Model predictive control of a fuel cell hybrid test bench for railway applications
Raylı sistem uygulamalarında kullanılmak üzere yakıt hücreli hibrit bir test düzeneğinin model öngörülü kontrolü
- Tez No: 574330
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZCAN KALENDERLİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Ulaşım, Electrical and Electronics Engineering, Transportation
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Raylı Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Raylı Sistemler Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 115
Özet
Bu çalışma, demiryolu hibrit sistem uygulamaları için prototip olarak kabul edilebilecek bir PEM Yakıt Hücresi ve akülü hibrit test düzeneğinin konfigürasyonunu, modellenmesini ve kontrolünü açıklamaktadır. Sıfır emisyon, daha az gürültü ve hızlı kalkış özellikleri sayesinde yakıt hücreleri, özellikle ulaşım sektöründe ihtiyaç duyulan temiz enerji sistemleri için büyük bir potansiyele sahiptir. Bununla beraber, yük talebinde meydana gelen ani yük değişimlerinin karşılanması noktasında yetersiz kalan yakıt hücre teknolojisi, elektrik dalgalanmalarından da olumsuz etkilenmektedir. Bu durum, test düzeğinde yakıt hücresinin ve akü ömrünün olumsuz yönde etkilemeden güç talebine yanıt verilmesi için bir kontrol stratejisi geliştirmesi konusunda motivasyon kaynağı oluşturmaktadır. Bu bağlamda, hibrit sistemin bilişenlerinin karakteristikleri ve test düzeneğinin sistem parametreleri dikkate alınarak Model Öngörülü Kontrolü (MPC) tasarımı geliştirilmiştir. Kontrol sistemi ve kontrol edilen sistem arasındaki bağlantının, amaca ve sistemin gereksinimlerine uygun bir şekilde kurulması gerekmektedir. Geliştirilen kontrol sistemi, test düzeneğinin matlab/simulink modeline entegre edilmiştir. Ardından, tasarımı gerçekleştirilmiş olan kontrol sistemi, test düzeneğinin simülasyon modeli ile matlab/simulink programında test edilmiş ve doğrulanmıştır. Önerilen kontrol sistemi, test düzeğinde çevrimdışı testler ile test edilmiş ve onaylanmıştır. Sonuçlar, incelenen hibrit sistemin talep gücünü karşılamak ve sistem bileşenlerinin kullanım ömürlerini arttırmak konularında yeterliliğini göstermiştir. Çalışmanın son bölümünde, önerilen kontrol stratejisinin gerçek zamanlı olarak test düzeneğine entegrasyonu ve test edilmesine ilişkin olası bir çalışma konusu değerlendirilmiştir.
Özet (Çeviri)
This study describes the configuration, modelling and control of a PEM Fuel Cell and battery powered hybrid test bench, which is considered as a prototype for railway hybrid system applications. A Proton Exchange Membrane (PEM) Fuel Cell is an electrochemical device which converts the chemical energy of pure hydrogen into electricity through a chemical reaction with oxygen. Due to their zero emissions, less noise, quick start up, fuel cells have the most significant potential as the future clean power generation source for transportation. However, they are still limited in responding to fast transients in power demand; more over power fluctuations have negative impact on fuel cell durability. This motivates to develop a control strategy for the hybrid test bench to respond power demand without negatively affecting fuel cell and as well as battery life. A Model Predictive Control (MPC) design is developed by taking into consideration the limitations of the components and the variable parameters of the test bench. Accordingly, the interfaces between controller and controlled system have to be adequately chosen and converted. The developed controller is adopted to the test bench matlab simulink model. Afterwards, this controller is verified in matlab/simulink. The proposed control strategy is validated offline with the test bench. Results are demonstrated the hybrid system sufficiency to meet appropriate demanded power and lifetime capability. Finally, one of the possible extension topics, real time implementation of the proposed control strategy to the test bench, is presented.
Benzer Tezler
- Model predictive controller based optimal energy management strategy for a fuel cell hybrid vehicle
Hidrojen yakıt hücreli elektrikli araçlar için model öngörülü kontrol temelli enerji yönetimi stratejisi
ALİ KEREM YALÇIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSabancı ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ TUĞÇE YÜKSEL BEDİZ
- Bataryalarda empedans analizine dayalı doluluk oranı, sağlamlık ve fonksiyonellik takibi yöntemlerinin geliştirilmesi
On the compatibility of electric equivalent circuit models for enhanced flooded lead acid batteries based on electrochemical impedance spectroscopy
ZİYA CAN AKSAKAL
Doktora
Türkçe
2018
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI OSMAN ALTUĞ ŞİŞMAN
- Elektrikli araçlardaki lityum iyon bataryalar için şarj durumu tahmini
State of charge estimation for lithium-ion batteries in electric vehicles
EGE ANIL BOSTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN SEZER
- Hibrit elektrikli bir kamyon için bulanık mantık tabanlı enerji yönetim sistemi algoritmalarının geliştirilmesi
Development of fuzzy logic based energy management system algorithms for hybrid electric truck
HAZAL SÖLEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT YILMAZ
- Power management strategy of stand-alone microgrid with hydrogen fuel cell and renewable sources
Hidrojen yakıt ünitesi ve yenilenebilir kaynaklar içeren şebekeden bağımsız bir mikroşebeke'nin güç yönetim stratejisi
JUN MA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA BAYSAL