توپولوژی بهینه شده مبدل های بوست سه فاز سری تشدیدی DC-DC با استفاده از کنترل فرکانس متغیر

Improved topology of three-phase series resonant DC-DC boost converter with variable frequency control

خلاصه

1- مقدمه

2- توپولوژی و مشخصات مبدل پیشنهادی

2.1- پیکربندی مدار مبدل پیشنهادی

2.2- مشخصات مدار

3- قواعد عملکرد

3.1- حالت 1 t0<t<t1

3.2- حالت 2 (t1<t<t2)

3.3- حالت 3 (t2<t<t3)

3.4- حالت 4 (t3<t<t4)

3.5- حالت 4 (t4<t<t5)

3.6- حالت 6 (t5<t<t6)

3.7 – حالت 7 (t6<t<t7)

4 – پارامترهای مدار

5- نتایج تجربی

6- نتیجه گیری

منابع

چکیده

این مقاله ، یک مکان یابی بهبود یافته برای مبدلهای بوست سه فاز سری تشدیدی DC-DC  را با استفاده از کنترل فرکانس متغیر ارایه میدهد. ولتاژ DC خروجی را میتوان در یک مقدار ثابت ،در شرایط بدون بار تا بار کامل با تنظیم فرکانس سویچینگ، به طور مناسبی تنظیم کرد. این امر با تزویج سه مدار تشدید سری به مبدل سه فاز قابل انجام است. از اندوکتانس نشتی و متقابل درترانسفورماتور افزاینده نیز در مدار تشدید سری استفاده شده است. بنابراین، مبدل ارایه شده، در مقایسه با مبدلهای LLC معمول، به ترانسفورمرها، قطعات پسیو و تجهیزات سویچینگ احتیاج کمتری دارد. همچنین، این مبدلها بازدهی بالاتر و سایز کوچکتری دارند. جهت اطمینان از ولتاژ صفر سویچینگ(ZVS)   برای تمامی سوییچها در دامنه فرکانس عملیاتی ، مبدلهای SRC  معرفی شده ، از اندوکتانس القایی استفاده مینمایند. کنترلر فرکانس به کار رفته میزان قابل قبولی از پایداری در شرایط بارگذاری را نشان میدهد. با تغییر فرکانس سویچیینگ و بدون توجه به تغییرات بار، نسبت ولتاژ خروجی به ورودی به طور ثابت به نسبت 6:1 باقی مانده است. یافته های تئوری در یک مدل آزمایشگاهی سایز کوچکتر و توان پایین، به طور عملی تایید شده اند. با استفاده از نتایج به دست آمده، عملکرد مبدل ارایه شده( بر اساس مقدار بازدهی آن) تایید شده است.

1- مقدمه

نیاز به انرژیهای پاک در سیستمهای قدرت، با افزایش موارد مصرف صنعتی از قبیل، شبکه های انتقال هوشمند، خودروهای برقی و سیستمهای انرژیهای تجدید پذیر همراه شده است که این امر منجر به تقاضای روزافزون مبدلهای تشدیدی DC/DC  شده است. این مبدلهای تشدید در فرکانسهای عملیاتی بالا دارای مزایایی از قبیل سویچینگ نرم، شکل موجهای هموار و بازدهی بالا هستند[1,3]. مزیت بدون چون و چرای سویچینگ نرم این امکان را به مبدل می دهد که حتی در هنگام کار در فرکانسهای بالای سویچینگ تلفات کاهش یابد. [4,6] طبقه بندی رفتار مبدلهای تشدیدی به عوامل مختلفی از قبیل روشهای سویچینگ ، ضریب فرکانس و حالت عملیاتی بستگی دارد. یک مبدل در صورتیکه بتواند به فرکانس سویچینگی بیشتر از فرکانس تشدید برسد، میتواند به مرحله جابه جا گری ZVS برای تمامی سویچها برسد[7]. به بیان دیگر، فرکانس تشدید بالاتر از فرکانس سویچینگ میتواند به سویچینگ جریان صفر(ZVC) منجر شود[8,9]. مبدلهای تشدید سری (ZRC) به دلیل سهولت استفاده موارد مصرف بسیاری دارند[10,11].

6- نتیجه گیری

در این مطالعه ، مخازن تشدید سری سه فاز SRC با کنترل فرکانس متغیر پیشنهاد شده بودند. این مبدل مفهومی، دربرگیرنده ویژگیهای مشخصی به شرح زیر می باشد: (a) در مقایسه با مبدل تشدید سه فاز LLC درهم تنیده ، این مدل پیشنهادی تعداد کمتری سوییچ استفاده می نمود. این امر کاهش محسوسی در کاهش وزن، قیمت پایینتر و مدار ساده تر خواهد داشت. (b) القا کنایی مغاطیسی ترانسفورماتور دامنه وسیعی از ZVS فراهم نموده و که در آن ZVS می تواند در کل دامنه عملیاتی فرکانس و هر سوییچ می تواند بوسیله مدل پیشنهادی قابل دستیابی می باشد. (C) ولتاژ خروجی مبدل پیشنهادی، شش برابر ولتاژ خروجی می باشد. این نشان دهنده مناسب بودن این مبدل برای استفاده در موارد مصرفی با ولتاژ بالا می باشد. (d) با استفاده از مبدل پیشنهادی، می تواند از کنترل فرکانس سویچینگ استفاده و تغییرات گسترده بار را حفظ نمود. از آنجایی که این مدل پیشنهادی تکیه زیادی بر روی فرکانس سویچینگ تشدید ندارد، میتوان دید که ضریب بار، به طور جدی بر روی بهره تاثیر نمیگذارد.

Abstract

This paper proposes an improved topology of the three-phase series resonant DC-DC Boost converter with variable frequency control. The DC output voltage can be properly regulated at a constant value from no-load condition to full-load condition by adjusting the switching frequency. This is feasible with the three series resonant circuits coupled to the three-phase inverter. The leakage and mutual inductances of the step-up transformer are used implicitly in the series resonant circuits. Therefore, the proposed converter, when matched to the traditional three-phase inter-leaved LLC converters, requires fewer transformers, passive components, and switching devices. Furthermore, it offers better efficiency and size reduction. The proposed SRC converter also relies on the transformer’s magnetizing inductance to ensure zero voltage switching (ZVS) for all the switches within the considered range of the operating frequency. The deployed variable frequency controller shows a good level of stability at the considered loading conditions. The output voltage-to-input voltage ratio is steadily regulated at 6:1, irrespective of the load variation, by varying the switching frequency. The experimental validation of the theoretical findings proceeded on a low power scaled-down laboratory prototype. From the achieved results, the performance of the proposed converter (in terms of its effectiveness) was validated.

1. Introduction

The recent drive for clean energy in power systems, coupled with the increasing industrial applications, such as in smartgrids, electric vehicles, and renewable energy systems, has led to a substantial interest in DC/DC resonant converters. These resonant converters have the advantages of high-frequency operations with soft switching, smooth waveforms, highpower density, and high-efficiency [1–3]. The soft switching merit undoubtedly allows the converter to experience reduced switching losses, even when operating at a high switching frequency [4–6]. The classification of the behavior of resonant converters might depend on many variables, such as their switching technique, frequency ratio, and mode of operation. A converter can achieve ZVS commutation for all switches if it achieves a higher switching frequency than the resonant frequency [7]. Alternatively, a higher resonant frequency than the switching frequency results in zero current switching (ZCS) [8,9]. Series resonant converters (SRC) are popular for many applications due to their simplicity [10,11].

6. Conclusion

In this study, a three-phase series resonant tanks SRC with variable frequency control was proposed. This conceptualized converter contains certain attributes, as follows: (a) in comparison to the three-phase interleaved LLC resonant converter, the suggested converter might decrease how many power switches. are needed. This would have a major influence, enabling weight reduction, lower cost, and a simpler circuit. (b) The utilized transformers’ magnetizing inductance provide a broad ZVS range, within which the ZVS for the entire operating range of frequency and for every switch could be achieved by the suggested converter. (c) The suggested converter’s output voltage is a six-fold increase over the input voltage. This indicates the suitability of the suggested converter for applications of high voltage. (d) With the suggested converter, variable switching frequency control was utilized and a wide load variation was maintained. This give confirmation that the load factor does not strictly affect any gain, since there is heavy reliance on the ratio of switching to resonant frequency.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

توپولوژی بهینه شده مبدل های بوست سه فاز سری تشدیدی DC-DC با استفاده از کنترل فرکانس متغیر

Improved topology of three-phase series resonant DC-DC boost converter with variable frequency control

یک شیر شنت HVDC بر اساس مبدل DC-DC مدولار ترکیبی یک طرفه با شارژ همزمان و تخلیه خازنی متوالی

A HVDC shunt tap based on unidirectional hybrid modular DC–DC converter with simultaneous charging and sequential discharging of capacitors

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

یک شیر شنت HVDC بر اساس مبدل DC-DC مدولار ترکیبی یک طرفه با شارژ همزمان و تخلیه خازنی متوالی

A HVDC shunt tap based on unidirectional hybrid modular DC–DC converter with simultaneous charging and sequential discharging of capacitors

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

یک سیستم موتور مبدل-معکوس‌کننده جریان مستقیم باک-بوست DC/DC : کنترل مبتنی بر انفعال بدون حسگر

A DC/DC Buck-Boost Converter–Inverter–DC Motor System: Sensorless Passivity-Based Control

چکیده

1. مقدمه

2. سیستم موتور مبدل-معکوس‌کننده جریان مستقیم باک-بوست DC/DC

A. شرح سیستم

B. مدل میانی

3. طراحی کنترل منفعل

4. متغیر های مرجع

5. نمونه اولیه ساخته شده و نتایج آزمایشگاهی

A. نمونه اولیه ساخته‌شده

B. نتایج آزمایشگاهی

C. نظرات کلی در مورد نتایج آزمایشگاهی

6. نتیجه‌گیری

چکیده

این مقاله یک کنترل مبتنی بر انفعال را برای سیستم موتور مبدل-معکوس‌کننده جریان مستقیم باک-بوست DC/DC، ارائه می دهد. چنین کنترلی از ساختار انرژی هم پیوند با دینامیک خطای سیستم استفاده می کندو بهره‌مند می شود. این بمنظور پیگیری یا ردیابی مسیر برای هردویه مبدل ولتاژ و سرعت زاویه‌ای دو طرفه موتور، بدون استفاده از حسگر های الکترومکانیکی می باشد. اثبات و اعتبارسنجی آزمایشگاهی موفقیت آمیز کنترل پیشنهاد شده در یک نمونه اولیه سیستم با استفاده از سیمولینک نرم افزار متلب و یک برد DS1104 انجام شد.

 مقدمه

مواردی که از استفاده‌ی مبدل های توان سود می برند در ماشین ها [1]، ربات ها [2]، ماشین های برقی [4] و هواپیما ها و … یافت می شوند. در چنین مواردی، بطور کلی، عملکرد صحیح آنها شامل حرکات با دقت بالا می شود. این حرکات از طریق اتصال مبدل های الکترونیکی توان و موتور ها که هر دو با استراتژی های کنترل فرمان می دهند، انجام می شوند.

نتیجه‌گیری

یک کنترل ردیابی مبتنی بر انفعال، که بکارگیری آزمایشگاهی آن فقط نیازمند اندازه‌گیری های الکتریکی می باشد، برای سیستم موتور مبدل-معکوس‌کننده جریان مستقیم باک-بوست DC/DC در اینجا ارائه شد. این سیستم کنترل اجازه بکار انداختن سرعت زاویه‌ای دو طرفه را می دهد.

کنترل پیشنهادی مبتنی بر ETEDPOF بصورت آزمایشگاهی با استفاده از سیمولینک نرم افزار متلب و برد DS1104 در نمونه اولیه ساخته شده  و دستیابی به نتایج رضایت بخش در ولتاژ و ردیابی سرعت زاویه‌ای، بکار گرفته شد.

بر اساس نتایج آزمایشگاهی یا تجربی، بخصوص نتایج ارائه شده در شکل 8، طراحی کنترل های قوی و همچنین یک برنامه در رباتیک موبایل (مراجع [2]، [3] و [33] را مشاهده کنید) به عنوان کار های آینده در نظر گرفته می شوند.

Abstract

This paper presents a passivity-based control for the DC/DC Buck-Boost converter-inverter-DC motor system. Such control exploits the energy structure associated with the system error dynamics. This in order to solve the trajectory tracking task for both the converter voltage and motor bidirectional angular velocity, without using electromechanical sensors. The successful experimental validation of the proposed control is performed in a built prototype of the system, using Matlab-Simulink and a DS1104 board.

INTRODUCTION

Applications that have been profited from using electronic power converters can be found in mechanisms [1], robotics [2], [3], electric cars [4], and airplanes [5], among others. In such applications, in general, their correct operation involves high precision movements. These movements are accomplished through the connection of power electronics converters and motors both commanded with control strategies.

CONCLUSIONS

A passivity-based tracking control, whose experimental implementation only requires electrical measurements, for the DC/DC Buck-Boost converter–inverter–DC motor system was herein presented. This control system allows the driving of bidirectional angular velocities.

The proposed control based on the ETEDPOF was experimentally implemented using Matlab-Simulink and the DS1104 board in a built prototype, achieving satisfactory results in voltage and angular velocity tracking.

Motivated by the experimental results, particularly those in Fig. 8, the design of robust controls as well as an application in mobile robotics (see [2], [3], and [33]) are considered as future work.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

یک سیستم موتور مبدل-معکوس‌کننده جریان مستقیم باک-بوست DC/DC : کنترل مبتنی بر انفعال بدون حسگر

A DC/DC Buck-Boost Converter–Inverter–DC Motor System: Sensorless Passivity-Based Control

مبدل DC-DC خودسازگار بر اساس عامل برای کنترل سیستم انرژی ترکیبی

Agent-Based Self-Adaptive DC-DC Converter for Hybrid Energetic System Control

چکیده

1- مقدمه

2- مدیریت توزیع انرژی در سیستم HES توسط روش MAS

3- نتایج و بحث

4- نتیجه گیری

منابع

چکیده

به طور کلی تولید منابع انرژی تجدیدپذیر به تغییرات شرایط آب و هوایی وابسته است و ارتباطی با تقاضای بار ندارد؛ در نتیجه آن ها به عنوان مولدهای (ژنراتورهای) غیرفعال (پسیو) رفتار می کنند. الکترونیک قدرت نقش مهمی در غلبه بر این محدودیت ها ایفا می کند. در این مقاله یک سیستم DC تولید انرژی ترکیبی شامل انرژی بادی/ فتوولتاییک (PV)/ هیدروژن/ باتری مورد مطالعه قرار گرفته است تا نقش الکترونیک قدرت در ساخت مولدهای اکتیو منابع انرژی تجدید پذیر مشخص گردد. همچنین مدیریت توزیع انرژی به منظور تعامل با عملکرد همزمان عناصر مختلف سیستم ترکیبی پیشنهاد داده شده است. علاوه بر این، این مقاله مبدل های DC-DC خود تطبیقی را پیشنهاد می دهد که توسط سیستم چند عاملی (MAS) کنترل می شوند. نتایج شبیه سازی با استفاده از شبیه سازی سیمولینک متلب به دست آمده است. روش کنترل توزیع شده با استفاده از سیستم چند عاملی توسط توسعه عامل ها تحت پلتفورم Jade انجام می شود. در عین حال میان افزار ارتباطی بین پلتفورم Jade و سیمولینک توسط MacsimJX ایجاد می شود. در نهایت عملکرد روش کنترل پیشنهادی مورد تایید قرار گرفته است.

4- نتیجه گیری

این مقاله نقش مهم الکترونیک قدرت در توسعه منابع انرژی تجدید پذیر و ادغام گسترده آن ها را نشان داده است. همچنین نشان داده شده است که چگونه الکترونیک قدرت می تواند منابع انرژی تجدید پذیر را از مولدهای پسیو به مولدهای اکتیو تبدیل کند و در نتیجه آن ها دیگر از شرایط متغیر آب و هوایی تبعیت نمی کنند و به میزان تقاضای بار در سیستم HES بستگی دارند که به دلیل سیستم ذخیره سازی و مولد توزیع است که از کنترل انتقال انرژی تبعیت می کنند. یک سیستم ذخیره سازی ترکیبی در این مقاله نشان داده شده است و یک سیستم ذخیره سازی الکترومکانیکی نیز توسط باتری و ذخیره سازی هیدروژن نشان داده شده است. روش کنترل توزیع ولتاژ باس DC در این مقاله به منظور غلبه بر محدودیت های روش های فعلی که به روش کنترل Master-Slave وابسته هستند پیشنهاد داده شده است. علاوه بر این، کنترل توزیع شده توسط سیستم MAS در این مقاله مطالعه شده است و در نتیجه کنترل خود تطبیقی الکترونیک قدرت معرفی شده است. همچنین متلب/ سیمولینک و JADE نیز پیشنهاد داده شده اند که سبب تسهیل پیاده سازی سیستم می شوند و مدل سازی سیستم HES فیزیکی در سیمولینک را امکان پذیر می سازند و عامل های کنترل در JADE برنامه نویسی می شوند.

Abstract

Abstract The renewable energy resources production is entirely correlated to the fluctuant climate conditions and does not depend on the load requirement, therefore they behave as passive generators. The power electronics play a significant role to overcome these constraints. A DC coupled wind/pv/hydrogen/battery hybrid energy system is studied to show the role of power electronics in building actives RES generators. A distributed energy management is proposed to deal with the simultaneous operations of different hybrid system components. Furthermore, this paper proposes a self-adaptive DC-DC converters control by multi agent system. The simulation results are given by Matlab Simulink. The distributed control using multi agent system is performed by developing agent under Jade platform. While the communication middleware between Jade and Simulink is carried out by MacsimJX. Finally, the performance of the proposed control has been justified.

IV- CONCLUSION

This paper has shown the significant role that plays the power electronics in the RES development and intensive integration. It is shown how the power electronics can turns the RES from passive to active generators and therefore they will no more follow the meteorological conditions and depend on the load demand in a HES thanks to the storage system and DG following an energy flow control. A hybrid storage system was presented in this paper, an electrochemical storage system is introduced by the battery and hydrogen storage is given by the FC-electrolyser conversion. A DC bus voltage distributed control was proposed in this paper to overcome the limitations of existing methods which depends on master-slave control method. Furthermore, a distributed control by MAS was studied in this paper and therefore a self-adaptive power electronic control is introduced. Finally a framework for cosimulation Matlab/Simulink and JADE was also proposed which has facilitated the implementation of the system, and enabled the physical HES modeling in Simulink and control agents are programmed in JADE.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مبدل DC-DC خودسازگار بر اساس عامل برای کنترل سیستم انرژی ترکیبی

Agent-Based Self-Adaptive DC-DC Converter for Hybrid Energetic System Control

مبدل DC-DC فوق افزاینده‌ ZVT با یک سلول اسنابر غیرفعال جدید

ZVT high step-up DC/DC converter with a novel passive snubber cell

چکیده

1- مقدمه

2- اصول عملیات و سلول اسنابر پیشنهادی

3- ملاحظات طراحی خازن اسنابر

4- اعتبارسنجی آزمایش

5- تحلیل تلفات

6- نتیجه‌گیری

چکیده

در این پژوهش، یک مبدل DC-DC فوق افزاینده‌‌ی گذار ولتاژ صفر ارائه شده است. بازد‌ه‌ی تبدیل و چگالی انرژی با استفاده کردن از یک سلول اسنابر غیرفعال جدید که شامل دو دیود و یک خازن اسنابر می‌باشد، به‌طور قابل‌توجهی بهبود پیدا کرده است. همچنین در مبدل بر روی کلیدها و دیودها، نرخ تبدیل با ولتاژ بالا و تنش با ولتاژ پایین فراهم شده است که این عامل برای بعضی از کاربردهای صنعتی ویژه مانند ماشین برقی، سیستم منبع تغذیه‌ی بدون وقفه یا سیستم تولید انرژی نور ولتایی مناسب می‌باشد. توپولوژی، اصول عملیات و مشخصه‌های عملکردی به‌صورت جزئی مورد تحلیل قرار گرفته است. علاوه بر این، یک نمونه‌ی آزمایشگاهی با توان حداکثری 800 W جهت تأیید اثربخشی تحلیل نظری توسعه داده شده است و کارایی 2/96% به‌دست آمده است.

1- مقدمه

در حال حاضر، از مبدل‌های DC-DC فوق افزاینده‌‌ به‌صورت گسترده در بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده می‌شود که بعضی از این صنایع نیازمند مبدلی هستند که دارای توانایی بازده‌ی تبدیل بالا و چگالی انرژی زیاد باشد ]1-5[. همچنین، مبدل‌های کلیدزنی سخت مرسوم، توانایی دستیابی به چگالی انرژی بالا و بازده‌ی تبدیل زیاد در سطح انرژی بالا را به‌دلیل تلفات سوئیچینگ زیاد و جاذب گرمای سنگین دارا نمی‌باشند ]6[.

6- نتیجه‌گیری

در این تحقیق، یک مبدل جدید DC-DC فوق افزاینده‌ ZVT ارائه شده است. اصول عملیات و مشخصه‌های عملکردی به‌صورت جزئی مورد تحلیل قرار گرفته است. علاوه بر این، نتایج آزمایشگاهی برای دو نمونه‌ی توان 800 W نشان می‌دهد که: (1) کارایی مبدل می‌تواند با استفاده از سلول اسنابر غیرفعال پیشنهادی به‌طور قابل‌توجهی بهبود پیدا کند؛ (2) فرکانس سوئیچینگ می‌تواند بیشتر شود و سپس اندازه‌ی مؤلفه‌های غیرفعال می‌تواند کاهش پیدا کند؛ بنابراین، چگالی انرژی مبدل می‌تواند افزایش پیدا کند؛ (3) مدار کمکی بسیار ساده است و شامل هیچگونه سوئیچ فعالی نمی‌باشد.

Abstract

A zero voltage turn-off high step-up DC/DC converter is presented. The conversion efficiency and power density are improved significantly by using a novel passive snubber cell, which only consists of two diodes and a snubber capacitor. The converter also provides high-voltage conversion ratio as well as low-voltage stress on switches and diodes, which make it suitable for some special industrial applications as electric-vehicle, uninterruptible power supply system or photovoltaic power generation system. The topology, operation principles and performance characteristics are analysed in detail. Moreover, a maximum 800 W experimental prototype has been developed to validate the effectiveness of the theoretical analysis, and 96.2% efficiency has been achieved.

1 Introduction

Currently, high step-up DC/DC converters are widely used in many industrial applications, and some of them also require the converter has abilities of high conversion efficiency and high-power density [1–5]. However, the traditional hard-switched converters are not capable to achieve high-power density and high conversion efficiency at high-power level due to larger switching losses and heavy heat sink [6].

6 Conclusion

A novel ZVT high step-up DC/DC converter is proposed in this paper. The operation principles and performance characteristics are analysed in detail. In addition, the experimental results from two 800 W prototypes shows that: (i) conversion efficiency could be significantly improved by the proposed passive snubber cell; (ii) the switching frequency could be increased, and then the size of the passive components can be reduced, so the power density of the converter can be improved; (iii) the auxiliary circuit is very simple and does not contain any active switch.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مبدل DC-DC فوق افزاینده‌ ZVT با یک سلول اسنابر غیرفعال جدید

ZVT high step-up DC/DC converter with a novel passive snubber cell

استراتژی MPPT با استفاده از پارامترهای وضعیت هوای متغییر از طریق آنالیز تأثیر مبدل DC/DC برروی MPP سیستم فتوولتاییک

A MPPT strategy with variable weather parameters through analyzing the effect of the DC/DC converter to the MPP of PV system

چکیده
1- مقدمه
2- اساس نظری استراتژی MPPT معرفی شده
2-1- پیکربندی و مدل های ریاضی سیستم PV
2-2- آنالیز تاثیر مبدل DC/DC بر روی MPP
3- مقایسه استراتژی MPPT پیشنهادی
4- پیاده سازی و استراتژی MPPT پیشنهادی
5- آزمایشات شبیه سازی و آنالیز نتایج
5-1- آزمایشات امکان پذیری دسترسی به استراتژی MPPT پیشنهادی
5-2- آنالیز کارایی MPPT
5-3- مقایسه با دیگر روش ها
6- بحث های پیرامون
7- جمع بندی

چکیده

به جهت دسترسی به نقطه حداکثر توان (MPP) سیستم فوتوولتائیک (PV) در سریع ترین زمان ممکن، و بهبود تطبیق پذیری MPPT با شرایط هوایی متغیر، در این مقاله استراتژی کنترل ردیابی نقطه توان حداکثر (MPPT) با پارامترهای متغیر آب و هوایی (VWP) جدیدی پیشنهاد شده است. در این استراتژی، تفاوت MPP بین سیستم PV مجهز و غیر مجهز به مبدل DC/DC آنالیز شده، و به عنوان اساس تئوری دستیابی به سیگنال کنترل MPP مورد استفاده قرار گرفته است. در همین حال رابطه مستقیم سیگنال کنترل و VWP با استفاده از روش برازش منحنی کشف شده است؛ امری که برای پیاده سازی این سیستم عاملی حیاتی می باشد. در انتها برخی آزمایشات شبیه سازی نشان خواهد داد که استراتژی پیشنهاد شده امکان پذیر و در دسترس، برای ردیابی موفقیت آمیز MPP بوده، و کارآیی بهتری نسبت به روش اختلال و نظارت (P&O) (تحت شرایط هوایی متفاوت) و روش کنترل فازی (تحت شرایط هوایی متغیر با سرعت بالا) دارد.

1- مقدمه

امروزه تقریبا تمامی سیستم های PV از تکنیک MPPT استفاده می کنند تا از اتلاف قدرت به وجود آمده جلوگیری نمایند. این استراتژی و یا روش های MPPT به طور کلی شامل ردیابی ولتاژ ثابت (موهانتی و همکاران 2014)، روش P&O (لیو و همکاران 2014، احمد و سلام 2015، ژیانگ و همکاران 2014، اشاق و همکاران 2014)، روش رسانایی افزایشی (IncCond) (اشاق و همکاران 2014، سیواکمار و همکاران 2015، الجندی و همکاران 2013)، الگوریتم عمومی (شایک و همکاران 2013، دشکار و همکاران 2015)، روش کنترل منطق فازی (ملیت و کولاگیرو 2014، گونونو و همکاران 2014)، روش شبکه عصبی (سلام و همکاران 2013) روش کنترل حالت لغزشی (ژانگ و همکاران 2015، هنگ و چن 2014)، تکنیک کنترل قابل پیش بینی (سانگ و چان 2013) و غیره می شوند. در میان این روش ها، روش P&O که به عنوان نماینده روش کلاسیک MPPT، و روش کنترل فازی که به عنوان نماینده روش هوشمند MPPT شناخته شده است، به شکل گسترده و عملی مورد استفاده قرار گرفته اند. مزایای روش P&O عموما شامل سخت افزار کم هزینه، پیاده سازی آسان، و کارایی خوب بدون وجود تابش خورشیدی و تغییرات سریع دما در طول زمان است. با این حال برخی عوامل مانند سرعت کم در ردیابی و نوسانات از معایب این روش محسوب می شوند. روش کنترل فازی غالبا تحت شرایط آب و هوایی متغیر سریع کارایی بالایی از خود نشان داده است، در حالی که معایبی چون پردازنده گران قیمت و دستیابی دشوار آن به داده های تجربی از نقاط ضعف آن محسوب می شوند. در این مقاله دو روش P&O و کنترل فازی برای مقایسه درنظر گرفته شده اند تا خروجی کارایی استراتژی MPPT پیشنهادی مورد بررسی قرار گیرد.

7- جمع بندی

در این مقاله به وسیله آنالیز تاثیر مبدل DC/DC بر روی MPP سیستم PV، استراتژی کنترل MPPT جدیدی با قابلیت ردیبای سریع تر MPP پیشنهاد شد. در این مطالعه هدف کلیدی پیدا کردن راهی برای دستیابی به سیگنال کنترل MPP، از طریق آنالیز عمیق تفاوت ها میان سیستم PV با و بدون استفاده از مبدل DC/DC بوده است. در همین حال استفاده از رابطه ریاضی بین سیگنال کنترل و VWP نیز نقشی اساسی در پیاده سازی این استراتژی MPPT ایفا می کند. در انتها با استفاده از آزمایشات شبیه سازی، امکان پذیری و دسترسی این استراتژی کنترل پیشنهادی تایید شد، و کارایی MPPT این استراتژی پیشنهادی تحت شرایط هوایی متفاوت مورد آنالیز قرار گرفت. همچنین این روش با روش فازی و P&O تحت شرایط هوایی متغیر سریع مقایسه شد.

Abstract

In order to achieve the maximum power point (MPP) of photovoltaic (PV) system as quickly as possible and improve the MPPT adaptability to the varying weather conditions, in this paper, a maximum power point tracking (MPPT) control strategy with variable weather parameters (VWP) is proposed. In this strategy, the MPP difference between PV system with and without DC/DC converter is analyzed and used as the theoretical basis of acquiring the MPP control signal. Meanwhile, the direct relationship between control signal and VWP is found out by the curve-fitting technique, which is the key work to implement this proposed strategy. Finally, some simulation experiments show that the proposed control strategy is feasible and available to track the MPP successfully, and has better MPPT performance than conventional perturbation and observation (P&O) method under different weather conditions and than fuzzy control method under fast changing weather conditions.

1- Introduction

Now almost all PV systems use the MPPT technique to avoid the produced power losses. These methods or strategies for MPPT control are mainly include the constant voltage tracking (Mohanty et al., 2014), the P&O method (Liu et al., 2014; Ahmed and Salam, 2015; Jiang et al., 2014; Ishaque et al., 2014), the incremental conductance (IncCond) method (Ishaque et al., 2014; Sivakumar et al., 2015; Elgendy et al., 2013), the genetic algorithm (Shaiek et al., 2013; Deshkar et al., 2015), the fuzzy logic control method (Mellit and Kalogirou, 2014; Guenounou et al., 2014), the neural network method (Salam et al., 2013), the sliding mode control method (Zhang et al., 2015; Hong and Chen, 2014), the predictive control technique (Tsang and Chan, 2013), and so on. In them, the P&O method, which is regarded as the representation of classical MPPT methods, and the fuzzy control method, which is regarded as the representation of intelligent MPPT methods, have been widely used in practical application. The advantages of P&O method mainly include its low-cost hardware, easy implementation and good performance without solar irradiance and temperature varying quickly with time. However, there are also some shortcomings including its slow tracking speed and oscillation around MPP. The fuzzy control method mainly has the good performance under fast changing weather conditions while carrying its high-cost processor and its difficult acquisition of empirical data. In this paper, the P&O method and the fuzzy control technique are all selected as the compared object in order to study the output performance of proposed MPPT strategy.

7- Conclusions

In this paper, through analyzing the effect of the DC/DC converter to the MPP of PV system, a MPPT control strategy with VWP, which has the ability to track the MPP more rapidly, has been proposed. In this study, the key work is to find out the way for acquiring the control signal at the MPP through analyzing deeply the difference between PV system with and without DC/DC converter. Meanwhile, the acquisition of mathematical relationship between control signal and VWP is also playing a key role to implement this proposed MPPT strategy. Finally, by simulation experiments, the feasibility and availability of this proposed control strategy have been verified, and the MPPT performance of this proposed control strategy has been analyzed under different weather conditions and has been compared with fuzzy method and P&O method under fast varying irradiance conditions.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

استراتژی MPPT با استفاده از پارامترهای وضعیت هوای متغییر از طریق آنالیز تأثیر مبدل DC / DC برروی MPP سیستم فتوولتاییک

A MPPT strategy with variable weather parameters through analyzing the effect of the DC/DC converter to the MPP of PV system

طراحی و توسعه تبدیل کننده dc به dc افزاینده تک سوئیچی

Design and Development of Single Switch High Step-Up DC-DC Converter

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مجله مباحث نوظهور و انتخابی در الکترونیک قدرت

Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

طراحی و توسعه تبدیل کننده dc به dc افزاینده تک سوئیچی

Design and Development of Single Switch High Step-Up DC-DC Converter

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مبدل DC-DC کلیدزنی نرم دوطرفه توده شده غیرایزوله دارای PWM همراه با طرح کنترل تغییر فاز

Non-isolated stacked bidirectional soft-switching DC-DC converter with PWM plus phase-shift control scheme

Abstract

In this paper, a non-isolated stacked bidirectional DC-DC converter with zero-voltage-switching (ZVS) is introduced for the high step-up/step-down conversion systems. The extremely narrow turn-on and/or turn-off duty cycle existing in the conventional bidirectional buck-boost converters can be extended due to the stacked module configuration for large voltage conversion ratio applications. Furthermore, the switch voltage stress is halved because of the series connection of half bridge modules. The PWM plus phase-shift control strategy is employed, where the duty cycle is adopted to regulate the voltages between the input and output sides and the phaseshift angle is applied to achieve the power flow regulation. This decoupled control scheme can not only realize seamless bidirectional transition operation, but also achieve adaptive voltage balance for the power switches. In addition, ZVS soft-switching operation for all active switches is realized to minimize the switching losses. Finally, a prototype of 1 kW operating at 100 kHz is built and tested to demonstrate the effectiveness of the proposed converter and the control strategy.

1 Introduction

Energy storage systems (ESS) with bidirectional DC-DC converters are essential in renewable energy based microgrids, electric vehicles (EVs), transportations, et al [1–5]. Bidirectional DC-DC converters play the role of converting and transferring the electrical energy of the storage elements, which conduct both charge and discharge operation. As a result, the bidirectional DC-DC converters are the key interfaces for efficient energy management. Generally, the voltage of the storage elements is relatively low due to safety issues. Meanwhile, the bus voltage of the DC-based micro-grid, electric EVs and plug-in hybrid EVs (PHEVs) is relatively high in order to improve the system power level. Consequently, a step-up and step-down bidirectional converter is required to link the low voltage storage elements and high voltage bus. How to derive high efficiency DC-DC converters with large conversion ratio is still challengeable in the power electronics community.

Isolated bidirectional DC-DC converters with high-frequency transformer, such as the Flyback-based [6, 7], Forward-Flyback based [8], boost integrated Flyback rectifier/energy (BIFRED) based [9], dual half-bridge based [10, 11], dual active bridge (DAB) based converters [12–15] and their counterparts [16–22], can easily achieve high step-up/step-down conversion because the turns ratio of the transformer provides another control freedom for the voltage regulation. However, the conduction losses and transformer losses are a little high because the whole delivered energy will flow through the power switches and windings of primary and secondary sides.

If the passive diodes in buck or boost converters are replaced by active switches, the conventional bidirectional Buck-Boost converters are formed. They suffer from large switching losses due to the hard switching operation. In order to solve this problem, some active and/or passive components are inserted to achieve zero-voltage-switching (ZVS) or zero-current-switching (ZCS) performance [12, 23–26]. However, the additional active switches may increase the control complexity and the passive components may bring extra voltage or current stress on the power switches. More importantly, extreme duty cycle and high voltage stress for the power switches are inevitable in large conversion ratio and high voltage applications, which would limit the converter efficiency and dynamic response.

In order to avoid the extreme duty cycle operation, multi-level converters are attractive candidates [27, 28]. Three level bi-directional converters are proposed by introducing the three-level tank into the conventional bidirectional converters. The switch voltage stress is only half of the high-side voltage [29]. And the inductor is reduced to improve the dynamic response due to the reduced voltage step.

An advanced non-isolated stack bidirectional DC-DC converter is proposed in [30], which has a high step-up/ step-down conversion ratios. This converter is controlled by an optimized PWM method, which is divided into forward and reverse modes according to the power flow. Seamless mode change is realized by introducing an intermediate switching pattern. However, the PWM plus phase-shift control (PPS) control scheme, which is widely adopted in the isolated converters [31–33], can be employed in this non-isolated stack converter to improve the circuit performance. The duty cycle and phase shift angle of the PPS control strategy can not only balance the voltage of the high and low voltage side sources, but also regulate the power flow independently and smoothly, which eliminates the requirement of switching pattern change. Furthermore, due to the stack structure and PPS control method, the voltage stress of power switches is reduced to half of the high-side voltage and the extreme duty cycle operation is avoided in high step-up/step-down conversion systems. Moreover, ZVS soft switching operation is achieved for all the power switches without any additional active or passive components.

The outline of this paper is highlighted as follows. The brief introduction of the non-isolated stack converter with PPS control and the steady-state operation analysis are illustrated in Section 2. The performance characteristics of the converter are specified in Section 3. Besides, the phaseshift angle selection analysis is implied in Section 4. The performance of the introduced converter is verified by a 1 kW prototype in Section 5. The main contributions of this paper are summarized in the last section.

طراحی و پیاده سازی مبدل دی سی – دی سی تفکیک شده دو طرفه کامل پل برای کاربردهای قدرت بالا

Design and Implementation of Full Bridge Bidirectional Isolated DC-DC Converter for High Power Applications

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

طراحی و اجرای تبدیل کننده DC-DC ایزوله شده دو طرفه کامل پل برای استفاده قدرت بالا

Design and Implementation of Full Bridge Bidirectional Isolated DC-DC Converter for High Power Applications

• برای دانلود رایگان مقاله انگلیسی با فرمت pdf بر روی عنوان انگلیسی مقاله کلیک نمایید.
• برای خرید و دانلود ترجمه فارسی آماده با فرمت ورد، روی عنوان فارسی مقاله کلیک کنید.

مبدل DC-DC فوق فزاینده تک کلیدی مبنی بر تقویت درجه دوم

A Single Switch High Step up DC-DC Converter Based on Quadratic Boost

چکیده

I. مقدمه

II. اصول عملیاتی مبدل ارائه شده

A. عملیات CCM

B. عملیات DCM

III. تجزیه و تحلیل حالت دائمی مبدل معرفی شده

A. عملیات CCM

B. عملیات DCM

C. شرط عملکرد مرزی

IV. طراحی و نتایج تجربی مبدل ارائه شده

V. نتیجه گیری

منابع

چکیده

این مقاله یک مبدل DC-DC تک کلیدی غیر مجزا فوق فزاینده جدید را معرفی می کند که برای تنظیم گذرگاه DC در منابع میکرو مختلف، به خصوص برای منابع PV مناسب است. تقویت درجه دوم و روش خازن گزینه شده به ترتیب به عنوان مدار اولیه و مدار ثانویه به کار می روند. سلف تزویج در اتصال بین آن ها اعمال می-شود، در نتیجه بهره ولتاژ DC بالایی به دست می آید. بازده بالا زمانی به دست می آید که استرس ولتاژ روی کلید فعال توسط خازن کلمپ  کاهش یابد و در نتیجه، RDC(ON) کوچکتری برای کلید قدرت مورد نیاز است. از سوی دیگر، جریان ورودی مبدل ارائه شده پیوسته است، در نتیجه استرس روی منبع ورودی کاهش می یابد. اصول اجرایی و تجزیه و تحلیل های حالت دائمی به تفصیل برای هر دو حالت هدایت پیوسته و گسسته مورد بحث قرار گرفته اند. همچنین شرط مرزی محاسبه شده است. برای تایید کارایی مبدل معرفی شده و محاسبات تئوری، یک مبدل نمونه اولیه 250 وات با ولتاژ ورودی 24 ولت و ولتاژ خروجی 400 ولت پیاده سازی شده است که به طور خاص برای منابع PV در عملیات CCM طراحی شده است. در آخر نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی تایید شده اند؛ حداکثر بازده در 150 وات اتفاق می افتد و بازده بار کامل برابر 92.96 درصد است. 

I. مقدمه

امروزه استفاده از منابع تجدیدپذیر انرژی به طور فزاینده ای در جهان در حال گسترش است. برخی از این منابع شامل سلول خورشیدی، سلول سوختی و توربین بادی هستند [1]-[4]. در استفاده از قدرت منابع تجدیدپذیر یاد شده توسط بار AC یا شبکه، مقدار سطح ولتاژ باید تا حد مناسبی افزایش یابد تا به مقدار AC مطلوب برگردانده شود [5]. ماژول های صفحه-PV می توانند در اتصالات سری به کار گرفته شوند تا ولتاژ dc بالاتری به دست آید [6]، [7]، اما مسئله سایه زنی و کاهش قابلیت اطمینان موانع این روش هستند [8]-[12]. بنابراین مبدل تقویت کننده روش بهتری نسبت به چندین سری ماژول صفحه-PV است. مبدل تقویت کننده DC-DC مرسوم یکی از روش های متداول برای افزایش بهره ولتاژ است. با این حال چرخه کار اضافی بیشتری مورد نیاز است و این امر منجر به کاهش بازده می گردد. به علاوه استرس ولتاژ روی کلید معادل ولتاژ خروجی است [13]-[16]. 

V. نتیجه گیری

یک توپولوژی جدید از مبدل dc-dc فوق فزاینده غیر مجزا برای منابع تجدید پذیر انرژی با استفاده از تقویت درجه دوم به عنوان بخش اولیه و خازن گزینه شده به عنوان بخش ثانویه مدار معرفی شد. جریان ورودی مبدل پیوسته است، بنابراین استرس جریان روی منبع کاهش می یابد. برای تولید بهره ولتاژ بالاتر در این توپولوژی، تنها یک کلید استفاده می شود که پیچیدگی کنترل مبدل را کاهش می دهد. به علاوه انرژی اندوکتانس نشتی به کلی از خازن کلمپ بازگردانی می شود؛ استرس ولتاژ روی کلید اصلی به علت وجود خازن کلمپ نگه داشته می شود، بنابراین مقاومت حالت RDS(on) می تواند پایین انتخاب گردد. برای تایید مبدل ارائه شده، یک نمونه اولیه 250 وات با ولتاژ ورودی 24 ولت و ولتاژ خروجی 400 ولت پیاده سازی شد، شکل موج های خروجی در عملیات CCM نشان داده شد و بازده تقریبا برابر 93 درصد در حالت بار کامل است. محاسبات تئوری تا حدی با نتایج تجربی تصدیق شدند.

Abstract

This paper proposes a novel high step-up nonisolated single switch dc-dc converter suitable for regulating dc bus in various microsources especially for photovoltaic (PV) sources. Quadratic boost and switched-capacitor technique are used as primary and secondary circuits, respectively. A coupled inductor is applied to make a connection between them, so a high dc voltage gain is achieved. High efficiency is yield where voltage stress on active switch is alleviated by clamped capacitor; consequently, smaller R DS(ON) for power switch is required. On the other hand, input current of the proposed converter is continued, hence stress on the input source is reduced. The operating principles and steady-state analyses are discussed in detail for both continuous and discontinuous conduction modes. Also, the boundary condition is computed. To verify the performance of the proposed converter and theoretical calculations, a 250-W prototype converter is implemented with an input voltage of 24 V and an output voltage of 400 V designed especially for PV sources in continuous conduction mode operation. Finally, simulation results are confirmed by experimental results; maximum efficiency is occurred at 150 W and full-load efficiency is 92.96%.

I. INTRODUCTION

NOWADAYS, using renewable sources of energy is more and more expanded all over the world. Some of these sources include solar cell, fuel cell, and wind turbine [1]-[4]. In using the power of mentioned renewable sources by AC load or network, the voltage level value should be increased enough to be inverted to desired AC value [5]. PV-panel modules can be used in series connection to obtain higher dc voltage [6], [7], but shading problem and decreasing reliability are prohibitive in this method [8]-[12]. Therefore, DC-DC boost converter is better way instead of numerical series PVpanel modules. Conventional DC-DC boost converter is one of the common ways for increasing voltage gain. However, high extra duty cycle is required and this results in reduction of efficiency. In addition, voltage stress on the switch is equivalent to output voltage [13]-[16].

V. CONCLUSION

A novel topology of non-isolated high step up dc-dc converter has been introduced into renewable sources of energy by using quadratic boost as primary and switchedcapacitor as secondary part of circuit. Input current of converter is continuous, so current stress on source is reduced. To produce higher voltage gain in this topology, only one switch is used which reduced complexity of converter control. Furthermore, the energy of leakage inductance has recycled throughout of clamped capacitor; the voltage stress on the main switch is clamped because of the existence of clamed capacitor, so low on-state resistance RDS(on) can be chosen. To verify the proposed converter, a prototype 250W is implemented with 24V input and 400V output voltage, output waveforms have illustrated in CCM operation, and efficiency is approximately 93% in full-load. Theoretical calculations are confirmed by experimental results to some extent.

تصویری از مقاله ترجمه و تایپ شده در نرم افزار ورد

مبدل DC-DC فوق فزاینده تک کلیدی مبنی بر تقویت درجه دوم

A Single Switch High Step up DC-DC Converter Based on Quadratic Boost