c. Chiến lược quản lý năng lượng của nguồn điện hybrid
Chiến lược chính của quản lý năng lượng trong các hệ thống kết hợp được báo cáo trong một số tác phẩm (21,22,23,24) và tóm tắt như sau:
1. Trong suốt thời kỳ nhu cầu điện năng thấp, hệ thống FC tạo lên đến giới hạn tải trọng của nó, và sức mạnh vượt trội này được sử dụng để sạc SC. sạc hoặc xả của các ngân hàng sc xảy ra theo điện áp đầu cuối của các yêu cầu tổng tải.
2. trong thời kỳ nhu cầu công suất cao, hệ thống FC chỉ có thể được cung cấp bởi các sc được thải ra để đáp ứng các yêu cầu sức mạnh thêm rằng không thể được cung cấp bởi hệ thống fc.
3. ngắt điện ngắn thời gian trong hệ thống fc chỉ có thể được cung cấp bởi các ngân hàng sc
4. bang phụ trách ngân hàng sc phải được kiểm soát để tránh quá tải t hoặc điều kiện nạp ít đạn.
5. khoảng 75% năng lượng ban đầu được lưu trữ trong ngân hàng sc có thể được sử dụng nếu điện áp tải thiết bị đầu cuối được phép giảm tới 50% giá trị ban đầu của nó. điều này có nghĩa rằng, các hệ thống quản lý năng lượng có thể hoạt động có như vậy đó, gần 75% năng lượng ban đầu được lưu trữ trong ngân hàng sc có thể được sử dụng để bù đắp thoáng giảm điện áp dc khoảng 50% giá trị danh nghĩa của nó.
thực hiện thực tế của năng lượng trên Chiến lược -Quản lý đòi hỏi một điều khiển thích hợp của các bộ chuyển đổi điện dc-dc. theo đó, các công cụ chuyển đổi tăng phải được điều khiển để nhận ra một điều chỉnh điện áp bus dc cổ điển. bộ chuyển đổi buck-boost phải được kiểm soát để các ISC hiện sc theo dõi cũng tham chiếu của nó iscerf tạo ra bởi hệ thống quản lý năng lượng. các thế hệ của iscef tự nó không phải là trong phạm vi của công việc này, sự nhấn mạnh ở đây được thực hiện trên thiết kế điều khiển phi tuyến của bộ chuyển đổi điện năng. chúng ta chỉ nhận thấy rằng các iscef hiện tham chiếu là tích cực trong chế độ xả và tiêu cực trong chế độ (14) sạc.
III. HỆ THỐNG làm mẫu
mục đích của tiểu mục này là để phát triển một mô hình tín hiệu lớn của các mạch điện của hệ thống lưu trữ năng lượng có tính phi tuyến của họ. các mô hình phát triển sẽ được sử dụng sau này trong thiết kế điều khiển.
A. nguồn năng lượng mô hình
một đường cong phân cực VI điển hình của hình 3 tương ứng với một nhà sản xuất Ballard FC tiểu 1020ACS.
SC có thể được đại diện bởi mạch tương đương cổ điển của nó bao gồm một điện dung (Csc), một loạt kháng tương đương (ESR, Rsc) đại diện cho sạc và xả kháng và kháng song song tương đương (EPR) đại diện cho các lỗ tự xả (26). các mô hình EPR các hiệu ứng rò rỉ, trong đó chỉ có tác động đến hiệu năng lưu trữ năng lượng lâu dài của sc (27), do đó nó được bỏ qua trong bài báo này. trọng tâm sẽ được đưa vào các mô hình chuyển đổi năng lượng.
... - khu vực kích hoạt phân cực (mất tốc độ phản ứng).
- vùng phân cực ohmic (ohmic mất)
-region phân cực nồng độ (mất vận chuyển khí đốt)
B. thúc đẩy mô hình chuyển đổi
từ hình 2 ta có thể có được các phương trình Bilinear sân khấu điện, xem xét một số nonidealities. Ví dụ, các cuộn cảm L1 và L2 thể hiện trong hình 2 liên quan đến kháng loạt tương đương (ESR) tương ứng ký hiệu là R1 và R2. mỗi chuyển đổi IGBT được kiểm soát bằng cách sử dụng một tín hiệu PWM uj mà mất giá trị trong tập (0,1). kiểm tra các mạch hiển thị trong hình 2 dẫn đến các mô hình sau đây Bilinear chuyển mạch:
di / dt ...
nơi ifcf và i1 tương ứng là đầu vào cuộn cảm hiện tại và đầu ra của bộ chuyển đổi tăng, VFC là điện áp fc và vdc xe buýt dc điện áp.
C. Chuyển đổi mô hình tăng-buck
converter này hoạt động như một công cụ chuyển đổi tăng hoặc một công cụ chuyển đổi buck. thật vậy, trong chế độ xả (i> 30) bộ chuyển đổi hoạt động như một công cụ chuyển đổi tăng, và trong chế độ sạc (i <0), nó hoạt động như một công cụ chuyển đổi buck. như mục tiêu là thực thi những ISC hiện sc để theo dõi iscref tham chiếu của nó (được cung cấp bởi hệ thống quản lý năng lượng), ai có thể định nghĩa một k biến nhị phân như sau:
(2)
1) tăng chế độ hoạt động (k = 1)
trong trường hợp này các tín hiệu đầu vào điều khiển u3 là cố định không và u2 là một đầu vào biến PWM. kiểm tra các mạch, thể hiện trong hình 2 và có tính rằng u2 có thể lấy nhị phân 1 hoặc 0, các mô hình chuyển đổi Bilinear sau có thể thu:
(3a). nơi ISC là sc hiện tại 2) buck của chế độ kiểm soát tín hiệu đầu vào u2 là cố định không và u3 hoạt động như các PWM đầu vào biến. cũng thế. từ hình 2 và độ dính bám trong tài khoản đó u3 ..., các mô hình sau có thể thu D. hệ thống toàn cầu mô hình hóa sự kết hợp của các mô hình phần trước (1), (3), (4) dẫn đến một madel toàn cầu đại diện cho toàn bộ hệ thống. thực sự, kết hợp 3,4 người ta có mô hình toàn cầu sau của bộ chuyển đổi tăng-buck. (5a) (5b) Mặt khác, từ hình 2 và có tính (5b). người ta có: (6) Trường hợp i0 là tải trọng hiện tại. Cuối cùng, sử dụng (1), (5a), (6) Bilinear sau chuyển modek của hệ thống toàn cầu thu được: (7a) (7b) (7c) Trường hợp u23 đứng như một (ảo) kiểm soát biến đầu vào của tăng áp khác nhau buck của chuyển đổi và được định nghĩa như sau: (8) Các câu hỏi về cách nhận tín hiệu điều khiển thực tế u2, u3 từ u23 sẽ được điều tra sau này trong bài viết này. Đối với mục đích kiểm soát thiết kế, nó là thuận tiện hơn để xem xét các mô hình aveaged sau, thu được bằng cách lấy trung bình các mô hình (7) qua các thời kỳ chuyển đổi: 9a 9b 9c đâu x1 đại diện cho các giá trị trung bình của các ifcf hiện tại, x2 giá trị trung bình của các sc hiện tại, x3 giá trị trung bình của điện áp vdc bus dc, m1 và M23 các dutycycles, tức là giá trị trung bình của các kiểm soát đầu vào nhị phân u1, u23. Theo định nghĩa, các chu kỳ nhiệm vụ lấy các giá trị của họ trong khoảng (0,1). Chú ý rằng là mô hình phi tuyến (9) là một hệ thống đa đầu vào đa đầu ra (MIMO), làm tăng sự phức tạp của vấn đề kiểm soát. IV. thiết kế bộ điều khiển và phân tích Phần này được dành cho việc thiết kế và phân tích của một thích hợp controllerbased trên mô hình hệ thống phi tuyến MIMO (9). A. Mục tiêu kiểm soát Chúng tôi đang tìm kiếm một bộ điều khiển có thể đạt được các mục tiêu kiểm soát sau đây: I. Đảm bảo chặt chẽ quy định điện áp bus dc dưới biến thể tải, II. Thi hành ISC hiện sc để theo dõi cũng iscref tham chiếu của nó, III. Và đảm bảo sự ổn định tiệm cận của các hệ thống năng lượng toàn. B. Điều khiển phi tuyến thiết kế C. Một khi mục tiêu kiểm soát được xác định, như các hệ thống MIMO là rất phi tuyến, Lyapunov dựa trên điều khiển phi tuyến được đề xuất (30), các mục tiêu kiểm soát đầu tiên là thực thi những dc vdc điện áp bus để theo dõi một tham chiếu liên tục đưa ra sifnal Vdcref. Ở khía cạnh này, nhớ lại rằng các công cụ chuyển đổi tăng có tính năng pha phi tối thiểu (28,29). Một vấn đề như vậy thường được xử lý bằng cách viện đến một chiến lược thiết kế ondirect. Cụ thể hơn, mục tiêu là để thi hành inductor đầu vào ifcf hiện để theo dõi một tín hiệu tham chiếu, i.eIfcref. sau này được chọn để nếu (ở trạng thái ổn định) ifcf = ifcref ... .. nó sau từ những cân nhắc bảo tồn năng lượng, cũng gọi là PIPO (đầu vào sức mạnh tương đương với sản lượng điện), mà Ifcref là liên quan đến Vdcref bằng phương tiện của các mối quan hệ sau (10 ) ở đâu> = 1 là một yếu tố lý tưởng giới thiệu để đưa vào tài khoản tất cả các khoản lỗ "tổn thất chuyển đổi trong chuyển đổi và những mất mát trong cuộn cảm ERS. Để thực hiện các mục tiêu kiểm soát đầu tiên, các lỗi sau đây được xác định (11) Đạt được các mục tiêu xe buýt dc điện áp quy định đòi hỏi các quy định của e1 lỗi lúc không. Để kết thúc này, sự năng động của e1 phải được xác định. Xuất phát (11), một được sử dụng (9a). (12) Để làm cho e1 theo cấp số nhân biến mất một lượng để thực thi e1 cư xử như sau: (13) ở đâu c1> 0 là một tham số thiết kế và (14) là lỗi giữa dc xe buýt điện áp x3, X3D là giá trị mong muốn của mình để được định nghĩa sau. So sánh (12), (13) một trong những nhận định của pháp luật kiểm soát các tín hiệu điều khiển chuyển đổi thúc đẩy: (15) In (15), e3 là một hạn giảm xóc được giới thiệu trong luật điều khiển để điều chỉnh respone đầu ra. Năng động của nó sẽ được điều tra sau này. Bước tiếp theo là xây dựng một luật điều khiển cho các tăng-buck của tín hiệu đầu vào chuyển đổi M23, mang trong tâm trí các mục tiêu kiểm soát thứ hai. Cho đến cuối cùng. Các lỗi sau đây được giới thiệu (16) Các thời gian gốc của (16) sản lượng, sử dụng (9b): (17) Các thành tựu của việc theo dõi objctive về các khoản ISC hiện sc để thực thi các lỗi e2 để giảm, nếu có thể theo cấp số nhân. Một cách có thể là để cho e2 trải qua sau defferentiel phương trình: (18) Trường c2> 0 là một tham số thiết kế. Cuối cùng, từ 16,18, các M23 luật điều khiển có thể dễ dàng thu được như sau (19) Bây giờ các luật kiểm soát tạo m1 và M23 được xác định, tương ứng bằng (15) và (19), mối quan tâm là để kiểm tra sự ổn định của vòng kín được đảm bảo. Điều này được thực hiện trong phần tiếp theo. Phân tích C) ổn định Mục tiêu kiểm soát thứ ba, tức là vòng kín ổn định, giờ đây sẽ được phân tích. Điều này được thực hiện bằng cách kiểm tra các luật kiểm soát (15), (19) ổn định lỗi hệ thống với các biến trạng thái (e1, e2, e3). Để kết thúc này, thứ sau quadractic Lyapunov functioni s xem xét: (20) Nhớ lại rằng, vào thời điểm này, các X3D tín hiệu (giá trị mong muốn của điện áp x3 bus dc sử dụng trong các luật điều khiển (15)) vẫn chưa được xác định. Ý tưởng chính là để chọn X3D do đó thời gian phái sinh V được thực hiện tiêu cực nhất định. Thét phái sinh là dễ dàng thu được từ 20, sử dụng 13 và 18 (21) này suddests rằng e3 phái sinh được thực hiện thời gian khác nhau theo phương trình differentil sau: 22 Trường c3> 0 là một tham số thiết kế. Thật vậy, nếu 22 nắm giữ sau đó 21 đơn giản hoá: 23 Sau đó, V sẽ thực sự được tiêu cực nhất định mà đòi hỏi sự ổn định tiệm cận toàn cầu của trạng thái cân bằng ... bây giờ, đối với phương trình 22 để nắm giữ, nó sau từ 14 và 9c rằng X3D tín hiệu phải được generatd theo các luật sau đây: 24 Hoặc tương đương: 25 Trường s biểu thị các toán tử Laplace. Các kết quả chính của bài báo hiện đang tóm tắt trong lý sau đây. Định lý. Hãy xem xét các hệ thống vòng kín bao gồm các tế bào nhiên liệu siêu tụ hệ thống lưu trữ năng lượng hybrid đại diện bởi (7a-c), và bộ điều khiển sáng tác bởi các luật kiểm soát 15 và 19. Sau đó, người ta có: I, các lỗi hệ thống với các biến trạng thái ( e1, e2ee3) là khí xung quanh nguồn gốc
đang được dịch, vui lòng đợi..
