Автореферат (Разработка солнечной фотоэлектрической системы автономного электроснабжения индивидуальных потребителей в тропических условиях)

На правах рукописиНян Линн АунгРазработка солнечной фотоэлектрической системыавтономного электроснабжения индивидуальныхпотребителей в тропических условияхспециальность: 05.09.03–Электротехнические комплексы исистемыАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукМосква–20152Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования«Национальный исследовательский университет «МЭИ» на кафедре«Электротехнических комплексов автономных объектов и электрическоготранспорта ( ЭКАОиЭТ) ».Научный руководитель:доктор технических наук, академикАЭНРФ,профессоркафедры«ЭКАОиЭТ» ФГБОУ ВПО НИУ«МЭИ».ЕременкоВладимирГригорьевичОфициальные оппоненты:доктор технических наук, профессорХарченко Валерий Владимирович,главный научный сотрудник,Федеральное Бюджетное научноеучреждение ВИЭСХ ФАНОкандидат технических наук, АндрейАркадьевич Лизунов.

Начальникрасчетно-конструкторского иэкспериментально-исследовательскогоотдела систем электропитания ОАО“ВПК “НПО Машиностроения” (г.Реутов, Моск.обл.)Ведущая организация: ОАО «НИИВК им. М.А. Карцева»Защита диссертации состоится « 20 »ноября 2015г., в 16 часов 00 мин.В аудитории М-606 на заседании диссертационного совета Д.212.157.02Национального исследовательского университета «МЭИ» по адресу:Москва, Красноказарменная ул., дом 13.Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просимнаправить по адресу: 111250, Москва, Красноказарменная ул., дом 14,Ученый Совет ФГБОУ ВПО НИУ «МЭИ».С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МЭИ».Автореферат разослан «»2015г.Ученый секретарьдиссертационного советаД 212.157.02кандидат технических наук,доцентС.А.

Цырук3Общая характеристика работыАктуальность темы.ПотребностинаселенияипромышленностиМьянмывэлектрической энергии ограничены запасами нефти и газа, что приводит кнеобходимости использования возобновляемых источников энергии.Мьянма одна из развивающихся стран Юго-Восточной Азии. Удельноеэлектропотребление в ней по сравнению с соседними странами низкое. Внастоящее время одной из важнейших задач электроэнергетики являетсяобеспечениенадежного,бесперебойногопромышленных и бытовых объектов.солнечныхфотоэлектрическихэлектроснабженияПриэтомустановоквсехразвитие(ФЭУ),малыхработающихкакпараллельно с сетью, так и в автономном режиме, может улучшитьэлектроснабжение близко расположенных потребителей эффективнее ибыстрее,чемпосвященнаяразвитиекрупнойсовершенствованиюэнергосистемы.оборудованияПоэтомумалойработа,солнечнойфотоэлектрической установки является актуальной и имеет большоепрактическое значение.

Тема диссертации - «Разработка солнечнойфотоэлектрическойиндивидуальныхсистемыпотребителейавтономноговтропическихэлектроснабженияусловиях»являетсяактуальной в связи с тем, что:- следует исследовать малые ФЭУ в условиях тропическогоклимата.- целесообразнооптимизироватьструктуруФЭУизнеориентируемой солнечной батареи (СБ), аккумуляторной батареи(АБ) и инвертора при различных напряжениях элементов.- работаоднофазныхинверторовснизкимкоэффициентомгармоник и надёжным способом регулирования напряжения всолнечной фотоэлектрической установке недостаточно освещена внаучно-технической литературе.4Цельдиссертационнойинформационногоиработыметодическогозаключаетсяобеспечениявсозданиипроектированияавтономной системы электроснабжения (АСЭС) для тропических условийна основе ФЭУ.Для достижения поставленной цели в диссертационной работе былипоставлены и решены следующие задачи:1.

Выбор типа АБ и СБ наиболее полно отвечающих тропическимусловиям эксплуатации.2. Создание модельного описания ФЭУ, учитывающего уровень нагрузки,степень освещенности не ориентируемой СБ, климатические условия:температура, влажность, радиация.3. Разработать измерительный орган регулятора напряжения инвертора неимеющийинерционныхэлементовиобеспечивающийточностьстабилизации напряжения в широком интервале нагрузок с низкимкоэффициентом нелинейных искажений.4.

На основе системного проектирования АСЭС разработать техническоепредложение, учитывающее результаты, полученные в пунктах 1÷3.Методы научных исследований. При выполнении работы применялисьметоды модельно – ориентированного математического исследования,ценологический подход расчёта стоимости электроэнергии, на основесуточногоэнергобалансаоптимизированапотребителей.Результатомразработанныеуниверсальныецикличностьвключениятеоретическихисследованийявилисьприкладныематематическиемодели,реализованные посредством программных пакетов Маtlab\Simulink.Научная новизна работы заключается в следующем:1.Расчетным путем и компьютерным моделированием установлено,что в заданных условиях применения ФЭУ дроссель переменного токавыходного LC фильтра инвертора напряжения можно исключить, а егофункциюцелесообразновозложитьнаиндуктивностипервичной и вторичной обмоток согласующего трансформатора.рассеяния52.Разработанновыйинтегрированнымрегуляторрелейныминапряженияинвертораширотно-импульснымсмодулятором,обеспечивающий быстродействие, не содержащий инерционных звенев вцепи обратной связи, в котором амплитуда выходного напряжениясравнивается с заданным опорным напряжением, состояшим из двухчастей: постоянное опорное напряжение и пилообразное напряжениевысокой частоты, наложенное на постоянное опорное напряжение.3.Новый алгоритм формирования управляющих импульсов инверторанапряжениясвыходнымфильтром,которыйвсовокупностисотрицательной обратной связю по амплитуде напряжения обеспечиваетбыстродействующийрелейныйрежимстабилизациивыходногонапряжения ФЭУ и параметрическую ШИМ в конце полуволны сточностью ±8% выходного напряжения с приемлемым коэффициентомгармоник во всем диапазоне изменения возмущающих воздействий попитанию и по нагрузке.4.На основе учета климатических условий Мьянмы, близостиоптимального напряжения СБ и напряжения АБ в режиме заряда доказанавозможность создания ФЭУ с соединением СБ и АБ через диод с 98%использованием установленной мощности СБ.Практическая ценность и реализация полученных результатовзаключается в следующем:1.Разработаны две модели солнечной батареи, обобщающие известныематематические описания СБ, учитывающие солнечную радиацию,температуру окружающей среды и позволяющие рассчитывать площадьСБ, максимальную мощность и КПД.2.РеализованаФЭУснизковольтнойСБ,обеспечивающаябезопасность и надежность системы.3.Разработанановаяконцепцияпостроенияинверторовбезиспользования ограничивающих импульс тока дросселей при высокомкоэффициенте трансформации KTV =22.64.Разработана схема ФЭУ, работающая при изменении сопротивлениянагрузки от номинального до холостого хода для любых бытовыхэлектроприборов.Апробация работы.

Результаты выполненной работе докладывались иобсуждались на следующих конференциях: ХI Международная ежегоднаяконференция «Возобновляемая и малая энергетика-2014» 27- ого мая.Москва,выставочныйЭкспоцентр,источниковКомитетэнергиикомплекспо«Экспоцентр».проблемамРосСНИООрганизаторыприменения(комитетВИЭ:возобновляемыхРосСНИО),секция«Энергетика» российской инженерной академии, НИМК ЦАГИ, ЗАО НИЦ«ВИНДЭК»; Третья международная научно-техническая конференция«Аэрокосмические технологии», посвященная 100-летию со дня рожденияакадемика В.Н. Челомея, Реутов-Москва 20.05.2014; Девятнадцатаямеждународнаянаучно–техническаяконференциястудентовиаспирантов «Радиоэлектроника, Электроника и Энергетика» в НИУ«МЭИ»2013.г;Двадцатаямеждународнаянаучно–техническаяконференция студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, Электроника иЭнергетика» в НИУ «МЭИ» 2014.г.

Двадцать первая международнаянаучно–техническая«Радиоэлектроника,конференцияЭлектроникаистудентовЭнергетика»иваспирантовНИУ«МЭИ»27.02.2015.г.Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в томчисле 2 в изданиях, включённых в перечень ведущих рецензируемыхнаучных журналов и изданий, рекомендованных ВАК РФ.Объём и структура работы.

Диссертационная работа изложена на 1страницах машинописного текста, включая 30 таблицу и 90 иллюстрации.Список использованной литературы содержит 56 наименований работотечественных и зарубежных авторов. Работа состоит из введения,четырёх глав, заключения и 10 приложений.7СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы, определены цель и основныезадачи исследования, приведены научная новизна, методика исследованияи практическая значимость результатов диссертационной работы, а такжекраткое содержание глав.В первой главе рассмотрены климатические условия, нетрадиционные ивозобновляемыеисточникиэнергииМьянмы.Представленысравнительные данные об удельном электропотреблении в Мьянме и всоседних странах. Указано на дефицит выработки электроэнергии в стране.Проанализированавозможностьпримененияфотоэлектрическойустановки в Мьянме.Рис.1.

Среднемесячная солнечная радиация в 5 городах МьянмыНа рис.1 показана среднемесячная солнечная радиация в пяти городахМьянмы в течение года. В апреле среднемесячная солнечная радиациядостигает максимума 6.5 кВт.ч/m2 на поверхности Земли в cутки, а в июлеиз-за сезона дождей она снижается до 3 кВтч/m2.cутки.На основе анализ литературы сформулированы задачи работы:выбор типа СБ, наиболее подходящей к требованию стационарногоразмещения на крыше. Расчёт площади СБ при выбранном алгоритмеработы на основе энергобаланса. Выбрать тип и рассчитать требуемуюемкостьАБ.Исследоватьсхемыинверторовспараметрическойстабилизацией формы и величины выходного напряжения, использующихполезныефильтрующиесвойстваL-Cконтура.Синтезировать8быстродействующую схему управления, не содержащую в контуреобратной связи инерционных элементов. Использовать существующиепрограммы (Matlab) моделирования сложных схем инверторов и ВИЭ дляполучения рекомендации по проектированию подобных схем.В второй главе синтезирована структура ФЭУ, обеспечивающаяпотребители электроэнергией в течение 24 часов.Рис.

2. Циклограмма потребляемой мощности с 1 до 24 часовНа рис.2 представлена циклограмма потребляемой мощности с 1 до 24часов, максимальная мощность составляет 1,8 кВт, а минимальная 200 Вт.Рис. 3. Согласование характеристик ФЭУ где, IСБ (А) - тока СБ, UСБ (В) - СБ напряжения СБ,UАБ (B) – напряжение АБ, РС(Вт/м2) - мощность солнечной радиации в зависимости от временисуток, TC (˚C) - изменение температуры окружающей среды.9В тропиках световой день продолжается 12 часов не меняется втечение года.

(см. рис.3). Недобор энергии от СБ происходит с 6 до 7 часовутра и с 17 до 18 часов вечера, когда UСБ<UАБ. Преобразователь,включенный между СБ и АБ, мог бы использовать эту энергию, но сучетом потерь в нем при его КПД = 0,8 использовать его нецелесообразно.Можно СБ и АБ включать через раделительный диод VD (рис.4).На рис. 4 показана синтезированная структура автономной ФЭУ снаиболее простой схемой защиты и управления АБ без повышающегонапряжения преобразователя между СБ и АБ. Для защита от переразрядаАБ автоматически включается сигналная лампа Л1 при UАБ < Uop3,сигнализирующая, что потребители необходимо отключить и оставитьрежим заряда АБ от СБ. СБ установлена на крыше с углом наклона β=40˚,что обеспечивает 1906 кВт.