Обеспечение экстремального регулирования мощности первичных источников энергии при их совместной работе на общую нагрузку
- Авторы: Непомнящий О.В.1, Краснобаев Ю.В.1, Яблонский А.П.1, Солопко И.В.1
-
Учреждения:
- Сибирский федеральный университет
- Выпуск: Том 21, № 1 (2020)
- Страницы: 85-95
- Раздел: Раздел 2. Авиационная и ракетно-космическая техника
- Статья опубликована: 25.03.2020
- URL: https://journals.eco-vector.com/2712-8970/article/view/562991
- ID: 562991
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В системах электропитания космических аппаратов, беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов в качестве первичных источников энергии широко используются солнечные батареи. Для энергоснабжения наземных автономных объектов находят применение возобновляемые источники энергии различной природы, позволяющие использовать энергию Солнца, ветра, волн, рек, приливов и т. п.
Применение в составе автономной системы электропитания разнородных источников энергии позволяет осуществлять генерацию электрической энергии на интервалах времени, когда отсутствует поступление энергии от части используемых источников.
Согласование первичных источников энергии с различными характеристиками и условиями работы в рамках одной системы электропитания приводит к возникновению дополнительных сложностей, связанных с регулированием мощности источников, что и определяет актуальность рассматриваемых задач.
Цель исследования: разработка способов объединения первичных источников энергии с различными характеристиками и условиями работы в единую автономную систему электропитания и алгоритмов управления контроллерами этих источников.
Задачи: создание имитационной модели системы электропитания в среде MATLAB/Simulink; разработка и проверка алгоритма управления контроллерами первичных источников, обеспечивающего поддержание желаемого тока заряда аккумуляторной батареи системы электропитания; разработка и проверка алгоритмов управления контроллерами первичных источников, обеспечивающих отбор максимальной мощности от каждого из нескольких первичных источников, в том числе и с минимизацией времени поиска точки максимальной мощности.
Методы исследования: имитационное моделирование системы электропитания с использованием языка Simulink, входящего в состав программного пакета MATLAB 7.9.
Результаты: разработана имитационная модель системы электропитания, включающая два источника энергии с различными характеристиками. При избытке мощности, генерируемой первичным источником энергии, контроллер источника энергии находится в режиме заряда аккумуляторной батареи заданным фиксированным током. При дефиците мощности первичного источника контроллер функционирует в режиме поиска экстремальной мощности. Структура системы электропитания позволяет управлять двумя источниками энергии независимо друг от друга. Таким образом, контроллеры источников энергии могут находиться в различных режимах работы, обеспечивая повышенную гибкость системы электропитания. Использование алгоритма управления на нечеткой логике увеличивает скорость поиска точки максимальной мощности, а также повышает точность работы алгоритма. Проведенные с использованием разработанной модели испытания подтвердили работоспособность алгоритмов управления контроллеров солнечной батареи во всех режимах работы. Подтверждена работоспособность алгоритма выбора режима работы контроллеров в различных условиях. Предложенные алгоритмы позволяют осуществлять эффективное регулирование мощности первичных источников энергии в зависимости от различных условий работы автономной системы электропитания.
Об авторах
Олег Владимирович Непомнящий
Сибирский федеральный университет
Email: ONepomnuashy@sfu-kras.ru
кандидат технических наук, профессор, заведующий кафедрой вычислительной техники, Институт космических и информационных технологий
Россия, 660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26бЮрий Вадимович Краснобаев
Сибирский федеральный университет
Email: YKrasnobaev@sfu-kras.ru
доктор технических наук, профессор кафедры систем автоматики, автоматизированного управления и проектирования
Россия, 660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26бАлексей Павлович Яблонский
Сибирский федеральный университет
Email: AYablonskiy@sfu-kras.ru
доктор технических наук, профессор кафедры систем автоматики, автоматизированного управления и проектирования, аспирант, ассистент кафедры вычислительной техники
Россия, 660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26бИрина Владимировна Солопко
Сибирский федеральный университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: Solopko@sfu-kras.ru
старший преподаватель кафедры систем автоматики, автоматизированного управления и проектирования, Институт космических и информационных технологий
Россия, 660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26бСписок литературы
- Wu B., Zhuo F., Long F., Gu W., Qing Y., Liu Y. A management strategy for solar panel — battery — super capacitor hybrid energy system in solar car // 8th International Conference on Power Electronics – ECCE Asia. 30 May – 3 June 2011.
- Parameter’s sensitivity analysis and design optimization of solar-powered airplanes / Zhu X., Z. Guo, Z. Hou, X. Gao, J. Zhang // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2016. Vol. 88 No. 4. P. 550–560.
- Lawhorn D., Rallabandi V., Ionel D. Power Electronics Powertrain Architectures for Hybrid and Solar Electric Airplanes with Distributed Propulsion // 2018 AIAA/IEEE Electric Aircraft Technologies Symposium (EATS). 12–14 July 2018.
- Автономная система электропитания с экстремальным регулированием мощности первичных источников энергии / О. Донцов, В. Иванчура, Ю. Краснобаев, С. Пост // Известия Томского политехнич. ун-та. 2016. Т. 327, № 12. C. 35–44.
- Trends 2013 in photovoltaic applications. Survey report of selected IEA countries between 1992 and 2012 [Электронный ресурс]. URL: http://helapco.gr/ pdf/IEA_PVPS_Trends_Report_2013_v1_0_ 01.pdf (дата обращения 15.09.2019).
- Лукутин Б., Муравлев И., Плотников И. Децентрализованные системы электроснабжения с ветровыми и солнечными электростанциями. Томск : Изд-во Томского политехнич. ун-та, 2015. 100 с.
- International Renewable Energy Agency: Vision and Mission [Электронный ресурс]. URL: http://www.irena.org/menu/index.aspx?mnu=cat&PriMenuID=13&CatID=9 (дата обращения 16.09.2019).
- Соустин Б. Системы электропитания космических аппаратов. Новосибирск : Наука ; Сибирская издательская фирма, 1994. 318 с.
- Fortescue P., Swinerd G., Stark J. (Eds.). (2011, August). Spacecraft Systems Engineering, (4th ed.). John Wiley & Sons, Ltd, 2011. 691 p.
- Norton C., Pellegrino S., Johnson M. (2014, July) Small Satellites: A Revolution in Space Science [Электронный ресурс]. URL: http://www.kiss.caltech.edu/ study/smallsat/KISS-SmallSat-FinalReport.pdf (дата обращения 21.09.2019).
- Макриденко Л., Боярчук K. Mikrospuntniki. Микроспутники. Тенденция развития. Особенности рынка и социальное значение [Электронный ресурс]. URL: http://jurnal.vniiem.ru/text/102/2.pdf (дата обращения 24.09.2019).
- Развитие микропроцессорной техники. Структура и режимы современных микропроцессоров [Электронный ресурс]. URL: http://life-prog.ru/view_ articles.php?id=334 (дата обращения 24.09.2019).
- Shinyakov Y., Otto A., Osipov A., Chernaya M. Autonomous power plant with extreme step regulator of solar battery power // Alternative Energy and Ecology. 2015. No. (8-9). Р. 12–18.
- Иванчура В., Краснобаев Ю., Донцов О., Пост С. Контроллер солнечной батареи с экстремальным регулированием // Электромеханические преобразователи энергии : VI Междунар. науч.-техн. конф. ЭПЭ–2013. Томск, 2013. С. 180–185.
- Пост С., Донцов О., Иванчура В., Краснобаев Ю. Имитационная модель контроллера солнечной батареи // Известия Томского политехнич. ун-та. Техника и технология в энергетике. 2014. Т. 325, № 4. С. 114–120.
- Dontsov O., Ivanchura V., Krasnobaev Y. A Fuzzy Logic Solar Controller with Maximum Power Point Tracking // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2015. Vol. 6, No. 8. P. 786–794.
- Liu C. An Asymmetrical Fuzzy-Logic-Control-Based MPPT Algorithm for Photovoltaic Systems // Energies. 2014. Vol. 7. P. 2178–2193.
- Асаи К., Ватада Д., Иваи С. Прикладные нечеткие системы / переулок с япон. ; под ред. Т. Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. М. : Мир, 1993. 368 с.
- Леоненков А. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. СПб. : БХВ-Петербург, 2005. 736 с.
- Штовба С. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный ресурс]. URL: http://matlab.exponenta.ru/fuzzylogic/book1/ index.php (дата обращения: 3.10.2019).
- Ibbini M. Simscape solar cells model analysis and design. Computer Applications in Environmental Sciences and Renewable Energy. Kuala Lumpur. 2014. Р. 97–103.
- Schematic simulation in the Simscape and Sim-Electronics software [Электронный ресурс]. URL: http://www.kit-e.ru/articles/circuit/2014_4_174.php (дата обращения 3.10.2019).
Дополнительные файлы
