Discrete modelling of the dual active bridge converter
Master thesis
Date
2022Metadata
Show full item recordCollections
- Institutt for elkraftteknikk [2415]
Abstract
Bidirekskjonelle DC-til-DC omformere spiller en meget viktig rolle i dagens elektriske energiinfrastruktur. Ettersom distribuerte ressurser har blitt en aktiv del av elnettverket,evnen til å sende kraft til-og fra last muliggjør en mer effektiv og fkeksibel utnyttelse avinfrastrukturen i sin helhet, og hovedsakelig av smartgrid konseptet. På grunn av sinemange fordeler sammenlignet med andre omformer-konfigurasjoner, har den "dual activebridge" (DAB) likespenning - til - likespenning omformeren fått stadig økende oppmerksomhet.Den har dog sine ulemper og utfordringer. Det er en av disse utfordringenesom denne masteroppgaven setter fokuset på, i form av å fremlegge en velfungerendematematisk model av omformeren.
Avhandlingen studerer og presenterer hovedegenskapene til DAB omformeren, både depostitive, så vel som de negative. Gjennom literaturstudie, tidsromanalyse, og simuleringer omformerens ikke-ineare egenskapene belyst. Videre, det presenteres gjennomgangenav en velegnet model, som tar høyde for de ikke-lineare egenskapene til DABomformeren. Avhandlingens hovedmål er at den skal kunne brukes som fullverdig ogtilstrekkelig støttemateriell i fremtidige forsøk på å utvikle, og å implementere en modernereguleringsmekanisme for DAB omformeren.
Masteroppgavens hovedbidrag er en grunndig undersøkelse av en diskret model for DABomformeren, som belyser omformerens drift når den blir regulert ved hejlp av enkel faseforskyvning,så vel som forlenget faseforskyvning. Med tanke på å utvikle intuisjon ogforståelse for temaet, den diskrete modelen er i tillegg tilpasset en Buck omfomer, somhar en mindre komplisert struktur enn DAB omformeren. De ikke-lineare egenskapenetil DAB omformeren er belyst ved hjelp av enkel stabilitetsanalyse. Modelen er til sluttvalidert, og de relevante resultater lagt frem. The importance of the bidirectional DC-to-DC power converters cannot be exaggeratedin the context of today’s power grids. As distributed energy resources become an integralpart of electrical energy infrastructure, the ability to send power bidirectionally betweensource and load provides increased quality and flexibility to the power infrastructure as awhole, and the concept of smart grids in particular. The dual active bridge (DAB) DCto-DC converter has therefore been in the centre of attention due to its advantages overother devices of similar abilities, but it does not come without flaws and challenges. Thepurpose of this paper is to focus on one of these challenges, namely finding an optimalmodelling technique for the converter.
This thesis recounts the main characteristics of the DAB converters, listing both its positiveand negative attributes. By the means of literature review, state space modelling,and simulation, the nonlinear nature of the converter is explored, and a suitable modellingtechnique is presented. The main goal of the present work is to serve as extensiveand sufficient support for future work, aimed at developing and implementing a modern,optimal control technique for the DAB converter.
The main contribution of this thesis is the detailed derivation of a discrete time modelfor the DAB converter, considering its operation both under single phase shift (SPS) andextended phase shift (EPS) modulation. With the purpose of developing the intuitionof the reader, the relatively simple example of a Buck converter is covered as well. Thenonlinear traits of the DAB converter are demonstrated by performing elementary stabilityanalysis. The model is then tested and the relevant results are presented.