Modeling and analysis of five-port isolated bidirectional dc-dc converter for interfacing pv/fc/battery systems with bipolar dc microgrids
[ X ]
Tarih
2022
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Adana Alparslan Türkeş Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
Bu tezde, bipolar DA mikroşebekelerde güç paylaşımı ve gerilim dengelemesi için etkin bir kontrol sistemine sahip yeni bir beş portlu, üç girişli ve çift çıkışlı, izoleli çift yönlü DA-DA dönüştürücü topolojisi sunulmuştur. Önerilen dönüştürücü fotovoltaik sistem, yakıt hücresi ve bataryadan oluşan bir hibrit üretim sisteminin bipolar DA mikro şebekelere entegrasyonu için arayüz görevi üstlenmektedir. Beş portlu izoleli çift yönlü DA-DA dönüştürücü (FPIBC) iki tam köprü dönüştürücü, bir rezonans tankı, bir yüksek frekanslı transformatör (HFT) ve bir gerilim dengeleyici devresinden oluşur. Simetrik bipolar çıkış gerilimleri ek bir dönüştürücüye ihtiyaç duyulmadan bir anahtar ve dört diyottan oluşan gerilim dengeleyici devresi ile sağlanmıştır. Önerilen dönüştürücüde literatürdeki mevcut dönüştürücülere göre daha az sayıda devre elemanı kullanılmıştır. Bahsedilen dönüştürücünün etkinliğini ve kullanılabilirliğini doğrulamak için MATLAB/Simulink programı kullanılarak bir simülasyon modeli geliştirilmiştir. Önerilen dönüştürücünün performansını test etmek için değişen yakıt hücresi basıncı, güneş ışınımı, batarya şarj/deşarj durumu, yük değişimi ve gerilim dengesizliği koşulları altında farklı vaka çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sistemin performansı ve sağladığı verimlilik değerleri simülasyon sonuçları ile doğrulanmıştır. Simülasyon sonuçları, vaka çalışmalarına göre sistemin en az %91,13 verimliliğe sahip olduğunu, gerilim dengesizliğinin %1'in altında tutulduğunu ve çift yönlü güç aktarımı işlevinin başarıyla yerine getirildiğini ortaya koymuştur.
In this thesis, a novel five-port, three-input and dual-output, isolated bidirectional DC-DC converter (FPIBC) topology with an effective control system for power sharing and voltage balancing in bipolar DC microgrids (BPDCMGs) is presented. The proposed converter acts as the interface for the integration of a hybrid generation system comprised of the fuel cell (FC), the photovoltaic (PV) system, and the battery to BPDCMGs. The FPIBC consists of two full-bridge converters, a resonant tank, a high-frequency transformer (HFT), and a voltage balancer circuit. The symmetrical bipolar output voltages are ensured by a voltage balancer circuit composed of a fully controlled switch and four diodes, without any need for an additional converter. Less number of circuit elements are used in the proposed converter compared to the existing converters. A simulation model has been developed using the MATLAB/Simulink program to verify the effectiveness and usefulness of the aforementioned converter. Different case studies have been carried out under conditions of altered FC pressure, solar irradiation, battery charge/discharge status, load change and voltage imbalance to test the performance of the proposed converter. The performance of the system and the efficiency are verified with simulation results. The simulation results revealed that the system has an efficiency of at least 91.13% during case studies, the voltage imbalance was kept below 1%, and bidirectional power transmission function is performed successfully.
In this thesis, a novel five-port, three-input and dual-output, isolated bidirectional DC-DC converter (FPIBC) topology with an effective control system for power sharing and voltage balancing in bipolar DC microgrids (BPDCMGs) is presented. The proposed converter acts as the interface for the integration of a hybrid generation system comprised of the fuel cell (FC), the photovoltaic (PV) system, and the battery to BPDCMGs. The FPIBC consists of two full-bridge converters, a resonant tank, a high-frequency transformer (HFT), and a voltage balancer circuit. The symmetrical bipolar output voltages are ensured by a voltage balancer circuit composed of a fully controlled switch and four diodes, without any need for an additional converter. Less number of circuit elements are used in the proposed converter compared to the existing converters. A simulation model has been developed using the MATLAB/Simulink program to verify the effectiveness and usefulness of the aforementioned converter. Different case studies have been carried out under conditions of altered FC pressure, solar irradiation, battery charge/discharge status, load change and voltage imbalance to test the performance of the proposed converter. The performance of the system and the efficiency are verified with simulation results. The simulation results revealed that the system has an efficiency of at least 91.13% during case studies, the voltage imbalance was kept below 1%, and bidirectional power transmission function is performed successfully.
Açıklama
Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Anahtar Kelimeler
Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
