По всем вопросам звоните:

+7 495 274-22-22

УДК: 621.314

К вопросу анализа модульного DC/DC-конвертора

Шульга Р. Н. канд. техн. наук, ВЭИ – филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ им. акад. Е. И. Забабахина», г. Москва
Добкин И. Д. канд. техн. наук, ВЭИ – филиал ФГУП «РФЯЦ – ВНИИТФ им. акад. Е. И. Забабахина», г. Москва

Рассмотрены энергетические показатели автономного преобразователя, критерии оценивания качества потребляемой электроэнергии и распределенные системы электропитания. Для связи между разными уровнями и шинами вышеуказанных систем электропитания используются DC/DC-конверторы в виде модульных преобразователей DAB. Исследуются установившиеся и переходные режимы DAB. Формируются упрощенные динамические модели DAB и отдельных его модулей для анализа систем управления по усредненной (линеаризованной) составляющей постоянного тока.

Литература:

1. Шульга Р.Н. Силовые полупроводниковые приборы для электроэнергетики // Оперативное управление в электроэнергетике. – 2022. – № 1. – С. 5– 13.

2. Шульга Р.Н. Преобразователи частоты // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – 2022. – № 1. – С. 3–11.

3. Шульга Р.Н. Преобразователи напряжения малой и большой мощности // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – В портфеле редакции.

4. Шульга Р.Н. Энергетические показатели преобразователей напряжения // Вести в электроэнергетике. – № 1 (117). – 2022. – С. 66–74.

5. Шульга Р.Н. Контроллеры DC/DC-конверторов // Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. – В портфеле редакции.

6. Система передачи и распределения электроэнергии // Патент RU2543516 C2, МПК Н02j 3/36. Бюл. № 29. 20.10. 2013.

7. Мелешин В.И., Овчинников Д.А. Управление транзисторными преобразователями электроэнергии (пер с англ.) / Под ред. Е.Х. Свинцова. – М.: Техносфера, 2011. – 570 с.

8. Гусев Б., Овчинников Д. Транзисторный двухфазный трансформаторный мостовой преобразователь напряжения // Силовая электроника. –2005. – № 2.

9. Deng H., Oruganti R., Srinivasan D. A Simple Control Method for High-Performance UPS Inverters Through Output-Impedance Reduction // IEEE Trans. Ind. Electr. – 2008. – Vol. 55 (2). – Pp. 888–898.

10. Rongjun H., Mazumder S.K. A soft-switching scheme for an isolated dc/dc converter with pulsating dc output for a three-phase high-frequency-link pwm converter // IEEE Trans. Power Electron. – 2009. – Vol. 24, N 10. – Pp. 2276–2288.

11. McGrath B.P., Holmes D.G. Analytical modelling of voltage balance dynamics for a flying capacitor multilevel converter // IEEE Trans. Power Electron. – 2008. – Vol. 23, N 2. – Pp. 543–550, 0885–8993.

12. Segaran D., Holmes D.G., McGrath B.P. Enhanced load step response for a bi-directional dc/dc converter // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). – 2011. – Pp. 3649– 3656.

13. Segaran D., Holmes D.G., McGrath B.P. High-performance bi-directional ac-dc converters for phev with minimised dc bus capacitance // 37th IEEE Annual Conference on Industrial Electronics (IECON). – 2011. – Pp. 3620–3625.

14. Segaran D., McGrath B.P., Holmes D.G. Adaptive dynamic control of a bi-directional dc/ dc converter // IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE). – 2010. – Pp. 1442–1449.

15. Segaran D., Holmes D.G., McGrath B.P. Comparative analysis of single and three-phase dual active bridge bidirectional dc/dc converters // Australasian Universities Power Engineering Conference (AUPEC). – 2008. – Pp. 1–6.

16. Segaran D., Holmes D., McGrath B. Comparative analysis of single- and three-phase dual active bridge bidirectional dc/dc converters // Aust. J. Electr. Electron. Eng. – 2009. – Vol. 6, N 3. – Pp. 1–12.

17. Segaran D., Holmes D., McGrath B. Enhanced load step response for a bi-directional dc-dc converter // IEEE Trans. Power Electron. – 2013. – Vol. 28, N 1. – Pp. 371–379.

18. Kunrong W., Lee F.C., Lai J. Operation principles of bi-directional full-bridge dc/dc converter with unified soft-switching scheme and soft-starting capability // 15th IEEE Annual Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC). – 2000. – Vol. 1. – Pp. 111–118.

19. Liping S., Dehong X., Min C. Dynamic modeling of a pwm plus phase-shift (pps) controlled active clamping boost to full bridge bi-directional dc/dc converter // 37th IEEE Power Electronics Specialists Conference (PESC). – 2006. – Pp. 1–6.

20. James G., Burley D., Clements D., Dyke P., Searl J. Modern Engineering Mathematics. – Pearson Prentice Hall, 2007.

21. De Doncker R.W.A.A., Divan D.M., Kheraluwala M.H. A three-phase soft-switched high-power-density dc-dc converter for high-power applications // IEEE Trans. Ind. Appl. – 1991. – Vol. 27, N 1. – Pp. 63–73, 0093-9994.

22. Shepherd J., Morton A., Spence L. Higher Electrical Engineering, 2nd ed. – Essex: Longman Scientific and Technical, 1977.

23. Sedra A., S.K.C. Microelectronic Circuits, 6th ed. – New York: Oxford University Press, 2011.

24. Goodwin G., Graebe S., Salgado M. Control System Design. – Prentice Hall, 2001.

Бурный рост преобразовательной техники на основе использования MOSFET- и IGBT-транзисторов, применение вместо кремния приборов на основе карбида кремния и нитрида галлия повысили рабочие частоты преобразования до 100 кГц, что позволило существенно повысить качество и надежность работы преобразователей при существенном снижении их массогабаритных показателей. Повышение качества работы стало возможным совершенствованием топологии и схемотехники, что привело к созданию сетей постоянного тока, связанных с помощью DC/DC-конверторов типа DAB (Dual Active Bridge).

Целью статьи является анализ энергетических показателей мостовых преобразователей DAB, анализ их моделей применительно к установившимся и переходным режимам. В литературе [1–5] приведены данные по приборам, преобразователям и их энергетических показателях. В [6] дана ссылка на схемы модульных DAB, последующая многочисленная литература используется для анализа топологии и моделей преобразователей в установившихся и переходных режимах и подтверждает актуальность изучения энергетики и динамики DAB.

Преобразователь с принудительной коммутацией ПН может быть представлен как источник переменного напряжения, где амплитуда, фаза и частота могут управляться независимо друг от друга. В установившемся режиме вектора напряжений и токов могут быть представлены в виде векторной диаграммы (рис. 1) [15].

Напряжение на входе ПН равно:

где mшим – коэффициент модуляции;

Ud – напряжение выхода ПН;

ω – круговая частота;

θ – фаза напряжения.

Полная мощность ПН в точке связи с сетью может быть определена как:

Энергетические показатели преобразователей напряжения (ПН) достаточно освещены в [1, 2]. Применение ПН и преобразователей тока (ПТ) рассмотрено в [3–5], а их реализация приведена в [6–8].

Пренебрегая потерями в трансформаторе (реакторе), запишем выражения для вычисления активной и реактивной мощности преобразователя:

δ – угол между напряжением системы UL и напряжением преобразователя Uv.

Для Цитирования:
Шульга Р. Н., Добкин И. Д., К вопросу анализа модульного DC/DC-конвертора. Электрооборудование: эксплуатация и ремонт. 2022;8.
Полная версия статьи доступна подписчикам журнала
Язык статьи:
Действия с выбранными: