T. 329, №3 , 2018 г.

Подход к построению адаптивного алгоритма экстремального регулирования мощности в системе солнечной энергетики

Актуальность работы определяется необходимостью повышения показателей энергоэффективности силовых преобразовательных устройств для нужд альтернативной энергетики, в частности - для солнечной энергетики. Одна из проблем преобразования солнечной энергии в электрическую заключается в невысоком уровне энергетической эффективности этого процесса. Ввиду переменной величины освещенности солнечных панелей в суточном цикле, параметры получаемой энергии являются переменными, следовательно, настройки вторичных преобразователей электрической энергии должны быть адаптивными. Повышение качества функционирования альтернативных источников питания возможно за счет использования методов экстремального регулирования. В статье рассматриваются некоторые известные алгоритмы для системы управления повышающего преобразователя напряжения, реализующие поиск в пространстве рабочих параметров преобразователя точки максимальной мощности. Актуальной является задача выбора оптимального алгоритма из адаптивного (с подбором шага) и неадаптивного алгоритмов возмущения и наблюдения, при которых устройство варьирует полезное входное сопротивление преобразователя (путём изменения параметров широтно-импульсного модулятора или управляющего сигнала, формирующего входные величины напряжения, тока или мощности). Внесенные возмущения изменяют напряжение преобразователя, после измерения его выходных параметров производится следующий шаг возмущения-наблюдения. Кроме того, исследован алгоритм возрастающей проводимости, при котором преобразователь фиксирует динамику изменения тока и напряжения солнечной батареи для расчета параметров преобразователя с целью максимизации генерируемой мощности. Этот алгоритм является более требовательным к вычислительным ресурсам системы управления, но отслеживает изменение окружающих условий с большей скоростью. Проводится их сравнение и построение на их основе нового комбинированного алгоритма экстремального регулирования. Цель работы: сравнение алгоритмов поиска точки максимальной мощности для автономной системы электропитания на основе солнечных батарей; разработка нового алгоритма для системы управления преобразователем напряжения, реализующего функцию экстремального регулирования; моделирование повышающего преобразователя напряжения в схеме преобразования энергии солнечных батарей с улучшенными показателями коэффициента полезного действия и быстродействия; создание физического макета конечного устройства и оценка его показателей. Методы исследования: обзор литературных источников по типовым схемам преобразователей энергии солнечных батарей на основе DC-DC конвертеров и алгоритмам поиска точки максимальной мощности, сравнительный анализ имеющихся данных с использованием средств компьютерного моделирования. Использованы как методы имитационного моделирования с помощью программы Matlab/Simulink, так и макетирование с проведением соответствующих экспериментов: настройка ПИ-регулятора, имитация различных уровней затемнения солнечной батареи, оценка коэффициента полезного действия и времени переходного процесса преобразователя. Результаты. Разработаны имитационные модели для метода возмущения и наблюдения (адаптивного и неадаптивного) и метода возрастающей проводимости, а также проведено сравнение их применения при различных уровнях освещённости. Составлено программное обеспечение для микропроцессорной системы управления двухфазным повышающим преобразователем напряжения, и проведен ряд опытов по имитации различных уровней освещённости солнечной батареи для оценки коэффициента полезного действия экспериментальной установки. Получены показатели коэффициента использования по мощности до величины, равной 99 % для варианта с адаптивным алгоритмом изменения шага. При экспериментальном исследовании достигнуты аналогичные показатели коэффициента использования по мощности, соответствующие 95-96 %, при времени квантования 10 мс (для неадаптивного алгоритма возмущения и наблюдения).

Ключевые слова:

альтернативные источники электроэнергии, солнечная энергетика, отслеживание точки максимальной мощности, метод возмущения и наблюдения, метод возрастающей проводимости, повышающий преобразователь напряжения, альтернативные источники, отслеживание, преобразователи напряжения, электронный ресурс, труды учёных ТПУ

Авторы:

Михальченко Сергей Геннадьевич

Русскин Виктор Александрович

Семенов Сергей Михайлович

Орлянский Илья Павлович

Halasz Sandor

Скачать PDF