This master thesis present the analysis of a power module with cascaded converters
applied to solid state transformers. The power module is built by an AC-DC input stage,
constituted by full-bridge topology, an DC-DC intermediate isolated stage, formed by the dual
active bridge converter (DAB), and an DC-AC output stage composed of full-bridge
topology. The central study developed is based on the investigation of the dynamic
interactions impedances in the connection points of the converters and power module
stability. The criterion of Middlebrook is applied as the basis for determining the margin of
interaction of the coupling between rectifier/DAB and DAB/inverter and definition of critical
parameters of power and control for the characteristics of the impedance of each stage. The
criterion of Nyquist is applied to study the stability margin of the couplings. Due to the
inverter operation, there is a significant second harmonic current that generating voltage
ripple at 120 Hz in the DC bus that interconnects the power converters. In this sense, this
master thesis contributes presenting a theoretical analysis of the effects of voltage ripples in
the operation and performance of the power circuit and control system of the DAB converter.
The methods of PI control and PI-notch in DAB control system are explored, highlighting that
the inclusion of notch filter performs better by enabling the mitigation of the negative effects
introduced by the voltage ripple at 120 Hz. Moreover, a methodology study and PI of the
project is proposal to achieve better results with this method of control, from the point of view
of stability and performance. Experimental and simulation results of the system are included
to demonstrate the developed analysis. / Esta dissertação de mestrado apresenta o estudo de um módulo de potência com
conversores em cascata aplicado a transformadores de estado sólido. O módulo de potência é
integrado por um estágio CA-CC de entrada, constituído pela topologia full-bridge, um
estágio intermediário CC-CC isolado, formado pelo conversor dual-active bridge (DAB) e um
estágio CC-CA de saída composto pela topologia full-bridge. O estudo central desenvolvido
baseia-se na investigação das interações dinâmicas de impedâncias nos pontos de
acoplamento dos conversores e da estabilidade do módulo de potência, a partir das
impedâncias de entrada e saída de cada estágio. O critério das impedâncias de Middlebrook é
utilizado como base para determinação da margem de interação entre os acoplamentos
retificador/DAB e DAB/inversor e definição dos parâmetros de potência e controle críticos
para as características das impedâncias de cada estágio. O critério da estabilidade de Nyquist é
aplicado para o estudo da margem de estabilidade dos acoplamentos. Devido à operação do
inversor, há um significativo segundo harmônico de corrente que gera ondulações de tensão
em 120 Hz no barramento CC que interliga os conversores de potência. Neste sentido, esta
dissertação de mestrado contribui apresentando uma análise teórica dos efeitos das ondulações
de tensão na operação e desempenho do circuito de potência e sistema de controle do
conversor DAB. São explorados os métodos de controle PI e PI-notch no sistema de controle
do DAB, destacando que a inclusão do filtro notch apresenta melhores resultados por
possibilitar a atenuação dos efeitos negativos introduzidos pelas ondulações de tensão em 120
Hz. Junto a isso, uma metodologia de estudo e projeto do PI é proposta visando alcançar
melhores resultados com este método de controle, do ponto de vista de estabilidade e
rendimento. Resultados experimentais e de simulação do sistema são incluídos de modo a
comprovar a análise desenvolvida.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:repositorio.ufsm.br:1/8596 |
| Date | 29 July 2016 |
| Creators | Queiroz, Samuel Soares |
| Contributors | Rech, Cassiano, Oliveira Júnior, Demercil de Souza, Baggio, José Eduardo |
| Publisher | Universidade Federal de Santa Maria, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, UFSM, BR, Engenharia Elétrica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFSM, instname:Universidade Federal de Santa Maria, instacron:UFSM |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 300400000007, 400, 300, 300, 300, 500, 64098d57-ec9e-498c-823c-7d3c3559e353, b337d3fa-0940-45f9-a182-0a422fda8e48, 7e9c5ea1-e58d-4df5-9b47-83a812a87d91, 68fcd88c-4449-4101-9e02-bbd4d7f3ecd2 |
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