Імітаційна модель автономної системи енергозабезпечення об’єктів автодорожньої інфраструктури

Анотація

Наявнiсть централiзованого електропостачання з вiдповiдною iнфраструктурою та розгалуженою розподiльчою мережею зi значними технологiчними втратами не тiльки спричиняє пiдвищенi ризики, а й ставить пiд сумнiв якість та надiйнiсть енергозабезпечення вiддалених об’єктів. Використання малих електростанції на базі відновлювальних джерел енергії здатне вирішити проблему електропостачання об’єктів транспортної інфраструктури (зупинки громадського транспорту, пішохідні переходи, елементи управління дорожнім рухом тощо). Проте, доцільність використання того чи іншого джерела енергії потребує проведення імітаційного моделювання параметрів даних систем електропостачання.

Метою дослідження є розробка імітаційної моделі автономної системи енергозабезпечення об’єктів автодорожньої інфраструктури та перевірка її функціонування в реальних умовах. У статті наведено структурну імітаційної моделі та подані характеристики її складових. Наведено порядок функціонування складових елементів та особливості їх взаємодії. Проведено експериментальне моделювання залежностей вихідної потужності фотоелектричного модуля від підтримуваної на його виході напруги, узагальнено отримані результати.

Розроблена модель дозволяє реалізувати режим підтримання максимальної продуктивності завдяки введенню зворотного зв’язку для контролю величини вхідної напруги перетворювача, яка порівнюється із обчисленим (заданим) значенням напруги, розрахованим за даними фактичного струму навантаження та струму короткого замикання фотоелектричного модуля для різних величин світлового потоку. Результат порівняння, з відповідним знаком, надходить до пропорційно-інтегрального регулятора, вихідним керуючим впливом якого є регулювання вихідної напруги перетворювача та зв’язаним з нею зарядним струмом батареї, що, відтак, призводить до зміни вхідного струму і забезпечує підтримання заданої напруги на виході сонячної батареї. За такої умови її вихідний струм прямо пропорційний величині сонячної радіації.  Також встановлено, що вибір мінімально необхідної потужності фотоелектричної панелі необхідно здійснювати з урахуванням найнесприятливішого сценарію щодо погодних умов та сезону року для забезпечення максимального заряду акумуляторної батареї.

Ключові слова: імітаційна модель, моделювання автономної системи енергозабезпечення, малі електростанції, об’єкти автодорожньої інфраструктури, фотоелектричні панелі, апаратно-програмний комплекс, мікроконтролер