Estudo da Controlabilidade do Conversor Dual-Active Bridge em Estruturas de Conversores em Cascata

Abstract

Resumo -Este trabalho avalia a controlabilidade do conversor Dual-Active Bridge (DAB), sob perturbações de carga, considerando que este conversor compõe um sistema com conversores em cascata. Mais especificamente, este artigo analisa o sistema de controle de um módulo de potência composto por um conversor CC-CC DAB conectado em série com um conversor CC-CA em ponte completa monofásico. A análise envolve o estudo da estabilidade através do critério das impedâncias para conversores em cascata e da controlabilidade do conversor DAB através da sua capacidade de transferência de potência sob a ocorrência de um afundamento de tensão do barramento CC, produzido por uma variação de carga na saída do módulo de potência (saída do conversor CC-CA). Um modelo equivalente em malha fechada do conversor DAB é apresentado, que representa o comportamento do afundamento de tensão CC para perturbações de carga com potência constante. Algumas restrições do projeto de controle são definidas para obter um sistema estável e controlável, e obter uma região de operação segura. Resultados experimentais são incluídos para validar a análise teórica proposta. Palavras-Chave -Controlabilidade, Conversor Dual-Active Bridge, Conversores em Cascata, Estabilidade.Abstract -This paper evaluates the controllability of the Dual-Active Bridge (DAB) converter under load disturbances, considering that it composes a system with cascaded power converters. More specifically, this paper analyzes the control system of a power module composed of a dc-dc Dual-Active Bridge converter connected in series with a single-phase full-bridge dc-ac converter. The analysis involves the study of the stability through the impedance criterion of the cascaded converters and the controllability of the DAB converter through its power transfer capability under the occurrence of a dc bus voltage sag, produced by a sudden load change at the  Artigo submetido em 09/05/2018. Primeira revisão em 08/08/2018. Aceito para publicação em 21/11/2018 por recomendação do Editor Marcello Mezaroba. http://dx.output of the power module (dc-ac converter output). An equivalent closed-loop DAB model is presented to represent the dc voltage sag behavior for constant power load disturbances. Some restrictions of the control design are defined to achieve a stable and controllable system and to obtain a safe operating region. Experimental results are included for validating the proposed theoretical analysis.

Sistema de Conversão de Recursos Energéticos Distribuídos baseado no Conversor DAB para Suporte à Rede Elétrica

“…O sistema de conversão apresentado na Figura 1 tem sido extensivamente estudado ao longo dos anos para diversas aplicações em termos de características de desempenho, de projeto, de controle e modulação (Tan et al, 2012;Zhao et al, 2014;Tian et al, 2014Tian et al, , 2016Vargas et al, 2019). Em (Tan et al, 2012), avaliou-se o efeito das correntes de polarização CC, ou corrente de circulação, na saturação do transformador de alta frequência no cenário de aplicação em ESS baseado em baterias de baixa tensão e alta corrente.…”

“…Como solução, foi proposto um controlador de impedância para compensar o comportamento de impedância negativa do conversor CC-CA. Não obstante, a partir da metodologia proposta por (Vargas et al, 2019), pode-se garantir a controlabilidade do conversor DAB mesmo sob distúrbio de potência constante, no qual também foi estabelecido um limite de afundamento de tensão do barramento CC para que o conversor ainda seja capaz de transferir a potência requerida e não perca a estabilidade.…”

“…Deste modo, utiliza-se como base o circuito equivalente apresentado em (Vargas et al, 2019), cf. Figura 3, para o desenvolvimento do modelo do estágio de saída do conversor DAB.…”