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建模和控制的混合系统——太阳能/风能/电池使用三输入直流直流提升转换器

美国Sathya1B。Vinoth库马尔2
  1. PG-Scholar, EEE称,Bannari安曼理工学院,Sathyamangalam Tamilnadu、印度
  2. Asst.教授(Sr.G),部门EEE, Bannari安曼理工学院,Sathyamangalam Tamilnadu、印度
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文摘

本文的目的是提出一个三个混合系统的输入提高转换器以简单电力系统降低成本。该转换器有两个源作为输入和三源作为存储元素。提供负载输出,充电或放电可以由光伏电池和风力发电来源单独或同时进行。该结构利用只有四个独立的电源开关。根据电池的利用状态,三个不同的电力转换器的操作模式定义。这个转换器控制电源。

关键字
三个输入提高转换器、混合动力系统、光伏、风能、电池来源,电荷状态(soc)和终端电阻。

介绍
光伏发电的能量似乎很有吸引力,因为其无噪声,无污染,规模的灵活性,和小的维护。由于光伏发电的依赖太阳辐射水平,环境温度,和不可预知的阴影,PV-based电力系统应辅以其他替代能源以确保可靠的电力供应。)风力发电成为一种很有前途的辅助电源由于其清洁的优点,效率高,可靠性高。由于长期创业和动态响应慢的弱点FCs[1],权力之间的不匹配负载和FC必须由一个能量储存系统。电池通常是作为存储机制平滑输出功率,改善启动转换和动态特性,并提高峰值功率能力[2],[3]。结合这样的能源引入了一个PV /风/电池混合动力系统。这些转换器收到更多的关注在文献中因为提供简单的电路拓扑结构,集中控制、双向功率流存储元素,高可靠性和低制造成本和大小。两个输入转换器基于通量分析的多绕组变压器在[15]。因为没有转换器的双向操作的可能性,和复杂性的驱动电路和输出功率限制在[16],他们不适合混合动力系统。三个输入转换器,提出了基于结构的直流-直流转换器。 The dc–dc boost converter is useful for combining several energy sources whose power capacity or voltage levels are different.

建模的光伏面板
图1显示了理想的光伏电池的等效电路。半导体的基本方程的理论[1],数学描述理想的光伏电池的电流-电压特性,图像
的符号定义如下:
Ipv,细胞是当前生成的入射光(太阳辐照正比),
I0,细胞是反向饱和或二极管的漏电流,
问是电子电荷(1.60217646×10−19 C),
k是波尔兹曼常数(1.3806503×10−23 J / k)、T(开尔文)pn结的温度,
一个是二极管理想常数。
艾凡:电子电荷(1.602×10 - 19 C)。
拉尔夫-舒马赫:串联电阻的细胞(0.001Ω)。

风力发电机的建模
风力发电机是风力发电系统的第一个,也是最重要的元素。风力涡轮机捕捉来自风的力量通过空气动力学设计的叶片和将其转换为旋转机械功率[6]。叶片的数量通常是三个。这个机械功率传递给发电机的转子,这种能量转化为电能。
发电机使用可能是一个异步发电机和同步发电机。
生成的机械功率的风:
在哪里
ρ——空气密度,
A -转子扫掠面积,
Cp(λ,β)-功率系数函数
λ-提示速度比,
β-螺旋角
风力涡轮机可以建模基于稳态功率特性。在单位(pu系统),方程可以写成:
图像
Cp是一个非线性函数根据提示速度比和螺旋角,可以表示为:
图像
Cp的最大价值是0.48β= 0和λ= 0.16。
风力发电机模型是连接到一个鼠笼式异步发电机。获得的机械能从风力涡轮机的发电机,将它转换成电能。

建模的电池
创建一个物理系统铅酸电池模型。电池模型是为了接受输入电流和环境温度,如图。输出电压、SOC和电解液温度。
答:等效电路
结构没有模型的内部化学直接铅酸电池;等效电路的经验近似的行为在电池终端。的结构包括两个主要部分:主要分支近似电池动力在大多数情况下,和一个寄生分支占电池行为的指控。
电池的电池等效电路代表一个细胞。输出电压乘以六,系列细胞的数量,模型12 volt汽车电池。在图3中,系列细胞进入的数量获得块参数值“ns。“电压乘以六假定每个细胞表现相同。图4显示了电气线路图包含的元素被用来创建电池电路方程。每个等效电路元素是基于非线性方程。非线性方程中参数和状态。方程的参数依赖经验常数决定的。

三个输入提高转换器的设计
答:操作模式
1)第一动力操作模式
在这种操作模式下,两个输入电源V1和V2负责提供负载,和电池充电是不恰当的。这个操作模式被认为是基本的操作模式转换器。从转换器结构清楚地看到,有两个选项进行输入电源电流IL1andIL2没有通过电池;路径1:S4−D3路2:S3 - D4。在这种操作模式下,第一个路径选择;因此,开关S3是关闭而开关S4is打开完全转换时期。因此,三个不同的开关状态转换器实现在一个开关周期。
开关状态1 (0 < t < D1T):在t = 0时,开关S1and S2打开和电感L1和L2are控电压v1和V2。
开关状态2 (D1T < t < D2T):在t = D1T开关S1;是关闭的,当开关S2,仍在。因此,电感L1 V1-V0是放电电压到输出负载和电容通过二极管D1同时电感L2仍收取的电压V2。
开关状态3 (D2T < t < t):在t = D2 t开关S2也关闭和电感L2与电压放电acrossV2 V0电感器一样
通过应用voltage-second转换器和现有的第二平衡理论,下列方程得到:信号的四个开关
图像
2)第二动力操作模式
在这种操作模式下,两个输入功率sourcesV1和V2along电池负责提供负载。因此,电池的放电状态应提供操作模式。指的变换器拓扑,当开关S3; nd S4同时打开,currentsIL1 IL2are通过开关S4的道路。开关S3脑出血导致电池放电。然而,电池只能持续到交换机的卸货操作S3和S2正在进行。因此,电池的最大放电功率取决于责任比例的摘要意思andIL2 D1和D2以及电流。
开关状态1 (0 < t <而):在t = 0时,开关S1和S4是打开,所以电感L1and被控电压V1和V2,分别。
开关状态2:在t =仍在。因此,电感和L控电压分别。
开关状态3 (D T < < DT):在T = T,开关电感L是放电电压V而电感L还被控在V电压。
开关状态4 t =也关掉分别与电压和电感放电。
通过应用voltage-second转换器和现有的第二平衡理论,下列方程。
图像
3)第三权力运行方式
在这种操作模式下,两个输入电源V1和V2负责提供负载,而电池充电性能实现。因此,电池的充电状态应提供操作模式。指的变换器拓扑结构,开关S4are关闭时,通过打开开关S1 andS2currents摘要意思;nd IL2are通过diodeD4道路,电池和二极管eD3Therefore,电池充电的条件。然而,电池的充电操作只能持续到开关S3和S2正在进行。因此,电池的最大充电功率取决于责任比率D1和D2为了获得所需的电池最大充电功率,输入电源应设计合适的电流和电压值。另一方面,调节电池的充电功率低于P马克斯蝙蝠。ch可以通过改变开关的状态只有一个S3和S4开关S3和S2前关闭。
开关状态2 (D3T < t < D1T):在t = D3T开关S3而开关是关闭S1and S2are仍在(根据假设)。因此,电感L1和L2被控电压V1和V2,分别。开关状态3 (d1 T < < d2 T):在T = D1T,开关S1is关闭,所以电感L2与电压V1−V0出院,而电感L1仍控电压V2。
开关状态4 (D2T < t < t):在t = D2T开关S2也关闭和电感L2 V2-V0 L1是放电电压一样
图像

仿真结果
下面的图显示输出波形的三个输入提高转换器。图3(一个)显示太阳能电压和电流。使用这种变换器的电压水平和当前水平是提高输入电压水平。提高电压水平串联的细胞数量也会增加。图3 (b)显示风力发电机的输出电压和电流。图3 (c)显示了电池的输出电压。

结论
可再生能源结合地称为非常规方法领域不断补充单位能量的自然过程。灵活性的优点,提出了三个输入转换器显示了各种优秀的性能和潜在的应用程序包括通信系统、卫星、雷达系统。相比与传统方法的组合三个输入源three-boost细胞数量的该变换器能节约电感,利用低压电池或超级电容器,在high-stablemargin操作点和工作获得高压推动因素。电池充、放电的同时通过单独电源和。三个输入提高转换器的优点是结构简单、低电力组件,集中控制,不需要变压器,低重量、高稳定性工作,独立操作的输入电源,和高水平的提高。

数据乍一看
图 图 图 图 图
图1 图2 图3一 图3 b 图3 c

引用







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