Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi

30 0

Proje Grubu: EEEAG Sayfa Sayısı: 38 Proje No: 123E050 Proje Bitiş Tarihi: 15.02.2024 Metin Dili: Türkçe DOI: 123E050 İndeks Tarihi: 22-04-2024

Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi

Öz:
Bu proje raporunda, ilk olarak hızlı şarj istasyonları için ele alınan çok seviyeli dönüştürücü topolojileri ve modülasyon teknikleri kapsamlı bir literatür taraması ile kategorize edilmiştir. Daha sonra üç seviyeli diyot kenetlemeli AA/DA doğrultucu tasarlanmış ve çeşitli modülasyon teknikleri ile test edilmiştir. Hızlı şarj istasyonlarında uygulanması düşünülen diyot kenetlemeli doğrultucunun çıkış akım ve gerilim dalgalanmasının IEEE standartlarında olması, nötr nokta gerilim dengesini koruması, şebekeden çekilen akım harmoniğinin standartlara uygun olması, güç faktörünün 1 olması ve doğrultucunun verimli çalışması çok önemlidir. Bu doğrultuda, bu çalışmada ele alınan doğrultucunun standartlara uygun çalışabilmesi için yeni bir modifiye edilmiş taşıyıcı tabanlı hibrit frekanslı Darbe Genişlik Modülasyonu (DGM) yöntemi de önerilmektedir. Önerilen yöntem için TMS320F28379D sayısal işaret işleyicisi kullanılarak bir yazılım geliştirilmektedir. Geliştirilen yöntem, tasarlanan üç fazlı üç seviyeli AA/DA doğrultucu ile test edilmektedir. Deneysel çalışmalar sonucunda modifiye edilmiş seviye kaydırmalı hibrit frekanslı DGM yönteminin geçerliliği ve esnekliği vurgulanmaktadır. Bu proje kapsamında, elde edilen çıktılar, 2 adet SCI ve 1 adet E-SCI indeksli dergilerde yayınlanarak literatür ile paylaşılmıştır. Ayrıca, desteklenen bu proje ile proje yürütücüsünün doktora tezinin tamamlanmasına da önemli bir katkı sağlanmıştır.
Anahtar Kelime: Elektrikli araçlar Taşıyıcı tabanlı modülasyon Güç faktörü düzenleyiciler Üç seviyeli diyot kenetlemeli doğrultucu Güç kalitesi.

Development of Three Phase High Power Factor AC/DC Rectifier for Fast Charging of Electric Vehicles

Öz:
In this project report, firstly, multilevel converter topologies and modulation techniques considered for fast charging stations are categorized through a comprehensive literature review. Then, a three-level diode clamped AC/DC rectifier is designed and tested with various modulation techniques. It is very important that the output current and voltage ripple of the diode clamped rectifier considered for application in fast charging stations are within IEEE standards, the neutral point voltage balance is maintained, the current harmonics drawn from the grid are in accordance with the standards, the power factor is 1 and the rectifier operates efficiently. Accordingly, a new modified carrier-based hybrid frequency DGM method is also proposed for the rectifier considered in this study to operate in accordance with the standards. A software is developed for the proposed method using the TMS320F28379D digital signal processor. The developed method is tested with the designed three-phase three-level AC/DC rectifier. The experimental results emphasize the validity and flexibility of the modified level-shifted hybrid frequency PWM method. The outputs of this project have been published in 2 SCI and 1 E-SCI indexed journals and shared with the literature. In addition, this project has made a significant contribution to the completion of the PhD thesis of the project coordinator.
Anahtar Kelime: Elektrikli araçlar Taşıyıcı tabanlı modülasyon Güç faktörü düzenleyiciler Üç seviyeli diyot kenetlemeli doğrultucu Güç kalitesi.

Erişim Türü: Bibliyografik
  • Acharige, Sithara S. G., Md. Enamul Haque, Mohammad Taufiqul Arif, Nasser Hosseinzadeh, Kazi N. Hasan, and Aman Maung Than Oo. 2023. “Review of Electric Vehicle Charging Technologies, Standards, Architectures, and Converter Configurations.” IEEE Access 11: 41218–41255. doi:10.1109/ACCESS.2023.3267164.
  • Ahmed, Arif, Shuvra Prokash Biswas, Md. Shamim Anower, Md. Rabiul Islam, Sudipto Mondal, and S. M. Muyeen. 2023. “A Hybrid PWM Technique to Improve the Performance of Voltage Source Inverters.” IEEE Access 11: 4717–4729. doi:10.1109/ACCESS.2023.3235791.
  • Aretxabaleta, Iker, Iñigo Martínez De Alegría, Jon Andreu, Iñigo Kortabarria, and Endika Robles. 2021. “High-Voltage Stations for Electric Vehicle Fast-Charging: Trends, Standards, Charging Modes and Comparison of Unity Power-Factor Rectifiers.” IEEE Access 9: 102177–102194. doi:10.1109/ACCESS.2021.3093696.
  • Barth, Christopher B., Thomas Foulkes, Oscar Azofeifa, Juan Colmenares, Keith Coulson, Nenad Miljkovic, and Robert C. N. Pilawa-Podgurski. 2020. “Design, Operation, and Loss Characterization of a 1-kW GaN-Based Three-Level Converter at Cryogenic Temperatures.” IEEE Transactions on Power Electronics 35 (11): 12040–12052. doi:10.1109/TPEL.2020.2989310.
  • Cui, Dongdong, and Qiongxuan Ge. 2018. “A Novel Hybrid Voltage Balance Method for Five- Level Diode-Clamped Converters.” IEEE Transactions on Industrial Electronics 65 (8): 6020–6031. doi:10.1109/TIE.2017.2784399.
  • Dahidah, Mohamed S. A., Georgios Konstantinou, and Vassilios G. Agelidis. 2015. “A Review of Multilevel Selective Harmonic Elimination PWM: Formulations, Solving Algorithms, Implementation and Applications.” IEEE Transactions on Power Electronics 30 (8): 4091–4106. doi:10.1109/TPEL.2014.2355226.
  • Deb, Naireeta, Rajendra Singh, Richard R. Brooks, and Kevin Bai. 2021. “A Review of Extremely Fast Charging Stations for Electric Vehicles.” Energies 14 (22). Multidisciplinary Digital Publishing Institute: 7566. doi:10.3390/en14227566.
  • Du, Yu, Srdjan Lukic, Boris Jacobson, and Alex Huang. 2011. “Review of High Power Isolated Bi-Directional DC-DC Converters for PHEV/EV DC Charging Infrastructure.” In 2011 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, 553–560. Phoenix, AZ, USA: IEEE. doi:10.1109/ECCE.2011.6063818.
  • Friedli, Thomas, Michael Hartmann, and Johann W. Kolar. 2014. “The Essence of Three- Phase PFC Rectifier Systems—Part II.” IEEE Transactions on Power Electronics 29 (2): 543–560. doi:10.1109/TPEL.2013.2258472.
  • He, Peiwen, and Alireza Khaligh. 2017. “Comprehensive Analyses and Comparison of 1 kW Isolated DC–DC Converters for Bidirectional EV Charging Systems.” IEEE Transactions on Transportation Electrification 3 (1): 147–156. doi:10.1109/TTE.2016.2630927.
  • Islam, Rejaul, S. M. Sajjad Hossain Rafin, and Osama A. Mohammed. 2023. “Comprehensive Review of Power Electronic Converters in Electric Vehicle Applications.” Forecasting 5 (1). Multidisciplinary Digital Publishing Institute: 22–80. doi:10.3390/forecast5010002.
  • Jeyapradha, R. B., V. Rajini, and A. S. Vikram. 2023. “Design and Implementation of Active PFC Rectifier Topology for Avionic and Fleet Electrification.” Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Electrical Engineering 47 (4): 1405–1416. doi:10.1007/s40998-023-00636-3.
  • Kefeng, Li, Xiao Fei, Liu Jilong, Mai Zhiqin, Lian Chuanqiang, Gao Shan, and Fu Kangzhuang. 2023. “Space Vector Pulse Width Modulation Strategy for ANPC-5L Inverter Based on Model Predictive Control.” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 1–1. doi:10.1109/JESTPE.2023.3257572.
  • Kim, Myeong-Hwan, Jae-Woong Park, and Minsung Kim. 2023. “Bridgeless Filterless Neutral- Point-Clamped Resonant AC/DC Converter.” IEEE Transactions on Industrial Electronics 70 (9): 8895–8906. doi:10.1109/TIE.2022.3206751.
  • Kolar, Johann W., and Thomas Friedli. 2011. “The Essence of Three-Phase PFC Rectifier Systems.” In 2011 IEEE 33rd International Telecommunications Energy Conference (INTELEC), 1–27. Amsterdam, Netherlands: IEEE. doi:10.1109/INTLEC.2011.6099838.
  • Kumar, M. Ajay, and N. V. Srikanth. 2013. “A Comparative Study of SPWM and SVPWM Controlled HVDC Light Systems.” In 2013 International Conference on Power, Energy and Control (ICPEC), 591–595. doi:10.1109/ICPEC.2013.6527727.
  • “LAUNCHXL-F28379D Development Kit | TI.Com.” 2024. Accessed January 21. https://www.ti.com/tool/LAUNCHXL-F28379D.
  • Lee, Gi-Young, Jun-Sung Park, Su-Yeon Cho, Wae-Gyeong Shin, and Jun-Ho Kim. 2023. “Design and Implementation of 1000 V 20 kW Power Module for Electric Vehicle Fast Charger.” Journal of Power Electronics 23 (10): 1565–1575. doi:10.1007/s43236-023- 00691-3.
  • Liu, Kai-Ping, Georgios Orfanoudakis, Suleiman M. Sharkh, and Andrew Cruden. 2023. “Optimised Online Multi-Sine Battery Electrochemical Impedance Spectroscopy Using a Three-Phase Neutral Point Clamped Converter.” In 2023 IEEE 14th International Symposium on Diagnostics for Electrical Machines, Power Electronics and Drives (SDEMPED), 606–612. Chania, Greece: IEEE. doi:10.1109/SDEMPED54949.2023.10271462.
  • Mallik, Ayan, and Alireza Khaligh. 2015. “Comparative Study of Three-Phase Buck, Boost and Buck-Boost Rectifier Topologies for Regulated Transformer Rectifier Units.” In 2015 IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC), 1–7. doi:10.1109/ITEC.2015.7165821.
  • Mateen, Suwaiba, Mohmmad Amir, Ahteshamul Haque, and Farhad Ilahi Bakhsh. 2023. “Ultra- Fast Charging of Electric Vehicles: A Review of Power Electronics Converter, Grid Stability and Optimal Battery Consideration in Multi-Energy Systems.” Sustainable Energy, Grids and Networks 35 (September): 101112. doi:10.1016/j.segan.2023.101112.
  • Mollahasanoğlu, Merve, and Halil Okumuş. 2021. “A Review of Three Phase AC-DC Power Factor Correction Converters for Electric Vehicle Fast Charging.” Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, no. 32 (December). Osman SAĞDIÇ: 663–669. doi:10.31590/ejosat.1041081.
  • Montero-Robina, Pablo, Carolina Albea, Fabio Gómez-Estern, and Francisco Gordillo. 2023. “Hybrid Modeling and Control of Three-Level NPC Rectifiers.” Control Engineering Practice 130 (January): 105374. doi:10.1016/j.conengprac.2022.105374.
  • Patel, Nil, Luiz A. C. Lopes, Akshay Rathore, and Vinod Khadkikar. 2023. “A Soft-Switched Single-Stage Single-Phase PFC Converter for Bidirectional Plug-In EV Charger.” IEEE Transactions on Industry Applications 59 (4): 5123–5135. doi:10.1109/TIA.2023.3270387.
  • “Power Topology Considerations for Electric Vehicle Charging Stations.” 2024. Accessed January 21. https://www.ti.com/lit/an/slla497/slla497.pdf.
  • Pulikanti, Sridhar R., Georgios Konstantinou, and Vassilios G. Agelidis. 2013. “Hybrid Seven- Level Cascaded Active Neutral-Point-Clamped-Based Multilevel Converter Under SHE-PWM.” IEEE Transactions on Industrial Electronics 60 (11): 4794–4804. doi:10.1109/TIE.2012.2218551.
  • Rubino, Luigi, Clemente Capasso, and Ottorino Veneri. 2017. “Review on Plug-in Electric Vehicle Charging Architectures Integrated with Distributed Energy Sources for Sustainable Mobility.” Applied Energy, Transformative Innovations for a Sustainable Future – Part II, 207 (December): 438–464. doi:10.1016/j.apenergy.2017.06.097.
  • Saadaoui, Achraf, Mohammed Ouassaid, and Mohamed Maaroufi. 2023. “Overview of Integration of Power Electronic Topologies and Advanced Control Techniques of Ultra- Fast EV Charging Stations in Standalone Microgrids.” Energies 16 (3). Multidisciplinary Digital Publishing Institute: 1031. doi:10.3390/en16031031.
  • Safayatullah, Md, Mohamed Tamasas Elrais, Sumana Ghosh, Reza Rezaii, and Issa Batarseh. 2022. “A Comprehensive Review of Power Converter Topologies and Control Methods for Electric Vehicle Fast Charging Applications.” IEEE Access 10: 40753–40793. doi:10.1109/ACCESS.2022.3166935.
  • Sah, Shweta, and Tanu Rizvi. 2021. “Power Quality Improvement Using Shunt Active Filters with Multilevel Inverter.” International Journal for Research Trends and Innovation 6 (4): 115–120.
  • Sharma, Deepak, Abdul Hamid Bhat, Aijaz Ahmad, and Nitin Langer. 2018. “Capacitor Voltage Balancing in Neutral-Point Clamped Rectifier Using Modified Modulation Index Technique.” Computers & Electrical Engineering 70 (August): 137–150. doi:10.1016/j.compeleceng.2018.02.031.
  • Tan, Longcheng, Bin Wu, Venkata Yaramasu, Sebastian Rivera, and Xiaoqiang Guo. 2016. “Effective Voltage Balance Control for Bipolar-DC-Bus-Fed EV Charging Station With Three-Level DC–DC Fast Charger.” IEEE Transactions on Industrial Electronics 63 (7): 4031–4041. doi:10.1109/TIE.2016.2539248.
  • Tu, Hao, Hao Feng, Srdjan Srdic, and Srdjan Lukic. 2019. “Extreme Fast Charging of Electric Vehicles: A Technology Overview.” IEEE Transactions on Transportation Electrification 5 (4): 861–878. doi:10.1109/TTE.2019.2958709.
  • Upputuri, Rajendra Prasad, and Bidyadhar Subudhi. 2023. “A Comprehensive Review and Performance Evaluation of Bidirectional Charger Topologies for V2G/G2V Operations in EV Applications.” IEEE Transactions on Transportation Electrification, 1–1. doi:10.1109/TTE.2023.3289965.
  • Vijayakumar, Arun, Albert Alexander Stonier, Geno Peter, Ashok Kumar Loganathan, and Vivekananda Ganji. 2023. “Power Quality Enhancement in Asymmetrical Cascaded Multilevel Inverter Using Modified Carrier Level Shifted Pulse Width Modulation Approach.” IET Power Electronics n/a (n/a). Accessed March 29. doi:10.1049/pel2.12429.
  • Yan, Xiangwu, Fuwei Qin, Jiaoxin Jia, Ziyu Zhang, Xiaoyu Li, and Ying Sun. 2020. “Virtual Synchronous Motor Based-Control of Vienna Rectifier.” Energy Reports, 2020 The 7th International Conference on Power and Energy Systems Engineering, 6 (December): 953–963. doi:10.1016/j.egyr.2020.11.098.
  • Yilmaz, Murat, and Philip T. Krein. 2013. “Review of Battery Charger Topologies, Charging Power Levels, and Infrastructure for Plug-In Electric and Hybrid Vehicles.” IEEE Transactions on Power Electronics 28 (5): 2151–2169. doi:10.1109/TPEL.2012.2212917.
  • Zhang, Daifei, Christos Leontaris, Jonas Huber, and Johann W. Kolar. 2023. “Optimal Synergetic Control of Three-Phase/Level Boost-Buck Voltage DC-Link AC/DC Converter for Very-Wide Output Voltage Range High-Efficiency EV Charger.” IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 1–1. doi:10.1109/JESTPE.2023.3300693.
  • Zhou, Kai, Yanze Wu, Xiaogang Wu, Yue Sun, Da Teng, and Yang Liu. 2023. “Research and Development Review of Power Converter Topologies and Control Technology for Electric Vehicle Fast-Charging Systems.” Electronics 12 (7). Multidisciplinary Digital Publishing Institute: 1581. doi:10.3390/electronics12071581.
  • Zhou, Liwei, and Matthias Preindl. 2023. “A Multilayer Software-Defined System for High- Performance Electric Vehicle Energy Conversion.” IEEE Transactions on Transportation Electrification 9 (3): 3867–3879. doi:10.1109/TTE.2023.3243559.
APA MOLLAHASANOĞLU M (2024). Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. , 0 - 38. 123E050
Chicago MOLLAHASANOĞLU MERVE Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. (2024): 0 - 38. 123E050
MLA MOLLAHASANOĞLU MERVE Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. , 2024, ss.0 - 38. 123E050
AMA MOLLAHASANOĞLU M Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. . 2024; 0 - 38. 123E050
Vancouver MOLLAHASANOĞLU M Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. . 2024; 0 - 38. 123E050
IEEE MOLLAHASANOĞLU M "Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi." , ss.0 - 38, 2024. 123E050
ISNAD MOLLAHASANOĞLU, MERVE. "Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi". (2024), 0-38. https://doi.org/123E050
APA MOLLAHASANOĞLU M (2024). Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. , 0 - 38. 123E050
Chicago MOLLAHASANOĞLU MERVE Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. (2024): 0 - 38. 123E050
MLA MOLLAHASANOĞLU MERVE Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. , 2024, ss.0 - 38. 123E050
AMA MOLLAHASANOĞLU M Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. . 2024; 0 - 38. 123E050
Vancouver MOLLAHASANOĞLU M Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi. . 2024; 0 - 38. 123E050
IEEE MOLLAHASANOĞLU M "Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi." , ss.0 - 38, 2024. 123E050
ISNAD MOLLAHASANOĞLU, MERVE. "Elektrikli Araçların Hızlı Şarjı Için Üç Fazlı Yüksek Güç Faktörlü Ac/Dc Doğrultucu Geliştirilmesi". (2024), 0-38. https://doi.org/123E050