Математическое моделирование с использованием алгоритма контроля точки максимальной мощности для фотоэлектрической системы


DOI: 10.34759/trd-2023-130-20

Авторы

Абдали Л. М.1*, Аль-Малики М. Н.1**, Кувшинов В. В.1***, Kузнецов П. Н.1****, Морозова Н. В.2*****

1. Севастопольский государственный университет, Севастополь, Россия
2. ФГБОУ ВО «Московский государственный технологический университет «Станкин», 127994, г. Москва, Вадковский пер., д.1

*e-mail: laith_2210@yahoo.com
**e-mail: muatazn@yandex.com
***e-mail: кuvshinov.vladimir@gmail.com
****e-mail: pnkuznetsov@sevsu.ru
*****e-mail: innat.m@mail.ru

Аннотация

Для работы различного оборудования, в том числе связанного с авиационно-космической техникой, используется значительное количество солнечных электрогенерирующих систем. Эти системы используются на космических станциях, на автономных наземных объектах, для электроснабжения стационарных рабочих комплексов, а также для обеспечения энергией различных производств и потребителей.

Одним из основных элементов солнечной фотоэлектрической станции является система автоматического управления её мощностными характеристиками. В этой работе была исследована система контроля точки максимальной мощности для автономной электрогенерирующей установки на основе кремниевых фотоэлектрических панелей. Повысить ненадёжность эксплуатации солнечной системы из-за влияния на неё климатических факторов, а также связать работу этой системы с типовой потребностью в электроэнергии посредством применения искусственного интеллекта, являлось одной из задач этой работы. Поскольку альтернативные возобновляемые формы энергии основаны на природных ресурсах, которые постоянно пополняются, считается, что они имеют бесконечный запас полезной энергии. Предложенная арифметическая модель является важным компонентом комплексного исследования фотоэлектрических систем. Среда программирования, которая включает в себя многочисленные модели для систем возобновляемой энергии, может анализировать закономерности работы фотоэлектрических установок. Используя программное обеспечение MATLAB/Simulink, можно также построить множество моделей для систем возобновляемой энергии, предназначенных для моделирования и анализа работы фотоэлектрических установок. Из-за нестабильности внешних факторов, таких как солнечная радиация и атмосферная температура или непредсказуемости возможных обстоятельств, например, перегрев солнечных панелей, для систем полупроводниковых фотопреобразователей необходимо использовать алгоритм отслеживания точки максимальной мощности (ТММ). Применение предложенного алгоритма управления позволяет значительно повысить эффективность использования преобразованной солнечными станциями электрической энергии и позволит увеличить надёжность работы основного и вспомогательного оборудования фотоэлектрических систем, которые могут использоваться как для электроснабжения автономных объектов, так и для работы на энергосистему.


Ключевые слова:

фотоэлектрическая панель, алгоритм P&O, преобразователь постоянного тока, солнечная электростанция, программное обеспечение MATLAB/Simulink

Библиографический список

  1. Shah T.R., Ali H.M. Application of hybrid nanofluids in solar energy, practical limitations and challenges: a critical review // Solar Energy, 2019, vol. 183, pp. 173-203. DOI: 10.1016/j.solener.2019.03.012
  2. Abo-Elyousr F.K., Abdelshafy A.M., Abdelaziz A.Y. MPPT-Based article Swarm and Cuckoo Search Algorithms for PV Systems: In book: Modern Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic Energy Systems, Springer, Cham, Switzerland, 2020, pp. 379–400.
  3. Абдали Л.М., Исса Х.А., Аль-Малики М.Н., Кувшинов В.В., Бекиров Э.А. Исследование режимов работы комбинированных солнечно-ветровых установок для обеспечения уличного освещения // Строительство и техногенная безопасность. 2022. № 25 (77). С. 75-85.
  4. Zhang Q., Ning Xu., Ye Z. MMPT control method for photovoltaic power supply based on improved variable-step hill-climbing method // Electric Engineering, 2018, vol. 2, pp. 55-
  5. Yadav P.K., Thirumaliah S., Haritha G. Comparison of MPPT Algorithms for DC-DC Converters Based PV Systems // International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, 2012, vol. 1, issue 1.
  6. Liu H.D., Lin C.H., Pai K.J., Lin Y.L. A novel photovoltaic system control strategies for improving hill climbing algorithm efficiencies in consideration of radian and load effect // Energy Conversion and Management, 2018, vol. 165, pp. 815-826. DOI: 1016/j.enconman.2018.03.081
  7. Cheboxarov V.V. An Offshore Wind-Power-Based Water Desalination Complex as a Response to an Emergency in Water Supply to Northern Crimea // Applied Solar Energy, 2019, vol. 55, no. 4, pp. 260-264. URL: https://doi.org/10.3103/S0003701X19040030
  8. Jumpasri N, Pinsuntia K, Woranetsuttikul K, Nilsakorn T, Khanngern W. Improved particle swarm optimization algorithm using average model on MPPT for partial shading in PV array // International electronics engineering congress, 2014. pp 1–4. DOI: 1109/iEECON.2014.6925856
  9. Исса Х.А., Абдали Л.М., Якимович Б.А., Кувшинов В.В., Морозова Н.В., Федотикова М.В. Сравнение эффективности различных методов управления энергетическими параметрами фотоэлектрических систем // Труды МАИ. 2023. № 128. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=171405. DOI: 34759/trd-2023-128-17
  10. Idris I., Robian M.S., Mahamad A.K., Saon S. Arduino based maximum power point tracking for photovoltaic system // ARPN Journal Engineering and Applied Sciences, 2016, vol. 11 (14), pp. 8805–8809.
  11. Абдали Л.М., Аль-Малики М.Н., Али К.А., Якимович Б.А., Коровкин Н.В., Кувшинов В.В., Соломенникова С.И. Использование гибридных ветро-солнечных систем для энергоснабжения города Аль-Наджаф в Республике Ирак // Вестник ИжГТУ имени М. Т. Калашникова. 2022. Т. 25. № 3. С. 82-91. DOI: 22213/2413-1172-2022-3-82-91
  12. Ahmed Mohmmed H., Anssari M.O.H. Electricity generation by using a hybrid system (photovoltaic and fuel cell) // Journal of Engineering and Applied Sciences, 2019, no. 14, pp. 4414-4418. DOI:3923/jeasci.2019.4414.4418
  13. Ismail B., Taib S., Saad A.R.M. et al. Development of a single phase SPWM microcontroller-based inverter // Power and Energy Conference, PECon ’06, IEEE International, 2006, pp. 437–440. DOI:1109/PECON.2006.346691
  14. Layth M. Abd Ali, L.M. Ali, Q.A., Klačková I., Issa H.A., Yakimovich, B.A., Kuvshimov V.V. Developing a thermal design for steam power plants by using concentrating solar power technologies for a clean environment // Acta Montanistica Slovaca, 2021, vol. 26 (4), pp. 773-783. DOI: 46544/AMS.v26i4.14
  15. Jiang L.L., Maskell D.L., Patra J.C. A novel ant colony optimization-based maximum power point tracking for photovoltaic systems under partially shaded conditions // Energy Build, 2013, vol. 58, pp. 227–236. DOI: 1016/j.enbuild.2012.12.001
  16. Abd Ali L.M., Al-Rufaee F.M., Kuvshinov V.V. et al. Study of Hybrid Wind—Solar Systems for the Iraq Energy Complex // Applied Solar Energy, 2020, vol. 56, no. 4, pp. 284–290. DOI: 3103/S0003701X20040027
  17. Aouchiche N., Aitcheikh M.S., Becherif M., Ebrahim M.A. AI-based global MPPT for partial shaded grid connected PV plant via MFO approach // Solar Energy, 2018, vol. 171, pp. 593–603. DOI:1016/j.solener.2018.06.109
  18. Pathy S., Subramani C., Sridhar R., Thentral T., Padmanaban S. Nature-inspired MPPT algorithms for partially shaded PV systems: A comparative study // Energies, 2019, vol. 12, pp. 1451. DOI:10.3390/en12081451
  19. Samosir A.S., Yatim A. H. M. Danymic evolution control for synchronous buck dc-dc converter: Theory, model and simulation // Simulation Modelling Practice and Theory, 2010, v 18, pp. 663-676. DOI:10.1016/j.simpat.2010.01.010
  20. Sanjay Gandhi, S. Sam Chelladurai, Dr. D. Senthil Kumaran. Process Optimization for Biodiesel Synthesis from Jatropha Curcas Oil // Distributed Generation and Alternative Energy Journal, 2011, vol. 23, no. 4, pp. 6-16. DOI: 10.1080/21563306.2011.10462201
  21. Тепликова В.И., Сенцов А.А., Ненашев В.А., Поляков В.Б. Анализ диаграммы направленности плоской многоэлементной активной фазированной антенной решетки // Труды МАИ. 2022. № 125. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=168189. DOI: 34759/trd-2022-125-17
  22. Анализ методов управления производительностью преобразователей постоянного тока солнечных элементов и выбор оптимального метода / Л. М. А. Абдали, М. Н. К. Аль-Малики, А. Г. Аль Баирмани [и др.] // Интеллектуальные системы в производстве. — 2023. — Т. 21, № 1. — С. 125-137. — DOI:22213/2410-9304-2023-1-125-137.
  23. Belkaid A., Colak I., Kayisli K. Implementation of a modified P&O-ТММT algorithm adapted for varying solar radiation conditions // Electrical Engineering, 2017, vol. 99, pp. 839–846. DOI: 1007/s00202-016-0457-3
  24. Ибрагимов Д.Н., Берендакова А.В. Метод построения и оценивания асимптотических множеств управляемости двумерных линейных дискретных систем с ограниченным упрaвлением // Труды МАИ. 2022. № 126. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=169003. DOI: 34759/trd-2022-126-17
  25. Jaypalsinh Chauhan. Comparison of MPPT Algorithms for DC-DC Converters Based Photovoltaic Systems // Conference Energy Efficient Technologies for Sustainability, 2013. DOI: 1109/ICEETS.2013.6533431
  26. King D.L. Photovoltaic Module and Array Performance Characterization Methods for All System Operating Conditions // AIP Conference Proceedings, 1997, vol. 394, pp. 347–368. DOI:1063/1.52852
  27. Himri Y., Malik A.S., Stambouli A.B. et al. Review and use of the Algerian renewable energy for sustainable development // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2009, vol. 13, pp. 1584–1591. DOI:1016/j.rser.2008.09.007
  28. Абдали Л.М., Якимович Б.А., Сяктерева В.В., Кувшинов В.В., Морозова Н.В. Оптимизация системы автоматического управления точкой максимальной мощности для ветро-солнечной генерирующей установки с накопителями энергии // Труды МАИ. 2023. № 129. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=173037. DOI: 34759/trd-2023-129-24
  29. Волков А.С. Разработка имитационной модели канала с группирующимися ошибками // Труды МАИ. 2023. № 128. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=171396. DOI: 34759/trd-2023-128-12
  30. Соколов Н.Л. Анализ комбинированных способов формирования орбит искусственного спутника планет // Труды МАИ. 2016. № 87. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=69701

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход