2022年6卷4期

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Research Article
与T型并网三电平逆变器相连的采用基于扰动观察法的最大功率点跟踪方法的风能转换系统
Pranupa S, A.T. Sriram, S. Nagaraja Rao
2022, 6(4): 567-583. doi: 10.1093/ce/zkac034
[摘要](1310) [HTML全文] (643)
摘要:
本文分析了一个与三相T型三电平逆变器(TLI)相连的未稳压整流器馈电升压转换器(BC)驱动的基于永磁同步发电机(PMSG)的风能转换系统(WECS)的性能。提议WECS含三个转换器,即:一个将交流转换为直流的未稳压整流器;一个用于提高电压增益的PMSG整流器馈电BC;一个用于解决电网电压与电流同步电能质量问题的并网三相T型TLI。本研究的主要目标是以风能的d-q同步框架建模并控制并网T型TLI,从而调节直流链电压,并将所产风能自BC传至电网。此外,本文推荐以基于扰动观察法(P&O)的最大功率点(MPP)跟踪方法来跟踪恒定风速及可变风速下由基于PMSG的WECS所供BC的MPP。本文以MATLAB® Simulink®计算建模、模拟并验证了恒定风速及可变风速下与d-q控制的并网T型TLI相连的基于PMSG的提议WECS。研究证实了基于P&O的MPP方法确保了不同风速下的最大功率,T型TLI电网电流的总谐波失真为3.18%,处于IEEE-519限制范围内,且与电网同步的T型TLI的功率因子保持于同一水平,避免了电能质量问题。
基于copula条件风险价值模型的风力光伏发电系统的最优调度
Xin Ju, Xiaomin Liu, Shangke Liu, Yangli Xiao
2022, 6(4): 584-591. doi: 10.1093/ce/zkac029
[摘要](1162) [HTML全文] (612)
摘要:
增加电力系统中可再生能源的使用是实现“双碳”目标的有效途径。与此同时,高比例可再生能源并网可危及电力系统的安全运行。为解决上述问题并减少高比例可再生能源电力系统运行的不确定性特点,本文提议以copula函数来描述风力发电及光伏发电的相关性。此外,为提高模型的鲁棒性,本文提议以条件风险价值理论来搭建模型目标函数,并有效控制电力系统运行成本的尾端风险。经案例分析发现本文提议模型具有很强的实用性及经济性。
太阳能热水器自适应过热罩
Nancy Chidiac, Bechara Nehme, Walid Said, Jad Jelwan, Tilda Akiki, Barbar Zeghondy
2022, 6(4): 611-623. doi: 10.1093/ce/zkac036
[摘要](1394) [HTML全文] (729)
摘要:
太阳能热水系统已广泛应用于世界各地。但太阳能热水系统暴露于阳光下极易造成设备过热,进而影响系统效率及耐久性。为此,本文提出了一种自适应甲板控制器,其可在不影响生活热水供应的同时防止系统过热。太阳能热水器是减少家庭碳足迹的最有效方法之一。太阳能是一种可再生能源,可减少人们对化石燃料的依赖性并节省成本。本文旨在研发一个以人工神经网络优化控制系统设计并防止系统过热的太阳能热水器专用动态罩。该控制器基于自组织映射网络,通过覆盖主子系统的织物屏幕来自动调整太阳能集热器温度。太阳能集热器温度的决定参数为天气条件、集热器温度及家庭热水需求量等。建议采用实现了四种阴影百分比(0、20%、25%或32%)的方法来避免系统过热并保障家庭所需热水量。尽管所用原料为免费的可再生能源,但仍需适当控制,以确保实现最大效率或适度利用。且控制可再生能源也有助于延长设备使用寿命。
以中国视角看可再生能源配额制下绿色电力交易证书对电力交易市场的影响
Kaiqiang Leng, Zhongzhong Li, Zihao Tong
2022, 6(4): 624-638. doi: 10.1093/ce/zkac038
[摘要](1479) [HTML全文] (735)
摘要:
可再生能源配额制(RPS)为促进可再生能源(RE)消纳的重要保障。绿色电力交易证书(TGC)交易机制为RPS有效实施的配套措施,但TGC交易率偏低,存在RE消纳双重计量的问题。随着中国新政策的出台,本文创新性地以售电方为RE消纳的责任主体,并考虑将生物质发电(BEG)项目纳入TGC交易。为探讨TGC市场与电力市场的相互作用,本文建立了RPS下两个市场相结合的日前现货市场交易结构,并创建了相应的市场均衡模型,又以粒子群优化算法求解并验证了所建模型,还分析了不同影响因素下各市场参与者的利润,最后得出如下主要结论:(i) 所建市场结构及模型有效解决了可再生能源消纳双重计量问题,实现了82.97%的TGC成交率,从而大大提高了市场效率。(ii) 随着TGC需求的增加,可再生能源电力需求有所增加。鉴于BEG项目进入TGC市场既能有效提升生物质电力企业(BEP)的利润,又能减轻政府财政补贴负担,且不会影响风力电力及光伏电力的消纳,故其有助于促进中国可再生能源的快速发展,BEG行业更是如此。(iii) 就影响因素而言,如能提升可再生能源消纳的责任权重并降低发电成本,则可提升BEP的利润。随着TGC价格及补贴价格的下降,BEP的利润有所下降。最后,本文就中国的RPS及TGC交易机制提出了一些政策建议。此外,本研究也为中国TGC市场与电力市场的建设及RE的发展提供了参考。
基于微电网的PV/电池/EV并网系统的实验性能分析
Aziz Haffaf, Fatiha Lakdja, Djaffar Ould Abdeslam
2022, 6(4): 639-660. doi: 10.1093/ce/zkac035
[摘要](1339) [HTML全文] (752)
摘要:
全球能源需求主要依赖于化石燃料,预计其将快速增长,故须努力减少碳排放,应对气候变化,以确保可持续和清洁化发展。近年来,解决方案技术主要为提升可再生能源及储能系统比例,发展电动汽车(EV)、提高能源效率及需求侧管理(DSM)。另一极其有用的新兴技术则为微电网(MG),即若干局部运行的发电单元及储能单元的并网或离网互连。本文对一个旨在最大化光伏自消费及DSM目标的基于MG的光伏(PV)/电池/EV混合并网系统进行了测试运行及性能分析。整个MG由两个子系统(子系统1为2.16 kWp的多晶硅PV阵列,子系统2为2.4 kWp的单晶硅PV系统,EV锂离子电池容量为6.1 kW·h)组成。该MG是2018年8月于法国米卢斯理工学院(University Institute of Technology,IUT)室外安装。本文分析了连接EV及未连接EV两种情形下逆变器、电池及电网等系统组件的运行及特征。结果表明,整个系统运行周期内子系统1及子系统2馈入电网的总累计电量分别为3466.82 kW·h及5836.58 kW·h。子系统2终身发电量及排放量分别约为5597.65 kW·h及4.17 t。此外,本文还详细量化分析了PV输出功率、发电量、馈入功率、自消费能量等参数结果。
基于混合最大功率点跟踪技术的太阳能光伏系统高增益二次升压转换器的评估
Veerabhadra, S. Nagaraja Rao
2022, 6(4): 677-691. doi: 10.1093/ce/zkac041
[摘要](1210) [HTML全文] (559)
摘要:
鉴于太阳能光伏(SPV)组件的输出电压偏低,且其大小取决于负载,获得最大输出电压的关键是给SPV系统加设一个DC-DC转换器来调节并提升输出电压。欲满足负载要求,就必须提升电压,提升电压则必须使用高能效的电力电子转换器。本文研究了带负载的耦合了高增益二次升压转换器(HG-QBC)的SPV系统的性能。提议SPV系统HG-QBC的占空比低,却可提供高电压增益,其升压因子为4。本文就组件和升压因子比较分析了提议HG-QBC与各种现有升压转换器。鉴于SPV系统最大功率点的定位至关重要,骤变大气条件下SPV系统峰值功率输出实现的关键在于选择一个合适的基于最大功率点跟踪器(MPPT)的技术。为确定SPV系统的最高输出功率,本文提出了一种辅以神经网络的基于扰动观察(P&O)法的混合MPPT技术。就HG-QBC而言,本文比较说明了提议MPPT与传统基于P&O的MPPT,就升压时间、稳压时间及电压纹波展开了比较分析。此外,本文以MATLAB®/Simulink®分析了恒定辐照及变化辐照下提议模型的输出电压及功率特性。混合MPPT的结果表明,相比于其他两种MPPT技术,混合MPPT最大功率点处振荡最小,纹波较少,仅为0.20%,且稳压时间为1.2 s。
夜间公用电网调压稳压用太阳能光伏逆变器
Kushan Tharuka Lulbadda, Udayanga Hemapala
2022, 6(4): 692-705. doi: 10.1093/ce/zkac042
[摘要](1219) [HTML全文] (534)
摘要:
光伏(PV)逆变器是未来智能电网的重要组成部分。尽管光伏发电装置普及率极高,但其有效性极低。某些逆变器可设计为夜间伏安无功(VAR)运行模式。但鉴于电网内部存在有功功率消耗(此为内部损失),且直流(DC)总线需要调节,对此夜间伏安无功模式无效。本文演示了太阳能不可用时光伏逆变器以无功功率注入模式运行。本文的研究重点主要为基于同步旋转框架控制方法的逆变器控制器的设计。提议新方法可使逆变器注入达到所需无功功率水平,并于公告范围内调节公用电网的电压水平。此时,逆变器并不吸收电网有功功率用于内部运行。功率因子为零时,提议模型可注入≤2 kVAR的无功功率,但不吸收电网有功功率。本文研发了逆变器模型及硬件模型,并检测了各种无功负载。所研发的硬件模型代表的是现实世界的应用。两个模型的无功功率注入均于零功率因子下运行,此时,与之相对应的独立无功负载产生了预期结果。因此,显而易见,提议方法既能提高逆变器的效率,又可确保所连公用电网的稳定性。
基于灰狼优化算法的光伏–燃料电池混合交直流微电网系统的控制
Ahmed M. Al-Antaki, T.V. Golubchik, Mushtaq A. Al-Furaiji, H.J. Mohammed
2022, 6(4): 706-719. doi: 10.1093/ce/zkac046
[摘要](1192) [HTML全文] (628)
摘要:
该研究旨在改善并提高混合交直流微电网(MG)的电能质量。光伏(PV)系统及质子交换膜燃料电池(PEMFC)均为可再生能源,可实现公用电网的最佳有功功率。本文创建了基于PV系统、PEMFC及电压源逆变器的MG系统的数学模型,并以基于最大功率点跟踪(MPPT)的灰狼优化(GWO)算法来提高PV组件的效率及性能。此外,为提高PEMFC的性能,本文以一个数字比例积分控制器来控制PEMFC电路。提议逆变器受同步参考框架理论控制,即直接正交(dq)控制方法。本文以MATLAB®测试了提议MG系统于各种天气及负载条件下的性能。由仿真结果可知,提议MG系统可依光伏及燃料电池的特性而输送及吸收有功功率。因此,混合交直流MG稳定直流总线电压的性能得以增强。并且,经基于MPPT的GWO优化后,MG的电能质量也得以提升。最后,GWO下输出电流的总谐波失真为2.3%。效率高达98.9%,其结果良好。
独立住宅PV/柴油/电池混合能源系统的统一模糊逻辑控制器及电源管理
Adil Atoui, Mohamed Seghir Boucherit, Khelifa Benmansour, Said Barkat, Ali Djerioui, Azeddine Houari
2022, 6(4): 720-731. doi: 10.1093/ce/zkac047
[摘要](1443) [HTML全文] (683)
摘要:
就偏远地区的电气化而言,基于可再生能源的混合系统受电源管理系统(PMS)控制,其旨在减少化石燃料的使用,提高可再生能源的效率,进而减少温室气体排放。PMS有助于提高此类系统的效率及效益,并确保所有运行模式下不同电源与负载之间的平衡。但PMS选择的各种运行模式之间突然转换,则会产生功率损失及功率不平衡。为解决这一问题,本文提出了一种基于模糊逻辑控制器(FLC)的PMS,其可控制含直连DC总线的电池存储元件的光伏(PV)和柴油混合系统。为确保系统不同模式之间的顺利切换,提议PMS完全基于FLC。提议PMS能否成功应用取决于系统处理之前所选择的FLC参数是否合适。因此,本文以粒子群优化算法来调整FLC参数。此外,本文在Simscape ElectricalTM MATLAB®环境中对该系统进行了综合仿真,并测试了所得最佳智能PMS,又将其与经典PMS相比较。研究结果表明,模式发生改变时,DC总线电压过冲衰减率为25,PV发电机效率提升了99.5%。
用模糊控制器提高亚同步状态下低电压风力涡轮机的转换能力
Ngakan Ketut Acwin Dwijendra, Abduladheem Turki Jalil, Azher M. Abed, Bashar S. Bashar, Ahmed Kateb Jumaah Al-Nussairi, Ali Thaeer Hammid, Ali Shamel, Khusniddin Fakhriddinovich Uktamov
2022, 6(4): 732-744. doi: 10.1093/ce/zkac033
[摘要](1400) [HTML全文] (762)
摘要:
风力涡轮机的主要问题是电网短路时感应发电机的供电问题。本文提出了一种新方法,该法可于网络错误期间使馈电两侧各配有一个感应发电机的风力涡轮机保持不间断运行。双馈感应发电机(DFIG)风电场需具备两种能力才能提高系统操作员的熟练程度,即故障穿越能力及输出力波动同步能力,发电机产生大量电力时更是如此。本文用MATLAB®软件评估并改善风力涡轮机性能,以模糊互补(FC)控制器改善DFIG性能。研究结果表明,FC控制器可大大限制短路模式下风力涡轮机的工作电流及工作电压。本文对比了两种模式:FC模式、比例积分模式。其结果表明,FC模式下的波纹为4%,比例积分控制器的波纹则为10%。
Review Article
光伏发电系统用非隔离型低功率高输出增益DC-DC转换器拓扑综述
Tole Sutikno, Hendril Satrian Purnama, Nuryono Satya Widodo, Sanjeevikumar Padmanaban, Mohd Rodhi Sahid
2022, 6(4): 592-610. doi: 10.1093/ce/zkac037
[摘要](2544) [HTML全文] (856)
摘要:
高增益DC-DC升压转换器的主要挑战是开关上的高电压应力、极限负载率运行、二极管反向恢复、转换器效率问题。为解决此类问题,研究人员研发了各种高增益转换器拓扑,光伏发电系统更是如此。本文从可用文献的众多拓扑中选出了20种高增益低效率DC-DC转换器拓扑,而后详细讨论并比较了转换率高于15的七种拓扑,即(i)电压乘法器单元,(ii)电压增倍器,(iii)耦合电感,(iv)带耦合电感及开关电容的转换器,(v)带开关电感及开关电容的转换器,(vi)级联技术,(vii)电压举升技术。每种拓扑均有优劣势。本文从元件数、硬件复杂性、转换器最大效率、开关上的电压应力等方面比较了该七种拓扑,并描述了相关细节,从而便于未来研究人员及决策者选择正确的转换器拓扑,并按需将其纳入光伏发电系统。
Research article
对马来西亚住宅太阳能政策的专家见解:不足和建议
Lin-Sea Lau, Yuen-Onn Choong, Suet-Ling Ching, Chooi-Yi Wei, Abdelhak Senadjki, Chee-Keong Choong, Ai-Na Seow
2022, 6(4): 661-676. doi: 10.1093/ce/zkac043
[摘要](1360) [HTML全文] (710)
摘要:
马来西亚已经设定了2025年前实现20%可再生能源使用率的目标,但这一目标的实现还是任重道远。目前,马来西亚国内仅有2%的电力来自包括太阳能在内的可再生能源。与太阳能方面有着大量文献报道的情况不同,针对专家就住宅太阳能政策的不足之处提出的意见,目前报道过的定性研究还是比较少的(特别是以马来西亚为背景的研究工作)。通过对现有政策不足之处的了解,就可以设计出有助于太阳能产业发展的更好的政策框架。鉴于此,本研究旨在从专家的视角,找出马来西亚政府现行举措和政策中的哪些短板阻碍了居民家庭对太阳能光伏装置的采用。针对如何才能在未来设计出更好的政策并加以实施这一问题,专家也提供了建议。在对专家观点进行收集时,本研究采用一种定性研究方法(通过半结构化的访谈)。访谈中被指出的主要问题包括财政支持的不足以及宣传活动和电价补贴的缺失等。此外,接受采访的专家还提出了给予足够的财政补贴、加强对公众的宣传以及对消费者权益进行全面的立法保护等建议,以便能提升太阳能在马来西亚的使用率。本研究强调了决策者需要提高公众的意识、提供财政支持并制定监管措施,从而能对太阳能企业进行管理以促进太阳能产业在马来西亚发展。
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