Energetska elektronika i automatizacija

Voditelj grupe

prof. dr. sc. Dinko Vukadinović

Suradnici

doc. dr. sc. Mateo Bašić

Opis područja istraživanja i specifičnih aktivnosti

  1. Pretvarači energetske elektronike u sustavima obnovljivih izvora energije
  2. Regulacijski sustavi s asinkronim strojevima
  3. Fazno zatvorene petlje
  4. Primjene umjetne inteligencije u regulaciji

Opis laboratorija i opreme

Istraživački laboratorij za energetsku elektroniku (B310) opremljen je sljedećom glavnom laboratorijskom opremom:

  1. dSpace DS1103 upravljačka kartica (1 kom.)
  2. dSpace DS1104 upravljačka kartica (2 kom.)
  3. dSpace MicroLabBox upravljačka kartica (1 kom.)
  4. osciloskop Tektronix TDS 1002 (2 kom.)
  5.  strujna kliješta Fluke 80i-110s (3 kom.)
  6. četverokvadrantni usmjerivač, proizvođač Siemens (2 kom.)
  7. mjerni članovi momenta Magtrol TMB 308 (1 kom.) i Magtrol TM 308 (1 kom.)
  8. programabilni izvor istosmjernog napona snage 1,5 kW, proizvođač Magna-Power Electronics
  9. baterijski sustav napona 300 V
  10.  otpornici za terećenje snage 3,39 kW (3 kom.)

Kontakti s akademskim i drugim institucijama:

-Institut informatičke tehnologije, Vijetnamska akademija znanosti i tehnologije, Hanoj, Vijetnam
-Fakultet elektronike, Tehnološko sveučilište u Thai Nguyenu, Thai Nguyen, Vijetnam
-Centar za istraživanje i razvoj, Sveučilište Duy Tan, Da Nang, Vijetnam

Opis dosadašnje suradnje s akademskim i drugim institucijama

U suradnji s Institutom informatičke tehnologije iz Hanoja, Fakulteta elektronike, iz Thai Nguyena, te Centra za istraživanje i razvoj iz Da Nanga razvijen je novi tip regulatora temeljen na teoriji algebre granica (engl. hedge algebra) te je uspješno primijenjen u sustavu indirektne vektorske regulacije samouzbudnog asinkronog generatora u kojem je korišten za regulaciju istosmjernog napona pripadajućeg tranzistorskog ispravljača. Kao rezultat ove suradnje objavljen je jedan rad u časopisu Control Engineering Preactice (A kategorije).
Nadalje, istraživači s navedenih institucija su trenutno i istraživači na projektu Sustav vjetar-sunce za optimiziranu proizvodnju električne energije kojeg financira Hrvatska zaklada za znanost.

opis istraživanja

Proizvodnja električne energije iz sunca i vjetra u urbanim područjima - PENSIV

Opis istraživanja za razdoblje od 5 godina

U ovom periodu istraživat će se sustav za proizvodnju električne energije koji kao potencijalne izvore električne energije sadrži vjetroagregat sa samouzbudnim asinkronim generatorom (SEIG), fotonaponski sustav i baterije. Predloženi sustav će se istraživati u otočnom režimu rada kao i s priključkom na električnu distribucijsku mrežu. Istraživanja koja se planiraju provoditi tijekom sljedećih pet godina mogu se podijeliti na sljedeće smjernice:

  1. Istraživanja u području modeliranja samouzbudnog asinkronog generatora. Planira se izraditi novi matematički model  SEIG-a s promjenjivim parametrima koji predstavljaju gubitke u željezu i dodatne gubitke. Na temelju ovakvog modela izradit će se i pripadajući sustav vektorske regulacije s vjetroturbinom i trofaznim pulsno-širinski upravljanim ispravljačem. Istraživat će se optimizacija korisnosti vjetroagregata primjenom neizrazite logike a procjena brzine vrtnje samouzbudnog asinkronog generatora će se zasnivati na odgovarajućem matematičkom algoritmu. Za regulaciju napona SEIG-a planira se primjeniti napredni regulator temeljen na teoriji algebre granica.

  2. Istraživanja u području izmjenjivača kvazi Z-tipa. Planira se razviti napredni simulacijski model izmjenjivača kvazi Z-tipa s uračunatim parazitnim otporima pripadajućih pasivnih komponenti i dinamičkim induktivitetom prigušnica i to na dva načina: koristeći se samo standardnim blokovima MATLAB Simulinka te izradom kosimulacije Simulink-Simplorer. Izradit će se pripadajući prototip izmjenjivača u laboratoriju. To uključuje potrebne izračune i odabir adekvatnih komponenti za izradu izmjenjivača. Za sinkronizaciju ovog izmjenjivača s električnom mrežom, u fazno zatvorenoj petlji će se umjesto klasičnog PI regulatora primijeniti algoritam temeljen na algebri granica i genetičkim algoritmima. Provest će se simulacijska i eksperimentalna ispitivanja izmjenjivača.

  3. Istraživanja u području fotonaponskih sustava. Izradit će se simulacijski model fotonaponskog sustava koristeći se standardnim blokovima MATLAB Simulinka te primjenom programa Simplorer. Razvijeni modeli će uključivati utjecaj osunčanosti fotonaponske ćelije na njenu temperaturu, kapacitet diode fotonaponske ćelije te korekciju uobičajenog izraza za struju zasićenja diode. Provjera valjanost razvijenog modela će se obaviti korištenjem fotonaponskog emulatora.

Program rada za razdoblje od 5 godina

Na temelju novog, prethodno izrađenog, matematičkog modela SEIG-a, izradit će se simulacijski model i provesti eksperimentalna istraživanja novog sustava vektorske regulacije samouzbudnog asinkronog generatora s izmjenjivačem kvazi Z-tipa. Istraživat će se dinamički pokazatelji kvalitete regulacije ovog sustava u širokom području promjena brzine vrtnje te pri različitim iznosima magnetiziranja generatora a u cilju postizanja maksimalne korisnosti cjelokupnog sustava regulacije. Za regulaciju napona SEIG-a planira se primjeniti napredni regulatora temeljenog na teoriji algebre granica. Za proračun optimalnih parametara koji se primjenjuju u teoriji algebre granica primijenit će se genetički algoritmi kako bi se odredili prikladni iznosi neizrazitih parametara pripadajućih jezičnih varijabli. 

Za potrebe eksperimentalnih istraživanja analiziranih električnih generatora, kao pogonski stroj koristit će se istosmjerni motor pogonjen suvremenim tranzistorskim usmjerivačem koji će oponašati rad male vjetroturbine.

Izradit će se simulacijski model fotonaponskog sustava u MATLAB Simulinku i Simploreru. Potom će se ovi modeli integrirati sa prethodno razvijenim simulacijskim modelima izmjenjivača kvazi Z-tipa. Valjanost integriranog modela provjerit će se eksperimentalno upotrebom fotonaponskog emulatora. Obavit će se eksperimentalna ispitivanja rada izmjenjivača kvazi Z-tipa napajanog iz fotonaponskog emulatora. Posebno će se analizirati problem optimizacije izlazne snage fotonaponskog sustava u uvjetima različite temperature i osunčanosti fotonaponskih ćelija te će se predložiti optimizacijski algoritam temeljen na regulaciji izlaznog napona fotonaponskog sustava, koji je primjenjiv u kontekstu cjelovitog sustava.

Izradit će se simulacijski model predloženog sustava u MATLAB Simulinku, s ugrađenim postignućima koja su dobivena tijekom prethodnih godina. Sklopit će se laboratorijska maketa cjelovitog sustava, uključujući sklopovlje za povezivanje sustava s električnom mrežom, te će se provesti eksperimentalno testiranje rada sustava u otočnom režimu kao i s priključkom na električnu mrežu.

Planira se izraditi sustav za proizvodnju električne energije kod kojeg bi emulatori vjetroturbine i fotonaposkog sustava bili zamijenjeni stvarnim komponentama. Na taj način bi se provjerila valjanost primjene korištenih emulatora.