Name: חקירה ניסויית של הבקרה ההיררכית במיקרו-גרידים DC באמצעות סימולטור זמן-אמת (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-02-14T14:20:00.000+00:00
Duration: 6 min 4 s
Description: חקור אסטרטגיות בקרה היררכיות למיקרו-גרידים DC באמצעות סימולטור OPAL RT-Lab בזמן אמת. שיטה זו מאפשרת אימות ניסויי של בקרת מתח וזרם במערכות אנרגיה מבוזרות.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

בחלק זה, אנו מתארים את השיטות המשמשות לפיתוח והתנסות עם מיקרו-גריד DC המשלבת בקרה היררכית המוצגת באיור 1, המיושמת ב-OPAL RT-Lab (להלן "סימולטור"). הפרוטוקול מחולק לשלושה חלקים עיקריים: הגדרה פיזית ומידול מעגלים, יישום אסטרטגיית בקרה והגדרה ניסיונית של סימולטור. יצוין כי פרוטוקול זה אינו מכסה את אסטרטגיית הבקרה השלישונית, הכוללת אופטימיזציה ברמה גבוהה יותר ואינטראקציה עם רשת החשמל הראשית, היא מעבר לתחום מערך הניסוי הנוכחי שלנו, והיא נותרה לעבודה עתידית.
1. הגדרה פיזית ומידול מעגלים
<ol>
	<li>טופולוגיה חשמלית של המערכת הערה: בהתחשב בארכיטקטורת מעגל מערכת המיקרו-גריד DC, אנו ממשיכים בבניית פלטפורמת הניסוי של החומרה באמצעות השלבים הבאים.<ol>
		<li>בניית DER בודד<ol>
			<li>חבר את הקוטב החיובי של זרם ה-DC דרך חוט לקוטב החיובי הנכנס של מעגל ה-buck, תוך חיבור בו זמנית של הקטבים השליליים המתאימים; הממיר הספציפי מוצג באיור 2A. בנה מודל מתמטי עבור ממיר ה-buck כדי להקל על תכנון פרמטרי בקרה עבור סימולציות והגדרות ניסיוניות עוקבות. עבור ממיר Buck טיפוסי כפי שמוצג באיור 3, בנה את משוואות מרחב המצב שלו באמצעות שיטת מיצוע מרחב המצב באופן הבא5: 
			<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/67464/67464eq1.jpg">     (1) כאשר IL, VC הם זרם המשרן ומתח היציאה, בהתאמה; R, L, C הם הפרמטרים המרכיבים במעגל הממיר; Vin מייצג את מתח DC הכניסה; ו - d מייצג את מחזור העבודה של ממיר DC-DC. הפוך את משוואת (1) לצורת פונקציית ההעברה הבאה, הנוחה יותר לתכנון בקר PI. 
			<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/67464/67464eq2.jpg"> 
			<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/67464/67464eq3.jpg">     (2) כאשר s מייצג את אופרטור לפלס; GId(s) היא פונקציית ההעברה של יחס החובה לזרם; ו-GVI(s) היא פונקציית ההעברה של זרם למתח.</li>
			<li>בניית מיקרו-גריד באמצעות מספר DERs<ol>
				<li>חזור על התהליך של בניית DERs בודדים כמתואר לעיל. עם מספר DERs במקום, חבר את מסופי הפלט החיוביים והשליליים המתאימים של כל מעגל Buck.</li>
				<li>כדי לדמות עכבת קו, הכנס נגדים קטנים בסדרה בין הקטבים החיוביים של כל DER.</li>
			</ol>
			</li>
			<li>שילוב עומסים<ol>
				<li>השתמש בנגדים כדי לדמות עומסים נפוצים במיקרו-רשתות DC. עבור עומסים גלובליים, חבר ישירות את הדקי הנגד לנקודות המפגש של הקוטב החיובי והשלילי של כל ה-DER. כאשר קיימת עכבת קו, חבר נגדים ביציאה של כל מעגל buck כדי לדמות עומסים מקומיים, כפי שמוצג באיור 2D. הערה: בניסוי זה, חיבורי מעגלים מיושמים באמצעות מחברי פלאג-אין כפי שמוצג באיור 2C.</li>
			</ol>
			</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>תכנון והגדרה של מעגלי חומרה הערה: הגדרת החומרה של פלטפורמת הניסוי DC microgrid, המתאימה לטופולוגיה באיור 1, מורכבת בעיקר מהשלבים הבאים:<ol>
		<li>תצורת ספק כוח DC<ol>
			<li>הפעל את ספק הכוח על ידי לחיצה על לחצן ההפעלה.</li>
			<li>כוונן את כרךtage לערך שצוין באמצעות הכפתור. ספק כוח זה הוא מקור DC במתח קבוע עם טווח פלט של [0 - 300 וולט] והספק מרבי של 600 וואט. הפעל את אספקת החשמל בתחילת הניסוי על ידי לחיצה על המתג. אספקת החשמל ששימשה בניסוי הזה מוצגת באיור 2B.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>הגדרת ממיר באק DC-DC<ol>
			<li>נתב את אותות הקלט והפלט של הממיר ללוח המרת אותות וחבר אותם לבקר החומרה של הסימולטור באמצעות כבלי אות. הערה: הגדרה זו מאפשרת פלט של זרם ונפחtagאותות בצורה אנלוגית והעברת אותות PWM מהבקר כדי להניע את הממיר ברמת המעגל.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>אימות חיבורי אוטובוס ועומס<ol>
			<li>ודא ששלב זה תואם את שלב 1.1.3. בדוק את כל החיבורים לדיוק ואבטחה.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. יישום אסטרטגיית בקרה
<ol>
	<li>2.1.תצורת בקרת צניחה<ol>
		<li>בנה את מודול בקרת הצניחה במודול הבקרה בתוך הסימולטור על ידי גרירה ושחרור של רכיבים כגון רווחים ובלוקי הפרש, כפי שמוצג באיור 4.</li>
		<li>לחץ פעמיים על מודול 'רווח' והגדר את מקדם הצניחה כנדרש.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>הגדרת בקרת PI כפולת לולאה<ol>
		<li>בנה את דיאגרמת בלוק הבקרה על ידי גרירה ושחרור של רכיבים בסימולטור (ראה איור 5).</li>
		<li>בעת בחירת רווחי בקרת PI, השתמש במודל פונקציית ההעברה של ממיר ה-buck במשוואה (2), בעקבות הרצף של תכנון החוג הפנימי (חוג זרם) תחילה ולאחר מכן את החוג החיצוני (חוג מתח). הערה: יש פשרה בין תגובה דינמית מהירה לדיוק שיתוף הספק בתוכנית הבקרה של הלולאה הכפולה, שכן כרך מהירtagהתאמות עלולות לפגוע בדיוק חלוקת החשמל בין DERs.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>בניית טופולוגיית תקשורת מבוזרת<ol>
		<li>ספק אותות קלט שונים לבקרים של כל DER כדי ליישם בקרה מבוזרת בתוך בקר הסימולטור המרכזי. לדוגמה, עבור DER 1, גרור את האותות מ-DER 2 ו-DER 4 לתוך מודול הבקרה שלו כדי לאפשר תקשורת מבוזרת, כפי שמוצג בחלק השמאלי של איור 6 ובאיור 7C.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>יישום אסטרטגיית בקרה משנית מבוזרת<ol>
		<li>בנה את דיאגרמת בלוק הבקרה המשנית בסימולטור בהתבסס על הבקרה המשנית מבוססת הקונצנזוס, כפי שמוצג באיור 6. התאם את תגובת הבקרה המשנית על ידי שינוי רווחי הבקרה.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. מערך ניסוי של סימולטור בזמן אמת
הערה: התצורה הספציפית של ניסוי הסימולטור כוללת ארבעה שלבים, כפי שמוצג באיור 8.
<ol>
	<li>אתחול מודל<ol>
		<li>לחץ על לערוך כפתור כדי לשנות את התוכנית הפועלת בסימולטור. לאחר מכן, הפעל את לחצן SET כדי להשלים את הגדרות נכס הפיתוח.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>קומפילציה של מודלים<ol>
		<li>לאחר השלמת עריכת המודל, לחץ על כפתור הבנייה כדי להדר את המודל לקוד הפעלה.</li>
		<li>עקוב אחר חלון תרכובת התוכנה עד להופעת ההודעה 'הידור הצליח'. אם מתרחשת שגיאה, אתר את השגיאה על סמך ההנחיה ובצע את התיקונים הדרושים</li>
	</ol>
	</li>
	<li>תצורת בקרה בזמן אמת של סימולטור<ol>
		<li>עם השלמת תהליך ההידור, הגדר את הגדרות קוד התוכנית כגון מצב סימולציה, סוג קישור תקשורת בזמן אמת ופרמטרים רלוונטיים אחרים.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>הורדה וביצוע של תוכניות<ol>
		<li>הורד את תוכנית ההפעלה המהודרת לחומרת הבקר והתחל את הניסוי.</li>
		<li>חבר את בדיקות המתח של האוסילוסקופ למסופים החיוביים והשליליים של כל פלט DER, והדק את בדיקות הזרם ביציאות הפלט. השתמש בחלון האוסילוסקופ כדי לצפות בפלט מכל DER במיקרו-גריד.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol><li>Bolsen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Framing+renewable+energy%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Energy%22%5BJournal%5D)">Framing renewable energy.</a> Nat Energy. 7 (11), 1003-1004 (2022).</li>
<li>Dai, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+secondary+control+for+DC+microgrids+with+time-varying+communication+delays%3A+A+networked+predictive+control+scheme%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Power+Syst%22%5BJournal%5D)">Distributed secondary control for DC microgrids with time-varying communication delays: A networked predictive control scheme.</a> IEEE Trans Power Syst. 39 (2), 4459-4472 (2024).</li>
<li>Alzahrani, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+and+simulation+of+microgrid%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+Comput+Sci%22%5BJournal%5D)">Modeling and simulation of microgrid.</a> Procedia Comput Sci. 114, 392-400 (2017).</li>
<li>Naderi, E., Asrari, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+validation+of+a+remedial+action+via+hardware-in-the-loop+system+against+cyberattacks+targeting+a+lab-scale+PV%2Fwind+microgrid%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Smart+Grid%22%5BJournal%5D)">Experimental validation of a remedial action via hardware-in-the-loop system against cyberattacks targeting a lab-scale PV/wind microgrid.</a> IEEE Trans Smart Grid. 14 (5), 4060-4072 (2023).</li>
<li>Lei, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Digital+twin+based+monitoring+and+control+for+DC-DC+converters%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Digital twin based monitoring and control for DC-DC converters.</a> Nat Commun. 14 (1), 5604(2023).</li>
<li>Alam, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Planning+and+protection+of+DC+microgrid%3A+A+critical+review+on+recent+developments%5BTitle%5D)+AND+%22Eng+Sci+Technol+Int+J%22%5BJournal%5D)">Planning and protection of DC microgrid: A critical review on recent developments.</a> Eng Sci Technol Int J. 41, 101404(2023).</li>
<li>Yuan, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+control+of+DC+microgrid+with+dynamical+load+power+sharing%5BTitle%5D)+AND+%22Appl+Energy%22%5BJournal%5D)">Hierarchical control of DC microgrid with dynamical load power sharing.</a> Appl Energy. 239, 1-11 (2019).</li>
<li>Krishnamurthy, S., Ogunwole, E. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microgrid+system+design%2C+modeling%2C+and+simulation.+Modelling+and+Control+Dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Modelling+and+Control+Dynamics+in+Microgrid+Systems+with+Renewable+Energy+Resources%22%5BJournal%5D)">Microgrid system design, modeling, and simulation. Modelling and Control Dynamics.</a> Modelling and Control Dynamics in Microgrid Systems with Renewable Energy Resources. , 345-376 (2024).</li>
<li>Interoperability analysis of IEC61850 protocol using an emulated IED in a HIL microgrid testbed. Hemmati, M., et al. 2021 IEEE International Conference on Communications, Control, and Computing Technologies for Smart Grids (SmartGridComm), , 152-157 (2021).</li>
<li>Lai, J., Lu, X., Yu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stochastic+distributed+frequency+and+load+sharing+control+for+microgrids+with+communication+delays%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Syst+J%22%5BJournal%5D)">Stochastic distributed frequency and load sharing control for microgrids with communication delays.</a> IEEE Syst J. 13 (4), 4269-4280 (2019).</li>
<li>Li, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+event-triggered+hierarchical+control+to+improve+economic+operation+of+hybrid+AC%2FDC+microgrids%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Power+Syst%22%5BJournal%5D)">Distributed event-triggered hierarchical control to improve economic operation of hybrid AC/DC microgrids.</a> IEEE Trans Power Syst. 37 (5), 3653-3668 (2022).</li>
<li>Wang, J., Jin, C., Wang, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+uniform+control+strategy+for+the+interlinking+converter+in+hierarchical+controlled+hybrid+AC%2FDC+microgrids%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Ind+Electron%22%5BJournal%5D)">A uniform control strategy for the interlinking converter in hierarchical controlled hybrid AC/DC microgrids.</a> IEEE Trans Ind Electron. 65 (8), 6188-6197 (2018).</li>
<li>Zeng, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hierarchical+cooperative+control+strategy+for+battery+storage+system+in+islanded+DC+microgrid%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Power+Syst%22%5BJournal%5D)">Hierarchical cooperative control strategy for battery storage system in islanded DC microgrid.</a> IEEE Trans Power Syst. 37 (5), 4028-4039 (2022).</li>
<li>Guo, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+voltage+restoration+and+current+sharing+control+in+islanded+DC+microgrid+systems+without+continuous+communication%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Ind+Electron%22%5BJournal%5D)">Distributed voltage restoration and current sharing control in islanded DC microgrid systems without continuous communication.</a> IEEE Trans Ind Electron. 67 (4), 3043-3053 (2020).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>ספק-כוח DC&nbsp; ספק-כוח DC ניתן-לתכנות</td><td>ITECH</td><td>IT-M7700</td><td></td></tr><tr><td>סימולטור זמן-אמת</td><td>OPAL RT-Lab</td><td>OP5707XG-16&nbsp;</td><td>בקר בזמן אמת</td></tr><tr><td>אוסצילוסקופ</td><td>Tektronix</td><td>MSO58 5-BW-500&nbsp;</td><td>אוסצילוסקופ</td></tr><tr><td colspan="4">רכיבים חשמליים כגון כבלים ונגדים</td></tr></tbody></table>

חקירה ניסויית של הבקרה ההיררכית במיקרו-גרידים dc באמצעות סימולטור זמן-אמת

Experimental Investigation of the Hierarchical Control in DC Microgrids Using a Real-time Simulator

איור 4 מציג את מודול בקרת הצניחה במודול הבקרה שנבנה בתוך הסימולטור. התכנון המפורט מבוסס על מנגנון הצניחה הבא:
מנגנון בקרת הצניחה הוא אסטרטגיה בסיסית לבקרה ראשונית מבוזרת במיקרו-רשתות DC. הוא מחקה את ההתנהגות של גנרטורים סינכרוניים במערכות AC כדי לחלוק עומסים באופן פרופורציונלי בין DERs שונים. בקרת הצניחה מתאימה את מתח המוצא של כל DER על סמך זרם המוצא שלו, בהתאם למאפיין צניחה מוגדר מראש:
<p class...

חקירה ניסויית של הבקרה ההיררכית במיקרו-גרידים DC באמצעות סימולטור זמן-אמת

The rise of renewable energy sources has underscored the significance of microgrids, particularly DC variants, which are well-suited for integrating ...

experimental-investigation-hierarchical-control-dc-microgrids-using

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

עבודה זו מתארת מערכת ניסויים מקוונת המספקת ניסויים חזותיים, כולל הדמיה של תיאוריות, מושגים ונוסחאות, הדמיית התהליך הניסיוני עם אסדות בדיקה וירטואליות תלת-ממדיות (תלת-ממדיות), והדמיה של מערכת הבקרה והניטור באמצעות ווידג'טים כגון תרשימים ומצלמות.

מערכת ניסויים מקוונת אינטראקטיבית ומודמית לחינוך ומחקר הנדסי

מחקר זה מתאר מערכת מעבדה מקוונת מבוססת WebVR המספקת למשתמשים יכולות ניסוי סוחפות ואינטראקטיביות הנתמכות על ידי מכשירי VR. המערכת המוצעת לא רק מסייעת לשפר את הריאליזם של השתתפות המשתמשים בניסויים מקוונים, אלא גם ישימה למגוון רחב של מסגרות מעבדה מקוונות.

מעבדת בקרה מקוונת ברשת מציאות מדומה מיושמת בחינוך להנדסת בקרה 

מאמר זה מטפל בבעיית עליית הטמפרטורה של היחידה הראשית הטבעתית על ידי הקמת מודל פשוט וביצוע ניתוח השוואתי בשני מודולים לפתרון שדות טמפרטורה.

מחקר השוואתי של סימולציה של עליית טמפרטורה ביחידה הראשית הטבעתית

עיצוב המכשיר חזק של תוצאות מפעילי MEMS אלקטרוסטטי fringing שדה בתנאי מיסוד נמוכים לסחוט סרט דעיכת ופעמים רבות יישוב בעת ביצוע פעולות מיתוג באמצעות הטיית צעד קונבנציונלית. בזמן אמת מיתוג שיפור זמן עם צורות גל DC-דינמיים מקטין את הזמן ליישב של שולים בשדה MEMS מפעילים כאשר מעבר בין up-to-למטה ולמטה אל את המדינות.

Real-Time DC-דינמית הטיית שיטה להחלפת זמן שיפור בשולים בשדה קשות Underdamped תנעי MEMS אלקטרוסטטית

מוצגות שיטות ניסיוניות לחקירת תהליכי קירור במצב מוצק ואפיון תכונות החומר האלסטוקלורי של סגסוגות זיכרון צורה (SMA). מתקן בדיקה שנבנה בהתאמה אישית תוכנן לבקרה וניטור מקיף של תהליכי קירור אלסטוקלוריים. יתר על כן, הוא מספק פלטפורמת אימות לגישות מידול בשילוב תרמו-מכני.

שיטות ניסיוניות לחקירות זיכרון צורה Elastocaloric בהתבסס תהליכי קירור ותיקוף דגם

כאן, אנו מייצרים מבני מיקרו/ננו פולימריים תלת מימדיים שבהם ניתן להנדס הן את הצורה והן את היישור המולקולרי בדיוק בקנה מידה ננומטרי על ידי שימוש בכתיבה ישירה בלייזר. ניתן לשלוט בעיוות המושרה על ידי אור של מספר סוגים של מיקרו-מבנים של אלסטומר גבישי נוזלי בקנה מידה מיקרוסקופי.

מתנעים אור בצורה חופשית - ייצור ובקרה של Actuation ב בקנה מידה מיקרוסקופי

אנו מציעים שיטה להאריך את התדירות המתאימה באמצעות טכניקה טרום דגש. שיטה זו מפצה על הירידה ברווח של מראה גַלוָנוֹמֶטֶר בנתיב גל סינוס מעקב באמצעות שליטת הפרש יחסי-נפרד.

מתודולוגיה רווח-פיצוי עבור סריקה סינוסי המראה גַלוָנוֹמֶטֶר ב פרופורציונלי-אינטגרל-דיפרנציאל בקרה באמצעות טכניקות טרום דגש

הקונכייה שבירת תופעה נחקר ניסיוניים, הוצע מודל תאורטי. פותחה תוכנית הדמיה המבוססת על מודל תיאורטי, התוצאות של התוכנית סימולציה הושוו עם תוצאות ניסויית. הוא היה סיכם כי התוצאות של התוכנית סימולציה התאימה את תוצאות הניסוי היטב.

המחקר של הניסוי מפסק הקונכייה וסימולציות עבור כור מחקר

נדגים שיטה כל-אלקטרונית להתבונן תשלום ננו-נפתרה הדינמיקה של dopant אטומי סיליקון עם מיקרוסקופ מינהור סריקה.

כל-אלקטרונית ננו-נפתרה סריקה מינהור מיקרוסקופיה: הקלת החקירה של דינמיקה תשלום יחיד Dopant

כאן, אנו מציגים פרוטוקול להתבונן זורם טרנדו לא יציב מעל כנף דלתא בטכניקה הדמיית זרימה עשן ששונה ולחקור את המנגנון האחראי על תנודות של המיקומים פירוק מתקדמים מערבולת.

חקירה נסיונית של מבנה הזרימה מעל כנף דלתא באמצעות שיטות הדמיה זרימה

חקור אסטרטגיות בקרה היררכיות למיקרו-גרידים DC באמצעות סימולטור OPAL RT-Lab בזמן אמת. שיטה זו מאפשרת אימות ניסויי של בקרת מתח וזרם במערכות אנרגיה מבוזרות.

חקירה ניסויית של הבקרה ההיררכית במיקרו-גרידים DC באמצעות סימולטור זמן-אמת

גלה סרטונים נוספים