DSP-Controlled Power Electronic Interface for Fuel-Cell-Based Distributed Generation

ABSTRACT

The private power producers are increasing rapidly to meet rising load demand in domestic, commercial, and industrial sectors. In this scenario, the distributed generation systems (DGs) play an important role over fossil fuel generation. Among different distributed generation technologies such as fuel cell, wind power, and solar; the fuel-cell-based distributed generation is becoming more popular due to its high efficiency, cleanliness, modularity, and cost effectiveness. The development of a suitable power electronic interface and control schemes, therefore, play vital role in regulating fuel-cell voltage, both under steady and transient conditions. This paper, therefore, presents a DSP-controlled single stage power electronic interface for fuel-cell-based generation intended for residential/grid connected applications. The presented scheme generates pulse width modulation (PWM) control signals usingTMS320F2812 DSP controller interfaced with MATLAB/Simulink model. A comprehensive simulink based model of the scheme is evolved and discussed. The experimental results are presented for varying loads and transient conditions.

INTRODUCTION

IN RECENT years, the issues of growing energy demand, rising public awareness for environmental protection and existing nature of fossil fuels, have resulted in much of the research work to be focused on renewable energy sources. Many private sectors invest huge money to cater their prime loads under severity of power cut and to feed their peak demand locally using conventional diesel generators. These conventional power sources are getting limited due to their inefficient and untidy operation. Alternatively, the private sectors and utilitiesare now concentrating on distributed generations (DG) based on renewable energy ources with accrued benefits on account of higher efficiency, improved power quality, reliability, and environmental friendly nature for stand-alone as well as grid connected applications . Fig. 1 shows the deployment of different renewable, clean power sources at various places in a ring main system. The ratingof DGs can range from a few kW up to 100 MW depending on different applications. However, one of the major safety issue indistributed generation is inadvertent islanding that needs to be handled carefully.

چکیده

تولید کنندگان تولید برق خصوصی به سرعت در حال افزایش است تا با افزایش تقاضای بار در بخش های داخلی، تجاری و صنعتی روبرو شوند. در این سناریو، سیستم های تولید توزیع شده (DGs) نقش مهمی را در تولید سوخت فسیلی ایفا می کنند. از جمله تکنولوژی های نسل توزیع مختلف مانند سلول سوختی، قدرت باد و خورشید؛ با توجه به راندمان بالا، پاکیزگی، مدولار بودن و هزینه بهره وری، تولید توزیع شده بر پایه سوخت، به دلیل راندمان بالا، محبوبیت بیشتری پیدا می کند. بنابراين توسعه یك رابط یك الكترونیك قدرتمند و كنترل كننده ها نقش مهمی در تنظیم ولتاژ سلول سوختی هر دو در شرایط ثابت و گذرا ایفا می كند. بنابراین، این مقاله، یک رابط الکترونیکی الکترونیکی تک مرحله ای کنترل شده برای DSP را برای نسل های مبتنی بر سوخت طراحی شده برای برنامه های کاربردی متصل به مسکونی / شبکه ارائه می کند. طرح ارائه شده، سیگنال های کنترل مدولاسیون پهنای پالس (PWM) را با استفاده از کنترل کننده DSP TMS320F2812 که با مدل MATLAB / SIMULINK ارتباط دارد، تولید می کند. یک مدل جامع مبتنی بر simulink از طرح تکامل یافته و مورد بحث قرار گرفته است. نتایج تجربی برای بارهای مختلف و شرایط گذرا ارائه شده است.

مقدمه

در سال های اخیر، مسائل مربوط به افزایش تقاضای انرژی، افزایش آگاهی عمومی برای حفاظت از محیط زیست و طبیعت موجود سوخت های فسیلی، موجب شد تا بسیاری از کارهای تحقیقاتی بر منابع انرژی تجدید پذیر تمرکز شود. بسیاری از بخش های خصوصی پول هنگفتی را برای تهیه بارهای اولیه خود در معرض شدت قطع برق و تامین نیازهای حداکثری خود به صورت محلی با استفاده از دیزل ژنراتور معمولی سرمایه گذاری می کنند. این منابع قدرت متعارف به دلیل عملیات ناکارآمد و بی نظیرشان محدود می شود. به همین ترتیب، بخش خصوصی و خدماتی هم اکنون بر اساس نسل های توزیع شده (DG) بر اساس انرژی مجتمع انرژی با توجه به راندمان بالاتر، کیفیت برق، قابلیت اطمینان و طبیعت دوستانه محیطی برای برنامه های مستقل و شبکه ای متمرکز شده است. شکل 1 نشان می دهد استقرار منابع مختلف پاک کننده برق قابل تجدید در مکان های مختلف در یک سیستم اصلی حلقه. رتبه بندی DG ها می تواند از چند کیلووات تا 100 مگاوات بسته به برنامه های مختلف متفاوت باشد. با این حال، یکی از مهمترین مسائل مربوط به مسئله ایمنی، تولید ناخالص داخلی است که به طور ناگهانی جزیره ای است که باید به دقت مورد توجه قرار گیرد.

Year: 2011

Publisher : IEEE

By : Annamalai Kirubakaran, Shailendra Jain , and Rajesh Kumar Nema