Undanfarin ár hafa endurbætur á skilvirkni ljósdælukerfa (PVWPS) vakið mikinn áhuga meðal vísindamanna, þar sem rekstur þeirra byggist á hreinni raforkuframleiðslu. Í þessari grein er ný nálgun sem byggir á loðnu rökfræðistýringu fyrir PVWPS. forrit sem felur í sér tækni til að lágmarka tap sem beitt er á örvunarhreyfla (IM). Fyrirhuguð stýring velur ákjósanlegu flæðistærð með því að lágmarka IM tap. Að auki er aðferðin til að fylgjast með truflunum með breytilegum þrepa. draga úr vaskastraumnum;því er mótortap lágmarkað og skilvirkni bætt. Fyrirhuguð stjórnunarstefna er borin saman við aðferðir án þess að lágmarka tap. Niðurstöður samanburðarins sýna skilvirkni fyrirhugaðrar aðferðar, sem byggir á því að lágmarka tap í rafhraða, uppteknum straumi, flæði vatn, og þróunarflæði.Próf með örgjörva í lykkju (PIL) er framkvæmt sem tilraunapróf á fyrirhugaðri aðferð. Það felur í sér útfærslu á myndaða C kóðanum á STM32F4 uppgötvunartöflunni. Niðurstöðurnar sem fengnar eru úr innbyggðu borð eru svipuð og tölulegar uppgerð niðurstöður.
Endurnýjanleg orka, sérstaklegasólarorkuljósvakatækni, getur verið hreinni valkostur við jarðefnaeldsneyti í vatnsdælukerfum1,2.Ljósdælukerfi hafa fengið talsverða athygli á afskekktum svæðum án rafmagns3,4.
Ýmsar vélar eru notaðar í PV-dæluforritum. Aðalstig PVWPS er byggt á DC-mótorum. Þessa mótora er auðvelt að stjórna og útfæra, en þeir þurfa reglubundið viðhald vegna tilvistar skýringa og bursta5. Til að vinna bug á þessum galla, burstalausir varanlegir segulmótorar voru kynntir, sem einkennast af burstalausum, mikilli skilvirkni og áreiðanleika6. Samanborið við aðra mótora hefur IM-undirstaða PVWPS betri afköst vegna þess að þessi mótor er áreiðanlegur, ódýrur, viðhaldsfrjáls og býður upp á fleiri möguleika á stjórnunaraðferðum7 .Óbein sviðsstýring (IFOC) tækni og bein togstýring (DTC) aðferðir eru almennt notaðar8.
IFOC var þróað af Blaschke og Hasse og gerir kleift að breyta IM hraðanum á breitt svið 9,10. Statorstraumurinn er skipt í tvo hluta, annar myndar segulflæðið og hinn myndar togið með því að breyta í dq hnitakerfið. óháð stjórnun á flæði og togi við stöðugt ástand og kraftmikil skilyrði. Ás (d) er samstilltur við snúningsflæðisvígur, sem felur í sér að q-ás hluti númerflæðisrýmisvigursins er alltaf núll.FOC gefur góða og hraðari svörun11 ,12, hins vegar er þessi aðferð flókin og háð breytum breytum13.Til að vinna bug á þessum göllum kynntu Takashi og Noguchi14 DTC, sem hefur mikla kraftmikla afköst og er öflugt og minna næmt fyrir breytubreytingum. Í DTC er rafsegultogið og statorflæðið er stjórnað með því að draga statorflæði og tog frá samsvarandi mati. Niðurstaðan er færð inn í hysteresis samanburðartæki til að búa til viðeigandi spennuvektor til að stjórnabæði statorflæði og tog.
Helstu óþægindi þessarar stjórnunarstefnu eru miklar snúnings- og flæðisveiflur vegna notkunar á hysteresis-stillum fyrir statorflæði og rafsegulsnúningsstýringu15,42. Fjölþrepa breytir eru notaðir til að lágmarka gára, en skilvirkni minnkar með fjölda aflrofa16. Nokkrir höfundar hafa notað space vektor mótun (SWM)17, sliding mode control (SMC)18, sem eru öflugar aðferðir en þjást af óæskilegum titringsáhrifum19. Margir vísindamenn hafa notað gervigreindartækni til að bæta árangur stjórnanda, þar á meðal (1) taugakerfi. netkerfi, stjórnunaráætlun sem krefst háhraða örgjörva til að innleiða20, og (2) erfðafræðilega reiknirit21.
Fuzzy control er öflugt, hentugur fyrir ólínulegar stjórnunaraðferðir og krefst ekki þekkingar á nákvæmu líkaninu. Hún felur í sér notkun á loðnum rökkubbum í stað hysteretic stýringa og rofavalstöflum til að draga úr flæði og togi gára. Það er vert að benda á að FLC-undirstaða DTCs veita betri afköst22, en ekki nóg til að hámarka skilvirkni vélarinnar, þannig að stjórnlykkju fínstillingartækni er nauðsynleg.
Í flestum fyrri rannsóknum völdu höfundar stöðugt flæði sem viðmiðunarflæði, en þetta val á tilvísun táknar ekki ákjósanlega framkvæmd.
Afkastamikil, afkastamikil mótordrif krefjast hröðrar og nákvæmrar hraðsvörunar. Á hinn bóginn, fyrir sumar aðgerðir, gæti stjórnin ekki verið ákjósanleg, þannig að ekki er hægt að hagræða skilvirkni drifkerfisins. Betri afköst er hægt að fá með því að nota breytileg flæðiviðmiðun meðan á rekstri kerfisins stendur.
Margir höfundar hafa lagt til leitarstýringu (SC) sem lágmarkar tap við mismunandi álagsaðstæður (eins og in27) til að bæta skilvirkni vélarinnar. Tæknin felst í því að mæla og lágmarka inntaksaflið með endurtekinni d-ás straumviðmiðun eða statorflæði tilvísun. Hins vegar kynnir þessi aðferð togi gára vegna sveiflna sem eru til staðar í loftbilsflæðinu og innleiðing þessarar aðferðar er tímafrek og reikningsfrek.Agnasveimhagræðing er einnig notuð til að bæta skilvirkni28, en þessi tækni getur festast í staðbundnum lágmörkum, sem leiðir til lélegs vals á stýribreytum29.
Í þessari grein er lögð til tækni sem tengist FDTC til að velja besta segulflæðið með því að draga úr tapi á mótorum. Þessi samsetning tryggir getu til að nota ákjósanlegasta flæðistigið á hverjum rekstrarstað og eykur þar með skilvirkni fyrirhugaðs ljósvökvavatnsdælukerfis. Þess vegna virðist það vera mjög þægilegt fyrir ljósvökvavatnsdælingar.
Ennfremur er framkvæmt örgjörva-í-lykkjupróf á fyrirhugaðri aðferð með því að nota STM32F4 borðið sem tilraunaprófun. Helstu kostir þessa kjarna eru einfaldleiki í útfærslu, lítill kostnaður og engin þörf á að þróa flókin forrit 30 .Auk þess , FT232RL USB-UART umbreytingarborðið er tengt við STM32F4, sem tryggir ytra samskiptaviðmót til að koma á sýndarraðtengi (COM tengi) á tölvunni. Þessi aðferð gerir kleift að senda gögn með háum flutningshraða.
Frammistaða PVWPS með því að nota fyrirhugaða tækni er borin saman við PV kerfi án þess að lágmarka tap við mismunandi rekstrarskilyrði. Niðurstöðurnar sem fengnar eru sýna að fyrirhugað ljósvakavatnsdælukerfi er betra til að lágmarka statorstraum og kopartap, hámarka flæði og dæla vatni.
Afgangurinn af ritgerðinni er þannig uppbyggður: Líkan fyrirhugaðs kerfis er gefið upp í kaflanum „Líkan ljóskerfa“. Í kaflanum „Stjórnunarstefna rannsakaða kerfisins“, FDTC, eru fyrirhuguð stjórnunarstefna og MPPT tækni. lýst í smáatriðum. Fjallað er um niðurstöðurnar í kaflanum „Herminiðurstöður“. Í „PIL prófun með STM32F4 uppgötvunarborðinu“ er gerð grein fyrir prófun á örgjörva í lykkju. Niðurstöður þessarar greinar eru kynntar í „ Ályktanir“ kafla.
Mynd 1 sýnir fyrirhugaða kerfisuppsetningu fyrir sjálfstætt PV vatnsdælukerfi. Kerfið samanstendur af miðflóttadælu sem byggir á IM, ljósvökva, tveimur aflbreytum [boost breytir og spennugjafa inverter (VSI)]. Í þessum hluta , er gerð grein fyrir líkanagerð hins rannsakaða ljósdælukerfis fyrir vatnsdælu.
Þessi grein samþykkir eins-díóða líkanið afsólarorkuljósafrumur.Eiginleikar PV frumunnar eru táknaðir með 31, 32 og 33.
Til að framkvæma aðlögunina er notaður örvunarbreytir. Sambandið milli inntaks- og útgangsspennu DC-DC breytisins er gefið með jöfnu 34 hér að neðan:
Lýsa má stærðfræðilíkani IM í viðmiðunarrammanum (α,β) með eftirfarandi jöfnum 5,40:
Þar sem \(l_{s }\),\(l_{r}\): inductance stator og snúð, M: gagnkvæm inductance, \(R_{s }\), \(I_{s }\): stator viðnám og stator Current, \(R_{r}\), \(I_{r }\): snúningsviðnám og snúningsstraumur, \(\phi_{s}\), \(V_{s}\): statorflæði og stator spenna , \(\phi_{r}\), \(V_{r}\): snúningsflæði og snúningsspenna.
Hleðsluvægi miðflótta dælunnar í réttu hlutfalli við veldi IM hraðans er hægt að ákvarða með því að:
Stýring fyrirhugaðs vatnsdælukerfis skiptist í þrjá aðskilda undirkafla.Fyrri hlutinn fjallar um MPPT tækni.Síðari hlutinn fjallar um akstur IM byggt á beinni togstýringu fuzzy logic stjórnandans. Ennfremur lýsir kafli III tækni sem tengist FLC-undirstaða DTC sem gerir kleift að ákvarða viðmiðunarflæði.
Í þessu verki er breytileg þrepa P&O tækni notuð til að rekja hámarksaflpunkt. Það einkennist af hröðum rekja sporum og lítilli sveiflu (Mynd 2)37,38,39.
Meginhugmynd DTC er að stjórna flæði og snúningsvægi vélarinnar beint, en notkun hysteresis eftirlitstækja fyrir rafsegultog og stator flæðisstjórnun leiðir til mikils togs og flæðisgára. Þess vegna er þokutækni tekin upp til að auka DTC aðferð (Mynd. 7), og FLC getur þróað nægjanlegt inverter vektor ríki.
Í þessu skrefi er inntakinu breytt í óljósar breytur með aðildaraðgerðum (MF) og tungumálahugtökum.
Aðildarföllin þrjú fyrir fyrsta inntakið (εφ) eru neikvæð (N), jákvæð (P) og núll (Z), eins og sýnt er á mynd 3.
Aðildaraðgerðirnar fimm fyrir annað inntakið (\(\varepsilon\)Tem) eru neikvæð stór (NL) neikvæð lítil (NS) Núll (Z) Jákvæð lítil (PS) og jákvætt stór (PL), eins og sýnt er á mynd 4.
Statorflæðisferillinn samanstendur af 12 geirum, þar sem óljósa mengið er táknað með jafnbeins þríhyrningslaga aðildarfalli, eins og sýnt er á mynd 5.
Tafla 1 flokkar 180 óljósar reglur sem nota inntaksaðildaraðgerðirnar til að velja viðeigandi skiptistöðu.
Ályktunaraðferðin er framkvæmd með tækni Mamdani. Þyngdarstuðullinn (\(\alpha_{i}\)) í i-tu reglu er gefinn af:
þar sem\(\mu Ai \left( {e\varphi } \right)\),\(\mu Bi\left( {eT} \right) ,\) \(\mu Ci\left( \theta \right) \) : Aðildargildi segulflæðis, togs og statorflæðishornsvillu.
Mynd 6 sýnir skörp gildi sem fást úr loðnu gildunum með því að nota hámarksaðferðina sem Jöfnuður (20) leggur til.
Með því að auka skilvirkni mótorsins er hægt að auka flæðishraðann, sem aftur eykur daglega vatnsdælingu (Mynd 7). Tilgangur eftirfarandi tækni er að tengja aðferð til að lágmarka tap við beina togstýringaraðferð.
Það er vel þekkt að gildi segulflæðisins er mikilvægt fyrir skilvirkni mótorsins.Hátt flæðigildi leiða til aukins járntaps sem og segulmettunar hringrásarinnar. Á hinn bóginn leiðir lágt flæðisstyrkur til mikils Joule taps.
Þess vegna er minnkun taps í IM beintengd vali á flæðistigi.
Fyrirhuguð aðferð byggir á líkaninu á Joule tapinu sem tengist straumnum sem flæðir í gegnum stator vafningana í vélinni. Hún felst í því að stilla gildi snúningsflæðisins á besta gildi og lágmarka þannig mótor tap til að auka skilvirkni.Joule tap má tjá sem hér segir (sé hunsað kjarnatap):
Rafsegulsnúið\(C_{em}\) og snúningsflæði\(\phi_{r}\) eru reiknuð í dq hnitakerfinu sem:
Rafsegulsnúið\(C_{em}\) og snúningsflæði\(\phi_{r}\) eru reiknuð með tilvísun (d,q) sem:
með því að leysa jöfnuna.(30), getum við fundið ákjósanlegan statorstraum sem tryggir ákjósanlegt snúningsflæði og lágmarkstap:
Mismunandi hermir voru gerðar með MATLAB/Simulink hugbúnaði til að meta styrkleika og frammistöðu fyrirhugaðrar tækni. Kerfið sem rannsakað er samanstendur af átta 230 W CSUN 235-60P spjöldum (tafla 2) sem eru tengd í röð. Miðflóttadælan er knúin áfram af IM, og Einkennandi breytur þess eru sýndar í töflu 3. Íhlutir PV dælukerfisins eru sýndir í töflu 4.
Í þessum hluta er ljósdælukerfi fyrir vatnsdælu sem notar FDTC með stöðugri flæðiviðmiðun borið saman við fyrirhugað kerfi sem byggir á ákjósanlegu flæði (FDTCO) við sömu rekstrarskilyrði. Frammistaða beggja ljósvakakerfanna var prófuð með því að huga að eftirfarandi sviðsmyndum:
Þessi hluti kynnir fyrirhugað ræsingarástand dælukerfisins byggt á 1000 W/m2 innblæstri. Mynd 8e sýnir rafhraðaviðbrögðin. Samanborið við FDTC gefur fyrirhuguð tækni betri hækkunartíma og nær stöðugu ástandi við 1,04 s, og með FDTC, nær stöðugu ástandi við 1,93 s. Mynd 8f sýnir dælingu stjórnunaraðferðanna tveggja. Sjá má að FDTCO eykur dælingarmagnið, sem útskýrir bata á orkunni sem umbreytt er af IM.Myndir 8g og 8h tákna teiknaða statorstrauminn. Ræsingarstraumurinn sem notar FDTC er 20 A, en fyrirhuguð stjórnunarstefna bendir til ræsingarstraums upp á 10 A, sem dregur úr Joule tapi. Myndir 8i og 8j sýna þróað statorflæði.FDTC byggt á PVPWS starfar við stöðugt viðmiðunarflæði sem er 1,2 Wb, en í fyrirhugaðri aðferð er viðmiðunarflæðið 1 A, sem tekur þátt í að bæta skilvirkni ljósvakakerfisins.
(a)Sólarorkageislun (b) Aflútdráttur (c) Vinnulota (d) Jafnstraumsspenna (e) Snúningshraði (f) Dæla vatn (g) Stator fasa straumur fyrir FDTC (h) Stator fasa straumur fyrir FDTCO (i) Flux svörun með FLC (j) Flæðisvörun með því að nota FDTCO (k) Statorflæðisferill með FDTC (l) Statorflæðisferill með FDTCO.
Thesólarorkugeislun var breytileg frá 1000 til 700 W/m2 á 3 sekúndum og síðan í 500 W/m2 á 6 sekúndum (mynd 8a). Mynd 8b sýnir samsvarandi ljósafl fyrir 1000 W/m2, 700 W/m2 og 500 W/m2 .Myndir 8c og 8d sýna vinnulotuna og DC tengispennuna, í sömu röð.Mynd 8e sýnir rafhraða IM, og við getum tekið eftir því að fyrirhuguð tækni hefur betri hraða og viðbragðstíma samanborið við FDTC-undirstaða ljósvakakerfi.Mynd 8f sýnir vatnsdælingu fyrir mismunandi geislunarstig sem fæst með FDTC og FDTCO. Meiri dælingu er hægt að ná með FDTCO en með FDTC. Myndir 8g og 8h sýna hermdar straumsvörun með FDTC aðferðinni og fyrirhugaðri stjórnunarstefnu. Með því að nota fyrirhugaða stjórntækni. , er straummagnið lágmarkað, sem þýðir minna kopartap og eykur þannig skilvirkni kerfisins. Þess vegna geta háir gangstraumar leitt til minni afköstunar vélarinnar. Mynd 8j sýnir þróun flæðisvörunar til að veljaákjósanlegur flæði til að tryggja að tap sé lágmarkað, þess vegna sýnir fyrirhuguð tækni frammistöðu hennar. Öfugt við mynd 8i er flæðið stöðugt, sem táknar ekki ákjósanlega virkni. Myndir 8k og 8l sýna þróun statorflæðisferilsins.Mynd 8l sýnir bestu flæðiþróunina og útskýrir meginhugmynd fyrirhugaðrar stjórnunarstefnu.
Skyndileg breyting ásólarorkugeislun var beitt, byrjað á 1000 W/m2 geislun og minnkað skyndilega í 500 W/m2 eftir 1,5 s (Mynd 9a). Mynd 9b sýnir ljósaflið sem dregin er út úr ljósatöflunum, sem samsvarar 1000 W/m2 og 500 W/m2.Myndir 9c og 9d sýna vinnulotuna og DC tengispennuna, í sömu röð. Eins og sjá má á mynd 9e, veitir fyrirhuguð aðferð betri viðbragðstíma. Mynd 9f sýnir vatnsdælinguna sem fæst fyrir stjórnunaraðferðirnar tvær. Dæling með FDTCO var hærra en með FDTC, dæla 0,01 m3/s við 1000 W/m2 geislun samanborið við 0,009 m3/s með FDTC;ennfremur, þegar útgeislun var 500 W At /m2, dældi FDTCO 0,0079 m3/s, en FDTC dældi 0,0077 m3/s.Myndir 9g og 9h. Lýsir núverandi svörun sem er hermuð með FDTC aðferðinni og fyrirhugaðri stjórnstefnu. Við getum tekið fram að fyrirhuguð stýristefna sýnir að núverandi amplitude minnkar við skyndilegar breytingar á geislun, sem leiðir til minnkaðs kopartaps. Mynd 9j sýnir þróun flæðisvörunar til að velja ákjósanlegasta flæði til að tryggja að tap sé lágmarkað, því er fyrirhuguð tækni sýnir frammistöðu þess með flæði upp á 1Wb og geislun 1000 W/m2, en straumurinn er 0,83Wb og geislunin er 500 W/m2. Öfugt við mynd 9i er flæðið stöðugt 1,2 Wb, sem er ekki tákna ákjósanlega virkni. Myndir 9k og 9l sýna þróun statorflæðisferilsins.Mynd 9l sýnir ákjósanlega flæðiþróun og útskýrir meginhugmynd fyrirhugaðrar stjórnunarstefnu og endurbóta á fyrirhuguðu dælukerfi.
(a)Sólarorkageislun (b) Útdregin afl (c) Vinnulota (d) Jafnstraumsspenna (e) Snúningshraði (f) Vatnsrennsli (g) Stator fasa straumur fyrir FDTC (h) Stator fasa straumur fyrir FDTCO (i) ) Flux svörun með FLC (j) Flæðisvörun með því að nota FDTCO (k) Statorflæðisferill með FDTC (l) Statorflæðisferill með FDTCO.
Samanburðargreining á tækninni tveimur hvað varðar flæðigildi, straumamplitude og dælingu er sýnd í töflu 5, sem sýnir að PVWPS byggt á fyrirhugaðri tækni gefur mikla afköst með auknu dæluflæði og lágmarkað amplitude straumi og tapi, sem er vegna að hámarks flæðivali.
Til að sannreyna og prófa fyrirhugaða stjórnunarstefnu er PIL próf framkvæmt sem byggir á STM32F4 borðinu. Það felur í sér að búa til kóða sem verður hlaðinn og keyrður á innbyggða borðinu. Spjaldið inniheldur 32 bita örstýringu með 1 MB Flash, 168 MHz klukkutíðni, fljótapunktseining, DSP leiðbeiningar, 192 KB SRAM. Í þessari prófun var þróaður PIL-blokkur búinn til í stjórnkerfinu sem inniheldur kóðann sem er búinn til sem byggir á STM32F4 uppgötvunarvélbúnaðartöflunni og kynntur í Simulink hugbúnaðinum. Skrefin til að leyfa PIL próf sem á að stilla með því að nota STM32F4 borðið eru sýndar á mynd 10.
Samhermi PIL prófun með því að nota STM32F4 er hægt að nota sem ódýra tækni til að sannreyna fyrirhugaða tækni. Í þessari grein er fínstilltu einingin sem veitir besta viðmiðunarflæðið innleidd í STMicroelectronics Discovery Board (STM32F4).
Hið síðarnefnda er framkvæmt samhliða Simulink og skiptast á upplýsingum við samhermingu með því að nota fyrirhugaða PVWPS aðferð. Mynd 12 sýnir útfærslu hagræðingartækni undirkerfisins í STM32F4.
Aðeins fyrirhuguð ákjósanleg viðmiðunarflæðistækni er sýnd í þessari samhermingu, þar sem hún er aðalstýringarbreytan fyrir þessa vinnu sem sýnir stjórnhegðun ljósvökvavatnsdælukerfis.
Pósttími: 15. apríl 2022
