Soňky ýyllarda fotoelektrik suw nasos ulgamlarynyň (PVWPS) netijeliliginiň ýokarlanmagy gözlegçileriň arasynda uly gyzyklanma döretdi, sebäbi olaryň işleýşi arassa elektrik energiýasy önümçiligine esaslanýar. Bu kagyzda PVWPS üçin täze manysyz logika gözegçilik ediji çemeleşmesi işlenip düzüldi. induksiýa hereketlendirijilerine (IM) ulanylýan ýitgini azaltmak usullaryny öz içine alýan programmalar. Teklip edilýän gözegçilik IM ýitgilerini azaltmak arkaly iň amatly akym ululygyny saýlaýar. Mundan başga-da, üýtgeýän basgançakly perburbasiýa gözegçilik usuly hem girizilýär. Teklip edilýän gözegçiligiň laýyklygy ykrar edilýär lýubo tokyny azaltmak;şonuň üçin motor ýitgileri minimuma eltilýär we netijelilik ýokarlanýar. Teklip edilýän dolandyryş strategiýasy ýitgileri azaltmazdan usullar bilen deňeşdirilýär. Deňeşdirme netijeleri elektrik tizliginde ýitgileri azaltmaga esaslanýan, sorulýan tok, akýan akymyň täsirini görkezýär. suw we ösýän akym. Teklip edilýän usulyň synag synagy hökmünde bir prosessor-in-loop (PIL) synagy geçirilýär. Bu döredilen C koduny STM32F4 açyş tagtasynda ýerine ýetirmegi öz içine alýar. Içerki netijeler tagta san simulýasiýa netijelerine meňzeýär.
Esasanam täzelenýän energiýagünfotowoltaik tehnologiýasy, suw nasos ulgamlaryndaky gazylyp alynýan ýangyçlara has arassa alternatiwa bolup biler12.2. Fotowoltaik nasos ulgamlary uzak ýerlerde elektriksiz 34,4 ünsi çekdi.
PV nasos goýmalarynda dürli hereketlendirijiler ulanylýar. PVWPS-iň esasy basgançagy DC hereketlendirijilerine esaslanýar. Bu hereketlendirijileri dolandyrmak we ýerine ýetirmek aňsat, ýöne düşündirişleriň we çotgalaryň bolmagy sebäpli yzygiderli tehniki hyzmat etmegi talap edýär. Bu kemçiligi ýeňip geçmek üçin çotgasyz, ýokary netijelilik we ygtybarlylyk bilen häsiýetlendirilýän hemişelik magnit hereketlendirijileri girizildi. Beýleki hereketlendirijiler bilen deňeşdirilende, IM esasly PVWPS has gowy öndürijilige eýe, sebäbi bu hereketlendiriji ygtybarly, arzan, tehniki hyzmat etmezden we dolandyryş strategiýalary üçin has köp mümkinçilik hödürleýär7 .Gytaklaýyn meýdana gönükdirilen dolandyryş (IFOC) usullary we göni tork gözegçiligi (DTC) usullary8 ulanylýar8.
IFOC Blaschke we Hasse tarapyndan işlenip düzüldi we IM tizligini giň diapazonda üýtgetmäge mümkinçilik berýär 9,10. Stator tok iki bölege bölünýär, biri magnit akymyny döredýär, beýlekisi dq koordinat ulgamyna öwrülip tork döredýär. Bu rugsat berýär durnukly we dinamiki şertlerde akymyň we torkyň garaşsyz gözegçiligi. Ok (d) rotor akym kosmos wektorynyň hemişe nol bolmagyny öz içine alýan rotor akym kosmos wektoryna laýyk gelýär. FOC gowy we has çalt jogap berýär11 12 stator akymyny we torkyny degişli bahalardan aýyrmak arkaly dolandyrylýar. Netije gözegçilik etmek üçin degişli naprýa veeniýe wektoryny döretmek üçin histerezi deňeşdirijä berilýär.stator akymy we tork.
Bu gözegçilik strategiýasynyň esasy oňaýsyzlygy, stator akymy we elektromagnit tork kadalaşdyrylyşy üçin histereziz sazlaýjylarynyň ulanylmagy sebäpli uly tork we akym üýtgemeleri15,42. Köp derejeli öwrüjiler süýümi azaltmak üçin ulanylýar, ýöne netijelilik elektrik wyklýuçatelleriniň sany bilen azalýar16. Birnäçe ýazyjy güýçli tehnika bolan, ýöne islenmeýän täsirlerden ejir çekýän kosmos wektor modulýasiýasyny (SWM) 17, süýşüriş re controlimine gözegçilik (SMC) 18 ulandy. Köp gözlegçiler, (1) neýron torlar, ýokary tizlikli prosessorlary 20 we (2) genetiki algoritmleri talap edýän dolandyryş strategiýasy21.
Bulaşyk dolandyryş ygtybarly, çyzykly däl dolandyryş strategiýalary üçin amatly we takyk modeli bilmegi talap etmeýär. Bu histeretiki gözegçilik edijileriň ýerine çylşyrymly logiki bloklary ulanmagy we akymy we tork süýşmesini azaltmak üçin saýlama tablisalaryny ulanmagy öz içine alýar. Muny bellemelidiris. FLC esasly DTC-ler has gowy öndürijilik üpjün edýär22, ýöne hereketlendirijiniň netijeliligini ýokarlandyrmak üçin ýeterlik däl, şonuň üçin aýlaw aýlawyny optimizasiýa usullary talap edilýär.
Öňki gözlegleriň köpüsinde awtorlar yzygiderli akymlary salgylanma akymy hökmünde saýladylar, ýöne bu saýlama amatly amaly aňlatmaýar.
Performanceokary öndürijilikli, ýokary öndürijilikli hereketlendiriji hereketlendirijiler çalt we takyk tizlige jogap bermegi talap edýärler. Beýleki tarapdan, käbir amallar üçin dolandyryş optimal bolup bilmez, şonuň üçin sürüjiniň ulgamynyň netijeliligini optimizirläp bolmaz. Has gowy öndürijilik ulanyp bolýar ulgam işleýşi wagtynda üýtgeýän akym salgylanmasy.
Authorsazyjylaryň köpüsi hereketlendirijiniň netijeliligini ýokarlandyrmak üçin dürli ýük şertlerinde ýitgileri azaldýan gözleg gözegçisini (SC) teklip etdiler. Tehnika d-okuň häzirki salgylanmasy ýa-da stator akymy bilen giriş güýjüni ölçemekden we azaltmakdan ybaratdyr. salgylanma. Şeýle-de bolsa, bu usul howa boşlugynyň akymynda bar bolan yrgyldamalar sebäpli tork süýşmesini girizýär we bu usulyň durmuşa geçirilmegi köp wagt talap edýär we hasaplaýyş çeşmesini köp talap edýär. Bölekleýin optimizasiýa netijeliligi ýokarlandyrmak üçin hem ulanylýar28, ýöne bu usul edip biler ýerli parametrlere ýapyşyň, gözegçilik parametrleriniň erbet saýlanmagyna sebäp bolýar29.
Bu kagyzda, motor ýitgilerini azaltmak arkaly optimal magnit akymyny saýlamak üçin FDTC bilen baglanyşykly usul teklip edilýär. Bu kombinasiýa her iş nokadynda optimal akym derejesini ulanmak mümkinçiligini üpjün edýär we şeýlelik bilen teklip edilýän fotoelektrik suw nasos ulgamynyň netijeliligini ýokarlandyrýar. Şonuň üçin fotowoltaik suw nasos goýmalary üçin gaty amatly ýaly.
Mundan başga-da, teklip edilýän usulyň prosessor synagy STM32F4 tagtasyny eksperimental tassyklama hökmünde amala aşyrylýar. Bu ýadrosyň esasy artykmaçlyklary durmuşa geçirmegiň ýönekeýligi, arzan bahasy we çylşyrymly programmalary ösdürmegiň zerurlygy 30 .Bu goşmaça. , FT232RL USB-UART öwrüliş tagtasy, kompýuterde wirtual seriýa portuny (COM porty) döretmek üçin daşarky aragatnaşyk interfeýsini kepillendirýän STM32F4 bilen baglanyşyklydyr. Bu usul maglumatlary ýokary bahalarda geçirmäge mümkinçilik berýär.
Teklip edilýän usuly ulanmak bilen PVWPS-iň öndürijiligi, dürli iş şertlerinde ýitgileri azaltmazdan PV ulgamlary bilen deňeşdirilýär. Alnan netijeler, teklip edilýän fotoelektrik suw nasos ulgamynyň statoryň häzirki we mis ýitgilerini azaltmakda, akymy optimizirlemekde we suwy nasoslamakda has gowudygyny görkezýär.
Kagyzyň galan bölegi aşakdaky ýaly düzülendir: Teklip edilýän ulgamy modellemek "Fotowoltaik ulgamlary modellemek" bölüminde berilýär. "Öwrenilen ulgamyň dolandyryş strategiýasy" bölüminde FDTC, teklip edilýän dolandyryş strategiýasy we MPPT usuly bar Jikme-jik beýan edilýär. Netijeler "Simulýasiýa netijeleri" bölüminde ara alnyp maslahatlaşylýar. "STM32F4 açyş tagtasy bilen PIL synagy" bölüminde prosessor synaglary beýan edilýär. Bu kagyzyň netijeleri "" Netijeler ”bölümi.
1-nji suratda özbaşdak PV suw nasos ulgamy üçin teklip edilýän ulgam konfigurasiýasy görkezilýär. Ulgam IM esasly merkezden gaçyryş nasosyndan, fotowoltaik massiwden, iki sany güýç öwrüjisinden (öwrüjini we naprýa sourceeniýa çeşmesiniň inwertoryny (VSI)] öz içine alýar. , öwrenilen fotoelektrik suw nasos ulgamynyň modelleri görkezilýär.
Bu kagyz bir diodly modeli kabul edýärgünfotowoltaik öýjükler. PV öýjüginiň aýratynlyklary 31, 32 we 33 bilen görkezilýär.
Uýgunlaşmagy amala aşyrmak üçin güýçlendiriji öwrüji ulanylýar. DC-DC öwrüjisiniň giriş we çykyş naprýa .eniýeleriniň arasyndaky baglanyşyk aşakdaky 34 deňleme bilen berilýär:
IM-iň matematiki modelini 5,40 deňlemeler bilen salgylanma çarçuwasynda (α, β) suratlandyryp bolar:
Nirede \ (l_ {s} \), \ (l_ {r} \): stator we rotor induksiýasy, M: özara induksiýa, \ (R_ {s} \), \ (I_ {s} \): statoryň garşylygy we stator Häzirki, \ (R_ {r} \), \ (I_ {r} \): rotora garşylyk we rotor tok, \ (\ phi_ {s} \), \ (V_ {s} \): stator akymy we stator naprýa .eniýe, \ (\ phi_ {r} \), \ (V_ {r} \): rotor akymy we rotor naprýa .eniýesi.
Merkezden gaçyryş nasos ýük momenti, IM tizliginiň kwadratyna proporsional bolup biler:
Teklip edilýän suw nasos ulgamynyň gözegçiligi üç aýratyn bölüme bölünýär. Birinji bölegi MPPT tehnologiýasy bilen baglanyşykly. Ikinji bölüm, çylşyrymly logika gözegçisiniň göni tork gözegçiligi esasynda SH-ni sürmek bilen baglanyşykly. Mundan başga-da, III bölüm bilen baglanyşykly tehnika beýan edilýär. Salgy akymlaryny kesgitlemäge mümkinçilik berýän FLC esasly DTC.
Bu işde iň ýokary güýç nokadyny yzarlamak üçin üýtgeýän basgançakly P&O usuly ulanylýar. Çalt yzarlamak we pes yrgyldama bilen häsiýetlendirilýär (2-nji surat) 37,38,39.
DTC-iň esasy pikiri, enjamyň akymyna we torkyna gönüden-göni gözegçilik etmekdir, ýöne elektromagnit tork we stator akymyny kadalaşdyrmak üçin histereziz sazlaýjylarynyň ulanylmagy ýokary tork we akymyň döremegine sebäp bolýar. Şol sebäpli, güýçlendirmek üçin bulaşyk tehnika girizilýär. DTC usuly (7-nji surat) we FLC ýeterlik inwertor wektor ýagdaýlaryny ösdürip biler.
Bu ädimde giriş agzalyk funksiýalary (MF) we lingwistik terminler arkaly bulaşyk üýtgeýänlere öwrülýär.
Ilkinji giriş (εφ) üçin üç agzalyk funksiýasy, 3-nji suratda görkezilişi ýaly otrisatel (N), polo positiveitel (P) we nol (Z).
Ikinji giriş (\ (\ varepsilon \) Tem) üçin bäş agzalyk funksiýasy, 4-nji suratda görkezilişi ýaly, negatiw uly (NL) otrisatel kiçi (NS) nol (Z) pozitiw kiçi (PS) we poloositiveitel uly (PL).
Stator akymynyň traýektoriýasy 12 sektordan ybarat bolup, 5-nji suratda görkezilişi ýaly, bulaşyk toplum izoseles üçburçluk agzalyk funksiýasy bilen görkezilýär.
1-nji tablisada degişli kommutator ýagdaýlaryny saýlamak üçin giriş agzalyk funksiýalaryny ulanýan 180 bulaşyk düzgün bar.
Gözleg usuly Mamdaniniň usuly bilen ýerine ýetirilýär. I-nji düzgüniň agram faktory (\ (\ alfa_ {i} \)):
nirede \ (\ mu Ai \ çep ({e \ varphi} \ sag) \), \ (\ mu Bi \ çep ({eT} \ sag), \) \ (\ mu Ci \ çep (\ theta \ sag) \): Magnit akymynyň, torkyň we statoryň akymynyň burç ýalňyşlygynyň agzalyk bahasy.
6-njy suratda, Ek. (20) tarapyndan teklip edilen iň ýokary usuly ulanyp, bulaşyk bahalardan alnan ýiti bahalar görkezilýär.
Motoryň netijeliligini ýokarlandyrmak bilen akym tizligini ýokarlandyryp bolar, bu bolsa öz gezeginde gündelik suw nasosyny ýokarlandyrar (7-nji surat). Aşakdaky usulyň maksady, ýitgini azaltmak strategiýasyny göni tork gözegçilik usuly bilen baglanyşdyrmakdyr.
Magnit akymynyň gymmatynyň motoryň netijeliligi üçin möhümdigi hemmä mälimdir. Highokary akym bahalary demir ýitgileriniň köpelmegine, şeýle hem zynjyryň magnit doýgunlygyna sebäp bolýar. Tersine, pes akym derejesi ýokary Joule ýitgilerine sebäp bolýar.
Şonuň üçin IM-de ýitgileriň azalmagy akym derejesini saýlamak bilen gönüden-göni baglanyşyklydyr.
Teklip edilýän usul, enjamdaky stator sargylaryndan akýan tok bilen baglanyşykly Joule ýitgilerini modelirlemäge esaslanýar. Rotor akymynyň bahasyny optimal bahasyna sazlamakdan we netijeliligi ýokarlandyrmak üçin motor ýitgilerini azaltmakdan ybaratdyr. aşakdaky ýaly beýan edip bolar (esasy ýitgileri hasaba almazdan):
Elektromagnit tork \ (C_ {em} \) we rotor akymy \ (\ phi_ {r} \) dq koordinat ulgamynda aşakdaky ýaly hasaplanýar:
Elektromagnit tork \ (C_ {em} \) we rotor akymy \ (\ phi_ {r} \) salgylanma (d, q) hökmünde hasaplanýar:
(30) deňlemäni çözmek bilen, rotoryň optimal akymyny we minimal ýitgileri üpjün edýän iň amatly stator tokyny tapyp bileris:
Teklip edilýän tehnikanyň berkligine we öndürijiligine baha bermek üçin MATLAB / Simulink programma üpjünçiliginiň kömegi bilen dürli simulýasiýa geçirildi. Barlanylan ulgam yzygiderli birleşdirilen sekiz 230 W CSUN 235-60P panelden (2-nji tablisa) ybarat. Merkezden gaçyryş nasosy IM tarapyndan dolandyrylýar we häsiýetli parametrleri 3-nji tablisada görkezilýär. PV nasos ulgamynyň bölekleri 4-nji tablisada görkezilýär.
Bu bölümde, hemişelik akym salgylanmasy bolan FDTC ulanýan fotowoltaik suw nasos ulgamy, şol bir iş şertlerinde optimal akym (FDTCO) esasly teklip edilýän ulgam bilen deňeşdirilýär. Iki fotoelektrik ulgamynyň işleýşi aşakdaky ssenariýalary göz öňünde tutup synag edildi:
Bu bölüm, 1000 W / m2 izolýasiýa tizligine esaslanýan nasos ulgamynyň teklip edilýän başlangyç ýagdaýyny görkezýär. 8-nji surat, elektrik tizliginiň täsirini görkezýär. FDTC bilen deňeşdirilende, teklip edilýän usul has gowy ýokarlanmak wagtyny üpjün edýär we 1.04 derejesinde durnukly ýagdaýa gelýär. s, we FDTC bilen 1,93 s-de durnukly ýagdaýa ýetmek. 8-nji surat iki dolandyryş strategiýasynyň nasosyny görkezýär. FDTCO-nyň nasos mukdaryny köpeldýändigini görmek bolýar, bu IM tarapyndan üýtgedilen energiýanyň gowulaşmagyny düşündirýär. we 8h çyzylan stator tokyny görkezýär. FDTC ulanýan başlangyç tok 20 A, teklip edilýän dolandyryş strategiýasy bolsa Joule ýitgilerini azaldýan 10 A başlangyç tok teklip edýär. 8i we 8j suratlar ösen stator akymyny görkezýär. FDTC esasly PVPWS 1,2 Wb hemişelik salgylanma akymynda işleýär, teklip edilýän usulda bolsa fotowoltaik ulgamyň netijeliligini ýokarlandyrmaga gatnaşýan salgylanma akymy 1 A bolýar.
(a)Günradiasiýa (b) Kuwwat çykarmak (c) Wezipe sikli (d) DC awtobus naprýa (j) FDTCO (k) ulanyp akymyň jogaby, FDTC (l) FDTCO ulanyp, Stator akym traýektoriýasy.
Thegünradiasiýa 1000 sekuntdan 700 W / m2 3 sekuntda, soň bolsa 6 sekuntda 500 W / m2 üýtgeýärdi (8a surat). 8b surat 1000 W / m2, 700 W / m2 we 500 W / m2 üçin degişli fotoelektrik güýjüni görkezýär. . 8c we 8d şekiller degişlilikde nobat siklini we DC baglanyşyk naprýa .eniýesini görkezýär. 8-nji surat IM-iň elektrik tizligini görkezýär we teklip edilýän tehnikanyň FDTC esasly fotoelektrik ulgamy bilen deňeşdirilende has gowy tizlik we jogap wagtynyň bardygyny görüp bileris. 8f surat FDTC we FDTCO ulanyp alnan dürli şöhlelendiriş derejeleri üçin suw nasosyny görkezýär. FDTC bilen däl-de, FDTCO bilen has köp nasos gazanyp bolýar. , häzirki amplituda minimuma eltilýär, bu mis ýitgileriniň azdygyny, şeýlelik bilen ulgamyň netijeliligini ýokarlandyrýandygyny aňladýar. Şonuň üçin ýokary başlangyç toklar maşynyň işleýşiniň peselmegine sebäp bolup biler. 8j-nji suratýitgileriň azaldylmagyny üpjün etmek üçin iň amatly akym, şonuň üçin teklip edilýän usul onuň öndürijiligini görkezýär. 8i-nji suratdan tapawutlylykda, akym hemişelik bolup, optimal işlemegi aňlatmaýar. 8k we 8l suratlar stator akymynyň traýektoriýasynyň ewolýusiýasyny görkezýär. 8l optimal akym ösüşini görkezýär we teklip edilýän dolandyryş strategiýasynyň esasy ideýasyny düşündirýär.
Birden üýtgeşiklikgünradiasiýa ulanyldy, 1000 W / m2 ýalňyşlyk bilen başlap, 1,5 s-den soň birden 500 W / m2-e çenli azaldy. W / m2. 9c we 9d şekiller degişlilikde nobat siklini we DC baglanyşyk naprýa .eniýesini görkezýär. 9e-nji suratdan görnüşi ýaly, teklip edilýän usul has gowy jogap wagtyny üpjün edýär. FDTCO bilen FDTC bilen deňeşdirilende has ýokarydy, FDTC bilen 0,009 m3 / s deňeşdirilende 1000 W / m2 şöhlelenmede 0.01 m3 / s nasoslady;üstesine-de, ýalňyşlyk 500 W At / m2 bolanda, FDTCO 0.0079 m3 / s nasos berdi, FDTC bolsa 0.0077 m3 / s nasos berdi. 9g we 9s şekilleri. teklip edilýän dolandyryş strategiýasy, häzirki amplitudanyň duýdansyz üýtgemeler sebäpli peselýändigini we mis ýitgileriniň azalýandygyny görkezýär. 9-njy surat, ýitgileriň azaldylmagyny üpjün etmek üçin iň amatly akymy saýlamak üçin akymyň jogabynyň ösüşini görkezýär, şonuň üçin teklip edilýän usul öndürijiligini 1Wb akym we 1000 W / m2 deňsizlik bilen görkezýär, akym 0.83Wb we şöhlelenme 500 W / m2. 9i suratdan tapawutlylykda, akym 1,2 Wb-de hemişelik, bu bolsa üýtgemeýär; optimal funksiýany görkezýär. 9k we 9l suratlar stator akymynyň traýektoriýasynyň ewolýusiýasyny görkezýär. 9-njy surat, akymyň optimal ösüşini görkezýär we teklip edilýän dolandyryş strategiýasynyň we teklip edilýän nasos ulgamynyň kämilleşdirilmeginiň esasy ideýasyny düşündirýär.
(a)Günradiasiýa (b) Çykarylan kuwwat (c) Wezipe sikli (d) DC awtobus naprýa FLC (j) FDTCO (k) ulanyp, FDTCO (l) Stator akym traýektoriýasyny ulanyp, FDTCO ulanyp, Stator akym traýektoriýasy.
Iki tehnologiýanyň akym gymmaty, häzirki amplituda we nasos nukdaýnazaryndan deňeşdirme derňewi 5-nji tablisada görkezilýär, bu teklip edilýän tehnologiýa esaslanýan PVWPS nasos akymynyň ýokarlanmagy we amplitudanyň azalmagy we ýitgileri azaltmak bilen ýokary öndürijiligi üpjün edýändigini görkezýär. akymlary optimal saýlamak üçin.
Teklip edilýän dolandyryş strategiýasyny barlamak we barlamak üçin, STM32F4 tagtasy esasynda PIL synagy geçirilýär. Içine oturdylan tagtada ýüklenjek we işlediljek kody döredýär. Tagtada 1 MB Flash, 168 MGs 32 bitli mikrokontrol bar. sagat ýygylygy, ýüzýän nokat birligi, DSP görkezmeleri, 192 KB SRAM. Bu synag wagtynda, STM32F4 açyş enjamlary tagtasy esasynda döredilen kody öz içine alýan dolandyryş ulgamynda ösen PIL blok döredildi we Simulink programma üpjünçiliginde girizildi. STM32F4 tagtasynyň kömegi bilen düzüljek PIL synaglary 10-njy suratda görkezilýär.
STM32F4 ulanyp bilelikde simulýasiýa PIL synagy, teklip edilýän usuly barlamak üçin arzan bahaly tehnika hökmünde ulanylyp bilner. Bu kagyzda, iň oňat salgylanma akymyny üpjün edýän optimallaşdyrylan modul STMicroelektronika açyş geňeşinde (STM32F4) amala aşyrylýar.
Ikinjisi Simulink bilen bilelikde ýerine ýetirilýär we teklip edilýän PVWPS usuly bilen bilelikde simulýasiýa wagtynda maglumat alyşýar. 12-nji surat STM32F4-de optimizasiýa tehnologiýa kiçi ulgamynyň durmuşa geçirilişini görkezýär.
Bu teklipde diňe teklip edilýän optimal salgylanma akymynyň usuly görkezilýär, sebäbi fotowoltaik suw nasos ulgamynyň dolandyryş häsiýetini görkezýän bu iş üçin esasy gözegçilik üýtgeýjisi.
Iş wagty: 15-2022-nji aprel
