Диссертация (1137266), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Для исключения возможного перезаряда илипереразряда аккумуляторной батареи устанавливаются пороговые значенияминимального и максимального напряжения на ее клеммах – Ubatmin и Ubatmaxсоответственно.-97-1Начало2Получение информации отППУ о статусе передачиданных3ДаИдетпередачаданных6Измерение напряженийАКБ Ubat , ВГ Uwg , СП UspЗаряд АКБ от СП и ВГ457Измерение тока СП Isp ,ВГ IwgОграничение Ich8ДаНапряжениеUbat<Ubatmin9Вычисление Psp, Pwg и PminДа10Psp>Pminили14Pwg>PminДаНапряжениеUbatmin<Ubat<Ubatmax11Передача сигнала к ППУ обограничении мощности151226Вычисление Psp и PwgОтключениеСП и ВГЗаряд АКБ16Определениеприоритетного источникаэнергии13Ограничение IbatДаДа17СП приоритетный18ДаPsp>Pmin22Pwg>Pmin2521Передача сигнала к ППУ обограничении мощностиПередача сигнала к ППУ обограничении мощности1923Заряд АКБ от СП и ВГЗаряд АКБ от СП и ВГ2024Ограничение IchОграничение Ich27КонецРисунок 3.3 Алгоритм ограничения потребляемой мощности-98Отдельно следует контролировать и при необходимости ограничивать токзаряда АКБ – Ich.

Учитывая тот факт, что необходимо обеспечивать действительнобесперебойное электроснабжение, достижение напряжения на АКБ минимальногопорогового значения не должно приводить к ее отключению.Главной задачей в данном случае является максимально длительноеподдержаниеэлектропитаниянагрузки,аужесамоприемо-передающееустройство должно снизить свое энергопотребление для увеличения времениавтономии, когда выработка электроэнергии от ветрогенератора и/или солнечнойпанели крайне ограничена или отсутствует вовсе.Втечениевсейработыконтролерповторяет данныйалгоритмсрастраиваемым интервалом, проводя регулярный мониторинг перечисленныхвыше параметров системы, и, в случае необходимости, отправляет информациюприемо-передающему модулю для ограничения потребляемой мощности.Весь представленный алгоритм можно разделить на несколько основныхсостояний в зависимости от текущего напряжения на клеммах АКБ:1.Данный алгоритм работы начинается с запроса данных от приемо-передающего устройства (блок 2) о статусе работы передатчика в данный момент.Это обосновано тем, что во время работы ППУ ряд параметров СБ, ВГ и АКБмогут временно выйти за допустимые минимальные пределы, и тогда будетотправлен ложный сигнал к ППУ об ограничении потребляемой мощности, чтоявляется недопустимым.

Блок 3 проводит обработку полученного сигнала и, еслив момент запроса идет передача данных, то продолжается заряд АКБ от всехдоступных источников энергии (ВГ и/или СП) с ограничением зарядного тока. Вслучае отсутствия передачи данных запускается опрос датчиков напряжения итока системы, для определения текущих значений Ubat, Idis, Ich, Usp, Isp, Uwg, Iwg.

–блок 6, 7.2.Блок 8 проводит сравнение напряжения на клеммах АКБ сminминимальным предельным уровнем. Если условие Ubat  Ubatвыполняется,запускается первая подпрограмма заряда АКБ. После вычисления в блоке 9-99доступной мощности от ВГ и СП она сравнивается с минимальным предельнымуровнем (блок 10). Если мощность хотя бы от одного из применяемыхвозобновляемых источников энергии недостаточна для заряда АКБ, то отсылаетсясигнал об ограничении потребляемой мощности и изменении режима работыППУ (блок 11). В любом случае заряд АКБ продолжается от всех доступныхисточников энергии (блок 12) с обязательным ограничением тока заряда (блок13). Принцип ограничения тока не зависит от текущей подпрограммы заряда ибудет описан ниже.3.Если условие сравнения в блоке 8 не выполняется, то блок 14проверяет, находится ли напряжение на клеммах АКБ в пределах минимального иminmax Ubat  U batмаксимального допустимых уровней Ubat.

В случае, если данноеусловие выполняется, то блоком 15 происходит вычисление доступныхмощностей от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), а также процедураопределения приоритетного источника электроэнергии (блок 16). Затем взависимости от того, какой из источников энергии является приоритетным,контроллер определяет, отправлять или нет сигнал об ограничении потребляемоймощности. Для отправки сигнала к ППУ необходимо, чтобы мощностьприоритетного источника была ниже предельно допустимого уровня: сравнениепроисходит в блоках 18 и 22.

К примеру, если основным источником в даннойместностиявляетсясолнечнаяпанель,тонизкаявыходнаямощностьветрогенератора не будет являться причиной изменения режима работыустройства.Заряд АКБ продолжается от всех доступных источников энергии (блоки 19,23) с ограничением тока (блоки 20, 24).4.Если напряжение на клеммах АКБ превышает максимальныйmaxпредельный уровень Ubat  Ubat, то происходит отключение зарядного устройства(блок 26) до тех пор пока напряжение вновь не снизится.-100Сигнал об ограничении потребляемой мощности отправляется только врезультате сравнения текущих параметров мощности с минимально допустимымизначениями:Psp  I spU sp - текущий уровень мощности, доступной от солнечной панели.Pwg  I wgU wg - текущий уровень мощности, доступной от ветрогенератора.nom nomPmin  UbatI ch - минимальный уровень доступной от ВИЭ мощности,nomгде U bat- номинальное напряжение АКБ, зависящее от выбранного ее типа;I chnom - номинальный ток заряда АКБ (условно за данное значение был принят такойуровень тока, позволяющий в течение оставшегося до ближайшего выхода в эфирвремени ( T , ч) накопить в АКБ достаточное количество энергии ( Wdis , Втч) длякомпенсации расхода на функционирование системы ( Pnin , Вт) в течение суток(без учета работы ДУМ) и единичного выхода в эфир на передачу данных).

Такимобразом,nom nomWch  UbatI ch T - энергия, затраченная на заряд АКБ в течение времениT , Втч;Отсюда получаем выражение для номинального тока заряда:I chnom (24( Pkza  Pnin )  Prtmtrtm )(3.3)nomU batTЗначит, минимальный уровень мощности:Pmin(24( Pkza  Pnin )  Prtmtrtm )(3.4)TТот факт, что в качестве параметров, влияющих на работу ППУ, были взятымощности, обусловлен следующим:1.Солнечная панель как набор фотоэлементов в диапазоне рабочегоуровня напряжения является источником тока, то есть ток, выдаваемый СП,сильно зависит от степени освещенности (рисунок 3.4), а напряжение - от уровнянагрузки.

Значит, достаточное напряжение на выходе СП не подразумевает ееспособность выдавать требуемую мощность.-101-Рисунок 3.4 Вольт-амперная характеристика фотоэлемента2.В свою очередь, любой ветрогенератор является источникомнапряжения, то есть выходное напряжение зависит от скорости вращения, причемот скорости ветра напрямую зависит и сама выходная мощность (рисунок 3.5),верхний предел напряжения ограничивается аккумулятором.Рисунок 3.5 - Зависимость мощности ВГ от скорости ветраУстановленные минимальные пороговые значения напряжения АКБ должныбыть несколько выше минимальных значений, установленных производителемАКБ, чтобы: во-первых, продлить ресурс работы АКБ, не допустив ее глубокогоразряда; во-вторых, обеспечить ограничение потребляемой нагрузкой мощности,сохранив необходимое количество накопленной энергии для одного выхода вэфир.

Уровень оставшегося заряда в АКБ должен также соответствовать условию,-102чтобы поддерживать работу системы в течение суток с одиночным выходом вэфир в установленное время, то есть:Wdis  24( Pkza  Pnin )  Prtmtrtm (3.5).Выбор пороговых значений напряжения зависит от применяемого типааккумуляторной батареи. Ниже в таблице представлены данные значения длянаиболее часто используемых типов АКБ в данном диапазоне мощности [13, 29,31]:Тип АКБmaxU bat,ВminU bat,ВnomU bat,ВNiCd1,90,91,25NiMH1,90,91,25Кислотные2,41,652Li-ion4,252,83,6Li-Ion4,252,83,6полимерныеОграничение тока наиболее актуально тогда, когда заряд АКБ происходитпосле их полного разряда. В этом случае АКБ имеют более низкое сопротивление,что приводит к увеличению тока при постоянном зарядном напряжении:I ch  ( I wg  I sp ) U ch I chmax(R c  rin )Pch  Pwg  PspI ch (3.6),Pch ( Pwg  Psp ) I chmaxU chU chгде I ch - ток заряда, U ch - напряжение заряда, R c  rin - сумма общегосопротивления цепи заряда и внутреннее сопротивление АКБ.

Слишком высокийток заряда может привести к перегреву зарядного устройства и батарейныхэлементов, а последнее значительно ускорит их деградацию и уменьшит срокслужбы.-103Зарядный ток ограничивается верхним максимальным пределом I chmax , уровенькоторого зависит от типа и параметров выбранного аккумулятора. Таким образом,должно выполняться условие:I ch  ( I wg  I sp ) U ch I chmax (3.7)(R c  rin )или в ином видеI ch Pch ( Pwg  Psp ) max I ch (3.8).U chU chТакже в алгоритм работы системы заложен выбор приоритетностиопределенного типа возобновляемого источника энергии: Солнце или ветер. Аименно, если в определенной местности количество доступной солнечной энергиипревышает ветровую, то именно она и будет являться приоритетной, и наоборот.Значит, отпадает необходимость ориентироваться на тот источник энергии,который в данной местности все равно может быть только вспомогательным.Выбор приоритетности следует проводить в три этапа:Первый этап - составление таблицы среднегодового распределения ветровойи солнечной энергии на единицу площади по регионам.Используяметеоданныепоотдельнымрегионам,определяетсясреднегодовая скорость ветра uw, м/с и среднегодовой уровень инсоляцииединицы площади Es, кВтч/м2.Энергию ветра рассчитываем по формуле [80, 107]:Ww V* Cx * u 2w , [Дж] (3.9)2илиWw  3600*V* Cx * u 2w , [Втч] (3.10).2Тогда мощность ветра с единицы площади равна:Ww 2* Cx * u 3w , [Вт/м ] (3.11).2А мощность солнечной радиации с единицы площади:Ws  Es / t h , где t h - среднее число солнечных часов в году.-104Тем самым получаем таблицу распределения относительной мощностисолнечного излучения и ветра по регионам:Регион 1ОтносительнаяРегион iРегион nWs1ks1WsiksiWsnksnWw1kw1WwikwiWwnkwnсолнечнаярадиацияОтносительнаяэнергия ветраВторым этапом вводим весовые коэффициенты k si и k wi каждого источникаэнергии (солнечная и ветровая соответственно) по регионам:ksi Wsi(3.12),Wsi  Wwikwi Wwi, где i  1...n (3.13).Wsi  WwiПричем здесь должно соблюдаться условие ksi  kwi  1 .На третьем этапе проводится сравнение полученных коэффициентов, и тотисточник энергии, чей весовой коэффициент окажется больше, будет являтьсяприоритетным.

Характеристики

Список файлов диссертации