Advanced search in Research products
Research products
arrow_drop_down
Searching FieldsTerms
Author ORCID
arrow_drop_down
is
arrow_drop_down
The following results are related to Energy Research. Are you interested to view more results? Visit OpenAIRE - Explore.
1 Research products
Relevance
arrow_drop_down
unfold_lessCompact results

  • Energy Research

  • image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/

    IET Renewable Power GenerationVolume 15, Issue 5 p. 1030-1045 RECHERCHE ORIGINALE PAPEROpen Access Control of solar PV-integrated battery energy storage system for rural area application Shubhra Chauhan, auteur correspondant Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, Inde Correspondance Shubhra Chauhan, Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi 110016, Inde. Email : shubhra72@gmail.comRechercher d'autres articles de cet auteurBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndeRechercher d'autres articles de cet auteur Shubhra Chauhan, Correspondant Author Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, Inde Correspondance Shubhra Chauhan, Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi 110016, Inde. Email : shubhra72@gmail.comRechercher d'autres articles de cet auteurBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndeRechercher d'autres articles de cet auteur Première publication : 20 janvier 2021 https://doi.org/10.1049/rpg2.12086Citations : 1AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. En savoir plus.Copier l'URL Partager un lienPartager surFacebookTwitterLinked InRedditWechat Résumé L'inaccessibilité d'un réseau public est le défi pour les zones rurales et éloignées. Ce travail présente l'application du stockage d'énergie par batterie intégré (BES) solaire photovoltaïque (PV) pour l'électrification des zones rurales. L'ajout d'un BES à la liaison DC, est réalisé au moyen d'un convertisseur bidirectionnel DC–DC. Le BES est déchargé/chargé conformément à la production solaire photovoltaïque et aux variations de charge. Cette commande de convertisseur maintient également la tension pour le suivi du point de puissance maximale (MPPT) avec perturbation et observation (P & O) au niveau de la liaison CC. Le convertisseur de source de tension (VSC) fonctionne au moyen d'un algorithme de contrôle de tension dans un système PV-BES solaire. Le système gère la puissance pour le réseau de charge avec une régulation de fréquence et de tension par le contrôleur proportionnel et résonant discret non idéal (PR). La composante fondamentale du courant de charge est acquise à l'aide d'un filtre numérique adaptatif, ce qui améliore la qualité de l'alimentation. L'utilisation d'un convertisseur buck-boost avec un indice BES optimal par rapport au système, lorsqu'il est relié directement à la liaison CC VSC. Les opérations du système à l'état stable et dans des circonstances dynamiques, c'est-à-dire le changement d'insolation solaire et la variation de charge, la déconnexion de charge, sont authentifiées avec les résultats des tests sur un prototype développé. 1 INTRODUCTION La question des crises énergétiques mondiales a conduit à l'incroyable développement technique dans le domaine des ressources énergétiques renouvelables (SER) et a révolutionné le domaine de l'énergie pour les applications industrielles. En raison de l'utilisation accrue de cette énergie, les économies annuelles pour les utilisateurs augmentent constamment, ce qui permet d'économiser des devises précieuses pour la nation. En raison de la réduction des émissions de CO2, un soutien important est apporté à la détérioration des conditions environnementales. Ces sources fournissent une énergie propre, réduisent considérablement les émissions de gaz à effet de serre. L'énergie solaire est l'une des sources les plus efficaces parmi les autres sources d'énergie renouvelables pour diverses raisons telles que la durabilité, l'économie, l'absence de pollution et la facilité d'installation. Le micro-réseau est intégré au moyen d'un stockage d'énergie par batterie (BES) et a gagné en popularité car il stocke l'énergie pendant les périodes creuses et fournit l'énergie pendant la demande de charge de pointe [1]. La principale cause de l'inaccessibilité du système d'alimentation électrique dans les villages éloignés est la faible tension et la nature intermittente de l'alimentation électrique provenant du réseau de distribution disponible. La principale raison de ces circonstances est le déséquilibre entre l'offre et la demande dans le réseau de distribution. Le système de batterie photovoltaïque solaire hors réseau est la meilleure solution pour une source d'énergie électrique fiable et abordable par rapport aux sources conventionnelles [2]. Le micro-réseau fonctionne en mode intégré au réseau ou en mode autonome. Il est séparé du réseau électrique dans des conditions anormales telles qu'une panne de réseau et fonctionne en mode autonome. Le stockage d'énergie est souhaitable pour la compensation du problème d'intermittence des sources d'énergie renouvelables et rend le fonctionnement fiable du système. L'incorporation du micro-réseau solaire photovoltaïque (PV) au réseau de distribution et à la gestion de l'énergie est donnée dans [3]. Les schémas de suivi du point de puissance maximale (MPPT) sont développés et mis en œuvre en raison du problème sporadique du réseau photovoltaïque. La partie essentielle du système photovoltaïque est le suivi du point de puissance maximale d'un réseau photovoltaïque, et diverses techniques de suivi MPP pour la production d'énergie solaire sont élaborées dans [4], [5]. Maintenir le niveau de qualité de l'énergie (PQ) dans le réseau de distribution est une tâche difficile en raison de l'augmentation du nombre de convertisseurs de puissance dans les locaux résidentiels, industriels et commerciaux. Les préoccupations en matière de QP et leurs approches d'atténuation avec de nombreux algorithmes de contrôle actuels sont rapportées dans [6]. Les problèmes de PQ dans la réalisation du réseau de distribution intelligent et la description de technologies telles que la gestion de la demande, le micro-réseau, la reconfiguration des alimentations, les méthodes avancées de contrôle de la tension, sont décrits dans [7]. La sélection de la batterie est d'une valeur nominale plus élevée, lorsque sa connexion à la liaison CC est directe ; cependant, dans ce système, la batterie de faible valeur nominale est incorporée par le convertisseur bidirectionnel CC-CC, ce qui augmente la durée de vie de la batterie en éliminant le courant de deuxième harmonique du courant de la batterie. La décharge et la charge de la batterie sont influencées par la demande de charge du système. Le micro-réseau avec res et stockage d'énergie, est développé et élaboré en [8], [9]. Les res, BES et charges sont nécessaires pour la performance fiable du système autonome. Le BES adoucit la nature variable des ser [10]. L'amplification de tension et la conversion CC-CA sont mises en œuvre avec un nouvel onduleur d'amplification fabriqué en utilisant le convertisseur abaisseur de tension CC-CC et l'onduleur CC-CA [11]. En raison de la nature variable des sources d'énergie renouvelables, le BES agit comme un élément critique dans un micro-réseau insulaire et régule la tension et la fréquence. Il maintient également la génération et équilibre les charges, améliorant ainsi la fiabilité du système. Diverses méthodes de contrôle pour la gestion de l'énergie du micro-réseau insulaire PV-BES sont décrites dans [12-14]. Le régulateur proportionnel et résonant (PR) élimine les lacunes du contrôleur proportionnel et intégrateur (PI), c'est-à-dire l'erreur en régime permanent entre les quantités de courant alternatif, ce qui améliore les performances de suivi du convertisseur. La performance du contrôle PR dépend de la précision de la fréquence de résonance. Le contrôleur PR avec méthode de discrétisation est signalé dans [15], [16]. L'application de contrôleurs PI linéaires à châssis fixe présente le principal inconvénient de l'erreur en régime permanent pour la régulation des quantités de courant alternatif, alors que le contrôleur PR est la solution attrayante pour éliminer l'erreur [17]. La prolifération de charges non linéaires connectées du côté du consommateur a introduit des problèmes de QP et a entravé les performances du réseau de distribution existant en termes de mauvais facteur de puissance et de génération d'harmoniques dans la tension et le courant du réseau de distribution, qui ne respectent pas la norme IEEE-519 [18]. Le calcul précis des harmoniques et des composants de séquence est nécessaire pour observer les performances du système triphasé. Le principal inconvénient de la technique LMS est que le taux de convergence dépend de la taille du pas constant et est associé à la valeur de poids actuelle. L'algorithme des moindres carrés moyens (LMS) est une technique simple pour trouver des paramètres pour l'événement PQ et peu efficace pour les perturbations de courte durée et de durée variable car il a un faible rapport signal sur bruit, alors que la méthode des moindres carrés moyens est meilleure que le LMS pour les problèmes de PQ mais sa complexité de calcul est plus grande, ce qui entraîne une mauvaise réponse en régime permanent. Le filtre volterra LMS/IV est utilisé pour trouver les composantes de la séquence, le courant continu décroissant et les harmoniques [19]. Le contrôle coordonné des res avec BES dans un micro-réseau îloté est démontré dans [20]. L'actif dans le contrôle de la puissance des micro-réseaux hybrides dans les îles éloignées et l'analyse et la mise en œuvre de méthodes de contrôle de la tension et de la fréquence en mode autonome pour les micro-réseaux hybrides avec variabilité imposée par les SER, sont donnés dans [21], [22]. Pour l'amélioration de la PQ et de la fiabilité du réseau de distribution, le micro-réseau doit être réalisé dans le réseau intégré ainsi qu'en mode hors réseau. La technique de commande d'un générateur de distribution à interface onduleur pour les variations de tension et de fréquence est illustrée dans [23]. Dans ce travail, un filtre numérique adaptatif est utilisé pour obtenir la composante fondamentale du courant de charge, qui est facile à mettre en œuvre par rapport aux filtres analogiques et aboutit à une tension de point de couplage commun sinusoïdal (PCC) à des charges non linéaires. Les coefficients ajustables contribuent à une meilleure performance en régime permanent et dynamique et sont détaillés dans [24]. L'application de la méthode d'extraction automatique des paramètres pour le modèle de batterie dynamique dans le système photovoltaïque solaire hors réseau, est détaillée dans [25]. En raison de la demande continue du côté de la charge, la batterie est utilisée dans le système. Les approches de gestion de l'énergie pour les res avec le BES, pour le fonctionnement du système en mode intégré au réseau ainsi que pour un mode autonome, sont détaillées dans [26], [27]. Les caractéristiques de base du système BES solaire photovoltaïque intégré sont élaborées comme suit. Une structure en une seule étape du système pour les zones rurales est réalisée pour l'utilisation de l'énergie solaire de crête à travers un réseau photovoltaïque par une approche de suivi MPP de perturbation et d'observation (P & O) simplifiée, qui est simple et facile à mettre en œuvre [4], alors que dans une structure en deux étapes, un convertisseur d'amplification supplémentaire est intégré dans le système, ce qui augmente les pertes et le coût du système global. Par conséquent, cette topologie est économique et efficace. La batterie en conjonction avec un convertisseur bidirectionnel effectue le processus de charge et de décharge de BES sous la demande de charge en période creuse et en période de pointe, respectivement. Le contrôleur PR non idéal avec une compétence de suivi élevée réduit les erreurs en régime permanent entre les tensions de charge de référence et les tensions de charge détectées. La régulation de fréquence et de tension, est réalisée par la technique de contrôle de tension en mode autonome. La réponse dynamique du filtre numérique est adaptable et la distorsion harmonique totale (THD) de la tension de charge est dans les limites prescrites [18]. La nuit ou non accessibilité de l'énergie solaire, la batterie gère la demande de charge. 2 CONFIGURATION DU SYSTÈME La connexion schématique pour un système autonome basé sur une batterie solaire photovoltaïque est représentée à la figure 1. Le système comprend un réseau PV connecté directement à la liaison CC, dans lequel le VSC est également intégré. L'approche P & O est utilisée pour acquérir la puissance maximale du réseau PV, qui utilise des entrées telles que le courant PV (Ipv) et la tension (Vpv). Une batterie est complétée par un convertisseur CC-CC bidirectionnel vers la liaison CC, qui gère le nivellement de la charge. La tension aux bornes de la liaison CC est maintenue à l'aide de ce convertisseur. La charge non linéaire triphasée comprend un redresseur en pont à diodes triphasé, connecté en parallèle avec la charge en série composée de l'inductance (L) et de la résistance (R). Les bornes du VSC sont interconnectées par l'intermédiaire des inducteurs d'interface (Lf) à travers le PCC, dans lequel le filtre d'ondulation (Rf, Cf) et la charge sont connectés. FIGURE 1Ouvrir dans la visionneuse de figureConfiguration du système PowerPoint/connexion schématique 3 APPROCHE DE contrôle L'approche de contrôle du système consiste à contrôler la tension VSC en mode autonome et à contrôler le convertisseur buck- boost. 3.1 Contrôle du système BES intégré PV solaire La technique de contrôle pour le système BES intégré PV solaire pour l'électrification de la zone isolée isolée illustrée à la figure 2(a), est présentée pour la génération d'impulsions de commutation pour VSC, tandis que l'extraction de la partie fondamentale de la phase « a » par filtre numérique adaptatif est présentée à la figure 2(b). Les tensions de charge de phase sont calculées à partir des tensions de charge de ligne détectées de (vLab, vLbc) comme [6], v L a v L b v L c = 1 3 2 1 0 − 1 1 0 − 1 − 2 0 v L a b v L b c 0 . (1)La génération de tensions de charge de référence est décrite comme suit. v L a ∗ = V p m sin ω t , v L b ∗ = V p m sin ω t − 2 π 3 , v L c ∗ = V p m sin ω t + 2 π 3 , (2)où Vpm est l'amplitude de référence de la tension de crête et ω est la fréquence. vLa, vLb, vLc, c'est-à-dire que les tensions de charge détectées sont comparées aux tensions de charge de référence et aux erreurs de résultats. v L a e ( p ) = v L a ∗ − v L a, v L b e ( p ) = v L b ∗ − v L b , v L c e ( p ) = v L c ∗ − v L c . (3)Les contrôleurs de résonance proportionnelle (PR) numériques non idéaux sont alimentés avec ces erreurs et des courants de charge de référence sont produits. Les contrôleurs PR numériques non idéaux minimisent l'erreur en régime permanent dans les tensions de charge de référence et détectées (quantités CA) [15], [16]. FIGURE 2Contrôleur PowerPoint pour convertisseur de source de tension. (a) Algorithme de contrôle pour VSC ; (b) extraction de la partie fondamentale de la phase 'a' par le filtre adaptatif TLa(z), TLb(z) TLc (z), qui sont des fonctions de transfert pour les contrôleurs PR discrets non idéaux des phases 'a', 'b' et 'c', respectivement, sont calculées comme [15], [16], T L a ( z ) = i L a ∗ v L a e = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (4) T L b ( z ) = i L b ∗ v L b e = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (5) T L c ( z ) = i L c ∗ v L c e = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 . (6) Les fonctions de transfert des contrôleurs PR non idéaux sont modifiées comme suit : i L a ∗ = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L a e , (7) i L b ∗ = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L b e , (8) i L c ∗ = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L c e , (9) k p L a e = k p L b e = k p L c e = k p p r , (10) k i L a e = k i L b e = k i L c e = k i p r , (11)où kppr et kipr sont des gains proportionnels et intégraux pour le contrôleur PR, de manière correspondante. ωc est la bande passante autour de ω. Le filtre numérique est utilisé pour calculer le constituant fondamental du courant de charge de la phase 'a' (ifLa), comme représenté à la figure 2(b). Le filtre de fonction de transfert global (T(z)) est décrit comme [24], i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + i L 4 ( p ) , T 1 ( z ) = i L 4 ( p ) i L a ( p ) , (12) i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + T 1 ( z ) ∗ i L a ( p ) , (13) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ 1 + − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 − η 1 1 − η 1 − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 = η 4 1 + ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) − η 1 ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) − η 1 ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) , (14) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 , (15) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 i L a ( p ) . (16) De même, les constituants fondamentaux des courants de charge des phases « b », « c » (ifLb et ifLc) sont calculés. Les constituants de courant fondamentaux de (ifLa, ifLb, ifLc) à partir des courants de charge détectés (iLa, iLb, iLc), sont acquis à l'aide d'une fonction de transfert de filtre numérique adaptative [25], de sorte que le profil de tension de charge est amélioré. Les courants de référence (i*La, i*Lb, i*Lc) en comparaison de ifLa, ifLb, ifLc entraînent des erreurs de courant, i e r L a = i L a ∗ − i f L a , i e r L b = i L b ∗ − i f L b , i e r L c = i L c ∗ − i f L c . (17)Ces erreurs sont données au contrôleur d'hystérésis pour commuter les impulsions de VSC dans le contrôle de tension. 3.2 Commande de convertisseur bidirectionnel CC-CC La tension de liaison CC et la commande de courant du BES sont régulées par le convertisseur bidirectionnel comme représenté sur la figure 3. Le convertisseur a deux commutateurs S7 et S8, où S7 fonctionne en mode buck pendant le processus de charge de la batterie, tandis que le mode boost est mis en œuvre avec S8 en mode de décharge. Le courant pour le BES est positif pendant la décharge et négatif pendant la charge. V*dc est obtenu en utilisant la méthode P & O pour le suivi MPP du réseau PV est comparé à la tension CC détectée (Vdc) et cette comparaison donne un signal d'erreur, qui est défini comme entrée pour le régulateur proportionnel et intégral (PIa). V d c e ( p ) = V d c ∗ ( p ) − V d c ( p ) . (18)La sortie du régulateur PIA agit comme courant de référence de la batterie. I b a t ∗ ( p + 1 ) = I b a t ∗ ( p ) + k p d c V d c e ( p + 1 ) + k i d c { V d c e ( p + 1 ) − V d c e ( p ) } , (19)où, kpdc et kidc sont des gains pour PIa, de manière correspondante. FIGURE 3Ouvrir dans la visionneuse de figuresContrôleur de convertisseur CC-CC bidirectionnel PowerPoint La soustraction du courant BES détecté (Ibat) avec I*bat, entraîne une erreur, qui est fournie à PIb et est calculée comme suit : I b a t e ( p ) = I b a t ∗ ( p ) − I b a t ( p ) . (20) L'Ibate est défini comme l'entrée du régulateur PIb, tandis que sa sortie est calculée comme suit : I e r ∗ ( p + 1 ) = I e r ∗ ( p ) + k p b a t I b a t e ( p + 1 ) + k i b a t { I b a t e ( p + 1 ) − I b a t e ( p ) } , (21)où kpbat et kibat sont des gains pour les parties proportionnelle et intégrale de PIb, de manière correspondante. Le cycle de service, c'est-à-dire I*er, est fourni au modulateur de largeur d'impulsion pour la formation de logiques de commutation pour le convertisseur bidirectionnel. 4 RÉSULTATS DES SIMULATIONS La configuration de simulation du système est illustrée à la figure 4. La bibliothèque Matlab / Simulink est utilisée pour la modélisation du système de stockage d'énergie par batterie solaire photovoltaïque intégré. Un filtre d'ondulation est réalisé par branche de la série R-C. La charge non linéaire est réalisée via un redresseur à pont de diodes triphasé en combinaison parallèle avec une branche série R L. La batterie est disponible dans la bibliothèque MATLAB/Simulink, qui est utilisée pour la gestion de la charge. Les paramètres du système pour le prototype sont spécifiés dans le tableau A.1 donné en annexe. FIGURE 4Ouvrir dans le visualiseur de figurePowerPoint Configuration de la simulation du système 4.1 Signaux internes du filtre numérique adaptatif pour l'extraction des composants fondamentaux à partir du courant de charge et sa comparaison avec la commande SOGI conventionnelle Les signaux internes du filtre numérique pour obtenir la composante de courant fondamental sont représentés à la figure 5(a), ce qui améliore le profil de tension du côté de la charge et les performances du système. Il n'y a pas de déphasage observé entre iLa et ifLa. La figure 5(b) présente le diagramme de Bode du filtre numérique et il est observé à partir du diagramme de magnitude que cette technique de contrôle fournit à des axes de db nuls et un déphasage nul à la fréquence fondamentale. Par conséquent, ifLa est en phase avec iLa. Par rapport au contrôle conventionnel, comme le contrôle par intégrateur généralisé de deuxième ordre (SOGI), cette technique de contrôle est meilleure en termes de capacité de rejet d'harmoniques. Ainsi, le profil de tension PCC se trouve mieux avec le contrôleur numérique adaptatif par rapport au contrôle SOGI. La comparaison du filtre numérique avec un contrôleur conventionnel, c'est-à-dire un algorithme d'intégrateur généralisé de deuxième ordre (SOGI) sous déconnexion et connexion de la charge de phase « a » est illustrée à la figure 5(c), qui montre que la commande du filtre numérique a une réponse dynamique plus rapide par rapport à la commande SOGI conventionnelle. Les effets de suppression de charge sur ifLa montrent que l'approche de contrôle du filtre numérique converge rapidement, c'est-à-dire qu'elle atteint zéro dans un cycle par rapport au contrôle SOGI. Ainsi, le contrôle basé sur un filtre numérique a de meilleures performances par rapport au contrôleur conventionnel existant, c'est-à-dire SOGI. FIGURE 5Signaux internes du filtre numérique adaptatif et du diagramme de Bode ouverts dans la visionneuse de figure PowerPoint. (a) Signaux internes du filtre pour l'extraction de ifLa de iLa ; (b) Comparaison du diagramme de Bode du filtre numérique avec la commande SOGI ; (c) comparaison de l'extraction pour le constituant fondamental de la commande numérique adaptative avec la commande SOGI 4.2 Réponse du système à la variation de charge La figure 6 présente la réponse du système à la perturbation de charge. À t = 2,1 s, lorsque la charge augmente, l'amplitude du courant de charge BES est réduite, ainsi la demande de charge est satisfaite par BES. Le courant de charge BES augmente à nouveau, lorsque la demande de charge est diminuée à t = 2,2 s. Les tensions de phase de charge sinusoïdales (vLabc) sont bien maintenues à la variation de charge. Il n'y a pas de changement dans l'énergie solaire photovoltaïque à la variation de charge, par conséquent, le courant photovoltaïque reste constant. Cependant, à charge variable, la tension de liaison CC est maintenue à la valeur MPPT. FIGURE 6Open in figure viewerPowerPoint Performance of system for alteration on load 4.3 Response for standalone system at solar irradiance change La figure 7 représente la réponse du système au changement d'insolation solaire. L'insolation solaire est diminuée à t = 1,3 s, donc en raison d'une diminution de l'énergie solaire, le courant photovoltaïque est également diminué. Ainsi, le courant de charge BES est réduit et la demande de charge reste constante et est accomplie par le BES. Cependant, lors de la modification de l'irradiance solaire, aucune variation n'est observée dans la tension de liaison CC et les tensions de charge vLabc, ce qui montre que le profil de tension PCC est bien maintenu. FIGURE 7Réponse PowerPoint du contrôleur autonome sur la modification de l'insolation solaire 4.4 Fonctionnement VSC pour le système solaire PV-BES sur la non-accessibilité de l'énergie solaire Le comportement du système solaire PV-BES, lorsque l'insolation solaire est réduite à zéro à t = 1,5 s, est présenté à la figure 8. Le courant BES est positif, ce qui montre que BES passe en mode de décharge, fournissant ainsi de l'énergie à la charge. En l'absence de disponibilité de l'énergie solaire, c'est-à-dire pendant la nuit, l'IPV correspondante est réduite à zéro. Cependant, au cours de cette variation, aucun changement n'est observé dans les tensions de charge et la tension de liaison CC. Ainsi, la demande de charge est maintenue pendant la nuit. FIGURE 8Réponse de PowerPoint du contrôleur autonome sur la non-accessibilité de l'insolation solaire 4.5 Réponse du contrôleur sur la déconnexion de la charge Le comportement du système PV-BES solaire lors de la déconnexion de la charge est illustré à la Figure 9. Le courant de charge BES est augmenté lors de la déconnexion de la charge à t = 1,8 s. Comme il n'y a pas de variation de la puissance sola r, par conséquent, la puissance PV et le courant PV sont constants. La tension de liaison CC est régulée à la valeur MPPT. Les tensions de charge sont sinusoïdales et équilibrées au moment du retrait de la charge. Par conséquent, le système a des performances satisfaisantes lors de la déconnexion de la charge. FIGURE 9Réponse PowerPoint du système PV-BES autonome sur la déconnexion de la charge 4.6 Comparaison de la technique de contrôle basée sur le filtre numérique adaptatif et le contrôleur PR avec le contrôle conventionnel basé sur le contrôleur PI et sans filtre numérique Les spectres harmoniques de la tension de charge sans filtre numérique adaptatif et avec le contrôleur PI conventionnel sont illustrés à la Figure 10(a), tandis que vLab avec le filtre numérique adaptatif et le contrôleur PR non idéal est démontré à la Figure 10(b) pour le courant de charge non linéaire comme représenté à la Figure 10(c). La figure 10(a) démontre que dans l'approche de contrôle de la tension, lorsque le courant de charge détecté est soustrait du courant de charge de référence, le THD de la tension PCC est de 3,94 %. Cependant, la tension PCC THD est réduite à 1,87 % comme le montre la figure 10(b), lorsqu'une partie fondamentale du courant de charge non linéaire obtenu à travers un filtre numérique adaptatif est comparée au courant de charge de référence. Ainsi, les harmoniques dans les tensions PCC sont dans les limites prescrites et selon la norme IEEE-519. Le courant de charge non linéaire a un THD de 27,54 % comme le montre la figure 10(c). La figure 11(a) montre l'erreur en régime permanent entre vLa, v*La n'est pas nulle avec un contrôleur PI classique, tandis que la figure 11(b) montre que l'erreur en régime permanent est nulle en utilisant le contrôleur PR non idéal. La figure 11(c) montre le diagramme de Bode du contrôleur conventionnel et du contrôleur PR numérique non idéal. Les performances du contrôleur PI conventionnel sont bonnes pour les quantités de courant continu par rapport aux quantités de courant alternatif. Ce contrôleur PR non idéal a un gain fini à la fréquence fondamentale, éliminant ainsi l'erreur en régime permanent entre deux quantités de courant alternatif. Un filtre numérique adaptatif avec la comparaison du contrôleur PR numérique non idéal avec d'autres techniques de contrôle conventionnelles est représenté dans le tableau 1. FIGURE 10Open in figure viewerPowerPoint Harmonic analysis. (a) vLab without digital filter technique and with conventional PI controller ; (b) vLab with digital filter technique and non-ideal PR controller ; (c) iLa, non-linear load current FIGURE 11Open in figure viewerPowerPoint Comparison of conventional PI controller with non-ideal PR controller ; (a) vLa, v*La without digital filter technique and with conventional PI controller ; (b) vLa, v*La with digital filter technique and non-ideal PR controller ; (c) Bode plot of conventional PI controller with digital non-ideal PR controller TABLE 1. Filtre numérique adaptatif avec contrôleur PR non idéal Comparaison avec d'autres techniques de contrôle conventionnelles Paramètre Contrôle numérique adaptatif avec contrôleur PR non idéal Contrôle SOGI conventionnel avec contrôleur PR non idéal Sans contrôle numérique adaptatif avec contrôleur PI conventionnel Performance sous élimination de charge La composante de courant de charge fondamentale atteint zéro en un cycle La composante de courant de charge fondamentale atteint zéro en 5 cycles Aucune extraction de composante fondamentale Tension PCC THD Faible Moyenne Moyenne Moyenne Charge de calcul Moins élevée Moins de réponse dynamique Rapide Lente Lente Erreur à l'état stable Zéro Zéro N'est pas zéro 5 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX Pour valider la faisabilité du système, un prototype développé comme le montre la figure 12(a) est utilisé, pour effectuer les tests. FIGURE 12Ouvrir dans la visionneuse de figuresPowerPoint Schéma synoptique de la connexion matérielle et de la configuration expérimentale. (a) Schéma synoptique de la connexion matérielle ; (b) configuration expérimentale Le simulateur solaire est utilisé pour obtenir l'alimentation photovoltaïque. Le contrôle du système est mis en œuvre par un OPAL-RT (OP4510). Les optocoupleurs donnent l'isolation optique entre le circuit de puissance et les impulsions obtenues à partir de la sortie du circuit de puissance et les impulsions obtenues à partir de la sortie de l'OPAL-RT. Les capteurs de courant et de tension basés sur l'effet Hall, c'est-à-dire LA-55P et LV-25 sont utilisés pour percevoir les signaux vLab, vLbc, iLa, iLb, Vdc, Ibat et Ipv. L'oscilloscope de stockage numérique et l'analyseur de puissance sont utilisés pour obtenir les résultats expérimentaux pour le système d'exploitation en régime permanent ainsi que divers scénarios dynamiques. La figure 12(b) illustre le schéma fonctionnel de la connexion matérielle du prototype développé. Les composants de la connexion matérielle comprennent un simulateur de réseau photovoltaïque solaire, un convertisseur bidirectionnel, un VSC à trois branches, des inducteurs d'interface, un filtre d'ondulation et une charge non linéaire. Les signaux détectés par les capteurs à effet Hall sont envoyés à OP4510 via des convertisseurs analogique-numérique (CAN). La sortie du CAN sont les signaux donnés à l'algorithme de commande, qui est chargé dans le réseau de portes programmables sur site (FPGA). Par conséquent, les impulsions de commutation générées pour le convertisseur bidirectionnel et le VSC sont fournies aux optocoupleurs via des entrées et des sorties numériques DIO. Les paramètres du système pour le prototype sont spécifiés dans le tableau A.1 de l'annexe. 5.1 Réponse en régime permanent pour le contrôle basé sur un filtre numérique adaptatif et un contrôleur PR non idéal et sa comparaison avec le contrôle PI conventionnel Les formes d'onde de vLab, vLbc vLa, v* La, vLb, v*Lb, vLc, v*Lc iLa, iLb, iLc et Vdc sont représentées dans les figures 13(a) à (c). Vdc est maintenu à la valeur de suivi MPP. Les figures 14(a) à (d) démontrent la réponse du système dans un scénario en régime permanent avec le contrôleur PR numérique non idéal. Les figures 14(a) et (b) présentent la puissance de charge de VSC et iLc. Les figures 14(c) et (d) présentent le courant VSC de la phase 'c', c'est-à-dire ivscc. Les figures 15(a) à (c) montrent la réponse du système avec un contrôleur PR numérique non idéal. IET Renewable Power Generation Volumen 15, Número 5 pág. 1030-1045 INVESTIGACIÓN ORIGINAL PAPEROpen Access Control of solar PV-integrated battery energy storage system for rural area application Shubhra Chauhan, autor correspondiente Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Departamento de Ingeniería Eléctrica, IIT Delhi, Nueva Delhi, India Correspondencia Shubhra Chauhan, Departamento de Ingeniería Eléctrica, IIT Delhi, Nueva Delhi 110016, India. Correo electrónico: shubhra72@gmail.comBusque más artículos de este autorBhim Singh, Departamento de Ingeniería Eléctrica de Bhim Singh, IIT Delhi, Nueva Delhi, IndiaBusque más artículos de este autor Shubhra Chauhan, Autor Correspondiente Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Departamento de Ingeniería Eléctrica, IIT Delhi, Nueva Delhi, India Correspondencia Shubhra Chauhan, Departamento de Ingeniería Eléctrica, IIT Delhi, Nueva Delhi 110016, India. Correo electrónico: shubhra72@gmail.comBusque más artículos de este autorBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndiaBusque más artículos de este autorPrimera publicación: 20 de enero de 2021 https://doi.org/10.1049/rpg2.12086Citations: 1AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Más información.Copiar URL Compartir un enlaceCompartir enFacebookTwitterLinked InRedditWechat Resumen La inaccesibilidad de una red de servicios públicos es el desafío para las zonas rurales y remotas. Este trabajo presenta la aplicación del almacenamiento integrado de energía de batería (BES) solar fotovoltaica (PV) para la electrificación de áreas rurales. La adición de un BES en el enlace DC, se realiza por medio de un convertidor bidireccional DC–DC. El BES se descarga/carga de acuerdo con la generación de energía solar fotovoltaica y las variaciones de carga. Este control del convertidor también mantiene el voltaje para el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) con el control de perturbación y observación (P & O) en el enlace de CC. El convertidor de fuente de tensión (VSC) funciona mediante un algoritmo de control de tensión en un sistema solar PV-BES. El sistema gestiona la potencia para la red de carga con regulación de frecuencia y tensión por el controlador discreto proporcional y resonante (PR) no ideal. El componente fundamental de la corriente de carga, se adquiere mediante un filtro digital adaptativo, que mejora la calidad de la energía. La utilización de un convertidor buck-boost con una clasificación BES óptima en relación con el sistema, cuando está conectado directamente al enlace VSC DC. Las operaciones del sistema en estado estacionario y en circunstancias dinámicas, es decir, el cambio de insolación solar y la variación de carga, la desconexión de carga, se autentican con los resultados de las pruebas en un prototipo desarrollado. 1 INTRODUCCIÓN El problema de las crisis energéticas mundiales ha llevado al increíble desarrollo técnico en el campo de los recursos energéticos renovables (FER) y ha revolucionado el campo de la energía para aplicaciones industriales. Debido al uso mejorado de esta energía, el ahorro anual para los usuarios aumenta constantemente, lo que ahorra valiosas divisas para la nación. Debido a la reducción de las emisiones de CO2, se proporciona un importante apoyo al deterioro de las condiciones ambientales. Estas fuentes proporcionan energía limpia y reducen drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero. La energía solar es una de las fuentes más efectivas entre otras FER debido a diversas razones como la sostenibilidad, económica, libre de contaminación y fácil de instalar. La microrred está integrada por medio de un almacenamiento de energía de batería (BES) y ha ganado popularidad porque almacena la energía en períodos de baja demanda y proporciona la energía durante la demanda de carga máxima [1]. La principal causa de la inaccesibilidad del sistema de suministro de energía eléctrica en aldeas remotas es el bajo voltaje y la naturaleza intermitente del suministro de energía eléctrica proveniente de la red eléctrica disponible. La razón principal de estas circunstancias es la desalineación de la demanda y la oferta en la red de distribución. El sistema de batería solar fotovoltaica fuera de la red es una mejor solución para la fuente confiable y asequible de energía eléctrica que las fuentes convencionales [2]. La microrred funciona en modo integrado en red o en modo autónomo. Se separa de la red eléctrica en condiciones anormales como la interrupción de la red y funciona en modo autónomo. El almacenamiento de energía es deseable para la compensación del problema de intermitencia de las FER y hace que el funcionamiento del sistema sea fiable. La incorporación de la microrred solar fotovoltaica (PV) a la red eléctrica y la gestión de la energía se dan en [3]. Los esquemas de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) se desarrollan e implementan debido al problema esporádico de la matriz fotovoltaica. La parte esencial del sistema fotovoltaico es el seguimiento del punto de máxima potencia de una matriz fotovoltaica, y varias técnicas de seguimiento de MPP para la generación de energía solar, se elaboran en [4], [5]. Mantener el nivel de calidad de energía (PQ) en la red de distribución, es una tarea difícil debido a un aumento en los convertidores de energía en locales residenciales, industriales y comerciales. Las preocupaciones de PQ y sus enfoques de mitigación con numerosos algoritmos de control actuales se informan en [6]. Los problemas de PQ en la realización de la red de distribución inteligente y la descripción de tecnologías como la gestión del lado de la demanda, la microrred, la reconfiguración del alimentador, los métodos avanzados de control de voltaje, se describen en [7]. La selección de la batería es de clasificación más alta, cuando su conexión en el enlace de CC es directa; sin embargo, en este sistema, la batería de clasificación baja está incorporada por el convertidor bidireccional de CC-CC, lo que aumenta la vida útil de la batería al eliminar la corriente del segundo armónico de la batería. La descarga y carga de la batería están influenciadas por la demanda de carga del sistema. La microrred con FER y almacenamiento de energía, se desarrolla y elabora en [8], [9]. Las RES, BES y cargas son necesarias para el rendimiento fiable del sistema autónomo. El BES suaviza la naturaleza variable de las FER [10]. El aumento de voltaje y la conversión CC-CA se implementan con un novedoso inversor elevador realizado utilizando el convertidor reductor elevador CC-CC y el inversor CC-CA [11]. Debido a la naturaleza variable de las FER, el BES actúa como un elemento crítico en una microrred aislada y regula la tensión y la frecuencia. También mantiene la generación y los equilibrios en las cargas, mejorando así la fiabilidad del sistema. En [12-14] se informan varios métodos de control para la gestión de energía de la microrred aislada PV-BES. El regulador proporcional y resonante (PR) elimina las deficiencias del controlador proporcional e integrador (PI), es decir, el error de estado estable entre las cantidades de CA, lo que mejora el rendimiento de seguimiento del convertidor. El rendimiento del control PR depende de la precisión de la frecuencia de resonancia. El controlador PR con método de discretización se informa en [15], [16]. La aplicación de controladores PI lineales de marco estacionario tiene el principal inconveniente del error de estado estacionario para la regulación de las cantidades de CA, mientras que el controlador PR es la solución atractiva para eliminar el error [17]. La proliferación de cargas no lineales conectadas en el extremo del consumidor, ha introducido problemas de PQ y ha obstaculizado el rendimiento de la red de distribución existente en términos de factor de potencia deficiente y generación de armónicos en la tensión y corriente de la red eléctrica, que no siguen la norma IEEE-519 [18]. El cálculo preciso de armónicos y componentes de secuencia es necesario para observar el rendimiento del sistema trifásico. El principal inconveniente de la técnica LMS es que la tasa de convergencia depende del tamaño de paso constante y está asociada con el valor de peso actual. El algoritmo de mínimos cuadrados medios (LMS) es una técnica simple para encontrar parámetros para el evento PQ y no es muy efectivo para perturbaciones cortas y variables en el tiempo, ya que tiene una baja relación señal-ruido, mientras que el método de mínimos cuadrados medios es mejor que el LMS para problemas de PQ, pero su complejidad computacional es mayor, lo que resulta en una respuesta deficiente en estado estacionario. El filtro volterra LMS/Fourth se utiliza para encontrar componentes de secuencia, DC en descomposición y armónicos [19]. El control coordinado para las FER con BES en una microrred aislada, se demuestra en [20]. El activo en el control de potencia de microrred híbrida en islas remotas y el análisis e implementación de métodos de control de voltaje y frecuencia en modo autónomo para microrred híbrida con variabilidad impuesta por las FER, se dan en [21], [22]. Para la mejora en PQ y la confiabilidad de la red de distribución, la microrred debe realizarse en la red integrada, así como en modo fuera de la red. La técnica de control para un generador de distribución con interfaz de inversor para variaciones de voltaje y frecuencia se muestra en [23]. En este trabajo, se utiliza un filtro digital adaptativo para obtener el componente fundamental de la corriente de carga, que es fácil de implementar en comparación con los filtros analógicos y da como resultado un punto sinusoidal de tensión de acoplamiento común (PCC) a cargas no lineales. Los coeficientes ajustables contribuyen a un mejor rendimiento en estado estacionario y dinámico y se detallan en [24]. La aplicación del método de extracción automática de parámetros para el modelo de batería dinámica en un sistema solar fotovoltaico fuera de la red se detalla en [25]. Debido a la demanda continua en el lado de la carga, la batería se utiliza en el sistema. Los enfoques de gestión de energía para las RES con el BES, para la operación del sistema en el modo integrado a la red, así como para un modo autónomo, se detallan en [26], [27]. Las características básicas del sistema BES integrado de energía solar fotovoltaica se detallan a continuación. Se realiza una estructura de sistema de una sola etapa para el área rural para la utilización de la energía solar pico a través de una matriz fotovoltaica mediante un enfoque simplificado de seguimiento de perturbación y observación (P & O) MPP, que es simple y fácil de implementar [4], mientras que en una estructura de doble etapa se integra un convertidor de refuerzo suplementario en el sistema, lo que aumenta las pérdidas y el costo del sistema en general. Por lo tanto, esta topología es económica y eficiente. La batería junto con un convertidor bidireccional realiza el proceso de carga y descarga de BES bajo la demanda de carga fuera de pico y pico, respectivamente. El controlador PR no ideal con alta competencia de seguimiento reduce los errores de estado estable entre los voltajes de carga de referencia y los voltajes de carga detectados. La regulación de frecuencia y tensión, se logra mediante la técnica de control de tensión en modo autónomo. La respuesta dinámica del filtro digital es adaptable y la distorsión armónica total (ThD) del voltaje de carga está dentro de los límites prescritos [18]. Por la noche o sin acceso a la energía solar, la batería gestiona la demanda de carga. 2 CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA La conexión esquemática para un sistema autónomo basado en batería solar fotovoltaica se representa en la Figura 1. El sistema comprende una matriz fotovoltaica conectada directamente en el enlace de CC, donde el VSC también está integrado. El enfoque P & O se utiliza para adquirir la potencia máxima de la matriz fotovoltaica, que utiliza entradas como la corriente fotovoltaica (Ipv) y el voltaje (Vpv). Una batería se complementa a través de un convertidor DC–DC bidireccional al enlace DC, que gestiona la nivelación de carga. El voltaje a través del enlace de CC se mantiene utilizando este convertidor. La carga no lineal trifásica abarca un rectificador de puente de diodos trifásico, conectado en disposición paralela con la carga en serie que consiste en inductancia (L) y resistencia (R). Los terminales del VSC están interconectados a través de los inductores de interfaz (Lf) a través del PCC, en donde el filtro rizado (Rf, Cf) y la carga están conectados. FIGURA 1Abrir en el visor de figurasConfiguración del sistema PowerPoint/conexión esquemática 3 ENFOQUE de control El enfoque de control del sistema consiste en el control de la tensión VSC en modo autónomo y el control del convertidor reductor-amplificador. 3.1 Control del sistema BES integrado de energía solar fotovoltaica La técnica de control para el sistema BES integrado de energía solar fotovoltaica para la electrificación de áreas remotas insulares que se muestra en la Figura 2(a), se presenta para la generación de pulsos de conmutación para VSC, mientras que la extracción de la parte fundamental de la fase 'a' por filtro digital adaptativo se presenta en la Figura 2(b). Los voltajes de carga de fase se calculan a partir de los voltajes de carga de línea detectados de (vLab, vLbc) como [6], v L a v L b v L c = 1 3 2 1 0 − 1 1 0 − 1 − 2 0 v L a b v L b c 0 . (1)La generación de voltajes de carga de referencia se describe a continuación: v L a ∗ = V p m sin ω t , v L b ∗ = V p m sin ω t − 2 π 3 , v L c ∗ = V p m sin ω t + 2 π 3 , (2)donde Vpm es la amplitud de referencia del voltaje máximo y ω es la frecuencia. vLa, vLb, vLc, es decir, los voltajes de carga detectados se comparan con los voltajes de carga de referencia y los errores de resultados. v L a e ( p ) = v L a ∗ -v L a, v L b e ( p ) = v L b ∗ -v L b , v L c e ( p ) = v L c ∗ -v L c. (3)Los controladores resonantes proporcionales (PR) digitales no ideales se alimentan con estos errores y se producen corrientes de carga de referencia. Los controladores PR digitales no ideales minimizan el error de estado estacionario en las tensiones de carga de referencia y detectadas (cantidades de CA) [15], [16]. FIGURA 2Abrir en el visor de la figuraControlador PowerPoint para convertidor de fuente de voltaje. (a) Algoritmo de control para VSC; (b) extracción de la parte fundamental de la fase 'a' por el filtro adaptativo TLa(z), TLb (z) TLc (z), que son funciones de transferencia para controladores PR discretos no ideales de las fases 'a', 'b' y 'c', respectivamente, se calculan como [15], [16], T L a ( z ) = i L a ∗ v L a e = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (4) T L b ( z ) = i L b ∗ v L b e = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (5) T L c ( z ) = i L c ∗ v L c e = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 . (6) Las funciones de transferencia de los controladores PR no ideales se modifican como, i L a ∗ = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L a e , (7) i L b ∗ = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L b e , (8) i L c ∗ = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L c e , (9) k p L a e = k p L b e = k p L c e = k p p r , (10) k i L a e = k i L b e = k i L c e = k i p r , (11)donde kppr y kipr son ganancias proporcionales e integrales para el controlador PR, en consecuencia. ωc es el ancho de banda alrededor de ω. El filtro digital se utiliza para calcular el constituyente fundamental de la corriente de carga de la fase 'a' (ifLa), como se muestra en la Figura 2(b). El filtro de función de transferencia general (T(z)) se describe como [24], i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + i L 4 ( p ) , T 1 ( z ) = i L 4 ( p ) i L a ( p ) , (12) i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + T 1 ( z ) ∗ i L a ( p ) , (13) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ 1 + − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 − η 1 1 − η 1 − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 = η 4 1 + ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) − η 1 ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) − η 1 ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) , (14) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 , (15) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 i L a ( p ) . (16) De manera similar, se calculan los constituyentes fundamentales de las corrientes de carga de las fases 'b', 'c' (ifLb e ifLc). Los constituyentes de corriente fundamentales de (ifLa, ifLb, ifLc) de las corrientes de carga detectadas (iLa, iLb, iLc), se adquieren utilizando una función de transferencia de filtro digital adaptativo [25], de modo que se mejora el perfil de tensión de carga. Las corrientes de referencia (i*La, i*Lb, i*Lc) en comparación con ifLa, ifLb, ifLc resultan en errores de corriente, i e r L a = i L a ∗ − i f L a, i e r L b = i L b ∗ − i f L b , i e r L c = i L c ∗ − i f L c. (17)Estos errores se dan al controlador de histéresis para cambiar los pulsos de VSC en el control de voltaje. 3.2 Control del convertidor bidireccional CC-CC El voltaje de enlace de CC y el control de corriente de BES están regulados por el convertidor bidireccional como se muestra en la Figura 3. El convertidor tiene dos interruptores S7 y S8, donde S7 opera en modo Buck durante el proceso de carga de la batería, mientras que el modo Boost se implementa con S8 en modo de descarga. La corriente para el BES es positiva durante la descarga y negativa durante la carga. V*dc se obtiene utilizando el método P & O para el seguimiento MPP de la matriz PV se compara con el voltaje DC detectado (Vdc) y esta comparación da como resultado una señal de error, que se establece como entrada para el regulador proporcional e integral (PIa). V d c e ( p ) = V d c ∗ ( p ) − V d c ( p ) . (18)La salida del regulador PIa actúa como corriente de referencia de la batería. I b a t ∗ ( p + 1 ) = I b a t ∗ ( p ) + k p d c V d c e ( p + 1 ) + k i d c { V d c e ( p + 1 ) − V d c e ( p ) } , (19)donde, kpdc y kidc son ganancias para PIa, correspondientemente. FIGURA 3Abrir en el visor de figurasControlador del convertidor CC-CC bidireccional de PowerPoint La resta de la corriente BES detectada (Ibat) con I*Bat, da como resultado un error, que se suministra a PIb y se calcula como, I b a t e ( p ) = I b a t ∗ ( p ) − I b a t ( p ) . (20)El Ibate se establece como entrada del regulador PIb, mientras que su salida se calcula como, I e r ∗ ( p + 1 ) = I e r ∗ ( p ) + k p b a t I b a t e ( p + 1 ) + k i b a t { I b a t e ( p + 1 ) − I b a t e ( p ) } , (21)donde kpbat y kibat son ganancias para las partes proporcionales e integrales de PIb, correspondientemente. El ciclo de trabajo, es decir, I*er, se suministra al modulador de ancho de pulso para la formación de lógicas de conmutación para el convertidor bidireccional. 4 RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES La configuración de la simulación del sistema se muestra en la Figura 4. La biblioteca MATLAB / Simulink se utiliza para el modelado del sistema de almacenamiento de energía de la batería solar fotovoltaica integrada. Un filtro de ondulación es realizado por la rama de la serie R-C. La carga no lineal se realiza a través de un rectificador de puente de diodos trifásico en la combinación paralela con una rama de la serie R L. La batería está disponible en la biblioteca MATLAB/Simulink, que se utiliza para la gestión de la carga. Los parámetros del sistema para el prototipo se especifican en la Tabla A.1 que figura en el Apéndice. FIGURA 4Abrir en el visor de figurasPowerPoint Configuración de simulación del sistema 4.1 Señales internas del filtro digital adaptativo para la extracción de componentes fundamentales a partir de la corriente de carga y su comparación con el control SOGI convencional Las señales internas del filtro digital para obtener el componente de corriente fundamental se representan en la Figura 5(a), lo que mejora el perfil de tensión en el lado de la carga y el rendimiento del sistema. No se observa ningún cambio de fase entre iLa e ifLa. La Figura 5(b) presenta el gráfico de Bode del filtro digital y se observa a partir del gráfico de magnitud que esta técnica de control proporciona en ejes de dB cero y desplazamiento de fase cero a frecuencia fundamental. Por lo tanto, ifLa está en fase con iLa. En comparación con el control convencional, como el control de integrador generalizado de segundo orden (SOGI), esta técnica de control es mejor en la capacidad de rechazo de armónicos. Por lo tanto, el perfil de voltaje PCC se encuentra mejor con el controlador digital adaptativo en comparación con el control SOGI. La comparación del filtro digital con un controlador convencional, es decir, el algoritmo de integrador generalizado de segundo orden (SOGI) bajo desconexión y conexión de carga de fase 'a' se muestra en la Figura 5(c), que muestra que el control de filtro digital tiene una respuesta dinámica más rápida en comparación con el control SOGI convencional. Los efectos de eliminación de carga en ifLa muestran que el enfoque de control del filtro digital converge rápidamente, es decir, llega a cero en un ciclo en comparación con el control SOGI. Por lo tanto, el control basado en filtro digital tiene un mejor rendimiento en comparación con el controlador convencional existente, es decir, SOGI. FIGURA 5Abrir en el visor de la figuraPowerPoint Señales internas del filtro digital adaptativo y la gráfica de Bode. (a) Señales internas del filtro para la extracción de ifLa de iLa; (b) Comparación de la gráfica de Bode del filtro digital con el control SOGI; (c) comparación de la extracción para el constituyente fundamental del control digital adaptativo con el control SOGI 4.2 Respuesta para el sistema en la variación de carga La Figura 6 presenta la respuesta del sistema en la perturbación de carga. A t = 2,1 s, a medida que aumenta la carga, se reduce la magnitud de la corriente de carga BES, por lo que BES satisface la demanda de carga. La corriente de carga BES aumenta de nuevo, cuando la demanda de carga disminuye en t = 2,2 s. Los voltajes de fase de carga sinusoidal (vLabc) se mantienen bien en la variación de carga. No hay cambios en la energía solar fotovoltaica en la variación de carga, por lo tanto, la corriente fotovoltaica permanece constante. Sin embargo, a una carga variable, la tensión de enlace de CC se mantiene en el valor MPPT. FIGURA 6ABRIR en el visor de la figuraPowerPoint Rendimiento del sistema para la alteración de la carga 4.3 Respuesta para el sistema independiente en el cambio de irradiancia solar La Figura 7 representa la respuesta del sistema en el cambio de insolación solar. La insolación solar disminuye a t = 1,3 s, por lo que debido a una disminución de la energía solar, la corriente fotovoltaica también disminuye. Por lo tanto, la corriente de carga BES se reduce y la demanda de carga permanece constante y es realizada por el BES. Sin embargo, en la alteración de la irradiancia solar, no se observa variación en el voltaje de enlace de CC y los voltajes de carga vLabc, lo que muestra que el perfil de voltaje de PCC está bien mantenido. FIGURA 7Abrir en el visor de la figuraRespuesta de PowerPoint del controlador independiente sobre la alteración de la insolación solar 4.4 Operación VSC para el sistema solar PV-BES sobre la no accesibilidad de la energía solar El comportamiento del sistema solar PV-BES, cuando la insolación solar se reduce a cero en t = 1.5s, se presenta en la Figura 8. La corriente BES es positiva, lo que muestra que BES llega al modo de descarga, por lo que proporciona energía a la carga. Sin disponibilidad de energía solar, es decir, durante la noche, el IPV correspondiente se ha reducido a cero. Sin embargo, durante esta variación, no se observan cambios en las tensiones de carga y la tensión de enlace de CC. Así, la demanda de carga se mantiene durante la noche. FIGURA 8ABRIR en el visor de la figuraRespuesta de PowerPoint del controlador independiente sobre la no accesibilidad de la insolación solar 4.5 Respuesta del controlador en la desconexión de la carga El comportamiento del sistema solar PV-BES en la desconexión de la carga se muestra en la Figura 9. La corriente de carga BES aumenta bajo desconexión de carga a t = 1,8 s. Como no hay variación en la energía solar, por lo tanto, la energía fotovoltaica y la corriente fotovoltaica son constantes. La tensión de enlace de CC se regula al valor MPPT. Las tensiones de carga son sinusoidales y equilibradas al retirar la carga. Por lo tanto, el sistema tiene un rendimiento satisfactorio en la desconexión de la carga. FIGURA 9Abrir en el visor de la figuraRespuesta de PowerPoint del sistema autónomo PV-BES en la desconexión de carga 4.6 Comparación de la técnica de control basada en el filtro digital adaptativo y el controlador PR con el control convencional basado en el controlador PI y sin filtro digital Los espectros armónicos de la tensión de carga sin filtro digital adaptativo y con el controlador PI convencional se muestran en la Figura 10(a), mientras que vLab con filtro digital adaptativo y controlador PR no ideal se demuestra en la Figura 10(b) para la corriente de carga no lineal como se muestra en la Figura 10(c). La Figura 10(a) demuestra que en el enfoque de control de voltaje, cuando la corriente de carga detectada se resta de la corriente de carga de referencia, el ThD del voltaje de PCC es 3.94%. Sin embargo, el voltaje PCC ThD se reduce a 1.87% como se muestra en la Figura 10(b), cuando una parte fundamental de la corriente de carga no lineal obtenida a través del filtro digital adaptativo se compara con la corriente de carga de referencia. Por lo tanto, los armónicos en los voltajes PCC están dentro de los límites prescritos y según el estándar IEEE-519. La corriente de carga no lineal tiene una ThD de 27.54% como se muestra en la Figura 10(c). La Figura 11(a) muestra el error de estado estacionario entre vLa, v*La no es cero con un controlador PI convencional, mientras que la Figura 11(b) muestra que el error de estado estacionario es cero utilizando el controlador PR no ideal. La Figura 11(c) muestra el gráfico de Bode del controlador convencional y el controlador PR digital no ideal. El rendimiento del controlador PI convencional es bueno para las cantidades de CC en comparación con las cantidades de CA. Este controlador PR no ideal tiene una ganancia finita en la frecuencia fundamental, por lo tanto, elimina el error de estado estacionario entre dos cantidades de CA. En la Tabla 1 se representa un filtro digital adaptativo con la comparación del controlador PR digital no ideal con otras técnicas de control convencionales. FIGURA 10Abrir en el visor de figurasAnálisis de armónicos de PowerPoint. (a) vLab sin técnica de filtro digital y con controlador PI convencional; (b) vLab con técnica de filtro digital y controlador PR no ideal; (c) iLa, FIGURA 11 de corriente de carga no linealAbrir en el visor de figurasComparación de PowerPoint del controlador PI convencional con controlador PR no ideal; (a) vLa, v*La sin técnica de filtro digital y con controlador PI convencional; (b) vLa, v*La con técnica de filtro digital y controlador PR no ideal; (c) Diagrama de código del controlador PI convencional con controlador PR no ideal digital TABLA 1. Filtro digital adaptativo con controlador PR no ideal Comparación del controlador PR no ideal con otras técnicas de control convencionales Parámetro Control digital adaptativo con controlador PR no ideal Control SOGI convencional con controlador PR no ideal Sin control digital adaptativo con controlador PI convencional Rendimiento del controlador bajo eliminación de carga El componente de corriente de carga fundamental llega a cero dentro de un ciclo El componente de corriente de carga fundamental llega a cero en 5 ciclos Sin extracción del componente de la parte fundamental Voltaje PCC ThD Bajo Medio Carga de cálculo Menos Alto Menos Respuesta dinámica Rápido Lento Error de estado estacionario Cero Cero No es cero 5 RESULTADOS EXPERIMENTALES Para validar la viabilidad del sistema, se utiliza un prototipo desarrollado como se muestra en la Figura 12(a), para realizar las pruebas. FIGURA 12Abrir en el visor de figurasDiagrama de bloques de PowerPoint de la conexión de hardware y la configuración experimental. (a) Diagrama de bloques de la conexión de hardware; (b) configuración experimental El simulador solar se utiliza para obtener la energía fotovoltaica. El control del sistema se implementa mediante un OPAL-RT (OP4510). Los optoacopladores dan el aislamiento óptico entre el circuito de potencia y los pulsos obtenidos de la salida del circuito de potencia y los pulsos obtenidos de la salida de OPAL-RT. Los sensores de corriente y tensión basados en el efecto Hall, es decir, LA-55P y LV-25 se utilizan para percibir las señales vLab, vLbc, iLa, iLb, Vdc, Ibat e Ipv. El osciloscopio de almacenamiento digital y el analizador de potencia se utilizan para obtener los resultados experimentales del sistema operativo para el estado estacionario, así como para varios escenarios dinámicos. La Figura 12(b) muestra el diagrama de bloques de la conexión de hardware del prototipo desarrollado. Los componentes de la conexión de hardware comprenden un simulador de matriz solar fotovoltaica, un convertidor bidireccional, un VSC de tres patas, inductores de interfaz, un filtro de ondulación y una carga no lineal. Las señales detectadas a través de los sensores de efecto Hall se envían a OP4510 a través de convertidores analógico a digital (ADC). La salida de ADC son las señales dadas al algoritmo de control, que se carga en la matriz de puertas programables en campo (FPGA). Por lo tanto, los pulsos de conmutación generados para el convertidor bidireccional y VSC se proporcionan a los optoacopladores a través de entradas y salidas digitales DIO. Los parámetros del sistema para el prototipo se especifican en la Tabla A.1 del Apéndice. 5.1 Respuesta de estado estacionario para el control basado en el filtro digital adaptativo y el controlador PR no ideal y su comparación con el control PI convencional Las formas de onda de vLab, vLbc vLa, v* La, vLb, v*Lb, vLc, v*Lc iLa, iLb, iLc y Vdc se representan en las Figuras 13(a)–(c). Vdc se mantiene en el valor de seguimiento de MPP. Las Figuras 14(a)–(d) demuestran la respuesta del sistema en el escenario de estado estacionario con el controlador PR digital no ideal. Las Figuras 14(a) y (b) presentan la potencia de la potencia de carga de VSC e iLc. Las Figuras 14(c) y (d) presentan la corriente VSC de la fase 'c', es decir, ivscc. Las Figuras 15(a)–(c) muestran la respuesta del sistema con un controlador PR digital no ideal. IET Renewable Power GenerationVolume 15, Issue 5 p. 1030-1045 ORIGINAL RESEARCH PAPEROpen Access Control of solar PV-integrated battery energy storage system for rural area application Shubhra Chauhan, Corresponding Author Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, India Correspondence Shubhra Chauhan, Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi 110016, India. Email: shubhra72@gmail.comSearch for more papers by this authorBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndiaSearch for more papers by this author Shubhra Chauhan, Corresponding Author Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, India Correspondence Shubhra Chauhan, Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi 110016, India. Email: shubhra72@gmail.comSearch for more papers by this authorBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndiaSearch for more papers by this author First published: 20 January 2021 https://doi.org/10.1049/rpg2.12086Citations: 1AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract The inaccessibility of a utility grid is the challenge for rural and remote areas. This work presents the application of solar photovoltaic (PV) integrated battery energy storage (BES) for rural area electrification. The addition of a BES at DC link, is realised by means of a DC–DC bidirectional converter. The BES is discharged/charged in accordance with the solar PV generation and load variations. This converter control also maintains the voltage for the maximum power point tracking (MPPT) with perturb and observe (P & O) control at the DC link. The voltage source converter (VSC) works by means of voltage control algorithm in a solar PV-BES system. The system manages the power for the load network with frequency and voltage regulation by the non-ideal discrete proportional and resonant controller (PR). The fundamental component from the load current, is acquired using an adaptive digital filter, which improves the power quality. The utilization of buck-boost converter with an optimum BES rating as related to the system, when it is linked directly at the VSC DC link. The system's operations at steady state and dynamic circumstances i.e. solar insolation change and load variation, load disconnection, are authenticated with test results on a developed prototype. 1 INTRODUCTION The global energy crises issue has led to the incredible technical development in the field of renewable energy resources (RESs) and revolutionised the power field for industrial applications. Due to enhanced use of this energy, annual saving for the users, is consistently increasing thereby saving precious foreign exchange for the nation. Due to reduced CO2 emission, major support is provided to deteriorating environmental conditions. These sources provide clean energy, reduce greenhouse gas emission drastically. The solar power is one of the most effective sources among other RESs due to various reasons like sustainability, economical, pollution free and easy to install. The microgrid is integrated by means of a battery energy storage (BES) and has gained popularity because it stores the energy at off-peak periods and provides the energy during the peak load demand [1]. The main cause of unreachability of electrical power supply system in remote villages is the low voltage and intermittent nature of electrical power supply coming from the available utility grid. The main reason of these circumstances is the misalliance of demand and supply in the distribution network. The off-grid solar PV-battery system is a best solution for the reliable and affordable source of electrical energy than convention sources [2]. The microgrid operates in a grid integrated mode or in autonomous mode. It is separated from the utility grid under the abnormal conditions like, grid outage and works in autonomous mode. The energy storage is desirable for the compensation of intermittency problem of RESs and makes the reliable operation of the system. The incorporation of solar photovoltaic (PV) based microgrid to the utility grid and energy management, are given in [3]. The maximum power point tracking (MPPT) schemes are developed and implemented due to the sporadic problem of the PV array. The essential part of the PV system is the tracking of the maximum power point of a PV array, and various MPP tracking techniques for the generation of solar power, are elaborated in [4], [5]. To maintain the power quality (PQ) level in the distribution network, is a difficult task because of an increase in power converters in residential, industrial and commercial premises. The PQ concerns and their mitigation approaches with numerous current control algorithms are reported in [6]. The PQ issues in realising for smart distribution grid and the description of technologies like demand side management, microgrid, feeder reconfiguration, advanced voltage control methods, are described in [7]. The battery selection is of higher rating, when its connection at the DC link is direct; however, in this system, the low rating battery is incorporated by the DC–DC bidirectional converter, which increases the battery life by eliminating the battery current's second harmonic current. The battery discharging and charging are influenced by the system's load demand. The microgrid with RESs and energy storage, is developed and elaborated in [8], [9]. The RESs, BES and loads are necessary for the reliable performance of autonomous system. The BES smoothens the variable nature of RESs [10]. The voltage boosting and DC–AC conversion is implemented with novel boost inverter made by utilising the DC–DC buck-boost converter and DC–AC inverter [11]. Due to the variable nature of RESs, the BES acts as a critical element in an islanded microgrid and regulates the voltage and frequency. It also maintains the generation and balances in loads, thus improves the reliability of the system. Various control methods for power management of PV-BES islanded microgrid are reported in [12-14]. The proportional and resonant (PR) regulator eliminates the shortcomings of proportional and integrator (PI) controller, that is, steady-state error between AC quantities, which improves converter's tracking performance. Performance of PR control depends on the accuracy of the resonant frequency. The PR controller with discretisation method is reported in [15], [16]. The application of stationary frame linear PI controllers has the main drawback of steady-state error for the regulation of AC quantities, whereas the PR controller is the attractive solution to eliminate the error [17]. The proliferation of nonlinear loads connected at consumer's end, has introduced PQ issues and has hindered the performance of existing distribution network as in terms of poor power factor and generation of harmonics in utility grid voltage and current, which do not follow the IEEE-519 standard [18]. The accurate computation of harmonics and sequence components is necessary to observe the three phase system performance. The main drawback of LMS technique is that the convergence rate depends upon the constant step size and is associated with the current weight value. The least mean square (LMS) algorithm is simple technique to find parameters for PQ event and not much effective for short time and time varying disturbances as it has low signal to noise ratio, whereas least mean forth method is better than LMS for PQ issues but its computational complexity is more, which results in poor steady-state response. The volterra LMS/forth filter is used to find sequence components, decaying DC and harmonics [19]. The coordinated control for RESs with BES in an islanded microgrid, is demonstrated in [20]. The active in power control of hybrid microgrid in remote islands and the analysis and implementation of voltage and frequency control methods in autonomous mode for hybrid microgrid with variability imposed by RESs, are given in [21], [22]. For the enhancement in PQ and the distribution network reliability, the microgrid must be realised in the grid integrated as well as in off-grid mode. The control technique for an inverter interfaced distribution generator for voltage and frequency variations, are shown in [23]. In this work, an adaptive digital filter is used to obtain the fundamental component of the load current, which is easy to implement as compared to the analog filters and results in sinusoidal point of common coupling (PCC) voltage at nonlinear loads. The adjustable coefficients contribute for better steady-state and dynamic performance and, are detailed in [24]. The application of automatic parameter extraction method for dynamic battery model in off-grid solar PV system, is detailed in [25]. Due to continual demand on load side, the battery is used in the system. The power management approaches for the RESs with the BES, for the operation of system in the grid integrated mode as well as for an autonomous mode, are detailed in [26], [27]. The solar PV integrated BES system's basic features are elaborated as follows. A single stage structure of system for rural area is realised for the utilisation of peak solar power through a PV array by a simplified perturb and observe (P & O) MPP tracking approach, which is simple and easy to implement [4], whereas in a double stage structure supplementary boost converter is integrated in the system, which increases the losses and the cost of overall system. Hence, this topology is economical and efficient. The battery in conjunction with a bidirectional converter makes the charging and discharging process of BES under the off-peak and peak demand of load, respectively. The non-ideal PR controller with high tracking proficiency reduces steady-state errors between reference load voltages and sensed load voltages. The regulation of frequency and voltage, is achieved by the voltage control technique in autonomous mode. The dynamic response of digital filter is adaptable and load voltage total harmonic distortion (THD) is in prescribed limits [18]. At night or non-accessibility of solar energy, the battery manages the load demand. 2 SYSTEM CONFIGURATION The schematic connection for a solar photovoltaic battery based autonomous system is represented in Figure 1. The system comprises of a PV array connected directly at the DC link, wherein the VSC is also integrated. The P & O approach is used to acquire the maximum PV array power, which utilises inputs as, the PV current (Ipv) and voltage (Vpv). A battery is supplemented through a bidirectional DC–DC converter to the DC link, which manages the load levelling. The voltage across the DC link is maintained using this converter. The three phase nonlinear load encompasses, three phase diode bridge rectifier, connected in parallel arrangement with the series load consisting with inductance (L) and resistance (R). Terminals of VSC are interconnected through the interfacing inductors (Lf) across PCC, wherein, ripple filter (Rf, Cf), and load are connected. FIGURE 1Open in figure viewerPowerPoint System configuration/schematic connection 3 CONTROL APPROACH The control approach of system consists of control for VSC voltage in autonomous mode and control for buck- boost converter. 3.1 Solar PV integrated BES system control The control technique for solar PV integrated BES system for electrification of islanded remote area shown in Figure 2(a), is presented for the switching pulses generation for VSC, whereas the fundamental part extraction of 'a' phase by adaptive digital filter is presented in Figure 2(b). The phase load voltages are computed from sensed line load voltages of (vLab, vLbc) as [6], v L a v L b v L c = 1 3 2 1 0 − 1 1 0 − 1 − 2 0 v L a b v L b c 0 . (1)The generation of reference load voltages are described as follows. v L a ∗ = V p m sin ω t , v L b ∗ = V p m sin ω t − 2 π 3 , v L c ∗ = V p m sin ω t + 2 π 3 , (2)where Vpm is the reference amplitude of peak voltage and ω is frequency. vLa, vLb, vLc, that is, sensed load voltages are compared with reference load voltages and results errors. v L a e ( p ) = v L a ∗ − v L a , v L b e ( p ) = v L b ∗ − v L b , v L c e ( p ) = v L c ∗ − v L c . (3)The digital non-ideal proportional resonant controllers (PR) are fed with these errors and reference load currents are produced. The digital non-ideal PR controllers minimise the steady-state error in reference and sensed load voltages (AC quantities) [15], [16]. FIGURE 2Open in figure viewerPowerPoint Controller for voltage source converter. (a) Control algorithm for VSC; (b) fundamental part extraction of 'a' phase by adaptive filter TLa(z), TLb(z) TLc(z), which are transfer functions for non-ideal discrete PR controllers of phases 'a', 'b' and 'c', respectively, are computed as [15], [16], T L a ( z ) = i L a ∗ v L a e = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (4) T L b ( z ) = i L b ∗ v L b e = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (5) T L c ( z ) = i L c ∗ v L c e = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 . (6)Transfer functions of non-ideal PR controllers are modified as, i L a ∗ = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L a e , (7) i L b ∗ = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L b e , (8) i L c ∗ = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L c e , (9) k p L a e = k p L b e = k p L c e = k p p r , (10) k i L a e = k i L b e = k i L c e = k i p r , (11)where kppr and kipr are proportional and integral gains for PR controller, correspondingly. ωc is the bandwidth around ω. The digital filter is used to calculate fundamental constituent of load current of phase 'a' (ifLa), as depicted in Figure 2(b). The overall transfer function filter (T(z)) is described as [24], i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + i L 4 ( p ) , T 1 ( z ) = i L 4 ( p ) i L a ( p ) , (12) i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + T 1 ( z ) ∗ i L a ( p ) , (13) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ 1 + − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 − η 1 1 − η 1 − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 = η 4 1 + ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) − η 1 ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) − η 1 ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) , (14) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 , (15) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 i L a ( p ) . (16) Similarly fundamental constituents of phases 'b', 'c' load currents (ifLb and ifLc) are calculated. The fundamental current constituents from (ifLa, ifLb, ifLc) from sensed load currents (iLa, iLb, iLc), are acquired using an adaptive digital filter transfer function [25], so that load voltage profile is improved. The reference currents (i*La, i*Lb, i*Lc) in comparison from ifLa, ifLb, ifLc result in current errors, i e r L a = i L a ∗ − i f L a , i e r L b = i L b ∗ − i f L b , i e r L c = i L c ∗ − i f L c . (17)These errors are given to hysteresis controller for switching pulses of VSC in voltage control. 3.2 DC–DC bidirectional converter control The DC link voltage and current control of BES are regulated by the bidirectional converter as depicted in Figure 3. The converter has two switches S7 and S8, where S7 operates in buck mode during the battery charging process, while the boost mode is implemented with S8 in discharging mode. The current for the BES is positive while discharging and negative while the charging. V*dc is obtained using P & O method for MPP tracking of the PV array is compared with sensed DC voltage (Vdc) and this comparison results in an error signal, which is set as input for to the proportional and integral (PIa) regulator. V d c e ( p ) = V d c ∗ ( p ) − V d c ( p ) . (18)The PIa regulator's output acts as battery reference current. I b a t ∗ ( p + 1 ) = I b a t ∗ ( p ) + k p d c V d c e ( p + 1 ) + k i d c { V d c e ( p + 1 ) − V d c e ( p ) } , (19)where, kpdc and kidc are gains for PIa, correspondingly. FIGURE 3Open in figure viewerPowerPoint Bidirectional DC–DC converter controller The subtraction of sensed BES current (Ibat) with I*bat, results in an error, which is supplied to PIb and is calculated as, I b a t e ( p ) = I b a t ∗ ( p ) − I b a t ( p ) . (20)The Ibate is set as PIb regulator's input, whereas its output is calculated as, I e r ∗ ( p + 1 ) = I e r ∗ ( p ) + k p b a t I b a t e ( p + 1 ) + k i b a t { I b a t e ( p + 1 ) − I b a t e ( p ) } , (21)where kpbat and kibat are gains for the proportional and integral parts of PIb, correspondingly. The duty cycle, that is, I*er, is supplied to pulse width modulator for formation of switching logics for bidirectional converter. 4 SIMULATIONS RESULTS The simulation setup of the system is shown in Figure 4. The MATLAB / Simulink library is utilised for the modelling of solar PV-integrated battery energy storage system. A ripple filter is realised by R-C series branch. The nonlinear load is realised via a three-phase diode bridge rectifier in the parallel combination with a series R L series branch. The battery is available in MATLAB/Simulink library, which is used for load management. The system's parameters for prototype, are specified in Table A.1 given in Appendix. FIGURE 4Open in figure viewerPowerPoint Simulation setup of the system 4.1 Internal signals of adaptive digital filter for fundamental component extraction from load current and its comparison with conventional SOGI control The internal signals of digital filter to obtain fundamental current component are represented in Figure 5(a), which improves the voltage profile at load side and the performance of system. There is no phase shift observed in between iLa and ifLa. Figure 5(b) presents the Bode plot of digital filter and it is observed from the magnitude plot that this control technique furnishes at zero db axes and zero phase shift at fundamental frequency. Therefore, ifLa is in-phase with iLa. In comparison to conventional control, like second order generalised integrator (SOGI) control, this control technique is better in harmonics rejection capability. Thus, PCC voltage profile is found better with adaptive digital controller as compared to SOGI control. The comparison of digital filter with a conventional controller, that is, second order generalised integrator (SOGI) algorithm under disconnection and connection of phase 'a' load is shown in Figure 5(c), which shows that the digital filter control has faster dynamic response as compared to the conventional SOGI control. The load removal effects on ifLa shows that digital filter's control approach converges fast, that is, reaches zero in a cycle as compared to SOGI control. Thus the digital filter based control has better performance as compared to the existing conventional controller, that is, SOGI. FIGURE 5Open in figure viewerPowerPoint Internal signals of adaptive digital filter and Bode plot. (a) Internal signals of filter for extraction of ifLa from iLa; (b) Comparison of Bode plot of digital filter with SOGI control; (c) comparison of extraction for the fundamental constituent of adaptive digital control with SOGI control 4.2 Response for system at load variation Figure 6 presents the response of system at load perturbation. At t = 2.1s, as the load increases, the magnitude of BES charging current is reduced, thus the load demand is met by BES. The BES charging current increases again, when the load demand is decreased at t = 2.2s. The sinusoidal load phase voltages (vLabc) are well maintained at load variation. There is no change in solar PV power at load variation, therefore, the PV current remains constant. However, at varying load, DC link voltage is maintained to MPPT value. FIGURE 6Open in figure viewerPowerPoint Performance of system for alteration on load 4.3 Response for standalone system at solar irradiance change Figure 7 depicts the response of system at solar insolation change. The solar insolation is decreased at t = 1.3s, so due to a decrease in the solar power, the PV current is also decreased. Thus, the BES charging current is reduced and load demand remains constant and is accomplished by the BES. However, at solar irradiance alteration, no variation is observed in the DC link voltage and load voltages vLabc, which shows that PCC voltage profile is well maintained. FIGURE 7Open in figure viewerPowerPoint Response of standalone controller on alteration of solar insolation 4.4 VSC operation for solar PV-BES system on non-accessibility of solar power The behaviour of solar PV-BES system, when solar insolation is reduced to zero at t = 1.5s, is presented in Figure 8. The BES current is positive, which shows that BES comes to the discharging mode, thus it provides power to the load. At no solar power availability, that is, during night, corresponding Ipv has reduced to zero. However, during this variation, no changes are observed in the load voltages and the DC link voltage. Thus, the load demand is maintained during night. FIGURE 8Open in figure viewerPowerPoint Response of standalone controller on non-accessibility of solar insolation 4.5 Response of controller on load disconnection The behaviour of the solar PV-BES system at load disconnection is shown in Figure 9. The BES charging current is increased under load disconnection at t = 1.8s. As no variation in sola r power, therefore, the PV power and PV current are constant. The DC link voltage is regulated to the MPPT value. The load voltages are sinusoidal and balanced at the load removal. Hence, the system has satisfactory performance at load disconnection. FIGURE 9Open in figure viewerPowerPoint Response of autonomous PV-BES system on load disconnection 4.6 Comparison of control technique based on adaptive digital filter and PR controller with conventional control based on PI controller and without digital filter The harmonic spectra of load voltage without adaptive digital filter and with conventional PI controller are shown in Figure 10(a), whereas vLab with adaptive digital filter and non-ideal PR controller is demonstrated in Figure 10(b) for the nonlinear load current as depicted in Figure 10(c). Figure 10(a) demonstrates that in the voltage control approach, when the sensed load current is subtracted from the reference load current, the THD of PCC voltage is 3.94 %. However, PCC voltage THD is reduced to 1.87% as shown in Figure 10(b), when a fundamental part of nonlinear load current obtained through adaptive digital filter is compared with the reference load current Thus, harmonics in PCC voltages are within prescribed limits and per the standard IEEE-519. The nonlinear load current has THD of 27.54% as depicted in Figure 10(c). Figure 11(a) shows the steady-state error between vLa, v*La is not zero with a conventional PI controller, whereas Figure 11(b) depicts that the steady-state error is zero by utilising the non-ideal PR controller. Figure 11(c) shows the Bode plot of the conventional controller and digital non-ideal PR controller. The performance of conventional PI controller is good for DC quantities in comparison to AC quantities. This non-ideal PR controller has finite gain at fundamental frequency, hence it eliminates the steady-state error between two AC quantities. An adaptive digital filter with digital non-ideal PR controller's comparison with other conventional control techniques is depicted in Table 1. FIGURE 10Open in figure viewerPowerPoint Harmonic analysis. (a) vLab without digital filter technique and with conventional PI controller; (b) vLab with digital filter technique and non-ideal PR controller; (c) iLa, nonlinear load current FIGURE 11Open in figure viewerPowerPoint Comparison of conventional PI controller with non-ideal PR controller; (a) vLa, v*La without digital filter technique and with conventional PI controller; (b) vLa, v*La with digital filter technique and non-ideal PR controller; (c) Bode plot of conventional PI controller with digital non-ideal PR controller TABLE 1. Adaptive digital filter with non-ideal PR controller's comparison with other conventional control techniques Parameter Adaptive Digital Control with Non-Ideal PR Controller Conventional SOGI Control with Non-Ideal PR Controller Without Adaptive Digital Control with Conventional PI Controller Performance under load removal Fundamental load current component reaches zero within a cycle Fundamental load current component reaches to zero in 5 cycles No fundamental part component extraction PCC voltage THD Low Medium Medium Computation burden Less High Less Dynamic response Fast Slow Slow Steady-state error Zero Zero Is not zero 5 EXPERIMENTAL RESULTS To validate the practicability of system, a developed prototype as shown in Figure 12(a) is utilised, to perform the tests. FIGURE 12Open in figure viewerPowerPoint Block diagram of hardware connection and experimental setup. (a) Block diagram of hardware connection; (b) experimental setup The solar simulator is utilised to obtain the PV power. The control of system is implemented by an OPAL-RT (OP4510). The opto-couplers give the optical isolation between the power circuit and the pulses obtained from the output of power circuit and the pulses obtained from the output of OPAL-RT. The current and voltage sensors based on the Hall Effect, that is, LA-55P and LV-25 are utilised for perceiving the signals vLab, vLbc, iLa, iLb, Vdc, Ibat and Ipv. The digital storage oscilloscope and power analyser are used for obtaining the experimental results for the operation system for steady-state as well as various dynamic scenarios. Figure 12(b) demonstrates the block diagram of hardware connection of the developed prototype. The constituents of hardware connection comprise of solar PV array simulator, bidirectional converter, three leg VSC, interfacing inductors, ripple filter and nonlinear load. The sensed signals through Hall-Effect sensors are sent to OP4510 via analog to digital converters (ADCs).The output of ADC are the signals given to control algorithm, which is loaded in field programmable gate array (FPGA).Therefore, switching pulses generated for bidirectional converter and VSC are provided to optocouplers via digital inputs and outputs DIO. The system's parameters for prototype are specified in Table A.1 of Appendix. 5.1 Steady-state response for control based on adaptive digital filter and non-ideal PR controller and its comparison with conventional PI control The waveforms of vLab, vLbc vLa, v*La, vLb, v*Lb, vLc, v*Lc iLa, iLb, iLc and Vdc are represented in Figures 13(a)–(c). Vdc is maintained to MPP tracking value. Figures 14(a)–(d) demonstrate the system's response at steady-state scenario with the non-ideal digital PR controller. Figures 14(a) and (b) present power of the load power of VSC and iLc. Figures 14(c) and (d) present VSC current of phase 'c', that is, ivscc. Figures 15(a)–(c) show response of system with non-ideal digital PR controller. IET توليد الطاقة المتجددة المجلد 15، العدد 5 ص. 1030-1045 البحث الأصلي PAPEROpen التحكم في الوصول إلى نظام تخزين طاقة البطارية الشمسية المتكاملة الكهروضوئية لتطبيق المنطقة الريفية شوبرا شوهان، المؤلف المراسل شوبرا شوهان shubhra72@gmail.com قسم الهندسة الكهربائية، IIT دلهي، نيودلهي، الهند المراسلات شوبرا شوهان، قسم الهندسة الكهربائية، IIT دلهي، نيودلهي 110016، الهند. البريد الإلكتروني: shubhra72@gmail.com البحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف بهيم سينغ، قسم بهيم سينغ للهندسة الكهربائية، آي آي تي دلهي، نيودلهي، الهند البحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف شوبرا شوهان، المؤلف المراسل شوبرا شوهان shubhra72@gmail.com قسم الهندسة الكهربائية، آي آي آي تي دلهي، نيودلهي، الهند المراسلات شوبرا شوهان، قسم الهندسة الكهربائية، آي آي تي دلهي، نيودلهي 110016، الهند. البريد الإلكتروني: shubhra72@gmail.com البحث عن المزيد من الأوراق التي كتبها هذا المؤلف بهيم سينغ، بهيم سينغ قسم الهندسة الكهربائية، آي آي تي دلهي، نيودلهي، الهند البحث عن المزيد من الأوراق التي كتبها هذا المؤلف نشرت لأول مرة: 20 يناير 2021 https://doi.org/10.1049/rpg2.12086 الاقتباسات: 1 حول الأقسام أدوات بي دي إف طلب إذن تصدير الاقتباس أضف إلى المفضلة الاقتباس من المسار مشاركة مشاركة منح حق الوصول إلى النص الكامل مشاركة الوصول إلى النص الكامل يرجى مراجعة شروط وأحكام الاستخدام الخاصة بنا ومربع الاختيار أدناه لمشاركة نسخة النص الكامل من المقالة. لقد قرأت وقبلت شروط وأحكام الاستخدام الخاصة بمكتبة وايلي أونلاين استخدم الرابط أدناه لمشاركة نسخة النص الكامل من هذه المقالة مع أصدقائك وزملائك. اعرف المزيد. انسخ عنوان URL شارك رابطًاشارك على FacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract يمثل عدم إمكانية الوصول إلى شبكة المرافق تحديًا للمناطق الريفية والنائية. يعرض هذا العمل تطبيق تخزين طاقة البطارية الكهروضوئية المتكاملة (BES) لكهربة المناطق الريفية. تتحقق إضافة وصلة BES في DC عن طريق محول ثنائي الاتجاه DC - DC. يتم تفريغ/شحن BES وفقًا لتوليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية واختلافات الحمل. يحافظ التحكم في المحول هذا أيضًا على الجهد لأقصى تتبع لنقطة الطاقة (MPPT) مع التحكم في التشويش والمراقبة (P&O) عند وصلة التيار المستمر. يعمل محول مصدر الجهد عن طريق خوارزمية التحكم في الجهد في نظام PV - BES الشمسي. يدير النظام الطاقة لشبكة الحمل مع تنظيم التردد والجهد بواسطة جهاز التحكم التناسبي والرنين المنفصل غير المثالي. يتم الحصول على المكون الأساسي من تيار الحمل باستخدام مرشح رقمي تكيفي، مما يحسن جودة الطاقة. استخدام محول Buck - Boost مع تصنيف BES الأمثل فيما يتعلق بالنظام، عندما يتم ربطه مباشرة في وصلة VSC DC. تتم المصادقة على عمليات النظام في حالة ثابتة وظروف ديناميكية، أي تغيير التشمس الشمسي وتغير الحمل، وفصل الحمل، مع نتائج الاختبار على نموذج أولي مطور. 1 مقدمة أدت قضية أزمات الطاقة العالمية إلى التطور التقني المذهل في مجال موارد الطاقة المتجددة (RESs) وأحدثت ثورة في مجال الطاقة للتطبيقات الصناعية. بسبب الاستخدام المعزز لهذه الطاقة، يزداد الادخار السنوي للمستخدمين باستمرار وبالتالي توفير العملات الأجنبية الثمينة للأمة. بسبب انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يتم تقديم دعم كبير للظروف البيئية المتدهورة. توفر هذه المصادر الطاقة النظيفة، وتقلل من انبعاثات غازات الدفيئة بشكل كبير. تعد الطاقة الشمسية واحدة من أكثر المصادر فعالية من بين مصادر الطاقة المتجددة الأخرى لأسباب مختلفة مثل الاستدامة والاقتصاد وخالية من التلوث وسهلة التركيب. تم دمج الشبكة الدقيقة عن طريق تخزين طاقة البطارية (BES) واكتسبت شعبية لأنها تخزن الطاقة في فترات الذروة وتوفر الطاقة خلال ذروة الطلب على الحمل [1]. السبب الرئيسي لعدم إمكانية الوصول إلى نظام إمدادات الطاقة الكهربائية في القرى النائية هو الجهد المنخفض والطبيعة المتقطعة لإمدادات الطاقة الكهربائية القادمة من شبكة المرافق المتاحة. والسبب الرئيسي لهذه الظروف هو عدم توافق العرض والطلب في شبكة التوزيع. يعد نظام البطاريات الكهروضوئية الشمسية خارج الشبكة أفضل حل لمصدر الطاقة الكهربائية الموثوق به وبأسعار معقولة من مصادر الاتفاقية [2]. تعمل الشبكة الصغرى في وضع متكامل للشبكة أو في وضع مستقل. يتم فصله عن شبكة المرافق في ظل ظروف غير طبيعية مثل انقطاع الشبكة ويعمل في الوضع المستقل. يعد تخزين الطاقة مرغوبًا فيه لتعويض مشكلة الانقطاع في RESs ويجعل التشغيل الموثوق للنظام. يتم تضمين الشبكة الصغرى القائمة على الطاقة الشمسية الكهروضوئية في شبكة المرافق وإدارة الطاقة، في [3]. يتم تطوير وتنفيذ مخططات تتبع الحد الأقصى لنقاط الطاقة (MPPT) بسبب المشكلة المتفرقة للمصفوفة الكهروضوئية. الجزء الأساسي من النظام الكهروضوئي هو تتبع أقصى نقطة طاقة للمصفوفة الكهروضوئية، ويتم تفصيل تقنيات تتبع MPP المختلفة لتوليد الطاقة الشمسية في [4]، [5]. يعد الحفاظ على مستوى جودة الطاقة في شبكة التوزيع مهمة صعبة بسبب زيادة محولات الطاقة في المباني السكنية والصناعية والتجارية. تم الإبلاغ عن مخاوف PQ ونهج التخفيف الخاصة بها مع العديد من خوارزميات التحكم الحالية في [6]. تم وصف مشكلات PQ في تحقيق شبكة التوزيع الذكية ووصف التقنيات مثل إدارة جانب الطلب، والشبكة الصغيرة، وإعادة تكوين وحدة التغذية، وطرق التحكم المتقدمة في الجهد، في [7]. يكون اختيار البطارية ذو تصنيف أعلى، عندما يكون توصيلها في وصلة التيار المستمر مباشرًا ؛ ومع ذلك، في هذا النظام، يتم دمج البطارية ذات التصنيف المنخفض بواسطة محول التيار المستمر- التيار المستمر ثنائي الاتجاه، مما يزيد من عمر البطارية من خلال القضاء على التيار التوافقي الثاني للبطارية. يتأثر تفريغ البطارية وشحنها بطلب تحميل النظام. تم تطوير الشبكة الدقيقة مع RESs وتخزين الطاقة وتفصيلها في [8]، [9]. تعد أنظمة RES و BES والأحمال ضرورية للأداء الموثوق للنظام المستقل. تعمل BES على تنعيم الطبيعة المتغيرة لـ RESs [10]. يتم تنفيذ تعزيز الجهد وتحويل DC - AC مع عاكس تعزيز جديد مصنوع باستخدام محول DC - DC BUCK - BOOST ومحول DC - AC [11]. نظرًا للطبيعة المتغيرة لـ RESs، تعمل BES كعنصر حاسم في شبكة ميكروية جزرية وتنظم الجهد والتردد. كما أنه يحافظ على التوليد والتوازن في الأحمال، وبالتالي يحسن موثوقية النظام. تم الإبلاغ عن طرق تحكم مختلفة لإدارة الطاقة للشبكة الصغرى الجزرية PV - BES في [12-14]. يزيل منظم التناسب والرنين (PR) أوجه القصور في وحدة التحكم التناسبية والمتكاملة (PI)، أي خطأ الحالة الثابتة بين كميات التيار المتردد، مما يحسن أداء تتبع المحول. يعتمد أداء التحكم في العلاقات العامة على دقة التردد الرنان. تم الإبلاغ عن وحدة تحكم العلاقات العامة مع طريقة التقدير في [15]، [16]. إن تطبيق وحدات تحكم PI الخطية للإطار الثابت له العيب الرئيسي لخطأ الحالة الثابتة لتنظيم كميات التيار المتردد، في حين أن وحدة تحكم العلاقات العامة هي الحل الجذاب للقضاء على الخطأ [17]. أدى تكاثر الأحمال غير الخطية المتصلة في نهاية المستهلك إلى ظهور مشكلات PQ وعرقل أداء شبكة التوزيع الحالية من حيث ضعف عامل الطاقة وتوليد التوافقيات في جهد شبكة المرافق والتيار، والتي لا تتبع معيار IEEE -519 [18]. يعد الحساب الدقيق للتوافقيات ومكونات التسلسل ضروريًا لمراقبة أداء النظام ثلاثي الأطوار. العيب الرئيسي لتقنية نظام إدارة التعلم هو أن معدل التقارب يعتمد على حجم الخطوة الثابت ويرتبط بقيمة الوزن الحالية. خوارزمية أقل متوسط مربع (LMS) هي تقنية بسيطة للعثور على معلمات لحدث PQ وليست فعالة كثيرًا لاضطرابات متفاوتة في الوقت والوقت القصير لأنها تحتوي على نسبة إشارة إلى ضوضاء منخفضة، في حين أن الطريقة الأقل متوسطًا أفضل من LMS لمشكلات PQ ولكن تعقيدها الحسابي أكثر، مما يؤدي إلى ضعف استجابة الحالة المستقرة. يستخدم فلتر فولتيرا لنظام إدارة التعلم للعثور على مكونات التسلسل، وتحلل التيار المستمر والتوافقيات [19]. يظهر التحكم المنسق لـ RESs مع BES في شبكة صغيرة جزرية، في [20]. يتم إعطاء النشاط في التحكم في الطاقة للشبكة الصغيرة الهجينة في الجزر النائية وتحليل وتنفيذ طرق التحكم في الجهد والتردد في الوضع المستقل للشبكة الصغيرة الهجينة مع التباين الذي تفرضه RESs، في [21]، [22]. من أجل تعزيز موثوقية PQ وشبكة التوزيع، يجب تحقيق الشبكة الدقيقة في الشبكة المدمجة وكذلك في وضع خارج الشبكة. يتم عرض تقنية التحكم لمولد توزيع بيني عاكس لتغيرات الجهد والتردد، في [23]. في هذا العمل، يتم استخدام مرشح رقمي تكيفي للحصول على المكون الأساسي لتيار الحمل، وهو سهل التنفيذ مقارنة بالفلاتر التناظرية وينتج عنه نقطة جيبية لجهد الاقتران المشترك (PCC) عند الأحمال غير الخطية. تساهم المعاملات القابلة للتعديل في تحسين الحالة المستقرة والأداء الديناميكي، وهي مفصلة في [24]. تم تفصيل تطبيق طريقة استخراج المعلمات التلقائية لنموذج البطارية الديناميكية في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة، في [25]. نظرًا للطلب المستمر على جانب الحمل، يتم استخدام البطارية في النظام. تم تفصيل مناهج إدارة الطاقة لـ RESs مع BES، لتشغيل النظام في الوضع المتكامل للشبكة بالإضافة إلى الوضع المستقل، في [26]، [27]. يتم توضيح الميزات الأساسية لنظام BES المتكامل الكهروضوئي الشمسي على النحو التالي. يتم تحقيق هيكل أحادي المرحلة لنظام المناطق الريفية لاستخدام ذروة الطاقة الشمسية من خلال مصفوفة كهروضوئية من خلال نهج تتبع مبسط للاضطراب والمراقبة (P&O) MPP، وهو بسيط وسهل التنفيذ [4]، بينما في هيكل مزدوج المرحلة يتم دمج محول التعزيز التكميلي في النظام، مما يزيد من الخسائر وتكلفة النظام العام. وبالتالي، فإن هذه الطوبولوجيا اقتصادية وفعالة. تقوم البطارية جنبًا إلى جنب مع محول ثنائي الاتجاه بعملية الشحن والتفريغ لـ BES تحت طلب الحمل خارج أوقات الذروة والذروة، على التوالي. تقلل وحدة التحكم في العلاقات العامة غير المثالية ذات الكفاءة العالية في التتبع من أخطاء الحالة الثابتة بين جهد الحمل المرجعي وجهد الحمل المستشعر. يتم تنظيم التردد والجهد عن طريق تقنية التحكم في الجهد في الوضع المستقل. الاستجابة الديناميكية للمرشح الرقمي قابلة للتكيف ويكون التشوه التوافقي الكلي لجهد الحمل (THD) في الحدود المقررة [18]. في الليل أو عدم إمكانية الوصول إلى الطاقة الشمسية، تدير البطارية طلب الحمل. 2 تكوين النظام يتم تمثيل الاتصال التخطيطي لنظام مستقل قائم على البطارية الكهروضوئية الشمسية في الشكل 1. يتكون النظام من مصفوفة كهروضوئية متصلة مباشرة بوصلة التيار المستمر، حيث يتم دمج VSC أيضًا. يتم استخدام نهج P&O للحصول على الحد الأقصى من طاقة المصفوفة الكهروضوئية، والتي تستخدم المدخلات مثل التيار الكهروضوئي (IPV) والجهد (VPV). يتم استكمال البطارية من خلال محول DC - DC ثنائي الاتجاه إلى وصلة DC، والتي تدير تسوية الحمل. يتم الحفاظ على الجهد عبر وصلة التيار المستمر باستخدام هذا المحول. يشمل الحمل غير الخطي ثلاثي الطور، مقوم جسر الصمام الثنائي ثلاثي الطور، متصل بترتيب موازٍ مع الحمل المتسلسل الذي يتكون من الحث (L) والمقاومة (R). يتم توصيل أطراف VSC من خلال محاثات التوصيل (Lf) عبر PCC، حيث يتم توصيل مرشح التموج (RF، CF)، والحمل. الشكل 1 مفتوح في عارض الشكلتكوين نظام PowerPoint/طريقة التحكم في التوصيل التخطيطي 3 يتكون نهج التحكم في النظام من التحكم في جهد VSC في الوضع المستقل والتحكم في محول buck - boost. 3.1 التحكم في نظام BES المتكامل الكهروضوئي الشمسي يتم تقديم تقنية التحكم في نظام BES المتكامل الكهروضوئي الشمسي لكهربة المنطقة النائية الجزرية الموضحة في الشكل 2(أ)، لتوليد نبضات التحويل لـ VSC، في حين يتم عرض استخراج الجزء الأساسي من المرحلة "أ" بواسطة المرشح الرقمي التكيفي في الشكل 2(ب). يتم حساب فولتية حمل الطور من فولتية حمل الخط المستشعرة لـ (vLab، vLbc) كـ [6]، vLavLbvLc = 1 3 2 1 0 - 1 1 0 - -1 2 0 vLabvLbc 0 . (1) يوصف توليد جهد الحمل المرجعي على النحو التالي: vL a * = V p m sin ω t , vL b * = V p m sin ω t − 2 π 3 , vL c ∗ = V p m sin ω t + 2 π 3 , (2)حيث Vpm هو السعة المرجعية لجهد الذروة و ω هو التردد. vLa, vLb, vLc، أي تتم مقارنة فولتية الحمل المستشعرة مع فولتية الحمل المرجعي وأخطاء النتائج. vLa e ( p ) = vLa * − vLa, vLb e ( p ) = vLb * − vL lb, vLc e ( p ) = vL c * − vLc. (3)يتم تغذية وحدات التحكم الرنانة التناسبية الرقمية غير المثالية بهذه الأخطاء ويتم إنتاج تيارات الحمل المرجعية. تقلل وحدات التحكم الرقمية غير المثالية في العلاقات العامة من خطأ الحالة الثابتة في الفولتية المرجعية والحمل المستشعر (كميات التيار المتردد) [15]، [16]. الشكل 2 افتح في عارض الشكلوحدة تحكم PowerPoint لمحول مصدر الجهد. (أ) خوارزمية التحكم لـ VSC ؛ (ب) استخراج الجزء الأساسي من الطور "أ" بواسطة الفلتر التكيفي TLa (z) و TLb (z) TLc (z)، وهي وظائف نقل لوحدات تحكم العلاقات العامة المنفصلة غير المثالية للمراحل "أ" و "ب" و "ج"، على التوالي، يتم حسابها على أنها [15] و [16] و TLa ( z ) = i L a * v L a e = k p L a e + k i L a e * 2 * ω c * T s * k 1 z − 1 1 + T s * k 1 z − 1 2 * ω c + ω 2 * T s * k 1 * z z − 1 ، (4) T L b ( z ) = i L b * v L b e = k p L b e + k i L b e * 2 * ω c * T s * k 1 z − 1 1 + T s * k 1 z − 1 2 * ω c + ω 2 * Ts * k 1 * z - 1 ، (5) TLc ( z ) = iLc * vLce = kpLce + kiLce * 2 * ωc * Ts * k 1 z -1 1 + Ts * k 1 z -1 2 * ωc + ω 2 * Ts * k 1 * zz -1. (6) يتم تعديل وظائف نقل وحدات تحكم العلاقات العامة غير المثالية على النحو التالي: iL a * = k pLa e + kiLa e * 2 * ω c * Ts * k 1 z − 1 1 + Ts * k 1 z − 1 2 * ω c + ω 2 * Ts * k 1 * z − 1 * vLa e ، (7) iLb * = kpLbe + kiLbe * 2 * ωc * Ts * k 1z − 1 1 + Ts * k 1z − 1 2 * ωc + ω 2 * Ts * k 1 * zz − 1 * vLbe، (8) iLc * = kpLce + kiLce * 2 * ωc * Ts * k 1 z -1 1 + T s * k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s * k 1 ∗ z − 1 ∗ vLc e ، (9) k p L a e = k p L b e = k p L c e = k p p r ، (10) k i L a e = k i L b e = k i L c e = k i p r ، (11)حيث kppr و kipr هي مكاسب متناسبة ومتكاملة لوحدة تحكم العلاقات العامة، في المقابل. ωc هو عرض النطاق الترددي حول ω. يستخدم المرشح الرقمي لحساب المكون الأساسي لتيار الحمل للطور "أ" (ifLa)، كما هو موضح في الشكل 2(ب). يوصف مرشح وظيفة النقل الكلي (T(z)) على أنه [24]، ifLa ( p ) = η 4 ∗ iLa ( p ) + iL 4 ( p ) ، T1 ( z ) = iL4 ( p ) iLa ( p ) ، (12) ifLa ( p ) = η4 ∗ iLa ( p ) + T1 ( z ) ∗ iLa ( p ) ، (13) T ( z ) = ifL a ( p ) iL a ( p ) = η 4 ∗ 1 + − η 2 + η 3 z − 1 - z − 2 1 - η 3 z − 1 + η 2 z − 2 - η 1 1 - η 1 - η 2 + η 3 z − 1 - z − 2 1 - η 3 z − 1 + η 2 z − 2 = η 4 1 + ( − η 2 + η 3 z − 1 - z − 2 ) - η 1 ( 1 - − η 3 z − 1 + η 2 z -2) ( 1 - η 3 z -1 + η 2 z -2) - η 1 ( - η 2 + η 3 z -1 - z -2) ، (14) T ( z ) = i f L a ( p ) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 −η 1 − η 2 ) ( 1 - z -2) ( 1 + η 1 η 2 ) - ( η 3 + η 1 η 3 ) z -1 + ( η 2 + η 1 ) z -2، (15) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 - η 1 −η 1 −η 2 ) ( 1 - z -2) ( 1 + η 1 η 2 ) - η 3 + η 1 η 3 η 3 ) − z - 3 + η 2) + η 2 − (1 - z 2) . (16) وبالمثل، يتم حساب المكونات الأساسية للطورين "ب" و "ج" لتيارات الحمل (ifLb و ifLc). يتم الحصول على مكونات التيار الأساسية من (ifLa، ifLb، ifLc) من تيارات الحمل المستشعرة (iLa، iLb، iLc)، باستخدام وظيفة نقل المرشح الرقمي التكيفي [25]، بحيث يتم تحسين ملف تعريف جهد الحمل. تؤدي التيارات المرجعية (i*La، i*Lb، i*Lc) مقارنة بـ ifLa، ifLb، ifLc إلى أخطاء حالية، i e r L a = i L a * - i f L a ، i e r L b = i L b * - i f L b ، i e r L c = i L c * - i f L c . (17) يتم إعطاء هذه الأخطاء إلى وحدة التحكم في التخلف لتبديل نبضات VSC في التحكم في الجهد. 3.2 التحكم في المحول ثنائي الاتجاه DC - DC يتم تنظيم جهد وصلة التيار المستمر والتحكم الحالي في BES بواسطة المحول ثنائي الاتجاه كما هو موضح في الشكل 3. يحتوي المحول على مفتاحين S7 و S8، حيث يعمل S7 في وضع باك أثناء عملية شحن البطارية، بينما يتم تنفيذ وضع التعزيز مع S8 في وضع التفريغ. التيار لـ BES موجب أثناء التفريغ وسالب أثناء الشحن. يتم الحصول على V*dc باستخدام طريقة P & O لتتبع MPP للمصفوفة الكهروضوئية مقارنة بجهد التيار المستمر المستشعر (Vdc) وتؤدي هذه المقارنة إلى إشارة خطأ، والتي يتم تعيينها كمدخل لمنظم التناسب والتكامل (PIa). V d c e ( p ) = V d c ∗ ( p ) - V d c ( p ) . (18)يعمل خرج منظم PIA كتيار مرجعي للبطارية. I b a t ∗ ( p + 1 ) = I b a t ∗ ( p ) + k p d c V d c e ( p + 1 ) + k i d c { V d c e ( p + 1 ) - V d c e ( p)} ، (19)حيث، kpdc و kidc هي مكاسب لـ PIA، في المقابل. الشكل 3 مفتوح في عارض الشكلباور بوينت ثنائي الاتجاه DC - DC محول تحكم يؤدي طرح تيار BES المستشعر (IBAT) مع I*BAT، إلى خطأ، يتم توفيره إلى PIb ويتم حسابه على النحو التالي، I b a t e ( p ) = I b a t ∗ ( p ) - I b a t ( p ) . (20)يتم تعيين الإيبات كمدخلات منظم PIb، في حين يتم حساب ناتجها على النحو التالي: I e r ∗ ( p + 1 ) = I e r ∗ ( p ) + k p b a t I b a t e ( p + 1 ) + k i b a t { I b a t e ( p + 1 ) - I b a t e ( p)} ، (21)حيث kpbat و kibat هي مكاسب للأجزاء النسبية والمتكاملة من PIb، في المقابل. يتم توفير دورة التشغيل، أي I*er، لمغير عرض النبضة لتشكيل منطق التبديل للمحول ثنائي الاتجاه. 4 نتائج المحاكاة يظهر إعداد المحاكاة للنظام في الشكل 4. يتم استخدام مكتبة ماتلاب / سيمولينك لنمذجة نظام تخزين طاقة البطارية الشمسية المتكاملة الكهروضوئية. يتم تحقيق مرشح تموج بواسطة فرع سلسلة R - C. يتم تحقيق الحمل غير الخطي عبر مقوم جسر ثنائي ثلاثي الطور في التركيبة المتوازية مع فرع سلسلة RL. البطارية متوفرة في مكتبة ماتلاب/سيمولينك، والتي تستخدم لإدارة الحمل. تم تحديد معلمات النظام للنموذج الأولي في الجدول أ .1 الوارد في الملحق. الشكل 4 مفتوح في عارض الشكل إعداد محاكاة PowerPoint للنظام 4.1 الإشارات الداخلية للمرشح الرقمي التكيفي لاستخراج المكونات الأساسية من تيار الحمل ومقارنته بالتحكم التقليدي في SOGI يتم تمثيل الإشارات الداخلية للمرشح الرقمي للحصول على مكون التيار الأساسي في الشكل 5(أ)، مما يحسن ملف تعريف الجهد في جانب الحمل وأداء النظام. لا يوجد تحول طوري ملحوظ بين iLa و ifLa. يعرض الشكل 5(ب) مخطط بود للمرشح الرقمي ويلاحظ من مخطط الحجم الذي توفره تقنية التحكم هذه عند محاور صفر ديسيبل وإزاحة الطور الصفري عند التردد الأساسي. لذلك، فإن ifLa في طور مع iLa. بالمقارنة مع التحكم التقليدي، مثل التحكم في التكامل المعمم من الدرجة الثانية (SOGI)، فإن تقنية التحكم هذه أفضل في قدرة رفض التوافقيات. وبالتالي، تم العثور على ملف تعريف جهد PCC بشكل أفضل مع وحدة التحكم الرقمية التكيفية مقارنة بالتحكم في التوجه الجنسي والهوية الجندرية. تظهر مقارنة المرشح الرقمي بوحدة تحكم تقليدية، أي خوارزمية التكامل المعمم من الدرجة الثانية (SOGI) تحت فصل وتوصيل حمل الطور "أ" في الشكل 5(ج)، مما يدل على أن التحكم في المرشح الرقمي له استجابة ديناميكية أسرع مقارنة بالتحكم التقليدي في SOGI. تُظهر تأثيرات إزالة الحمل على ifLa أن نهج التحكم في المرشح الرقمي يتقارب بسرعة، أي يصل إلى الصفر في الدورة مقارنة بالتحكم في التوجه الجنسي والهوية الجندرية. وبالتالي، فإن التحكم الرقمي القائم على المرشح يتمتع بأداء أفضل مقارنة بوحدة التحكم التقليدية الحالية، أي SOGI. الشكل 5 مفتوحة في عارض الشكلPowerPoint الإشارات الداخلية للمرشح الرقمي التكيفي ومخطط البود. (أ) الإشارات الداخلية للمرشح لاستخراج ifLa من iLa ؛ (ب) مقارنة مخطط البود للمرشح الرقمي مع التحكم في SOGI ؛ (ج) مقارنة الاستخراج للمكون الأساسي للتحكم الرقمي التكيفي مع التحكم في SOGI 4.2 الاستجابة للنظام عند تباين الحمل يعرض الشكل 6 استجابة النظام عند اضطراب الحمل. عند t = 2.1s، مع زيادة الحمل، يتم تقليل حجم تيار شحن BES، وبالتالي يتم تلبية طلب الحمل بواسطة BES. يزداد تيار شحن BES مرة أخرى، عندما ينخفض طلب الحمل عند t = 2.2s. يتم الحفاظ على فلطية طور الحمل الجيبي (vLabc) بشكل جيد عند اختلاف الحمل. لا يوجد تغيير في الطاقة الكهروضوئية الشمسية عند اختلاف الحمل، وبالتالي، يظل التيار الكهروضوئي ثابتًا. ومع ذلك، عند الحمل المتفاوت، يتم الحفاظ على جهد وصلة التيار المستمر إلى قيمة MPPT. الشكل 6 مفتوح في الشكل المشاهد أداء PowerPoint لنظام التعديل على الحمل 4.3 الاستجابة للنظام المستقل عند تغير الإشعاع الشمسي الشكل 7 يصور استجابة النظام عند تغير الإشعاع الشمسي. ينخفض التشمس الشمسي عند t = 1.3s، لذلك بسبب انخفاض الطاقة الشمسية، ينخفض التيار الكهروضوئي أيضًا. وبالتالي، يتم تقليل تيار شحن BES ويظل طلب الحمل ثابتًا ويتم تحقيقه بواسطة BES. ومع ذلك، عند تغيير الإشعاع الشمسي، لم يلاحظ أي اختلاف في جهد وصلة التيار المستمر وجهد الحمل vLabc، مما يدل على الحفاظ على ملف تعريف جهد PCC بشكل جيد. الشكل 7 مفتوح في الشكل المشاهدباور بوينت استجابة وحدة التحكم المستقلة على تغيير التشمس الشمسي 4.4 تشغيل VSC لنظام PV - BES الشمسي على عدم إمكانية الوصول إلى الطاقة الشمسية يتم عرض سلوك نظام PV - BES الشمسي، عندما يتم تقليل التشمس الشمسي إلى الصفر عند t = 1.5 ثانية، في الشكل 8. تيار BES إيجابي، مما يدل على أن BES يأتي إلى وضع التفريغ، وبالتالي فإنه يوفر الطاقة للحمل. في حالة عدم توفر الطاقة الشمسية، أي أثناء الليل، انخفض IPV المقابل إلى الصفر. ومع ذلك، خلال هذا الاختلاف، لم يلاحظ أي تغييرات في جهد الحمل وجهد وصلة التيار المستمر. وبالتالي، يتم الحفاظ على طلب الحمل أثناء الليل. الشكل 8 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint استجابة وحدة التحكم المستقلة على عدم إمكانية الوصول إلى الإشعاع الشمسي 4.5 استجابة وحدة التحكم على فصل الحمل يظهر سلوك نظام PV - BES الشمسي عند فصل الحمل في الشكل 9. يتم زيادة تيار الشحن BES تحت فصل الحمل عند t = 1.8s. نظرًا لعدم وجود تباين في القدرة المنفردة، فإن الطاقة الكهروضوئية والتيار الكهروضوئي ثابتان. يتم تنظيم جهد وصلة التيار المستمر وفقًا لقيمة MPPT. تكون فلطية الحمل جيبية ومتوازنة عند إزالة الحمل. وبالتالي، يتمتع النظام بأداء مرضٍ عند فصل الحمل. الشكل 9 مفتوح في عارض الشكلاستجابة PowerPoint لنظام PV - BES المستقل على فصل الحمل 4.6 مقارنة تقنية التحكم القائمة على الفلتر الرقمي التكيفي ووحدة تحكم العلاقات العامة مع التحكم التقليدي القائم على وحدة تحكم PI وبدون فلتر رقمي الأطياف التوافقية لجهد الحمل بدون فلتر رقمي تكيفي ومع وحدة تحكم PI التقليدية موضحة في الشكل 10(أ)، في حين أن vLab مع الفلتر الرقمي التكيفي ووحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية موضحة في الشكل 10(ب) لتيار الحمل غير الخطي كما هو موضح في الشكل 10(ج). يوضح الشكل 10(أ) أنه في نهج التحكم في الجهد، عند طرح تيار الحمل المستشعر من تيار الحمل المرجعي، يكون THD لجهد PCC هو 3.94 ٪. ومع ذلك، يتم تقليل جهد PCC THD إلى 1.87 ٪ كما هو موضح في الشكل 10(ب)، عند مقارنة جزء أساسي من تيار الحمل غير الخطي الذي تم الحصول عليه من خلال الفلتر الرقمي التكيفي مع تيار الحمل المرجعي وبالتالي، تكون التوافقيات في جهد PCC ضمن الحدود المحددة ووفقًا لمعيار IEEE -519. يبلغ تيار الحمل غير الخطي 27.54 ٪ كما هو موضح في الشكل 10(ج). يوضح الشكل 11(أ) خطأ الحالة الثابتة بين vLa و v*La ليس صفرًا مع وحدة تحكم PI التقليدية، في حين يصور الشكل 11(ب) أن خطأ الحالة الثابتة هو صفر من خلال استخدام وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية. يوضح الشكل 11(ج) مخطط بود لوحدة التحكم التقليدية ووحدة تحكم العلاقات العامة الرقمية غير المثالية. أداء وحدة التحكم التقليدية في مؤشر الأداء جيد لكميات التيار المستمر مقارنة بكميات التيار المتردد. تتمتع وحدة التحكم في العلاقات العامة غير المثالية هذه بكسب محدود عند التردد الأساسي، وبالتالي فهي تقضي على خطأ الحالة الثابتة بين كميتي التيار المتردد. يتم عرض مرشح رقمي تكيفي مع مقارنة وحدة تحكم العلاقات العامة الرقمية غير المثالية مع تقنيات التحكم التقليدية الأخرى في الجدول 1. الشكل 10 مفتوح في تحليل عارض الشكلPowerPoint التوافقي. (أ) vLab بدون تقنية المرشح الرقمي ومع وحدة تحكم PI التقليدية. (ب) vLab مع تقنية المرشح الرقمي ووحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية. (ج) iLa، الشكل الحالي للحمل غير الخطي 11 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint مقارنة وحدة تحكم PI التقليدية مع وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية. (أ) vLa، v*La بدون تقنية المرشح الرقمي ومع وحدة تحكم PI التقليدية. (ب) vLa، v*La مع تقنية المرشح الرقمي ووحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية. (ج) مخطط Bode لوحدة تحكم PI التقليدية مع وحدة تحكم PR الرقمية غير المثالية الجدول 1. مرشح رقمي تكيفي مع وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية مقارنة مع تقنيات التحكم التقليدية الأخرى التحكم الرقمي التكيفي للمعلمات مع وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية التحكم التقليدي في التوجه الجنسي والهوية الجندرية مع وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية بدون تحكم رقمي تكيفي مع وحدة تحكم PI التقليدية الأداء تحت إزالة الحمل يصل المكون الأساسي لتيار الحمل إلى الصفر خلال دورة يصل المكون الأساسي لتيار الحمل إلى الصفر في 5 دورات لا يوجد مكون أساسي لاستخراج مكون مكون PCC جهد THD منخفض عبء حساب متوسط متوسط أقل استجابة ديناميكية أقل استجابة سريعة بطيئة بطيئة خطأ ثابت صفر صفر ليس صفر 5 نتائج تجريبية للتحقق من قابلية التطبيق العملي للنظام، يتم استخدام نموذج أولي مطور كما هو موضح في الشكل 12(أ)، لإجراء الاختبارات. الشكل 12 مفتوح في الشكل المشاهد مخطط كتلة PowerPoint لتوصيل الأجهزة والإعداد التجريبي. (أ) مخطط كتلة لتوصيل الأجهزة ؛ (ب) الإعداد التجريبي يتم استخدام المحاكي الشمسي للحصول على الطاقة الكهروضوئية. يتم تنفيذ التحكم في النظام بواسطة OPAL - RT (OP4510). تعطي القارنات الضوئية العزل البصري بين دائرة الطاقة والنبضات التي تم الحصول عليها من خرج دائرة الطاقة والنبضات التي تم الحصول عليها من خرج OPAL - RT. يتم استخدام مستشعرات التيار والجهد بناءً على تأثير هول، أي LA -55P و LV -25 لإدراك الإشارات vLab و vLbc و iLa و iLb و Vdc و Ibat و IPV. يتم استخدام مرسمة الذبذبات الرقمية ومحلل الطاقة للحصول على النتائج التجريبية لنظام التشغيل للحالة الثابتة بالإضافة إلى السيناريوهات الديناميكية المختلفة. يوضح الشكل 12(ب) مخطط الكتلة لتوصيل الأجهزة للنموذج الأولي المطور. تتكون مكونات توصيل الأجهزة من محاكي مصفوفة الألواح الشمسية الكهروضوئية، ومحول ثنائي الاتجاه، و VSC ثلاثي الأرجل، ومحاثات التوصيل، ومرشح التموج، والحمل غير الخطي. يتم إرسال الإشارات المستشعرة من خلال مستشعرات Hall - Effect إلى OP4510 عبر محولات تناظرية إلى رقمية (ADCs). مخرجات ADC هي الإشارات المعطاة لخوارزمية التحكم، والتي يتم تحميلها في مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA). لذلك، يتم توفير تحويل النبضات المولدة للمحول ثنائي الاتجاه و VSC إلى قارنات ضوئية عبر المدخلات والمخرجات الرقمية DIO. تم تحديد معلمات النظام للنموذج الأولي في الجدول أ .1 من الملحق. 5.1 استجابة الحالة الثابتة للتحكم بناءً على الفلتر الرقمي التكيفي ووحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية ومقارنتها بالتحكم التقليدي في PI يتم تمثيل الأشكال الموجية لـ vLab و vLbc vLa و v*La و vLb و v*Lb و vLc و v*Lc iLa و iLb و iLc و Vdc في الأشكال 13(أ)–(ج). يتم الحفاظ على VDC إلى قيمة تتبع MPP. توضح الأشكال 14(أ)–(د) استجابة النظام في سيناريو الحالة الثابتة باستخدام وحدة تحكم العلاقات العامة الرقمية غير المثالية. الشكلان 14(أ) و (ب) الطاقة الحالية لقوة الحمل لـ VSC و iLc. الشكلان 14(ج) و (د) يعرضان تيار VSC للمرحلة "ج"، أي IVSCC. توضح الأشكال 15(أ)–(ج) استجابة النظام بوحدة تحكم العلاقات العامة الرقمية غير المثالية.

    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/ IET Renewable Power ...arrow_drop_down
    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
    IET Renewable Power Generation
    Article . 2021 . Peer-reviewed
    License: CC BY
    Data sources: Crossref
    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
    IET Renewable Power Generation
    Article
    License: CC BY
    Data sources: UnpayWall
    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
    IET Renewable Power Generation
    Article . 2021
    Data sources: DOAJ
    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
    https://dx.doi.org/10.60692/ff...
    Other literature type . 2021
    Data sources: Datacite
    https://dx.doi.org/10.60692/9b...
    Other literature type . 2021
    Data sources: Datacite
    addClaim

    This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.

    You have already added works in your ORCID record related to the merged Research product.
    10
    citations10
    popularityTop 10%
    influenceAverage
    impulseTop 10%
    BIP!Powered by BIP!
    more_vert
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/ IET Renewable Power ...arrow_drop_down
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
      IET Renewable Power Generation
      Article . 2021 . Peer-reviewed
      License: CC BY
      Data sources: Crossref
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
      IET Renewable Power Generation
      Article
      License: CC BY
      Data sources: UnpayWall
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
      IET Renewable Power Generation
      Article . 2021
      Data sources: DOAJ
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
      https://dx.doi.org/10.60692/ff...
      Other literature type . 2021
      Data sources: Datacite
      https://dx.doi.org/10.60692/9b...
      Other literature type . 2021
      Data sources: Datacite
      addClaim

      This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.

      You have already added works in your ORCID record related to the merged Research product.
Powered by OpenAIRE graph
Advanced search in Research products
Research products
arrow_drop_down
Searching FieldsTerms
Author ORCID
arrow_drop_down
is
arrow_drop_down
The following results are related to Energy Research. Are you interested to view more results? Visit OpenAIRE - Explore.
1 Research products
  • image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/

    IET Renewable Power GenerationVolume 15, Issue 5 p. 1030-1045 RECHERCHE ORIGINALE PAPEROpen Access Control of solar PV-integrated battery energy storage system for rural area application Shubhra Chauhan, auteur correspondant Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, Inde Correspondance Shubhra Chauhan, Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi 110016, Inde. Email : shubhra72@gmail.comRechercher d'autres articles de cet auteurBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndeRechercher d'autres articles de cet auteur Shubhra Chauhan, Correspondant Author Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, Inde Correspondance Shubhra Chauhan, Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi 110016, Inde. Email : shubhra72@gmail.comRechercher d'autres articles de cet auteurBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndeRechercher d'autres articles de cet auteur Première publication : 20 janvier 2021 https://doi.org/10.1049/rpg2.12086Citations : 1AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. En savoir plus.Copier l'URL Partager un lienPartager surFacebookTwitterLinked InRedditWechat Résumé L'inaccessibilité d'un réseau public est le défi pour les zones rurales et éloignées. Ce travail présente l'application du stockage d'énergie par batterie intégré (BES) solaire photovoltaïque (PV) pour l'électrification des zones rurales. L'ajout d'un BES à la liaison DC, est réalisé au moyen d'un convertisseur bidirectionnel DC–DC. Le BES est déchargé/chargé conformément à la production solaire photovoltaïque et aux variations de charge. Cette commande de convertisseur maintient également la tension pour le suivi du point de puissance maximale (MPPT) avec perturbation et observation (P & O) au niveau de la liaison CC. Le convertisseur de source de tension (VSC) fonctionne au moyen d'un algorithme de contrôle de tension dans un système PV-BES solaire. Le système gère la puissance pour le réseau de charge avec une régulation de fréquence et de tension par le contrôleur proportionnel et résonant discret non idéal (PR). La composante fondamentale du courant de charge est acquise à l'aide d'un filtre numérique adaptatif, ce qui améliore la qualité de l'alimentation. L'utilisation d'un convertisseur buck-boost avec un indice BES optimal par rapport au système, lorsqu'il est relié directement à la liaison CC VSC. Les opérations du système à l'état stable et dans des circonstances dynamiques, c'est-à-dire le changement d'insolation solaire et la variation de charge, la déconnexion de charge, sont authentifiées avec les résultats des tests sur un prototype développé. 1 INTRODUCTION La question des crises énergétiques mondiales a conduit à l'incroyable développement technique dans le domaine des ressources énergétiques renouvelables (SER) et a révolutionné le domaine de l'énergie pour les applications industrielles. En raison de l'utilisation accrue de cette énergie, les économies annuelles pour les utilisateurs augmentent constamment, ce qui permet d'économiser des devises précieuses pour la nation. En raison de la réduction des émissions de CO2, un soutien important est apporté à la détérioration des conditions environnementales. Ces sources fournissent une énergie propre, réduisent considérablement les émissions de gaz à effet de serre. L'énergie solaire est l'une des sources les plus efficaces parmi les autres sources d'énergie renouvelables pour diverses raisons telles que la durabilité, l'économie, l'absence de pollution et la facilité d'installation. Le micro-réseau est intégré au moyen d'un stockage d'énergie par batterie (BES) et a gagné en popularité car il stocke l'énergie pendant les périodes creuses et fournit l'énergie pendant la demande de charge de pointe [1]. La principale cause de l'inaccessibilité du système d'alimentation électrique dans les villages éloignés est la faible tension et la nature intermittente de l'alimentation électrique provenant du réseau de distribution disponible. La principale raison de ces circonstances est le déséquilibre entre l'offre et la demande dans le réseau de distribution. Le système de batterie photovoltaïque solaire hors réseau est la meilleure solution pour une source d'énergie électrique fiable et abordable par rapport aux sources conventionnelles [2]. Le micro-réseau fonctionne en mode intégré au réseau ou en mode autonome. Il est séparé du réseau électrique dans des conditions anormales telles qu'une panne de réseau et fonctionne en mode autonome. Le stockage d'énergie est souhaitable pour la compensation du problème d'intermittence des sources d'énergie renouvelables et rend le fonctionnement fiable du système. L'incorporation du micro-réseau solaire photovoltaïque (PV) au réseau de distribution et à la gestion de l'énergie est donnée dans [3]. Les schémas de suivi du point de puissance maximale (MPPT) sont développés et mis en œuvre en raison du problème sporadique du réseau photovoltaïque. La partie essentielle du système photovoltaïque est le suivi du point de puissance maximale d'un réseau photovoltaïque, et diverses techniques de suivi MPP pour la production d'énergie solaire sont élaborées dans [4], [5]. Maintenir le niveau de qualité de l'énergie (PQ) dans le réseau de distribution est une tâche difficile en raison de l'augmentation du nombre de convertisseurs de puissance dans les locaux résidentiels, industriels et commerciaux. Les préoccupations en matière de QP et leurs approches d'atténuation avec de nombreux algorithmes de contrôle actuels sont rapportées dans [6]. Les problèmes de PQ dans la réalisation du réseau de distribution intelligent et la description de technologies telles que la gestion de la demande, le micro-réseau, la reconfiguration des alimentations, les méthodes avancées de contrôle de la tension, sont décrits dans [7]. La sélection de la batterie est d'une valeur nominale plus élevée, lorsque sa connexion à la liaison CC est directe ; cependant, dans ce système, la batterie de faible valeur nominale est incorporée par le convertisseur bidirectionnel CC-CC, ce qui augmente la durée de vie de la batterie en éliminant le courant de deuxième harmonique du courant de la batterie. La décharge et la charge de la batterie sont influencées par la demande de charge du système. Le micro-réseau avec res et stockage d'énergie, est développé et élaboré en [8], [9]. Les res, BES et charges sont nécessaires pour la performance fiable du système autonome. Le BES adoucit la nature variable des ser [10]. L'amplification de tension et la conversion CC-CA sont mises en œuvre avec un nouvel onduleur d'amplification fabriqué en utilisant le convertisseur abaisseur de tension CC-CC et l'onduleur CC-CA [11]. En raison de la nature variable des sources d'énergie renouvelables, le BES agit comme un élément critique dans un micro-réseau insulaire et régule la tension et la fréquence. Il maintient également la génération et équilibre les charges, améliorant ainsi la fiabilité du système. Diverses méthodes de contrôle pour la gestion de l'énergie du micro-réseau insulaire PV-BES sont décrites dans [12-14]. Le régulateur proportionnel et résonant (PR) élimine les lacunes du contrôleur proportionnel et intégrateur (PI), c'est-à-dire l'erreur en régime permanent entre les quantités de courant alternatif, ce qui améliore les performances de suivi du convertisseur. La performance du contrôle PR dépend de la précision de la fréquence de résonance. Le contrôleur PR avec méthode de discrétisation est signalé dans [15], [16]. L'application de contrôleurs PI linéaires à châssis fixe présente le principal inconvénient de l'erreur en régime permanent pour la régulation des quantités de courant alternatif, alors que le contrôleur PR est la solution attrayante pour éliminer l'erreur [17]. La prolifération de charges non linéaires connectées du côté du consommateur a introduit des problèmes de QP et a entravé les performances du réseau de distribution existant en termes de mauvais facteur de puissance et de génération d'harmoniques dans la tension et le courant du réseau de distribution, qui ne respectent pas la norme IEEE-519 [18]. Le calcul précis des harmoniques et des composants de séquence est nécessaire pour observer les performances du système triphasé. Le principal inconvénient de la technique LMS est que le taux de convergence dépend de la taille du pas constant et est associé à la valeur de poids actuelle. L'algorithme des moindres carrés moyens (LMS) est une technique simple pour trouver des paramètres pour l'événement PQ et peu efficace pour les perturbations de courte durée et de durée variable car il a un faible rapport signal sur bruit, alors que la méthode des moindres carrés moyens est meilleure que le LMS pour les problèmes de PQ mais sa complexité de calcul est plus grande, ce qui entraîne une mauvaise réponse en régime permanent. Le filtre volterra LMS/IV est utilisé pour trouver les composantes de la séquence, le courant continu décroissant et les harmoniques [19]. Le contrôle coordonné des res avec BES dans un micro-réseau îloté est démontré dans [20]. L'actif dans le contrôle de la puissance des micro-réseaux hybrides dans les îles éloignées et l'analyse et la mise en œuvre de méthodes de contrôle de la tension et de la fréquence en mode autonome pour les micro-réseaux hybrides avec variabilité imposée par les SER, sont donnés dans [21], [22]. Pour l'amélioration de la PQ et de la fiabilité du réseau de distribution, le micro-réseau doit être réalisé dans le réseau intégré ainsi qu'en mode hors réseau. La technique de commande d'un générateur de distribution à interface onduleur pour les variations de tension et de fréquence est illustrée dans [23]. Dans ce travail, un filtre numérique adaptatif est utilisé pour obtenir la composante fondamentale du courant de charge, qui est facile à mettre en œuvre par rapport aux filtres analogiques et aboutit à une tension de point de couplage commun sinusoïdal (PCC) à des charges non linéaires. Les coefficients ajustables contribuent à une meilleure performance en régime permanent et dynamique et sont détaillés dans [24]. L'application de la méthode d'extraction automatique des paramètres pour le modèle de batterie dynamique dans le système photovoltaïque solaire hors réseau, est détaillée dans [25]. En raison de la demande continue du côté de la charge, la batterie est utilisée dans le système. Les approches de gestion de l'énergie pour les res avec le BES, pour le fonctionnement du système en mode intégré au réseau ainsi que pour un mode autonome, sont détaillées dans [26], [27]. Les caractéristiques de base du système BES solaire photovoltaïque intégré sont élaborées comme suit. Une structure en une seule étape du système pour les zones rurales est réalisée pour l'utilisation de l'énergie solaire de crête à travers un réseau photovoltaïque par une approche de suivi MPP de perturbation et d'observation (P & O) simplifiée, qui est simple et facile à mettre en œuvre [4], alors que dans une structure en deux étapes, un convertisseur d'amplification supplémentaire est intégré dans le système, ce qui augmente les pertes et le coût du système global. Par conséquent, cette topologie est économique et efficace. La batterie en conjonction avec un convertisseur bidirectionnel effectue le processus de charge et de décharge de BES sous la demande de charge en période creuse et en période de pointe, respectivement. Le contrôleur PR non idéal avec une compétence de suivi élevée réduit les erreurs en régime permanent entre les tensions de charge de référence et les tensions de charge détectées. La régulation de fréquence et de tension, est réalisée par la technique de contrôle de tension en mode autonome. La réponse dynamique du filtre numérique est adaptable et la distorsion harmonique totale (THD) de la tension de charge est dans les limites prescrites [18]. La nuit ou non accessibilité de l'énergie solaire, la batterie gère la demande de charge. 2 CONFIGURATION DU SYSTÈME La connexion schématique pour un système autonome basé sur une batterie solaire photovoltaïque est représentée à la figure 1. Le système comprend un réseau PV connecté directement à la liaison CC, dans lequel le VSC est également intégré. L'approche P & O est utilisée pour acquérir la puissance maximale du réseau PV, qui utilise des entrées telles que le courant PV (Ipv) et la tension (Vpv). Une batterie est complétée par un convertisseur CC-CC bidirectionnel vers la liaison CC, qui gère le nivellement de la charge. La tension aux bornes de la liaison CC est maintenue à l'aide de ce convertisseur. La charge non linéaire triphasée comprend un redresseur en pont à diodes triphasé, connecté en parallèle avec la charge en série composée de l'inductance (L) et de la résistance (R). Les bornes du VSC sont interconnectées par l'intermédiaire des inducteurs d'interface (Lf) à travers le PCC, dans lequel le filtre d'ondulation (Rf, Cf) et la charge sont connectés. FIGURE 1Ouvrir dans la visionneuse de figureConfiguration du système PowerPoint/connexion schématique 3 APPROCHE DE contrôle L'approche de contrôle du système consiste à contrôler la tension VSC en mode autonome et à contrôler le convertisseur buck- boost. 3.1 Contrôle du système BES intégré PV solaire La technique de contrôle pour le système BES intégré PV solaire pour l'électrification de la zone isolée isolée illustrée à la figure 2(a), est présentée pour la génération d'impulsions de commutation pour VSC, tandis que l'extraction de la partie fondamentale de la phase « a » par filtre numérique adaptatif est présentée à la figure 2(b). Les tensions de charge de phase sont calculées à partir des tensions de charge de ligne détectées de (vLab, vLbc) comme [6], v L a v L b v L c = 1 3 2 1 0 − 1 1 0 − 1 − 2 0 v L a b v L b c 0 . (1)La génération de tensions de charge de référence est décrite comme suit. v L a ∗ = V p m sin ω t , v L b ∗ = V p m sin ω t − 2 π 3 , v L c ∗ = V p m sin ω t + 2 π 3 , (2)où Vpm est l'amplitude de référence de la tension de crête et ω est la fréquence. vLa, vLb, vLc, c'est-à-dire que les tensions de charge détectées sont comparées aux tensions de charge de référence et aux erreurs de résultats. v L a e ( p ) = v L a ∗ − v L a, v L b e ( p ) = v L b ∗ − v L b , v L c e ( p ) = v L c ∗ − v L c . (3)Les contrôleurs de résonance proportionnelle (PR) numériques non idéaux sont alimentés avec ces erreurs et des courants de charge de référence sont produits. Les contrôleurs PR numériques non idéaux minimisent l'erreur en régime permanent dans les tensions de charge de référence et détectées (quantités CA) [15], [16]. FIGURE 2Contrôleur PowerPoint pour convertisseur de source de tension. (a) Algorithme de contrôle pour VSC ; (b) extraction de la partie fondamentale de la phase 'a' par le filtre adaptatif TLa(z), TLb(z) TLc (z), qui sont des fonctions de transfert pour les contrôleurs PR discrets non idéaux des phases 'a', 'b' et 'c', respectivement, sont calculées comme [15], [16], T L a ( z ) = i L a ∗ v L a e = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (4) T L b ( z ) = i L b ∗ v L b e = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (5) T L c ( z ) = i L c ∗ v L c e = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 . (6) Les fonctions de transfert des contrôleurs PR non idéaux sont modifiées comme suit : i L a ∗ = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L a e , (7) i L b ∗ = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L b e , (8) i L c ∗ = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L c e , (9) k p L a e = k p L b e = k p L c e = k p p r , (10) k i L a e = k i L b e = k i L c e = k i p r , (11)où kppr et kipr sont des gains proportionnels et intégraux pour le contrôleur PR, de manière correspondante. ωc est la bande passante autour de ω. Le filtre numérique est utilisé pour calculer le constituant fondamental du courant de charge de la phase 'a' (ifLa), comme représenté à la figure 2(b). Le filtre de fonction de transfert global (T(z)) est décrit comme [24], i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + i L 4 ( p ) , T 1 ( z ) = i L 4 ( p ) i L a ( p ) , (12) i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + T 1 ( z ) ∗ i L a ( p ) , (13) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ 1 + − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 − η 1 1 − η 1 − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 = η 4 1 + ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) − η 1 ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) − η 1 ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) , (14) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 , (15) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 i L a ( p ) . (16) De même, les constituants fondamentaux des courants de charge des phases « b », « c » (ifLb et ifLc) sont calculés. Les constituants de courant fondamentaux de (ifLa, ifLb, ifLc) à partir des courants de charge détectés (iLa, iLb, iLc), sont acquis à l'aide d'une fonction de transfert de filtre numérique adaptative [25], de sorte que le profil de tension de charge est amélioré. Les courants de référence (i*La, i*Lb, i*Lc) en comparaison de ifLa, ifLb, ifLc entraînent des erreurs de courant, i e r L a = i L a ∗ − i f L a , i e r L b = i L b ∗ − i f L b , i e r L c = i L c ∗ − i f L c . (17)Ces erreurs sont données au contrôleur d'hystérésis pour commuter les impulsions de VSC dans le contrôle de tension. 3.2 Commande de convertisseur bidirectionnel CC-CC La tension de liaison CC et la commande de courant du BES sont régulées par le convertisseur bidirectionnel comme représenté sur la figure 3. Le convertisseur a deux commutateurs S7 et S8, où S7 fonctionne en mode buck pendant le processus de charge de la batterie, tandis que le mode boost est mis en œuvre avec S8 en mode de décharge. Le courant pour le BES est positif pendant la décharge et négatif pendant la charge. V*dc est obtenu en utilisant la méthode P & O pour le suivi MPP du réseau PV est comparé à la tension CC détectée (Vdc) et cette comparaison donne un signal d'erreur, qui est défini comme entrée pour le régulateur proportionnel et intégral (PIa). V d c e ( p ) = V d c ∗ ( p ) − V d c ( p ) . (18)La sortie du régulateur PIA agit comme courant de référence de la batterie. I b a t ∗ ( p + 1 ) = I b a t ∗ ( p ) + k p d c V d c e ( p + 1 ) + k i d c { V d c e ( p + 1 ) − V d c e ( p ) } , (19)où, kpdc et kidc sont des gains pour PIa, de manière correspondante. FIGURE 3Ouvrir dans la visionneuse de figuresContrôleur de convertisseur CC-CC bidirectionnel PowerPoint La soustraction du courant BES détecté (Ibat) avec I*bat, entraîne une erreur, qui est fournie à PIb et est calculée comme suit : I b a t e ( p ) = I b a t ∗ ( p ) − I b a t ( p ) . (20) L'Ibate est défini comme l'entrée du régulateur PIb, tandis que sa sortie est calculée comme suit : I e r ∗ ( p + 1 ) = I e r ∗ ( p ) + k p b a t I b a t e ( p + 1 ) + k i b a t { I b a t e ( p + 1 ) − I b a t e ( p ) } , (21)où kpbat et kibat sont des gains pour les parties proportionnelle et intégrale de PIb, de manière correspondante. Le cycle de service, c'est-à-dire I*er, est fourni au modulateur de largeur d'impulsion pour la formation de logiques de commutation pour le convertisseur bidirectionnel. 4 RÉSULTATS DES SIMULATIONS La configuration de simulation du système est illustrée à la figure 4. La bibliothèque Matlab / Simulink est utilisée pour la modélisation du système de stockage d'énergie par batterie solaire photovoltaïque intégré. Un filtre d'ondulation est réalisé par branche de la série R-C. La charge non linéaire est réalisée via un redresseur à pont de diodes triphasé en combinaison parallèle avec une branche série R L. La batterie est disponible dans la bibliothèque MATLAB/Simulink, qui est utilisée pour la gestion de la charge. Les paramètres du système pour le prototype sont spécifiés dans le tableau A.1 donné en annexe. FIGURE 4Ouvrir dans le visualiseur de figurePowerPoint Configuration de la simulation du système 4.1 Signaux internes du filtre numérique adaptatif pour l'extraction des composants fondamentaux à partir du courant de charge et sa comparaison avec la commande SOGI conventionnelle Les signaux internes du filtre numérique pour obtenir la composante de courant fondamental sont représentés à la figure 5(a), ce qui améliore le profil de tension du côté de la charge et les performances du système. Il n'y a pas de déphasage observé entre iLa et ifLa. La figure 5(b) présente le diagramme de Bode du filtre numérique et il est observé à partir du diagramme de magnitude que cette technique de contrôle fournit à des axes de db nuls et un déphasage nul à la fréquence fondamentale. Par conséquent, ifLa est en phase avec iLa. Par rapport au contrôle conventionnel, comme le contrôle par intégrateur généralisé de deuxième ordre (SOGI), cette technique de contrôle est meilleure en termes de capacité de rejet d'harmoniques. Ainsi, le profil de tension PCC se trouve mieux avec le contrôleur numérique adaptatif par rapport au contrôle SOGI. La comparaison du filtre numérique avec un contrôleur conventionnel, c'est-à-dire un algorithme d'intégrateur généralisé de deuxième ordre (SOGI) sous déconnexion et connexion de la charge de phase « a » est illustrée à la figure 5(c), qui montre que la commande du filtre numérique a une réponse dynamique plus rapide par rapport à la commande SOGI conventionnelle. Les effets de suppression de charge sur ifLa montrent que l'approche de contrôle du filtre numérique converge rapidement, c'est-à-dire qu'elle atteint zéro dans un cycle par rapport au contrôle SOGI. Ainsi, le contrôle basé sur un filtre numérique a de meilleures performances par rapport au contrôleur conventionnel existant, c'est-à-dire SOGI. FIGURE 5Signaux internes du filtre numérique adaptatif et du diagramme de Bode ouverts dans la visionneuse de figure PowerPoint. (a) Signaux internes du filtre pour l'extraction de ifLa de iLa ; (b) Comparaison du diagramme de Bode du filtre numérique avec la commande SOGI ; (c) comparaison de l'extraction pour le constituant fondamental de la commande numérique adaptative avec la commande SOGI 4.2 Réponse du système à la variation de charge La figure 6 présente la réponse du système à la perturbation de charge. À t = 2,1 s, lorsque la charge augmente, l'amplitude du courant de charge BES est réduite, ainsi la demande de charge est satisfaite par BES. Le courant de charge BES augmente à nouveau, lorsque la demande de charge est diminuée à t = 2,2 s. Les tensions de phase de charge sinusoïdales (vLabc) sont bien maintenues à la variation de charge. Il n'y a pas de changement dans l'énergie solaire photovoltaïque à la variation de charge, par conséquent, le courant photovoltaïque reste constant. Cependant, à charge variable, la tension de liaison CC est maintenue à la valeur MPPT. FIGURE 6Open in figure viewerPowerPoint Performance of system for alteration on load 4.3 Response for standalone system at solar irradiance change La figure 7 représente la réponse du système au changement d'insolation solaire. L'insolation solaire est diminuée à t = 1,3 s, donc en raison d'une diminution de l'énergie solaire, le courant photovoltaïque est également diminué. Ainsi, le courant de charge BES est réduit et la demande de charge reste constante et est accomplie par le BES. Cependant, lors de la modification de l'irradiance solaire, aucune variation n'est observée dans la tension de liaison CC et les tensions de charge vLabc, ce qui montre que le profil de tension PCC est bien maintenu. FIGURE 7Réponse PowerPoint du contrôleur autonome sur la modification de l'insolation solaire 4.4 Fonctionnement VSC pour le système solaire PV-BES sur la non-accessibilité de l'énergie solaire Le comportement du système solaire PV-BES, lorsque l'insolation solaire est réduite à zéro à t = 1,5 s, est présenté à la figure 8. Le courant BES est positif, ce qui montre que BES passe en mode de décharge, fournissant ainsi de l'énergie à la charge. En l'absence de disponibilité de l'énergie solaire, c'est-à-dire pendant la nuit, l'IPV correspondante est réduite à zéro. Cependant, au cours de cette variation, aucun changement n'est observé dans les tensions de charge et la tension de liaison CC. Ainsi, la demande de charge est maintenue pendant la nuit. FIGURE 8Réponse de PowerPoint du contrôleur autonome sur la non-accessibilité de l'insolation solaire 4.5 Réponse du contrôleur sur la déconnexion de la charge Le comportement du système PV-BES solaire lors de la déconnexion de la charge est illustré à la Figure 9. Le courant de charge BES est augmenté lors de la déconnexion de la charge à t = 1,8 s. Comme il n'y a pas de variation de la puissance sola r, par conséquent, la puissance PV et le courant PV sont constants. La tension de liaison CC est régulée à la valeur MPPT. Les tensions de charge sont sinusoïdales et équilibrées au moment du retrait de la charge. Par conséquent, le système a des performances satisfaisantes lors de la déconnexion de la charge. FIGURE 9Réponse PowerPoint du système PV-BES autonome sur la déconnexion de la charge 4.6 Comparaison de la technique de contrôle basée sur le filtre numérique adaptatif et le contrôleur PR avec le contrôle conventionnel basé sur le contrôleur PI et sans filtre numérique Les spectres harmoniques de la tension de charge sans filtre numérique adaptatif et avec le contrôleur PI conventionnel sont illustrés à la Figure 10(a), tandis que vLab avec le filtre numérique adaptatif et le contrôleur PR non idéal est démontré à la Figure 10(b) pour le courant de charge non linéaire comme représenté à la Figure 10(c). La figure 10(a) démontre que dans l'approche de contrôle de la tension, lorsque le courant de charge détecté est soustrait du courant de charge de référence, le THD de la tension PCC est de 3,94 %. Cependant, la tension PCC THD est réduite à 1,87 % comme le montre la figure 10(b), lorsqu'une partie fondamentale du courant de charge non linéaire obtenu à travers un filtre numérique adaptatif est comparée au courant de charge de référence. Ainsi, les harmoniques dans les tensions PCC sont dans les limites prescrites et selon la norme IEEE-519. Le courant de charge non linéaire a un THD de 27,54 % comme le montre la figure 10(c). La figure 11(a) montre l'erreur en régime permanent entre vLa, v*La n'est pas nulle avec un contrôleur PI classique, tandis que la figure 11(b) montre que l'erreur en régime permanent est nulle en utilisant le contrôleur PR non idéal. La figure 11(c) montre le diagramme de Bode du contrôleur conventionnel et du contrôleur PR numérique non idéal. Les performances du contrôleur PI conventionnel sont bonnes pour les quantités de courant continu par rapport aux quantités de courant alternatif. Ce contrôleur PR non idéal a un gain fini à la fréquence fondamentale, éliminant ainsi l'erreur en régime permanent entre deux quantités de courant alternatif. Un filtre numérique adaptatif avec la comparaison du contrôleur PR numérique non idéal avec d'autres techniques de contrôle conventionnelles est représenté dans le tableau 1. FIGURE 10Open in figure viewerPowerPoint Harmonic analysis. (a) vLab without digital filter technique and with conventional PI controller ; (b) vLab with digital filter technique and non-ideal PR controller ; (c) iLa, non-linear load current FIGURE 11Open in figure viewerPowerPoint Comparison of conventional PI controller with non-ideal PR controller ; (a) vLa, v*La without digital filter technique and with conventional PI controller ; (b) vLa, v*La with digital filter technique and non-ideal PR controller ; (c) Bode plot of conventional PI controller with digital non-ideal PR controller TABLE 1. Filtre numérique adaptatif avec contrôleur PR non idéal Comparaison avec d'autres techniques de contrôle conventionnelles Paramètre Contrôle numérique adaptatif avec contrôleur PR non idéal Contrôle SOGI conventionnel avec contrôleur PR non idéal Sans contrôle numérique adaptatif avec contrôleur PI conventionnel Performance sous élimination de charge La composante de courant de charge fondamentale atteint zéro en un cycle La composante de courant de charge fondamentale atteint zéro en 5 cycles Aucune extraction de composante fondamentale Tension PCC THD Faible Moyenne Moyenne Moyenne Charge de calcul Moins élevée Moins de réponse dynamique Rapide Lente Lente Erreur à l'état stable Zéro Zéro N'est pas zéro 5 RÉSULTATS EXPÉRIMENTAUX Pour valider la faisabilité du système, un prototype développé comme le montre la figure 12(a) est utilisé, pour effectuer les tests. FIGURE 12Ouvrir dans la visionneuse de figuresPowerPoint Schéma synoptique de la connexion matérielle et de la configuration expérimentale. (a) Schéma synoptique de la connexion matérielle ; (b) configuration expérimentale Le simulateur solaire est utilisé pour obtenir l'alimentation photovoltaïque. Le contrôle du système est mis en œuvre par un OPAL-RT (OP4510). Les optocoupleurs donnent l'isolation optique entre le circuit de puissance et les impulsions obtenues à partir de la sortie du circuit de puissance et les impulsions obtenues à partir de la sortie de l'OPAL-RT. Les capteurs de courant et de tension basés sur l'effet Hall, c'est-à-dire LA-55P et LV-25 sont utilisés pour percevoir les signaux vLab, vLbc, iLa, iLb, Vdc, Ibat et Ipv. L'oscilloscope de stockage numérique et l'analyseur de puissance sont utilisés pour obtenir les résultats expérimentaux pour le système d'exploitation en régime permanent ainsi que divers scénarios dynamiques. La figure 12(b) illustre le schéma fonctionnel de la connexion matérielle du prototype développé. Les composants de la connexion matérielle comprennent un simulateur de réseau photovoltaïque solaire, un convertisseur bidirectionnel, un VSC à trois branches, des inducteurs d'interface, un filtre d'ondulation et une charge non linéaire. Les signaux détectés par les capteurs à effet Hall sont envoyés à OP4510 via des convertisseurs analogique-numérique (CAN). La sortie du CAN sont les signaux donnés à l'algorithme de commande, qui est chargé dans le réseau de portes programmables sur site (FPGA). Par conséquent, les impulsions de commutation générées pour le convertisseur bidirectionnel et le VSC sont fournies aux optocoupleurs via des entrées et des sorties numériques DIO. Les paramètres du système pour le prototype sont spécifiés dans le tableau A.1 de l'annexe. 5.1 Réponse en régime permanent pour le contrôle basé sur un filtre numérique adaptatif et un contrôleur PR non idéal et sa comparaison avec le contrôle PI conventionnel Les formes d'onde de vLab, vLbc vLa, v* La, vLb, v*Lb, vLc, v*Lc iLa, iLb, iLc et Vdc sont représentées dans les figures 13(a) à (c). Vdc est maintenu à la valeur de suivi MPP. Les figures 14(a) à (d) démontrent la réponse du système dans un scénario en régime permanent avec le contrôleur PR numérique non idéal. Les figures 14(a) et (b) présentent la puissance de charge de VSC et iLc. Les figures 14(c) et (d) présentent le courant VSC de la phase 'c', c'est-à-dire ivscc. Les figures 15(a) à (c) montrent la réponse du système avec un contrôleur PR numérique non idéal. IET Renewable Power Generation Volumen 15, Número 5 pág. 1030-1045 INVESTIGACIÓN ORIGINAL PAPEROpen Access Control of solar PV-integrated battery energy storage system for rural area application Shubhra Chauhan, autor correspondiente Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Departamento de Ingeniería Eléctrica, IIT Delhi, Nueva Delhi, India Correspondencia Shubhra Chauhan, Departamento de Ingeniería Eléctrica, IIT Delhi, Nueva Delhi 110016, India. Correo electrónico: shubhra72@gmail.comBusque más artículos de este autorBhim Singh, Departamento de Ingeniería Eléctrica de Bhim Singh, IIT Delhi, Nueva Delhi, IndiaBusque más artículos de este autor Shubhra Chauhan, Autor Correspondiente Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Departamento de Ingeniería Eléctrica, IIT Delhi, Nueva Delhi, India Correspondencia Shubhra Chauhan, Departamento de Ingeniería Eléctrica, IIT Delhi, Nueva Delhi 110016, India. Correo electrónico: shubhra72@gmail.comBusque más artículos de este autorBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndiaBusque más artículos de este autorPrimera publicación: 20 de enero de 2021 https://doi.org/10.1049/rpg2.12086Citations: 1AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Más información.Copiar URL Compartir un enlaceCompartir enFacebookTwitterLinked InRedditWechat Resumen La inaccesibilidad de una red de servicios públicos es el desafío para las zonas rurales y remotas. Este trabajo presenta la aplicación del almacenamiento integrado de energía de batería (BES) solar fotovoltaica (PV) para la electrificación de áreas rurales. La adición de un BES en el enlace DC, se realiza por medio de un convertidor bidireccional DC–DC. El BES se descarga/carga de acuerdo con la generación de energía solar fotovoltaica y las variaciones de carga. Este control del convertidor también mantiene el voltaje para el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) con el control de perturbación y observación (P & O) en el enlace de CC. El convertidor de fuente de tensión (VSC) funciona mediante un algoritmo de control de tensión en un sistema solar PV-BES. El sistema gestiona la potencia para la red de carga con regulación de frecuencia y tensión por el controlador discreto proporcional y resonante (PR) no ideal. El componente fundamental de la corriente de carga, se adquiere mediante un filtro digital adaptativo, que mejora la calidad de la energía. La utilización de un convertidor buck-boost con una clasificación BES óptima en relación con el sistema, cuando está conectado directamente al enlace VSC DC. Las operaciones del sistema en estado estacionario y en circunstancias dinámicas, es decir, el cambio de insolación solar y la variación de carga, la desconexión de carga, se autentican con los resultados de las pruebas en un prototipo desarrollado. 1 INTRODUCCIÓN El problema de las crisis energéticas mundiales ha llevado al increíble desarrollo técnico en el campo de los recursos energéticos renovables (FER) y ha revolucionado el campo de la energía para aplicaciones industriales. Debido al uso mejorado de esta energía, el ahorro anual para los usuarios aumenta constantemente, lo que ahorra valiosas divisas para la nación. Debido a la reducción de las emisiones de CO2, se proporciona un importante apoyo al deterioro de las condiciones ambientales. Estas fuentes proporcionan energía limpia y reducen drásticamente las emisiones de gases de efecto invernadero. La energía solar es una de las fuentes más efectivas entre otras FER debido a diversas razones como la sostenibilidad, económica, libre de contaminación y fácil de instalar. La microrred está integrada por medio de un almacenamiento de energía de batería (BES) y ha ganado popularidad porque almacena la energía en períodos de baja demanda y proporciona la energía durante la demanda de carga máxima [1]. La principal causa de la inaccesibilidad del sistema de suministro de energía eléctrica en aldeas remotas es el bajo voltaje y la naturaleza intermitente del suministro de energía eléctrica proveniente de la red eléctrica disponible. La razón principal de estas circunstancias es la desalineación de la demanda y la oferta en la red de distribución. El sistema de batería solar fotovoltaica fuera de la red es una mejor solución para la fuente confiable y asequible de energía eléctrica que las fuentes convencionales [2]. La microrred funciona en modo integrado en red o en modo autónomo. Se separa de la red eléctrica en condiciones anormales como la interrupción de la red y funciona en modo autónomo. El almacenamiento de energía es deseable para la compensación del problema de intermitencia de las FER y hace que el funcionamiento del sistema sea fiable. La incorporación de la microrred solar fotovoltaica (PV) a la red eléctrica y la gestión de la energía se dan en [3]. Los esquemas de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) se desarrollan e implementan debido al problema esporádico de la matriz fotovoltaica. La parte esencial del sistema fotovoltaico es el seguimiento del punto de máxima potencia de una matriz fotovoltaica, y varias técnicas de seguimiento de MPP para la generación de energía solar, se elaboran en [4], [5]. Mantener el nivel de calidad de energía (PQ) en la red de distribución, es una tarea difícil debido a un aumento en los convertidores de energía en locales residenciales, industriales y comerciales. Las preocupaciones de PQ y sus enfoques de mitigación con numerosos algoritmos de control actuales se informan en [6]. Los problemas de PQ en la realización de la red de distribución inteligente y la descripción de tecnologías como la gestión del lado de la demanda, la microrred, la reconfiguración del alimentador, los métodos avanzados de control de voltaje, se describen en [7]. La selección de la batería es de clasificación más alta, cuando su conexión en el enlace de CC es directa; sin embargo, en este sistema, la batería de clasificación baja está incorporada por el convertidor bidireccional de CC-CC, lo que aumenta la vida útil de la batería al eliminar la corriente del segundo armónico de la batería. La descarga y carga de la batería están influenciadas por la demanda de carga del sistema. La microrred con FER y almacenamiento de energía, se desarrolla y elabora en [8], [9]. Las RES, BES y cargas son necesarias para el rendimiento fiable del sistema autónomo. El BES suaviza la naturaleza variable de las FER [10]. El aumento de voltaje y la conversión CC-CA se implementan con un novedoso inversor elevador realizado utilizando el convertidor reductor elevador CC-CC y el inversor CC-CA [11]. Debido a la naturaleza variable de las FER, el BES actúa como un elemento crítico en una microrred aislada y regula la tensión y la frecuencia. También mantiene la generación y los equilibrios en las cargas, mejorando así la fiabilidad del sistema. En [12-14] se informan varios métodos de control para la gestión de energía de la microrred aislada PV-BES. El regulador proporcional y resonante (PR) elimina las deficiencias del controlador proporcional e integrador (PI), es decir, el error de estado estable entre las cantidades de CA, lo que mejora el rendimiento de seguimiento del convertidor. El rendimiento del control PR depende de la precisión de la frecuencia de resonancia. El controlador PR con método de discretización se informa en [15], [16]. La aplicación de controladores PI lineales de marco estacionario tiene el principal inconveniente del error de estado estacionario para la regulación de las cantidades de CA, mientras que el controlador PR es la solución atractiva para eliminar el error [17]. La proliferación de cargas no lineales conectadas en el extremo del consumidor, ha introducido problemas de PQ y ha obstaculizado el rendimiento de la red de distribución existente en términos de factor de potencia deficiente y generación de armónicos en la tensión y corriente de la red eléctrica, que no siguen la norma IEEE-519 [18]. El cálculo preciso de armónicos y componentes de secuencia es necesario para observar el rendimiento del sistema trifásico. El principal inconveniente de la técnica LMS es que la tasa de convergencia depende del tamaño de paso constante y está asociada con el valor de peso actual. El algoritmo de mínimos cuadrados medios (LMS) es una técnica simple para encontrar parámetros para el evento PQ y no es muy efectivo para perturbaciones cortas y variables en el tiempo, ya que tiene una baja relación señal-ruido, mientras que el método de mínimos cuadrados medios es mejor que el LMS para problemas de PQ, pero su complejidad computacional es mayor, lo que resulta en una respuesta deficiente en estado estacionario. El filtro volterra LMS/Fourth se utiliza para encontrar componentes de secuencia, DC en descomposición y armónicos [19]. El control coordinado para las FER con BES en una microrred aislada, se demuestra en [20]. El activo en el control de potencia de microrred híbrida en islas remotas y el análisis e implementación de métodos de control de voltaje y frecuencia en modo autónomo para microrred híbrida con variabilidad impuesta por las FER, se dan en [21], [22]. Para la mejora en PQ y la confiabilidad de la red de distribución, la microrred debe realizarse en la red integrada, así como en modo fuera de la red. La técnica de control para un generador de distribución con interfaz de inversor para variaciones de voltaje y frecuencia se muestra en [23]. En este trabajo, se utiliza un filtro digital adaptativo para obtener el componente fundamental de la corriente de carga, que es fácil de implementar en comparación con los filtros analógicos y da como resultado un punto sinusoidal de tensión de acoplamiento común (PCC) a cargas no lineales. Los coeficientes ajustables contribuyen a un mejor rendimiento en estado estacionario y dinámico y se detallan en [24]. La aplicación del método de extracción automática de parámetros para el modelo de batería dinámica en un sistema solar fotovoltaico fuera de la red se detalla en [25]. Debido a la demanda continua en el lado de la carga, la batería se utiliza en el sistema. Los enfoques de gestión de energía para las RES con el BES, para la operación del sistema en el modo integrado a la red, así como para un modo autónomo, se detallan en [26], [27]. Las características básicas del sistema BES integrado de energía solar fotovoltaica se detallan a continuación. Se realiza una estructura de sistema de una sola etapa para el área rural para la utilización de la energía solar pico a través de una matriz fotovoltaica mediante un enfoque simplificado de seguimiento de perturbación y observación (P & O) MPP, que es simple y fácil de implementar [4], mientras que en una estructura de doble etapa se integra un convertidor de refuerzo suplementario en el sistema, lo que aumenta las pérdidas y el costo del sistema en general. Por lo tanto, esta topología es económica y eficiente. La batería junto con un convertidor bidireccional realiza el proceso de carga y descarga de BES bajo la demanda de carga fuera de pico y pico, respectivamente. El controlador PR no ideal con alta competencia de seguimiento reduce los errores de estado estable entre los voltajes de carga de referencia y los voltajes de carga detectados. La regulación de frecuencia y tensión, se logra mediante la técnica de control de tensión en modo autónomo. La respuesta dinámica del filtro digital es adaptable y la distorsión armónica total (ThD) del voltaje de carga está dentro de los límites prescritos [18]. Por la noche o sin acceso a la energía solar, la batería gestiona la demanda de carga. 2 CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA La conexión esquemática para un sistema autónomo basado en batería solar fotovoltaica se representa en la Figura 1. El sistema comprende una matriz fotovoltaica conectada directamente en el enlace de CC, donde el VSC también está integrado. El enfoque P & O se utiliza para adquirir la potencia máxima de la matriz fotovoltaica, que utiliza entradas como la corriente fotovoltaica (Ipv) y el voltaje (Vpv). Una batería se complementa a través de un convertidor DC–DC bidireccional al enlace DC, que gestiona la nivelación de carga. El voltaje a través del enlace de CC se mantiene utilizando este convertidor. La carga no lineal trifásica abarca un rectificador de puente de diodos trifásico, conectado en disposición paralela con la carga en serie que consiste en inductancia (L) y resistencia (R). Los terminales del VSC están interconectados a través de los inductores de interfaz (Lf) a través del PCC, en donde el filtro rizado (Rf, Cf) y la carga están conectados. FIGURA 1Abrir en el visor de figurasConfiguración del sistema PowerPoint/conexión esquemática 3 ENFOQUE de control El enfoque de control del sistema consiste en el control de la tensión VSC en modo autónomo y el control del convertidor reductor-amplificador. 3.1 Control del sistema BES integrado de energía solar fotovoltaica La técnica de control para el sistema BES integrado de energía solar fotovoltaica para la electrificación de áreas remotas insulares que se muestra en la Figura 2(a), se presenta para la generación de pulsos de conmutación para VSC, mientras que la extracción de la parte fundamental de la fase 'a' por filtro digital adaptativo se presenta en la Figura 2(b). Los voltajes de carga de fase se calculan a partir de los voltajes de carga de línea detectados de (vLab, vLbc) como [6], v L a v L b v L c = 1 3 2 1 0 − 1 1 0 − 1 − 2 0 v L a b v L b c 0 . (1)La generación de voltajes de carga de referencia se describe a continuación: v L a ∗ = V p m sin ω t , v L b ∗ = V p m sin ω t − 2 π 3 , v L c ∗ = V p m sin ω t + 2 π 3 , (2)donde Vpm es la amplitud de referencia del voltaje máximo y ω es la frecuencia. vLa, vLb, vLc, es decir, los voltajes de carga detectados se comparan con los voltajes de carga de referencia y los errores de resultados. v L a e ( p ) = v L a ∗ -v L a, v L b e ( p ) = v L b ∗ -v L b , v L c e ( p ) = v L c ∗ -v L c. (3)Los controladores resonantes proporcionales (PR) digitales no ideales se alimentan con estos errores y se producen corrientes de carga de referencia. Los controladores PR digitales no ideales minimizan el error de estado estacionario en las tensiones de carga de referencia y detectadas (cantidades de CA) [15], [16]. FIGURA 2Abrir en el visor de la figuraControlador PowerPoint para convertidor de fuente de voltaje. (a) Algoritmo de control para VSC; (b) extracción de la parte fundamental de la fase 'a' por el filtro adaptativo TLa(z), TLb (z) TLc (z), que son funciones de transferencia para controladores PR discretos no ideales de las fases 'a', 'b' y 'c', respectivamente, se calculan como [15], [16], T L a ( z ) = i L a ∗ v L a e = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (4) T L b ( z ) = i L b ∗ v L b e = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (5) T L c ( z ) = i L c ∗ v L c e = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 . (6) Las funciones de transferencia de los controladores PR no ideales se modifican como, i L a ∗ = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L a e , (7) i L b ∗ = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L b e , (8) i L c ∗ = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L c e , (9) k p L a e = k p L b e = k p L c e = k p p r , (10) k i L a e = k i L b e = k i L c e = k i p r , (11)donde kppr y kipr son ganancias proporcionales e integrales para el controlador PR, en consecuencia. ωc es el ancho de banda alrededor de ω. El filtro digital se utiliza para calcular el constituyente fundamental de la corriente de carga de la fase 'a' (ifLa), como se muestra en la Figura 2(b). El filtro de función de transferencia general (T(z)) se describe como [24], i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + i L 4 ( p ) , T 1 ( z ) = i L 4 ( p ) i L a ( p ) , (12) i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + T 1 ( z ) ∗ i L a ( p ) , (13) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ 1 + − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 − η 1 1 − η 1 − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 = η 4 1 + ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) − η 1 ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) − η 1 ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) , (14) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 , (15) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 i L a ( p ) . (16) De manera similar, se calculan los constituyentes fundamentales de las corrientes de carga de las fases 'b', 'c' (ifLb e ifLc). Los constituyentes de corriente fundamentales de (ifLa, ifLb, ifLc) de las corrientes de carga detectadas (iLa, iLb, iLc), se adquieren utilizando una función de transferencia de filtro digital adaptativo [25], de modo que se mejora el perfil de tensión de carga. Las corrientes de referencia (i*La, i*Lb, i*Lc) en comparación con ifLa, ifLb, ifLc resultan en errores de corriente, i e r L a = i L a ∗ − i f L a, i e r L b = i L b ∗ − i f L b , i e r L c = i L c ∗ − i f L c. (17)Estos errores se dan al controlador de histéresis para cambiar los pulsos de VSC en el control de voltaje. 3.2 Control del convertidor bidireccional CC-CC El voltaje de enlace de CC y el control de corriente de BES están regulados por el convertidor bidireccional como se muestra en la Figura 3. El convertidor tiene dos interruptores S7 y S8, donde S7 opera en modo Buck durante el proceso de carga de la batería, mientras que el modo Boost se implementa con S8 en modo de descarga. La corriente para el BES es positiva durante la descarga y negativa durante la carga. V*dc se obtiene utilizando el método P & O para el seguimiento MPP de la matriz PV se compara con el voltaje DC detectado (Vdc) y esta comparación da como resultado una señal de error, que se establece como entrada para el regulador proporcional e integral (PIa). V d c e ( p ) = V d c ∗ ( p ) − V d c ( p ) . (18)La salida del regulador PIa actúa como corriente de referencia de la batería. I b a t ∗ ( p + 1 ) = I b a t ∗ ( p ) + k p d c V d c e ( p + 1 ) + k i d c { V d c e ( p + 1 ) − V d c e ( p ) } , (19)donde, kpdc y kidc son ganancias para PIa, correspondientemente. FIGURA 3Abrir en el visor de figurasControlador del convertidor CC-CC bidireccional de PowerPoint La resta de la corriente BES detectada (Ibat) con I*Bat, da como resultado un error, que se suministra a PIb y se calcula como, I b a t e ( p ) = I b a t ∗ ( p ) − I b a t ( p ) . (20)El Ibate se establece como entrada del regulador PIb, mientras que su salida se calcula como, I e r ∗ ( p + 1 ) = I e r ∗ ( p ) + k p b a t I b a t e ( p + 1 ) + k i b a t { I b a t e ( p + 1 ) − I b a t e ( p ) } , (21)donde kpbat y kibat son ganancias para las partes proporcionales e integrales de PIb, correspondientemente. El ciclo de trabajo, es decir, I*er, se suministra al modulador de ancho de pulso para la formación de lógicas de conmutación para el convertidor bidireccional. 4 RESULTADOS DE LAS SIMULACIONES La configuración de la simulación del sistema se muestra en la Figura 4. La biblioteca MATLAB / Simulink se utiliza para el modelado del sistema de almacenamiento de energía de la batería solar fotovoltaica integrada. Un filtro de ondulación es realizado por la rama de la serie R-C. La carga no lineal se realiza a través de un rectificador de puente de diodos trifásico en la combinación paralela con una rama de la serie R L. La batería está disponible en la biblioteca MATLAB/Simulink, que se utiliza para la gestión de la carga. Los parámetros del sistema para el prototipo se especifican en la Tabla A.1 que figura en el Apéndice. FIGURA 4Abrir en el visor de figurasPowerPoint Configuración de simulación del sistema 4.1 Señales internas del filtro digital adaptativo para la extracción de componentes fundamentales a partir de la corriente de carga y su comparación con el control SOGI convencional Las señales internas del filtro digital para obtener el componente de corriente fundamental se representan en la Figura 5(a), lo que mejora el perfil de tensión en el lado de la carga y el rendimiento del sistema. No se observa ningún cambio de fase entre iLa e ifLa. La Figura 5(b) presenta el gráfico de Bode del filtro digital y se observa a partir del gráfico de magnitud que esta técnica de control proporciona en ejes de dB cero y desplazamiento de fase cero a frecuencia fundamental. Por lo tanto, ifLa está en fase con iLa. En comparación con el control convencional, como el control de integrador generalizado de segundo orden (SOGI), esta técnica de control es mejor en la capacidad de rechazo de armónicos. Por lo tanto, el perfil de voltaje PCC se encuentra mejor con el controlador digital adaptativo en comparación con el control SOGI. La comparación del filtro digital con un controlador convencional, es decir, el algoritmo de integrador generalizado de segundo orden (SOGI) bajo desconexión y conexión de carga de fase 'a' se muestra en la Figura 5(c), que muestra que el control de filtro digital tiene una respuesta dinámica más rápida en comparación con el control SOGI convencional. Los efectos de eliminación de carga en ifLa muestran que el enfoque de control del filtro digital converge rápidamente, es decir, llega a cero en un ciclo en comparación con el control SOGI. Por lo tanto, el control basado en filtro digital tiene un mejor rendimiento en comparación con el controlador convencional existente, es decir, SOGI. FIGURA 5Abrir en el visor de la figuraPowerPoint Señales internas del filtro digital adaptativo y la gráfica de Bode. (a) Señales internas del filtro para la extracción de ifLa de iLa; (b) Comparación de la gráfica de Bode del filtro digital con el control SOGI; (c) comparación de la extracción para el constituyente fundamental del control digital adaptativo con el control SOGI 4.2 Respuesta para el sistema en la variación de carga La Figura 6 presenta la respuesta del sistema en la perturbación de carga. A t = 2,1 s, a medida que aumenta la carga, se reduce la magnitud de la corriente de carga BES, por lo que BES satisface la demanda de carga. La corriente de carga BES aumenta de nuevo, cuando la demanda de carga disminuye en t = 2,2 s. Los voltajes de fase de carga sinusoidal (vLabc) se mantienen bien en la variación de carga. No hay cambios en la energía solar fotovoltaica en la variación de carga, por lo tanto, la corriente fotovoltaica permanece constante. Sin embargo, a una carga variable, la tensión de enlace de CC se mantiene en el valor MPPT. FIGURA 6ABRIR en el visor de la figuraPowerPoint Rendimiento del sistema para la alteración de la carga 4.3 Respuesta para el sistema independiente en el cambio de irradiancia solar La Figura 7 representa la respuesta del sistema en el cambio de insolación solar. La insolación solar disminuye a t = 1,3 s, por lo que debido a una disminución de la energía solar, la corriente fotovoltaica también disminuye. Por lo tanto, la corriente de carga BES se reduce y la demanda de carga permanece constante y es realizada por el BES. Sin embargo, en la alteración de la irradiancia solar, no se observa variación en el voltaje de enlace de CC y los voltajes de carga vLabc, lo que muestra que el perfil de voltaje de PCC está bien mantenido. FIGURA 7Abrir en el visor de la figuraRespuesta de PowerPoint del controlador independiente sobre la alteración de la insolación solar 4.4 Operación VSC para el sistema solar PV-BES sobre la no accesibilidad de la energía solar El comportamiento del sistema solar PV-BES, cuando la insolación solar se reduce a cero en t = 1.5s, se presenta en la Figura 8. La corriente BES es positiva, lo que muestra que BES llega al modo de descarga, por lo que proporciona energía a la carga. Sin disponibilidad de energía solar, es decir, durante la noche, el IPV correspondiente se ha reducido a cero. Sin embargo, durante esta variación, no se observan cambios en las tensiones de carga y la tensión de enlace de CC. Así, la demanda de carga se mantiene durante la noche. FIGURA 8ABRIR en el visor de la figuraRespuesta de PowerPoint del controlador independiente sobre la no accesibilidad de la insolación solar 4.5 Respuesta del controlador en la desconexión de la carga El comportamiento del sistema solar PV-BES en la desconexión de la carga se muestra en la Figura 9. La corriente de carga BES aumenta bajo desconexión de carga a t = 1,8 s. Como no hay variación en la energía solar, por lo tanto, la energía fotovoltaica y la corriente fotovoltaica son constantes. La tensión de enlace de CC se regula al valor MPPT. Las tensiones de carga son sinusoidales y equilibradas al retirar la carga. Por lo tanto, el sistema tiene un rendimiento satisfactorio en la desconexión de la carga. FIGURA 9Abrir en el visor de la figuraRespuesta de PowerPoint del sistema autónomo PV-BES en la desconexión de carga 4.6 Comparación de la técnica de control basada en el filtro digital adaptativo y el controlador PR con el control convencional basado en el controlador PI y sin filtro digital Los espectros armónicos de la tensión de carga sin filtro digital adaptativo y con el controlador PI convencional se muestran en la Figura 10(a), mientras que vLab con filtro digital adaptativo y controlador PR no ideal se demuestra en la Figura 10(b) para la corriente de carga no lineal como se muestra en la Figura 10(c). La Figura 10(a) demuestra que en el enfoque de control de voltaje, cuando la corriente de carga detectada se resta de la corriente de carga de referencia, el ThD del voltaje de PCC es 3.94%. Sin embargo, el voltaje PCC ThD se reduce a 1.87% como se muestra en la Figura 10(b), cuando una parte fundamental de la corriente de carga no lineal obtenida a través del filtro digital adaptativo se compara con la corriente de carga de referencia. Por lo tanto, los armónicos en los voltajes PCC están dentro de los límites prescritos y según el estándar IEEE-519. La corriente de carga no lineal tiene una ThD de 27.54% como se muestra en la Figura 10(c). La Figura 11(a) muestra el error de estado estacionario entre vLa, v*La no es cero con un controlador PI convencional, mientras que la Figura 11(b) muestra que el error de estado estacionario es cero utilizando el controlador PR no ideal. La Figura 11(c) muestra el gráfico de Bode del controlador convencional y el controlador PR digital no ideal. El rendimiento del controlador PI convencional es bueno para las cantidades de CC en comparación con las cantidades de CA. Este controlador PR no ideal tiene una ganancia finita en la frecuencia fundamental, por lo tanto, elimina el error de estado estacionario entre dos cantidades de CA. En la Tabla 1 se representa un filtro digital adaptativo con la comparación del controlador PR digital no ideal con otras técnicas de control convencionales. FIGURA 10Abrir en el visor de figurasAnálisis de armónicos de PowerPoint. (a) vLab sin técnica de filtro digital y con controlador PI convencional; (b) vLab con técnica de filtro digital y controlador PR no ideal; (c) iLa, FIGURA 11 de corriente de carga no linealAbrir en el visor de figurasComparación de PowerPoint del controlador PI convencional con controlador PR no ideal; (a) vLa, v*La sin técnica de filtro digital y con controlador PI convencional; (b) vLa, v*La con técnica de filtro digital y controlador PR no ideal; (c) Diagrama de código del controlador PI convencional con controlador PR no ideal digital TABLA 1. Filtro digital adaptativo con controlador PR no ideal Comparación del controlador PR no ideal con otras técnicas de control convencionales Parámetro Control digital adaptativo con controlador PR no ideal Control SOGI convencional con controlador PR no ideal Sin control digital adaptativo con controlador PI convencional Rendimiento del controlador bajo eliminación de carga El componente de corriente de carga fundamental llega a cero dentro de un ciclo El componente de corriente de carga fundamental llega a cero en 5 ciclos Sin extracción del componente de la parte fundamental Voltaje PCC ThD Bajo Medio Carga de cálculo Menos Alto Menos Respuesta dinámica Rápido Lento Error de estado estacionario Cero Cero No es cero 5 RESULTADOS EXPERIMENTALES Para validar la viabilidad del sistema, se utiliza un prototipo desarrollado como se muestra en la Figura 12(a), para realizar las pruebas. FIGURA 12Abrir en el visor de figurasDiagrama de bloques de PowerPoint de la conexión de hardware y la configuración experimental. (a) Diagrama de bloques de la conexión de hardware; (b) configuración experimental El simulador solar se utiliza para obtener la energía fotovoltaica. El control del sistema se implementa mediante un OPAL-RT (OP4510). Los optoacopladores dan el aislamiento óptico entre el circuito de potencia y los pulsos obtenidos de la salida del circuito de potencia y los pulsos obtenidos de la salida de OPAL-RT. Los sensores de corriente y tensión basados en el efecto Hall, es decir, LA-55P y LV-25 se utilizan para percibir las señales vLab, vLbc, iLa, iLb, Vdc, Ibat e Ipv. El osciloscopio de almacenamiento digital y el analizador de potencia se utilizan para obtener los resultados experimentales del sistema operativo para el estado estacionario, así como para varios escenarios dinámicos. La Figura 12(b) muestra el diagrama de bloques de la conexión de hardware del prototipo desarrollado. Los componentes de la conexión de hardware comprenden un simulador de matriz solar fotovoltaica, un convertidor bidireccional, un VSC de tres patas, inductores de interfaz, un filtro de ondulación y una carga no lineal. Las señales detectadas a través de los sensores de efecto Hall se envían a OP4510 a través de convertidores analógico a digital (ADC). La salida de ADC son las señales dadas al algoritmo de control, que se carga en la matriz de puertas programables en campo (FPGA). Por lo tanto, los pulsos de conmutación generados para el convertidor bidireccional y VSC se proporcionan a los optoacopladores a través de entradas y salidas digitales DIO. Los parámetros del sistema para el prototipo se especifican en la Tabla A.1 del Apéndice. 5.1 Respuesta de estado estacionario para el control basado en el filtro digital adaptativo y el controlador PR no ideal y su comparación con el control PI convencional Las formas de onda de vLab, vLbc vLa, v* La, vLb, v*Lb, vLc, v*Lc iLa, iLb, iLc y Vdc se representan en las Figuras 13(a)–(c). Vdc se mantiene en el valor de seguimiento de MPP. Las Figuras 14(a)–(d) demuestran la respuesta del sistema en el escenario de estado estacionario con el controlador PR digital no ideal. Las Figuras 14(a) y (b) presentan la potencia de la potencia de carga de VSC e iLc. Las Figuras 14(c) y (d) presentan la corriente VSC de la fase 'c', es decir, ivscc. Las Figuras 15(a)–(c) muestran la respuesta del sistema con un controlador PR digital no ideal. IET Renewable Power GenerationVolume 15, Issue 5 p. 1030-1045 ORIGINAL RESEARCH PAPEROpen Access Control of solar PV-integrated battery energy storage system for rural area application Shubhra Chauhan, Corresponding Author Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, India Correspondence Shubhra Chauhan, Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi 110016, India. Email: shubhra72@gmail.comSearch for more papers by this authorBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndiaSearch for more papers by this author Shubhra Chauhan, Corresponding Author Shubhra Chauhan shubhra72@gmail.com Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, India Correspondence Shubhra Chauhan, Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi 110016, India. Email: shubhra72@gmail.comSearch for more papers by this authorBhim Singh, Bhim Singh Department of Electrical Engineering, IIT Delhi, New Delhi, IndiaSearch for more papers by this author First published: 20 January 2021 https://doi.org/10.1049/rpg2.12086Citations: 1AboutSectionsPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract The inaccessibility of a utility grid is the challenge for rural and remote areas. This work presents the application of solar photovoltaic (PV) integrated battery energy storage (BES) for rural area electrification. The addition of a BES at DC link, is realised by means of a DC–DC bidirectional converter. The BES is discharged/charged in accordance with the solar PV generation and load variations. This converter control also maintains the voltage for the maximum power point tracking (MPPT) with perturb and observe (P & O) control at the DC link. The voltage source converter (VSC) works by means of voltage control algorithm in a solar PV-BES system. The system manages the power for the load network with frequency and voltage regulation by the non-ideal discrete proportional and resonant controller (PR). The fundamental component from the load current, is acquired using an adaptive digital filter, which improves the power quality. The utilization of buck-boost converter with an optimum BES rating as related to the system, when it is linked directly at the VSC DC link. The system's operations at steady state and dynamic circumstances i.e. solar insolation change and load variation, load disconnection, are authenticated with test results on a developed prototype. 1 INTRODUCTION The global energy crises issue has led to the incredible technical development in the field of renewable energy resources (RESs) and revolutionised the power field for industrial applications. Due to enhanced use of this energy, annual saving for the users, is consistently increasing thereby saving precious foreign exchange for the nation. Due to reduced CO2 emission, major support is provided to deteriorating environmental conditions. These sources provide clean energy, reduce greenhouse gas emission drastically. The solar power is one of the most effective sources among other RESs due to various reasons like sustainability, economical, pollution free and easy to install. The microgrid is integrated by means of a battery energy storage (BES) and has gained popularity because it stores the energy at off-peak periods and provides the energy during the peak load demand [1]. The main cause of unreachability of electrical power supply system in remote villages is the low voltage and intermittent nature of electrical power supply coming from the available utility grid. The main reason of these circumstances is the misalliance of demand and supply in the distribution network. The off-grid solar PV-battery system is a best solution for the reliable and affordable source of electrical energy than convention sources [2]. The microgrid operates in a grid integrated mode or in autonomous mode. It is separated from the utility grid under the abnormal conditions like, grid outage and works in autonomous mode. The energy storage is desirable for the compensation of intermittency problem of RESs and makes the reliable operation of the system. The incorporation of solar photovoltaic (PV) based microgrid to the utility grid and energy management, are given in [3]. The maximum power point tracking (MPPT) schemes are developed and implemented due to the sporadic problem of the PV array. The essential part of the PV system is the tracking of the maximum power point of a PV array, and various MPP tracking techniques for the generation of solar power, are elaborated in [4], [5]. To maintain the power quality (PQ) level in the distribution network, is a difficult task because of an increase in power converters in residential, industrial and commercial premises. The PQ concerns and their mitigation approaches with numerous current control algorithms are reported in [6]. The PQ issues in realising for smart distribution grid and the description of technologies like demand side management, microgrid, feeder reconfiguration, advanced voltage control methods, are described in [7]. The battery selection is of higher rating, when its connection at the DC link is direct; however, in this system, the low rating battery is incorporated by the DC–DC bidirectional converter, which increases the battery life by eliminating the battery current's second harmonic current. The battery discharging and charging are influenced by the system's load demand. The microgrid with RESs and energy storage, is developed and elaborated in [8], [9]. The RESs, BES and loads are necessary for the reliable performance of autonomous system. The BES smoothens the variable nature of RESs [10]. The voltage boosting and DC–AC conversion is implemented with novel boost inverter made by utilising the DC–DC buck-boost converter and DC–AC inverter [11]. Due to the variable nature of RESs, the BES acts as a critical element in an islanded microgrid and regulates the voltage and frequency. It also maintains the generation and balances in loads, thus improves the reliability of the system. Various control methods for power management of PV-BES islanded microgrid are reported in [12-14]. The proportional and resonant (PR) regulator eliminates the shortcomings of proportional and integrator (PI) controller, that is, steady-state error between AC quantities, which improves converter's tracking performance. Performance of PR control depends on the accuracy of the resonant frequency. The PR controller with discretisation method is reported in [15], [16]. The application of stationary frame linear PI controllers has the main drawback of steady-state error for the regulation of AC quantities, whereas the PR controller is the attractive solution to eliminate the error [17]. The proliferation of nonlinear loads connected at consumer's end, has introduced PQ issues and has hindered the performance of existing distribution network as in terms of poor power factor and generation of harmonics in utility grid voltage and current, which do not follow the IEEE-519 standard [18]. The accurate computation of harmonics and sequence components is necessary to observe the three phase system performance. The main drawback of LMS technique is that the convergence rate depends upon the constant step size and is associated with the current weight value. The least mean square (LMS) algorithm is simple technique to find parameters for PQ event and not much effective for short time and time varying disturbances as it has low signal to noise ratio, whereas least mean forth method is better than LMS for PQ issues but its computational complexity is more, which results in poor steady-state response. The volterra LMS/forth filter is used to find sequence components, decaying DC and harmonics [19]. The coordinated control for RESs with BES in an islanded microgrid, is demonstrated in [20]. The active in power control of hybrid microgrid in remote islands and the analysis and implementation of voltage and frequency control methods in autonomous mode for hybrid microgrid with variability imposed by RESs, are given in [21], [22]. For the enhancement in PQ and the distribution network reliability, the microgrid must be realised in the grid integrated as well as in off-grid mode. The control technique for an inverter interfaced distribution generator for voltage and frequency variations, are shown in [23]. In this work, an adaptive digital filter is used to obtain the fundamental component of the load current, which is easy to implement as compared to the analog filters and results in sinusoidal point of common coupling (PCC) voltage at nonlinear loads. The adjustable coefficients contribute for better steady-state and dynamic performance and, are detailed in [24]. The application of automatic parameter extraction method for dynamic battery model in off-grid solar PV system, is detailed in [25]. Due to continual demand on load side, the battery is used in the system. The power management approaches for the RESs with the BES, for the operation of system in the grid integrated mode as well as for an autonomous mode, are detailed in [26], [27]. The solar PV integrated BES system's basic features are elaborated as follows. A single stage structure of system for rural area is realised for the utilisation of peak solar power through a PV array by a simplified perturb and observe (P & O) MPP tracking approach, which is simple and easy to implement [4], whereas in a double stage structure supplementary boost converter is integrated in the system, which increases the losses and the cost of overall system. Hence, this topology is economical and efficient. The battery in conjunction with a bidirectional converter makes the charging and discharging process of BES under the off-peak and peak demand of load, respectively. The non-ideal PR controller with high tracking proficiency reduces steady-state errors between reference load voltages and sensed load voltages. The regulation of frequency and voltage, is achieved by the voltage control technique in autonomous mode. The dynamic response of digital filter is adaptable and load voltage total harmonic distortion (THD) is in prescribed limits [18]. At night or non-accessibility of solar energy, the battery manages the load demand. 2 SYSTEM CONFIGURATION The schematic connection for a solar photovoltaic battery based autonomous system is represented in Figure 1. The system comprises of a PV array connected directly at the DC link, wherein the VSC is also integrated. The P & O approach is used to acquire the maximum PV array power, which utilises inputs as, the PV current (Ipv) and voltage (Vpv). A battery is supplemented through a bidirectional DC–DC converter to the DC link, which manages the load levelling. The voltage across the DC link is maintained using this converter. The three phase nonlinear load encompasses, three phase diode bridge rectifier, connected in parallel arrangement with the series load consisting with inductance (L) and resistance (R). Terminals of VSC are interconnected through the interfacing inductors (Lf) across PCC, wherein, ripple filter (Rf, Cf), and load are connected. FIGURE 1Open in figure viewerPowerPoint System configuration/schematic connection 3 CONTROL APPROACH The control approach of system consists of control for VSC voltage in autonomous mode and control for buck- boost converter. 3.1 Solar PV integrated BES system control The control technique for solar PV integrated BES system for electrification of islanded remote area shown in Figure 2(a), is presented for the switching pulses generation for VSC, whereas the fundamental part extraction of 'a' phase by adaptive digital filter is presented in Figure 2(b). The phase load voltages are computed from sensed line load voltages of (vLab, vLbc) as [6], v L a v L b v L c = 1 3 2 1 0 − 1 1 0 − 1 − 2 0 v L a b v L b c 0 . (1)The generation of reference load voltages are described as follows. v L a ∗ = V p m sin ω t , v L b ∗ = V p m sin ω t − 2 π 3 , v L c ∗ = V p m sin ω t + 2 π 3 , (2)where Vpm is the reference amplitude of peak voltage and ω is frequency. vLa, vLb, vLc, that is, sensed load voltages are compared with reference load voltages and results errors. v L a e ( p ) = v L a ∗ − v L a , v L b e ( p ) = v L b ∗ − v L b , v L c e ( p ) = v L c ∗ − v L c . (3)The digital non-ideal proportional resonant controllers (PR) are fed with these errors and reference load currents are produced. The digital non-ideal PR controllers minimise the steady-state error in reference and sensed load voltages (AC quantities) [15], [16]. FIGURE 2Open in figure viewerPowerPoint Controller for voltage source converter. (a) Control algorithm for VSC; (b) fundamental part extraction of 'a' phase by adaptive filter TLa(z), TLb(z) TLc(z), which are transfer functions for non-ideal discrete PR controllers of phases 'a', 'b' and 'c', respectively, are computed as [15], [16], T L a ( z ) = i L a ∗ v L a e = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (4) T L b ( z ) = i L b ∗ v L b e = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 , (5) T L c ( z ) = i L c ∗ v L c e = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 . (6)Transfer functions of non-ideal PR controllers are modified as, i L a ∗ = k p L a e + k i L a e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L a e , (7) i L b ∗ = k p L b e + k i L b e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L b e , (8) i L c ∗ = k p L c e + k i L c e ∗ 2 ∗ ω c ∗ T s ∗ k 1 z − 1 1 + T s ∗ k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s ∗ k 1 ∗ z z − 1 ∗ v L c e , (9) k p L a e = k p L b e = k p L c e = k p p r , (10) k i L a e = k i L b e = k i L c e = k i p r , (11)where kppr and kipr are proportional and integral gains for PR controller, correspondingly. ωc is the bandwidth around ω. The digital filter is used to calculate fundamental constituent of load current of phase 'a' (ifLa), as depicted in Figure 2(b). The overall transfer function filter (T(z)) is described as [24], i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + i L 4 ( p ) , T 1 ( z ) = i L 4 ( p ) i L a ( p ) , (12) i f L a ( p ) = η 4 ∗ i L a ( p ) + T 1 ( z ) ∗ i L a ( p ) , (13) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ 1 + − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 − η 1 1 − η 1 − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 = η 4 1 + ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) − η 1 ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) ( 1 − η 3 z − 1 + η 2 z − 2 ) − η 1 ( − η 2 + η 3 z − 1 − z − 2 ) , (14) T ( z ) = i f L a ( p ) i L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 , (15) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 − η 1 − η 2 ) ( 1 − z − 2 ) ( 1 + η 1 η 2 ) − ( η 3 + η 1 η 3 ) z − 1 + ( η 2 + η 1 ) z − 2 i L a ( p ) . (16) Similarly fundamental constituents of phases 'b', 'c' load currents (ifLb and ifLc) are calculated. The fundamental current constituents from (ifLa, ifLb, ifLc) from sensed load currents (iLa, iLb, iLc), are acquired using an adaptive digital filter transfer function [25], so that load voltage profile is improved. The reference currents (i*La, i*Lb, i*Lc) in comparison from ifLa, ifLb, ifLc result in current errors, i e r L a = i L a ∗ − i f L a , i e r L b = i L b ∗ − i f L b , i e r L c = i L c ∗ − i f L c . (17)These errors are given to hysteresis controller for switching pulses of VSC in voltage control. 3.2 DC–DC bidirectional converter control The DC link voltage and current control of BES are regulated by the bidirectional converter as depicted in Figure 3. The converter has two switches S7 and S8, where S7 operates in buck mode during the battery charging process, while the boost mode is implemented with S8 in discharging mode. The current for the BES is positive while discharging and negative while the charging. V*dc is obtained using P & O method for MPP tracking of the PV array is compared with sensed DC voltage (Vdc) and this comparison results in an error signal, which is set as input for to the proportional and integral (PIa) regulator. V d c e ( p ) = V d c ∗ ( p ) − V d c ( p ) . (18)The PIa regulator's output acts as battery reference current. I b a t ∗ ( p + 1 ) = I b a t ∗ ( p ) + k p d c V d c e ( p + 1 ) + k i d c { V d c e ( p + 1 ) − V d c e ( p ) } , (19)where, kpdc and kidc are gains for PIa, correspondingly. FIGURE 3Open in figure viewerPowerPoint Bidirectional DC–DC converter controller The subtraction of sensed BES current (Ibat) with I*bat, results in an error, which is supplied to PIb and is calculated as, I b a t e ( p ) = I b a t ∗ ( p ) − I b a t ( p ) . (20)The Ibate is set as PIb regulator's input, whereas its output is calculated as, I e r ∗ ( p + 1 ) = I e r ∗ ( p ) + k p b a t I b a t e ( p + 1 ) + k i b a t { I b a t e ( p + 1 ) − I b a t e ( p ) } , (21)where kpbat and kibat are gains for the proportional and integral parts of PIb, correspondingly. The duty cycle, that is, I*er, is supplied to pulse width modulator for formation of switching logics for bidirectional converter. 4 SIMULATIONS RESULTS The simulation setup of the system is shown in Figure 4. The MATLAB / Simulink library is utilised for the modelling of solar PV-integrated battery energy storage system. A ripple filter is realised by R-C series branch. The nonlinear load is realised via a three-phase diode bridge rectifier in the parallel combination with a series R L series branch. The battery is available in MATLAB/Simulink library, which is used for load management. The system's parameters for prototype, are specified in Table A.1 given in Appendix. FIGURE 4Open in figure viewerPowerPoint Simulation setup of the system 4.1 Internal signals of adaptive digital filter for fundamental component extraction from load current and its comparison with conventional SOGI control The internal signals of digital filter to obtain fundamental current component are represented in Figure 5(a), which improves the voltage profile at load side and the performance of system. There is no phase shift observed in between iLa and ifLa. Figure 5(b) presents the Bode plot of digital filter and it is observed from the magnitude plot that this control technique furnishes at zero db axes and zero phase shift at fundamental frequency. Therefore, ifLa is in-phase with iLa. In comparison to conventional control, like second order generalised integrator (SOGI) control, this control technique is better in harmonics rejection capability. Thus, PCC voltage profile is found better with adaptive digital controller as compared to SOGI control. The comparison of digital filter with a conventional controller, that is, second order generalised integrator (SOGI) algorithm under disconnection and connection of phase 'a' load is shown in Figure 5(c), which shows that the digital filter control has faster dynamic response as compared to the conventional SOGI control. The load removal effects on ifLa shows that digital filter's control approach converges fast, that is, reaches zero in a cycle as compared to SOGI control. Thus the digital filter based control has better performance as compared to the existing conventional controller, that is, SOGI. FIGURE 5Open in figure viewerPowerPoint Internal signals of adaptive digital filter and Bode plot. (a) Internal signals of filter for extraction of ifLa from iLa; (b) Comparison of Bode plot of digital filter with SOGI control; (c) comparison of extraction for the fundamental constituent of adaptive digital control with SOGI control 4.2 Response for system at load variation Figure 6 presents the response of system at load perturbation. At t = 2.1s, as the load increases, the magnitude of BES charging current is reduced, thus the load demand is met by BES. The BES charging current increases again, when the load demand is decreased at t = 2.2s. The sinusoidal load phase voltages (vLabc) are well maintained at load variation. There is no change in solar PV power at load variation, therefore, the PV current remains constant. However, at varying load, DC link voltage is maintained to MPPT value. FIGURE 6Open in figure viewerPowerPoint Performance of system for alteration on load 4.3 Response for standalone system at solar irradiance change Figure 7 depicts the response of system at solar insolation change. The solar insolation is decreased at t = 1.3s, so due to a decrease in the solar power, the PV current is also decreased. Thus, the BES charging current is reduced and load demand remains constant and is accomplished by the BES. However, at solar irradiance alteration, no variation is observed in the DC link voltage and load voltages vLabc, which shows that PCC voltage profile is well maintained. FIGURE 7Open in figure viewerPowerPoint Response of standalone controller on alteration of solar insolation 4.4 VSC operation for solar PV-BES system on non-accessibility of solar power The behaviour of solar PV-BES system, when solar insolation is reduced to zero at t = 1.5s, is presented in Figure 8. The BES current is positive, which shows that BES comes to the discharging mode, thus it provides power to the load. At no solar power availability, that is, during night, corresponding Ipv has reduced to zero. However, during this variation, no changes are observed in the load voltages and the DC link voltage. Thus, the load demand is maintained during night. FIGURE 8Open in figure viewerPowerPoint Response of standalone controller on non-accessibility of solar insolation 4.5 Response of controller on load disconnection The behaviour of the solar PV-BES system at load disconnection is shown in Figure 9. The BES charging current is increased under load disconnection at t = 1.8s. As no variation in sola r power, therefore, the PV power and PV current are constant. The DC link voltage is regulated to the MPPT value. The load voltages are sinusoidal and balanced at the load removal. Hence, the system has satisfactory performance at load disconnection. FIGURE 9Open in figure viewerPowerPoint Response of autonomous PV-BES system on load disconnection 4.6 Comparison of control technique based on adaptive digital filter and PR controller with conventional control based on PI controller and without digital filter The harmonic spectra of load voltage without adaptive digital filter and with conventional PI controller are shown in Figure 10(a), whereas vLab with adaptive digital filter and non-ideal PR controller is demonstrated in Figure 10(b) for the nonlinear load current as depicted in Figure 10(c). Figure 10(a) demonstrates that in the voltage control approach, when the sensed load current is subtracted from the reference load current, the THD of PCC voltage is 3.94 %. However, PCC voltage THD is reduced to 1.87% as shown in Figure 10(b), when a fundamental part of nonlinear load current obtained through adaptive digital filter is compared with the reference load current Thus, harmonics in PCC voltages are within prescribed limits and per the standard IEEE-519. The nonlinear load current has THD of 27.54% as depicted in Figure 10(c). Figure 11(a) shows the steady-state error between vLa, v*La is not zero with a conventional PI controller, whereas Figure 11(b) depicts that the steady-state error is zero by utilising the non-ideal PR controller. Figure 11(c) shows the Bode plot of the conventional controller and digital non-ideal PR controller. The performance of conventional PI controller is good for DC quantities in comparison to AC quantities. This non-ideal PR controller has finite gain at fundamental frequency, hence it eliminates the steady-state error between two AC quantities. An adaptive digital filter with digital non-ideal PR controller's comparison with other conventional control techniques is depicted in Table 1. FIGURE 10Open in figure viewerPowerPoint Harmonic analysis. (a) vLab without digital filter technique and with conventional PI controller; (b) vLab with digital filter technique and non-ideal PR controller; (c) iLa, nonlinear load current FIGURE 11Open in figure viewerPowerPoint Comparison of conventional PI controller with non-ideal PR controller; (a) vLa, v*La without digital filter technique and with conventional PI controller; (b) vLa, v*La with digital filter technique and non-ideal PR controller; (c) Bode plot of conventional PI controller with digital non-ideal PR controller TABLE 1. Adaptive digital filter with non-ideal PR controller's comparison with other conventional control techniques Parameter Adaptive Digital Control with Non-Ideal PR Controller Conventional SOGI Control with Non-Ideal PR Controller Without Adaptive Digital Control with Conventional PI Controller Performance under load removal Fundamental load current component reaches zero within a cycle Fundamental load current component reaches to zero in 5 cycles No fundamental part component extraction PCC voltage THD Low Medium Medium Computation burden Less High Less Dynamic response Fast Slow Slow Steady-state error Zero Zero Is not zero 5 EXPERIMENTAL RESULTS To validate the practicability of system, a developed prototype as shown in Figure 12(a) is utilised, to perform the tests. FIGURE 12Open in figure viewerPowerPoint Block diagram of hardware connection and experimental setup. (a) Block diagram of hardware connection; (b) experimental setup The solar simulator is utilised to obtain the PV power. The control of system is implemented by an OPAL-RT (OP4510). The opto-couplers give the optical isolation between the power circuit and the pulses obtained from the output of power circuit and the pulses obtained from the output of OPAL-RT. The current and voltage sensors based on the Hall Effect, that is, LA-55P and LV-25 are utilised for perceiving the signals vLab, vLbc, iLa, iLb, Vdc, Ibat and Ipv. The digital storage oscilloscope and power analyser are used for obtaining the experimental results for the operation system for steady-state as well as various dynamic scenarios. Figure 12(b) demonstrates the block diagram of hardware connection of the developed prototype. The constituents of hardware connection comprise of solar PV array simulator, bidirectional converter, three leg VSC, interfacing inductors, ripple filter and nonlinear load. The sensed signals through Hall-Effect sensors are sent to OP4510 via analog to digital converters (ADCs).The output of ADC are the signals given to control algorithm, which is loaded in field programmable gate array (FPGA).Therefore, switching pulses generated for bidirectional converter and VSC are provided to optocouplers via digital inputs and outputs DIO. The system's parameters for prototype are specified in Table A.1 of Appendix. 5.1 Steady-state response for control based on adaptive digital filter and non-ideal PR controller and its comparison with conventional PI control The waveforms of vLab, vLbc vLa, v*La, vLb, v*Lb, vLc, v*Lc iLa, iLb, iLc and Vdc are represented in Figures 13(a)–(c). Vdc is maintained to MPP tracking value. Figures 14(a)–(d) demonstrate the system's response at steady-state scenario with the non-ideal digital PR controller. Figures 14(a) and (b) present power of the load power of VSC and iLc. Figures 14(c) and (d) present VSC current of phase 'c', that is, ivscc. Figures 15(a)–(c) show response of system with non-ideal digital PR controller. IET توليد الطاقة المتجددة المجلد 15، العدد 5 ص. 1030-1045 البحث الأصلي PAPEROpen التحكم في الوصول إلى نظام تخزين طاقة البطارية الشمسية المتكاملة الكهروضوئية لتطبيق المنطقة الريفية شوبرا شوهان، المؤلف المراسل شوبرا شوهان shubhra72@gmail.com قسم الهندسة الكهربائية، IIT دلهي، نيودلهي، الهند المراسلات شوبرا شوهان، قسم الهندسة الكهربائية، IIT دلهي، نيودلهي 110016، الهند. البريد الإلكتروني: shubhra72@gmail.com البحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف بهيم سينغ، قسم بهيم سينغ للهندسة الكهربائية، آي آي تي دلهي، نيودلهي، الهند البحث عن المزيد من الأوراق من قبل هذا المؤلف شوبرا شوهان، المؤلف المراسل شوبرا شوهان shubhra72@gmail.com قسم الهندسة الكهربائية، آي آي آي تي دلهي، نيودلهي، الهند المراسلات شوبرا شوهان، قسم الهندسة الكهربائية، آي آي تي دلهي، نيودلهي 110016، الهند. البريد الإلكتروني: shubhra72@gmail.com البحث عن المزيد من الأوراق التي كتبها هذا المؤلف بهيم سينغ، بهيم سينغ قسم الهندسة الكهربائية، آي آي تي دلهي، نيودلهي، الهند البحث عن المزيد من الأوراق التي كتبها هذا المؤلف نشرت لأول مرة: 20 يناير 2021 https://doi.org/10.1049/rpg2.12086 الاقتباسات: 1 حول الأقسام أدوات بي دي إف طلب إذن تصدير الاقتباس أضف إلى المفضلة الاقتباس من المسار مشاركة مشاركة منح حق الوصول إلى النص الكامل مشاركة الوصول إلى النص الكامل يرجى مراجعة شروط وأحكام الاستخدام الخاصة بنا ومربع الاختيار أدناه لمشاركة نسخة النص الكامل من المقالة. لقد قرأت وقبلت شروط وأحكام الاستخدام الخاصة بمكتبة وايلي أونلاين استخدم الرابط أدناه لمشاركة نسخة النص الكامل من هذه المقالة مع أصدقائك وزملائك. اعرف المزيد. انسخ عنوان URL شارك رابطًاشارك على FacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract يمثل عدم إمكانية الوصول إلى شبكة المرافق تحديًا للمناطق الريفية والنائية. يعرض هذا العمل تطبيق تخزين طاقة البطارية الكهروضوئية المتكاملة (BES) لكهربة المناطق الريفية. تتحقق إضافة وصلة BES في DC عن طريق محول ثنائي الاتجاه DC - DC. يتم تفريغ/شحن BES وفقًا لتوليد الطاقة الشمسية الكهروضوئية واختلافات الحمل. يحافظ التحكم في المحول هذا أيضًا على الجهد لأقصى تتبع لنقطة الطاقة (MPPT) مع التحكم في التشويش والمراقبة (P&O) عند وصلة التيار المستمر. يعمل محول مصدر الجهد عن طريق خوارزمية التحكم في الجهد في نظام PV - BES الشمسي. يدير النظام الطاقة لشبكة الحمل مع تنظيم التردد والجهد بواسطة جهاز التحكم التناسبي والرنين المنفصل غير المثالي. يتم الحصول على المكون الأساسي من تيار الحمل باستخدام مرشح رقمي تكيفي، مما يحسن جودة الطاقة. استخدام محول Buck - Boost مع تصنيف BES الأمثل فيما يتعلق بالنظام، عندما يتم ربطه مباشرة في وصلة VSC DC. تتم المصادقة على عمليات النظام في حالة ثابتة وظروف ديناميكية، أي تغيير التشمس الشمسي وتغير الحمل، وفصل الحمل، مع نتائج الاختبار على نموذج أولي مطور. 1 مقدمة أدت قضية أزمات الطاقة العالمية إلى التطور التقني المذهل في مجال موارد الطاقة المتجددة (RESs) وأحدثت ثورة في مجال الطاقة للتطبيقات الصناعية. بسبب الاستخدام المعزز لهذه الطاقة، يزداد الادخار السنوي للمستخدمين باستمرار وبالتالي توفير العملات الأجنبية الثمينة للأمة. بسبب انخفاض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، يتم تقديم دعم كبير للظروف البيئية المتدهورة. توفر هذه المصادر الطاقة النظيفة، وتقلل من انبعاثات غازات الدفيئة بشكل كبير. تعد الطاقة الشمسية واحدة من أكثر المصادر فعالية من بين مصادر الطاقة المتجددة الأخرى لأسباب مختلفة مثل الاستدامة والاقتصاد وخالية من التلوث وسهلة التركيب. تم دمج الشبكة الدقيقة عن طريق تخزين طاقة البطارية (BES) واكتسبت شعبية لأنها تخزن الطاقة في فترات الذروة وتوفر الطاقة خلال ذروة الطلب على الحمل [1]. السبب الرئيسي لعدم إمكانية الوصول إلى نظام إمدادات الطاقة الكهربائية في القرى النائية هو الجهد المنخفض والطبيعة المتقطعة لإمدادات الطاقة الكهربائية القادمة من شبكة المرافق المتاحة. والسبب الرئيسي لهذه الظروف هو عدم توافق العرض والطلب في شبكة التوزيع. يعد نظام البطاريات الكهروضوئية الشمسية خارج الشبكة أفضل حل لمصدر الطاقة الكهربائية الموثوق به وبأسعار معقولة من مصادر الاتفاقية [2]. تعمل الشبكة الصغرى في وضع متكامل للشبكة أو في وضع مستقل. يتم فصله عن شبكة المرافق في ظل ظروف غير طبيعية مثل انقطاع الشبكة ويعمل في الوضع المستقل. يعد تخزين الطاقة مرغوبًا فيه لتعويض مشكلة الانقطاع في RESs ويجعل التشغيل الموثوق للنظام. يتم تضمين الشبكة الصغرى القائمة على الطاقة الشمسية الكهروضوئية في شبكة المرافق وإدارة الطاقة، في [3]. يتم تطوير وتنفيذ مخططات تتبع الحد الأقصى لنقاط الطاقة (MPPT) بسبب المشكلة المتفرقة للمصفوفة الكهروضوئية. الجزء الأساسي من النظام الكهروضوئي هو تتبع أقصى نقطة طاقة للمصفوفة الكهروضوئية، ويتم تفصيل تقنيات تتبع MPP المختلفة لتوليد الطاقة الشمسية في [4]، [5]. يعد الحفاظ على مستوى جودة الطاقة في شبكة التوزيع مهمة صعبة بسبب زيادة محولات الطاقة في المباني السكنية والصناعية والتجارية. تم الإبلاغ عن مخاوف PQ ونهج التخفيف الخاصة بها مع العديد من خوارزميات التحكم الحالية في [6]. تم وصف مشكلات PQ في تحقيق شبكة التوزيع الذكية ووصف التقنيات مثل إدارة جانب الطلب، والشبكة الصغيرة، وإعادة تكوين وحدة التغذية، وطرق التحكم المتقدمة في الجهد، في [7]. يكون اختيار البطارية ذو تصنيف أعلى، عندما يكون توصيلها في وصلة التيار المستمر مباشرًا ؛ ومع ذلك، في هذا النظام، يتم دمج البطارية ذات التصنيف المنخفض بواسطة محول التيار المستمر- التيار المستمر ثنائي الاتجاه، مما يزيد من عمر البطارية من خلال القضاء على التيار التوافقي الثاني للبطارية. يتأثر تفريغ البطارية وشحنها بطلب تحميل النظام. تم تطوير الشبكة الدقيقة مع RESs وتخزين الطاقة وتفصيلها في [8]، [9]. تعد أنظمة RES و BES والأحمال ضرورية للأداء الموثوق للنظام المستقل. تعمل BES على تنعيم الطبيعة المتغيرة لـ RESs [10]. يتم تنفيذ تعزيز الجهد وتحويل DC - AC مع عاكس تعزيز جديد مصنوع باستخدام محول DC - DC BUCK - BOOST ومحول DC - AC [11]. نظرًا للطبيعة المتغيرة لـ RESs، تعمل BES كعنصر حاسم في شبكة ميكروية جزرية وتنظم الجهد والتردد. كما أنه يحافظ على التوليد والتوازن في الأحمال، وبالتالي يحسن موثوقية النظام. تم الإبلاغ عن طرق تحكم مختلفة لإدارة الطاقة للشبكة الصغرى الجزرية PV - BES في [12-14]. يزيل منظم التناسب والرنين (PR) أوجه القصور في وحدة التحكم التناسبية والمتكاملة (PI)، أي خطأ الحالة الثابتة بين كميات التيار المتردد، مما يحسن أداء تتبع المحول. يعتمد أداء التحكم في العلاقات العامة على دقة التردد الرنان. تم الإبلاغ عن وحدة تحكم العلاقات العامة مع طريقة التقدير في [15]، [16]. إن تطبيق وحدات تحكم PI الخطية للإطار الثابت له العيب الرئيسي لخطأ الحالة الثابتة لتنظيم كميات التيار المتردد، في حين أن وحدة تحكم العلاقات العامة هي الحل الجذاب للقضاء على الخطأ [17]. أدى تكاثر الأحمال غير الخطية المتصلة في نهاية المستهلك إلى ظهور مشكلات PQ وعرقل أداء شبكة التوزيع الحالية من حيث ضعف عامل الطاقة وتوليد التوافقيات في جهد شبكة المرافق والتيار، والتي لا تتبع معيار IEEE -519 [18]. يعد الحساب الدقيق للتوافقيات ومكونات التسلسل ضروريًا لمراقبة أداء النظام ثلاثي الأطوار. العيب الرئيسي لتقنية نظام إدارة التعلم هو أن معدل التقارب يعتمد على حجم الخطوة الثابت ويرتبط بقيمة الوزن الحالية. خوارزمية أقل متوسط مربع (LMS) هي تقنية بسيطة للعثور على معلمات لحدث PQ وليست فعالة كثيرًا لاضطرابات متفاوتة في الوقت والوقت القصير لأنها تحتوي على نسبة إشارة إلى ضوضاء منخفضة، في حين أن الطريقة الأقل متوسطًا أفضل من LMS لمشكلات PQ ولكن تعقيدها الحسابي أكثر، مما يؤدي إلى ضعف استجابة الحالة المستقرة. يستخدم فلتر فولتيرا لنظام إدارة التعلم للعثور على مكونات التسلسل، وتحلل التيار المستمر والتوافقيات [19]. يظهر التحكم المنسق لـ RESs مع BES في شبكة صغيرة جزرية، في [20]. يتم إعطاء النشاط في التحكم في الطاقة للشبكة الصغيرة الهجينة في الجزر النائية وتحليل وتنفيذ طرق التحكم في الجهد والتردد في الوضع المستقل للشبكة الصغيرة الهجينة مع التباين الذي تفرضه RESs، في [21]، [22]. من أجل تعزيز موثوقية PQ وشبكة التوزيع، يجب تحقيق الشبكة الدقيقة في الشبكة المدمجة وكذلك في وضع خارج الشبكة. يتم عرض تقنية التحكم لمولد توزيع بيني عاكس لتغيرات الجهد والتردد، في [23]. في هذا العمل، يتم استخدام مرشح رقمي تكيفي للحصول على المكون الأساسي لتيار الحمل، وهو سهل التنفيذ مقارنة بالفلاتر التناظرية وينتج عنه نقطة جيبية لجهد الاقتران المشترك (PCC) عند الأحمال غير الخطية. تساهم المعاملات القابلة للتعديل في تحسين الحالة المستقرة والأداء الديناميكي، وهي مفصلة في [24]. تم تفصيل تطبيق طريقة استخراج المعلمات التلقائية لنموذج البطارية الديناميكية في نظام الطاقة الشمسية الكهروضوئية خارج الشبكة، في [25]. نظرًا للطلب المستمر على جانب الحمل، يتم استخدام البطارية في النظام. تم تفصيل مناهج إدارة الطاقة لـ RESs مع BES، لتشغيل النظام في الوضع المتكامل للشبكة بالإضافة إلى الوضع المستقل، في [26]، [27]. يتم توضيح الميزات الأساسية لنظام BES المتكامل الكهروضوئي الشمسي على النحو التالي. يتم تحقيق هيكل أحادي المرحلة لنظام المناطق الريفية لاستخدام ذروة الطاقة الشمسية من خلال مصفوفة كهروضوئية من خلال نهج تتبع مبسط للاضطراب والمراقبة (P&O) MPP، وهو بسيط وسهل التنفيذ [4]، بينما في هيكل مزدوج المرحلة يتم دمج محول التعزيز التكميلي في النظام، مما يزيد من الخسائر وتكلفة النظام العام. وبالتالي، فإن هذه الطوبولوجيا اقتصادية وفعالة. تقوم البطارية جنبًا إلى جنب مع محول ثنائي الاتجاه بعملية الشحن والتفريغ لـ BES تحت طلب الحمل خارج أوقات الذروة والذروة، على التوالي. تقلل وحدة التحكم في العلاقات العامة غير المثالية ذات الكفاءة العالية في التتبع من أخطاء الحالة الثابتة بين جهد الحمل المرجعي وجهد الحمل المستشعر. يتم تنظيم التردد والجهد عن طريق تقنية التحكم في الجهد في الوضع المستقل. الاستجابة الديناميكية للمرشح الرقمي قابلة للتكيف ويكون التشوه التوافقي الكلي لجهد الحمل (THD) في الحدود المقررة [18]. في الليل أو عدم إمكانية الوصول إلى الطاقة الشمسية، تدير البطارية طلب الحمل. 2 تكوين النظام يتم تمثيل الاتصال التخطيطي لنظام مستقل قائم على البطارية الكهروضوئية الشمسية في الشكل 1. يتكون النظام من مصفوفة كهروضوئية متصلة مباشرة بوصلة التيار المستمر، حيث يتم دمج VSC أيضًا. يتم استخدام نهج P&O للحصول على الحد الأقصى من طاقة المصفوفة الكهروضوئية، والتي تستخدم المدخلات مثل التيار الكهروضوئي (IPV) والجهد (VPV). يتم استكمال البطارية من خلال محول DC - DC ثنائي الاتجاه إلى وصلة DC، والتي تدير تسوية الحمل. يتم الحفاظ على الجهد عبر وصلة التيار المستمر باستخدام هذا المحول. يشمل الحمل غير الخطي ثلاثي الطور، مقوم جسر الصمام الثنائي ثلاثي الطور، متصل بترتيب موازٍ مع الحمل المتسلسل الذي يتكون من الحث (L) والمقاومة (R). يتم توصيل أطراف VSC من خلال محاثات التوصيل (Lf) عبر PCC، حيث يتم توصيل مرشح التموج (RF، CF)، والحمل. الشكل 1 مفتوح في عارض الشكلتكوين نظام PowerPoint/طريقة التحكم في التوصيل التخطيطي 3 يتكون نهج التحكم في النظام من التحكم في جهد VSC في الوضع المستقل والتحكم في محول buck - boost. 3.1 التحكم في نظام BES المتكامل الكهروضوئي الشمسي يتم تقديم تقنية التحكم في نظام BES المتكامل الكهروضوئي الشمسي لكهربة المنطقة النائية الجزرية الموضحة في الشكل 2(أ)، لتوليد نبضات التحويل لـ VSC، في حين يتم عرض استخراج الجزء الأساسي من المرحلة "أ" بواسطة المرشح الرقمي التكيفي في الشكل 2(ب). يتم حساب فولتية حمل الطور من فولتية حمل الخط المستشعرة لـ (vLab، vLbc) كـ [6]، vLavLbvLc = 1 3 2 1 0 - 1 1 0 - -1 2 0 vLabvLbc 0 . (1) يوصف توليد جهد الحمل المرجعي على النحو التالي: vL a * = V p m sin ω t , vL b * = V p m sin ω t − 2 π 3 , vL c ∗ = V p m sin ω t + 2 π 3 , (2)حيث Vpm هو السعة المرجعية لجهد الذروة و ω هو التردد. vLa, vLb, vLc، أي تتم مقارنة فولتية الحمل المستشعرة مع فولتية الحمل المرجعي وأخطاء النتائج. vLa e ( p ) = vLa * − vLa, vLb e ( p ) = vLb * − vL lb, vLc e ( p ) = vL c * − vLc. (3)يتم تغذية وحدات التحكم الرنانة التناسبية الرقمية غير المثالية بهذه الأخطاء ويتم إنتاج تيارات الحمل المرجعية. تقلل وحدات التحكم الرقمية غير المثالية في العلاقات العامة من خطأ الحالة الثابتة في الفولتية المرجعية والحمل المستشعر (كميات التيار المتردد) [15]، [16]. الشكل 2 افتح في عارض الشكلوحدة تحكم PowerPoint لمحول مصدر الجهد. (أ) خوارزمية التحكم لـ VSC ؛ (ب) استخراج الجزء الأساسي من الطور "أ" بواسطة الفلتر التكيفي TLa (z) و TLb (z) TLc (z)، وهي وظائف نقل لوحدات تحكم العلاقات العامة المنفصلة غير المثالية للمراحل "أ" و "ب" و "ج"، على التوالي، يتم حسابها على أنها [15] و [16] و TLa ( z ) = i L a * v L a e = k p L a e + k i L a e * 2 * ω c * T s * k 1 z − 1 1 + T s * k 1 z − 1 2 * ω c + ω 2 * T s * k 1 * z z − 1 ، (4) T L b ( z ) = i L b * v L b e = k p L b e + k i L b e * 2 * ω c * T s * k 1 z − 1 1 + T s * k 1 z − 1 2 * ω c + ω 2 * Ts * k 1 * z - 1 ، (5) TLc ( z ) = iLc * vLce = kpLce + kiLce * 2 * ωc * Ts * k 1 z -1 1 + Ts * k 1 z -1 2 * ωc + ω 2 * Ts * k 1 * zz -1. (6) يتم تعديل وظائف نقل وحدات تحكم العلاقات العامة غير المثالية على النحو التالي: iL a * = k pLa e + kiLa e * 2 * ω c * Ts * k 1 z − 1 1 + Ts * k 1 z − 1 2 * ω c + ω 2 * Ts * k 1 * z − 1 * vLa e ، (7) iLb * = kpLbe + kiLbe * 2 * ωc * Ts * k 1z − 1 1 + Ts * k 1z − 1 2 * ωc + ω 2 * Ts * k 1 * zz − 1 * vLbe، (8) iLc * = kpLce + kiLce * 2 * ωc * Ts * k 1 z -1 1 + T s * k 1 z − 1 2 ∗ ω c + ω 2 ∗ T s * k 1 ∗ z − 1 ∗ vLc e ، (9) k p L a e = k p L b e = k p L c e = k p p r ، (10) k i L a e = k i L b e = k i L c e = k i p r ، (11)حيث kppr و kipr هي مكاسب متناسبة ومتكاملة لوحدة تحكم العلاقات العامة، في المقابل. ωc هو عرض النطاق الترددي حول ω. يستخدم المرشح الرقمي لحساب المكون الأساسي لتيار الحمل للطور "أ" (ifLa)، كما هو موضح في الشكل 2(ب). يوصف مرشح وظيفة النقل الكلي (T(z)) على أنه [24]، ifLa ( p ) = η 4 ∗ iLa ( p ) + iL 4 ( p ) ، T1 ( z ) = iL4 ( p ) iLa ( p ) ، (12) ifLa ( p ) = η4 ∗ iLa ( p ) + T1 ( z ) ∗ iLa ( p ) ، (13) T ( z ) = ifL a ( p ) iL a ( p ) = η 4 ∗ 1 + − η 2 + η 3 z − 1 - z − 2 1 - η 3 z − 1 + η 2 z − 2 - η 1 1 - η 1 - η 2 + η 3 z − 1 - z − 2 1 - η 3 z − 1 + η 2 z − 2 = η 4 1 + ( − η 2 + η 3 z − 1 - z − 2 ) - η 1 ( 1 - − η 3 z − 1 + η 2 z -2) ( 1 - η 3 z -1 + η 2 z -2) - η 1 ( - η 2 + η 3 z -1 - z -2) ، (14) T ( z ) = i f L a ( p ) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 −η 1 − η 2 ) ( 1 - z -2) ( 1 + η 1 η 2 ) - ( η 3 + η 1 η 3 ) z -1 + ( η 2 + η 1 ) z -2، (15) i f L a ( p ) = η 4 ∗ ( 1 + η 1 η 2 - η 1 −η 1 −η 2 ) ( 1 - z -2) ( 1 + η 1 η 2 ) - η 3 + η 1 η 3 η 3 ) − z - 3 + η 2) + η 2 − (1 - z 2) . (16) وبالمثل، يتم حساب المكونات الأساسية للطورين "ب" و "ج" لتيارات الحمل (ifLb و ifLc). يتم الحصول على مكونات التيار الأساسية من (ifLa، ifLb، ifLc) من تيارات الحمل المستشعرة (iLa، iLb، iLc)، باستخدام وظيفة نقل المرشح الرقمي التكيفي [25]، بحيث يتم تحسين ملف تعريف جهد الحمل. تؤدي التيارات المرجعية (i*La، i*Lb، i*Lc) مقارنة بـ ifLa، ifLb، ifLc إلى أخطاء حالية، i e r L a = i L a * - i f L a ، i e r L b = i L b * - i f L b ، i e r L c = i L c * - i f L c . (17) يتم إعطاء هذه الأخطاء إلى وحدة التحكم في التخلف لتبديل نبضات VSC في التحكم في الجهد. 3.2 التحكم في المحول ثنائي الاتجاه DC - DC يتم تنظيم جهد وصلة التيار المستمر والتحكم الحالي في BES بواسطة المحول ثنائي الاتجاه كما هو موضح في الشكل 3. يحتوي المحول على مفتاحين S7 و S8، حيث يعمل S7 في وضع باك أثناء عملية شحن البطارية، بينما يتم تنفيذ وضع التعزيز مع S8 في وضع التفريغ. التيار لـ BES موجب أثناء التفريغ وسالب أثناء الشحن. يتم الحصول على V*dc باستخدام طريقة P & O لتتبع MPP للمصفوفة الكهروضوئية مقارنة بجهد التيار المستمر المستشعر (Vdc) وتؤدي هذه المقارنة إلى إشارة خطأ، والتي يتم تعيينها كمدخل لمنظم التناسب والتكامل (PIa). V d c e ( p ) = V d c ∗ ( p ) - V d c ( p ) . (18)يعمل خرج منظم PIA كتيار مرجعي للبطارية. I b a t ∗ ( p + 1 ) = I b a t ∗ ( p ) + k p d c V d c e ( p + 1 ) + k i d c { V d c e ( p + 1 ) - V d c e ( p)} ، (19)حيث، kpdc و kidc هي مكاسب لـ PIA، في المقابل. الشكل 3 مفتوح في عارض الشكلباور بوينت ثنائي الاتجاه DC - DC محول تحكم يؤدي طرح تيار BES المستشعر (IBAT) مع I*BAT، إلى خطأ، يتم توفيره إلى PIb ويتم حسابه على النحو التالي، I b a t e ( p ) = I b a t ∗ ( p ) - I b a t ( p ) . (20)يتم تعيين الإيبات كمدخلات منظم PIb، في حين يتم حساب ناتجها على النحو التالي: I e r ∗ ( p + 1 ) = I e r ∗ ( p ) + k p b a t I b a t e ( p + 1 ) + k i b a t { I b a t e ( p + 1 ) - I b a t e ( p)} ، (21)حيث kpbat و kibat هي مكاسب للأجزاء النسبية والمتكاملة من PIb، في المقابل. يتم توفير دورة التشغيل، أي I*er، لمغير عرض النبضة لتشكيل منطق التبديل للمحول ثنائي الاتجاه. 4 نتائج المحاكاة يظهر إعداد المحاكاة للنظام في الشكل 4. يتم استخدام مكتبة ماتلاب / سيمولينك لنمذجة نظام تخزين طاقة البطارية الشمسية المتكاملة الكهروضوئية. يتم تحقيق مرشح تموج بواسطة فرع سلسلة R - C. يتم تحقيق الحمل غير الخطي عبر مقوم جسر ثنائي ثلاثي الطور في التركيبة المتوازية مع فرع سلسلة RL. البطارية متوفرة في مكتبة ماتلاب/سيمولينك، والتي تستخدم لإدارة الحمل. تم تحديد معلمات النظام للنموذج الأولي في الجدول أ .1 الوارد في الملحق. الشكل 4 مفتوح في عارض الشكل إعداد محاكاة PowerPoint للنظام 4.1 الإشارات الداخلية للمرشح الرقمي التكيفي لاستخراج المكونات الأساسية من تيار الحمل ومقارنته بالتحكم التقليدي في SOGI يتم تمثيل الإشارات الداخلية للمرشح الرقمي للحصول على مكون التيار الأساسي في الشكل 5(أ)، مما يحسن ملف تعريف الجهد في جانب الحمل وأداء النظام. لا يوجد تحول طوري ملحوظ بين iLa و ifLa. يعرض الشكل 5(ب) مخطط بود للمرشح الرقمي ويلاحظ من مخطط الحجم الذي توفره تقنية التحكم هذه عند محاور صفر ديسيبل وإزاحة الطور الصفري عند التردد الأساسي. لذلك، فإن ifLa في طور مع iLa. بالمقارنة مع التحكم التقليدي، مثل التحكم في التكامل المعمم من الدرجة الثانية (SOGI)، فإن تقنية التحكم هذه أفضل في قدرة رفض التوافقيات. وبالتالي، تم العثور على ملف تعريف جهد PCC بشكل أفضل مع وحدة التحكم الرقمية التكيفية مقارنة بالتحكم في التوجه الجنسي والهوية الجندرية. تظهر مقارنة المرشح الرقمي بوحدة تحكم تقليدية، أي خوارزمية التكامل المعمم من الدرجة الثانية (SOGI) تحت فصل وتوصيل حمل الطور "أ" في الشكل 5(ج)، مما يدل على أن التحكم في المرشح الرقمي له استجابة ديناميكية أسرع مقارنة بالتحكم التقليدي في SOGI. تُظهر تأثيرات إزالة الحمل على ifLa أن نهج التحكم في المرشح الرقمي يتقارب بسرعة، أي يصل إلى الصفر في الدورة مقارنة بالتحكم في التوجه الجنسي والهوية الجندرية. وبالتالي، فإن التحكم الرقمي القائم على المرشح يتمتع بأداء أفضل مقارنة بوحدة التحكم التقليدية الحالية، أي SOGI. الشكل 5 مفتوحة في عارض الشكلPowerPoint الإشارات الداخلية للمرشح الرقمي التكيفي ومخطط البود. (أ) الإشارات الداخلية للمرشح لاستخراج ifLa من iLa ؛ (ب) مقارنة مخطط البود للمرشح الرقمي مع التحكم في SOGI ؛ (ج) مقارنة الاستخراج للمكون الأساسي للتحكم الرقمي التكيفي مع التحكم في SOGI 4.2 الاستجابة للنظام عند تباين الحمل يعرض الشكل 6 استجابة النظام عند اضطراب الحمل. عند t = 2.1s، مع زيادة الحمل، يتم تقليل حجم تيار شحن BES، وبالتالي يتم تلبية طلب الحمل بواسطة BES. يزداد تيار شحن BES مرة أخرى، عندما ينخفض طلب الحمل عند t = 2.2s. يتم الحفاظ على فلطية طور الحمل الجيبي (vLabc) بشكل جيد عند اختلاف الحمل. لا يوجد تغيير في الطاقة الكهروضوئية الشمسية عند اختلاف الحمل، وبالتالي، يظل التيار الكهروضوئي ثابتًا. ومع ذلك، عند الحمل المتفاوت، يتم الحفاظ على جهد وصلة التيار المستمر إلى قيمة MPPT. الشكل 6 مفتوح في الشكل المشاهد أداء PowerPoint لنظام التعديل على الحمل 4.3 الاستجابة للنظام المستقل عند تغير الإشعاع الشمسي الشكل 7 يصور استجابة النظام عند تغير الإشعاع الشمسي. ينخفض التشمس الشمسي عند t = 1.3s، لذلك بسبب انخفاض الطاقة الشمسية، ينخفض التيار الكهروضوئي أيضًا. وبالتالي، يتم تقليل تيار شحن BES ويظل طلب الحمل ثابتًا ويتم تحقيقه بواسطة BES. ومع ذلك، عند تغيير الإشعاع الشمسي، لم يلاحظ أي اختلاف في جهد وصلة التيار المستمر وجهد الحمل vLabc، مما يدل على الحفاظ على ملف تعريف جهد PCC بشكل جيد. الشكل 7 مفتوح في الشكل المشاهدباور بوينت استجابة وحدة التحكم المستقلة على تغيير التشمس الشمسي 4.4 تشغيل VSC لنظام PV - BES الشمسي على عدم إمكانية الوصول إلى الطاقة الشمسية يتم عرض سلوك نظام PV - BES الشمسي، عندما يتم تقليل التشمس الشمسي إلى الصفر عند t = 1.5 ثانية، في الشكل 8. تيار BES إيجابي، مما يدل على أن BES يأتي إلى وضع التفريغ، وبالتالي فإنه يوفر الطاقة للحمل. في حالة عدم توفر الطاقة الشمسية، أي أثناء الليل، انخفض IPV المقابل إلى الصفر. ومع ذلك، خلال هذا الاختلاف، لم يلاحظ أي تغييرات في جهد الحمل وجهد وصلة التيار المستمر. وبالتالي، يتم الحفاظ على طلب الحمل أثناء الليل. الشكل 8 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint استجابة وحدة التحكم المستقلة على عدم إمكانية الوصول إلى الإشعاع الشمسي 4.5 استجابة وحدة التحكم على فصل الحمل يظهر سلوك نظام PV - BES الشمسي عند فصل الحمل في الشكل 9. يتم زيادة تيار الشحن BES تحت فصل الحمل عند t = 1.8s. نظرًا لعدم وجود تباين في القدرة المنفردة، فإن الطاقة الكهروضوئية والتيار الكهروضوئي ثابتان. يتم تنظيم جهد وصلة التيار المستمر وفقًا لقيمة MPPT. تكون فلطية الحمل جيبية ومتوازنة عند إزالة الحمل. وبالتالي، يتمتع النظام بأداء مرضٍ عند فصل الحمل. الشكل 9 مفتوح في عارض الشكلاستجابة PowerPoint لنظام PV - BES المستقل على فصل الحمل 4.6 مقارنة تقنية التحكم القائمة على الفلتر الرقمي التكيفي ووحدة تحكم العلاقات العامة مع التحكم التقليدي القائم على وحدة تحكم PI وبدون فلتر رقمي الأطياف التوافقية لجهد الحمل بدون فلتر رقمي تكيفي ومع وحدة تحكم PI التقليدية موضحة في الشكل 10(أ)، في حين أن vLab مع الفلتر الرقمي التكيفي ووحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية موضحة في الشكل 10(ب) لتيار الحمل غير الخطي كما هو موضح في الشكل 10(ج). يوضح الشكل 10(أ) أنه في نهج التحكم في الجهد، عند طرح تيار الحمل المستشعر من تيار الحمل المرجعي، يكون THD لجهد PCC هو 3.94 ٪. ومع ذلك، يتم تقليل جهد PCC THD إلى 1.87 ٪ كما هو موضح في الشكل 10(ب)، عند مقارنة جزء أساسي من تيار الحمل غير الخطي الذي تم الحصول عليه من خلال الفلتر الرقمي التكيفي مع تيار الحمل المرجعي وبالتالي، تكون التوافقيات في جهد PCC ضمن الحدود المحددة ووفقًا لمعيار IEEE -519. يبلغ تيار الحمل غير الخطي 27.54 ٪ كما هو موضح في الشكل 10(ج). يوضح الشكل 11(أ) خطأ الحالة الثابتة بين vLa و v*La ليس صفرًا مع وحدة تحكم PI التقليدية، في حين يصور الشكل 11(ب) أن خطأ الحالة الثابتة هو صفر من خلال استخدام وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية. يوضح الشكل 11(ج) مخطط بود لوحدة التحكم التقليدية ووحدة تحكم العلاقات العامة الرقمية غير المثالية. أداء وحدة التحكم التقليدية في مؤشر الأداء جيد لكميات التيار المستمر مقارنة بكميات التيار المتردد. تتمتع وحدة التحكم في العلاقات العامة غير المثالية هذه بكسب محدود عند التردد الأساسي، وبالتالي فهي تقضي على خطأ الحالة الثابتة بين كميتي التيار المتردد. يتم عرض مرشح رقمي تكيفي مع مقارنة وحدة تحكم العلاقات العامة الرقمية غير المثالية مع تقنيات التحكم التقليدية الأخرى في الجدول 1. الشكل 10 مفتوح في تحليل عارض الشكلPowerPoint التوافقي. (أ) vLab بدون تقنية المرشح الرقمي ومع وحدة تحكم PI التقليدية. (ب) vLab مع تقنية المرشح الرقمي ووحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية. (ج) iLa، الشكل الحالي للحمل غير الخطي 11 مفتوح في عارض الشكلPowerPoint مقارنة وحدة تحكم PI التقليدية مع وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية. (أ) vLa، v*La بدون تقنية المرشح الرقمي ومع وحدة تحكم PI التقليدية. (ب) vLa، v*La مع تقنية المرشح الرقمي ووحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية. (ج) مخطط Bode لوحدة تحكم PI التقليدية مع وحدة تحكم PR الرقمية غير المثالية الجدول 1. مرشح رقمي تكيفي مع وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية مقارنة مع تقنيات التحكم التقليدية الأخرى التحكم الرقمي التكيفي للمعلمات مع وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية التحكم التقليدي في التوجه الجنسي والهوية الجندرية مع وحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية بدون تحكم رقمي تكيفي مع وحدة تحكم PI التقليدية الأداء تحت إزالة الحمل يصل المكون الأساسي لتيار الحمل إلى الصفر خلال دورة يصل المكون الأساسي لتيار الحمل إلى الصفر في 5 دورات لا يوجد مكون أساسي لاستخراج مكون مكون PCC جهد THD منخفض عبء حساب متوسط متوسط أقل استجابة ديناميكية أقل استجابة سريعة بطيئة بطيئة خطأ ثابت صفر صفر ليس صفر 5 نتائج تجريبية للتحقق من قابلية التطبيق العملي للنظام، يتم استخدام نموذج أولي مطور كما هو موضح في الشكل 12(أ)، لإجراء الاختبارات. الشكل 12 مفتوح في الشكل المشاهد مخطط كتلة PowerPoint لتوصيل الأجهزة والإعداد التجريبي. (أ) مخطط كتلة لتوصيل الأجهزة ؛ (ب) الإعداد التجريبي يتم استخدام المحاكي الشمسي للحصول على الطاقة الكهروضوئية. يتم تنفيذ التحكم في النظام بواسطة OPAL - RT (OP4510). تعطي القارنات الضوئية العزل البصري بين دائرة الطاقة والنبضات التي تم الحصول عليها من خرج دائرة الطاقة والنبضات التي تم الحصول عليها من خرج OPAL - RT. يتم استخدام مستشعرات التيار والجهد بناءً على تأثير هول، أي LA -55P و LV -25 لإدراك الإشارات vLab و vLbc و iLa و iLb و Vdc و Ibat و IPV. يتم استخدام مرسمة الذبذبات الرقمية ومحلل الطاقة للحصول على النتائج التجريبية لنظام التشغيل للحالة الثابتة بالإضافة إلى السيناريوهات الديناميكية المختلفة. يوضح الشكل 12(ب) مخطط الكتلة لتوصيل الأجهزة للنموذج الأولي المطور. تتكون مكونات توصيل الأجهزة من محاكي مصفوفة الألواح الشمسية الكهروضوئية، ومحول ثنائي الاتجاه، و VSC ثلاثي الأرجل، ومحاثات التوصيل، ومرشح التموج، والحمل غير الخطي. يتم إرسال الإشارات المستشعرة من خلال مستشعرات Hall - Effect إلى OP4510 عبر محولات تناظرية إلى رقمية (ADCs). مخرجات ADC هي الإشارات المعطاة لخوارزمية التحكم، والتي يتم تحميلها في مصفوفة البوابة القابلة للبرمجة الميدانية (FPGA). لذلك، يتم توفير تحويل النبضات المولدة للمحول ثنائي الاتجاه و VSC إلى قارنات ضوئية عبر المدخلات والمخرجات الرقمية DIO. تم تحديد معلمات النظام للنموذج الأولي في الجدول أ .1 من الملحق. 5.1 استجابة الحالة الثابتة للتحكم بناءً على الفلتر الرقمي التكيفي ووحدة تحكم العلاقات العامة غير المثالية ومقارنتها بالتحكم التقليدي في PI يتم تمثيل الأشكال الموجية لـ vLab و vLbc vLa و v*La و vLb و v*Lb و vLc و v*Lc iLa و iLb و iLc و Vdc في الأشكال 13(أ)–(ج). يتم الحفاظ على VDC إلى قيمة تتبع MPP. توضح الأشكال 14(أ)–(د) استجابة النظام في سيناريو الحالة الثابتة باستخدام وحدة تحكم العلاقات العامة الرقمية غير المثالية. الشكلان 14(أ) و (ب) الطاقة الحالية لقوة الحمل لـ VSC و iLc. الشكلان 14(ج) و (د) يعرضان تيار VSC للمرحلة "ج"، أي IVSCC. توضح الأشكال 15(أ)–(ج) استجابة النظام بوحدة تحكم العلاقات العامة الرقمية غير المثالية.

    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/ IET Renewable Power ...arrow_drop_down
    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
    IET Renewable Power Generation
    Article . 2021 . Peer-reviewed
    License: CC BY
    Data sources: Crossref
    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
    IET Renewable Power Generation
    Article
    License: CC BY
    Data sources: UnpayWall
    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
    IET Renewable Power Generation
    Article . 2021
    Data sources: DOAJ
    image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
    https://dx.doi.org/10.60692/ff...
    Other literature type . 2021
    Data sources: Datacite
    https://dx.doi.org/10.60692/9b...
    Other literature type . 2021
    Data sources: Datacite
    addClaim

    This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.

    You have already added works in your ORCID record related to the merged Research product.
    10
    citations10
    popularityTop 10%
    influenceAverage
    impulseTop 10%
    BIP!Powered by BIP!
    more_vert
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/ IET Renewable Power ...arrow_drop_down
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
      IET Renewable Power Generation
      Article . 2021 . Peer-reviewed
      License: CC BY
      Data sources: Crossref
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
      IET Renewable Power Generation
      Article
      License: CC BY
      Data sources: UnpayWall
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
      IET Renewable Power Generation
      Article . 2021
      Data sources: DOAJ
      image/svg+xml art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos Open Access logo, converted into svg, designed by PLoS. This version with transparent background. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Open_Access_logo_PLoS_white.svg art designer at PLoS, modified by Wikipedia users Nina, Beao, JakobVoss, and AnonMoos http://www.plos.org/
      https://dx.doi.org/10.60692/ff...
      Other literature type . 2021
      Data sources: Datacite
      https://dx.doi.org/10.60692/9b...
      Other literature type . 2021
      Data sources: Datacite
      addClaim

      This Research product is the result of merged Research products in OpenAIRE.

      You have already added works in your ORCID record related to the merged Research product.
Powered by OpenAIRE graph