یک مبدل DC/DC افزاینده چند دریچه ای برای کاربرد انرژی نو هایبرید

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

چکیده

این مقاله یک مبدل جدید DC/DC چند دریچه ای را که مناسب برای ارتباط در سیستم های انرژی نو هایبریدی را ارائه می دهد. مبدل شامل سه دریچه با پخش توان یک طرفه است که دو تای آنها به عنوان ورودی دریچه می باشند و متصل به دو منبع انرژی مستقل در حالی که سومین برابر با دریچه خروجی استکه یک بار مستقل را تغذیه می کند. به علاوه، مبدل پیشنهادی شامل یک دریچه پخش توان دو طرفه برای شارژ و تخلیه منبع انرژی ذخیره ساز (باتری) به کار گرفته می شود. اضافه بر ساختار چند دریچه ای، بهره ولتاژ با مقدار بالا نیز دیگر مزیت مبدل به حساب می آید. سیستم هایبرید شامل پیل سوختی، پنل های خورشیدی و یک مجموعه از باتری می باشد. وضعیت های عملکردی متفاوت مورد مطالعه قرار گرفته و یک سیستم کنترلی بر مینای شبکه های مجزا ارائه شده است. سیستم کنترلی قادر به جستجو و استخراج بیشترین توان از پنل های خورشیدی ، تنظیم توان تولیدی پیل سوختی و حالت های شارژ و تخلیه باتری می باشد. به منظور کنترل حالت های کاری از مبدل پیشنهاد شده، یک روش تنظیم مدیریت توان نیز بیان شده است. در ضمن، مدل سیگنال کوچک برای مبدل ارائه شده است. و دیاگرام بود آن رسم شده است و به کمک آن کنترلر ولتاژ خروجی طراحی شده است. شبیه سازی و نتایج آزمایشگاهی برای ارزیابی تحلیل و امکان سنجی سیسنم ذکر شده به کار گرفته شده است. نتایج عملکرد صحیح مبدل را تایید می کند و شبیه سازی و نتایج تئوری را تصدیق می کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]      [1] W. D. Kellogg, M. H. Nehrir, G. Venkataramanan, and V. Gerez, “Generaton unit sizing and cost analysis for stand-alone wind, photovoltaic, and hybrid Wind/PV systems,” IEEE Trans. Energy Conv., vol. 13, no. 1, pp. 70-74, 1998.
[2]S.H. Hosseini, A Farakhor, S. Khadem Haghighian, “Novel algorithm of MPPT for PV array based on variable step Newton-Raphson method through model predictive control,” Proc. 13th Int. Conf. Control Autom. Syst., S. Korea, 2013, pp. 1577- 1582.
[3]      F. Nakanishi, T. Ikegami, K. Ebihara, S. Kuriyama, and Y. Shiota, “Modeling and operation of a 10kW photovoltaic power generator using equivalent electric circuit method,” Proc. 28th IEEE PV Syst. Conf., 2000, pp. 1703 -1706.
[4]      E. Babaei, and T. Ahmadzadeh. "A new structure of buck-boost z-source converter based on ZH converter." J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 4, no. 2, pp. 117-131, 2016.
[5]      I. Laird, H. Lovatt, N. Savvides, D. Lu, and V.G Agelidis, “Comparative study of maximum power point tracking algorithms for thermoelectric generators,” Proc. 8th Australasian Uni. Power Eng. Conf., pp.1-6, 2008.
[6]      K. Jin, X. Ruan, M. Yang, and M. Xu, “A hybrid fuel cell power system,” IEEE Trans. Power Deliv., vol. 56, no. 4, pp. 1212-1222, Apr. 2009.
[7]      N. Kato, K. Kurozumi, N. Susuld, and S. Muroyama, “Hybrid power-supply system composed of photovoltaic and fuel-cell systems,” Proc. Int. Telecom. Energy Conf., 2001, pp. 631-635.
[8]      J.W. Jung, “Modeling and control of fuel cell based distributedgeneration systems” PhD Thesis, The Ohio StateUniversity, 2005.
[9]      S. Jalilzadeh, A. Rohani, H. Kord, and M. Nemati, “Optimal design of a hybrid Photovoltaic/FC energy system for stand-alone application,” Proc. IEEE , L’Aquila, Italy, 2009, pp. 1036–1041.
[10]    E. Babaei, M. Baruji, H. Mashinchi Maheri, and A. Abbasnezhad, "A developed structure of step-up DC/DC converter by using coupled inductor and active clamped circuit." J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 5, no.1, pp. 31-42, 2017.
[11]    C. Wang and M. H. Nehrir, “Power management of a stand-alone Wind/Photovoltaic/Fuel cell energy system,” IEEE Trans. Energy Conv., vol. 23, no. 3, pp. 957-967, Sept. 2008.
[12]    O. C. Onara, M. Uzunoglu, and M. S. Alam, “Modeling, control and simulation of an autonomous wind turbine/photovoltaic/fuel cell/ultra capacitor hybrid power system,” J. Power Sour., vol. 185, no. 2, pp. 1273-1283, Apr. 2008.
[13]    F. Z. Peng, H. Li, G. J. Su, and J. S. Lawler, “A new ZVS bidirectional dc-dc converter for fuel cell and battery application,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 19, no. 1, pp. 54-65, Jan. 2004.
[14]    R. R. Ahrabi, H. Ardi, M. Elmi and A. Ajami, "A novel step-up multiinput DC–DC converter for hybrid electric vehicles application," IEEE Trans. Power Electron., vol. 32, no. 5, pp. 3549-3561, May 2017.
[15]    F. Kardan, R. Alizadeh and M. R. Banaei, "A new three input DC/DC converter for hybrid PV/FC/Battery applications," IEEE J. Emerging Sel. Top. Power Electron., vol. 5, no. 4, pp. 1771-1778, Dec. 2017.
[16]    F. Nejabatkhah, S. Danyali, S.H. Hosseini, M. Sabahi, S.M. Niapour , “Modeling and control of a new three-input DC–DC boost converter for hybrid PV/FC/Battery power system,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 27, no. 5, pp. 2309- 2324, 2012.
[17]     S. Danyali, S.H. Hosseini, G.B. Gharehpetian, “New extendable single-stage multi-input DC–DC/AC boost converter,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 2, pp. 775-788, 2014.
[18]     H. Krishnaswami and N. Mohan, “Three-port series-resonant DC-DC converter to interface renewable energy sources with bidirectional load and energy storage ports,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no. 10, pp. 2289-2297, 2010.
[19]    K. Gummi, M. Ferdowsi, “Double-input DC–DC power electronic converters for electric-drive vehicles topology exploration and synthesis using a single-pole triple-throw switch,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 2, pp. 617-623, Feb. 2010.
[20]    R.-J. Wai, S.-J. Jhung, J.-J. Liaw and Y.-R. Chang. “Intelligent optimal energy management system for hybrid power sources including fuel cell and battery,”  IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, no. 7, pp. 3231-3244, 2013.
[21]    S. Kelouwani, N. Henao, K. Agbossou, Y. Dube, and L. Boulon. “Twolayer energy-management architecture for a fuel cell hev using road trip information,”  Vehicular Technology, IEEE Trans., vol. 61, no. 9, pp. 3851-3864, Nov. 2012.
[22]    R. J. Wai, C. Y. Lin, J. J. Liaw, Y. R. Chang, “Newly designed ZVS multi-input converter,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 2, pp. 555-566, Feb. 2011.
[23]    R. J. Wai, B. H. Chen, “High-efficiency dual-input interleaved DC–DC converter for reversible power sources,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 6, pp. 2903-2921. Jun, 2014.
[24]    S. H. Hosseini, S. Danyali, F. Nejabatkhah, “Multi-input DC boost converter for grid connected hybridPV/FC/Battery power system,” Proc. IEEE Elec. Ppwer Energy Conf., Canada, 2010, pp. 1-6.
 
[25]    L. J. Chien, C. C. Chen, J. F. Chen, Y. P. Hsieh, “Novel three-port converter with high-voltage gain,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 9, pp. 4693-4703, Sep. 2014.
[1]      J.W. Jung, “Modeling and control of fuel cell based distributedgeneration systems” PhD Thesis, The Ohio StateUniversity, 2005.
[2]      S. Jalilzadeh, A. Rohani, H. Kord, and M. Nemati, “Optimal design of a hybrid Photovoltaic/FC energy system for stand-alone application,” Proc. IEEE , L’Aquila, Italy, 2009, pp. 1036–1041.
[3]      E. Babaei, M. Baruji, H. Mashinchi Maheri, and A. Abbasnezhad, "A developed structure of step-up DC/DC converter by using coupled inductor and active clamped circuit." J. Oper. Autom. Power Eng., vol. 5, no.1, pp. 31-42, 2017.
[4]      C. Wang and M. H. Nehrir, “Power management of a stand-alone Wind/Photovoltaic/Fuel cell energy system,” IEEE Trans. Energy Conv., vol. 23, no. 3, pp. 957-967, Sept. 2008.
[5]      O. C. Onara, M. Uzunoglu, and M. S. Alam, “Modeling, control and simulation of an autonomous wind turbine/photovoltaic/fuel cell/ultra capacitor hybrid power system,” J. Power Sour., vol. 185, no. 2, pp. 1273-1283, Apr. 2008.
[6]      F. Z. Peng, H. Li, G. J. Su, and J. S. Lawler, “A new ZVS bidirectional dc-dc converter for fuel cell and battery application,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 19, no. 1, pp. 54-65, Jan. 2004.
[7]      R. R. Ahrabi, H. Ardi, M. Elmi and A. Ajami, "A novel step-up multiinput DC–DC converter for hybrid electric vehicles application," IEEE Trans. Power Electron., vol. 32, no. 5, pp. 3549-3561, May 2017.
[8]      F. Kardan, R. Alizadeh and M. R. Banaei, "A new three input DC/DC converter for hybrid PV/FC/Battery applications," IEEE J. Emerging Sel. Top. Power Electron., vol. 5, no. 4, pp. 1771-1778, Dec. 2017.
[9]      F. Nejabatkhah, S. Danyali, S.H. Hosseini, M. Sabahi, S.M. Niapour , “Modeling and control of a new three-input DC–DC boost converter for hybrid PV/FC/Battery power system,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 27, no. 5, pp. 2309- 2324, 2012.
[10]     S. Danyali, S.H. Hosseini, G.B. Gharehpetian, “New extendable single-stage multi-input DC–DC/AC boost converter,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 2, pp. 775-788, 2014.
[11]     H. Krishnaswami and N. Mohan, “Three-port series-resonant DC-DC converter to interface renewable energy sources with bidirectional load and energy storage ports,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 24, no. 10, pp. 2289-2297, 2010.
[12]    K. Gummi, M. Ferdowsi, “Double-input DC–DC power electronic converters for electric-drive vehicles topology exploration and synthesis using a single-pole triple-throw switch,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 57, no. 2, pp. 617-623, Feb. 2010.
[13]    R.-J. Wai, S.-J. Jhung, J.-J. Liaw and Y.-R. Chang. “Intelligent optimal energy management system for hybrid power sources including fuel cell and battery,”  IEEE Trans. Power Electron., vol. 28, no. 7, pp. 3231-3244, 2013.
[14]    S. Kelouwani, N. Henao, K. Agbossou, Y. Dube, and L. Boulon. “Twolayer energy-management architecture for a fuel cell hev using road trip information,”  Vehicular Technology, IEEE Trans., vol. 61, no. 9, pp. 3851-3864, Nov. 2012.
[15]    R. J. Wai, C. Y. Lin, J. J. Liaw, Y. R. Chang, “Newly designed ZVS multi-input converter,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 58, no. 2, pp. 555-566, Feb. 2011.
[16]    R. J. Wai, B. H. Chen, “High-efficiency dual-input interleaved DC–DC converter for reversible power sources,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 6, pp. 2903-2921. Jun, 2014.
[17]    S. H. Hosseini, S. Danyali, F. Nejabatkhah, “Multi-input DC boost converter for grid connected hybridPV/FC/Battery power system,” Proc. IEEE Elec. Ppwer Energy Conf., Canada, 2010, pp. 1-6.
[18]    L. J. Chien, C. C. Chen, J. F. Chen, Y. P. Hsieh, “Novel three-port converter with high-voltage gain,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 29, no. 9, pp. 4693-4703, Sep. 2014.