This study proposes a small-signal model and control design for a two-stage DC-DC-AC converter to investigate its dynamic characteristics in relation to battery energy storage system. When the circuit analysis of the two-stage DC-DC-AC converter is attempted simultaneously, the mathematical procedure of deriving the dynamic equation is complex and difficult. The main idea of modeling the two-stage DC-DC-AC converter states that this topology is separated into a bidirectional DC-DC converter and a single-phase inverter with an equivalent current source corresponding to that of the inverter or converter. The dynamic equations for the separated converter and inverter are then derived using the state-space averaging technique. The procedures of building the small-signal model of the two-stage DC-DC-AC converter are described in detail. Based on the derived small-signal model, the individual controllers are designed through a frequency-domain analysis. The simulation and experimental results verify the validity of the proposed modeling approach and controller design.
Kim, Do-Hyun;Lee, Yoon-Seok;Han, Byung-Moon;Kim, Ju-Yong;Chae, Woo-Kyu
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제8권6호
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pp.1400-1408
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2013
This paper proposes a new grid-tied power converter for battery energy storage, which is composed of a 2-stage DC-DC converter and a PWM inverter. The 2-stage DC-DC converter is composed of an LLC resonant converter connected in cascade with a 2-quadrant hybrid-switching chopper. The LLC resonant converter operates in constant duty ratio, while the 2-quadrant hybrid-switching chopper operates in variable duty ratio for voltage regulation. The operation of proposed system was verified through computer simulations. Based on computer simulations, a hardware prototype was built and tested to confirm the technical feasibility of proposed system. The proposed system could have relatively higher efficiency and smaller size than the existing system.
This paper explores the variation of DC-Link current ripple analysis in terms of duty cycle and phase angle of Multi-phase/Multi-stage boost converter. A 2-Stage/1-Stage boost converter DC-Link current is used to determine the difference between the 1st stage diode current and the 2nd stage inductor current. Each stage boost converter diode and inductor current is subordinate to the phase angle and duty cycle. The magnitude of the ripple current is variable according to phase angle and duty cycle. The analysis results are verified by variation of DC-Link current ripple using a 1kW typical 2-stage/1-stage boost converter.
This paper proposes a new grid-tied power conditioning system for battery energy storage, which is composed of a 2-stage DC-DC converter and a PWM inverter. The 2-stage DC-DC converter is composed of an LLC resonant converter connected in cascade with a 2-quadrant hybrid-switching chopper. The LLC resonant converter operates in constant duty ratio, while the 2-quadrant hybrid-switching chopper operates in variable duty ratio for voltage regulation. The operation of proposed system was verified through theoretical analysis and computer simulations. Based on computer simulations, a hardware prototype was built and tested to confirm the technical feasibility of proposed system. The proposed system could have relatively higher efficiency and smaller size than the existing system.
Power losses of a 1-stage DC-DC converter and 2-stage DC-DC converter are compared in this paper. A phase-shift full-bridge DC-DC converter is considered as 1-stage topology. This topology has disadvantages in the stress of rectifier diodes because of the resonance between the leakage inductor of the transformer and the junction capacitor of the rectifier diode. 2-stage topology is composed of an LLC resonant full-bridge DC-DC converter and buck converter. The LLC resonant full-bridge DC-DC converter does not need an RC snubber circuit of the rectifier diode. However, there is the drawback that the switching loss of the buck converter is large due to the hard switching operation. To reduce the switching loss of the buck converter, SiC MOSFET is used. This paper analyzes and compares power losses of two topologies considering temperature condition. The validity of the power loss analysis and calculation is verified by a PSIM simulation model.
태양전지는 미래에너지를 위한 중요한 신재생에너지원이다. 본 논문에서는 태양광 발전 (PV PCS)를 위한 2단구성 DC/DC컨버터와 동작제어를 제안한다. 넓은 입력전압 제어범위를 갖는 제안된 DC/DC컨버터는 1차 병렬 2차 직렬로 연결된 Two Tank LLC공진컨버터와 Interleaved 승압 컨버터로 구성되어있고, 태양광모듈 전압범위에 따라 하나의 시스템 또는 두 개의 시스템으로 동작시켜 전체 평균효율을 증가시키는 방법을 제안한다. 제안된 컨버터에 대한 동작특성에 대해 분석, 서술되어 있으며, 2.2kW급 시제품 제작 및 실험을 통하여 적용 가능함을 보였다.
본 논문은 새로운 단일 전력단 역률보상 풀 브리지 컨버터를 제안하였다. 제안된 컨버터는 역률보상을 위하여 앞단에 2개의 인덕터, 2개의 다이오드, 2개의 자성결합 변압기를 가진 2VS 풀브리지 DC/DC 컨버터로 구성되어 있다. 이러한 구성방법에 의해 전력은 전원에서 분리되고, 안정된 직류출력전압을 얻을 수 있다. 이 토폴로지에서 주소자의 전압스트레스는 영전압스위칭에 의해서 감소되며, 또한 제안된 컨버터는 능동 역률보정 스위치와 제어 및 게이팅 보드와 같은 보조회로가 필요치 않게되어 규격과 단가를 낮출 수 있을 뿐 아니라 효율을 증가시킬 수 있다.
The terminal voltage of a synchronous generator is maintained by the field current control of excitation system Generally AC/DC converter which is component of AVR(Automatic Voltage Regulator) system for excitation current control is connected to diode rectifier and DC/DC converter system In the case of diode rectifier system of phase controlled converter, AC/DC converter has low power factor and some low order harmonics in the line current. In this paper, two-stage three-phase PWM AC/DC converter is studied to solve these problems, The proposed method is verified by the computer simulations and experimental results in prototype generation system.
An optimal operation method based on weighted efficiency for a two-stage boost converter is proposed in this study. Detailed loss analysis of the converter is performed to derive the optimal operation method according to the load and input voltage fluctuations, and the optimal DC-bus voltage is derived by applying the weighted efficiency method. The proposed method can satisfy optimal efficiency in the main operation region without a complicated control method. Using 1kW typical two-stage boost converter and is verified three types of weighted efficiency formulas and loss analysis are utilized to derive high-efficiency optimal DC-bus voltage from each load range.
In this paper, the two-stage DC-DC converter is proposed to make the control simple and to boost the low input voltage in the fuel cell generating system. The low efficiency of the conventional power converter is caused by a characteristic of the low-voltage and high-current in the fuel cell generating system. High-frequency transformer is needed to block the noise and to guarantee the safety of cell and load as a magnetically insulation. The proposed two-stage DC-DC converter for a fuel cell generation is more efficient than the traditional one-stage converter and easy to control. The design of a high-frequency transformer is also simple. Finally, the utility of the proposed converter is proved by the simulations and experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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