Contrôle optimal de la source hybride basé sur la combinaison

entre la PBC et HJB

Amel BENMOUNA1,2, Mohamed BECHERIF1,2, Loïc BOULON3, Daniel DEPERNET1,2

1FCLab, FR CNRS 3539, Femto-ST, UMR CNRS 6174, Bourgogne Franche-Comte University/UTBM, Belfort Cedex, France

2FCLAB, Univ. Bourgogne Franche-Comté, UTBM, CNRS Rue Ernest Thierry Mieg, F-90010 Belfort, France

3Université du Québec à Trois-Rivières, Hydrogen Research Institute, Trois-Rivières, Canada

1

Outline

• Introduction

• Modélisation du système global PàC/SC

• Interconnection and Damping Assignment-Passivity Based Control (IDA-PBC)

• Fonction coût en utilisant la méthode HJB

• Test experimental

• Résultats expérimentaux

• Conclusion

3

Introduction

Gestion d’énergie d’un système hybride

Composition de la chaine énergétique

4

Réduire la consommation du

système

Augmenter la durée de vie des

sources

Assurer la demande en énergie

Contrôle basé sur la passivité

+

Méthode d’Hamilton Jacobi Bellman

PàCSource de

stockage

DCDC

BUS DC

Charge

DC

DC CmdeCmde

Introduction

Objectives :

5

• Contrôle de la tension du bus DC

• Augmenter la durée de vie de la PàC

• Demande en énergie dans les phases de transition est fournie par le SC

• Limitations des sources embarquées

6

Fig.: Structure de la source PàC/SC

Modélisation du système global PàC/SC

Modélisation du système global PàC/SC

Interconnection and Damping Assignment-Passivity Based Control (IDA-PBC)

Passive: l'énergie stockée dans un intervalle de temps n'est jamais supérieure à l'énergie fournie pendant cette période.

Stabilité au sens de Lyapunov

Fonction d’énergie = Equilibre désiré

Ajout d’amortissement et d’interconnexion

Conception PBC

Interconnection and Damping Assignment-Passivity Based Control (IDA-PBC)

PCH

Trajectoires d’équilibre:

Fonction d’énergie désirée du système est :

9

Interconnection and Damping Assignment-Passivity Based Control (IDA-PBC)

PCH representation of new system is:

Interconnection and Damping Assignment-Passivity Based Control (IDA-PBC)

−

−

−=−

2

DC

DC

DCDC

2

DCDC

2

DC

1

DC

1

00C

10

00C

100

0C

10

C0

C

1-0

C0

C

000C

-0

L

L

L

SC

SCSC

LSCFC

FC

L

R

L

L

LL

LLL

L

RJ

5

4

3

2

1

~

~

~

~

~

xL

xC

xL

xC

xL

L

CS

SC

SC

FC ( )

( )

( )

( )

−−

−

+

+−

−

LL

L

SC

SC

DC

FC

FC

ExRxL

xC

xxL

xxxC

xVL

52

3

224

32511

21

1

1

1

1

1

( ) ,,xdH

Fonction coût en utilisant la méthode HJB

Contrainte d’optimisation Méthode HJB Critère d’optimisation

Fonction coût

Critére d’optimisation

Contrainte

Equation d’Hamiltonien

Equations canonicales

Fonction coût en utilisant la méthode HJB

Test experimental

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (h) (g)

Composants du VE PàC/SC Valeur PàC 15-32 V / 500 W

SCs 32 V, 29 F

Capacité du Bus DC 80 V / 100 mF

Convertisseur 2 kW, contrôle en courant ou en tension

Puissance de la charge 500 W

Résultats expérimentaux

0 50 100 150 200 250 300 350 40020

22

24

26

28

30

32

34

Temps (s)

Ten

sion

de

la P

àC (

V)

0 50 100 150 200 250 300 350 400-10

-5

0

5

10

15

20

Temps (s)

Cou

rant

de

la P

àC (A

)

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

2

4

6

8

10

12

14

15

Déb

it d'

H2

0 50 100 150 200 250 300 350 400-10

-5

0

5

10

15

20

Temps (s)

Co

ura

nt

du

SC

et

sa

ré

fére

nce

(A

)

100 120 140 160 180 200-10

0

10

20

Ir efSC

I SC

0 50 100 150 200 250 300 350 400-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Co

ura

nt

du

SC

(A

)

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Temps (s)

SO

C d

u S

C

Résultats expérimentaux

0 50 100 150 200 250 300 350 4000

2

4

6

8

10

Temps (s)

Co

ura

nt

de

la

ch

arg

e (

A)

0 50 100 150 200 250 300 350 40041.2

41.4

41.6

41.8

42

42.2

42.4

42.6

Temps (s)

Te

nsio

n d

e b

us D

C

VDC

Vd

0 50 100 150 200 250 300 350 400-200

-100

0

100

200

300

400

500

Temps (s)

Pu

issa

nce

(W

)

PF C

PSC

PL

Conclusion

• Etude expérimentale sur la gestion d’énergie d’un système hybride PàC/SC

• PàC est utilisée dans le régime permanente et le SC dans les phases de transition

• Méthode IDA-PBC + l’approche HJB pour prendre en compte les contraintes de

limitation des sources embarquées et déterminer la répartition optimale de la

puissance.

• La validation expérimentale avec prise en compte des limitations des sources montre

l’efficacité et la faisabilité du contrôle proposé

• Combinaison entre les deux approches présente de bonnes performances