DOI: https://doi.org/10.20998/2413-4295.2018.26.07

Асиметричний узгоджуючий DC / DC перетворювач для систем електропостачання з накопичувачами електричної енергії

Volodymyr Ivakhno, Volodymyr Zamaruiev, Bohdan Styslo, Andrei Blinov

Анотація


У статті описується нова топологія і алгоритм керування ключами оборотного дволанкового перетворювача постійної напруги з трансформаторною розв'язкою. Високовольтна первинна ланка містить вхідний дросель і є інвертором струму, низьковольтна ланка – інвертор напруги з навантаженням – батарейним накопичувачем електричної енергії або акумуляторною батареєю. Схема комутатора інвертора струму – мостова, ключі анодної групи – двоквадрантні без зворотної блокувальної здатності (IGBT із зворотним діодом), ключі катодної групи – чотириквадрантні (зустрічно-послідовно з'єднані IGBT із зворотним діодом). Для режиму передачі енергії від інвертора напруги до інвертора струму описаний алгоритм керування ключами (алгоритм розділеної комутації), що забезпечує включення в нулях напруги і ємнісний снабберное вимикання ключів інвертора напруги і вимикання в нулях струму і індуктивне снабберное включення ключів інвертора струму.


Ключові слова


інвертор напруги; інвертор струму; узгоджуючи перетворювач; розділена комутація; ZVS; ZCS; снаббер; трансформаторна розв’язка; алгоритм керування ключами; оборотний дволанковий перетворювач

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Sychenko, V., Bosiy, D., Kosarev, E. Іmproving the quality of voltage in the system of traction power supply of direct current. The archives of transport, 2015, 35, 3, 63-70.

Arzhannikov, B. A. Sistema upravlyaemogo elektrosnabzheniya elektrifitsirovannyih zheleznyih dorog postoyannogo toka. Monografiya. Ekaterinburg: UrGUPS, 2010, 176.

Zhao, B., Song, Q., Liu, W., Sun, Y. Overview of Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC–DC Converter for High-Frequency-Link Power-Conversion System. IEEE Trans. Power Electron., 2014, 29, 8, 4091 – 4106.

Forouzesh, M., Siwakoti, Y. P., Gorji, S. A., Blaabjerg, F., Lehman, B. Step-Up DC–DC Converters: A Comprehensive Review of Voltage-Boosting Techniques, Topologies, and Applications. IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32, 12, 9143 – 9178, doi: 10.1109/TPEL.2017.2652318.

Hirose T. A consideration of bidirectional superposed dual active bridge dc-dc converter / T. Hirose, H. Matsuo . In Proc. 2nd IEEE Int. Symp. Power Electron. Distrib. Generation Syst., 2010, 39–46. – doi 10.1109/ PEDG.2010.5545929.

Inoue S. A bidirectional dc-dc converter for an energy storage system with galvanic isolation / S. Inoue, H. Akagi . IEEE Trans. Power Electron., 22, 6, 2299–2306, Nov. 2007. – doi: 10.1109/TPEL.2007.909248.

Li X. Analysis and design of high-frequency isolated dual-bridge series resonant dc/dc converter / X. Li, A. K. S. Bhat . IEEE Trans. Power Electron., 25, 4, 850–862, Apr. 2010. – doi: 10.1109/TPEL.2009.2034662.

Sokol, E. I., Honcharov, Yu. P., Ivakhno, V. V. et al. Ispolzovanye razdelennoi kommutatsyy v dvukhzvennukh preobrazovateliakh postoiannoho napriazhenyia dlia snyzhenyia dynamycheskykh poter sylovыkh poluprovodnykovykh kliuchei. Enerhosberezhenye. Enerhetyka. Enerhoaudyt, 2014, 9 (198), Spets. vyp. T. 2, 55-69.

De, A., Roy, S., Bhattacharya, S. Comparative suitability evaluation of reverse-blocking IGBTs for current-source based converter. International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014-ECCE ASIA), 2014, 2562-2568, doi: 10.1109/IPEC.2014.6869950.

Naayagi, R. T., Shuttleworth Forsyth, R. Investigating the effect of snubber capacitor on high power IGBT tum-off. 1st International Conference on Electrical Energy Systems (ICEES), 2011, 50-55, doi: 10.1109/ICEES.2011.5725301.

Fujii, K., Koellensperger, P., De Doncker, R. W. Characterization and Comparison of High Blocking Voltage IGBTs and IEGTs Under Hard-and Soft-Switching Conditions. IEEE Transactions on Power Electronics, 2008, 23, 1, 172-179, doi: 10.1109/TPEL.2007.911771.

Wang, H., Sun, Q., Chung, H. S. H. et al. A ZCS Current-Fed Full-Bridge PWM Converter With Self-Adaptable Soft-Switching Snubber Energy. IEEE Trans. Power Electron., 2009, 24, 8, 1977 - 1991, doi:10.1109/TPEL.2009.2018559.

Mousavi, A., Moschopoulos, G. A New ZCS-PWM Full-Bridge Dc-Dc Converter with Simple Auxiliary Circuits. IEEE Transactions on Power Electronics, 2014, 3, 1321 – 1330, doi: 10.1109/TPEL.2013.2259847.

Ivahno, V. V., Zamaruev, V. V., Styislo, B. A., Yasko, A. S. O «Kriticheskoy» chastote preobrazovaniya dvuhzvennyih preobrazovateley postoyannogo napryazheniya so zvenom na os-nove invertora toka. Elektrotehnika i elektromehanika. – Harkiv: 2016, Spets. vipusk 4(1), Tom 1, 31-36.

Chub, A., Kosenko, R., Blinov, A., et al. Full Soft-Switching Bidirectional Current-Fed DC-DC Converter. IEEE 56th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON), 2015, 189-194, doi: 10.1109/ RTUCON.2015.7343149.

Ivakhno, V., Zamaruiev, V., Styslo, B., Kosenko, R., Blinov, A. Bidirectional Isolated ZVS DC-DC Converter with Auxiliary Active Switch for High-Power Energy Storage Applications. 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical And Computer Engineering (Ukrcon) Conference Proceedings, 2017, Kyiv, Ukraine, 589 - 592.

Kosenko, R., Husev, O., Chub, A. Full soft-switching high step-up current-fed DC-DC converters with reduced conduction losses. IEEE 5th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), 2015, 170-175, doi: 10.1109/ PowerEng.2015.7266313.

Kosenko, R., Blinov, A., Vinnikov, D., Chub, A. Asymmetric Snubberless Current-Fed Full-Bridge Isolated DC-DC Converters. RTU Journal Electrical, Control and Communication Engineering. Preprint version, 2018, 1-6, doi: 10.2478/ecce-2018-0001.


Пристатейна бібліографія ГОСТ


  1. Sychenko, V. Іmproving the quality of voltage in the system of traction power supply of direct current / V. Sychenko, D. Bosiy, E. Kosarev // The archives of transport. – 2015. – V. 35, 3. – p. 63-70.
  2. Аржанников, Б. A. Система управляемого электроснабжения электрифицированных железных дорог постоянного тока / Б. A. Аржанников // Монография. — Екатеринбург: УрГУПС, 2010. — 176 с.
  3. Zhao, B. Overview of Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC–DC Converter for High-Frequency-Link Power-Conversion System / B. Zhao, Q. Song, W. Liu, Y. Sun  // IEEE Trans. Power Electron. – 2014. – 29, 8. – p. 4091 – 4106.
  4. Forouzesh. M. Step-Up DC–DC Converters: A Comprehensive Review of Voltage-Boosting Techniques, Topologies, and Applications / M. Forouzesh; Y. P. Siwakoti; S. A. Gorji; F. Blaabjerg; B. Lehman // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2017. – V. 32, 12. – P. 9143 – 9178. – doi: 10.1109/TPEL.2017.2652318.
  5. Hirose, T. A consideration of bidirectional superposed dual active bridge dc-dc converter / T. Hirose, H. Matsuo // In Proc. 2nd IEEE Int. Symp. Power Electron. Distrib. Generation Syst. – 2010. – p. 39–46. – doi:10.1109/PEDG.2010.5545929.
  6. Inoue, S. A bidirectional dc-dc converter for an energy storage system with galvanic isolation / S. Inoue, H. Akagi // IEEE Trans. Power Electron. – 2007. – V. 22, 6. – p. 2299–2306. – doi: 10.1109/TPEL.2007.909248.
  7. Li, X. Analysis and design of high-frequency isolated dual-bridge series resonant dc/dc converter / X. Li, A. K. S. Bhat // IEEE Trans. Power Electron. – 2010. – V. 25, 4. – 850–862. – doi: 10.1109/TPEL.2009.2034662.
  8. Сокол, Е. И. Использование разделенной коммутации в двухзвенных преобразователях постоянного напряжения для снижения динамических потерь силовых полупроводниковых ключей / Е. И. Сокол, Ю. П. Гончаров, В. В. Ивахно и др. // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит – Харків: 2014. – Спец. вип. №9 (128). – Том 2. – с. 55-69.
  9. De, A. Comparative suitability evaluation of reverse-blocking IGBTs for current-source based converter / A.De, S. Roy, S. Bhattacharya // International Power Electronics Conference (IPEC-Hiroshima 2014-ECCE ASIA). – 2014. – p. 2562-2568. – doi: 10.1109/IPEC.2014.6869950.
  10. Naayagi, R. T. Investigating the effect of snubber capacitor on high power IGBT tum-off / R. T. Naayagi, R. Shuttleworth, Forsyth // 1st International Conference on Electrical Energy Systems (ICEES). – 2011. – p. 50-55. – doi: 10.1109/ICEES.2011.5725301.
  11. Fujii, K. Characterization and Comparison of High Blocking Voltage IGBTs and IEGTs Under Hard-and Soft-Switching Conditions / K. Fujii, P. Koellensperger, R.W. De Doncker // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2008. – V. 23, 1. – p. 172-179. – doi: 10.1109/TPEL.2007.911771.
  12. Wang, H. A ZCS Current-Fed Full-Bridge PWM Converter With Self-Adaptable Soft-Switching Snubber Energy / H. Wang, Q. Sun, H. S. H. Chung and oth. // IEEE Trans. Power Electron. – 2009. – V. 24,  8. – р. 1977 – 1991. – doi:10.1109/TPEL.2009.2018559.
  13. Mousavi, A. A New ZCS-PWM Full-Bridge Dc-Dc Converter with Simple Auxiliary Circuits / A. Mousavi, G. Moschopoulos // IEEE Transactions on Power Electronics. – 2014. – 3. – p. 1321 – 1330. – doi: 10.1109/TPEL.2013.2259847.
  14. Ивахно, В. В. О «критической» частоте преобразования двухзвенных преобразователей постоянного напряжения со звеном на основе инвертора тока / В. В. Ивахно, В. В. Замаруев, Б. А. Стысло и др. // Електротехніка і електромеханіка – Харків: 2016. – Спец. випуск №4(1). – Том 1. – с. 31-36.
  15. Chub, A. Full Soft-Switching Bidirectional Current-Fed DC-DC Converter / A. Chub, R. Kosenko, A. Blinov and oth.// IEEE 56th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University (RTUCON). – 2015. – p. 189-194. – doi: 10.1109/RTUCON.2015.7343149.
  16. Ivakhno,  V. Bidirectional Isolated ZVS DC-DC Converter with Auxiliary Active Switch for High-Power Energy Storage Applications / V. Ivakhno, V. Zamaruiev, B. Styslo, R. Kosenko, A. Blinov // 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical And Computer Engineering (Ukrcon) Conference Proceedings. – 2017. – Kyiv, Ukraine. – р. 589 - 592.
  17. Kosenko, R. Full soft-switching high step-up current-fed DC-DC converters with reduced conduction losses / R. Kosenko, O. Husev, A. Chub  // IEEE 5th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG). – 2015. – p. 170-175.
    – doi: 10.1109/PowerEng.2015.7266313.
  18. Kosenko, R. Asymmetric Snubberless Current-Fed Full-Bridge Isolated DC-DC Converters / R. Kosenko, A. Blinov, D. Vinnikov, A. Chub // RTU Journal Electrical, Control and Communication Engineering. Preprint version. – 2018. – р. 1-6. – doi: 10.2478/ecce-2018-0001.