כיצד טכניקות בקרה Pid משפרות את איכות הכוח במיקרוגרואידים

מיקרוגרואידים משנים את הדרך בה חשמל נוצר, מבוזר ונצרך.רשתות האנרגיה המקומיות הללו יכולות לפעול באופן עצמאי מהרשת הראשית או בסינכרון עם זה, מה שהופך אותם אבן הפינה של מערכות אנרגיה מתקדמות.על ידי שילוב מקורות מתחדשים כגון לוחות פוטו-וולטאיים סולאריים טורבינות רוח, מיקרו-גרידים מלאים לעזור להפחית את פליטות הפחמן ולשפר את עצמאות האנרגיה.

הבנת אתגרים איכותיים במיקרוגרידים

איכות כוח מתייחסת לדרגה שבה המתח, התדר וגלימות של תנאי אספקת חשמל אידיאליים יציבים מצב מצב יציבים.ברשתות קונבנציונליות, גנרטורים סינכרוניים גדולים ומערכות שידור חזקות לשמור על הפרמטרים הללו בתוך גבולות צרים. מיקרוגורים, לעומת זאת, נוטים יותר להפרעות עקב קנה המידה הקטן שלהם, הרהורים נמוכים יותר, ואת האופי לסירוגין של הדור מבוזר.

בעיות איכות כוח נפוצות

  • שינויים מהירים בפלט מתחדשים או שינוי מתח גורם לחבלות, נפיחות, ו flicker.אלה יכולים לזרז אלקטרוניקה רגישה ולצמצם את יעילות המנוע.
  • (FLT:0) חוסר יציבות:FLT:1 עם מסה רקבה מוגבלת, מיקרוגורים חווים סטיית תדר כאשר דור ועומס אינם מתאימים. במבצע אי, אפילו חוסר איזון קטן יכול להוביל לסחף תדר משמעותי.
  • (FLT:0) עיוותים האריניים: 1FLT:1 ממשקים אלקטרוניים של כוח המשמש עבור מופנים סולאריים, ממירי סוללות, ומהירות משתנה מניעים הרמוניים לתוך המערכת. עיוות הרמוני מוחלט גבוה (THD) יתר על המידה מחממת ומוליכים נייטרליים.
  • חוסר איזון כוח תגובתי: 0(FLT:1) תמיכה בכוח חוזר מוביל להתמוטטות מתח ולהפחית את יציבות המערכת.

למה איכות כוח משנה

איכות כוח ירודה מטילה עלויות מוחשיות: ציוד מטה, תחזוקה מוגברת, פסולת אנרגיה, וצמצום הייצור בהגדרות תעשייתיות. עבור מיקרו-צמחים המשרתים עומסים קריטיים כגון בתי חולים או מרכזי נתונים, אפילו הפרעות הרגעיות יכולות להיות קטסטרופליות. יתר על כן, תקני רגולציה כמו IEEE 1547 ו- IEC 61000 להטיל מגבלות על הזרקת הרמונית וריאציות מתח.

מימון של שליטה Pid

שליטה PID היא מנגנון לולאה משוב מחשב כל הזמן ערך שגיאה כמו ההבדל בין משתנה תהליך נמדד לבין נקודת מפנה הרצויה.הבקר מתייחס לתיקון בהתבסס על שלושה תנאים: פרופורציונלי, חלקלק ונגזרה.

שלושת המרכיבים

  • (P): ⁇ (P): ⁇ 1E) מייצרת פלט פרופורציה לשגיאה הנוכחית.רווח גבוה יותר (Kp) מזרז תגובה אך יכול לגרום לשגיאה של פתרון וטעייה של מצב יציב.
  • (ב) [ה]התב"ה]: [ה]"ה' [ה']"[דרוש מקור]" [המילה] היא טעות בלתי יציבה, אך היא יכולה להביא לאי יציבות אם היא אגרסיבית מדי.
  • (ב) ⁇ :0 (Derivative (D): ⁇ :1, הערכה של טעות עתידית המבוססת על שיעור השינוי שלה.המונח הנגזר (Kd) מוסיף לחות, צמצום יתר על המידה ושיפור היציבות, אך רגיש למדידה לרעש המדידה.

באופן מתמטי, הפלט PID ניתן על ידי:0(t) = kp e(t) + Ki ⁇ e( ⁇ ) d ⁇ + Kd de(t)

אמנות של PID כוונון שקרים בבחירת Kp, Ki, ו Kd כדי להשיג ביצועים ארוכי טווח יציבים יציבים - לעלות זמן, overshoot, יישב זמן, ואת שולי יציבות. שיטות כוונון משותף כוללים Ziegler-Nichols, Cohen-Coon, ואופטימיזציה מבוססת תוכנה באמצעות אלגוריתמים גנטיים או אופטימיזציה של חלקיקים.

החלת שליטה על איכות הכוח מיקרוגריד

בקרים PID פרוסים בשכבות שונות בתוך מיקרוגריד: ברמה הלא-מורשת, ברמת מערכת אחסון האנרגיה, ובבקר המרכזי המיקרוגרריד.המטרות העיקריות הן רגולציה מתח, בקרת תדירות והפחתה הרמונית.

תקנות הוולטראז' באמצעות Pid

במיקרוגרידי, מתח נשמר על ידי שליטה בזריקת כוח תגובתי. A PID מבוסס מתח אוטומטי רגולטורי (AVR) משווה את מתח האוטובוס נמדד ההתייחסות ומתאים את תפוקת הכוח השבאקטיבית של מופנים או condens synchronous.לדוגמה, מהפך סולארי עם בקר PID יכול במהירות להזריק או לספוג כוח תגובתי ללוחמה הנגרמת על ידי כיסוי ענן הראה כי הוא מבטיח שינויים יציבים על ידי אפספטיים.

בקרת תדירות במיקרוגרידים האייים

כאשר מנותק מהרשת הראשית, המיקרוגרידי חייב לאזן את הדור ולטעום בכוחות עצמו - משימה המורכבת על ידי ריקנות מתחדשת. pID בקרים משמשים בלולאה בקרת תדר משנית כדי להתאים את נקודות הכוח של מקורות הניתנים למסירה (למשל, דיזל, גנרטורים מוכחים, אחסון סוללות) או כדי ליישם לשפוך את התדירות ומייצרת אות כי מודטים או טעינה יעילה של סוללות: מטענים מהירים (pgouts) דורשות מהירות בקרה (pgulatives) .

חיקוי הרמוני עם פיד

הרמוניים מצטמצם באמצעות מסנני כוח פעילים (APFs) כי מזרקת זרמים מצטברים.בקר PID יכול לווסת את APF כדי לכפות את הרשת הנוכחית לעקוב אחר הפניה הסינוסאידית.הטעות בין הזרם בפועל וההפניה מוזן לתוך PID, אשר מייצרת אותות מעבר עבור inverter. הטמעה מתקדמת משלבת PID עם כוונון חוזר ל-5% נזקי, במיוחד הפחתה יעילה של דלקת הלחמות.

אסטרטגיות ליישום עבור בקרים Pid במיקרוגרואידים

פריסה מוצלחת של בקרת PID דורשת תכנון זהיר, בחירת חיישן, כוונון ושילוב עם מערכות ניהול ברמה גבוהה יותר.

חיישן ומדד תשתיות

המדידות המהירות והמהירות הן הבסיס של כל לולאה בקרה.וולאז' והמתנים הנוכחיים חייבים להיבחר עם רוחב פס מספיק (למשל, 1 kHz או גבוה יותר) כדי ללכוד טרנסים. phasor מדידות (PMUs) יכול לספק נתונים סינכרוניים לזמן עבור שליטה רחבה, בעוד חיישנים מקומיים לתוך הלולאהההההההההה בשיעור של 10-100.

שיטות בקרה

כוונון PID במיקרו-צמחונים שונה משליטה של תהליכים תעשייתיים בשל הדינמיקה החשמלית המהירה והלא-לינאריות.גישות נפוצות כוללות:

  • (FLT:0) Ziegler-Nichols שלב תגובה שיטה: FLT:1 החל שלב קלט למערכת, למדוד את עקומת התגובה, ולעמוד Kp, Ki, KD באמצעות טבלאות אמפיריות.זה מספק נקודת התחלה שניתן לחדד באינטרנט.
  • (FLT:0) כוונון-דומיין: ⁇ 1) השתמש במזימה של בודה כדי לקבוע רווחים ורווחי שלב. שיטה זו המועדפת על מערכות עם מצבי התחדשות, כגון LCL מסננים inverters.
  • (FLT:0) כוונון והתאמה PIDOVA:FLT:1 הבקר מעריך באופן קבוע פרמטרים מערכת באמצעות אלגוריתם של פחות קוהרסיבי ומתאים רווחים בזמן אמת. pIDs הסתגלות הם בעלי ערך כאשר שינוי בתצורה מיקרוגרידית - למשל, חיבור או ניתוק עומס גדול.
  • (FLT:0) אופטימיזציה של מיטאההירוי: FLT:1rea אלגוריתמים גנטיים, אופטימיזציה של חלקיקים, או אופטימיזציה של זאב אפור יכול לחפש עבור אופטימלי PID רווחים ללא הפרעה באמצעות מודל סימולציה של המיקרוגרריד.

שילוב עם מערכות ניהול אנרגיה (EMS)

בקרים PID אינם פועלים בבידוד; הם מקבלים נקודות מ-EMS, אשר לתאם משלוח כלכלי, תזמון ואינטראקציה רשתית.לדוגמה, EMS עשוי לשלוט על סטמנט מתח של 1.0 p.u ונקודת תדירות של 50 הרץ לבקרי התקנים מבוססי PID.EMS גם לפקח על קצבי חשמל הכוללים ויכול לעבור בין מצבי בקרה (למשל, לחץ על ידי הפונקציה PID) נגד מערכת ההפעלה של מערכת ההפעלה של בקרה על ידי בקר.

היתרונות של שליטה Pid במיקרוגרפיים

יישום טכניקות PID מניב שיפורים משמעותיים על פני כמה ממדים.

  • (FLT:0) יציבות המתח הנרגשת: FLT:1 , שגיאה מתח מצב Steady-state יכול להיות מופחת ל- 1% פחות, ומשךי ההתעלות/המתחים ממושכים מקצרים על ידי סדר גודל.
  • (FLT:0)Imrovated Frevision: FLT:1 במצב מאויש, שליטה משנית מבוססת PID שומרת על תדירות בתוך ±0.05 הרץ תחת עומס, בהשוואה ±0.2 הרץ ללא.
  • (FLT:0) לעיוות הרמוני הכולל: FLT:1 Active filter עם PID משיג THD מתחת 3% למתח ו-5% לזרם הנוכחי, עמידה ב- IEEE 519 מגבלות.
  • (FLT:0) חדירה מתחדשת גבוהה יותר: 1FLT על ידי ניהול מתח וטיולים בתדרים, בקרי PID מאפשרים רמות חדירה מעל 70% ללא ירידה באיכות החשמל.
  • (FLT:0) ציוד מוקרן: FLT:1 Smooth תקנה ממזער מתח מכני על מתגאג'ר, מהפך ומכשירים מסתובבים, מרחיבים את חיי הנכסים.
  • (ה) חסכון:0 (FLT) 1:1 תחזוקה נמוכה והפחתה ישירה של זמן שיפור ההחזר של המיקרוגרריד על ההשקעה.

אתגרים ומגבלות

למרות יעילותם, בקרי PID אינם פנאצה אוניברסלית, מהנדסים חייבים לשקול כמה מלכודות.

  • (FLT:0Sרגישות לשינויים בפרמטר:FLT:1, מיקרוגריד טופולוגיה ושינוי נקודת הפעלה לעתים קרובות. A PID מכוון לתרחיש אחד עשוי להופיע רע באחר.להשיג תזמון או שיטות הסתגלות לעזור אך להגדיל את המורכבות.
  • (ב) ⁇ :0) , ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (ב) נושאים:0 (הדברים הבאים: 1) מתרחשים כאשר ה- Actuator saturates (למשל, מופנם מגיע למגבלות הנוכחיות שלו).
  • (FLT:0) ביצועים שהוגדרו תחת תקלות חמורות: ההרחבה 1 (בקרי PID הם ליניאריים; במהלך הפרעות גדולות כמו מעגלים קצרים או אירועים אייים, תוכניות בקרה חזקות יותר (למשל, שליטה חיזויית או מצב גילוח) עשויים להיות נדרשים.
  • (FLT:0) תלות תקשורתית: 1.באדריכלות שליטה מבוזרת, נתוני חיישן ועיכובים שידורים סטמנטיים יכולים להפיג את ביצועי PID.Time-delay פיצוי טכניקות (למשל, סמית צופהטור) להוסיף מאמץ עיצוב.

מחקר: Multi-Agent Pid Control in a Campus Microgrid

דוגמה אמיתית של קמפוס קמפוס microgrid באירופה מראה את היעילות של טכניקות PID.המיקרוגרריד השיג 500 קילוואט של PVHz, מערכת אחסון סוללות 250 /500 קילוואט, ועומסי בנייה מרובים.מהנדסים מיושמים מבנה בקרה היררכי: רמה ראשונית ניתוק שליטה על סימולוואט (Toltop control) ב-Tuntows) ב-Voltomed System) הייתה ירידה של 2, רמת מתח ושיקום, ורמת לחץ דם של 247 ימים לאחר מכן, לעומת סימולציה מוגבלת ל-Voltoltexretexretexretretexretretremcremcremcremcretretrelimate, לעומת 0.

מגמות עתידיות ודרכים מחקר

התפקיד של שליטה במיקרו-צמחים מתפתח לצד ההתקדמות בטכנולוגיות בינה מלאכותית ותקשורת.

  • (FLT:0) AI-sted PID כוונון: אנדרל 1 (מודלים של למידת מכונות יכול לחזות רווחים אופטימליים PID המבוססים על תנאי מערכת בזמן אמת. Reinforcement Learning הוא נחקר כדי להתאים באופן רציף לרווחים מבלי לדרוש מודל מערכת.
  • (FLT:0)Fuzzy PID בקרים: FIRLT:1 [שלב לוגיקה סחרחורת עם PID מאפשר כללים לשוניים (למשל, אם טעות היא גדולה, עלייה משמעותית רווח) כדי להתמודד עם אי-לינאריות וחוסר ודאות ביעילות יותר מאשר קבוע-gain PIDs.
  • (FLT:0) אדריכלות PID: ⁇ 1 במקום בקר מרכזי יחיד, מספר בקרים PID בכל אחד מהמדפים יכול לתקשר על רשת עמיתים לpeer. אלגוריתמים קונסטנס להבטיח שכל היחידות מתאחדות לאותו סטנקט, שיפור יכולת הדרגתית והחוסנות.
  • (FLT:0) אינטגרציה עם תאומים דיגיטליים: FIRLT:1 ; תאום דיגיטלי של המיקרוגרריד יכול לדמות ביצועים PID לא מקוון, המאפשר כוונון לפני אירועים קריטיים.
  • שיקולים של FLT:0 (Cybersecurity: FLT:1 בעוד בקרים PID הופכים יותר מחוברים, הגנה מפני התקפות סייבר כי פשרת נתונים חיישן או נקודות סטמנט היא רבת ערך. Anomaly זיהוי מכונה יכול דגל סטיות פלטות PID בלתי צפויות.

מסקנה

מיקרוגרואידים הם מרכיב חיוני של העתיד האנרגטי, נמוך פחמן, אבל ההצלחה שלהם תלויה בשמירה על איכות כוח גבוהה.טכניקות בקרת PID, למרות להיות בן עשרות שנים, נשאר אחד הכלים המעשיים והחסכוניים ביותר עבור regulating מתח, תדירות, והרמוניה במערכות דינמיות אלה.

קריאה נוספת ומשאבים

  • IEEE 1547-2018 Standard for Interconnection and Interoperability of Distributed Energy Resources with Associated Electric Power Systems Interfaces - FLT:0IEEEFLT 1
  • ביקורת מקיפה של PID Control in Microgrids -0 ScienceDirectFeloment: 1
  • מחקר חדש של חברת האנרגיה מיקרוגריריד (National Renewable Energy Laboratory Microgrid Research -0NRELFLT)
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇