Преобразователь с высоким коэффициентом усиления, подаваемый от фотоэлектрической системы на привод синхронного реактивного двигателя для перекачки воды.

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 15519 (2022 г.) Цитировать эту статью

1528 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Производство электроэнергии из возобновляемых источников энергии быстро росло в течение последних нескольких лет. Аналогичным образом, повышающие прерыватели постоянного тока с высоким коэффициентом усиления заменяют традиционные силовые преобразователи, используемые в фотоэлектрических (ФЭ) приборах. Исследователи разрабатывают различные методы, чтобы обеспечить высокий коэффициент усиления по напряжению, низкие пульсации, снижение нагрузки на переключатель, низкие затраты на преобразователь и минимизацию изменений рабочих точек фотоэлектрических модулей. В этом исследовании предлагается двухступенчатый преобразователь для мощности привода отдельно стоящего водонасосного двигателя от солнечной фотоэлектрической системы. Согласно предложенной системе, сначала объединяются элемент с высоким коэффициентом усиления (HG) и повышающий преобразователь постоянного тока в постоянный для увеличения фотоэлектрического напряжения до высокого уровня. В дальнейшем полученное постоянное напряжение подается на трехфазный синхронный реактивный двигатель, который управляет нагрузкой центробежного насоса. Подход «возмущай и наблюдай» используется для получения максимальной мощности от солнечного фотоэлектрического модуля. Кроме того, реализовано косвенное полеориентированное управление для обеспечения плавного запуска синхронного реактивного двигателя. Чтобы проверить эффективность предлагаемого метода, разрабатывается установка моделирования на основе среды MATLAB/Simulink вместе с экспериментальным прототипом. Кроме того, для сбора и анализа результатов рассматриваются различные случаи, основанные на различных условиях эксплуатации и уровнях облучения.

Несомненно, развитие возобновляемых источников энергии помогает операторам энергетических систем и проектировщикам расширять их применение в отрасли. Солнечные водонасосные системы стали популярными и привлекательными в отдаленных районах, особенно там, где нет доступа к традиционной электросети1. Однако система подачи воды на солнечной энергии имеет некоторые ограничения, например, она не может перекачивать воду ночью или в пасмурные дни. Однако эти ограничения можно преодолеть, установив систему хранения энергии с фотоэлектрическими установками2. Но батареи в системах хранения энергии имеют свои недостатки, такие как более короткий срок службы и неэкономичность. Кроме того, батареи требуют постоянного обслуживания и ремонта, что увеличивает общие расходы3. Чтобы преодолеть эти недостатки, необходимо откачивать воду в дневное время и хранить излишки воды в специальных резервуарах. Накопленную воду можно использовать ночью или в пасмурные дни для орошения или других необходимых коммунальных услуг4. Солнечные фотоэлектрические батареи функционируют как основной источник энергии; напротив, батарея используется в качестве резервного источника питания и заряжается от блока SPV, когда насос не работает или работает с пониженной мощностью5,6,7.

Поскольку интеграция и внедрение водонасосных систем на солнечной энергии растет, исследователи сосредотачивают внимание на повышении общей надежности и эффективности этих систем и разработке экономичных и простых подходов к управлению приводным устройством. Из различных источников видно, что на привод, используемый для перекачки воды, приходится примерно 1/3 общих затрат на систему8. Производительность привода напрямую влияет на эффективность и результативность системы. Поэтому подходящий и эффективный привод для солнечной водонасосной системы имеет решающее значение9.

Как правило, в системах водонасоса на солнечной энергии используются асинхронные двигатели (IM), обычные двигатели постоянного тока, вентильные реактивные двигатели и бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC). Каждый тип двигателя имеет свои преимущества и недостатки; например, IM надежен и экономически эффективен, но у него есть недостатки при использовании солнечной энергии для перекачивания воды, особенно для систем с частичной мощностью10. Следовательно, обычные двигатели постоянного тока имеют низкий КПД, и для их работы требуются механические переключатели и угольные щетки, что требует регулярного технического обслуживания11. Частые потери на обслуживание и возбуждение вызывают прерывание процесса и низкую эффективность12. Тем не менее, вентильный реактивный двигатель обладает самой базовой надежностью и преодолевает эти проблемы. В ссылках 13,14,15,16 исследователи обсуждают преимущества синхронных реактивных двигателей с приводами с регулируемой скоростью. Исследователи пришли к выводу, что синхронные реактивные двигатели требуют простой конструкции ротора, минимальной инерции и простого блока управления скоростью без датчиков. Кроме того, синхронные реактивные двигатели не нуждаются в роторной клетке в приводах с регулируемой скоростью, и их резистивные потери минимальны. Кроме того, по сравнению с синхронными двигателями с постоянными магнитами, синхронные реактивные двигатели имеют простой процесс ослабления поля и не требуют дорогостоящих магнитов.