Исследование работы стратегий управления энергией, основанных на правилах в комбинированных энергоустановках

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования заключается в моделировании и исследовании работы стратегий управления потоками энергии, основанных на правилах, применительно для комбинированной электроэнергетической установки с аккумуляторной батареей и батареей топливных элементов. ЦЕЛЬ работы: рассмотреть проблемы повышения энергоэффективности, экономичности и долговечности источников в комбинированных энергоустановках при помощи стратегий управления, разработать имитационную модель гибридной системы двумя источниками энергии, провести расчёт модели управляемой четырьмя стратегиями основанных на правилах. РЕЗУЛЬТАТЫ. При решении поставленных задач были разработаны модели и алгоритмы в программном комплексе MatLab. В статье описана актуальность темы, рассмотрены стратегии управления потоками энергии и особенности их работы. Проведено моделирование работы гибридной энергоустановки с различными стратегиями управления, рассмотрена возможность обеспечить работу энергоустановки в заданном диапазоне нагрузки с требуемыми условиями. Представлены результаты моделирования работы в виде общей эффективности и экономичности работы гибридной энергоустановки с разными стратегиями управления. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Все исследованные стратегии обеспечивают работу энергоустановки во всём диапазоне нагрузки с высокой эффективностью. Наиболее эффективной стратегией является стратегия состояний, так как на представленном цикле нагрузки стратегия обеспечивает максимальный КПД 95,43%. Самой экономичной стратегией, при которой расход водорода и воздуха минимален (452,3 и 1076,5 л) – стратегия, основанная на алгоритмах нечёткой логики.

1. Paganelli G., Ercole G., Brahma A., et al. General supervisory control policy for the energy optimization of charge-sustaining hybrid electric vehicles // JSAE Review. 2001 Vol. 22, N4. pp 511-518.

2. Hu X., Han J., Tang X., et al. Powertrain Design and Control in Electrified Vehicles: A Critical Review // IEEE Transactions on Transportation Electrification. 2021. Vol. 7, N3. pp. 1990-2009.

3. Tran D., Vafaeipour M., El Baghdadi M., et al. Thorough state-of-the-art analysis of electric and hybrid vehicle powertrains: Topologies and integrated energy management strategies // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2020. Vol. 119, доступно по https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1364032119308044

4. Yao D., Lu X., Chao X., et al. Adaptive Equivalent Fuel Consumption Minimization Based Energy Management Strategy for Extended-Range Electric Vehicle // Sustainability. 2023. Vol. 15, N5, pp. 4607 –4625

5. Park J., Oh J., Park Y., et al. Optimal power distribution strategy for series-parallel hybrid electric vehicles. In: IEEE “2006 International Forum on Strategic Technology”; 18-20 Oct 2006. Ulsan, Korea (South). 2006. pp. 37–42. Доступно по https://ieeexplore.ieee.org/document/4107305. Ссылка активна на 1 июня 2025.

6. Hannan M., Azidin F., Mohamed A., Multi-sources model and control algorithm of an energy management system for light electric vehicles // Energy Conversion and Management. 2012. Vol. 62, pp. 123–130.

7. Kim M., Jung D., Min K., Hybrid thermostat strategy for enhancing fuel economy of series hybrid intracity bus // IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2014. Vol. 63, N 8. pp. 3569–3579.

8. Ke S., Xing H., Zhen C., et al. Research on energy management strategy of fuel-cell vehicles based on nonlinear model predictive control // International Journal of Hydrogen Energy. 2024. Vol. 50, Pt. B. pp 1604 – 1621.

9. Ahn K., Papalambros Y., Engine optimal operation lines for power-split hybrid electric vehicles // Proceedings of The Institution of Mechanical Engineers. 2009. Vol. 223, Pt. D. pp. 1149–1162.

10. Sun D., Lin X., Qin D., et al. Power-balancing instantaneous optimization energy management for a novel series-parallel hybrid electric bus // Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2012. Vol. 25. Pp. 1161–1170.

11. Hemi H., Ghouili J., Cheriti A. A real time energy management for electrical vehicle using combination of rule-based and ECMS. In: 2013 IEEE “Electrical Power & Energy Conference”; 21-23 Aug 2013; Halifax, NS, Canada; 2013. pp. 1–6. Доступно по https://ieeexplore.ieee.org/document/6802927. Ссылка активна на 1 июня 2025.

12. Song K., Li F., Hu X., et al. Multi-mode energy management strategy for fuel cell electric vehicles based on driving pattern identification using learning vector quantization neural network algorithm // Journal of Power Sources. 2018. Vol. 389, pp. 230–239.

13. Wang H., Chang C., Pan Z., et al. Optimization of energy management strategies for multi-mode hybrid electric vehicles driven by travelling road condition data // Scientific Reports. 2025. Vol. 15, доступно по https://www.researchgate.net/publication/390733685_Optimization_of_energy_management_strategies_for_multi-mode_hybrid_electric_vehicles_driven_by_travelling_road_condition_data

14. Kanouni B., Badoud A.E., Mekhilef S., et al. Advanced efficient energy management strategy based on state machine control for multi-sources PV-PEMFC-batteries system // Scientific Reports. 2024. Vol. 14, доступно по https://www.researchgate.net/publication/379602451_Advanced_efficient_energy_management_strategy_based_on_state_machine_control_for_multi-sources_PV-PEMFC-batteries_system

15. Chu K., Qi Z., Tong X., et al. A State Machine EMS Based on Equivalent Consumption Minimization for Hybrid Power System in UAVs. In: Qu Y., Gu M., Niu Y., editors. Proceedings of “3rd 2023 International Conference on Autonomous Unmanned Systems”; 27 April 2024; Springer, Singapore; 2024. vol 1176.

16. Shradhdha S., Sachin G., Bin X. Comparative analysis of hybrid vehicle energy management strategies with optimization of fuel economy and battery life // Energy. 2021. Vol. 228. pp 150–161. Доступно по https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-981-97-1099-7_15. Ссылка активна на 1 июня 2025.

17. Yang H., Sun Y., Xia C., et al. Research on Energy Management Strategy of Fuel Cell Electric Tractor Based on Multi-Algorithm Fusion and Optimization // Energies. 2022. Vol. 15, N 17. pp. 6389 –6404.

18. Maghfiroh H., Wahyunggoro O., Cahyadi A. Energy Management in Hybrid Electric and Hybrid Energy Storage System Vehicles: A Fuzzy Logic Controller Review // IEEE Access. 2024. Vol. 12. pp. 56097-56109.

19. Saied B., Abdelfatah N., Tedjini H., et al. Fuzzy logic-based Energy Management System (EMS) of hybrid power sources: Battery/Super capacitor for electric scooter supply // Journal of Engineering Research. 2024. Vol. 12. Pt. 1. pp. 148-159.