Bidirectional Dual Active Bridge Converter for Energy Storage Applications

Abstract

Etterspørselen av energi gjennom vindturbiner og solcelleanlegg har økt i de siste tiårene. En stor ulempe ved disse fornybare energiressursene er deres fluktuerende natur, siden de ikke kan produsere kraft på forespørsel. En standardløsning for å overvinne dette problemet er å bruke energilagring i forbindelse med fornybare energiressurser for å opprettholde en jevn og kontinuerlig kraftstrøm til lasten. Energilagringsapplikasjoner som batteripakker og superkondensatorer er de vanligste og mest økonomiske løsningene. Imidlertid krever de en toveis DC til DC-omformer for å justere og regulere spenningsnivåene i begge retninger. I denne oppgaven er en simuleringsmodell i Matlab®/Simulink® og en maskinvareprototype av en isolert toveis DC/DC-omformer designet med Dual Active Bridge-topologi. Begge systemene har blitt implementert med Single Phase Shift modulasjon for å regulere utgangseffekten og retningen på strømstrømmen til omformeren. Funksjonaliteten og effektiviteten til simuleringsmodellen og maskinvareprototyperesultatene har blitt analysert og sammenlignet. Strømtap i maskinvareprototypen er estimert basert på effektresultatene fra resultatene samlet i laboratoriet

Harnessing energy through wind turbines and photovoltaic systems has increased in demand over the last decades. One major downside of these renewable energy resources is their fluctuating nature, as they cannot produce power on demand. A standard solution to overcome this problem is to use energy storage in conjunction with renewable energy resources to maintain a smooth and continuous power flow to the load. Energy storage applications such as battery packs and supercapacitors are the most common and economical solutions. However, they require a bidirectional DC to DC converter to adjust and regulate the voltage levels in both directions. In this thesis, a simulation model in Matlab®/Simulink® and a hardware prototype of an isolated bidirectional DC/DC converter have been designed with Dual Active Bridge topology. Both systems have been implemented with single-phase shift modulation to regulate the output power and direction of power flow of the converter. The functionality and efficiency of the simulation model and hardware prototype results have been analyzed and compared. Power losses in the hardware prototype have been estimated based on the power results from the results gathered in the lab.