Badania wysokosprawnego dwukierunkowego izolowanego sprzęgu AC/DC o szerokim zakresie regulacji napięcia stałego

• Autorzy: Koszel Mikołaj , Wolski Kornel , Grzejszczak Piotr

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2025.03.38

Warianty tytułu

EN

Research on a high-efficiency bi-directional isolated AC//DC coupler with a wide range of DC voltage regulation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule zaprezentowano wybrane wyniki badań opracowanego dwukierunkowego sprzęgu pomiędzy niskonapięciową siecią trójfazową prądu przemiennego, a obwodem napięcia stałego o regulowanej wartości w szerokim zakresie. Przedstawiono przegląd możliwych podobnych rozwiązań z literatury w kontekście opracowanego układu, a następnie omówiono właściwości elektryczne sprzęgu o znamionowej mocy 25 kW na podstawie wyników badań eksperymentalnych. Przekształtnik jest przystosowany do pracy równoległej (zwiększenie mocy) i charakteryzuje się przemysłowymi standardami wykonania, przez co może być wykorzystany w aplikacjach OZE i elektromobilności.

EN

The article presents selected results of research on the developed bidirectional coupling between a low-voltage three-phase AC grid and a DC voltage circuit with galvanic isolation and the DC voltage value adjustable in a wide range. A review of possible similar solutions from the literature in the context of the developed system is presented, and then the electrical properties of the coupler with a nominal power of 25 kW are discussed, based on the results from the experimental research. The converter is suitable for parallel operation (power multiplication) and is characterized by industrial standards, which can be used in renewable energy and electromobility applications.

Słowa kluczowe

PL

dwukierunkowy przekształtnik sieciowy; podwójny mostek aktywny; badanie eksperymentalne; odnawialne źródła energii; magazynowanie energii; elektromobilność; izolowany przekształtnik DC/DC

EN

active front end converters; dual active bridge; experimental research; renewable energy source; energy storage; electromobility; isolated DC/DC converter

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2025
• Tom: R. 101, nr 3
• Strony: 161--165
• Opis fizyczny: Bibliogr. 22 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Koszel Mikołaj

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej

• https://orcid.org/0000-0003-1554-5292

autor

Wolski Kornel

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej

• https://orcid.org/0000-0001-7723-7493

autor

Grzejszczak Piotr

• Politechnika Warszawska, Instytut Sterowania i Elektroniki Przemysłowej

• https://orcid.org/0000-0001-7161-9677

Bibliografia

• [1] Bartosik, M., Kamrat, W., Kaźmierkowski, M., Lewandowski, W., Pawlik, M., Peryt, T., Skoczkowski, T., Strupczewski, A., & Szeląg, A. (2016). Magazynowanie energii elektrycznej i gospodarka wodorowa. Przegląd Elektrotechniczny, 332–340. https://doi.org/10.15199/48.2016.12.78
• [2] Robak S., Raczkowski R.: System magazynowania energii elektrycznej jako środek poprawy elastyczności systemu elektroenergetycznego z dużym udziałem generacji OZE, Przegląd Elektrotechniczny, 03/2021, pp 1-6, doi:10.15199/48.2021.03.01
• [3] Adnan M. The Future of Energy Storage: Advancements and Roadmaps for Lithium-Ion Batteries. International Journal of Molecular Sciences. 2023; 24(8): 7457. https://doi.org/10.3390/ijms24087457
• [4] Sulaeman I., Chandra Mouli GR., Shekhar A., Bauer P., Comparison of AC and DC Nanogrid for Office Buildings with EV Charging, PV and Battery Storage, Energies, (2021), 14(18):5800. https://doi.org/10.3390/en14185800
• [5] Grzejszczak P., Koszel M., Barlik R. Nowatkiewicz B. SIMES – Smart Integrated Modular Energy System for DC microgrids with energy storages in Progress in Applied Electrical Engineering PAEE2023, Koscielisko, Poland, 2023.
• [6] K. H. Kumar and G. V. S. K. Rao, "A Review of Various DC-DC Converter Topologies for Photovoltaic Applications," 2021 6th International Conference on Communication and Electronics Systems (ICCES), Coimbatre, India, 2021, pp. 49-52, doi: 10.1109/ICCES51350.2021.9489070.
• [7] D. M. Bellur and M. K. Kazimierczuk, "DC-DC converters for electric vehicle applications," 2007 Electrical Insulation Conference and Electrical Manufacturing Expo, Nashville, TN, USA, 2007, pp. 286-293, doi: 10.1109/EEIC.2007.4562633.
• [8] S. Chakraborty, H.-N. Vu, M. M. Hasan, D.-D. Tran, M. E. Baghdadi, and O. Hegazy, “DC-DC Converter Topologies for Electric Vehicles, Plug-in Hybrid Electric Vehicles and Fast Charging Stations: State of the Art and Future Trends,” Energies, vol. 12, no. 8, p. 1569, Apr. 2019, doi: 10.3390/en12081569.
• [9] N. A. Al-Obaidi, R. A. Abbas and H. F. Khazaal, "A Review of Non-Isolated Bidirectional DC-DC Converters for Hybrid Energy Storage System," 2022 5th International Conference on Engineering Technology and its Applications (IICETA), Al-Najaf, Iraq, 2022, pp. 248-253, doi: 10.1109/IICETA54559.2022.9888704.
• [10] M. Koszel, P. Grzejszczak, B. Nowatkiewicz, K. Wolski, M. Szymczak and A. Czaplicki, "Design of dual active bridge for DC microgrid application," 2022 Progress in Applied Electrical Engineering (PAEE), Koscielisko, Poland, 2022, pp. 1-6, doi: 10.1109/PAEE56795.2022.9966568.
• [11] F. Krismer and J. W. Kolar, "Efficiency-Optimized High-Current Dual Active Bridge Converter for Automotive Applications," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 59, no. 7, pp. 2745-2760, July 2012, doi: 10.1109/TIE.2011.211231
• [12] S. Ditze, "Steady-state analysis of the bidirectional CLLLC resonant converter in time domain," 2014 IEEE 36th International Telecommunications Energy Conference (INTELEC), Vancouver, BC, Canada, 2014, pp. 1-9, doi: 10.1109/INTLEC.2014.6972179.
• [13] Z. U. Zahid, Z. Dalala and J. -S. J. Lai, "Design and control of bidirectional resonant converter for Vehicle-to-Grid (V2G) applications," IECON 2014 - 40th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Dallas, TX, USA, 2014, pp. 1370-1376, doi: 10.1109/IECON.2014.7048680.
• [14] R. W. A. A. De Doncker, D. M. Divan and M. H. Kheraluwala, "A three-phase soft-switched high-power-density DC/DC converter for high-power applications," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 27, no. 1, pp. 63-73, Jan.-Feb. 1991, doi: 10.1109/28.67533.
• [15] Y. Cui, D. Wang and A. Emadi, "Three-phase dual active bridge converter design considerations," IECON 2017 - 43rd Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society, Beijing, China, 2017, pp. 4696-4701, doi: 10.1109/IECON.2017.8216809.
• [16] J. Rodriguez, Jih-Sheng Lai and Fang Zheng Peng, "Multilevel inverters: a survey of topologies, controls, and applications," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 49, no. 4, pp. 724-738, Aug. 2002, doi: 10.1109/TIE.2002.801052.
• [17] Loncarski, J.; Monopoli, V.G.; Leuzzi, R.; Ristic, L.; Cupertino, F. Analytical and Simulation Fair Comparison of Three Level Si IGBT Based NPC Topologies and Two Level SiC MOSFET Based Topology for High Speed Drives. Energies 2019, 12, 4571. https://doi.org/10.3390/en12234571
• [18] M. Schweizer and J. W. Kolar, "Design and Implementation of a Highly Efficient Three-Level T-Type Converter for Low-Voltage Applications," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 28, no. 2, pp. 899-907, Feb. 2013, doi: 10.1109/TPEL.2012.2203151.
• [19] Jing Huang and K. A. Corzine, "Extended operation of flying capacitor multilevel inverters," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 21, no. 1, pp. 140-147, Jan. 2006.
• [20] Koszel, M., Grzejszczak, P., Nowatkiewicz, B., Wolski, K., Szymczak, M., & Czaplicki, A. (2022). Design of dual active bridge for DC microgrid application. W (Red.), 2022 Progress in Applied Electrical Engineering (PAEE) (s. 1–6). doi.org/10.1109/PAEE56795.2022.9966568
• [21] Koszel, M., Grzejszczak, P., Wolski, K., Święchowicz, T., & Nowatkiewicz, B. (2023). Opracowanie wysokosprawnego dwukierunkowego przekształtnika sieciowego przeznaczonego do pracy w mikrosieci prądu stałego. Przegląd Elektrotechniczny, 1, 154–159. doi.org/10.15199/48.2023.07.28
• [22] P. Grzejszczak, K. Wolski, K. Brzostek and A. Sitnik, "Comparative study of two types of high-frequency transformers in a 20-kW Phase-Shifted Full Bridge converter application," 2022 Progress in Applied Electrical Engineering (PAEE), Koscielisko, Poland, 2022, pp. 1-4, doi: 10.1109/PAEE56795.2022.9966578