Mô hình hóa và Điều khiển Hệ thống Bộ chuyển đổi DC-DC Tăng cao Dựa trên Siêu tụ với Mạch Cân bằng Sạc

Springer Science and Business Media LLC - Tập 7 - Trang 289-298 - 2022
Ravi Prakash Reddy Siddavatam1, Umanand Loganathan1
1Department of Electronic Systems Engineering, Indian Institute of Science Bangalore, Bangalore, India

Tóm tắt

Bài báo này trình bày một hệ thống bộ chuyển đổi DC-DC tăng cao dựa trên siêu tụ. Hệ thống được đề xuất là sự kết hợp của ngân hàng siêu tụ và các bộ chuyển đổi điện tử công suất. Bộ chuyển đổi DC-DC tăng cao được sử dụng làm giao diện giữa ngân hàng siêu tụ và đầu ra. Các chiến lược điều khiển cho bộ chuyển đổi tăng cao và các mạch cân bằng sạc song song cần thiết cho siêu tụ cũng được trình bày trong bài báo này. Thiết kế bộ điều khiển cho hoạt động vòng kín của bộ chuyển đổi tăng cao được thực hiện bằng phương pháp kiểm soát không gian trạng thái (kiểm soát phản hồi đầu ra). Một nguyên mẫu phần cứng cũng được xây dựng để xác thực hiệu suất của hệ thống được đề xuất một cách thực nghiệm.

Từ khóa

#Bộ chuyển đổi DC-DC #Siêu tụ #Cân bằng sạc #Điều khiển không gian trạng thái #Mạch điều khiển

Tài liệu tham khảo

Aamir M, Mekhilef S (2017) An online transformerless uninterruptible power supply (ups) system with a smaller battery bank for low-power applications. IEEE Trans Power Electron 32(1):233–247 Athikkal S, Guru Kumar G, Sundaramoorthy K, Sankar A (2019) A non-isolated bridge-type DC–DC converter for hybrid energy source integration. IEEE Trans Ind Appl 55(4):4033–4043. https://doi.org/10.1109/TIA.2019.2914624 Babaei E, Mashinchi Maheri H, Sabahi M, Hosseini SH (2018) Extendable nonisolated high gain DC–DC converter based on active–passive inductor cells. IEEE Trans Ind Electron 65(12):9478–9487. https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2807367 Baronti F, Fantechi G, Roncella R, Saletti R (2013) High-efficiency digitally controlled charge equalizer for series-connected cells based on switching converter and super-capacitor. IEEE Trans Ind Inf 9(2):1139–1147. https://doi.org/10.1109/TII.2012.2223479 Bazargan D, Filizadeh S, Gole AM (2014) Stability analysis of converter-connected battery energy storage systems in the grid. IEEE Trans Sustain Energy 5(4):1204–1212 Bhattacharya T, Giri VS, Mathew K, Umanand L (2009) Multiphase bidirectional flyback converter topology for hybrid electric vehicles. IEEE Trans Ind Electron 56(1):78–84 Duryea S, Islam S, Lawrance W (2001) A battery management system forstand-alone photovoltaic energy systems. IEEE Ind Appl Mag 7(3):67–72 Forouzesh M, Shen Y, Yari K, Siwakoti YP, Blaabjerg F (2018) High-efficiency high step-up DC–DC converter with dual coupled inductors for grid-connected photovoltaic systems. IEEE Trans Power Electron 33(7):5967–5982. https://doi.org/10.1109/TPEL.2017.2746750 Ibrahim O, Yahaya NZ, Saad N, Ahmed KY (2017) Development of observer state output feedback for phase-shifted full bridge DC–DC converter control. IEEE Access 5:143–154 Karthikeyan V, Gupta R (2018) Multiple-input configuration of isolated bidirectional DC–DC converter for power flow control in combinational battery storage. IEEE Trans Ind Inform 14(1):2–11. https://doi.org/10.1109/TII.2017.2707106 Lawder MT, Suthar B, Northrop PWC, De S, Hoff CM, Leitermann O, Crow ML, Santhanagopalan S, Subramanian VR (2014) Battery energy storage system (bess) and battery management system (bms) for grid-scale applications. Proc IEEE 102(6):1014–1030 Lewis FL (1992) Applied optimal control and estimation, 1st edn. Prentice Hall PTR, Upper Saddle River Manzetti S, Mariasiu F (2015) Electric vehicle battery technologies: from present state to future systems. Renew Sustain Energy Rev 51:1004–1012 Michon M, Duarte JL, Hendrix M, Simoes MG (2004) A three-port bi-directional converter for hybrid fuel cell systems. 2004 IEEE 35th Annual Power Electronics Specialists Conference (IEEE Cat. No.04CH37551), Aachen, Germany, vol 6 , pp 4736-4742. https://doi.org/10.1109/PESC.2004.1354836 Nakul Narayanan K, Prakash Reddy SR, Umananad L (2018) Multi-port bidirectional high gain converter system for hybrid electric vehicle applications, IECON 2018, 44th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Washington, DC, 2018, pp 5050–5054. https://doi.org/10.1109/IECON.2018.8591198 Reddy SRP, Umananad L (2019) Robust and high-dynamic-performance control of induction motor drive using transient vector estimator. IEEE Trans Ind Electron 66(10):7529–7538. https://doi.org/10.1109/TIE.2018.2883265 Reddy SRP, Naik BS, Umananad L (2017) A novel non-isolated bidirectional DC—DC converter for high voltage gain applications. In: IEEE PES Asia-Pacific Power and Energy Engineering Conference (APPEEC), pp 1–6 Reddy SRP, Naik BS, Umananad L (2018) e-battery for energy storage systems. In: 2018 IEEE International Conference on Power Electronics, Drives and Energy Systems (PEDES), pp 1–5 Rengui Lu, Tian Likun, Zhu Chunbo, Haifang Yu (2008) A new topology of switched capacitor circuit for the balance system of ultra-capacitor stacks. In: IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Harbin, pp 1–5. https://doi.org/10.1109/VPPC.2008.4677796 Sani A, Hu C, Hsieh Y, Chiu H, Lin J (2016) Switched-capacitor charge equalization circuit for series-connected batteries. In: IEEE 2nd Annual Southern Power Electronics Conference (SPEC), Auckland, pp 1–5. https://doi.org/10.1109/SPEC.2016.7846016 Saxena N, Hussain I, Singh B, Vyas AL (2018) Implementation of a grid-integrated pv-battery system for residential and electrical vehicle applications. IEEE Trans Ind Electron 65(8):6592–6601 Solero L, Lidozzi A, Pomilio JA (2005) Design of multiple-input power converter for hybrid vehicles. IEEE Trans Power Electron 20(5):1007–1016. https://doi.org/10.1109/TPEL.2005.854020 Stevens BL, Vesty P, Heck BS, Lewis FL (1987) Loop shaping with output feedback. In: American control conference, pp 146–149 Tan X, Li Q, Wang H (2013) Advances and trends of energy storage technology in microgrid. Int J Electr Power Energy Syst 44(1):179–191 Umanand L (2009) Power electronics essentials and applications, 1st edn. Wiley Publishers, New York Zhang C, Wang J, Li S, Wu B, Qian C (2015) Robust control for pwm-based DC–DC buck power converters with uncertainty via sampled-data output feedback. IEEE Trans Power Electron 30(1):504–515 Zhao Qun, Lee FC (2003) High-efficiency, high step-up DC–DC converters. IEEE Trans Power Electron 18(1):65–73