Metro Trains Equipped Onboard withSupercapacitors: a Control Technique forEnergy Saving

The paper deals with the use of onboard supercapacitors for metro trains. The practical utilization of supercapacitors requires suitable power converters for the regulation of power flows between the catenary and the electrical drives of the power-train. These converters operate in dc current and have to be bi-directional in order to allow the charge and discharge of supercapacitors. The mathematical model of the whole electrical drive has been developed and the main features of the control strategy have been presented. The control is capable of limiting the peak currents of the contact line and recovering partially the kinetic energy of the train during the braking periods. Simulations prove that the suggested control strategy is very effective for both purposes. Experimental tests made on a scaled prototype, representing the translating masses of a train, fully confirm the results of the simulations

DC Charging Station for Electric and Plug-in Vehicles

AbstractThis paper is focused on the evaluation of theoretical and experimental aspects related to the different operation modes of a laboratory power architecture, which realizes a micro grid for the charging of road electric and plug-in hybrid vehicles. The analyzed power configuration is based on a DC bus architecture, which presents the main advantage of an easy integration of renewable energy sources and buffered storage systems. A first phase of simulations is aimed to evaluate the main energy fluxes within the studied architecture and to identify the energy management strategies, which optimize simultaneously the power requirements from the main grid and charging times of different electric vehicles. A second phase is based on the experimental characterization of the analyzed power architecture, implementing the control strategies evaluated in the simulation environment, through a laboratory acquisition and control system. Then the experimental results coming from the laboratory prototype are compared with the simulation results, in order to achieve a better parameter setting of the simulation model for the analyzed structure. This preliminary analysis makes possible other simulations to be carried out on more complex architecture of micro-grids, taking into account the integration of renewable energy sources and high power buffer storage systems. Particular attention is also given to the analysis of ultra-fast charging operations and the related performance in terms of total efficiency, charging times, total power factor and power requirements from the main grid. This study represents a further step toward the new concept of smart grid scenario for electric vehicles

SISTEMA PER LA CARICA DI VEICOLI ELETTRICI

The present invention concerns a modular multilevel power converter architecture for DC ultra-fast charging station of road electric vehicles (EV) with the integration of distributed energy storage systems, which work as energy buffer between the grid and the electric vehicle in recharge. This topology is developed in order to reduce power requirements from the grid during the ultra-fast recharging phase. This is achieved by interfacing the main AC grid (low or medium voltage) and Electric vehicles by means N-sub-module. Each sub-module is composed by more independent cascade Ac/Dc and DC/DC power converters integrated on one single board. The choice of number converters to be implemented on single board depends on of electrical source and storage to be inter-connected. The control strategies are implemented on single board

Design of GEMSTAR tidal current fixed pitch rotor controlled through a Permanent Magnet Generator (PMG) de‐fluxing technique

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Sistema Accumulo innovativo

Attività - Studio delle strategie di controllo per la gestione di sistemi di accumulo a supercondensatori e criteri di dimensionamento. Stato dell’arte - Le tecniche di controllo degli azionamenti di trazione sono destinate ad assolvere due compiti di fondamentale importanza. Esse devono, innanzitutto, provvedere al governo della trazione, convertendo in opportuni segnali elettrici di comando del convertitore di potenza i comandi di accelerazione, decelerazione e frenata prodotti dal conducente. È, altresì, essenziale che tutte le operazioni siano eseguite in modo da assicurare il massimo rendimento di conversione energetica del veicolo e la maggior durata dei componenti e apparati elettrici, elettrochimici ed elettronici. Il funzionamento intrinseco dei convogli per il trasporto pubblico e privato prevede accelerazioni, fasi di mantenimento della velocità di crociera, frenature e periodi di sosta. Questo implica che i veicoli ad alimentazione elettrica assorbano dalla linea di contatto una corrente non costante. I maggiori assorbimenti si hanno durante le fasi di accelerazione, mentre si possono avere anche fasi di rigenerazione verso rete durante le fasi di frenatura. Questo si traduce nel fatto che la potenza assorbita dalla linea di contatto ha un valore quadratico medio notevolmente maggiore del valore medio, con conseguente incremento delle perdite per effetto Joule sulla rete e dei costi associati all’impegno di potenza. La rigenerazione in rete, inoltre, è strettamente subordinata alla richiesta di un picco di potenza da parte di un altro convoglio nello stesso intervallo di tempo. È stato ampiamente dimostrato nella letteratura tecnica che l’impiego dei supercondensatori a bordo dei veicoli permette di poter immagazzinare l’energia cinetica in fase di decelerazione del veicolo in tempi dell’ordine dei secondi con rendimenti di carica-scarica molto elevati (0.95 - 0.98 fino a metà della tensione nominale), quindi in grado di migliorare il rendimento del recupero di energia elettrica nonostante la capacità dei supercondensatori sia piuttosto limitata. Tale caratteristica dei supercondensatori è dovuta al processo di accumulo che avviene per natura prevalentemente elettrostatica e comporta quindi ridotte resistenze interne delle celle. Inoltre l’impiego a bordo di un sistema di accumulo con le suddette caratteristiche permette di limitare i picchi di assorbimento della corrente dalla linea di contatto utilizzando l’energia di frenatura durante le successive fasi di accelerazione, con conseguente riduzione delle perdite in linea ed in sottostazione oltre che una stabilizzazione del livello di tensione della catenaria. Tali vantaggi hanno impatto immediato in termini di riduzione dei costi economici di infrastruttura della rete di alimentazione e distribuzione dell’energia (dimensionamento della catenaria e delle sottostazioni, aumento delle distanze tra le sottostazioni), aumento delle prestazioni del servizio di trasporto in termini di incremento della velocità media commerciale ed impiego di maggiori veicoli sulle linee esistenti. Infine riduzione drastica del costo della potenza impegnata oltre che quella energetica. Le tecniche di controllo degli azionamenti di trazione devono, dunque, anche provvedere a una opportuna ripartizione degli assorbimenti e della restituzione di energia tra la rete e i supercondensatori. È, allora, necessario utilizzare sistemi integrati per il controllo coordinato dell’azionamento di trazione e dei dispositivi di elettronica di potenza, che presiedono agli scambi energetici tra il carico e le sorgenti di alimentazione. Un’appropriata strategia di controllo deve rendere il più possibile costante la corrente erogata dalla linea di contatto attraverso il supporto dei supercondensatori ed a ripristinare lo stato di carica di questi ultimi non appena la corrente richiesta è inferiore alla massima corrente di linea ritenuta accettabile. Un elemento di interesse per il controllo dei flussi di potenza dell’azionamento è il livello medio di carica dei supercondensatori per il ciclo di riferimento in funzione della velocità del convoglio. Minore infatti è l’energia immagazzinata nei supercondensatori ad elevata velocità, maggiori sono i margini per un recupero di energia in frenatura