طراحی کنترل کننده مقاوم جهت مبدل dc-dc افزاینده در سیستم های هایبریدی با پیل سوختی

 

عنوان پایان نامه :                                                                                              

طراحی کنترل کننده مقاوم جهت مبدل dc-dc افزاینده در سیستم های هایبریدی با پیل سوختی         

پژوهشگر:

میثم اسدی

هیئت داوران :

  • راهنما : دکتر مجید حسین­ پور
  • مشاور : دکترمجتبی نجفی
  • داور : دکتر مهدی شاه پرستی

 

طراحی کنترل­کننده مقاوم جهت مبدل dc-dc افزاینده در سیستم­های هایبریدی با پیل سوختی

چکیده

از مهمترین اهداف طراحان سیستم­های هایبریدی، طراحی کنترلری برای مبدلهایDC-DC در سیستم­های هايبريدي به منظور فائق آمدن بر تمام نایقینی­های مدل­سازی و تغییرات پارامترهای مدار به هنگام کار و جلوگیری از ناپایداری سیستم در همه شرایط کاری می باشد که در این راستا می­توان کنترلرهای مختلفی طراحی نمود. یکی از این کنترلرها کنترلر مقاوم جهت مبدل dc-dc افزاینده در سیستم­های هایبریدی با پیل سوختی                                                             می­باشد، بطور کلی این سیستم از یک پیل سوختی PEM و یک مبدل DC-DC تشکیل شده است. بصورت معمول، کنترل ولتاژ، جریان، یا توان در مبدل، یک تکنیک خطی شده است که اغلب در بحث پایداری پارامترهای کنترل­کننده مبدل غیرخطی مورد مطالعه قرار می­گیرد. رفتار این سیستم تا حدی غیرخطی است و ولتاژ باس DC که توسط پیل سوختی تولید شده به تغییرات بار به شدت وابسته است، از طرفی بارهای مختلف در موقعیت­های مختلف دارای تغییرات قابل توجهی می­باشند و با توجه به این که استفاده از کنترل­کننده مقاوم از مزیت کنترل عالی در مقابل نایقینی­های مدلسازی و تغییرات پارامترها برخوردار است، این کنترل کننده (یعنی کنترلر مقاوم) جهت کنترل مبدل DC-DC افزاینده معرفی و پیشنهاد می­شود. در این پروژه نتایج شبیه سازی نشان می­دهد کنترل­کننده طراحی شده پاسخ سریع و گذرایی تحت شرایط پایدار دارد، به عبارت دیگر پاسخ زمانی مبدل به تغییرات جریان بار یا تغییرات ولتاژ ورودی یا هر دو بسیار سریعتر می­باشد.

پیل سوختی چیست ؟

پیل سوختی یک سیستم الکتروشیمیایی است که انرژی شیمیایی سوخت را مستقیمًا به انرژی الکتریکی تبدیل می­کند. در آند پیل سوختی پلیمری واکنش اکسیداسیون انجام می­گردد و الکترون تولید شده وارد مدار خارجی شده و سپس به کاتد وارد می­شود. یون مثبت تولیدی در آند با عبور از لایه الکترولیت به قسمت کاتد رفته و در حضور کاتالیزور­ با اکسیژن هوا و الکترونی که از مدار خارجی به قسمت کاتد وارد شده است به آب تبدیل می گردد.

تاریخچه پیل سوختی 

اگر چه پیل‌سوختی به تازگی به عنوان یکی از راهکارهای تولید انرژی الکتریکی مطرح شده است ولی تاریخچه آن به قرن نوزدهم و کار دانشمند انگلیسی سرویلیام گرو بر می‌گردد. او اولین پیل‌سوختی را در سال 1839 با سرمشق گرفتن از واکنش الکترولیز آب، طی واکنش معکوس و در حضور کاتالیست پلاتین ساخت. واژه "پیل‌سوختی" در سال 1889 توسط لودویک مند و چارلز لنجر به کار گرفته شد. آنها نوعی پیل‌سوختی که هوا و سوخت ذغال‌سنگ را مصرف می‌کرد، ساخت. تلاش­های متعددی در اوایل قرن بیستم در جهت توسعه پیل‌سوختی انجام شد که به دلیل عدم درک علمی مسئله هیچ یک موفقیت آمیز نبود. به علاقه استفاده از پیل سوختی با کشف سوخت‌های فسیلی ارزان و رواج موتورهای بخار کمرنگ گردید.

فصلی دیگر از تاریخچه تحقیقات پیل‌سوختی توسط فرانسیس بیکن از دانشگاه کمبریج انجام شد. او در سال 1932 بر روی ماشین ساخته شده توسط مند و لنجر اصلاحات بسیاری انجام داد. این اصلاحات شامل جایگزینی کاتالیست گرانقیمت پلاتین با نیکل و همچنین استفاده از هیدروکسیدپتاسیم قلیایی به جای اسید سولفوریک به دلیل مزیت عدم خورندگی آن می‌باشد. این اختراع که اولین پیل‌سوختی قلیایی بود، “Bacon Cell”  نامیده شد. او 27 سال تحقیقات خود را ادامه داد تا توانست یک پیل‌سوختی کامل و کارا ارائه نماید. بیکون در سال 1959 پیل‌سوختی با توان 5 کیلووات را تولید نمود که می‌توانست نیروی محرکه یک دستگاه جوشکاری را تامین نماید.

امروزه منابع توليد انرژی الکتریکی DC از جمله سلول­های خورشيدي و پيل­های سوختي[1] كاربرد فراواني درسيستم­هايي كه منبع انژري AC مانند نيروگاه در دسترس نيست را دارند. اين منابع براي تغذيه­ي بارهاي ثابت و متحرک می­توانند مورد استفاده قرار گيرند. از اینرو تغذيه­ي سیستم­های هايبريدي توسط منابعي از قبيل باطري و يا پيل سوختي تامين مي­گردند. در سیستم­های هایبریدی با پیل سوختی که معمولا در بارهای متحرک مانند خودرها مورد استفاده قرار می‌گیرند نیاز به یک مبدل DC-DC می­باشد که با توجه به روش تولید ولتاژ در پیل سوختی بتواند یک تبدیل ولتاژ مناسبی را در آن­ها انجام دهد. در تشریح پیل سوختی به این صورت می­توان بیان نمود که پیل سوختی در ورودي خود اكسيژن و هيدروژن را تركيب و تولید يك ولتاژ در خروجی مي­كند، ليكن مقدار آن ثابت نبوده و متناسب با جريان كشيده شده از پيل سوختي متغيير خواهد بود. برای داشتن یک ولتاژ خروجی ثابت و کنترل شده در این روش لازم است تدبیری اندیشیده شود تا نواسانات ولتاژ تولیدی آن در محدوده مشخص و تا حد امکان در حد صفر باشند. بنابراين یک مبدل DC-DC لازم است تا عمل تبدیل ولتاژ از یک سطح به سطح دیگر را محقق سازد و برای این مبدل نیز  می­توان از انواع مختلف مبدل­های  DC-DC موجود استفاده نمود. به بیان دیگر روش تولید الکتریسته و انرژی در پیل سوختی(Fuel  cell)  بدین صورت است كه در ورودي خود اكسيژن و هيدروژن را مخلوط و يك ولتاژ جریان مستقیم DC در خروجی خود تولید مي­كند ولی نکته اینجاست که مقدار این ولتاژ ثابت نبوده و متناسب با جريان كشيده شده از پيل سوختي متغيير خواهد بود و این مسئله یک مشکل اساسی در پیش روی تکنولوژی­های استفاده کننده­ی پیل سوختی قرار داده است.

 

 ((این متن بخشی از متن پایان نامه طراحی کنترلر مقاوم می باشد، دارای فایل شبیه سازی با متلب بوده ،،،،،،،،،،،، در صورت نیاز با مدیریت سایت تماس حاصل نمایید.))

 

 

 

[1]. Fuel cell