Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 621.31.629.78 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-1-85-95
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ПЕРВИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ПРИ ИХ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ
Непомнящий О. В., Краснобаев Ю. В., Яблонский А. П., Солопко И. В., Личаргин Д. В.
Сибирский федеральный университет, Институт космических и информационных технологий, Российская Федерация, 660074, г. Красноярск, ул. Академика Киренского, 26б. E-mail: 2955005@gmail.com
В системах электропитания космических аппаратов, беспилотных и пилотируемых летательных аппаратов в качестве первичных источников энергии широко используются солнечные батареи. Для энергоснабжения наземных автономных объектов находят применение возобновляемые источники энергии различной природы, позволяющие использовать энергию Солнца, ветра, волн, рек, приливов и т. п. Применение в составе автономной системы электропитания разнородных источников энергии позволяет осуществлять генерацию электрической энергии на интервалах времени, когда отсутствует поступление энергии от части используемых источников. Согласование первичных источников энергии с различными характеристиками и условиями работы в рамках одной системы электропитания приводит к возникновению дополнительных сложностей, связанных с регулированием мощности источников, что и определяет актуальность рассматриваемых задач. Цель исследования: разработка способов объединения первичных источников энергии с различными характеристиками и условиями работы в единую автономную систему электропитания и алгоритмов управления контроллерами этих источников. Задачи: создание имитационной модели системы электропитания в среде MATLAB/Simulink; разработка и проверка алгоритма управления контроллерами первичных источников, обеспечивающего поддержание желаемого тока заряда аккумуляторной батареи системы электропитания; разработка и проверка алгоритмов управления контроллерами первичных источников, обеспечивающих отбор максимальной мощности от каждого из нескольких первичных источников, в том числе и с минимизацией времени поиска точки максимальной мощности. Методы исследования: имитационное моделирование системы электропитания с использованием языка Simulink, входящего в состав программного пакета MATLAB 7.9. Результаты: разработана имитационная модель системы электропитания, включающая два источника энергии с различными характеристиками. При избытке мощности, генерируемой первичным источником энергии, контроллер источника энергии находится в режиме заряда аккумуляторной батареи заданным фиксированным током. При дефиците мощности первичного источника контроллер функционирует в режиме поиска экстремальной мощности. Структура системы электропитания позволяет управлять двумя источниками энергии независимо друг от друга. Таким образом, контроллеры источников энергии могут находиться в различных режимах работы, обеспечиваяповышенную гибкость системы электропитания. Использование алгоритма управления на нечеткой логике увеличивает скорость поиска точки максимальной мощности, а также повышает точность работы алгоритма. Проведенные с использованием разработанной модели испытания подтвердили работоспособность алгоритмов управления контроллеров солнечной батареи во всех режимах работы. Подтверждена работоспособность алгоритма выбора режима работы контроллеров в различных условиях. Предложенные алгоритмы позволяют осуществлять эффективное регулирование мощности первичных источников энергии в зависимости от различных условий работы автономной системы электропитания.
Ключевые слова: автономная система электропитания, солнечная батарея, контроллер солнечной батареи, имитационная модель, аккумуляторная батарея, экстремальное регулирование.
References

1. Wu B., Zhuo F., Long F., Gu W., Qing Y., Liu Y. A management strategy for solar panel —
battery — super capacitor hybrid energy system in solar car // 8th International Conference on
Power Electronics – ECCE Asia. 30 May – 3 June 2011.
2. Parameter’s sensitivity analysis and design optimization of solar-powered airplanes / Zhu X.,
Z. Guo, Z. Hou, X. Gao, J. Zhang // Aircraft Engineering and Aerospace Technology. 2016. Vol. 88
No. 4. P. 550–560.
3. Lawhorn D., Rallabandi V., Ionel D. Power Electronics Powertrain Architectures for Hybrid
and Solar Electric Airplanes with Distributed Propulsion // 2018 AIAA/IEEE Electric Aircraft
Technologies Symposium (EATS). 12–14 July 2018.
4. Автономная система электропитания с экстремальным регулированием мощности
первичных источников энергии / О. Донцов, В. Иванчура, Ю. Краснобаев, С. Пост //
Известия Томского политехнич. ун-та. 2016. Т. 327, № 12. C. 35–44.
5. Trends 2013 in photovoltaic applications. Survey report of selected IEA countries between
1992 and 2012 [Электронный ресурс]. URL: http://helapco.gr/pdf/IEA_PVPS_Trends_Report_
2013_v1_0_ 01.pdf (дата обращения 15.09.2019).
6. Лукутин Б., Муравлев И., Плотников И. Децентрализованные системы
электроснабжения с ветровыми и солнечными электростанциями. Томск : Изд-во Томского
политехнич. ун-та, 2015. 100 с.
7. International Renewable Energy Agency: Vision and Mission [Электронный ресурс]. URL:
http://www.irena.org/menu/index.aspx?mnu=cat&PriMenuID=13&CatID=9 (дата обращения
16.09.2019).
8. Соустин Б. Системы электропитания космических аппаратов. Новосибирск : Наука ;
Сибирская издательская фирма, 1994. 318 с.
9. Fortescue P., Swinerd G., Stark J. (Eds.). (2011, August). Spacecraft Systems Engineering,
(4th ed.). John Wiley & Sons, Ltd, 2011. 691 p.
10. Norton C., Pellegrino S., Johnson M. (2014, July) Small Satellites: A Revolution in Space
Science [Электронный ресурс]. URL: http://www.kiss.caltech.edu/study/smallsat/KISS-SmallSatFinalReport.pdf (дата обращения 21.09.2019).
11. Макриденко Л., Боярчук K. Mikrospuntniki. Микроспутники. Тенденция развития.
Особенности рынка и социальное значение [Электронный ресурс]. URL:
http://jurnal.vniiem.ru/text/102/2.pdf (дата обращения 24.09.2019).
12. Развитие микропроцессорной техники. Структура и режимы современных
микропроцессоров [Электронный ресурс]. URL: http://life-prog.ru/view_articles.php?id=334
(дата обращения 24.09.2019).
13. Shinyakov Y., Otto A., Osipov A., Chernaya M. Autonomous power plant with extreme step
regulator of solar battery power // Alternative Energy and Ecology. 2015. No. (8-9). Р. 12–18.
14. Иванчура В., Краснобаев Ю., Донцов О., Пост С. Контроллер солнечной батареи с
экстремальным регулированием // Электромеханические преобразователи энергии : VI
Междунар. науч.-техн. конф. ЭПЭ–2013. Томск, 2013. С. 180–185.
15. Пост С., Донцов О., Иванчура В., Краснобаев Ю. Имитационная модель контроллера
солнечной батареи // Известия Томского политехнич. ун-та. Техника и технология в
энергетике. 2014. Т. 325, №4. С. 114–120.
16. Dontsov O., Ivanchura V., Krasnobaev Y. A Fuzzy Logic Solar Controller with Maximum
Power Point Tracking // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2015.
Vol. 6, No. 8. P. 786–794.
17. Liu C. An Asymmetrical Fuzzy-Logic-Control-Based MPPT Algorithm for Photovoltaic
Systems // Energies. 2014. Vol. 7. P. 2178–2193.
18. Асаи К., Ватада Д., Иваи С. Прикладные нечеткие системы / пер. с япон. ; под ред. Т.
Тэрано, К. Асаи, М. Сугэно. М. : Мир, 1993. 368 с.
19. Леоненков А. Нечеткое моделирование в среде MATLAB и fuzzyTECH. СПб. : БХВПетербург, 2005. 736 с.
20. Штовба С. Введение в теорию нечетких множеств и нечеткую логику [Электронный
ресурс]. URL: http://matlab.exponenta.ru/fuzzylogic/book1/index.php (дата обращения:
3.10.2019).
21. Ibbini M. Simscape solar cells model analysis and design. Computer Applications in
Environmental Sciences and Renewable Energy. Kuala Lumpur. 2014. Р. 97–103.
22. Schematic simulation in the Simscape and SimElectronics software [Электронный ресурс].
URL: http://www.kit-e.ru/articles/circuit/2014_4_174.php (дата обращения 3.10.2019).  


Непомнящий Олег Владимирович – кандидат технических наук, профессор, заведующий
кафедрой вычислительной техники; Сибирский федеральный университет, Институт космических и
информационных технологий. E-mail: ONepomnuashy@sfu-kras.ru.
Краснобаев Юрий Вадимович – доктор технических наук, профессор кафедры систем
автоматики, автоматизированного управления и проектирования; Сибирский федеральный
университет, Институт космических и информационных технологий. E-mail: YKrasnobaev@sfukras.ru.
Яблонский Алексей Павлович – аспирант, ассистент кафедры вычислительной техники;
Сибирский федеральный университет, Институт космических и информационных технологий.
E-mail: AYablonskiy@sfu-kras.ru.
Солопко Ирина Владимировна – старший преподаватель кафедры систем автоматики,
автоматизированного управления и проектирования; Сибирский федеральный университет, Институт
космических и информационных технологий. E-mail: ISolopko@sfu-kras.ru.
Личаргин Дмитрий Викторович – кандидат технических наук, доцент кафедры разговорного
иностранного языка; Сибирский федеральный университет, Институт космических и
информационных технологий. E-mail: DLichargin@sfu-kras.ru.  


  ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ПЕРВИЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ ПРИ ИХ СОВМЕСТНОЙ РАБОТЕ НА ОБЩУЮ НАГРУЗКУ