algoritmi fuzzy - circuite electrice pentru implementarea sistemelor inteligente

Click here to load reader

Post on 13-Aug-2015

242 views

Category:

Documents

9 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

Universitatea din Piteti Facultatea de Electronic, Comunicaii i CalculatoareMASTER I.E.S.I. - ANUL I

CIRCUITE ELECTRICE PENTRU IMPLEMENTAREA SISTEMELOR INTELIGENTE

Proiect Algoritmi Fuzzy

Masteranzi:

Piteti, 20101

CUPRINS

Scopul i obiectivele urmrite.................................................................3 Date de proiectare.................................................................................4 Date de proiectare panou fotovoltaic putere - tensiune..........................................4 Date de proiectare panou fotovoltaic putere - curent.............................................4 Analiza teoretic....................................................................................5 Descrierea sistemului.............................................................................7 Modelarea panoului fotovoltaic putere - tensiune.....................................8 Modelarea convertorului CC - CC.........................................................................13 Implementarea contoller-ului cu logic fuzzy.......................................................16 Implementarea algoritmului "Perturb and Observe".............................................19 Simularea sistemului............................................................................20 Modelarea panoului fotovoltaic putere - curent......................................25 Detectorul fuzzy de punct maxim de putere ........................................................28 Fuzzyficarea.....................................................................................................29 Algoritmul bazat pe reguli fuzzy.......................................................................29 Defuzzyficarea..................................................................................................30 Simularea detectorului fuzzy.................................................................33 Construirea MPPT-ului fuzzy.................................................................................34 Rezultatul simulrilor i msurtorilor..................................................................35 Concluzi...............................................................................................40 Bibliografie..........................................................................................41

2

SCOPUL I OBIECTIVELE URMRITE

Electricitatea obinut prin metoda fotovoltaic este vzut ca o surs important i regenerabil de energie. Matricea fotovoltaic este o surs de curent instabil deoarece punctul maxim de putere depinde de nivelul de temperatur i de radiaie. Urmrirea punctului maxim de putere este necesar pentru eficien maxim. n aceast lucrare, se prezint o metod de urmrire a punctului maxim de putere pentru panoul fotovoltaic.Se vor simula i compara performanele ntre controller-ul logic fuzzy i metoda de Perturb and Observe, o metod utilizat pentru determinarea eficient a punctului maxim de putere. Se va arta eficiena controller-ului logic fuzzy de a genera mai mult energie i cu un timp de rspuns mai rapid la schimbrile mediului n care se lucreaz. Rezultate teoretice i experimentale sunt utilizate pentru a prezenta avantajele i limite tehnicii propuse. Lucrarea va avea dou aplicaii, panou fotovoltaic caracterizat din punct de vedere putere- tensiune i panou fotovoltaic caracterizat din punct de vedere putere-curent.

3

DATE DE PROIECTARE (INTRRI/IEIRI)

Date de proiectare panou fotovoltaic putere - tensiune Parametrii de intrare fuzzy sunt:-

dP/dV derivata parial a puterii n funcie de tensiune a celulei D variaia strii active

Parametrul de ieire este:-

D starea activ Acestea sunt utilizate pentru a genera un convertor MPP (maxim power point) optim al strii active, pentru ca panoul solar s genereze putere maxim n condiie de operare diferit.

-

sistemul fotovoltaic include un panou solar, un convertor CC CC, un dispozitiv de urmrire cu logic fuzzy a MPP-ului.

Date de proiectare panou fotovoltaic putere - curent Parametrii de intrare fuzzy sunt:4

-

dP/dI derivate parial a puterii n funcie de curentul celulei ( dP/dI) variaa dP/dI D variaia strii active

Parametrul de ieire este:-

D starea activ Aceste sunt utilizate pentru a genera un convertor MPP (maxim power point) optim al strii active, pentru ca panoul solar s genereze putere maxim n condiie de diferit. operare

-

sistemul fotovoltaic include un panou solar, un convertor CC CC, un dispozitiv de urmrire cu logic fuzzy a MPP-ului.

ANALIZA TEORETIC

n zilele noastre energia fotovoltaic a devenit un mare interes mai ales datorit apariiei unor panouri solare cu preuri i eficiene acceptabile. Mai mult, switch-uri semiconductoare de putere sunt capabile s lucreze la frecvene mari i rat de putere care s asigure conversia energiei cu nalt eficien. Utilizarea dispositivelor n aplicaii individuale sau n reele interconectate de panouri solare a crescut considerabil n ultimile decenii. Aceste aplicaii includ pomparea apei, aer condiionat, surse de lumin, vehicule electrice, centrale electrice fotovoltaice, aplicaii militare5

i spaiale. Eficiena conversiei energie solare este n strns legtur cu capacitatea maxim de extragere a energiei din sistemele fotovoltaice. Din pcate, panourile fotovoltaice au cost de fabricare ridicat i o eficien sczut la conversia energiei. n plus, au o dependen neliniar ntre temperatur i nivel de radiaie i caracteristicile curent tensiune. Nivelul de operare corespunztor punctului maxim de putere se modific neliniar cu condiiile de mediu (radiaie solar, temperatur i nivel de degradare). Principalul motiv pentru eficiena electric sczut a sistemelor fotovoltaice este variaia neliniar a tensiunii i curentului de ieire n funcie de nivelul de radiaie solar, temperature de operare, curentul i mbtrnirea circuitelor. Pentru a contracara aceste probleme punctul maxim de putere al unui sistem fotovoltaic (aflat ntr-o anumit condiie de mediu) este urmrit utiliznd algoritmi online/offline iar nivelul de operare al sistemului este forat spre un optim. Capacitatea maxim de extragere a puterii este obinut prin metode dinamice i statice. n metodele dinamice punctul maxim de putere (MPP) este atins prin urmrirea micrii soarelui. Aceast abordare nu este potrivit pentru conversia energiei solare n dispositive de capacitate mic i medie datorit costului mare i a energie consumate. n metoda static, utilizat pentru dispozitivele de capacitate mic, punctul maxim de putere este detectat folosind convertorul de putere cu frecvene nalte care ajusteaz n continuu punctul de operare pentru a fi maxim. n literatura de specialitate sunt descrise cteva metode de urmrire a punctului maxim de putere ntr-un generator fotovoltaic. Metoda Perturb and Observe (P&O) este utilizat pe scar larg n abordrile pentru determinarea punctului maxim de putere. n aceast metod nivelul de operare a panoului solar este modificat n continuu prin creterea i descreterea tensiunii de operare a panoului i observarea efectelor la puterea emis de panoul solar[1]. Metoda este bazat pe minimizarea erorilor dintre o tensiune de referin fix sau variabil i tensiunea emis de panoul fotovoltaic[2]. Controller-ul fuzzy poate fi mai adecvat n acest caz cnd sistemul este puternic neliniar. Metoda este eficient i atunci cnd se ntlnesc perturbai i incertitudini. Mai mult aceast metod este eficient n aplicaiile n care exist mult experien n operarea centralelor electrice deoarece aceste cunotine pot fi ncorporate sub form de reguli[1].

6

Teoria fuzzy bazat pe mulimi i algoritmi fuzzy ne ofer un instrument general de exprimarea regulilor lingvistice pentru a fi procesate rapid de ctre calculator. n aceast lucrare vom descrie modelul unui panou fotovoltaic i un model obinuit i a unui convertor de energie lucrnd n conducie continu, apoi le vom combina cu alte blocuri existente n acest sistem. Nivelul de operare al panoului este setat la punctul maxim de putere prin ajustarea strii active a convertorului de energie utiliznd metoda controlului fuzzy logic. n final, vom face o simulare comparativ ntre controller-ul fuzzy i metoda P & O pentru a determina performanele n procesul de urmrire a punctului maxim de putere.

7

DESCRIEREA SISTEMULUI

Diagrama circuitului de conversie a energiei este prezentat in figura1. Sistemul conine un panou fotovoltaic, un convertor de energie CC-CC, o unitate de control si sarcin rezistiv. Primul pas n dezvoltarea sistemului este panoul solar. Caracteristica curent - tensiune (IV) a unui panou depinde de temperature i de radiaia solar. Cele mai importante trei caracteristici ale panoului fotovoltaic sunt: curentul de scurt circuit, tensiunea cand curentul este 0 i and the MPP funcie de temperatura i nivel de radiaie. Stadiul puterii este bine cunoscutul convertorul de energie a crui stare activ este ajustat n continuu pentru a urmrii punctul maxim de putere care poate fi livrat de panoul fotovoltaic la o anunit temperatur i radiaie. Urmrirea punctului maxim de putere se realizeaz cu un control bazat pe logic fuzzy i are ca obiectiv obinerea a ct mai mult putere dintr-un panou fotovoltaic prin ajustarea continu a strii active a convertorului CC-CC. Acest nivel corespunde punctului maxim de putere pe curba caracteristic a panoului fotovoltaic.

8

Figura 1. Schema conversiei de putere

MODELAREA PANOULUI FOTOVOLTAIC PUTERE - TENSIUNE

Cel mai general model pentru o celul solar, derivat din caracteristica fizic, este modelul cu o diod. n figura 2 este prezentat circuitul echivalent al unei celule fotovoltaice unde sursa de curent genereaz curent direct proporional cu nivelul de radiaie solar[1].

9

Figura 2. Circuitul echivalent al unei celule fotovoltaice

Modelul matema