Сибирский федеральный университет

Перевод названия: ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ПЕРВИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ПРИ ИХ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ

Тип публикации: статья из журнала

Год издания: 2020

Идентификатор DOI: 10.31772/2587-6066-2020-21-1-85-95

Ключевые слова: автономная система электропитания, солнечная батарея, контроллер солнечной батареи, имитационная модель, аккумуляторная батарея, экстремальное регулирование, autonomous power supply system, solar cell, Solar controller, simulation model, battery, Maximum Power Point Tracking

Аннотация: Heterogeneous energy sources and homogeneous energy sources with different characteristics are frequently used in autonomous power supply systems. Solar batteries are widely used as primary energy sources for on-board power supply systems of spacecrafts, unmanned and manned aircrafts. Renewable energy sources such as solar, wind, geothermal and hydro energy, serve as primary energy sources of terrestrial autonomous power supply systems. Matching primary energy sources with different characteristics and operating conditions within a unified power supply system leads to problems connected with the power control of energy sources, which determines the relevance of the considered problems. The main aim of the study is to develop a combination of primary energy sources and control techniques which allow using primary energy sources with different characteristics and operating conditions in unified autonomous power supply system. The objectives of the study are to create the simulation model of a power supply system using MATLAB/Simulink software; to develop and test control algorithms for primary energy source controllers that would allow to maintain the needed battery charging current; to develop and test control algorithms for primary energy source controllers that would allow the primary energy sources to operate in the maximum power point tracking mode and to minimize the maximum power point search time. Methods used in the study: the simulation of a power supply system using MATLAB 7.9 Simulink software. Results: the simulation model of a power supply system including two primary energy sources with different characteristics is designed. In the case of excess power generating by the primary energy source, its controller operates in the battery charging mode. When the primary source power shortage occurs, its controller operates in the maximum power point tracking mode. The proposed power supply system structure allows controlling two energy sources independently, thus the primary energy source controllers can operate in different modes. This provides flexibility of the power supply system. The use of fuzzy logic control algorithm increases the accuracy and search speed of the maximum power point tracking algorithm. Simulation results confirmed the efficiency of the proposed solar controller operation algorithms in all modes stated above. The efficiency of controller operation modes selection algorithm was confirmed in different operating conditions. The proposed algorithms allow implementing the effective control of primary power sources depending on power supply system operating conditions. 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.

Журнал: Сибирский журнал науки и технологий

Выпуск журнала: Т. 21, № 1

Номера страниц: 85-95

ISSN журнала: 25876066

Место издания: Красноярск

Издатель: Сибирский государственный университет науки и технологий им. акад. М.Ф. Решетнева

• Nepomnyashchiy O. V. (Siberian Federal University)
• Krasnobaev Y. V. (Siberian Federal University)
• Yablonsky A. P. (Siberian Federal University)
• Solopko I. V. (Siberian Federal University)
• Lichargin D. V. (Siberian Federal University)

• РИНЦ (eLIBRARY.RU)