Ing taun-taun pungkasan, paningkatan efisiensi sistem pompa banyu fotovoltaik (PVWPS) narik minat para peneliti, amarga operasi kasebut adhedhasar produksi energi listrik sing resik. Ing makalah iki, pendekatan basis pengontrol logika fuzzy anyar dikembangake kanggo PVWPS aplikasi sing nggabungake teknik minimisasi kerugian sing ditrapake kanggo motor induksi (IM).Kontrol sing diusulake milih magnitudo fluks sing optimal kanthi nyuda kerugian IM. Kajaba iku, metode observasi perturbasi variabel-langkah uga dikenalake. nyuda arus sink;mulane, kerugian motor diminimalisir lan efisiensi ditingkatake.Strategi kontrol sing diusulake dibandhingake karo metode tanpa minimalisasi kerugian.Asil perbandingan kasebut nggambarake efektifitas metode sing diusulake, sing adhedhasar minimalake kerugian ing kecepatan listrik, arus sing diserap, mili. banyu, lan ngembangake fluks. Tes prosesor-in-the-loop (PIL) ditindakake minangka tes eksperimen saka metode sing diusulake. Iki kalebu implementasi kode C sing digawe ing papan panemuan STM32F4. Papan padha karo asil simulasi numerik.
Energi sing bisa dianyari, utamanesuryateknologi fotovoltaik, bisa dadi alternatif sing luwih resik kanggo bahan bakar fosil ing sistem pompa banyu1,2.Sistem pompa fotovoltaik wis entuk perhatian sing akeh ing wilayah sing adoh tanpa listrik3,4.
Macem-macem mesin digunakake ing aplikasi PV pumping.Tataran utama PVWPS adhedhasar motor DC.Motor iki gampang dikontrol lan dileksanakake, nanging mbutuhake pangopènan biasa amarga anané annotator lan sikat5.Kanggo ngatasi kekurangan iki, tanpa sikat. motor magnet permanen padha ngenalaken, kang ditondoi dening brushless, efficiency dhuwur lan linuwih6.Dibandhingake motor liyane, PVWPS basis IM nduweni kinerja sing luwih apik amarga motor iki dipercaya, kurang-biaya, free pangopènan, lan nawakake luwih kemungkinan kanggo strategi kontrol7. .Teknik Indirect Field Oriented Control (IFOC) lan metode Direct Torque Control (DTC) umume digunakake8.
IFOC iki dikembangaké dening Blaschke lan Hasse lan ngidini ngganti kacepetan IM liwat sawetara sudhut 9,10.Saiki stator dipérang dadi rong bagéan, siji njedulake flux Magnetik lan liyane njedulake torsi kanthi ngowahi menyang sistem koordinat dq. kontrol independen saka fluks lan torsi ing kahanan anteng lan kahanan dinamis.Axis (d) didadekake siji karo vektor spasi fluks rotor, kang melu komponen q-sumbu saka vektor spasi fluks rotor kang tansah nul.FOC menehi respon apik lan luwih cepet11 ,12, Nanging, cara iki rumit lan tundhuk variasi parameter13. Kanggo ngatasi kekurangan kasebut, Takashi lan Noguchi14 ngenalake DTC, sing nduweni kinerja dinamis dhuwur lan kuwat lan kurang sensitif marang owah-owahan parameter. Ing DTC, torsi elektromagnetik lan fluks stator. dikontrol kanthi nyuda fluks stator lan torsi saka perkiraan sing cocog.fluks stator lan torsi.
Kesulitan utama strategi kontrol iki yaiku fluktuasi torsi lan fluks gedhe amarga nggunakake regulator histeresis kanggo fluks stator lan regulasi torsi elektromagnetik15,42.Konverter multilevel digunakake kanggo nyilikake ripple, nanging efisiensi dikurangi kanthi jumlah switch daya16. Sawetara penulis wis nggunakake modulasi vektor ruang (SWM)17, kontrol mode geser (SMC)18, yaiku teknik sing kuat nanging nandhang efek jittering sing ora dikarepake19. Akeh peneliti nggunakake teknik intelijen buatan kanggo ningkatake kinerja pengontrol, ing antarane, (1) saraf jaringan, strategi kontrol sing mbutuhake prosesor kacepetan dhuwur kanggo ngleksanakake20, lan (2) algoritma genetik21.
Kontrol fuzzy kuat, cocok kanggo strategi kontrol nonlinear, lan ora mbutuhake kawruh babagan model sing tepat. Iki kalebu panggunaan blok logika fuzzy tinimbang pengontrol histeris lan ngalih tabel pilihan kanggo nyuda fluks lan riak torsi. Iku worth pointing metu sing DTC adhedhasar FLC nyedhiyakake kinerja sing luwih apik22, nanging ora cukup kanggo nggedhekake efisiensi mesin, mula teknik optimasi loop kontrol dibutuhake.
Ing pirang-pirang studi sadurunge, penulis milih fluks konstan minangka fluks referensi, nanging pilihan referensi iki ora nggambarake praktik sing optimal.
Drive motor kanthi kinerja dhuwur lan efisiensi dhuwur mbutuhake respon kacepetan sing cepet lan akurat. Ing tangan liyane, kanggo sawetara operasi, kontrol bisa uga ora optimal, saengga efisiensi sistem drive ora bisa dioptimalake. Kinerja sing luwih apik bisa dipikolehi kanthi nggunakake referensi fluks variabel sajrone operasi sistem.
Akeh penulis ngusulake pengontrol telusuran (SC) sing nyuda kerugian ing kahanan beban sing beda-beda (kayata in27) kanggo ningkatake efisiensi mesin. referensi.Nanging, metode iki ngenalake riak torsi amarga osilasi sing ana ing fluks celah udara, lan implementasine metode iki mbutuhake wektu lan sumber daya komputasi. Optimisasi swarm partikel uga digunakake kanggo nambah efisiensi28, nanging teknik iki bisa macet ing minima lokal, ndadékaké pilihan paramèter kontrol sing ora apik29.
Ing makalah iki, teknik sing ana gandhengane karo FDTC diusulake kanggo milih fluks magnetik sing optimal kanthi nyuda kerugian motor.Kombinasi iki njamin kemampuan nggunakake tingkat fluks optimal ing saben titik operasi, saéngga nambah efisiensi sistem pompa banyu fotovoltaik sing diusulake. Mulane, misale jek trep banget kanggo aplikasi pompa banyu fotovoltaik.
Salajengipun, tes prosesor-in-the-loop saka metode sing diusulake ditindakake kanthi nggunakake papan STM32F4 minangka validasi eksperimen. Kauntungan utama inti iki yaiku kesederhanaan implementasine, biaya murah lan ora perlu ngembangake program kompleks 30 . , Papan konversi USB-UART FT232RL digandhengake karo STM32F4, sing njamin antarmuka komunikasi eksternal supaya bisa nggawe port serial virtual (port COM) ing komputer.Cara iki ngidini data bisa dikirim ing tingkat baud dhuwur.
Kinerja PVWPS nggunakake teknik sing diusulake dibandhingake karo sistem PV tanpa minimalake kerugian ing kahanan operasi sing beda-beda.Asil sing dipikolehi nuduhake yen sistem pompa banyu fotovoltaik sing diusulake luwih apik kanggo nyuda arus stator lan kerugian tembaga, ngoptimalake fluks lan pompa banyu.
Liyane saka kertas wis kabentuk minangka nderek: Pemodelan saka sistem ngajokaken diwenehi ing bagean "Modeling saka Photovoltaic Systems".Ing bagean "Control strategi sistem sinau", FDTC, strategi kontrol ngajokaken lan technique MPPT sing. diterangake kanthi rinci. Temuan kasebut dibahas ing bagean "Asil Simulasi". Ing bagean "Pengujian PIL karo papan panemuan STM32F4", tes prosesor-in-the-loop diterangake. Kesimpulan saka makalah iki ditampilake ing " Kesimpulan" bagean.
Gambar 1 nuduhake konfigurasi sistem sing diusulake kanggo sistem pompa banyu PV sing mandheg. Sistem kasebut kalebu pompa sentrifugal berbasis IM, array fotovoltaik, rong konverter daya [konverter boost lan konverter sumber voltase (VSI)]. Ing bagean iki , modeling sistem pumping banyu fotovoltaik sing ditliti ditampilake.
Makalah iki nganggo model dioda tunggal sakasuryasel fotovoltaik.Karakteristik sel PV dilambangake karo 31, 32, lan 33.
Kanggo nindakake adaptasi, konverter boost digunakake. Hubungan antarane voltase input lan output konverter DC-DC diwenehi dening Persamaan 34 ing ngisor iki:
Model matematika IM bisa digambarake ing pigura referensi (α,β) kanthi persamaan 5,40 ing ngisor iki:
Where \(l_{s}\),\(l_{r}\): stator lan induktansi rotor, M: induktansi mutual, \(R_{s}\), \(I_{s}\): resistensi stator lan Arus stator, \(R_{r}\), \(I_{r}\): resistansi rotor lan arus rotor, \(\phi_{s}\), \(V_{s}\): fluks stator lan stator voltase, \(\phi_{r}\), \(V_{r}\): fluks rotor lan tegangan rotor.
Torsi beban pompa sentrifugal sing sebanding karo kuadrat kacepetan IM bisa ditemtokake kanthi:
Kontrol sistem pompa banyu sing diusulake dipérang dadi telung subsection sing béda-béda.Pérangan pisanan ngenani teknologi MPPT.Pérangan kapindho ngurusi nyopir IM adhedhasar kontrol torsi langsung pengontrol logika fuzzy. DTC adhedhasar FLC sing ngidini nemtokake fluks referensi.
Ing karya iki, teknik P&O variabel-langkah digunakake kanggo nglacak titik daya maksimum. Iki ditondoi kanthi cepet lan osilasi sing kurang (Gambar 2)37,38,39.
Ide utama DTC yaiku ngontrol langsung fluks lan torsi mesin, nanging panggunaan regulator histeresis kanggo torsi elektromagnetik lan regulasi fluks stator nyebabake torsi dhuwur lan riak fluks. cara DTC (Fig. 7), lan FLC bisa berkembang cukup negara vektor inverter.
Ing langkah iki, input diowahi dadi variabel fuzzy liwat fungsi anggota (MF) lan istilah linguistik.
Telung fungsi anggota kanggo input pisanan (εφ) yaiku negatif (N), positif (P), lan nol (Z), kaya sing ditampilake ing Gambar 3.
Lima fungsi anggota kanggo input kapindho (\(\varepsilon\)Tem) yaiku Negatif Gedhe (NL) Negatif Cilik (NS) Nol (Z) Positif Cilik (PS) lan Positif Gedhe (PL), kaya sing dituduhake ing Gambar 4.
Lintasan fluks stator kasusun saka 12 sektor, ing ngendi himpunan fuzzy diwakili dening fungsi anggota segitiga isosceles, kaya sing dituduhake ing Gambar 5.
Tabel 1 kelompok 180 aturan kabur sing nggunakake fungsi anggota input kanggo milih negara ngalih cocok.
Metode inferensi ditindakake kanthi nggunakake teknik Mamdani. Faktor bobot (\(\alpha_{i}\)) saka aturan i-th diwenehi dening:
ngendi\(\mu Ai \left( {e\varphi } \right)\),\(\mu Bi\left( {eT} \right) ,\) \(\mu Ci\left( \theta \right) \): Nilai keanggotaan fluks magnetik, torsi lan kesalahan sudut fluks stator.
Gambar 6 nggambarake nilai cetha sing dipikolehi saka nilai fuzzy nggunakake metode maksimum sing diusulake dening Eq.(20).
Kanthi nambah efficiency motor, tingkat aliran bisa tambah, kang siji mundhak pumping banyu saben dina (Figure 7) .Tujuan saka technique ing ngisor iki kanggo nggandhengake strategi basis minimalake mundhut karo cara kontrol torsi langsung.
Dikenal yen nilai fluks magnetik penting kanggo efisiensi motor. Nilai fluks sing dhuwur nyebabake mundhut wesi lan uga jenuh magnetik sirkuit. Kosok baline, tingkat fluks sing kurang nyebabake kerugian Joule sing dhuwur.
Mulane, pangurangan kerugian ing IM langsung ana hubungane karo pilihan tingkat fluks.
Cara ngajokaken adhedhasar modeling saka losses Joule gadhah saiki mili liwat windings stator ing machine.Iku kasusun saka nyetel Nilai saka flux rotor kanggo Nilai paling luweh, mangkono nyilikake losses motor kanggo nambah efficiency.Losses Joule bisa ditulis ing ngisor iki (nglirwakake kerugian inti):
Torsi elektromagnetik\(C_{em}\) lan fluks rotor\(\phi_{r}\) diitung ing sistem koordinat dq minangka:
Torsi elektromagnetik\(C_{em}\) lan fluks rotor\(\phi_{r}\) diwilang ing referensi (d,q) minangka:
kanthi ngrampungake persamaan.(30), kita bisa nemokake saiki stator optimal sing njamin flux rotor optimal lan losses minimal:
Simulasi sing beda-beda ditindakake nggunakake piranti lunak MATLAB / Simulink kanggo ngevaluasi kekuwatan lan kinerja teknik sing diusulake. Sistem sing diselidiki kasusun saka wolung panel 230 W CSUN 235-60P (Tabel 2) sing disambungake kanthi seri.Pompa sentrifugal didorong dening IM, lan paramèter karakteristik ditampilake ing Tabel 3. Komponen saka sistem pumping PV ditampilake ing Tabel 4.
Ing bagean iki, sistem pompa banyu fotovoltaik nggunakake FDTC kanthi referensi fluks konstan dibandhingake karo sistem sing diusulake adhedhasar fluks optimal (FDTCO) ing kondisi operasi sing padha. Kinerja loro sistem fotovoltaik diuji kanthi nimbang skenario ing ngisor iki:
Bagean iki nampilake kahanan wiwitan sistem pompa sing diusulake adhedhasar tingkat insolasi 1000 W / m2. Gambar 8e nggambarake respon kecepatan listrik. Dibandhingake karo FDTC, teknik sing diusulake nyedhiyakake wektu munggah sing luwih apik, tekan steady state ing 1.04 s, lan karo FDTC, tekan steady state ing 1,93 s.Figure 8f nuduhake pumping saka loro Sastranegara kontrol.Sampeyan bisa ndeleng sing FDTCO mundhak jumlah pumping, kang nerangake asil dandan ing energi diowahi dening IM.Figures 8g lan 8h makili saiki stator digambar.Saiki wiwitan nggunakake FDTC punika 20 A, nalika strategi kontrol ngajokaken tabet saiki wiwitan 10 A, kang nyuda losses Joule.Figures 8i lan 8j nuduhake flux stator dikembangaké.Basis FDTC PVPWS beroperasi ing fluks referensi konstan 1,2 Wb, nalika ing metode sing diusulake, fluks referensi yaiku 1 A, sing melu ningkatake efisiensi sistem fotovoltaik.
(a)Suryaradiasi (b) Ekstraksi daya (c) Siklus tugas (d) Tegangan bus DC (e) Kecepatan rotor (f) Pompa banyu (g) Arus fase stator kanggo FDTC (h) Arus fase stator kanggo FDTCO (i) Respon fluks nggunakake FLC (j) Tanggepan fluks nggunakake FDTCO (k) Lintasan fluks stator nggunakake FDTC (l) Lintasan fluks stator nggunakake FDTCO.
IngsuryaRadiasi beda-beda saka 1000 nganti 700 W / m2 ing 3 detik banjur dadi 500 W / m2 ing 6 detik (Gambar 8a). Gambar 8b nuduhake daya fotovoltaik sing cocog kanggo 1000 W / m2, 700 W / m2 lan 500 W / m2 Gambar 8c lan 8d nggambarake siklus tugas lan voltase link DC, masing-masing. Gambar 8e nggambarake kacepetan listrik IM, lan kita bisa sok dong mirsani yen teknik sing diusulake nduweni kecepatan lan wektu respon sing luwih apik dibandhingake karo sistem fotovoltaik berbasis FDTC. Gambar 8f nuduhake pumping banyu kanggo tingkat irradiance beda dijupuk nggunakake FDTC lan FDTCO.More liyane bisa ngrambah karo FDTCO saka karo FDTC.Figures 8g lan 8h ilustrasi respon saiki simulasi nggunakake cara FDTC lan strategi kontrol ngajokaken.Kanthi nggunakake technique kontrol ngajokaken , amplitudo saiki wis nyilikake, kang tegese mundhut tembaga kurang, mangkono nambah efficiency sistem.Mulane, arus wiwitan dhuwur bisa mimpin kanggo suda kinerja mesin.Figure 8j nuduhake évolusi saka respon fluks kanggo milihfluks optimal kanggo mesthekake yen losses wis nyilikake, mulane, technique ngajokaken nggambarake kinerja sawijining.Beda karo Figure 8i, flux punika pancet, kang ora makili operasi optimal.Figures 8k lan 8l nuduhake évolusi saka stator flux trajectory.Figure 8l nggambarake pangembangan fluks optimal lan nerangake ide utama strategi kontrol sing diusulake.
A owah-owahan dadakan ingsuryaradiasi ditrapake, diwiwiti kanthi irradiance 1000 W / m2 lan tiba-tiba mudhun nganti 500 W / m2 sawise 1,5 s (Gambar 9a). Gambar 9b nuduhake daya fotovoltaik sing diekstrak saka panel fotovoltaik, cocog karo 1000 W / m2 lan 500 W/m2.Gambar 9c lan 9d nggambarake siklus tugas lan voltase link DC. Kaya sing bisa dideleng saka Gambar 9e, metode sing diusulake nyedhiyakake wektu respon sing luwih apik. Gambar 9f nuduhake pompa banyu sing dipikolehi kanggo rong strategi kontrol. karo FDTCO luwih dhuwur tinimbang karo FDTC, pumping 0,01 m3 / s ing 1000 W / m2 irradiance dibandhingake 0,009 m3 / s karo FDTC;Salajengipun, nalika irradiance ana 500 W Ing / m2, FDTCO pompa 0,0079 m3 / s, nalika FDTC pompa 0,0077 m3 / s. Tokoh 9g lan 9h. Njlèntrèhaké respon saiki simulasi nggunakake cara FDTC lan strategi kontrol ngajokaken. strategi kontrol ngajokaken nuduhake yen amplitudo saiki wis suda ing owah-owahan irradiance dumadakan, asil ing mundhut tembaga suda.Figure 9j nuduhake évolusi saka respon flux supaya milih flux optimal kanggo mesthekake yen losses nyilikake, mulane, technique ngajokaken. nggambarake kinerja kanthi fluks 1Wb lan irradiance 1000 W/m2, dene fluks kasebut 0.83Wb lan iradiance 500 W/m2. Ing kontras karo Fig. 9i, fluks kasebut konstan ing 1.2 Wb, sing ora tetep. makili fungsi optimal.Angka 9k lan 9l nuduhake evolusi lintasan fluks stator.Gambar 9l nggambarake pangembangan fluks optimal lan nerangake ide utama strategi kontrol sing diusulake lan perbaikan sistem pompa sing diusulake.
(a)Suryaradiasi (b) Daya ekstraksi (c) Siklus tugas (d) Tegangan bus DC (e) Kecepatan rotor (f) Aliran banyu (g) Arus fase stator kanggo FDTC (h) Arus fase stator kanggo FDTCO (i) ) Respon fluks nggunakake FLC (j) Tanggepan fluks nggunakake FDTCO (k) Lintasan fluks stator nggunakake FDTC (l) Lintasan fluks stator nggunakake FDTCO.
Analisis komparatif saka rong teknologi kasebut ing babagan nilai fluks, amplitudo saiki lan pompa ditampilake ing Tabel 5, sing nuduhake yen PVWPS adhedhasar teknologi sing diusulake nyedhiyakake kinerja dhuwur kanthi aliran pompa sing tambah lan arus lan kerugian amplitudo minimal, sing amarga kanggo pilihan fluks optimal.
Kanggo verifikasi lan nguji strategi kontrol sing diusulake, tes PIL ditindakake adhedhasar papan STM32F4. Iki kalebu kode ngasilake sing bakal dimuat lan mbukak ing papan sing dipasang. Papan kasebut ngemot mikrokontroler 32-bit kanthi Flash 1 MB, 168 MHz. frekuensi jam, unit titik ngambang, instruksi DSP, 192 KB SRAM. Sajrone tes iki, blok PIL sing dikembangake digawe ing sistem kontrol sing ngemot kode sing digawe adhedhasar papan hardware panemuan STM32F4 lan dikenalake ing piranti lunak Simulink. Langkah-langkah kanggo ngidini Tes PIL sing bakal dikonfigurasi nggunakake papan STM32F4 ditampilake ing Gambar 10.
Pengujian PIL co-simulasi nggunakake STM32F4 bisa digunakake minangka teknik murah kanggo verifikasi teknik sing diusulake. Ing makalah iki, modul sing dioptimalake sing nyedhiyakake fluks referensi paling apik ditindakake ing Papan Penemuan STMicroelectronics (STM32F4).
Sing terakhir dieksekusi bebarengan karo Simulink lan ijol-ijolan informasi sajrone simulasi nggunakake metode PVWPS sing diusulake. Gambar 12 nggambarake implementasine subsistem teknologi optimasi ing STM32F4.
Mung technique fluks referensi optimal ngajokaken ditampilake ing co-simulasi iki, minangka variabel kontrol utama kanggo karya iki nuduhake prilaku kontrol sistem pumping banyu photovoltaic.
Wektu kirim: Apr-15-2022
