Моделювання комбінованої системи електроживлення локального об’єкту з багатофункціональним перетворювальним агрегатом фотоелектричної батареї

Abstract

Запропоновано використання в якості нелінійного реактора стандартної моделі трансформатора з насиченням магнітного кола. Модель для визначення втрат потужності в напівпровідникових ключах за миттєвими значеннями струмів і напруги та їх каталожними даними. Удосконалено математичну модель фотоелектричної батареї за паспортними даними з введенням залежності напруги холостого ходу від інтенсивності сонячного випромінювання. Удосконалено структуру системи керування з внутрішнім контуром регулювання струму та перемиканням зовнішніх регуляторів згідно режиму роботи: за роботи з мережею в «денному» режимі це регулятор напруги фотоелектричної батареї, в «нічному» - регулятор вхідної напруги інвертору; в автономному режимі - регулятор напруги навантаження. Обґрунтовано зміну налаштування контуру регулювання струму і частоти модуляції в автономному режимі, що виключає зростання втрат потужності в ключах. Отримані рішення є основою для проектування і аналізу показників багатофункціональних перетворювальних агрегатів для систем з поновлювальними джерелами електроенергії з покращеною енергоефективністю.

Предложено использование в качестве нелинейного реактора стандартной модели трансформатора с насыщением магнитной цепи. Модель для определения потерь мощности в полупроводниковых ключах по мгновенным значениям токов и напряжений и их каталожным данным. Усовершенствована математическая модель фотоэлектрической батареи по паспортным данным с введением зависимости напряжения холостого хода от интенсивности солнечного излучения. Усовершенствована структура системы управления с внутренним контуром регулирования тока и переключением внешних регуляторов согласно режимам работы: при работе с сетью в «дневном» режиме это регулятор напряжения фотоэлектрической батареи, в «ночном» - регулятор входного напряжения инвертора; в автономном режиме - регулятор напряжения нагрузки. Обосновано изменение настройки контура регулирования тока и частоты модуляции в автономном режиме, что исключает рост потерь мощности в ключах. Полученные решения являются основой для проектирования и анализа показателей многофункциональных преобразовательных агрегатов для систем с возобновляемыми источниками электроэнергии с улучшенной энергоэффективностью.

The development of a detailed mathematical model of the system "network - multifunctional converter unit with a photovoltaic battery - load", which will allow for a comprehensive study of the processes in the system with an assessment of the efficiency of the unit. Synthesis of the structure of the model and the control system of the unit based on the analysis of processes in electrical circuits using computer simulation. Dependencies for approximating the current-voltage characteristics of a photovoltaic battery. The use of a standard model of a transformer with magnetic circuit saturation as a nonlinear reactor is proposed. A model for determining power losses in semiconductor switches by the instantaneous values of currents and voltages and their catalog data. The mathematical model of the photovoltaic battery is improved according to the passport data with the introduction of the dependence of the open circuit voltage on the intensity of solar radiation. The structure of the control system with an internal current control loop and switching external controllers according to the operating modes has been improved: when working with the network in the "day" mode, it is the voltage controller of the photoelectric battery, in the "night" mode it is the inverter input voltage controller; in standalone mode - load voltage controller. There is a justified change in the settings of the current control loop and the modulation frequency in the standalone mode to eliminate the growth of power losses in the switches. The obtained solutions are the basis for the design and analysis of indicators of multifunctional converting units for systems with renewable energy sources with improved energy efficiency.