طراحی و ساخت یک مبدل DC-DC سه درگاهۀ جدید برای سیستم‌های محلی انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق ، دانشگاه صنعتی کرمانشاه، کرمانشاه، ایران

2 دانشکده مهندسی برق - دانشگاه صنعتی کرمانشاه

چکیده

در این مقاله، یک مبدل DC-DC سه درگاهۀ جدید معرفی شده است. در طراحی این مبدل سعی بر این بوده که تعداد عناصر کم باشد و دارای درگاه دوطرفه برای اتصال باتری باشد. در صورت حذف منبع اصلی که از نوع تجدیدپذیر است، مبدل ارائه‌شده قادر است ازطریق باتری بار را تغذیه نماید. همچنین در زمان‌های کم‌باری، امکان شارژ باتری ازطریق منبع تجدیدپذیر فراهم شده است. این مبدل می‌تواند در سه مد عملکردی شامل منبع تجدیدپذیر تنها، باتری تنها و شارژ باتری کار کند. لذا با برنامه‌ریزی صحیح، امکان تغذیه بار به‌صورت بلندمدت ممکن می‌شود. یک نمونه از مبدل پیشنهادی برای تأیید نتایج طراحی ساخته شده و پاسخ دینامیکی آن به تغییرات ولتاژ ورودی و بار خروجی در هر سه مد عملکردی در آزمایشگاه ثبت شده است. نتایج به‌دست‌آمده در آزمایشگاه نشان‌دهندۀ صحت طراحی مبدل و کنترل‌کنندۀ آن است. مبدل طراحی‌شده که هزینۀ ساخت بسیار پایینی دارد، می‌تواند در حضور یک منبع تجدیدپذیر (مثلاً پنل خورشیدی) به‌همراه یک باتری با ظرفیت مناسب، بار مورد نظر را به‌صورت بلندمدت تغذیه کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Zhu, H., Zhang, D., Zhang, B. Zhou, Z., "A nonisolated three-port DC–DC converter and three-domain control method for PV-battery power systems", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 62, No. 8, pp. 4937-4947, Aug. 2015. https://doi.org/10.1109/TIE.2015.2393831.
[2] Marei, M. I., Alajmi, B. N., Abdelsalam, I. Ahmed, N. A., "An Integrated Topology of Three-Port DC-DC Converter for PV-Battery Power Systems," IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, Vol. 3, pp. 409-419, 2022. https://doi.org/10.1109/OJIES.2022.3182977.
[3] Zhu, H., Zhang, D., Liu, Q. Zhou Z., "Three-port DC/DC converter with all ports current ripple cancellation using integrated magnetic technique", IEEE Trans. Power Electron., Vol. 31, No. 3, pp. 2174-2186, Mar. 2016. https://doi.org/10.1109/TPEL.2015.2433675.
[4] Faraji, R., Farzanehfard, H., Kampitsis, G., Mattavelli, M., Matioli, E. Esteki, M., "Fully soft-switched high step-up nonisolated three-port DC–DC converter using GaN HEMTs", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 67, No. 10, pp. 8371-8380, Oct. 2020. https://doi.org/10.1109/TIE.2019.2944068
[5] Saadatizadeh, Z., Babaei, E., Blaabjerg, F. Cecati, C., "Three-port high step-up and high step-down DC-DC converter with zero input current ripple", IEEE Trans. Power Electron., Vol. 36, No. 2, pp. 1804-1813, Feb. 2021. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.3007959.
[6] Hong, J., Yin, J., Liu, Y., Peng, J. Jiang, H., "Energy management and control strategy of photovoltaic/battery hybrid distributed power generation systems with an integrated three-port power converter", IEEE Access, Vol. 7, pp. 82838-82847, 2019. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2923458.
[7] Sun, X., Shen, Y., Li, W. Wu, H., "A PWM and PFM hybrid modulated three-port converter for a standalone PV/battery power system", IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron., Vol. 3, No. 4, pp. 984-1000, Dec. 2015. https://doi.org/10.1109/JESTPE.2015.2424718.
[8] Zeng, J., Qiao, W. Qu, L., "An isolated three-port bidirectional DC–DC converter for photovoltaic systems with energy storage", IEEE Trans. Ind. Appl., Vol. 51, No. 4, pp. 3493-3503, Jul./Aug. 2015. https://doi.org/10.1109/TIA.2015.2399613
[9] Zhu, H., Zhang, D., Athab, H. S., Wu, B. Gu, Y., "PV isolated three-port converter and energy-balancing control method for PV-battery power supply applications", IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 62, No. 6, pp. 3595-3606, Jun. 2015. https://doi.org/10.1109/TIE.2014.2378752.
[10] Botalla, L. P.-, Oggier, G. G. García, G. O., "Extending the power transfer capability of a three-port DC–DC converter for hybrid energy storage systems", IET Power Electron., Vol. 10, No. 13, pp. 1687-1697, 2017. https://doi.org/ 10.1049/iet-pel.2016.0422.
[11] Wang, Z., Luo, Q., Wei, Y., Mou, D., Lu, X. Sun, P., "Topology analysis and review of three-port DC–DC converter", IEEE Trans. Power Electron., Vol. 35, No. 11, pp. 11783-11800, Nov. 2020. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.2985287.
[12] Biswas, I., Kastha, D. Bajpai, P., "Small signal modeling and decoupled controller design for a triple active bridge multiport DC–DC converter", IEEE Trans. Power Electron., Vol. 36, No. 2, pp. 1856-1869, Feb. 2021. https://doi.org/10.1109/TPEL.2020.3006782.
[13] Alajmi, B., Marei, I. M., Abdelsalam, I. Alhajri, M. F., "Analysis and design of a multi-port DC-DC converter for interfacing PV systems", Energies, Vol. 14, No. 7, 2021. https://doi.org/10.3390/en14071943.
[14] Li, W. He, X., "Review of Nonisolated High-Step-Up DC/DC Converters in Photovoltaic Grid-Connected Applications," IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 58, No. 4, pp. 1239-1250, April 2011. https://doi.org/10.1109/TIE.2010.2049715.
[15] Banaee, M.R, Ajdar Faeghi Bonab, H. "A non-isolated high gain DC-DC converter for solar energy applications", Energy Engineering and Management, Vol.7, No. 1, pp.14-29, 2022.
[16] Krishna, B., Uma Maheswar Rao, P., Karthikeyan, V., "High-gain single-switch single-input dual-output DC-DC converter with reduced switching stressInt J Circ Theorc  1998-2015. Appl. 2022.https://doi.org/10.1002/cta.3240.
[17] Radmanesh, H., Jashnani, H., Pourjafar, S., Maalandish, M. "A dual-output single-input non-isolated DC-DC converter with reduced semiconductors stressInt J Circ Theor, Vol. 51, No. 2, pp. 594-610 Appl. 2023.. https://doi.org/10.1002/cta.3451.
[18] Alizadeh Pahlavani, M.R., Shokati Asl, E. "DC–DC SIDO converter with low-voltage stress on switches: analysis of operating modes and design considerations" IET Power Electronics, Vol. 13, pp. 233-247, 2020. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2018.6184.
[19] Ganjavi, A., Ghoreishy, H., Ahmad, A. A., "A Novel Single-Input Dual-Output Three-Level DC–DC Converter," in IEEE Transactions on Industrial Electronics" Vol. 65, No. 10, pp. 8101-8111, Oct. 2018. https://doi.org/ 10.1109/TIE.2018.2807384.
[20] Rostami, S., Abbasi, V.  Parastesh, M., "Proposing Cost-Effective and Single Switch Dual Output Converters for Using Renewable Energy by Home Costumers," 2020 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), Tabriz, Iran, 2020, pp. 1-6, https://doi.org/10.1109/ICEE50131.2020.9260757.
[21] Lionel, FDJ., Dias, J., Srinivasan, MK., Parandhaman B, Prabhakaran P. "A novel non-isolated dual-input DC-DC boost converter for hybrid electric vehicle application", Int J Emerg Electr Power Syst. Vol. 22, No. 2, pp. 191-204, 2021. https://doi.org/10.1515/ijeeps-2020-0229.
[22] Mohseni, P., Hosseini, SH., Sabahi, M., Jalilzadeh, T., Maalandish, M., "A new high step-up multi-input multi-output DC–DC converter", IEEE Trans Ind Electron. Vol. 66, No. 7, pp. 5197-5208, 2018. https://doi.org/ 10.1109/TIE.2018.2868281.
[23] Pourjafar, S., Shayeghi, H., Sedaghat, F., SeyedShenava, SJ., "A dual-input DC-DC structure with high voltage gain suggested for hybrid energy systems", IET Power Electron. Vol. 14, No. 10, pp. 1792-1805, 2021. https://doi.org/10.1049/pel2.12149.
[24] Rezayi, S., Iman-Eini, H., Hamzeh, M., Bacha, S., Farzamkia, S., "Dual-output DC/DC boost converter for bipolar DC microgrids", IET Renew Power Gener. Vol. 13, No. 8, pp. 1402-1410, 2019. https://doi.org/10.1049/iet-rpg.2018.6167.
[25] Varesi, K., Hosseini, SH., Sabahi, M., Babaei, E.,"Modular non-isolated multi-input high step-up dc–dc converter with reduced normalized voltage stress and component count", IET Power Electron.Vol. 11, No. 6, pp. 1092-1100, 2018. https://doi.org/10.1049/iet-pel.2017.0483.
[26] Shayeghi, H., Pourjafar, S., Hashemzadeh, SM., "A switching capacitor based multi-port bidirectional DC–DC converter", IET Power Electron. Vol. 14, No. 9, pp. 1622-1636, 2021. https://doi.org/10.1049/pel2.12137.