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国际电气、电子和仪器工程高级研究杂志

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在线刊号(2278-8875)印刷版(2320-3765)

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混合能源的工业应用模糊运用

D.Prabhu1, K.Balamurugan2
  1. 印度泰米尔纳德邦哥印拜陀罗摩克里希纳工程学院EEE系PG学生[PED]
  2. 印度泰米尔纳德邦哥印拜陀罗摩克里希纳工程学院EEE系助理教授
有关文章载于Pubmed，谷歌学者

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摘要

本文主要研究一种具有模糊能量管理的三端口混合电网/光伏独立系统的实现和运行。混合能源系统是工业和偏远农村地区电气化的绝佳解决方案。混合电网/光伏系统是高效的，需要非常低的维护。提出了电网-光伏混合发电系统的平均模型。主要目标是为工业地区提供24小时所需的优质电力。研究方法涉及到系统拓扑结构的定义、能量传递最大的各种源的互连、模糊控制和能量管理。在MATLAB/Simulink中对所提出的能量管理策略进行了仿真。对输出波形的各种模型进行了描述和讨论。该系统精度高，运行效率高，降低了运行成本。

关键字
MPPT -模糊逻辑-光伏系统- DC-DC变换器-工业负载(轻型和感应电机)

介绍
在这个新时代，最近的技术入侵将整个世界的发展推向了新的高度。这些发展通过技术方面和影响将世界转变为新的维度。这是电力需求增加的主要原因。世界以几何比例的发展速度催化了从可再生能源中提取电力的需求，另一个原因是常规能源的可用性只有60-70年。
在风能、地热、太阳能、海洋、生物质能、化学等可再生能源中，太阳能因其可靠性、简便性等优点而具有先进性。由于这些资源的可用性经常变化，混合发电的概念变得越来越重要。太阳能是取之不尽、用之不竭的可再生能源，具有广阔的开发应用前景。太阳能混合发电系统可以根据居民用电负荷特点和当地环境条件，提高供电可靠性，降低系统成本。无污染电能的生产是可以实现的，而且这种优势还可以扩大到经济效益和发展效益。与太阳能子系统集成的电池单元可提供良好的可靠性。
在独立的太阳能混合动力系统中，铅酸电池作为储能元件发挥着重要作用。而在太阳能混合发电系统中，由于太阳能产生的电能存在波动，蓄电池的充放电策略直接影响供电质量。这对电力管理系统提出了更高的要求。
在本文中，太阳能作为主要的电力来源，但太阳能并不总是足够的。可与电网电源相结合，满足负荷需求。在这里，电池被电网电源取代，因此电力管理系统的需求减少。电池仅在紧急情况下使用。

建议系统概述
图1为工业应用的三端口能源框图。
•带有MPPT的PV电池
•电池
•网格源
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A.光伏电池建模
光伏技术分为硅晶技术和薄膜技术。在这一提出的方法中，硅晶体被使用。在这个模型中，通过连接40个电池，每个电池串联0.6v来获得24v。
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光伏阵列是由许多太阳能电池串联或并联而成。每个太阳能电池都是由PN结半导体构成的，它可以通过光伏效应产生电流。PV的等效电路如图(2)所示。太阳能电池的电流和电压特性由式(1)和(2)给出。
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B.电池来源
在可再生能源，如太阳能，燃料电池等不稳定的输出，它不是直接使用，所以电池存储一直是首选。但为了降低初始成本，本文只在紧急情况下使用电池。在带电状态下，每个电池含有元素铅的负极板和氧化铅的正极板。充电过程是由电荷源强行将电子从正极板移走和强行将电子引入负极板所驱动的。放电状态正极和负极板都变成了硫酸铅，电解质失去了大部分溶解的硫酸，主要变成了水。放电过程是由电子从负极板传导回外部电路中正极板的电池所推动的
C.网格源
电网是将电力从供应商输送到消费者的互联网络。它由一组发电站组成，高压输电馈线将电力从远处的电源输送到需求中心，以及连接个人客户的配电线路。在电网系统中，电力需求日益增加。所以可再生能源是由个人客户使用的。如果可再生能源不足，则使用电网能源。
D.升压变换器
升压变换器(升压变换器)是一种输出电压大于输入电压的dc - dc功率变换器。它是一种开关模式电源(SMPS)，包含至少两个半导体开关(一个二极管和一个晶体管)，至少一个储能元件是电容器，电感和两者的组合。由电容器制成的滤波器(有时与电感器结合使用)通常添加到转换器的输出，以减少输出电压纹波。采用升压变换器提高PV的输出电压。
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E.模糊逻辑控制
提出了一种光伏最大功率点跟踪的智能控制方法。该方法将模糊控制器应用于升压变换器的控制。该控制器表现出更好的行为。图4为MPPT的模糊逻辑控制器。
模糊算法由情景对和动作对组成。通常使用AND和OR语句表示的条件规则。在模糊系统中，如果输出低于要求，输出适度下降，则系统的输入应大大增加。将规则转换为更通用的语句，可用于模糊算法。本文采用模糊法产生升压变换器的占空比，实现升压变换器的工作。占空比是根据PV输出电压和电流产生的。此外，还需要对定性语句进行量化，并分配以下语言集:正最小值(Pim) 2。正最大值(Pm) 3。负最小值(Nmi) 4。负最大值(Nm)。
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F.载荷参数
本文采用了轻负荷和电机负荷。电灯是一种通过电流产生光的装置。在大多数工业中，超过10%的电能用于照明，这里的需求由太阳能来补偿。
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在最近的趋势工业使用电机驱动器来满足他们的生产。电机的效率为70-80%，因此电机消耗更多的电能。这将增加电力需求。在这种方法中，利用太阳能来消除电力需求。感应电动机由于不需要机械换向，
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自激:从定子转移到转子的全部或部分能量的自激，如在通用和大型同步电动机中应用范围广泛，如工业风机，鼓风机和泵，机床和家用电器。

整个系统的仿真电路
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仿真结果
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结论
在这一提出的方法，光伏电机，照明系统和最小的存储元件使用。此外，所设计的变换器模糊控制系统在MPPT的所有可能运行情况下都具有较高的稳定性。仿真结果表明，变流器控制系统对光伏发电的不同阶跃变化和负载工况均能提供良好的暂态和稳态响应。该变换器具有使用低压电池、工作在恒定裕度工作点、存储口功率双向流动、结构简单、器件功耗低等优点。

参考文献










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