Νέα Τοπολογία Ηλεκτρονικών Ισχύος Για Εφαρμογές Σε Κυψέλες Υδρογόνου Αναστρέψιμης Λειτουργίας

Abstract

Η ανάπτυξη αξιόπιστων συστημάτων παραγωγής και αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας απασχολεί εδώ και πολλά χρόνια την επιστημονική κοινότητα. Κατά το παρελθόν έχουν αναπτυχθεί διάφορα τέτοια συστήματα, όπως τα συστήματα αποθήκευσης κινητικής ενέργειας (σφόνδυλοι), τα αντλητικά συστήματα αποθήκευσης νερού και οι συσσωρευτές (μπαταρίες). Μια άλλη, πιο πρόσφατη και γνωστή τεχνική, η οποία προτείνεται στην παρούσα διδακτορική διατριβή, ως συσκευή παραγωγής και αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας είναι οι κυψέλες καυσίμου αναστρέψιμης λειτουργίας.Στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνεται μια αμφίπλευρη τοπολογία ηλεκτρονικών ισχύος, η οποία μπορεί να εφαρμοστεί στα συστήματα κυψελών καυσίμου αναστρέψιμης λειτουργίας. Η τοπολογία αυτή, μαζί με το σύστημα κυψελών καυσίμου αναστρέψιμης λειτουργίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε συστήματα παραγωγής και αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας, καθώς και σε υβριδικά συστήματα με ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Το προτεινόμενο σύστημα μετατροπής ισχύος αποτελείται από μια βαθμίδα αμφίπλευρου dc-dc μετατροπέα ανύψωσης-υποβιβασμού με συζευγμένα πηνία και από μια υψηλής συχνότητας βαθμίδα dc-ac-ac αμφίπλευρης ροής ισχύος, η οποία περιλαμβάνει έναν ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών αντιστροφέα και έναν ημιτονοειδούς διαμόρφωσης εύρους παλμών κυκλομετατροπέα.Η προτεινόμενη τοπολογία αναλύεται διεξοδικά, δίνονται οι απαιτούμενες εξισώσεις σχεδίασης και παρουσιάζονται τα αποτελέσματα προσομοίωσης στο Spice, καθώς και τα πειραματικά αποτελέσματα. Από την ανάλυση της προτεινόμενης τοπολογίας γίνονται εμφανή τα πλεονεκτήματα που προσφέρει σε σύγκριση με τις έως τώρα υφιστάμενες τοπολογίες για εφαρμογές σε συστήματα παραγωγής και αποθήκευσης της ηλεκτρικής ενέργειας, που χρησιμοποιούν κυψέλες καυσίμου αναστρέψιμης λειτουργίας.