Two-rate prescribed-performance adaptive non-linear integral backstepping control with AECO–DBO-based parameter optimization for renewable energy grid integration
यह शोध पत्र एक सुदृढ़ टू-रेट प्रिस्क्राइब्ड-परफॉर्मेंस एडेप्टिव नॉन-लीनियर इंटीग्रल बैकस्टेपिंग नियंत्रण रणनीति प्रस्तावित करता है, जिसे एक हाइब्रिड एडेप्टिव ईगल-कैट और डंग बीटल एल्गोरिदम के माध्यम से अनुकूलित किया गया है, जो विभिन्न विक्षोभों और अनिश्चितताओं के तहत ग्रिड-टाइड पीवी-बैटरी प्रणालियों के लिए डीसी-लिंक वोल्टेज को विनियमित करने और हार्मोनिक्स को दबाने में क्लासिकल पीआई और सुपर-ट्विस्टिंग स्लाइडिंग मोड नियंत्रकों की तुलना में काफी बेहतर प्रदर्शन करता है।
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आधुनिक विद्युत ग्रिड एक नाजुक संतुलन का कार्य है। यह लाइट चालू रखने और मशीनों को चलाने के लिए ऊर्जा के निरंतर, स्थिर प्रवाह पर निर्भर करता है, लेकिन इसे खिलाने वाले स्रोत तेजी से अप्रत्याशित होते जा रहे हैं। उदाहरण के लिए, सौर ऊर्जा प्रचुर और स्वच्छ है, फिर भी यह मौसम के भरोसे रहती है; बादल गुजर जाते हैं, सूरज ढल जाता है, और दिन भर प्रकाश की तीव्रता बदलती रहती है। सौर ऊर्जा को विश्वसनीय बनाने के लिए, इंजीनियर इसे बैटरी स्टोरेज सिस्टम से जोड़ते हैं। ये बैटरियां एक बफर के रूप में कार्य करती हैं, जो सूरज तेज चमकने पर अतिरिक्त शक्ति को सोख लेती हैं और प्रकाश कम होने पर उसे छोड़ देती हैं। हालांकि, इन उतार-चढ़ाव वाले स्रोतों को कठोर, स्थिर ग्रिड से जोड़ना एक जटिल नियंत्रण समस्या पैदा करता है। वह बिंदु जहां सौर पैनल, बैटरी और ग्रिड मिलते हैं, एक उच्च-वोल्टेज जंक्शन है जिसे डीसी लिंक (DC link) कहा जाता है। यदि इस जंक्शन पर वोल्टेज बहुत अधिक डगमगाता है, तो पूरा सिस्टम अस्थिर हो सकता है, जिससे बिजली की गुणवत्ता के मुद्दे उत्पन्न हो सकते हैं या सिस्टम बंद भी हो सकता है। नवीकरणीय ऊर्जा को हमारे दैनिक जीवन में एकीकृत करने की कोशिश कर रहे शोधकर्ताओं के लिए इस वोल्टेज को स्थिर रखना प्राथमिक चुनौती है।
हाल हीв एक अध्ययन में, शोधकर्ताओं घदा ए. अब्देल अज़ीज़ और मोहम्मद एम. अल-सोटौही ने एक ग्रिड-कनेक्टेड सौर और बैटरी सेटअप के लिए एक नया, अत्यधिक परिष्कृत नियंत्रण प्रणाली डिजाइन करके इस चुनौती का समाधान किया। उनका लक्ष्य सिस्टम के लिए एक "मस्तिष्क" बनाना था जो प्रकाश की तीव्रता और बैटरी के स्तर में बदलाव के प्रति तुरंत प्रतिक्रिया दे सके और साथ ही वोल्टेज को पूरी तरह से स्थिर रख सके। उन्होंने एक नियंत्रण रणनीति विकसित की जिसे वे 'टू-रेट प्रिस्क्राइबड-परफॉर्मेंस एडेप्टिव नॉन-लीनियर इंटीग्रल बैकस्टेपिंग कंट्रोलर' कहते हैं। हालांकि इसका नाम जटिल है, लेकिन इसकी अवधारणा समस्या को प्रबंधनीय भागों में तोड़ने पर आधारित है। यह सिस्टम प्रतिक्रिया की दो अलग-अलग गति का उपयोग करता है: एक बिजली के करंट में होने वाले तेज़, पलक झपकते बदलावों को संभालने के लिए, और दूसरा सिस्टम की आंतरिक सेटिंग्स में होने वाले धीमे बदलावों को प्रबंधित करने के लिए। यह एक "प्रिस्क्राइबड परफॉर्मेंस" नियम का भी उपयोग करता है, जो एक सुरक्षा घेरे (सेफ्टी एनवेलप) की तरह कार्य करता है, यह सुनिश्चित करता है कि वोल्टेज में कोई भी त्रुटि एक सख्ती से परिभाषित, घटते हुए दायरे के भीतर रहे। यह सुनिश्चित करता है कि सिस्टम कभी भी अपने लक्ष्य से बहुत दूर न जाए, चाहे वातावरण कितना भी अराजक क्यों न हो जाए।
इस कंट्रोलर को अपने पूर्णतम स्तर पर काम करने के योग्य बनाने के लिए, शोधकर्ताओं को इसके पांच आंतरिक ट्यूनिंग नॉब्स (tuning knobs) के लिए सटीक सेटिंग्स खोजने की आवश्यकता थी। अतीत में, इंजीनियर इन सेटिंग्स के लिए अनुमान लगा सकते थे या बुनियादी परीक्षण-और-त्रुटि (ट्रायल-एंड-एरर) विधियों का उपयोग कर सकते थे, जो अक्सर उप-इष्टतम प्रदर्शन की ओर ले जाता था। इसके बजाय, इस टीम ने एक हाइब्रिड ऑप्टिमाइज़ेशन विधि बनाई जो दो प्रकृति-प्रेरित खोज एल्गोरिदम को जोड़ती है। एक एल्गोरिदम बाज और बिल्लियों के शिकार और खोज व्यवहार की नकल करता है, जबकि दूसरा गोबर के कीटों (डंग बीटल) की अनूठी लुढ़कने और भोजन खोजने की आदतों पर आधारित है। इन दोनों दृष्टिकोणों को मिलाकर, सिस्टम इष्टतम सेटिंग्स खोजने के लिए संभावनाओं की एक विशाल श्रृंखला का पता लगा सकता है बिना किसी स्थानीय बाधा (लोकल डेड एंड) में फंसे। शोधकर्ताओं ने अपने इस नए हाइब्रिड कंट्रोलर का परीक्षण दो पारंपरिक तरीकों के विरुद्ध किया: एक मानक प्रोपोर्शनल-इंटेग्रल कंट्रोलर, जो उद्योग में सामान्य है, और एक सुपर-ट्विस्टिंग स्लाइडिंग मोड कंट्रोलर, जो अपनी मजबूती के लिए जाना जाता है लेकिन अक्सर बिजली के शोर (इलेक्ट्रिकल नॉइज़) का कारण बनने के लिए आलोचना झेलता है।
उनके परीक्षण के परिणाम आश्चर्यजनक थे। शोधकर्ताओं ने वास्तविक दुनिया की स्थितियों की नकल करने के लिए एक हाई-स्पीड डिजिटल सिम्युलेटर का उपयोग करके व्यापक सिमुलेशन और वास्तविक समय के प्रयोग चलाए। उन्होंने सिस्टम को सौर तीव्रता में तीव्र परिवर्तन, बैटरी चार्ज स्तरों में भिन्नता और विद्युत भार में अचानक बदलावों के अधीन किया। हर परिदृश्य में, नए हाइब्रिड कंट्रोलर ने पारंपरिक तरीकों को पछाड़ दिया। जब सौर विकिरण बदला, तो मानक कंट्रोलर ने कुल हार्मोनिक डिस्टॉर्शन—जो विद्युत तरंग के "गंदे" या विकृत होने का माप है—69.055% दिखाया, जबकि स्लाइडिंग मोड कंट्रोलर 57.068% तक पहुँचा। इसके विपरीत, नए सिस्टम ने इस विरूपण को उल्लेखनीय रूप से कम 4.503% तक रखा। समान परिणाम तब सामने आए जब शोधकर्ताओं ने सौर पैनल के आंतरिक मापदंडों में अनिश्चितताएं पेश कीं या लोड की बिजली मांग को बदला। लोड भिन्नता के तहत, पारंपरिक कंट्रोलरों ने 64.856% और 25.976% के डिस्टॉर्शन स्तर दिखाए, जबकि नए सिस्टम ने केवल 3.949% डिस्टॉर्शन के साथ एक स्वच्छ सिग्नल बनाए रखा।
यह अध्ययन पुष्टि करता है कि यह नया दृष्टिकोण नवीकरणीय ऊर्जा प्रणालियों के प्रबंधन में एक महत्वपूर्ण छलांग है। बदलती परिस्थितियों के अनुकूल होने वाली नियंत्रण रणनीति और हाइब्रिड सर्च एल्गोरिदम द्वारा फाइन-ट्यून किए जाने के कारण, यह सिस्टम वोल्टेज को स्थिर रख सकता है, भले ही सूरज चमक-घमना कर रहा हो या बैटरी तेजी से चार्ज और डिस्चार्ज हो रही हो। शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि उनकी विधि न केवल वोल्टेज को स्थिर करती है बल्कि उस विद्युत शोर को भी भारी रूप से कम करती है जो उपकरणों को नुकसान पहुंचा सकता है या ग्रिड को बाधित कर सकता है। हालांकि इस अध्ययन ने सौर परिवर्तनों और लोड शिफ्ट जैसे विशिष्ट परिदृश्यों पर ध्यान केंद्रित किया, लेखक नोट करते हैं कि भविष्य के कार्यों में तापमान और प्रकाश में एक साथ होने वाले परिवर्तन या पैनलों की आंशिक छाया जैसे अधिक जटिल स्थितियों का अन्वेषण करने की आवश्यकता होगी। फिलहाल, हालांकि, निष्कर्ष वैश्विक ऊर्जा नेटवर्क में सौर ऊर्जा के अधिक विश्वसनीय और कुशल एकीकरण के लिए एक स्पष्ट मार्ग प्रदान करते हैं, यह सिद्ध करते हैं कि सही नियंत्रण तर्क के साथ, प्रकृति की परिवर्तनशीलता को ग्रिड की सेवा के लिए वश में किया जा सकता है।
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