Zeitgestaffeltes prognosebasiertes Steuerungskonzept für ein Multispeicher-Hybridsystem
Final Report Abstract
Folgende wissenschaftliche Fortschritte konnten in diesem Projekt erzielt werden: • Zeitgestaffeltes Modell und Prognoseverfahren für Photovoltaik-Zeitreihen • Trendmodell (Jahresgangmodell, Sonnenauf- und -Untergang, Clearness-Index, Tagesgangmodell, Klassifikation des Tages-/Wettertyps) • Untersuchung unterschiedlicher Verfahren zur Zeitreihenfilterung (Implementierung und Untersuchung der stationären Wavel et-Transformation zur verschiebungs invarianten Filterung bei minimaler Phasenverschiebung) • Erarbeitung unterschiedlicher Ansätze für die Modellierung und Prognose transienter und periodischer Anteile im DSI F-Signal (Schätzung dominanter Frequenzen (Wolkenbewegung), Implementierung und Testung von: harmonischem, logistischem, exponentiellen und Persistence Modellansatz sowie von Kopplungen) • Erarbeitung und Untersuchung unterschiedlicher Ansätze für die Modellierung der stochastischen DS2-Restkomponente (AR, ARMA, GARCH mit und Differenzen- bzw. Quotientenfilter etc.) • Erarbeitungeines prototypgestützten Klassifikationsmodells und Prognoseverfahren für Verbraucherlastzeitreihen (Clusterverfahren zur automatischen Gruppierung der Tageslastgänge in ähnliche Typen, Interpretation der Typen) • Untersuchung von Methoden zur Mustererkennung in Energiezeitreihen und zur automatischen Segmentierung (Weiterführung im Rahmen eines geplanten DFG-Folgeprojekts) • Nutzung der Zeitreihenmodelle, Prognose- und Klassifikationsergebnisse fur die optimierende und prädiktive Betriebsführung eines Multispeicher-Hybridsystems • Experimentelle Untersuchung und Modellierung der Einzelkomponenten Brennstoffzelle, WassCTStoff-Metal Ihydridspe icher, Batterien und Supercap-Einheit • Experimentelle und theoretische Untersuchung sowie Simulation unterschiedlicher Topologien von Multispeicher-Hybridsystemen • Ableitung sinnvoller Hybridstrukturen (mit Relevanz für stationäre und mobile/portable Anwendungen) Die erarbeiteten Verfahren und Untersuchungsergebnisse, insbesondere im Bezug auf das Multispeicher- Hybridsystem, zeichnen sich durch ein hohes Anwendungspotenzial im Bereich stationärer und mobiler Hybridstromversorgungen aus. Folgende Aspekte sind dabei besonders innovativ: • Erhöhung der Gesamteffizienz des Hybridsystems durch angepassten Betrieb in Arbeitsbereichen maximaler Wirkungsgrade (Brennstoffzelle) und die Reduzierung dynamischer Veriuste • Erhöhung der Lebensdauer der Einzelkomponenten (insbesondere der Brennstoffzelle aber auch der Batterie) durch Betrieb in optimalen Arbeitspunkten und dynamische Entlastung • Nutzung der Ergebnisse der Zeitreihenprognose zur Ableitung optimaler B etri ebs führungsstrategien (im Bezug auf Effizienz und Lebensdauer) und zur prädiktiven Regelung (z.B. des Batterieladezu Stands) "Überraschungen" im Projektverlauf und bei den Ergebnissen: • Überraschend war es, wie viel Aufwand getrieben werden müsste, um das triviale Persistence- Vorhersagemodell (letzter Messwert = zukünftige Werte) bei der Prognose der Solarstrahlung zu überbieten und zwar im Mittel über alle 365 Tage des Jahres! • Weiterhin überraschte das Potential der Verbesserung des Wirkungsgrads und auch der Reduzierung der Investitionskosten (!), welche über das Multispeicher-Hybridkonzept realisierbar sind (s. [Boc07_2] - Beispiel ftir Brennstoffzelle-Batterie Hybridstromversorgung)
Publications
- Bocklisch, Th.: Bard, J. et al: "Modelling, Simulation and Optimization of a 2.5kW PEM-Fuel Cell System", Conference on Power Conversion and Intelligent Motion - PCIM. Nuernberg. 2005
- Bocklisch, Th.: Graube, L.: Hofmann. W.: "Modular DC/DC-converter concept for a multi-storage hybridsystem". Conference on Power Conversion and Intelligent Motion - PCIM. Nuernberg, 2006
- Bocklisch, Th.: Trompke.W.-J. et al: ''Efficiency and lifetime optimising energy management for mobile and portable fuel cell battery hybrid systems", Conference on Power Conversion and Intelligent Motion - PCIM. Nuernberg, 2008
- Bocklisch, Th.; Hofmann, W.: "Optimal and predictive energy managament of photovoltaic-fuel cell hybrid systems with short-time energy storage". Conference on Power Conversion and Intelligent Motion - PCIM. Nuernberg, 2007
- Bocklisch, Th.; Schmid, J. et al: "Predictive and optimizing energy management of photovoltaic fuel cell hybrid systems with short-time energy storage", 4th European Conference on PV-hybrid systems and Minigrids, Athens, 2008
- Bocklisch, Th.; Trompke,W.-J. etal: "Optimal design of fuel cell-battery hybrid power supplies for mobile transport platform applications". Conference on Power Conversion and Intelligent Motion- PCIM, Nuernberg, 2007
- Sickel.R.: Bocklisch,Th.: Mehlich.H.; Bodach.M.; Lutz.J.: "Modular Converter for Fuel Cell Systems with Buffer Storage". 11 th European Conference on Power Electronics and Applications - EPE, Dresden, 2005
