Lityum iyon bataryanın bulanık mantık PID kontrolör tabanlı şarj kontrolü
Fuzzy logic PID controller-based lithium ion battery charge control
Yazar: GÜLSÜM KURT
Danışman: PROF. DR. RESUL ÇÖTELİ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Yenilenebilir Enerji Sistemleri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, bir DC gerilim kaynağı ve lityum iyon bataryadan oluşan melez güç sisteminin DC bara gerilimi bulanık mantık oransal + integral denetleyici (FL-PI) tabanlı kaskat kontrol şeması kullanılarak kontrol edilmiştir. Melez güç sisteminin benzetim modeli Matlab/Simulink'te oluşturulmuştur. Oluşturulan model bir DC gerilim kaynağı, lityum-iyon batarya, çift yönlü DC-DC dönüştürücü, DC gerilim kontrolü, batarya şarj/deşarj akım kontrolü ve anahtarlama darbelerinin üretiminden oluşmaktadır. Lityum-iyon batarya, çift yönlü DC-DC dönüştürücü aracılığıyla ortak DC hatta bağlanmıştır. Ayrıca çift yönlü DC-DC dönüştürücü FL-PI tabanlı kaskat kontrol şeması ile kontrol edilmekte ve bu dönüştürücü DC bara geriliminin istenilen değerde kontrol edilmesini sağlamaktadır. Bu kontrol döngüsü, akım referansı üretimi yoluyla DC hat gerilim kontrolü için bir dış kontrol döngüsüne ve batarya akımının kontrolü için bir iç akım döngüsüne sahiptir. Bu şema, geçici yanıt, kontrol döngüsünün kararlılığı açısından üstün performansa sahiptir. Önerilen kontrol yönteminin dinamik performansı, iki çalışma durumu için benzetim çalışmaları yardımı ile değerlendirilmiştir. İlk çalışma durumunda, DC gerilim kaynağı benzetim çalışmasının başlangıcında devrededir ve 3. sn'de DC gerilim kaynak devreden çıkarılmıştır. İkinci durumda ise DC gerilim kaynağı benzetim çalışmasının başlangıcında devreye alınmamış ve 3. sn'de DC gerilim kaynağı devreye alınmıştır. DC gerilim kaynağının devrede olduğu durumda kaynak hem yükün talep ettiği gücü sağlayıp hem de bataryayı şarj ederken tersi durumda ise yükün talep ettiği güç bataryadan sağlanmış ve batarya deşarj olmuştur. Her iki çalışma durumu için yük gerilimi, batarya gerilimi, batarya akımı ve batarya şarj durumunu (SOC) gösteren benzetim sonuçları verilmiştir. Önerilen yöntemin üstünlüğünü göstermek için geleneksel PI kontrolörden elde edilen benzetim sonuçları da verilmiştir.  Elde edilen benzetim sonuçlarından, her iki çalışma durumunun geçici durumlarında FL-PI kontrolör geleneksel PI kontrolöre göre daha üstün olduğu görülmektedir.

Abstract:
In this study, the DC bus voltage of the hybrid power system consisting of a DC voltage source and a lithium-ion battery is controlled using a fuzzy logic proportional + integral controller (FL-PI) based cascade control scheme. The simulation model of the hybrid power system was built in Matlab/Simulink. The model created consists of a DC voltage source, lithium ion battery, bidirectional DC-DC converter, DC voltage control, battery charge/discharge current control and generation of switching pulses. The lithium-ion battery is connected to the common DC line via a bidirectional DC-DC converter. In addition, bidirectional DC-DC converter is controlled with FL-PI based cascade control scheme and this converter enables DC bus voltage to be controlled at the desired value. This control loop has an external control loop for DC line voltage control via current reference generation and an internal current loop for controlling battery current. This scheme has superior performance in terms of transient response, stability of control loop. The dynamic performance of the proposed control method was evaluated by means of simulation studies for two cases. In the first case, DC voltage source is activated at the start of the simulation operation and DC voltage source is deactivated in the 3rd second. In the second case, the DC voltage source was not activated at the beginning of the simulation study and the DC voltage source was activated in the 3rd second. In the case of DC voltage source, the source provides the power demanded by the load and charges the battery, while in the opposite case, the power demanded by the load is supplied from the battery and the battery is discharged. Simulation results showing the load voltage, battery voltage, battery current and battery state of charge (SOC) are given for each case. The simulation results obtained from the conventional PI controller are also given to show the superiority of the proposed method. From the obtained simulation results, it is seen that the FL-PI controller is superior to the conventional PI controller in the transients of both operating conditions.