An de leschte Joeren, Verbesserungen an der Effizienz vun photovoltaic Waasser Pompel Systemer (PVWPS) hunn grouss Interessi ënnert Fuerscher ugezunn, wéi hir Operatioun baséiert op propper elektresch Energie Produktioun. Uwendungen déi Verloschterminiméierungstechniken, déi op Induktiounsmotoren (IM) applizéiert ginn, integréiert. Déi proposéiert Kontroll wählt déi optimal Fluxgréisst aus andeems IM Verloschter minimiséieren. Zousätzlech gëtt och d'Variabel-Schrëtt Perturbatiounsobservatiounsmethod agefouert. D'Eegeschaft vun der proposéierter Kontroll gëtt erkannt duerch Reduktioun vun der Spullstroum;dofir, Motor Verloschter sinn miniméiert an Effizienz verbessert. Déi proposéiert Kontroll Strategie ass Verglach mat Methoden ouni Verloscht minimization. D'Vergläich Resultater illustréieren d'Efficacitéit vun der proposéiert Method, déi baséiert op der minimization vun Verloschter an elektresch Vitesse, absorbéiert aktuell, fléissendem. Waasser, an Entwécklungslänner Flux.A processor-in-the-loop (PIL) Test ass als experimentellen Test vun der proposéierter Method ausgeführt.Et beinhalt d'Ëmsetzung vum generéierten C Code op der STM32F4 Discovery Board.D'Resultater vun der embedded. Board sinn ähnlech wéi déi numeresch Simulatiounsresultater.
Erneierbar Energie, besonneschsolarphotovoltaic Technologie, kann eng propper Alternativ zu fossille Brennstoffer an Waasser Pompel Systemer ginn1,2.Photovoltaic Pompel Systemer hu bedeitend Opmierksamkeet an entfernt Beräicher ouni Stroum kritt3,4.
Verschidde Motore ginn an PV Pompelapplikatiounen benotzt. D'Primärstadium vu PVWPS baséiert op DC Motoren. Dës Motore sinn einfach ze kontrolléieren an ëmzesetzen, awer si erfuerderen regelméisseg Ënnerhalt wéinst der Präsenz vun den Annotatoren a Pinselen5. Fir dës Defizit ze iwwerwannen, brushless permanent Magnéit Motore goufen agefouert, déi duerch brushless charakteriséiert sinn, héich Effizienz an Zouverlässegkeet6.Am Verglach zu anere Motore, IM-baséiert PVWPS huet besser Leeschtung well dëse Motor zouverlässeg ass, niddereg-Käschten, Ënnerhalt-gratis, a bitt méi Méiglechkeeten fir Kontroll Strategien7 .Indirekt Field Oriented Control (IFOC) Techniken an Direct Torque Control (DTC) Methoden sinn allgemeng benotzt8.
IFOC gouf vu Blaschke an Hasse entwéckelt an erlaabt d'IM Geschwindegkeet iwwer eng breet Palette z'änneren9,10.De Statorstroum ass an zwee Deeler opgedeelt, een generéiert de magnetesche Flux an deen aneren generéiert d'Dréimoment andeems se an den dq Koordinatesystem ëmgewandelt ginn. onofhängeg Kontroll vu Flux an Dréimoment ënner stännegen Zoustand an dynamesche Konditiounen.Axe (d) ass mat der Rotor Flux Raum Vecteure ausgeriicht, déi implizéiert de q-Achs Komponente vun der Rotor Flux Raum Vecteure ëmmer null.FOC gëtt eng gutt a méi séier Äntwert11 ,12, allerdéngs ass dës Method komplex an ënnerläit Parametervariatioune13.Fir dës Mängel ze iwwerwannen, hunn Takashi an Noguchi14 DTC agefouert, déi héich dynamesch Leeschtung huet a robust a manner empfindlech op Parameterännerungen ass.An DTC, den elektromagnetesche Dréimoment an de Statorflux gi kontrolléiert andeems de Statorflux an den Dréimoment vun den entspriechende Schätzungen subtrahéiert gëtt.souwuel Stator Flux an Dréimoment.
D'Haaptrei Nodeel vun dëser Kontroll Strategie ass déi grouss Dréimoment a Flux Schwankungen wéinst der Benotzung vun Hysteresis Reguléierer fir Stator Flux an elektromagnéiteschen Dréimoment Reguléierung15,42.Multilevel Konverter ginn benotzt fir Ripple ze minimiséieren, awer d'Effizienz gëtt reduzéiert duerch d'Zuel vun de Stroumschalter16. Verschidde Autoren hunn Raumvektormodulatioun (SWM)17, Sliding Mode Control (SMC)18 benotzt, déi mächteg Techniken sinn, awer ënner ongewollten jitterend Effekter leiden19.Vill Fuerscher hunn kënschtlech Intelligenz Technike benotzt fir d'Leeschtung vum Controller ze verbesseren, dorënner (1) neural. Netzwierker, eng Kontrollstrategie déi High-Speed-Prozessoren erfuerdert fir ze implementéieren20, an (2) genetesch Algorithmen21.
Fuzzy Kontroll ass robust, gëeegent fir net-linear Kontrollstrategien, a erfuerdert kee Wëssen iwwer de genaue Modell. FLC-baséiert DTCs bidden eng besser Leeschtung22, awer net genuch fir d'Effizienz vum Motor ze maximéieren, sou datt d'Kontrollschleifoptimiséierungstechnike erfuerderlech sinn.
An de meeschte fréiere Studien hunn d'Auteuren konstante Flux als Referenzflux gewielt, awer dës Wiel vu Referenz representéiert keng optimal Praxis.
High-Performance, High-Effizienz Motordrive erfuerderen séier a präzis Geschwindegkeetsreaktioun. Op der anerer Säit, fir e puer Operatiounen, kann d'Kontroll net optimal sinn, sou datt d'Effizienz vum Drive System net optimiséiert ka ginn. Besser Leeschtung kann duerch benotzt ginn eng variabel Flux Referenz während System Operatioun.
Vill Autoren hunn e Sichkontroller (SC) proposéiert deen d'Verloschter ënner verschiddene Laaschtbedéngungen (wéi in27) miniméiert fir d'Effizienz vum Motor ze verbesseren. Referenz.Allerdéngs féiert dës Method Dréimoment-Ripple wéinst Schwéngungen, déi am Loftspaltfluss präsent sinn, an d'Ëmsetzung vun dëser Method ass Zäit-opwänneg a computationally Ressource-intensiv.Partikel Schwarmoptimiséierung gëtt och benotzt fir d'Effizienz ze verbesseren28, awer dës Technik kann an lokal Minima hänke bliwwen, wat zu enger schlechter Auswiel vu Kontrollparameter féiert29.
An dësem Pabeier gëtt eng Technik am Zesummenhang mat FDTC proposéiert fir den optimalen magnetesche Flux ze wielen andeems d'Motorverloschter reduzéiert gëtt. Dës Kombinatioun garantéiert d'Fäegkeet fir den optimalen Fluxniveau op all Operatiounspunkt ze benotzen, an doduerch d'Effizienz vun der proposéierter Photovoltaik Waasserpompelsystem ze erhéijen. Dofir schéngt et ganz bequem ze sinn fir Photovoltaik Waasserpompelen Uwendungen.
Ausserdeem gëtt e Prozessor-an-der-Loop Test vun der proposéierter Method mat der STM32F4 Board als experimentell Validatioun duerchgefouert.D'Haaptvirdeeler vun dësem Kär sinn Einfachheet vun der Ëmsetzung, niddereg Käschten an net néideg fir komplex Programmer z'entwéckelen 30 .Zousätzlech , der FT232RL USB-UART Konversioun Board ass mat der STM32F4 assoziéiert, déi eng extern Kommunikatioun Interface garantéiert fir e virtuelle Serien Hafen (COM port) um Computer opzebauen.Dës Method erlaabt Daten mat héije Baudraten iwwerdroe ginn.
D'Performance vun PVWPS mat der proposéierter Technik ass am Verglach mat PV Systemer ouni Verloscht minimization ënner verschiddene Betribssystemer Konditiounen.Déi kritt Resultater weisen, datt d'proposéiert photovoltaic Waasser Pompel System besser an minimiséieren Stator aktuell a Koffer Verloschter, Optimisatioun Flux a Pompel Waasser.
De Rescht vum Pabeier ass wéi follegt strukturéiert: D'Modellerung vum proposéierte System gëtt an der Rubrik "Modelléierung vu Photovoltaiksystemer" uginn. An der Rubrik "Kontrollstrategie vum studéierte System", FDTC, déi proposéiert Kontrollstrategie an MPPT Technik sinn am Detail beschriwwen.D'Resultater ginn an der Rubrik "Simulatiounsresultater" diskutéiert. An der Rubrik "PIL Testen mat der STM32F4 Entdeckungsplat" gëtt Prozessor-an-der-Loop Testen beschriwwen. D'Conclusiounen vun dësem Pabeier ginn an der " Conclusiounen" Rubrik.
Figur 1 weist d'proposéiert System Configuratioun fir e Stand-alone PV Waasser Pompel System. De System besteet aus engem IM-baséiert Zenrifugalkraaft Pompel, engem photovoltaic Array, zwee Muecht converters [Boost Converter a Spannung Quell inverter (VSI)]. An dëser Rubrik , gëtt d'Modellerung vum studéierten Photovoltaik Waasserpompelsystem presentéiert.
Dëse Pabeier adoptéiert der Single-Diode Modell vunsolarPhotovoltaikzellen.D'Charakteristike vun der PV-Zelle gi mat 31, 32 an 33 bezeechent.
Fir d'Adaptatioun auszeféieren, gëtt e Boost-Konverter benotzt.D'Relatioun tëscht den Input- an Ausgangsspannungen vum DC-DC Konverter gëtt vun der Equatioun 34 hei ënnen uginn:
De mathematesche Modell vum IM kann am Referenzrahmen (α,β) duerch déi folgend Equatiounen 5,40 beschriwwe ginn:
Wou \(l_{s }\),\(l_{r}\): Stator- a Rotorinduktioun, M: géigesäiteg Induktioun, \(R_{s }\), \(I_{s}\): Statorresistenz an Stator Stroum, \(R_{r}\), \(I_{r}\): Rotorresistenz a Rotorstroum, \(\phi_{s}\), \(V_{s}\): Statorflux a Stator Spannung , \(\phi_{r}\), \(V_{r}\): Rotorflux a Rotorspannung.
D'Zentrifugalpompellastmoment proportional zum Quadrat vun der IM Geschwindegkeet kann bestëmmt ginn duerch:
D'Kontroll vun der proposéiert Waasser Pompel System ass an dräi z'ënnerscheedde subsections ënnerdeelt. Den éischten Deel beschäftegt sech mat MPPT Technologie. Den zweeten Deel beschäftegt sech mat der dreiwend der IM baséiert op der fuzzy Logik Controller d'direkt Dréimoment Kontroll. Weider, Sektioun III beschreift eng Technik am Zesummenhang mat FLC-baséiert DTC datt d'Bestëmmung vun Referenz Flux erlaabt.
An dëser Aarbecht gëtt eng Variabel-Schrëtt P & O Technik benotzt fir de maximalen Kraaftpunkt ze verfolgen.
D'Haaptidee vum DTC ass fir de Flux an den Dréimoment vun der Maschinn direkt ze kontrolléieren, awer d'Benotzung vun Hysteresis-Reglementer fir elektromagnéitescht Dréimoment a Statorflux-Reguléierung resultéiert zu héijen Dréimoment a Flux-Ripple. DTC Method (Fig. 7), an der FLC kann genuch inverter Vecteure Staaten entwéckelen.
An dësem Schrëtt gëtt den Input an fuzzy Variablen duerch Memberschaftsfunktiounen (MF) a sproochleche Begrëffer transforméiert.
Déi dräi Memberschaftsfunktiounen fir den éischten Input (εφ) sinn negativ (N), positiv (P), an Null (Z), wéi an der Figur 3.
Déi fënnef Memberschaftsfunktiounen fir den zweeten Input (\(\varepsilon\)Tem) sinn Negativ Grouss (NL) Negativ Kleng (NS) Null (Z) Positiv Kleng (PS) a Positiv Grouss (PL), wéi an der Figur 4.
D'Stator Flux Trajectoire besteet aus 12 Secteuren, an deem de fuzzy Set duerch eng isosceles dräieckeger Memberschaft Funktioun vertruede ass, wéi an der Figur 5 gewisen.
Dësch 1 Gruppen 180 fuzzy Regelen datt d'Input Memberschaft Funktiounen benotzen passenden schalt Staaten ze wielen.
D'Inferenzmethod gëtt mat der Technik vum Mamdani ausgeführt.De Gewiichtsfaktor (\(\alpha_{i}\)) vun der i-ten Regel gëtt vun:
wou\(\mu Ai \left( {e\varphi} \right)\),\(\mu Bi\left( {eT} \right) ,\) \(\mu Ci\left( \theta \right) \) : Memberschaft Wäert vun magnetesche Flux, Dréimoment an Stator Flux Wénkel Feeler.
Figur 6 illustréiert déi schaarf Wäerter, déi aus de fuzzy Wäerter kritt ginn, mat der maximaler Method, déi vum Eq.(20) proposéiert gëtt.
Duerch d'Erhéijung vun der Motoreffizienz kann d'Flowrate erhéicht ginn, wat am Tour d'deeglech Waasserpompel eropgeet (Figur 7). Den Zweck vun der folgender Technik ass eng Verléiersminiméierungsstrategie mat enger direkter Dréimomentkontrollmethod ze verbannen.
Et ass bekannt datt de Wäert vum magnetesche Flux wichteg ass fir d'Effizienz vum Motor.Héich Fluxwäerter féieren zu vergréissert Eisenverloschter wéi och magnetesch Sättigung vum Circuit. Ëmgekéiert, niddereg Fluxniveauen resultéieren zu héije Joule Verloschter.
Dofir, ass d'Reduktioun vun Verloschter am IM direkt un der Wiel vun Flux Niveau Zesummenhang.
Déi proposéiert Method baséiert op der Modelléierung vun de Joule Verloschter verbonne mam Stroum duerch d'Statorwindungen an der Maschinn.Et besteet aus der Upassung vum Wäert vum Rotorflux op en optimale Wäert, an doduerch d'Motorverloschter ze minimiséieren fir d'Effizienz ze erhéijen.Joule Verloschter kann wéi follegt ausgedréckt ginn (Kärverloschter ignoréieren):
Den elektromagnetesche Dréimoment\(C_{em}\) a Rotorflux\(\phi_{r}\) ginn am dq Koordinatesystem berechent wéi:
Den elektromagnetesche Dréimoment\(C_{em}\) a Rotorflux\(\phi_{r}\) ginn an der Referenz (d,q) berechent wéi:
duerch d'Léisung vun der Equatioun.(30), kënne mir den optimalen Statorstroum fannen, deen den optimale Rotorflux a minimale Verloschter garantéiert:
Verschidde Simulatioune goufen mat MATLAB / Simulink Software gemaach fir d'Robustitéit an d'Performance vun der proposéierter Technik ze evaluéieren. D'Untersuchung System besteet aus aacht 230 W CSUN 235-60P Paneele (Table 2) an Serie verbonnen. D'Zentrifugalpompel gëtt vun IM ugedriwwen, an seng charakteristesch Parameteren sinn an der Tabell 3. D'Komponente vum PV-Pumpesystem ginn an der Tabell 4 gewisen.
An dëser Rubrik, engem photovoltaic Waasser Pompel System benotzt FDTC mat engem konstante Flux Referenz ass Verglach mat engem proposéiert System baséiert op optimal Flux (FDTCO) ënner déi selwecht Betribssystemer Konditiounen.
Dës Sektioun stellt de proposéiert Start-up Staat vun der Pompel System baséiert op enger insolation Taux vun 1000 W / m2.Figure 8e illustréiert d'elektresch Vitesse Äntwert.Vergläicht mat FDTC, déi proposéiert Technik stellt eng besser Erhéijung Zäit, Erréchen steady State op 1,04 s, a mat FDTC, erreechen steady state bei 1,93 s.Figure 8f weist d'Pompel vun den zwou Kontrollstrategien.Et kann gesi ginn datt d'FDTCO d'Pompelbetrag vergréissert, wat d'Verbesserung vun der Energie, déi vum IM ëmgewandelt gëtt, erkläert.Figuren 8g an 8h representéieren der gemoolt Stator aktuell. D'Startup aktuell der FDTC benotzt ass 20 A, iwwerdeems de proposéiert Kontroll Strategie e Startup aktuell vun 10 A proposéiert, déi Joule Verloschter reduzéiert. PVPWS funktionnéiert mat engem konstante Referenzflux vun 1,2 Wb, wärend an der proposéierter Method de Referenzflux 1 A ass, wat an der Verbesserung vun der Effizienz vum Photovoltaiksystem involvéiert ass.
(a)SolarStralung (b) Kraaftextraktioun (c) Aarbechtszyklus (d) DC Busspannung (e) Rotorgeschwindegkeet (f) Pompelwaasser (g) Statorphasestroum fir FDTC (h) Statorphasestroum fir FDTCO (i) Fluxreaktioun mat FLC (j) Flux Äntwert benotzt FDTCO (k) Stator Flux Trajectory benotzt FDTC (l) Stator Flux Trajectory benotzt FDTCO.
DéisolarStralung variéiert vun 1000 bis 700 W/m2 op 3 Sekonnen an dann op 500 W/m2 op 6 Sekonnen (Fig. 8a).Figur 8b weist déi entspriechend Photovoltaikleistung fir 1000 W/m2, 700 W/m2 a 500 W/m2 .Figuren 8c an 8d illustréieren der Flicht Zyklus an DC Link Volt, bzw. weist d'Waasser Pompelstatiounen fir verschidden irradiance Niveauen kritt benotzt FDTC an FDTCO.Méi Pompelstatiounen kann mat FDTCO erreecht ginn wéi mat FDTC.Figuren 8g an 8h illustréiert déi simuléiert aktuell Äntwerte benotzt der FDTC Method an der proposéiert Kontroll Strategie.By benotzt déi proposéiert Kontroll Technik , déi aktuell Amplitude miniméiert, wat manner Kupferverloschter bedeit, sou datt d'Systemeffizienz erhéicht gëtt.Dofir kënnen héich Startstroum zu enger reduzéierter Maschinnleistung féieren.Figur 8j weist d'Evolutioun vun der Fluxreaktioun fir d'Auswiel vun deroptimal Flux ze suergen, datt Verloschter miniméiert ginn, dofir, déi proposéiert Technik illustréiert seng Leeschtung. Am Géigesaz zu Figur 8i, de Flux konstant ass, déi net optimal Operatioun duerstellt. Figuren 8k an 8l weisen d'Evolutioun vun der Stator Flux Trajectoire. 8l illustréiert déi optimal Flux Entwécklung an erkläert d'Haaptidee vun der proposéierter Kontrollstrategie.
Eng plötzlech Ännerung ansolarStralung applizéiert gouf, ugefaange mat enger Bestrahlung vun 1000 W/m2 an abrupt op 500 W/m2 no 1,5 s erofgoen (Fig. 9a).Figur 9b weist d'Photovoltaesch Kraaft, déi aus de Photovoltaikplacke extrahéiert ass, entspriechend 1000 W/m2 a 500 W/m2.D'Figuren 9c an 9d illustréieren den Duty Cycle an d'DC Link Spannung, respektiv.Wéi kann aus der Fig. mat FDTCO war méi héich wéi mat FDTC, pompelen 0,01 m3 / s bei 1000 W / m2 irradiance Verglach zu 0,009 m3 / s mat FDTC;weider, wann irradiance war 500 W At /m2, FDTCO pompelen 0,0079 m3 / s, iwwerdeems FDTC pompelen 0,0077 m3 / s.Figuren 9g an 9h.Beschreift déi aktuell Äntwert simuléiert mat der FDTC Method an der proposéiert Kontroll Strategie. d'proposéiert Kontrollstrategie weist datt déi aktuell Amplitude ënner abrupt Bestrahlungsännerungen reduzéiert gëtt, wat zu reduzéierte Kupferverloschter resultéiert.Figur 9j weist d'Evolutioun vun der Fluxreaktioun fir den optimalen Flux ze wielen fir sécherzestellen datt Verloschter miniméiert sinn, dofir, déi proposéiert Technik illustréiert seng Leeschtung mat engem Flux vun 1Wb an enger Bestralung vun 1000 W/m2, während De Flux 0,83Wb ass an d'Bestrahlung 500 W/m2.Am Géigesaz zu Fig. 9i ass de Flux konstant bei 1,2 Wb, wat net vertrieden optimal Funktioun.Figuren 9k an 9l weisen d'Evolutioun vun der Stator Flux trajectory.Figure 9l illustréiert déi optimal Flux Entwécklung an erkläert d'Haaptidee vun der proposéiert Kontroll Strategie an d'Verbesserung vun der proposéiert Pompelstatiounen System.
(a)SolarStralung (b) Extrakt Kraaft (c) Duty Cycle (d) DC Busspannung (e) Rotorgeschwindegkeet (f) Waasserfluss (g) Statorphasestroum fir FDTC (h) Statorphasestroum fir FDTCO (i) ) Fluxreaktioun mat FLC (j) Flux Äntwert benotzt FDTCO (k) Stator Flux Trajectory benotzt FDTC (l) Stator Flux Trajectory benotzt FDTCO.
Eng vergläichend Analyse vun den zwou Technologien a punkto Fluxwäert, aktuell Amplituden a Pompel gëtt an der Tabell 5 gewisen, déi weist datt de PVWPS baséiert op der proposéierter Technologie eng héich Leeschtung mat verstäerkter Pompelfloss a miniméierter Amplitudestroum a Verloschter ubitt, wat wéinst optimal Flux Auswiel.
Fir d'proposéiert Kontrollstrategie z'iwwerpréiwen an ze testen, gëtt e PIL-Test baséiert op der STM32F4-Board gemaach. Auer Frequenz, Floating Point Eenheet, DSP Uweisungen, 192 KB SRAM.Während dësem Test gouf en entwéckelte PIL-Block am Kontrollsystem erstallt, deen de generéierte Code enthält baséiert op der STM32F4 Entdeckungshardware Board an an der Simulink Software agefouert.D'Schrëtt fir z'erméiglechen. PIL Tester, déi mam STM32F4 Board konfiguréiert ginn, ginn an der Figur 10 gewisen.
Co-Simulatioun PIL Testen benotzt STM32F4 kann als niddereg-Käschten Technik benotzt ginn déi proposéiert Technik z'iwwerpréiwen.An dësem Pabeier, der optimiséiert Modul datt déi bescht Referenz Flux gëtt am STMicroelectronics Discovery Board ëmgesat (STM32F4).
Déi lescht gëtt gläichzäiteg mat Simulink ausgeführt an austauscht Informatioun während der Co-Simulatioun mat der proposéierter PVWPS-Methode.
Nëmmen déi proposéiert optimal Referenzflux Technik gëtt an dëser Co-Simulatioun gewisen, well et ass d'Haaptkontrollvariabel fir dës Aarbecht, déi d'Kontrollverhalen vun engem photovoltaesche Waasserpompelsystem demonstréiert.
Post Zäit: Apr-15-2022
