Проектирование и циклическая реализация улучшенного управления для насосной системы подачи воды с питанием от солнечной фотоэлектрической системы с приводом от IM.

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 4688 (2022) Цитировать эту статью

Доступы 1919 года

3 цитаты

Подробности о метриках

В последние годы повышение эффективности фотоэлектрических водонасосных систем (PVWPS) вызывает значительный интерес исследователей в связи с тем, что их работа основана на более чистом производстве электроэнергии. В этой статье для приложений PVWPS разработан новый подход, основанный на контроллере нечеткой логики, включающем метод минимизации потерь, применяемый к асинхронной машине (IM). Предлагаемое управление выбирает оптимальную величину потока за счет минимизации потерь АД. Кроме того, представлен метод возмущения и наблюдения с переменным размером шага. Пригодность предлагаемого управления подтверждается уменьшением потребляемого тока; следовательно, потери двигателя сводятся к минимуму и эффективность повышается. Предложенная стратегия управления сравнивается с методом без минимизации потерь. Результаты сравнения иллюстрируют эффективность предложенного метода, основанного на минимизации потерь по электрической скорости, потребляемому току, расходу воды и развиваемому потоку. Тест процессора в цикле (PIL) проводится в качестве экспериментальной проверки предлагаемого метода. Он заключается в реализации сгенерированного кода C на плате обнаружения STM32F4. Полученные результаты встроенной платы аналогичны результатам численного моделирования.

Возобновляемые источники энергии, особенно солнечные фотоэлектрические технологии, могут стать более экологически чистой альтернативой ископаемому топливу для систем водоснабжения1,2. Солнечная насосная система пользуется большим вниманием в отдаленных районах, где нет электричества3,4.

В фотоэлектрических насосных установках используются различные типы двигателей. Простейшая ступень PVWPS основана на двигателе постоянного тока. Эти двигатели просты в управлении и установке, но требуют регулярного обслуживания благодаря комментаторам и щеткам5. Чтобы преодолеть этот недостаток, вводятся бесщеточные двигатели с постоянными магнитами, которые характеризуются отсутствием щеток, высоким КПД и надежностью6. PVWPS на основе IM демонстрирует лучшую производительность по сравнению с другими двигателями, поскольку этот тип двигателя надежен, недорог и не требует обслуживания, а также дает больше возможностей для стратегий управления7. Часто используются метод косвенного управления с ориентацией поля (IFOC) и метод прямого управления крутящим моментом (DTC)8.

IFOC был разработан Блашке и Хассе, чтобы обеспечить возможность изменения скорости IM в широком диапазоне9,10. Токи статора разделяются на два компонента: один создает поток, а другой создает крутящий момент путем преобразования в систему координат d – q. Это позволяет независимо контролировать поток и крутящий момент как в установившемся, так и в динамическом режиме. Ось (d) совмещена с пространственным вектором потока ротора, что означает, что составляющая оси q пространственного вектора потока ротора всегда равна нулю. FOC дает хороший и более быстрый ответ11,12, однако этот метод сложен и зависит от изменений параметров13. Чтобы преодолеть эти недостатки, Такаши и Ногучи14 представили DTC. Эта команда обеспечивает высокие динамические характеристики, надежна и менее чувствительна к изменениям параметров. В ДТК контроль электромагнитного момента и потока статора производится путем вычитания потока и момента статора из соответствующих расчетных значений. Результат передается в гистерезисные компараторы для генерации соответствующих векторов напряжения для одновременного управления потоком статора и крутящим моментом.

Основным неудобством этой стратегии управления являются высокие пульсации крутящего момента и потока из-за использования гистерезисных регуляторов для регулирования потока статора и электромагнитного момента15,42. Многоуровневые преобразователи используются для минимизации пульсаций, но эффективность снижается из-за количества силовых переключателей16. Некоторые авторы использовали пространственно-векторную модуляцию (SWM)17, скользящий режим управления (SMC)18. Этот метод надежен, но появляется нежелательный эффект дребезжания19. Многие исследователи использовали методы искусственного интеллекта для улучшения производительности контроллера, в том числе (1) нейронная сеть, для реализации этой стратегии управления требуется высокоскоростной процессор20, (2) генетический алгоритм21.