Preview

Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ

Расширенный поиск

Адаптивная система обеспечения максимальной выходной мощности фотоэлектрической станции на основе робастного прогнозного управления

https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-441-449

Полный текст:

Аннотация

Фотоэлектрические станции (ФЭС) характеризуются нелинейной зависимостью выходного тока и напряжения с уникальной точкой  максимальной  выходной мощности (МВМ), зависящей от условий эксплуатации – температуры и уровня солнечной радиации. Поэтому для повышения эффективности фотоэлектрического преобразования необходимо обеспечить работу ФЭС в точке МВМ. Это достигается применением соответствующих алгоритмов управления, наиболее известными из которых являются P&O («возмущение и наблюдение»). Эти алгоритмы основаны на изменении напряжения постоянного тока ФЭС с помощью преобразователя постоянного тока (регулятора), выходное напряжение которого должно изменяться по определенному закону с изменением условий эксплуатации. При этом используются регуляторы: пропорциональные (П), интегральные (И), дифференциальные (Д) или чаще всего их комбинации ПИД. В статье исследуется эффективность применения регулятора с прогнозным адаптивным управлением (MPC). Посредством численных экспериментов на разработанной имитационной модели показано, что ПИД-регуляторы в интеграции с P&O и INC алгоритмами не обеспечивают достаточно быстрой реакции при изменении условий внешней среды. В то же время МРС в сочетании с P&O имеет преимущества как по времени регулирования (в шесть раз при принятых условиях эксперимента), так и по количеству колебаний.

Об авторах

И. Элзейн
Белорусский национальный технический университет
Беларусь
г. Минск


Ю. Н. Петренко
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Адрес для переписки: Петренко Юрий Николаевич – Белорусский национальный технический университет, ул. Ф. Скорины, 25/3, 220014, г. Минск, Республика Белрусь. Тел.: +375 17 266-26-61

ypetrenko@bntu.by



Список литературы

1. Khroustalev B. M., Pilipenko V. M., Danilevsky L. N., Nguyen Thuy Nga (2014) On Problem in Development of House Building Construction with Minimum Power Resources Consumption. Enеrgеtika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, (5), 45–60 (in Russian).

2. Kundas C. P., Poznyak S. S., Shenets L. V. (2009) Renewable Sources of Power. Minsk, International Sakharov Environmental Institute of Belarusian State University. 315 (in Russian).

3. Maronchuk I. I., Sanikovich D. D., Mironchuk V. I. (2019) Solar Cells: Current State and Development Prospects. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (2), 105–123. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-105-123 (in Russian).

4. Zalizny D. I. (2019) Model of a Photovoltaic Cell for the MatLab/Simulink SimPowerSystems Library. Energetika. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii i Energeticheskikh Ob’edinenii SNG = Energetika. Proceedings of the CIS Higher Education Institutions and Power Engineering Associations, 62 (2), 135–145. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2019-62-2-135-145 (in Russian).

5. Veerachary M., Senjyu T., Uezato K. (2020) Voltage-Based Maximum Power Point Tracking Control of PV System. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 38 (1), 262–270. https://doi.org/10.1109/7.993245.

6. Hau C., Shen C. (1998) Comparative Study of Peak Power Tracking Techniques for Solar Storage System. APEC '98 Thirteenth Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition. https://doi.org/10.1109/apec.1998.653972.

7. Onat N. (2010) Recent Developments in Maximum Power Point Tracking Technologies for Photovoltaic Systems. International Journal of Photoenergy, 2010, 245316. https://doi.org/10.1155/2010/245316.

8. Nemsi S., Barazane L., Diaf S., Malek A. (2013) Comparative Study between Two Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic System. Revue des Energies Renouvelables, 16 (4), 773–782.

9. Elzein I. (2015) Maximum Power Point Tracking System for Photovoltaic Station: a Review. Sistemnyi Analiz i Prikladnaya Informatika = System Analysis and Applied Information, (3), 15–20.

10. Estram T., Chapman P. L. (2007) Comparison of Photovoltaic Array Maximum Power Point Tracking Techniques. IEEE Transactions on Energy Conversion, 22 (2), 439–449. https://doi.org/10.1109/tec.2006.874230.

11. Petrenko Y. N., Tresch A. M. (2013) Independent Control System of Photoelectric Installation. Nauka i Tekhnika = Science & Technique, (1), 53–56 (in Russian).

12. Subudhi B., Pradhan R. (2013) A Comparative Study on Maximum Power Point Tracking Techniques for Photovoltaic Power Systems. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 4 (1), 89–98. https://doi.org/10.1109/tste.2012.2202294.

13. Elzein I., Petrenko Y. N. (2015) Model Predictive Control for Photovoltaic Station Maximum Power Point Tracking System. Sistemnyi Analiz i Prikladnaya Informatika = System Analysis and Applied Information, (4), 17–25.

14. Elzein I., Kurdi M., Dadykin A. (2017) Model Predictive Control for Positioning and Navigation of Mobile Robot with Cooperation of UAV. Communications on Applied Electronics, 6 (7), 17–25. https://doi.org/10.5120/cae2017652506.

15. Sotnikova M., Veremey E. (2013) Dynamic Positioning Based on Nonlinear Model Predictive Control. IFAC Proceedings Volumes, 46 (33), 37–42. https://doi.org/10.3182/20130918-4-jp-3022.00058.

16. Elzein I., Petrenko Y. N. An Integration of A Predictive Control Model and MPPT for PV Station. 2016 International Conference on Smart Systems and Technologies (SST). https://doi. org/10.1109/sst.2016.7765673.

17. Xiao W., Lind M. G. J., Dunford W. G., Capel A. (2006) Real-Time Identification of Optimal Operating Points in Photovoltaic Power Systems. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 53 (4), 86–91. https://doi.org/10.1109/tie.2006.878355.

18. Tia H., Mancilla-David F., Ellis K., Muljadi E., Jenkins P. (2012) A Cell to Module to Array Detailed Model for Photovoltaic Panels. Solar Energy, 86 (9), 2695–2706. https://doi.org/10.1016/j.solener.2012.06.004.

19. Hau C., Shen C. (1998) Comparative Study of Peak Power Tracking Techniques for Solar Storage System. APEC '98 Thirteenth Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition. https://doi.org/10.1109/apec.1998.653972.

20. Elzein I., Petrenko Y. N. (2017) An Evaluation of Photovoltaic Systems MPPT Techniques under the Characteristics of Operational Conditions. Sistemnyi Analiz i Prikladnaya Informatika = System Analysis and Applied Information, (2), 30–38. https://doi.org/10.21122/2309-4923-2017-2-30-38 (in Russian).

21. Gow J. A., Manning C. D. (2009) Development of a Photovoltaic Array Model for Use in Power-Electronics Simulation Studies. IEE Proceedings – Electric Power Application, 146 (2), 193–200. https://doi.org/10.1049/ip-epa:19990116.

22. Veerachary M., Senjyu T. (2002) Voltage-Based Maximum Power Point Tracking Control of PV System. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 38 (1), 262–270. https://doi.org/10.1109/7.993245.

23. Ibrahim H., Houssiny F. F., El-Din H. M. Z., El-Shibini M. A. (1999) Microcomputer Controlled Buck Regulator for Maximum Power Point Tracker for DC Pumping System Operates from Photovoltaic System. IEEE International Fuzzy Systems Conference Proceedings. https://doi.org/10.1109/fuzzy.1999.793274.

24. Villalva M., Gazoli J. R., Filho E. R. (2009) Comprehensive Approach to Modeling and Simulation of Photovoltaic Arrays. IEEE Transactions on Power Electronics, 24 (5), 1198–1208. https://doi.org/10.1109/tpel.2009.2013862.

25. Ovalle A., Chamorro H. R., Ramos G. (2012) Improvements to MPPT for PV Generation Based on Mamdani and Takagi-Sugeno Fuzzy Techniques. 2012 Sixth IEEE/PES Transmission and Distribution: Latin America Conference and Exposition (T&D-LA). https://doi.org/10.1109/tdc-la.2012.6319085.

26. Alajmi B. N., Ahmed K. H., Finney S. J., Williams B. (2011) Fuzzy-Logic-Control Approach of a Modified Hill-Climbing Method for Maximum Power Point in Microgrid Standalone Photovoltaic System. IEEE Transactions on Power Electronics, 26 (4), 1022–1030. https://doi.org/10.1109/tpel.2010.2090903.

27. Lobaty A. A., Petrenko Yu., Abyfanas A. S., Elzein I. A. (2016) Impulse Control Hybrid Electrical System. Sistemnyi Analiz i Prikladnaya Informatika = System Analysis and Applied Information, (4), 46–52 (in Russian).

28. Sotnikova M., Zhabko N., Lepikhin T. (2012) Control Systems Analysis and Design Labs with Educational Plants. IFAC Proceedings Volumes, 45 (11), 212–217. https://doi.org/10.3182/20120619-3-ru-2024.00088.

29. Sotnikova M. V. (2012) Synthesis of Robust Control Algorithms with Predictive Models. Sistemy Upravleniya i Informatsionnye Tekhnologii [Management Systems and Information Technologies], 4 (50), 99–102 (in Russian).

30. Geyer T., Papafotiou G., Morari M. (2004) On the Optimal Control of Switch-Mode DC-DC Converters. Hybrid Systems: Computation and Control. 7th International Workshop, HSCC 2004, Philadelphia, PA, USA, March 25–27, 2004. 342–356. https://doi.org/10.1007/978-3-540-24743-2_23.

31. Mariethoz S., Beccuti A. G., Papafotiou G., Morari M. (2008) Sensorless Explicit Model Predictive Control of the DC-DC Buck Converter with Inductor Current Limitation. 2008 Twenty-Third Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. https://doi.org/10.1109/apec.2008.4522957.

32. Taheri A., Zhalebghi M. H. (2017) A New Model Predictive Control Algorithm By Reducing the Computing Time of Cost Function Minimization for NPC Inverter in Three-Phase Power Grids. ISA Transactions, 71, 391–402. https://doi.org/10.1016/j.isatra.2017.07.027.

33. Benghanem M. (2009) Low Cost Management for Photovoltaic Systems in Isolated Site with New I–V Characterization Model Proposed. Energy Conversion and Management, 50 (3), 748–755. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2008.09.048.

34. Cameron P., Boyson W., Riley D. M. (2008) Comparison of PV System Performance-Model Predictions with Measured PV System Prediction. 33rd IEEE Photovolatic Specialists Conference. https://doi.org/10.1109/pvsc.2008.4922865.

35. Zhang H., Ji H., Ren J., Shan L., Gao Y. (2009) Research on MPPT Control and Implementation Method for Photovoltaic Generation System and its Simulation. 2009 IEEE 6th International Power Electronics and Motion Control Conference. https://doi.org/10.1109/ipemc.2009.5157747.


Для цитирования:


Элзейн И., Петренко Ю.Н. Адаптивная система обеспечения максимальной выходной мощности фотоэлектрической станции на основе робастного прогнозного управления. Энергетика. Известия высших учебных заведений и энергетических объединений СНГ. 2020;63(5):441-449. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-441-449

For citation:


Elzein I., Petrenko Yu.N. An Adaptive Maximum Power Output Sustaining System for a Photovoltaic Power Plant Based on a Robust Predictive Control Approach. ENERGETIKA. Proceedings of CIS higher education institutions and power engineering associations. 2020;63(5):441-449. https://doi.org/10.21122/1029-7448-2020-63-5-441-449

Просмотров: 44


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1029-7448 (Print)
ISSN 2414-0341 (Online)