaofa agus ardcháilíochta a chinntiú. I microgrid neamhspleách ar an eangach chumhachta, is gá freisin oibriú na gcóras fótavoltach, córais stórála fuinnimh ceallraí (BESS), agus aonaid eile a chomhordú chun cothromaíocht chumhachta a bhaint amach.
Sampla de chórais agus halgartaim éagsúla bainistíochta cumhachta:Is féidir le Córas Bainistíochta Fuinnimh Battery (BEMS) le haghaidh microgrids, le gineadóirí fótavoltach agus díosail mar na príomhfhoinsí cumhachta, am oibre gineadóirí díosail a laghdú, luaineachtaí cumhachta fótavoltach a laghdú, cineálacha éagsúla cadhnraí a bhainistiú le tréithe éagsúla, agus an saol ceallraí a leathnú. Algartam bainistíochta cumhachta a úsáidtear chun cumhacht na gcóras fótavoltach agus BESS a chothromú, agus na srianta Stát Muirear (SoC) de chóras BESS á meas. Le linn urscaoileadh ceallraí, déanann tiontaire déthreorach voltas bus DC a choigeartú, agus i gcásanna áirithe, ní mór don tiontaire leictreonach cumhachta cuidiú leis an gcóras oibriú i mód Uasta Rianú Pointe Cumhachta (MPPT) (féach Fíor 17 dá mhodh oibriúcháin córais). Tá córas bainistíochta fuinnimh dinimiciúil cliste le haghaidh microgrids, modh bainistíochta cumhachta le haghaidh córais fótavoltach/ceallraí hibrideacha, agus straitéis bainistíochta cumhachta (PMS) chun sreabhadh cumhachta micreagrids DC a rialú molta. Cuireann an t-alt i láthair freisin modhanna oibriúcháin éagsúla de chóras bainistíochta cumhachta DC microgrid (féach Fíor 16), lena n-áirítear an modh cumhachta teoranta (LPM) agus modh MPPT an chórais fhótavoltach, a chinneann an ceallraí SoC (mar a léirítear sa tsreabhchairt i Fíor 17).
Fíor 16. Sreabhchairt na straitéise bainistíochta cumhachta.
Fíor 17. Algartam bainistíochta cumhachta le haghaidh ceallraí microgrid (A) agus (B) comhpháirteanna fótavoltach
6. Forbairt crua-earraí agus fíorú insamhalta ar DC microgrid
Cur i bhfeidhm crua-earraí san insamhalta lúb:Is ábhar nua é córais fhisiceacha a nascadh le timpeallachtaí ionsamhlúcháin. I dtaighde microgrid, tá gá le comparáid crua-earraí chun torthaí insamhalta modhanna rialaithe éagsúla agus struchtúir topology a fhíorú. Trí insamhalta crua-earraí sa lúb (HIL), baineadh úsáid as tiontaire DC-DC chun an microgrid a nascadh leis an gcill breosla, ag baint amach cumarsáid déthreo idir an timpeallacht insamhalta agus an córas fisiciúil cealla breosla. Tá an insamhalta HIL comhdhéanta de tiontaire DC-DC agus microgrid (féach Fíor 18).
Fíor 18. Rinneadh ionsamhlú crua-earraí ar an tiontaire DC/DC agus ar an microgrid.
Sampla de ghléasanna feidhmithe crua-earraí le haghaidh tiontairí DC-DC:Bailíonn Tábla 1 san alt roinnt feistí a fuarthas ón litríocht eolaíoch chun an chuid crua-earraí de thiontairí DC-DC a chur i bhfeidhm. Soláthraíonn na gléasanna seo tagairt d'fhorbairt crua-earraí tiontairí DC-DC i micrigrids agus cabhraíonn siad le tuilleadh taighde agus cleachtas ar theicneolaíocht microgrid DC.
Tábla 1. Gléasanna a úsáidtear chun an chuid crua-earraí de thiontairí DC-DC a chur i bhfeidhm.
7. Taighde insamhalta ar chóras microgrid DC
Comhdhéanamh an chórais insamhalta agus socruithe paraiméadar:Úsáidtear bogearraí MATLAB chun insamhail a dhéanamh ar chóras microgrid DC, a chuimsíonn córas fótavoltach, tuirbín gaoithe le gineadóir sioncrónach maighnéad buan (PMSG), ceallraí, tiontaire déthreo DC-DC le haghaidh rialáil voltais, agus rianú pointe cumhachta uasta (MPPT). ) córas do thuirbíní gaoithe agus painéil ghréine. Taispeántar an struchtúr i bhFíor 19. Tá an córas fótavoltach comhdhéanta de 22 painéal gréine ceangailte i sraith, le voltas uasta pointe cumhachta agus reatha de 30.3V agus 7.10A do gach painéal. Úsáideann an t-aschur DC microgrid ualaí resistive, agus tá an córas agus a sonraíochtaí comhpháirteanna liostaithe i dTábla 2.
Fíor 19. Léaráid bhloc den mhicrigrid DC staidéar.
Tábla 2. Paraiméadair a úsáidtear in insamhalta DC microgrid.
Taispeáint agus Anailís Torthaí Insamhladh:Insamhladh an córas trí úsáid a bhaint as timpeallacht MATLAB/Simulink, agus soláthraíodh léaráid scéimreach den mhicrghrille DC iomlán (féach Fíor 20). Taispeánadh cuair aschuir fótavoltach, ceallraí, agus tuirbín gaoithe (féach Fíor 21), chomh maith le cuair chumhachta aschuir tuirbín gaoithe ag luasanna gaoithe éagsúla (arna léiriú ag luachanna aonaid) (féach Fíor 22), cuair voltais an ceallraí sna limistéir rátáilte agus urscaoilte (féach Fíor 23), agus cuair voltais agus reatha ualach aschuir an chórais (féach Fíor 24). Sa insamhalta, oibríonn an córas tuirbín gaoithe ag luas leanúnach 12m / s, le giniúint cumhachta 8kW ag luas na gaoithe rátáilte, agus tá cumhacht rátáilte 4.6kW ag an gcóras fótavoltach. Is féidir leis an tiontaire déthreo a úsáidtear sa chuid ceallraí feidhmeanna muirir agus urscaoilte a bhaint amach. Is féidir na torthaí insamhalta seo a úsáid chun feidhmíocht oibriúcháin an chórais microgrid DC a anailísiú agus a mheas.
Fíor 20. Samhail ionsamhlúcháin de mhicreangail DC ag baint úsáide as MATLAB/nasc insamhalta.
Fíor 21. Léiríonn na torthaí insamhalta go bhfuil (A) Vpv, (B) Ipv, (C) Ppv, (D) chasmhóiminte tuirbín gaoithe Te, Tm, (E) luas gaoithe, (F) voltas bus DC, agus (G) staid luchta (SOC) na ceallraí in-athluchtaithe.
Fíor 22. Léiríonn torthaí insamhalta an chumhacht aschuir tuirbín (pu) ag luasanna éagsúla tuirbín (pu).
Fíor 23. Léiríonn na torthaí insamhalta gur féidir leis an voltas ceallraí oibriú de ghnáth i mód urscaoilte.
Fíor 24. Léiríonn na torthaí insamhalta go bhfuil an t-ualach aschuir (A) voltas an microgrid DC agus an t-ualach aschuir (B) reatha an microgrid DC.
8. Achoimre
Scrúdaíonn an t-alt seo topology, modhanna rialaithe, agus straitéisí córais bhainistíochta cumhachta éagsúla na dtiontairí DC-DC i micrigrids DC, agus ag an am céanna ag déanamh staidéir ar na crua-earraí a úsáidtear i dtiontairí DC-DC i microgrids.
Saintréithe agus riachtanais na micrighreille:Cinneann castacht na microgrids a ngá atá le uathoibriú digiteach agus bainistíocht chliste a bheith ina rogha malartach oiriúnach agus iontaofa ar ghreillí traidisiúnta. Cumasaíonn dul chun cinn teicneolaíochta bainistíocht uathoibrithe fuinnimh chun ilchodanna agus coinníollacha athraitheacha a láimhseáil, rud a fheabhsóidh iontaofacht agus costas. Is féidir le húsáid éifeachtach córais stórála fuinnimh mar chadhnraí i microgrids soláthar gan bhriseadh fuinnimh riachtanach a chinntiú, agus tá úsáid fuinnimh in-athnuaite chun cumhacht a sholáthar do réigiúin tairbheach don chomhshaol agus tá tábhacht eacnamaíoch dhomhanda aige.
Príomhphointí a bhaineann le tiontairí DC-DC:I microgrid neamhspleách DC, is féidir le tiontairí DC-DC leibhéil éagsúla ardú agus titim voltais a bhaint amach. Is lú an caillteanas a bhíonn ag tiontairí neamh-aonraithe agus tá siad níos oiriúnaí ná tiontairí iargúlta. Tá straitéisí éagsúla ann chun tiontairí i microgrids a rialú, agus ní féidir le teicneolaíocht rialaithe líneach oibriú cobhsaí an chórais a chinntiú. Glacadh le modhanna chun cinn mar rialú tuar samhail (MPC), rialú modh sleamhnáin (SMC), agus rialú doiléir.
Críoch na Comparáide Modh Rialaithe:Rinneadh anailís chuimsitheach agus comparáid idir modhanna rialaithe san alt. Tá stóinseacht ag ard-mhodhanna rialaithe cliste i gcoinne éagobhsaíocht bhac. I dtiontairí DC-DC microgrids DC, tá feidhmíocht tapa agus cruinn ag rialtóirí cliste i gcomparáid le halgartaim rialaithe eile.