Diskreettiaikainen liukuvan moodin säätö kiinteäoksidipolttokennon DC-tasonnostossa

Huoli ympäristön tilasta ja fossiilisten polttoaineiden hinnan nousu ovat vauhdittaneet tutkimusta uusien energialähteiden löytämiseksi. Polttokennot ovat yksi lupaavimmista tekniikoista etenkin hajautetun energiantuotannon, varavoimalaitosten sekä liikennevälineiden alueella. Polttokenno on tehonlähteenä kuitenkin hyvin epäideaalinen, ja se asettaa tehoelektroniikalle lukuisia erityisvaatimuksia. Polttokennon kytkeminen sähköverkkoon on tavallisesti toteutettu käyttämällä galvaanisesti erottavaa DC/DC hakkuria sekä vaihtosuuntaajaa sarjassa. Polttokennon kulumisen estämiseksi tehoelektroniikalta vaaditaan tarkkaa polttokennon lähtövirran hallintaa. Perinteisesti virran hallinta on toteutettu säätämällä hakkurin tulovirtaa PI (Proportional and Integral) tai PID (Proportional, Integral and Derivative) -säätimellä. Hakkurin epälineaarisuudesta johtuen tällainen ratkaisu ei välttämättä toimi kaukana linearisointipisteestä. Lisäksi perinteiset säätimet ovat herkkiä mallinnusvirheille. Tässä diplomityössä on esitetty polttokennon jännitettä nostavan hakkurin tilayhtälökeskiarvoistusmenetelmään perustuva malli, sekä malliin perustuva diskreettiaikainen integroiva liukuvan moodin säätö. Esitetty säätö on luonteeltaan epälineaarinen ja se soveltuu epälineaaristen ja heikosti tunnettujen järjestelmien säätämiseen.

Concerns about condition of the environment and rising fossil fuel prices have accelerated the research of finding new energy source. Fuel cells are one of the most promising technologies, especially in the field of distributed energy generation, backup power systems and transportation. However, fuel cell is non-ideal power sources and it poses special requirements for power electronics. Typically fuel cell is connected to electricity network by using galvanic isolating stepup DC/DC converter in serial with grid inverter. In order to prevent aging of fuel cell stack, precise control of fuel cell current is needed. Traditionally current control is implemented by controlling converter current with PI (Proportional and Integral) or PID (Proportional, Integral and Derivative) controller. Due to the non-linearity of DC/DCconverter traditional controllers won’t work properly far away from linearization point. Furthermore traditional controllers are sensitive respect to modeling errors. In this master’s thesis model for step-up DC/DC-converter and discrete time integrating sliding mode controller based on developed model is presented. Presented control method is nonlinear and therefore suits for controlling nonlinear and poorly known dynamics.