راهکار کنترل بهینه برای سیستم فتوولتائیک مستقل با سیستم ذخیره انرژی ترکیبی باتری
چکیده
در این مقاله یک راهکار کنترل بهینه برای یک سیستم فتوولتائیک مستقل با سیستم ذخیره انرژی ترکیبی باتری-ابرخازن برای طولانی تر کردن طول عمر باتری با کاهش استرس پویا و اوج تقاضای جریان باتری، پیشنهاد می شود. بر خلاف روش های مرسوم که یا از کنترل مبتنی بر فیلتراسیون (FBC) و یا از کنترل کننده منطق فازی (FLC) بهره می گیرند، استراتژی کنترل پیشنهادی ما شامل یک فیلتر پایین گذر (LPF) و FLC می باشد. در مرحله اول، LPF اجزای دینامیکی بالا را از میزان تقاضای باتری حذف می کند. FLC اوج تقاضای جریان باتری را در حالی که دائماً میزان آنی شارژ ابرخازن را تحت نظر دارد، به حداقل می رساند. الگوریتم بهینه سازی ازدحام ذرات (PSO) توابع عضویت FLC را برای کاهش بهینه جریان اوج باتری، بهینه سازی می نماید. سیستم پیشنهادی به سیستم معمولی با ذخیره سازی تنها باتری و سیستم های با استراتژی های کنترل معمولی (قانون کنترل بر اساس و FBC) مقایسه شده است. سیستم پیشنهادی با سیستم مرسوم ذخیره سازی صرفاً با باتری و سیستم های با استراتژی های کنترل معمولی (کنترل کننده مبتنی بر قاعده و FBC) مورد مقایسه قرار می گیرد. سیستم پیشنهادی باعث کاهش اوج جریان باتری، اوج بار خارجی باتری، قدر مطلق نرخ تغییر قدرت و متوسط قدر مطلق نرخ تغییر قدرت به ترتیب به مقدار 05/16٪، 19/15٪، 01/77٪ و 59/95% در مقایسه با سیستم های معمولی با ذخیره سازی صرفاً با باتری می شود. علاوه بر این در مقایسه با استراتژی های کنترل معمولی، سیستم پیشنهادی باعث افزایش نرخ بهره برداری از ابرخازن تا 122/687٪ می شود.
1. مقدمه
از باتری ها معمولاً در سیستم های قدرت فتوولتائیک مستقل برای جبران عدم تطابق قدرت بین تولید برق فتوولتائیک و تقاضای بار بهره گرفته می شود. به طور کلی، یک باتری بخاطر خروجی متفاوت فتوولتائیک و تقاضای بار بالای تناوبی، دچار سیکل های عمیق مکرر و الگوی شارژ نامنظم می شود. این عملکردها طول عمر باتری را کوتاه نموده و هزینه جایگزینی باتری را بالا می برد [3-1]. بر این اساس سیستم ذخیره انرژی ترکیبی باتری-ابرخازن (HESS) یک راه حل عملی برای به حداقل رساندن استرس باتری، اندازه باتری و هزینه سرمایه کل سیستم است [4]. ویژگی های فنی باتری و ابرخازن (SC)، از جمله توان ویژه، انرژی ویژه، زمان پاسخ و دوام، مکمل همدیگر هستند.
5. جمع بندی
در این تحقیق، مدل سیمولینک سیستم فتوولتائیک مستقل پیشنهادی با HESS باتری ابرخازن و یک استراتژی کنترل بهینه ارائه شده است. اهداف سیستم پیشنهادی عبارتست از کاهش استرس پویا و اوج تقاضای توان باتری با به کارگیری LPF و FLC. به منظور بهینه سازی کاهش اوج جریان باتری نیز از الگوریتم PSO برای تنظیم توابع عضویت FLC بهره گرفته شده است. سیستم پیشنهادی مورد ارزیابی قرار گرفته و با سیستم های مرسوم دارای صرفاً باتری و سیستم های با استراتژی های کنترل معمولی (RBC و FBC) مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که استرس پویا و اوج تقاضای جریان باتری در سیستم پیشنهادی تا حد زیادی بهبود یافته است، شرایطی که در نهایت باعث افزایش طول عمر باتری خواهد شد. سیستم پیشنهادی قادر به راه اندازی ابرخازن در محدوده وضعیت شارژ توصیه شده بوده و از ظرفیت انرژی محدود ابرخازن برای رسیدن به عملکرد مناسب تر از سیستمهای مرسوم استفاده مؤثری دارد.
Abstract
This paper proposes an optimal control strategy for a standalone PV system with Battery-Supercapacitor Hybrid Energy Storage System to prolong battery lifespan by reducing the dynamic stress and peak current demand of the battery. Unlike the conventional methods which only use either filtration based controller (FBC) or fuzzy logic controller (FLC), the proposed control strategy comprises of a low-pass filter (LPF) and FLC. Firstly, LPF removes the high dynamic components from the battery demand. FLC minimizes the battery peak current demand while constantly considering the state-of-charge of the supercapacitor. Particle swarm optimization (PSO) algorithm optimizes the membership functions of the FLC to achieve optimal battery peak current reduction. The proposed system is compared to the conventional system with battery-only storage and the systems with conventional control strategies (Rule Based Controller and FBC). The proposed system reduces the battery peak current, battery peak power, maximum absolute value of the rate of change of power and average absolute value of the rate of change of power by 16.05%, 15.19%, 77.01%, and 95.59%, respectively as compared to the conventional system with battery-only storage. Moreover, he proposed system increases the level of supercapacitor utilization up to 687.122% in comparison to the conventional control strategies.
1. Introduction
Batteries are commonly implemented in standalone PV power systems to fulfill the power mismatch between the PV power generation and the load demand. Generally, a battery would encounter frequent deep cycles and irregular charging pattern due to the varying output of PV and the intermittent high power demand of the load. These operations would shorten the battery lifespan and increase the replacement cost of the battery [1e3]. Battery-Supercapacitor Hybrid Energy Storage System (HESS) is thus a practical solution to minimize the battery stress, battery size and the total capital cost of the system [4]. The technical characteristics of battery and supercapacitor (SC), such as specific power, specific energy, response time and durability, are complementary.
5. Conclusion
In this study, the Simulink model of the proposed standalone PV system with Battery-Supercapacitor HESS and an optimal control strategy are presented. The objectives of the proposed system are to reduce the dynamic stress and peak power demand of the battery by employing LPF and FLC. PSO algorithm is implemented to tune the MFs of the FLC in order to optimize the battery peak current reduction. The proposed system is evaluated and compared to the conventional system with battery-only systems and the systems with conventional control strategies (RBC and FBC). The simulation results show that the dynamic stress and peak current demand of the battery in the proposed system are greatly improved, which will eventually extend the battery lifespan. The proposed system is able to operate the SC within the recommended SOC range and utilize the limited energy of SC effectively to perform better than the conventional systems.
چکیده
1. مقدمه
2. ساختار و مدل سازی سیستم
2.1. سیستم فتوولتائیک مستقل با سیستم ذخیره سازی انرژی ترکیبی باتری-ابرخازن
4. راهکار کنترل
3.1. کنترل کننده مبتنی بر قاعده (RBC)
3.2. کنترل کننده مبتنی بر فیلتراسیون (FBC)
3.3. استراتژی کنترل پیشنهادی
4. نتیجه و بحث
4.1. بهینه سازی اذحام ذرات
4.2. شبیه سازی
5. جمع بندی
Abstract
1. Introduction
2. System structure and modelling
2.1. Standalone PV system with Battery-Supercapacitor HESS
3. Control strategy
3.1. Rule based controller (RBC)
3.2. Filtration based controller (FBC)
3.3. Proposed control strategy
4. Result and discussion
4.1. PSO optimization
4.2. Simulation
5. Conclusion
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه