Multichannel Intelligent Electrical Energy Conversion Systems  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
78703
Type NNF
Principal investigator Hamar, János
Title in Hungarian Többcsatornás Intelligens Villamos Energia Konvertáló Rendszerek (EGT/Norvég Alap HU0069/NA/2006-2/PA-8)
Title in English Multichannel Intelligent Electrical Energy Conversion Systems
Keywords in Hungarian Teljesítmény-elektronika, dc-dc átalakítók, teljesítmény-menedzsment, irányítás
Keywords in English Power electronics, dc-dc converters, power-management, control
Discipline
Electro-technology (Council of Physical Sciences)75 %
Ortelius classification: Applied electronics
Automation and Computer Science (Council of Physical Sciences)25 %
Ortelius classification: Automation
Panel Informatics and Electrical Engineering
Department or equivalent Department of Automation and Applied Informatics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Bartal, Péter
Kis, Péter
Rakos, Balázs
Sütő, Zoltán
Starting date 2009-04-01
Closing date 2011-03-31
Funding (in million HUF) 21.872
FTE (full time equivalent) 3.78
state closed project
Summary in Hungarian
A pályázat szorosan kapcsolódik a környezetvédelemhez; az energia megtakarításon, a korszerű és megbízható villamos energia elosztáson, valamint a megújuló források hatékony integrálásán keresztül.
A projekt tudományos célja az alacsony teljesítményű (~0-10kW) jövőbeli, intelligens lakossági villamos elosztó rendszerekhez kapcsolódik. Az alacsony egyenfeszültséget igénylő fogyasztók száma az utóbbi időben jelentősen növekedett a háztartásokban és az irodákban. A szigorú szabványosítás hiánya azt eredményezi, hogy a fogyasztók táplálásához szükséges tápfeszültség szintek a ~2-20VDC tartományban számottevően eltérnek. A meglevő elosztó rendszereknél alkalmazott többszörös villamos-energia konverzió a hálózat és a végső fogyasztó között (gyakran gyenge minőségű ac/dc adaptereken keresztül) komoly veszteségeket, alacsony hatásfokot és megbízhatatlan működést eredményez. A jelen projekt célja többcsatornás dc-dc konverterek tervezése és megvalósítása.
Két jelentős alkalmazási terület látható. Az egy bemenetű, több kimenetű konvertereket a dc vonalról tápláljuk, mialatt az egyes csatornák kimeneti feszültségeit a terhelésben levő intelligencia fogja automatikusan meghatározni. A több bemenetű, többcsatornás dc-dc konvertereket pedig megújuló források integrálásánál alkalmazhatjuk, amikor is a kimenet az épületen belüli dc elosztó vonalhoz kapcsolódik. A korszerű, rezonáns konverter topológiákon túl irányítási stratégiákat és kommunikációs modulokat dolgozunk ki és teszteljük ezeket. A kiemelten kezelt szempontok: a magas-hatásfok, kis méret, alacsony költség, megbízhatóság és biztonságos üzem lesznek.
Summary
The project strongly ties to environmental protection via energy saving, via the advanced, reliable electrical energy distribution as well as via effective integration of renewable sources.
The project is a scientific contribution to the future intelligent, low-power (~0-10kW) residential electrical distribution systems. The number of the consumer electric devices, requiring low-voltage dc supply has recently been continuously increasing in the households and offices. The lack of rigorous standardization implies that the necessary supply voltage levels of these consumers considerably vary in the range of approx. 2-20VDC. The existing distribution systems use multiple conversions of electrical energy from the mains grid to the final load (through often low quality ac/dc adapters) resulting in severe losses, poor efficiency and unreliable operation. The current project aims at design and implementing multi-channel dc-dc converters.
Two essential application areas are forecasted. The one input/multiple output converters are supplied from a dc line, while the output voltage of each converter channel is automatically determined by the intelligence in the load. The multi-input, multi-channel dc-dc converters are applied at the integration of distinct renewable sources, while its one output is connected to the dc in-house distribution line. In addition to the advanced resonant converter topologies, control strategies and communication modules will also be elaborated and tested. The following issues will be highly prioritized: high-efficiency, small-size, low cost, reliability and security .




 

Final report

  
Results in Hungarian
Új, jövőbeli intelligens lakossági villamos elosztó rendszerre dolgoztunk ki javaslatot. A sokcsatornás egyen-egyen konverterek alkották az architektúra alapvető építő elemeit. Az újonnan fejlesztett ágens alapú, elosztott irányítás lehetővé tette az optimalizált teljesítmény áramlást a bemenő és a kimenő oldal között a konverter cellák ismétlődő be ill. kikapcsolásával. Ez egyrészt az átalakító rendszer hatásfokának javulását másrészt pedig a megbízhatóság javulását eredményezte. A konverter egységeknél kéthurkú, áram-feszültség szabályozást alkalmaztunk. A fogyasztói ágensek folyamatosan információt szolgáltattak a terhelés számára szükséges feszültségről és áramerősségről. Az intelligens ágenseket a gyakorlatban beágyazott szoftver algoritmusokat futtató mikrokontrollerekben valósítottuk meg. A rendszer megbízhatóságára és robosztusságára helyezve a hangsúlyt a működést és a párhuzamos konverterek decentralizált irányítását különböző meghibásodási eshetőségek figyelembe vételével vizsgáltuk. Sikerült olyan megoldást találni, amely a rendszer hatásfokát úgy növelte, hogy közben a megbízhatóság is javult. A számítógépes szimulációk és a laboratóriumi mérések megerősítették az elméleti eredményeket.
Results in English
A new, future intelligent residential electrical distribution system was proposed. The multichannel dc-dc converters constituted the main building blocks of the architecture. The newly developed agent based, distributed control facilitated the optimized power-flow between the input and output side by recurring turn on and off converter cells. This resulted in increased overall efficiency as well as in improved reliability of the conversion system. Within the converter units double loop current-voltage control was applied. The consumer agents provided information continuously about the required voltage and current for the load. The intelligent agents were practically implemented by microcontrollers, running embedded software algorithms. Considering the system reliability and robustness the operation and decentralized control of parallel dc-dc converters working under faulty conditions were also investigated. The efficiency of the system could be increased while the system reliability was also improved. Computer simulations and laboratory tests confirmed the viability of the theoretical results.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=78703
Decision
Yes





 

List of publications

  
Janos Hamar, Adam Toth, Hirohito Funato, Yasuyuki Nishida: Multi-agent Control for Optimal Current Sharing at Parallel DC-DC Converters, Conference on Semiconductor Power Converters organized by Industry Applications Society of IEE Japan, Matsue, Shimane, Japan, July 29-30, 2009, SPC-09-109-116, pp.37-42., 2009
Balazs Rakos: Simulation of Coulomb-coupled protein-based logic, Journal of Automation, Mobile Robotics and Intelligent Systems, ISSN 1897-8649, eISSN 2080-2145, Issue 04/2009, Vol.3, pp.46-48, 2009
Janos Hamar, Adam Toth: Agent-Based Control of Parallel DC-DC Converters, European Conference on Power Electronics and Applications (EPE’2009), Barcelona, Spain, September 8-10, 2009, ISBN: 9789075815009, pp. P.1-P.10., 2009
Janos Hamar: Decentralized, Agent-based Control of Low and Moderate power DC-DC Converters, Cobep 2009, Bonito, Brazil, September 27 – October 1, 2009, pp. 410-416, 2009
Janos Hamar: Distributed Control of DC-DC Converters using Autonomous Agents, Saupec 2010, Johannesburg, South Africa, January 28-29, 2010, pp. 2-7, 2010
R. Katsumata, S. Takano, H. Funato, S. Ogasawara, J. Hamar: The Production of Compact Electric Vehicle and Estimate of State of Charge Using the Running Data (in Japanese), Joint Conf. on Power Electronics, Power Systems Engineering and Semiconductor Power Converters, IEE Japan, Fukuoka, Japan, March 4-5, 2010, PE-10-033, pp.1-6., 2010
D. T. Sepsi, J. Hamar, R.K. Járdán: Sliding Mode Agent-Based Control of Parallel, International Conference on Power Electronics and Motion Control (EPE-PEMC’2010), Ohrid, Macedonia, September 6-8, 2010, ISBN 978-1-4244-7854-5., 2010
J. Hamar, I. Nagy, H. Funato, Y. Nishida, H. Ohsaki, E. Masada: Discrete-time Modeling Tools for DC-DC Converters, International Power Electronics Conference IPEC’2010, vol., no., pp.1088-1093, 21-24 June 2010, doi: 10.1109/IPEC.2010.5543114., 2010
P. Bartal: Overview of Multi-Agent Systems and Their Application in Power Systems Engineering, Automation and Applied Computer Science Workshop (AACS), June 25, 2010, Budapest, Hungary., 2010
T. D. Sepsi, P. Bartal: Cascaded Control for DC-DC Buck Converters Using Multi-Agent Systems Approach, Automation and Applied Computer Science Workshop (AACS), June 25, 2010, Budapest, Hungary, 2010
I. Nagy, P. Bartal: Quasi-Subharmonics in PWM Inverters, Proc. of the 14th International Power Electronics and Motion Control Conference (EPE-PEMC), 6–8 September 2010, Ohrid, Macedonia, ISBN 978-1-4244-7854-5., 2010
B. Rakos: Coulomb-coupled, Protein-based Computing Arrays, Inter-Academia 2010, Riga, Latvia, August 9-12, 2010 (on press)., 2010
Janos Hamar, Peter Bartal and Daniel T. Sepsi: Energy-Efficient Electrical Power Distribution with Multi-Agent Control at Parallel DC/DC Converters, Special Journal Issue of International Conference on Electrical and Computer Engineering, ICECE 2011, Feb. 2011, Penang, Malaysia, Issue 74, pp. 351-357, 2011
J. Hamar, D. T. Sepsi, P. Bartal, H. Funato, Y. Nishida: Nonlinear, Distributed Control of Parallel DC-DC Converters under Faulty Conditions, IEE Japan National Convention 2011, Osaka, Japan, Mar. 2011, (accepted for publication), 2011
P. Bartal, J. Hamar, I. Nagy, H. Funato and Y. Nishida: Efficiency Improvement through Intelligent Multichannel Energy Conversion Stages with Load Detection, International Conference on Power Electronics, ICPE'2011 - ECCE Asia, May 30-June 3, 2011, Jeju, Korea (accepted for publication), 2011
I. Nagy, P. Stumpf, R. K. Jardan: Subharmonics Generated by Space Vector Modulation in Ultrahigh Speed Drives, IEEE Transactions on Industrial Electronics (accepted for publication with minor modifications), 2011
P. Stumpf, D. T. Sepsi, R. K. Jardan, I. Nagy: Space Vector Modulation Techniques Applied in Voltage Source Converters of Ultrahigh Speed Induction Machines, IEEE International Symposium on Industrial Electronics, Gdansk, Poland, 27-30, June, 2011, (accepted for publication), 2011



Back »