НЕЛІНІЙНЕ КЕРУВАННЯ СТРУМОМ ЛУЖНОГО ЕЛЕКТРОЛІЗЕРА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ВОДНЮ З УРАХУВАННЯМ ОБМЕЖЕННЯ НАПРУГИ ПЕРЕТВОРЮВАЧА

Антон Торопов; Лілія Торопова; Михайло Гайко

doi:10.20535/1813-5420.3.2026.364565

Т. · № 3 · 2026 жов 12, 2026 ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ В ЕНЕРГЕТИЦІ

НЕЛІНІЙНЕ КЕРУВАННЯ СТРУМОМ ЛУЖНОГО ЕЛЕКТРОЛІЗЕРА ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА ВОДНЮ З УРАХУВАННЯМ ОБМЕЖЕННЯ НАПРУГИ ПЕРЕТВОРЮВАЧА

АТ

Антон Торопов Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

ЛТ

Лілія Торопова Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

МГ

Михайло Гайко Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

Сторінки76-82 Опублікованожов 12, 2026 ЛіцензіяВідкритий доступ

PDF

ТОМ · № 3 · 2026 85 Переглянути випуск

Анотація

В даній роботі розглядається питання побудови регулятора струму в електролізері. Побудована нелінійна математична модель системи стабілізації струму з урахуванням обмеження потужності перетворювача, інерційності поляризаційної ЕРС та зміни провідності при нагріві електролізу. В результаті отримана математична модель у відхиленнях від робочих параметрах роботи електролізера у вигляді системи нелінійних диференційних рівнянь третього порядку. Далі для оптимізації роботи електролізера запропоновано використовувати регулятор, що забезпечує екстремізацію функціоналу якості за мінімумом динамічної похибки. Через наявність суттєвої лінійності типу «обмеження» була вирішена задача оптимального регулятора для різних областей фазового простору. Далі було «зшивання» отриманих рішень шляхом представлення варіацій параметрів лінійно – квадратичних регуляторів у вигляді нових змінних керування. Для цього було складене модифіковане рівняння Гамільтона – Якобі – Беллмана і вирішена задача оптимальної зміни параметрів регулятора струму. В результаті був отриманий нелінійний закон керування як функція змінних стану, що представляють собою відхилення від заданих значень параметрів електролізера. Переваги нелінійного регулятора були перевірені методом цифрового моделювання.

Ключові слова

#електролізер #стабілізація струму #лінійно – квадратичний регулятор #нелінійне керування #рівняння Гамільтона – Якобі - Беллмана

Посилання

Boychenko, S., Koshyl, P., Shkilniuk, I., Danilin, O., & Diedov, M. (2026). Ohliad tekhnolohii vyrobnytstva, transportuvannia, zberihannia ta statsionarnoho vykorystannia zelenoho vodniu. Stan i perspektyvy. Systemni doslidzhennia v enerhetytsi, 1(85), 33–51. https://doi.org/10.15407/srenergy2026.01.033
Christensen, A. H. D., Cantisani, N., You, S., & Jørgensen, J. B. (2025). Nonlinear model predictive control for dynamic operation of an alkaline electrolyzer. IFAC-PapersOnLine, 59(6), 433–438. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2025.07.184
Guilbert, D., & Vitale, G. (2019). Dynamic emulation of a PEM electrolyzer by time constant based exponential model. Energies, 12(4), Article 750. https://doi.org/10.3390/en12040750
Kudin, V., & Kolachny, I. (1998). Synthesis of suboptimal nonlinear regulator by immersion method. Journal of Electrical Engineering, 49(1–2), 11–15.
Nagpure, T., & Chen, Z. (2016). Control-oriented modeling of ionic polymer-metal composite enabled hydrogen gas production. International Journal of Hydrogen Energy, 41(16), 6619–6629. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.03.055
Niknezhadi, A., Allué-Fantova, M., Kunusch, C., & Ocampo-Martínez, C. (2011). Design and implementation of LQR/LQG strategies for oxygen stoichiometry control in PEM fuel cells based systems. Journal of Power Sources, 196(9), 4277–4282. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.11.059
Qi, R., Li, J., Lin, J., Song, Y., Wang, J., Cui, Q., Qiu, Y., Tang, M., & Wang, J. (2022). Design of the PID temperature controller for an alkaline electrolysis system with time delays. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.00801
Reimann, A., Kohlenbach, P., Röntzsch, L., & Schneider, C. (2025). Development and validation of a quasi-2D electrolysis stack model with a focus on dynamic thermal behavior. International Journal of Hydrogen Energy, 118, 457–471. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.03.225
Yang, J., Zhang, J., Liu, M., Sun, J., & Shangguan, Z. (2024). Dynamic simulation and performance analysis of alkaline water electrolyzers for renewable energy-powered hydrogen production. Energies, 17(19), Article 4915. https://doi.org/10.3390/en17194915

Ліцензія

CCBY 4.0

Creative Commons Із зазначенням авторства 4.0 Міжнародна

Ця робота має відкриту ліцензію: вільно поширюйте та адаптуйте її, посилаючись на авторів і журнал. Умови ліцензії ↗

Попередня у випуску ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ТЕСТУВАННЯ АЛГОРИТМУ КОМПЕНСАЦІЇ МЕРТВОГО ЧАСУ ІНВЕРТОРА НА ОСНОВІ GAN ТРАНЗИСТОРІВ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ Наступна у випуску ШВИДКОДІЮЧІ МІКРОДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ: АНАЛІТИЧНА МЕТОДИКА ВИБОРУ МАГНІТНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І КОНСТРУКЦІЇ ЯКОРЯ ЗА КРИТЕРІЄМ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СТАЛОЇ ЧАСУ

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДУ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ ТЕПЛОВОМУ АКУМУЛЯТОРІ З ОПТИМІЗОВАНИМ РОЗТАШУВАННЯМ ТА ОРЕБРЕННЯМ ТРУБ

Ірина Суходуб, Євген Лазарєв

Мета дослідження полягає у визначенні оптимального просторового розташування пучка теплообмінних труб у прямокутному домені горизонтального акумулятора прихованої…

#акумулятор прихованої теплоти #фазозмінний матеріал #пучок труб #оребрення

с. 54-64

10.20535/1813-5420.3.2026.366600

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ТЕСТУВАННЯ АЛГОРИТМУ КОМПЕНСАЦІЇ МЕРТВОГО ЧАСУ ІНВЕРТОРА НА ОСНОВІ GAN ТРАНЗИСТОРІВ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ

Сергій Ковбаса, Юрій Вербовий, Юрій Винничук

В статті представлено результати експериментального дослідження алгоритму компенсації мертвого часу, що базується на використанні інформації про миттєві напрями фазних…

#електропривод змінного струму #перетворювач частоти #автономний інвертор напруги #мертвий час

с. 65-75

10.20535/1813-5420.3.2026.367385

ШВИДКОДІЮЧІ МІКРОДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ: АНАЛІТИЧНА МЕТОДИКА ВИБОРУ МАГНІТНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І КОНСТРУКЦІЇ ЯКОРЯ ЗА КРИТЕРІЄМ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СТАЛОЇ ЧАСУ

Михайло Коваленко, Віктор Гребєнніков, Андрій Стулішенко, Євген Ігнатюк

В даному дослідженні побудовано замкнену, розмірно узгоджену в СІ аналітичну методику оцінки та мінімізації електромеханічної сталої часу виконавчих мікродвигунів…

#мікродвигун постійного струму #електромеханічна стала часу #швидкодія #магнітне навантаження

с. 83-88

10.20535/1813-5420.3.2026.369073

[1] Boychenko, S., Koshyl, P., Shkilniuk, I., Danilin, O., & Diedov, M. (2026). Ohliad tekhnolohii vyrobnytstva, transportuvannia, zberihannia ta statsionarnoho vykorystannia zelenoho vodniu. Stan i perspektyvy. Systemni doslidzhennia v enerhetytsi, 1(85), 33–51. https://doi.org/10.15407/srenergy2026.01.033

[2] Christensen, A. H. D., Cantisani, N., You, S., & Jørgensen, J. B. (2025). Nonlinear model predictive control for dynamic operation of an alkaline electrolyzer. IFAC-PapersOnLine, 59(6), 433–438. https://doi.org/10.1016/j.ifacol.2025.07.184

[3] Guilbert, D., & Vitale, G. (2019). Dynamic emulation of a PEM electrolyzer by time constant based exponential model. Energies, 12(4), Article 750. https://doi.org/10.3390/en12040750

[4] Kudin, V., & Kolachny, I. (1998). Synthesis of suboptimal nonlinear regulator by immersion method. Journal of Electrical Engineering, 49(1–2), 11–15.

[5] Nagpure, T., & Chen, Z. (2016). Control-oriented modeling of ionic polymer-metal composite enabled hydrogen gas production. International Journal of Hydrogen Energy, 41(16), 6619–6629. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.03.055

[6] Niknezhadi, A., Allué-Fantova, M., Kunusch, C., & Ocampo-Martínez, C. (2011). Design and implementation of LQR/LQG strategies for oxygen stoichiometry control in PEM fuel cells based systems. Journal of Power Sources, 196(9), 4277–4282. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.11.059

[7] Qi, R., Li, J., Lin, J., Song, Y., Wang, J., Cui, Q., Qiu, Y., Tang, M., & Wang, J. (2022). Design of the PID temperature controller for an alkaline electrolysis system with time delays. arXiv. https://doi.org/10.48550/arXiv.2210.00801

[8] Reimann, A., Kohlenbach, P., Röntzsch, L., & Schneider, C. (2025). Development and validation of a quasi-2D electrolysis stack model with a focus on dynamic thermal behavior. International Journal of Hydrogen Energy, 118, 457–471. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.03.225

[9] Yang, J., Zhang, J., Liu, M., Sun, J., & Shangguan, Z. (2024). Dynamic simulation and performance analysis of alkaline water electrolyzers for renewable energy-powered hydrogen production. Energies, 17(19), Article 4915. https://doi.org/10.3390/en17194915