คอนเวอร์เตอร์กระแสตรงแบบสองทิศทางด้วยเทคนิคอินเตอร์ลีฟสำหรับการใช้งานแบตเตอรี่แรงดันสูงบนระบบไฮบริดอินเวอร์เตอร์

Abstract

This thesis develops an interleaved bidirectional Buck-Boost DC/DC converter circuit for a hybrid solar and battery inverter. This proposed is used to support energy management and power balancing by charging and discharging the high-voltage battery. The single-phase hybrid solar and battery inverter is built for 220 Vac, 50 Hz, with a 400 Vdc DC bus. The rated power and current have to be greater than 2.5 kW and 10 A. The interleaved approach is employed in the DC/DC converter to reduce ripples in the input and output currents. As a result, passive components such as inductor and capacitor sizes can be reduced. Furthermore, the converter's price, size, and weight can be lowered. The proposed DC/DC converter implementation and evaluation are divided into three sections and each part was tested under Grid-Connected and Grid-Forming conditions: 1) MATLAB/Simulink program simulation; 2) Hardware in the Loop Simulator simulation; and 3) Interleaved Bidirectional Buck-Boost DC/DC converter prototype circuit. The modeling and laboratory testing show that the designed bidirectional DC/DC converter circuit can successfully support energy management and power balancing in both on-grid and off-grid operations by charging and discharging the high voltage battery.

วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการพัฒนาวงจรคอนเวอร์เตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงแบบสองทิศทางด้วยเทคนิคอินเตอร์ลีฟ สำหรับไฮบริดอินเวอร์เตอร์พลังงานแสงอาทิตย์และแบตเตอรี่ โดยวงจรที่ได้รับการพัฒนาขึ้นสามารถรองรับการชาร์จและคายประจุในระบบกักเก็บพลังงานแบตเตอรี่แรงดันสูง ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของระบบไฮบริดอินเวอร์เตอร์ 1 เฟส 220 โวลต์ 50 เฮิรตซ์ ที่เชื่อมต่อกับพลังงานแสงอาทิตย์ และวงจรคอนเวอร์เตอร์กระแสตรงนี้ถูกเชื่อมต่อกับไฮบริดอินเวอร์เตอร์ด้วยดีซีบัสที่มีแรงดันสูง 400 โวลต์ และออกแบบให้มีพิกัดกำลังไฟฟ้าไม่น้อยกว่า 2.5 กิโลวัตต์ พิกัดกระแส 10 แอมป์ ซึ่งในงานวิจัยนี้พัฒนาวงจรคอนเวอร์เตอร์โดยการประยุกต์ใช้เทคนิคอินเตอร์ลีฟเพื่อช่วยลดกระแสกระเพื่อมอินพุตและเอาต์พุต ส่งผลให้สามารถลดขนาดของส่วนประกอบแบบพาสซีฟได้ ยกตัวอย่างเช่น ขนาดของตัวเหนี่ยวนำ ขนาดของคาร์ปาร์ซิเตอร์ อีกทั้งสามารถลดต้นทุน ขนาดและน้ำหนักของคอนเวอร์เตอร์ได้ การทดสอบการทำงานของคอนเวอร์เตอร์กระแสตรงแบบสองทิศทาง แบ่งการทดสอบออกเป็น 3 ส่วน ได้แก่ 1) การจำลองการทำงานด้วยโปรแกรม MATLAB/Simulink ที่ทำงานภายใต้สภาวะการทำงานเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าและไม่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า 2) การจำลองการทำงานด้วย Hardware in the Loop Simulator และ 3) การทดสอบวงจรต้นแบบคอนเวอร์เตอร์กระแสตรงแบบสองทิศทางด้วยเทคนิคอินเตอร์ลีฟภายใต้การทำงานเชื่อมต่อและไม่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า ผลการทดสอบจากแบบจำลองและในห้องปฏิบัติการ พบว่า วงจรคอนเวอร์เตอร์กระแสตรงแบบสองทิศทางที่ได้รับการพัฒนาขึ้นนี้สามารถทำงานในสถานะชาร์จและคายประจุได้ พร้อมทั้งสามารถรองรับการทำงานที่เปลี่ยนแปลงของโครงข่ายไฟฟ้าได้