Підвищення рівня споживання фотоелектричної енергії в системі електроживлення локального об’єкта

Abstract

Дисертаційна робота присвячена вдосконаленню гібридної фотоелектричної системи для потреб локального об’єкта шляхом підвищення ступеня використання фотоелектричної енергії на споживання у разі управління за прогнозом фотоелектричної генерації та підвищення енергетичної продуктивності фотоелектричного масиву в умовах часткового затінення. В дисертації отримано такі нові наукові результати: 1. Запропоновано модель руху смуги часткового затінення фотоелектричного масиву з урахуванням напрямку та швидкості руху хмар за використання покадрових шаблонів затінення з їхньою інтерполяцією, що підвищує точність моделювання зміни радіації для елементів масиву. 2. Встановлено, що швидкість руху смуги затінення не впливає на енергетичну продуктивність фотоелектричного масиву, що дозволяє поширити отримані рекомендації і на статичні режими затінення. 3. Удосконалено математичну модель фотоелектричного масиву для дослідження різних його конфігурацій в процесі руху смуги затінення за рахунок програмної обробки даних з визначенням траєкторії руху глобального максимуму потужності, що дозволяє визначити енергетичні характеристики та можливості відстеження максимуму потужності. 4. Отримав розвиток варіант управління фотоелектричною системою з перемиканням навантаження до мережі на визначених інтервалах часу та зміною алгоритму за прогнозом, що за рахунок зменшення пікового попиту забезпечує можливість зниження витрат на електроенергію за тризонної тарифікації. Введення релейного регулювання потужності фотоелектричної батареї за відсутності регулювання в МРРТ-контролері забезпечує баланс енергії в разі надлишкової генерації . 5. Отримав розвиток метод експериментальних досліджень у добовому циклі засобів управління фотоелектричними системами з використанням програмно керованих емулятора фотоелектричної батареї та навантаження з масштабуванням за потужністю та в часі. Це поряд з прискоренням експерименту дозволяє оцінювати ефективність випробуваних систем за різних співвідношень параметрів систем і коригувати алгоритми функціонування. 6. Отримала розвиток структура моделі фотоелектричного масиву з використанням наборів шаблонів затінення, що дозволяє досліджувати енергетичні показники для різних напрямів та швидкості руху смуги затінення. 7. Отримав розвиток принцип формування конфігурацій масивів фотоелектричних панелей для різних потужностей фотоелектричних систем з обмеженням кількості рядів та кількості панелей в рядку, що дозволяє підвищити продуктивність масиву незалежно від напряму руху смуги затінення без підвищення вимог до алгоритму відстеження точки максимальної потужності.

The dissertation Research is devoted to improve a hybrid photovoltaic system for the needs of a local object by increasing the utilization rate of photovoltaic energy for selfconsumption under forecast-based control of photovoltaic generation and enhancing the energy performance of a photovoltaic array under partial shading conditions. The following new scientific results have been obtained in the dissertation: 1. A model of partial shading propagation across a photovoltaic array has been developed, which accounts for the direction and velocity of cloud movement through the use of frame-by-frame shading templates and their interpolation. The proposed approach improves the accuracy of modelling irradiance variations affecting photovoltaic array elements. 2. It has been established that the speed of the shading strip movement does not affect the energy performance of the photovoltaic array, allowing the obtained recommendations to be extended to static shading modes as well. 3. An improved mathematical model of a photovoltaic array has been developed for investigating various array configurations under moving partial shading conditions. The model employs software-based data processing and determines the global maximum power point trajectory, enabling the evaluation of energy performance and maximum power point tracking capabilities. 4. A variant of photovoltaic system control with load switching the grid at specified time intervals and algorithm modification based on the forecast has been further developed, which, by reducing peak demand, provides an opportunity to reduce electricity costs under three-zone tariff pricing. The introduction of relay regulation of the photovoltaic battery power in the absence of regulation in the MPPT-controller ensures energy balance in case of excess generation. 5. A method of experimental research in a daily cycle of photovoltaic system control tools using a software-controlled photovoltaic battery emulator and load with scaling in power and time has been further developed. Along with accelerating the experiment, this allows evaluating the efficiency of the tested systems under various system parameter ratios and adjusting the operation algorithms. 6. The structure of a photovoltaic array model using sets of shading templates has been further developed, allowing the investigation of energy indicators for various directions and speeds of the shading strip movement. 7. The principle of forming configurations of photovoltaic panel arrays for various capacities of photovoltaic systems with a limitation on the number of rows and the number of panels per string has been further developed, which allows increasing the array performance regardless of the shading strip movement direction without increasing the requirements for the maximum power point tracking algorithm.