Имитационная модель режимов работы автономной фотоэлектрической станции с учетом реальных условий эксплуатации

Предложена модель автономной фотоэлектрической станции, состоящая из шести основных компонентов: модель прихода солнечной радиации, солнечная батарея, преобразователь постоянного напряжения (контроллер заряда), аккумуляторная батарея, инвертор, электрическая нагрузка. Все модели компонентов выполнены в виде отдельных подсистем в программной среде MATLAB/Simulink, обладают свойством масштабирования, что позволяет проводить исследования фотоэлектрических систем произвольной конфигурации.

В процессе моделирования рассчитываются временные тренды интенсивности солнечной радиации, суточная вариация температуры воздуха, текущая температура поверхности фотоэлектрических модулей и их энергетические характеристики: ток короткого замыкания, напряжение холостого хода, коэффициент заполнения ВАХ и выходная электрическая мощность.

Полученные в результате моделирования режимов ФЭС результаты обеспечивают возможность аргументированного выбора рационального режима эксплуатации электростанции (круглогодичный или сезонный), требуемой емкости накопительных устройств, установленной мощности и номинального напряжения солнечной батареи, тип солнечного трекера, сечений проводников и мощности преобразователей, а также определения эффективных алгоритмов управления энергетическим комплексом.

Результаты исследований опубликованы в журнале «Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов», 2017. Т. 328. № 6. 38–51. Представлен файл статьи и файл модели (версия MATLAB 2015b).

Введение

При использовании фотоэлектрических станций (ФЭС) в системах электроснабжения изолированных потребителей, в большинстве практических случаев, они работают в составе гибридных энергетических комплексов с несколькими генерирующими источниками соизмеримой мощности. При этом гибридные системы могут существенно различаться по составу источников энергии, структуре построения, способам управления режимами [1-3]. Важнейшей задачей проектирования гибридных систем с возобновляемыми энергоисточниками является согласование режимов производства и потребления энергии, для чего требуется высокая дискретизация прогнозной выработки электрической энергии различными источниками: от среднесуточной до почасовой. Тщательный анализ энергетического баланса необходим для решения таких задач проектирования, как оптимизация соотношения установленных мощностей генерирующих источников, выбора параметров регулирующих устройств и настройки систем управления [4, 5].

Основная проблема достоверного определения энергетического баланса ФЭС заключается в том, что непосредственное влияние на него оказывают разнообразные факторы, многие из которых имеют стохастическую природу. Например, на энергетические характеристики фотоэлектрических преобразователей существенное влияние оказывает интенсивность солнечного излучения и температура окружающего воздуха. Величина солнечной радиации определяет величину фототока фотоэлектрических модулей (ФМ), а температура окружающей среды оказывает определяющее влияние на температуру поверхности солнечной батареи (СБ), от которой практически линейно зависит величина напряжения холостого хода ФМ [6-8].

Нелинейность характеристик основных элементов ФЭС, а также их зависимость от внешних факторов существенно усложняют решение обозначенной задачи, что вызывает необходимость применения методов математического моделирования.

Полный текст работы можно посмотреть ниже в разделе файлы.