Σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο
Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αφορά το σχεδιασμό και την εφαρμογή ελέγχου σε μονάδα ΔΠ και πιο συγκεκριμένα σε μια συστοιχία κυψελών καυσίμου (ΣΚΚ), ώστε να είναι δυνατή η ένταξη της σε μικροδίκτυο και στο δίκτυο χαμηλής τάσης (ΧΤ). Ο σχεδιασμός αποσκοπεί αφενός στη δημιουργία ενός συστ...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Μορφή: | Thesis |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2017
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/10238 |
| id |
nemertes-10889-10238 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Μικροδίκτυο Έλεγχος στατισμού Κυψέλη καυσίμου Μετατροπείς Microgrid Droop Control Fuel Cell Converters 621.312 42 |
| spellingShingle |
Μικροδίκτυο Έλεγχος στατισμού Κυψέλη καυσίμου Μετατροπείς Microgrid Droop Control Fuel Cell Converters 621.312 42 Μεταλληνός, Κωνσταντίνος Σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο |
| description |
Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αφορά το σχεδιασμό και την εφαρμογή ελέγχου σε μονάδα ΔΠ και πιο συγκεκριμένα σε μια συστοιχία κυψελών καυσίμου (ΣΚΚ), ώστε να είναι δυνατή η ένταξη της σε μικροδίκτυο και στο δίκτυο χαμηλής τάσης (ΧΤ). Ο σχεδιασμός αποσκοπεί αφενός στη δημιουργία ενός συστήματος ελέγχου των κριτηρίων συντονισμού μεταξύ της ΣΚΚ και του δικτύου και αφετέρου στον αποτελεσματικό έλεγχο της πραγματικής και της άεργου ισχύος που η ΣΚΚ στέλνει, είτε στο κυρίως δίκτυο, είτε απευθείας στα τοπικά συνδεδεμένα φορτία. Η αποτελεσματικότητα του ελέγχου εξετάζεται τόσο με τη βοήθεια προγραμμάτων εξομοίωσης (Matlab/Simulink), όσο και με την πειραματική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων στο εργαστήριο. Το σύστημα περιλαμβάνει μια ΣΚΚ, ένα μονοφασικό μετατροπέα ανύψωσης/υποβιβασμού της τάσης, ένα αντιστροφέα εναλλαγής πολικότητας που μετατρέπει τη συνεχή τάση εξόδου σε εναλλασσόμενη και έναν μονοφασικό μετασχηματιστή (Μ/Σ).
Αρχικά εξετάζεται η λειτουργία του προτεινόμενου μετατροπέα και αναλύονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Στη συνέχεια, η ΣΚΚ συνδέεται στην είσοδο του μετατροπέα με σκοπό την τροφοδότηση ενός απομονωμένου φορτίου και τη διατήρηση σταθερής τάσης παρά τις τυχόν μεταβολές στην τιμή του. Έπειτα, πραγματοποιείται ο συγχρονισμός με το δίκτυο ΧΤ και εφαρμόζεται ο έλεγχος στατισμού για τη ρύθμιση της πραγματικής και της άεργου ισχύος στην έξοδο του μετατροπέα. Το σύστημα εξετάζεται για διάφορα λειτουργικά σενάρια και η ακρίβεια του ελέγχου αξιολογείται. Η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν.
Για την πειραματική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων, αξιοποιείται η ΣΚΚ της εταιρίας Ballard που είναι διαθέσιμη στο εργαστήριο και εφαρμόζεται η τεχνολογία του ψηφιακού ελέγχου με τη χρήση ενός ψηφιακού επεξεργαστή σήματος (DSP). Με αυτό τον τρόπο είναι δυνατή η ταχύτατη μεταφορά του ελέγχου ισχύος στο πραγματικό σύστημα και η σύγκριση των πειραματικών δεδομένων με τα αποτελέσματα που λάβαμε από την εξομοίωση. Το πραγματικό σύστημα δοκιμάζεται για διάφορες μεταβολές και η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική για όλες τις περιπτώσεις. Τόσο η πραγματική όσο και η άεργος ισχύς ρυθμίζονται αποτελεσματικά, ενώ καίριας σημασίας είναι η επιλογή της κλίσης στην καμπύλη στατισμού και η ταχύτητα των φίλτρων για την απόζευξη μεταξύ των δυο βρόχων ελέγχου. |
| author2 |
Βοβός, Νικόλαος |
| author_facet |
Βοβός, Νικόλαος Μεταλληνός, Κωνσταντίνος |
| format |
Thesis |
| author |
Μεταλληνός, Κωνσταντίνος |
| author_sort |
Μεταλληνός, Κωνσταντίνος |
| title |
Σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο |
| title_short |
Σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο |
| title_full |
Σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο |
| title_fullStr |
Σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο |
| title_full_unstemmed |
Σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο |
| title_sort |
σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/10238 |
| work_keys_str_mv |
AT metallēnoskōnstantinos syndesēkypselēskausimousemikrodiktyo AT metallēnoskōnstantinos fuelcellconnectioninamicrogrid |
| _version_ |
1771297343736381440 |
| spelling |
nemertes-10889-102382022-09-05T20:43:24Z Σύνδεση κυψέλης καυσίμου σε μικροδίκτυο Fuel cell connection in a microgrid Μεταλληνός, Κωνσταντίνος Βοβός, Νικόλαος Βοβός, Νικόλαος Αλεξανδρίδης, Αντώνης Βοβός, Παναγής Metallinos, Konstantinos Μικροδίκτυο Έλεγχος στατισμού Κυψέλη καυσίμου Μετατροπείς Microgrid Droop Control Fuel Cell Converters 621.312 42 Η παρούσα μεταπτυχιακή διπλωματική εργασία αφορά το σχεδιασμό και την εφαρμογή ελέγχου σε μονάδα ΔΠ και πιο συγκεκριμένα σε μια συστοιχία κυψελών καυσίμου (ΣΚΚ), ώστε να είναι δυνατή η ένταξη της σε μικροδίκτυο και στο δίκτυο χαμηλής τάσης (ΧΤ). Ο σχεδιασμός αποσκοπεί αφενός στη δημιουργία ενός συστήματος ελέγχου των κριτηρίων συντονισμού μεταξύ της ΣΚΚ και του δικτύου και αφετέρου στον αποτελεσματικό έλεγχο της πραγματικής και της άεργου ισχύος που η ΣΚΚ στέλνει, είτε στο κυρίως δίκτυο, είτε απευθείας στα τοπικά συνδεδεμένα φορτία. Η αποτελεσματικότητα του ελέγχου εξετάζεται τόσο με τη βοήθεια προγραμμάτων εξομοίωσης (Matlab/Simulink), όσο και με την πειραματική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων στο εργαστήριο. Το σύστημα περιλαμβάνει μια ΣΚΚ, ένα μονοφασικό μετατροπέα ανύψωσης/υποβιβασμού της τάσης, ένα αντιστροφέα εναλλαγής πολικότητας που μετατρέπει τη συνεχή τάση εξόδου σε εναλλασσόμενη και έναν μονοφασικό μετασχηματιστή (Μ/Σ). Αρχικά εξετάζεται η λειτουργία του προτεινόμενου μετατροπέα και αναλύονται τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά του. Στη συνέχεια, η ΣΚΚ συνδέεται στην είσοδο του μετατροπέα με σκοπό την τροφοδότηση ενός απομονωμένου φορτίου και τη διατήρηση σταθερής τάσης παρά τις τυχόν μεταβολές στην τιμή του. Έπειτα, πραγματοποιείται ο συγχρονισμός με το δίκτυο ΧΤ και εφαρμόζεται ο έλεγχος στατισμού για τη ρύθμιση της πραγματικής και της άεργου ισχύος στην έξοδο του μετατροπέα. Το σύστημα εξετάζεται για διάφορα λειτουργικά σενάρια και η ακρίβεια του ελέγχου αξιολογείται. Η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική για το σύνολο των περιπτώσεων που εξετάστηκαν. Για την πειραματική επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων, αξιοποιείται η ΣΚΚ της εταιρίας Ballard που είναι διαθέσιμη στο εργαστήριο και εφαρμόζεται η τεχνολογία του ψηφιακού ελέγχου με τη χρήση ενός ψηφιακού επεξεργαστή σήματος (DSP). Με αυτό τον τρόπο είναι δυνατή η ταχύτατη μεταφορά του ελέγχου ισχύος στο πραγματικό σύστημα και η σύγκριση των πειραματικών δεδομένων με τα αποτελέσματα που λάβαμε από την εξομοίωση. Το πραγματικό σύστημα δοκιμάζεται για διάφορες μεταβολές και η συμπεριφορά του ελέγχου κρίνεται ικανοποιητική για όλες τις περιπτώσεις. Τόσο η πραγματική όσο και η άεργος ισχύς ρυθμίζονται αποτελεσματικά, ενώ καίριας σημασίας είναι η επιλογή της κλίσης στην καμπύλη στατισμού και η ταχύτητα των φίλτρων για την απόζευξη μεταξύ των δυο βρόχων ελέγχου. This thesis deals with the design and control applied on a DG unit and more specific to a fuel cell stack in order to be in position to be connected in a microgrid or a low voltage grid (LV). The main purpose of the design is firstly to create a system that controls the synchronization criteria between the fuel cell stack and the grid and secondly to effectively control active and reactive power induced by the fuel cell to the main grid or to the local connected loads. The effectiveness of the control system is examined with both the assistance of simulation software (Matlab/Simuling) and cross checked using lab experiments. The system consists of the fuel cell stack itself, a single phase buck/boost converter, a polarity change inverter that converts the DC output voltage to AC and a single phase transformer. Initially the operation of the transformer in question along with its characteristics has been examined. Thereafter the fuel cell was connected to the input of the converter in order to feed a remote fluctuating load while keeping the voltage constant. Then the synchronization with the low voltage grid took place along and droop control is applied to effectively regulate active and reactive power at the inverter’s output. The system was tested under various operating scenarios and the accuracy of the control was assessed. The behaviour of the control system was sufficient for all the cases examined. For the experimental confirmation of simulation results, Ballard’s 1.2 kW fuel cell stack was used and digital control is applied by using a digital signal processor (DSP). In this way the rapid transfer of the control signals to the experimental sytem was achieved and the experimental results were compared with the simulated ones. The real system was tested under different load variations and the behaviour of the control system was sufficient on all cases. Both the real and the reactive power were effectively adjusted, while key is the choice of slope in droop characteristic and filter selection for decoupling between the two control loops. 2017-05-12T15:33:14Z 2017-05-12T15:33:14Z 2017-02-07 Thesis http://hdl.handle.net/10889/10238 gr 0 application/pdf |
