Optimalization of the DC Sources Resonant Coupling Converter

Jan Strossa

Doctoral thesis

Abstract:

Tato práce je zaměřena na vývoj, simulace a následné odzkoušení nových metod řízení vice-branného DC-DC vazebního měniče stejnosměrných zdrojů, který je vyvíjen na VŠB – Technické univerzitě Ostrava. Uvedený měnič se sestává obecně z x–vstupně/výstupních bran a obsahuje pokrokovou výkonovou strukturu s přepínajícími se rezonančními LC prvky, jejichž řazením vznikají proměnné proudové smyčky umožňující tzv. měkké spínání. Přínos této práce spočívá ve vývoji nových metod řízení založených na matematickém modelu, který byl odvozen pro uvedený měnič. Na základě daného modelu pak byla určena přenosová funkce, která vytváří základ pro řízení bez zpětné vazby, respektive pro řízení se zpětnou vazbou s velmi malým zesílením. Veškeré navržené metody byly odzkoušeny v rámci simulací a testů na dostupném prototypu daného měniče. Nově navržené metody rozšiřují doposud známé možnosti řízení daného typu měniče. Jako oblast jejich využití v kombinaci s měničem daného typu se předpokládají vazební aplikace energetických uložišť spolupracujících s obnovitelnými zdroji energie.

Abstract:

This thesis is aimed at the development and the related simulations and verification of the control methods for the multi-port DC-DC sources coupling converter, which is in a process of development at the VSB – Technical University of Ostrava. The stated converter includes x-ports of inputs/outputs in general and it contains a novelty power structure working with a changing couple of LC resonant elements enabling the originate of the variable fully soft switched current loops. The merit of this thesis is the development of a new control method based on the mathematic model, which was developed for the proposed converter. This model is founded on the analytical description of processes in progress inside the power structure. The transfer function was derived applying the stated analysis and the new control methods, which enable to work with open–loop control or with a very low amplify of feedback, were developed. All the developed and proposed control methods were verified within simulations and the available prototype converter. The newly developed control methods enhance the already known possibilities of controlling the power transferred via the proposed type of converter. The supposed field of use can be found in a coupling of energy storage systems cooperating with renewable energy sources.

Keywords

Měkké spínání, měnič DC zdrojů, obnovitelné zdroje energie, přenosová funkce, rezonanční měnič, vazební měnič, více–branný DC měnič.

Keywords

Coupling converter, DC sources coupling converter, multiport DC converter, resonant converter, renewable energy sources, soft switching, transfer function.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 7. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 14. 9. 2021
• Supervisor: Petr Chlebiš
• Reader: Michal Frivaldský, Pavel Brandštetter, Tomáš Glasberger

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta elektrotechniky a informatiky

Doctoral programme / field:
Elektrotechnika / Elektronika