ПОРІВНЯННЯ МЕТОДІВ КЕРУВАННЯ ДВОФАЗНИМ ДВОНАПРАВЛЕНИМ ПЕРЕТВОРЮВАЧЕМ ПОСТІЙНОЇ НАПРУГИ З ЧЕРГУВАННЯМ ФАЗ.

УДК:621.314.1:621.383.51

DOI:10.25140/2411-5363-2018-3(13)-196-208

Автор:

Тительмаєр Костянтин Олександрович , Чернігівський національний технологічний університет (вул. Шевченка, 95, м. Чернігів, 14027, Україна)

Хоменко Максим Анатолійович , Чернігівський національний технологічний університет (вул. Шевченка, 95, м. Чернігів, 14027, Україна)

Мова статті: українська

Анотація:

Актуальність теми дослідження. Останніми роками спостерігається різке збільшення використання поновлювальних джерел електроенергії. Основні топології перетворювачів добре розглянуті та досліджені. Проте мало уваги приділяється методам керування двонаправлених перетворювачів для малої потужності. Тому є потреба в аналізі та порівнянні методів керування неізольованих перетворювачів для подальшого виявлення і застосування найбільш оптимальних.

Постановка проблеми. У процесі розроблення портативних систем живлення на базі відновлювальних джерел, розробникам доводиться вирішувати завдання побудови високоефективних та швидкодійних систем керування.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. Були розглянуті останні публікації у відкритому доступі та в базі IEEE Xplore, які стосуються методів керування двонаправленими перетворювачами постійної напруги.

Виділення недосліджених частин загальної проблеми. Аналіз та вибір оптимального методу керування неізольованих двонаправлених перетворювачів.

Постановка завдання. Провести огляд та аналіз методів керування неізольованих двонаправлених перетворювачів постійної напруги.

Виклад основного матеріалу. Показана малосигнальна модель двофазного двонаправленого перетворювача та виведена динамічна модель його станів. Проведено огляд основних методів керування, а саме класичний метод із використання ПІД-регулятора та метод із передбаченням по моделі. Порівняно результати моделювання цих методів для двонаправленого перетворювача.

Висновки відповідно до статті. Результати порівняння показують, що метод передбачення по моделі показує кращі динамічні характеристики, однак вимагає більших затрат на розрахунки, що варто враховувати при проектуванні системи загалом.

Ключові слова:

dc-dc перетворювач; двонаправлений перетворювач; неізольований перетворювач; відновлювальні джерела електроенергії; методи керування.

Список використаних джерел:

  1. Renewables 2016 Global Status Report. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. – Paris, France, March 2016.
  2. Singer M. Consumer View on Plug-in Electric Vehicles – National Benchmark Report / M. Singer // National Renewable Energy Laboratory. – USA, January 2016.
  3. The Future of Solar Energy. Energy Initiative Massachusetts Institute of Technology, 2015.
  4. Chopra K. L. Thin Film Solar Cells (A Status Review) / K. L Chopra. // Laboratory for Thin Films and Photovoltaics, 2010.
  5. PWM Converter Power Density Barriers / Kolar J., Drofenik U., Biela J., Heldwein M., Ertl H., Friedli T., Round S. // IEEJ Transaction on Industry Applications. – May 2007. – Vol. 128. – No. 4. – Pp. 9-29.
  6. Kolar J. The deal switch is not enough / J. Kolar, D. Bortis, D. Neumayr // IEEE 28th International Symposium on Power Semiconductor Devices and ICs (ISPSD). – 2016. – Pp. 15-22.
  7. Performance trends and limitations of power electronics systems / Kolar J., Biela J., Waffler S., Friedli T., Badstuebner U. // In Proc. of the 6th  International Conference on Integrated Power Electronics Systems. – 2010. – 16-18 March. – Рp. 1-20.
  8. Measurement and Performance Factor Comparisons of Magnetic Materials at High Frequency / Hanson A. J., Belk J. A., Lim S., Sullivan C. R., Perreault D. J. // IEEE Trans. on Power Electronics. – Nov. 2016. – Vol. 31, No. 11. – Pp. 7909-7925.
  9. Sullivan C. R. Prospects for Advances in Power Magnetics / C. R. Sullivan // In Proc. of  the 9th IEEE International Conference on Intergrated Power Electronics  Systems (CIPS). – 2016. – Рp. 1-9.
  10. Wang H. Reliability of Capacitor for DC-Link Application in Power Electronics Converter – An Overview / Wang H., Blaabjerg F. // IEEE Trans. on Industry Application. – Sep. 2014. – Vol. 50, No. 5. – Pp. 3569-3578.
  11. A Review of Non-Isolated Bidirectional DC-DC Converters for Energy Storage Systems / Tytelmaier K., Husev O., Veligorskyi O., Yershov R.  // In Proc. of II International Young Scientists Forum on Applied Physics and Engineering (10-14 Oct.). – 2016. – Рp. 1-7.
  12. Dawood N. B. Review of Different DC to DC Converters Based for Renewable Energy Applications / N. B. Dawood // International Research Journal of Engineering and Technology. – May 2016. – Vol. 3, No. 3. – Рp. 46-50.
  13. Lidow A. GaN transistors – giving new life to Moore’s law / A. Lidow // In Proc. of IEEE 27th International Symposium on Power Semiconductor Devices & IC’s (ISPSD). – 2015. – Рp. 1-5.
  14. Si, SiC and GaN power devices: An unbiased view on key performance indicators / Deboy G., Treu M., Haeberlen O., Neumayr D. // In Proc.of IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) (3-7 Dec. 2016). – 2016. – Рp. 1-4.
  15. A 1 MHz Half-Bridge Resonant DC-DC Conveter Based on GaN FETs and Planar Magnetics / Guan Y., Wang Y., Xu D., Wang W. // IEEE Trans. on Power Electronics. – June 2016. – Vol. 32. – No. 4. – Pp. 2876-2891.
  16. TMS320x2802x, 2803x Piccolo High Resolution Pulse Width Modulator (HRPWM). Reference Guide – February 2009 – revised October 2011.
  17. Carpita M. Dynamic modeling of a bidirectional DC/DC interleaved converter working in discontinuous mode for stationary and traction supercapacitor application / Carpita M., De Vivo M., Gavin S. // International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM). – 2012. – Pр. 1306-1313.
  18. Bhardwaj M. Modeling Bi-Directional Buck/Boost Converter for Digital Control Using C2000 Microcontrollers, Applicationa report, SPRABX5 – January 2015.
  19. Small-signal analysis of multiphase interleaved boost converter with coupled inductors / Shin H.-B., Jang E.-S., Park J.-G., Lee H.-W., Lipo T. A. // IEE Proccedings Electric Power Applications. – 2005 – Vol. 152, No. 5. – P. 1161-1170.
  20. Dynamic Analysis of Interleaved Boost Converter for Fuel Cell Applications / Seyezhai R., Ganta M., Nirupa P., Akshitha T. // Journal of Engineering and Interdisciplinary. – 2015. – Vol. 2. – P. 1-9.
  21. Moon S.-H. Performance improvement of Bidirectional DC-DC Converter for Battery Cherger Using LCLC Filter / Moon S.-H., Jou S.-T., Lee K.-B. // Journal of Electrical Engineering and Technology. – 2015 – Vol. 10, No. 2. – P. 1-8.
  22. Controller Design for Interleaved Bidirectional DC-DC Converter with Coupled Inductors / Tytelmaier K., Husev O., Veligorskyi O., Khomenko M., Khomenko O. // IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). – 2017. – P. 1-6.
  23. Fuzzy model predictive control of dc-dc converters / Hazil O., Bououden S., Chadli M., Filali S. // In AETA 2013: Recent Advances in Electrical Engineering and Related Sciences. – 2014. – Рp. 423-432.
  24. Karamanakos P. Model predictive control of the interleaved DC-DC boost converter with coupled inductors / P. Karamanakos, T. Geyer, S. Manias // Power Electronics and Applications (EPE): 15th European Conference. – 2013. – Рp. 1–10.
  25. Modelling and model predictive control of a DC-DC Boost converter / S. Bououden, O. Hazil, S. Filali, M. Chadli // Sciences and Techniques of Automatic Control and Computer Engineering (STA). 15th International Conference. – 2014. – Рp. 643-648.
  26. Direct Model Predictive Control: A Review of Strategies That Achieve Long Prediction Intervals for Power Electronics / P. Karamanakos, T. Geyer, N. Oikonomou, F. D. Kieferndorf, S. Manias // IEEE Industrial Electronics Magazine. – 2014. – Vol. 8, Issue 1. – Рp. 32–43.
  27. Tarczewski T. Grzesiak “Constrained state feedback control of DC-DC power converter based on model predictive approach / T. Tarczewski, Ł. J. Niewiara, L. M. Grzesiak // Environmental Friendly Energies and Applications (EFEA). 4th International Symposium. – 2016. – Рp. 1-6.
  28. Pirooz A. Model predictive control of classic bidirectional DC-DC converter for battery applications / A. Pirooz; R. Noroozian // Power Electronics and Drive Systems Technologies Conference (PEDSTC). 2016 7th Conference. – 2016. – Рp. 517–522.

Завантажити