Advanced passivity-based control for hybrid power systems : application to hybrid electric vehicles and microgrids - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2020

Advanced passivity-based control for hybrid power systems : application to hybrid electric vehicles and microgrids

Commande passive avancée de systèmes hybrides : application pour véhicules hybrides électriques et micro-réseaux

Résumé

A Fuel cell (FC) hybrid power system is a promising solution to deal with the atmospheric pollution and fossil fuels shortage problems. This thesis focuses on the controller design for FC hybrid power systems, towards two applications: the hybrid electrical vehicle and the microgrid-powered datacenter.Firstly, this thesis proposes an advanced passivity-based control for a FC/super-capacitors (SCs) hybrid system. In order to solve the converters coordination problem, a controller designed using the design method Interconnection and Damping Assignment - Passivity-Based Control (IDA-PBC) is applied, which considers the state-of-charge of the SCs as well as voltage and current limitations. The proposed controller is validated on a Power Hardware-in-the-loop (PHIL) platform. Then an Extended Kalman Filter (EKF) is applied to forecast the State-of-Health (SoH) of the fuel cell and is combined with the proposed controller. Finally, a Hardware-in-the-loop (HIL) platform based on an INTEL/ALTERA FPGA is designed in order to validate the real-time operation of the algorithms for a specific case study with a commercial vehicle.For microgrid applications, a passivity-based controller for a hybrid power supply system for a green datacenter is proposed, including photovoltaic panels, a fuel cell, SCs and an electrolyzer. The feasibility of this non-linear controller is proven by the simulation results and experimental validation on a PHIL test bench. This work is integrated into the ANR DATAZERO project.The main novelty of the proposed controller is that it integrates some component constraints directly into the controller equations, while the locally asymptotic stability of the whole closed-loop system is preserved.
Un système hybride à base de pile à combustible (PàC) est une solution efficace pour faire face aux problèmes de pollution atmosphérique et de pénurie des combustibles fossiles. Cette thèse se concentre sur la conception de la commande pour les systèmes d'alimentation hybrides à base de PàC, et appliquée à deux applications : le véhicule électrique et le centre de données alimenté par un micro-réseau.Tout d'abord, cette thèse propose une commande basée sur la passivité pour un système hybride PàC/supercondensateurs (SCs). Cette commande a été conçue via la méthode de conception IDA-PBC (Interconnection and Damping Assignment - Passivity Based Control), afin de résoudre le problème de coordination des convertisseurs. L'état de charge des SCs ainsi que toutes les limitations sont intégrés directement dans la loi de commande. Un banc d'essais PHIL (Power Hardware-in-the-loop) est utilisé pour la validation. Ensuite, un filtre de Kalman étendu (EKF) est combiné avec la commande proposée, pour prévoir l'état de santé (SoH) de la pile à combustible. Enfin, un banc d'essais HIL (Hardware-in-the-loop) basé sur un FPGA INTEL / ALTERA est conçu afin de valider le fonctionnement des algorithmes en temps réel pour un véhicule commercial.Pour l'application à un micro-réseau, une commande passive est proposée pour un système hybride comprenant des panneaux photovoltaïques, une PàC, des SCs et un électrolyseur. La faisabilité de cette commande est validée par les résultats expérimentaux sur un banc d'essai PHIL. Ce travail est intégré au projet ANR DATAZERO.La nouveauté principale de cette commande est qu'elle intègre certaines contraintes de composants directement dans la loi de commande, en préservant la stabilité de l’ensemble du système, en boucle fermée.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03681001 , version 1 (30-05-2022)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03681001 , version 1

Citer

Suyao Kong. Advanced passivity-based control for hybrid power systems : application to hybrid electric vehicles and microgrids. Electric power. Université Bourgogne Franche-Comté, 2020. English. ⟨NNT : 2020UBFCD006⟩. ⟨tel-03681001⟩
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