Eine nichtlineare Regelung der Stromerzeugung
Das Verhalten dezentralisierter Stromerzeugungssysteme ist durch Nichtlinearitäten und durch die Wechselwirkung kontinuierlicher und diskreter Dynamiken geprägt. Diese Merkmale sorgen dafür, dass die Anwendung klassischer Regelungsverfahren, die auf linearisierten Modellen oder rein kontinuierlichen Modellen basieren, unangemessen ist. Das Ziel von ACRES (Advanced control of renewable energy generation systems based on fuel cells\wind power) bestand folglich darin, neue Verfahren für eine nichtlineare Regelung dieser Energieerzeugungssysteme einzuführen. Regelungstheoretiker und Energieexpertem arbeiteten zu diesem Zweck zusammen. Über die Laufzeit des Projekts entwickelte das Team mehrere nichtlineare Regler. Hierbei wurde unter anderem ein Regler mit Wechselmodus vorgeschlagen, um die Leistung von hybriden Energieerzeugungssystemen, die im Bereich der erneuerbaren Energien betrieben werden, und insbesondere von Brennstoffzellen und Windturbinen zu verbessern. Forscher entwickelten ebenfalls eine solide Lösung für das Problem der Regelung der Luftversorgung in Systemen, die auf Polymerelektrolytbrennstoffzellen (polymer electrolyte membrane fuel cells, PEMFCs) basieren. Dieser sogenannte Super-Twisting-Regler wurde unter Verwendung eines nichtlinearen Modells einer Brennstoffzellen-Prüfstation im Labor gestaltet. Ferner wurde im Rahmen von ACRES ein dynamisches Modell des thermischen Subsystems von Hochtemperatur-PEMFCs entwickelt, dessen Bedienung sich signifikant von der konventioneller Brennstoffzellen unterscheidet. Dies war ein erster grundlegender Schritt in Richtung der Entwicklung eines tauglichen Temperaturreglers für kleine Zellenstapel. Die Ergebnisse experimenteller Untersuchungen haben das Potenzial eines angemessenen Wärmemanagements zur Verbesserung der Systemleistung bestätigt. Außerdem zeigte ein kaskadierter Extremwert orientierter Algorithmus zusammen mit einem lokalen Proportional-Integral-Regler die Möglichkeit für eine Regulierung der Temperatur auf eine maximale Zellspannung. Schließlich standen im Fokus von ACRES hybride Elektrofahrzeuge, die eine hohe Leistung und lange Betriebszeiten versprechen. Diese Fahrzeuge basieren auf einer Kombination aus internem Verbrennungsmotor und elektrischer Maschine, die als Motorantrieb und Generator zum Laden oder Entladen der Batterien fungiert. Forscher untersuchten die Kombination aus einem Wicklungs-Synchrongenerator und einer doppeltgespeisten Induktionsmaschine. Diese Konfiguration aus beiden Maschinen ermöglichte die Verwendung kleinerer Stromwandler und steigerte die Anzahl an Regelfunktionen und stellte folglich ein besseres Leistungsmanagement sicher. Wie die Annahme von Artikeln, die in Peer-Review-Fachzeitschriften veröffentlicht wurden, verdeutlicht, war der wissenschaftliche Beitrag der ACRES-Forschungsarbeit enorm. Das Team hegt somit große Hoffnung, das Interesse von Komponentenherstellern erneuerbarer Energiesysteme zu erregen.
Schlüsselbegriffe
Stromerzeugung, Nichtlinearitäten, ACRES, erneuerbare Energie, Brennstoffzellen, Windturbinen
