Μοντελοποίηση συστήματος κυψέλης καυσίμου - αντιστροφέα τάσης και ανάπτυξη διεπαφής χρήστη για τον έλεγχο πραγματικού συστήματος σε ένα ενεργειακά αυτόνομο κτήριο υδρογόνου - ΑΠΕ

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολήθηκε με τη μοντελοποίηση συστήματος κυψέλης καυσίμου - αντιστροφέα τάσης που είναι εγκατεστημένο στο ενεργειακά αυτόνομο κτήριο ΑΠΕ-Η2 στο Τεχνολογικό και Πολιτιστικό Πάρκο Λαυρίου, όπως επίσης και με την ανάπτυξη και εφαρμογή κατάλληλου λογισμικού διεπαφής χρήστη το οποίο επιτρέπει τον έλεγχο της παραγωγής ενέργειας της κυψέλης καυσίμου είτε από κάποιον χειριστή του συστήματος είτε με αυτόματο τρόπο από το κεντρικό σύστημα ενεργειακής διαχείρισης και ελέγχου του κτηρίου. Στο πλαίσιο αυτό αναπτύχθηκαν τα απαιτούμενα μαθηματικά μοντέλα που έκαναν δυνατή τη μελέτη της συμπεριφοράς της κυψέλης καυσίμου σε σταθερές και μεταβατικές συνθήκες καθώς και τη μοντελοποίηση του συνολικού συστήματος κυψέλης καυσίμου - αντιστροφέα τάσης στο περιβάλλον MATLAB/SIMULINK. Επίσης, με στόχο τον έλεγχο της παραγωγής ενέργειας της κυψέλης αναπτύχθηκε το λογισμικό διεπαφής χρήστη το οποίο επικοινωνεί σειριακά με τον αντιστροφέα τάσης του συστήματος και παρέχει στο χρήστη ένα εύχρηστο και πλήρες γραφικό περιβάλλον για τον έλεγχο της λειτουργίας του. Επιπλέον, κατασκευάστηκε κατάλληλο ηλεκτρονικό κύκλωμα που επιτρέπει την αυτόματη ενεργοποίηση της λειτουργίας του αντιστροφέα μέσω του λογισμικού. Η εύρυθμη λειτουργία του λογισμικού και του υλικού που αναπτύχθηκαν ελέγχθηκε με μια μεγάλη σειρά δοκιμών στην πράξη, καθώς και με την παρακολούθηση της ροής ηλεκτρικής ενέργειας από το σύστημα κυψέλης καυσίμου - αντιστροφέα τάσης προς το κτήριο για μεγάλο χρονικό διάστημα.

The present diploma thesis involves the modeling of a fuel cell - DC/AC inverter system installed in the RES - H2 building in the Technological and Cultural Park in Lavrion, as well as the development and application of the appropriate user interface software that enables the control of the fuel cell energy production either by an operator of the system either in an automatic way by the energy management and control system of the building. In this frame, the necessary mathematical models were developed that enabled the study of the fuel cell output behavior both in steady-state and dynamic conditions, as well as the modeling of the whole fuel cell - DC/AC inverter system in the MATLAB/SIMULINK environment. Moreover, the control of the fuel cell energy production was achieved through the development of the user interface software. The software communicates serially with the DC/AC inverter and provides an easy-to-use and complete graphical environment for the control of its operation. Additionally, an appropriate electronic circuit was designed that enables the automated activation of the inverter operation by the interface software. The software and hardware developed for the control of the fuel cell - inverter system were tested for a satisfactory time period in real operating conditions.