Nieliniowa kontrola w produkcji energii
Zachowanie zdecentralizowanego układu produkcji energii jest zdominowane przez nieliniowości oraz oddziaływanie dynamiki ciągłej i dyskretnej. Cechy te uniemożliwiają stosowanie klasycznych technik kontroli, bazujących na modelach zlinearyzowanych lub niewystarczająco ciągłych. Celem projektu ACRES (Advanced control of renewable energy generation systems based on fuel cells\wind power) było zatem wprowadzenie nowych technik nieliniowej kontroli odpowiedniej dla tych układów generowania energii. Pracowali nad tym wspólnie teoretycy kontroli i specjaliści energetycy. Podczas trwania projektu zespół stworzył kilka zaawansowanych, nieliniowych układów kontroli. Zaproponowano m.in. kontroler trybu ślizgowego do zwiększania wydajności hybrydowych układów produkcji energii, działających w oparciu o odnawialne źródła, jak również ogniwa paliwowe i turbiny wiatrowe. Naukowcy wprowadzili również niezwykłe rozwiązanie problemu kontroli zaopatrzenia w powietrze układów bazujących na ogniwach paliwowych z polimerową membraną elektrolityczną (PEMFC). Ten tak zwany kontroler "superskrętny" zaprojektowano przy użyciu nieliniowego modelu laboratoryjnej stacji testowania ogniw paliwowych. Ponadto uczestnicy projektu ACRES stworzyli dynamiczny model termalnego podsystemu wysokotemperaturowego PEMFC, którego działanie różni się wyraźnie od konwencjonalnych ogniw paliwowych. Był to pierwszy istotny krok w kierunku opracowania sprawnego kontrolera temperatury do małych stosów ogniw. Wyniki badań eksperymentalnych potwierdziły, że prawidłowa kontrola temperatury może poprawić wydajność układu. Ponadto kaskadowy algorytm kontrolny wyszukiwania wartości skrajnych wraz z lokalnym proporcjonalnym kontrolerem całkowym umożliwia dostosowanie temperatury do maksymalnego napięcia ogniwa. Następnie uczestnicy projektu ACRES skupili się na hybrydowych pojazdach elektrycznych o wysokiej wydajności i długim czasie użytkowania. W pojazdach tych umieszcza się silnik o spalaniu wewnętrznym, maszynę elektryczną stanowiącą sterownik silnika i generator, który ładuje i rozładowuje baterie. Naukowcy zbadali połączenie synchronicznego generatora pierścieniowego i podwójnego generatora indukcyjnego. Ta konfiguracja obu urządzeń umożliwia użycie mniejszych konwerterów mocy i zwiększa liczbę działań kontrolnych, co w konsekwencji zapewnia lepsze zarządzanie energią. Znaczenie naukowe projektu ACRES jest duże, czego dowodzą przychylne recenzje artykułów opublikowanych w prestiżowych czasopismach. W związku z tym zespół oczekuje, że wyniki przyciągną uwagę przedsiębiorstw wytwarzających komponenty układów związanych z energią odnawialną.
Słowa kluczowe
Wytwarzanie energii, nieliniowości, ACRES, energia odnawialna, ogniwa paliwowe, turbiny wiatrowe
