1. JCPEE
  2. Всі випуски
  3. Випуск 13, Номер 2, 2023
  4. Імітаційне моделювання системи електроживлення з врахуванням стохастичного характеру процесів генерації та споживання енергії

Імітаційне моделювання системи електроживлення з врахуванням стохастичного характеру процесів генерації та споживання енергії

JCPEE.
2023;
Випуск 13, Номер 2
: с. 15-22
https://doi.org/10.23939/jcpee2023.02.015
Автори:
  1. Катерина Клен
  2. Віталій Навроцький
  3. Валерій Жуйков
1
Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”
2
Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”
3
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

У статті представлено розрахунок параметрів та імітаційне моделювання системи електроживлення на основі сонячних панелей з врахуванням стохастичних параметрів процесів генерації та споживання енергії. За допомогою моделювання в MATLAB® Simulink було оцінено продуктивність системи електроживлення при зміні величини сонячної інсоляції та потужності навантаження. Описано спосіб керування двонаправленим перетворювачем на основі розрахунку різниці ентропії Шеннона потоків генерації та споживання енергії. Цей метод дозволяє підвищити ефективність використання енергії в системі за рахунок зменшення різниці між значеннями ентропії на вході та виході системи. Також це дозволяє скоротити тривалість часових інтервалів, коли накопичувач енергії в системі є неконтрольованим: повністю зарядженим або повністю розрядженим. Моделювання електричних процесів в системі електроживлення проводилось як з реалізацією керування на основі розрахунку різниці ентропій, так і без нього. Для оцінки впливу точності розрахунку значень ентропії на результати моделювання було проведено розрахунок ентропії для різної тривалості інтервалів. Проведено аналіз результатів моделювання системи електроживлення з використанням даних інсоляції та потужності навантаження з дискретністю в 1 хвилину.

електропостачальна система
сонячна панель
energy storage
Shannon entropy
MATLAB® Simulink
  1. Matlab and Simulink Basics, Problem-Based Learning in Communication Systems Using Matlab and Simulink, Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2016. https://doi.org/10.1002/9781119060239.ch1
  2. Rostyslav Marchenko and Kateryna Klen, “Prediction of Load Capacity in Microgrid by Multiple Regression Method”, Microsystems, Electronics and Acoustics, vol. 27, no. 1, p. 236697-1, 2022. DOI: 10.20535/2523-4455.mea.236697. (in Ukrainian)
  3. K. S. .Klen, “First Sample Entropy as a Function of the State of a Distributed Generation System”, “Microsystems, Electronics and Acoustics”, vol. 26, no. 1, p. 228315-1, 2021. DOI: 10.20535/2523-4455. (in Ukrainian)
  4. M. Forouzesh, Y. P. Siwakoti, S. A. Gorji, F. Blaabjerg and B. Lehman, “Step-Up DC–DC Converters: A Comprehensive Review of Voltage-Boosting Techniques, Topologies, and Applications,” IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 32, no. 12, pp. 9143-9178, Dec. 2017. DOI: 10.1109/TPEL.2017.2652318
  5. R. E. Andrienko, K. S. Klen, “Simulation modeling of an autonomous power supply system based on solar panels in real time”, “Microsystems, Electronics and Acoustics”, (2022) 27(3) 268903–1. https://doi.org/10.20535/2523-4455.mea.268903
  6. C. E. Shannon, “A mathematical theory of communication,” The Bell System Technical Journal, vol. 27, no. 3, pp. 379-423, July 1948. https://doi.org/10.1002/j.1538-7305.1948.tb01338.x 
  7. S. Bououden, O. Hazil, S. Filali and M. Chadli, “Modelling and model predictive control of a DC-DC Boost converter”, in Proc. 15th International Conference on Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (STA), Hammamet, Tunisia, pp. 643-648, 2014. https://doi.org/10.1109/sta.2014.7086663
  8. J. -H. Teng, S. -W. Chen, S. -W. Luan and J. -R. Xu, “Bidirectional DC-DC Converter with a Wide-Range Voltage Conversion Ratio”, in Proc. IEEE 4th International Future Energy Electronics Conference (IFEEC), Singapore, pp. 1-6, 2019.  https://doi.org/10.1109/ifeec47410.2019.9014688
  9. Z. Saadatizadeh, P. C. Heris, Y. Yang and F. Blaabjerg, “High Step-Up/Down Switched-Capacitor Based Bidirectional DC-DC Converter”, IEEE 21st Workshop on Control and Modeling for Power Electronics (COMPEL), Aalborg, Denmark, pp. 1-6, 2020.https://doi.org/10.1109/compel49091.2020.9265735
  10. S. Surya, J. Channegowda, S. D. Datar, A. S. Jha and A. Victor, “Accurate Battery Modeling Based on Pulse Charging using MATLAB / Simulink”, in Proc. IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), Jaipur, India, pp. 1-3, 2020. https://doi.org/10.1109/pedes49360.2020.9379617
  11. B. Joshi, J. K. Maherchandani and A. A. Chhipa, “Comparison Between Open and Closed Loop Battery Charging Technique for Lithium-ion Battery”, in Proc. 7th International Conference on Electrical Energy Systems (ICEES), Chennai, India, pp. 150-155, 2021. https://doi.org/10.1109/icees51510.2021.9383692
  12. B. Yang, Y. Wang, X. Zhou and Y. Ma, “Design of Bidirectional DC-DC Converter Control Based on Arrange the Transition Process”, in Proc. Chinese Control And Decision Conference (CCDC), Nanchang, China, , pp. 5064-5069, 2019. https://doi.org/10.1109/ccdc.2019.8832650
  13. N. Yadav and D. K. Sambariya, “Mathematical Modelling and Simulation of Photovoltaic Module Using MATLAB/SIMULINK”, in Proc. 9th International Conference on Computing, Communication and Networking Technologies (ICCCNT), Bengaluru, India, pp. 1-6, 2018. https://doi.org/10.1109/icccnt.2018.8494167
  14. L. W. Yao, J. A. Aziz, P. Y. Kong and N. R. N. Idris, “Modeling of lithium-ion battery using MATLAB/simulink”, in Proc. 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Vienna, Austria, pp. 1729-1734, 2013. https://doi.org/10.1109/iecon.2013.6699393
  15. D. Athaide, J. Qin and Y. Zou, “MATLAB/Simulink-Based Electromagnetic Transient-Transient Stability Hybrid Simulation for Electric Power Systems with Converter Interfaced Generation”, in Proc. IEEE Texas Power and Energy Conference (TPEC), College Station, TX, USA, pp. 1-6, 2019. https://doi.org/10.1109/tpec.2019.8662135
  16. IRENA, “Renewable Energy Capacity Highlights,” Int. Renew. Energy Agency, vol. 00, no. April 2022, 2022, https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2022/Apr/IRENA_-RE_Capacity_Highlights_2022.pdf
  17. IRENA, “Renewable Capacity Statistics 2022,” Int. Renew. Energy Agency, 2022, https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2022/Apr/IRENA_RE_Capacity_Statistics_2022.pdf
  18. S. P. Europe, “Global Market Outlook For Solar Power 2022-2026,” Sol. Power Eur., 2022, https://api.solarpowereurope.org/uploads/Solar_Power_Europe_Global_Market_Outlook_report_2022_2022_V2_07aa98200a.pdf
  19. IRENA, “Future of solar photovoltaic,” 2019, https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2019/Nov/IRENA_Future_of_Solar_PV_2019.pdf
  20. “ZAKON UKRAYINY Pro alʹternatyvni dzherela enerhiyi[LAW OF UKRAINE On Alternative Energy Sources].”, https://www.gpee.com.ua/get_document/72
  21. “International Energy Agency. (2022). Renewables 2022: Analysis and forecast to 2027.” https://www.iea.org/reports/renewables-2022
  22. SunPower  305  Solar  Panel,” https://www.pocosolar.com/wp-content/themes/twentyfifteen/pdfs/Sunpower%20Solar%20Panels/sunpower_305wht_spec_sheet.pdf
  23. “To Workspace.”, https://www.mathworks.com/help/simulink/slref/toworkspace.html
  24. “Laboratory for Renewable Energy Systems (LARES) of University of Zagreb, Faculty of Electrical Engineering and Computing.” https://www.lares.fer.hr/
  25. “Household  Electric  Power  Consumption.”, https://www.kaggle.com/datasets/uciml/electric-power-consumption-data-set?resource=download
  26. “Variable Resistor in DC.”, https://www.mathworks.com/matlabcentral/fileexchange/61022-variable-resistor-in-dc
  27. “PID Controller.”, https://www.mathworks.com/help/simulink/slref/pidcontroller.html
  28. “MATLAB Function.”, https://www.mathworks.com/help/simulink/slref/matlabfunction.html
  29. “Unit Delay.”, https://www.mathworks.com/help/simulink/slref/unitdelay.html
  30. “Zero-Order Hold.”, https://www.mathworks.com/help/simulink/slref/zeroorderhold.html