Ключові слова
bidirectional DC–AC converter
asymmetric inverter topology
fast energy conversion
hybrid electric vehicle системи накопичення електроенергії
двонаправлений DC–AC перетворювач
асиметричний інвертор
швидке перетворення енергії
гібридний електромобіль
Як цитувати
Анотація
Роботу присвячено дослідженню та аналізу електромагнітних процесів у двонаправленому перетворювачі постійного струму в змінний на основі асиметричного інвертора з магнітопов’язаними дроселями, а також визначенню його параметрів з метою підвищення енергетичної ефективності. Для дослідження процесів використано метод усереднення в просторі станів та методи імітаційного моделювання. У результаті роботи отримано аналітичні вирази для розрахунку струмів в асиметричному інверторі з магнітопов’язаними дроселями на інтервалах комутації. Визначено взаємозв’язок між індуктивностями дроселів та параметрами вхідних і вихідних джерел електроживлення, за яких циркуляційні струми в колах інвертора відсутні, що забезпечує зниження статичних втрат потужності у перетворювачі. У ході досліджень отримано нові аналітичні та графічні залежності для роботи двонаправленого DC-AC перетворювача в режимах передачі активної та реактивної потужності, що розширюють попередні моделі асиметричних DC-DC перетворювачів. Отримані залежності дають можливість на етапі проєктування підвищити ефективність перетворювача шляхом зниження втрат потужності, зумовлених циркуляційними струмами, за рахунок вибору оптимального співвідношення параметрів інвертора. Бібл. 24, рис. 8.
Посилання
1. Yang Y., Bremner S., Menictas C., Kay M. Battery energy storage system size determination in renewable energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2018. Vol. 91. Pp. 109–125. DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.03.047.
2. Naden N., Bax R. Generator with DC boost and split bus bidirectional DC-to-DC converter for uninterruptible power supply system or for enhanced load pickup. Patent US No 20040155526A1, 2024.
3. Onar O.C., Kobayayashi J., Erb D.C., Khaligh A. A bidirectional high-power-quality grid interface with a novel bidirectional noninverted buck-boost converter for PHEVs. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2012. Vol. 61. Issue 5. Pp. 2018–2032. DOI: https://doi.org/10.1109/TVT.2012.2192459.
4. Hein K., Xu Y., Wilson G., Gupta A.K. Coordinated Optimal Voyage Planning and Energy Management of All-Electric Ship With Hybrid Energy Storage System. IEEE Transactions on Power Systems. 2021. Vol. 36. No 3. Pp. 2355–2365. DOI: https://doi.org/10.1109/TPWRS.2020.3029331.
5. Fonseca de Freitas C.A., Bartholomeus P., Margueron X., Le Moigne P. Partial Power Converter for Electric Vehicle Hybrid Energy Storage System Using a Controlled Current Source Cascade Architecture. IEEE Access. 2024. Vol. 12. Pp. 150898–150913. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3477935.
6. Zharkin A.F., Novsky V.O., Martynov V.V., Pazieiev A.G. Provision of high quality power supply in distribution networks with renewable energy sources. Visnyk NTU KhPI. Seriia: Elektrychni mashiny ta el-ektromekhanichne peretvorennia enerhii. 2019. Vyp. 20(1345). Pp. 4–14. DOI: https://doi.org/10.20998/2409-9295.2019.20.01. (Ukr)
7. Zharkin A., Novskyi V., Martynov V. Powerful Unified Inverter Modules for Energy Storage Systems. IEEE 6th International Conference on Energy Smart Systems (ESS), Kyiv, Ukraine, 17-19 April 2019. Pp. 144–149. DOI: https://doi.org/10.1109/ESS.2019.8764177.
8. Santiago J., Oliveira J.G., Lundin J., Abrahamsson J., Larsson A., Bernhoff H. Design parameters calculation of a novel driveline for electric vehicles. World Electric Vehicle Journal. 2009. Vol. 3(1). DOI: https://doi.org/10.3390/wevj3020225.
9. Yi F., Lu D., Wang X., Pan C., Tao Y., Zhou J., Zhao C. Energy Management Strategy for Hybrid Energy Storage Electric Vehicles Based on Pontryagin’s Minimum Principle Considering Battery Degradation. Sustainability. 2022. Vol. 14. No 3. P. 1214. DOI: https://doi.org/10.3390/su14031214.
10. Tytelmaier K.O., Husev O.O., Veligorskyi O.A Review of non-isolated bidirectional converters topologies for portable application based on renewable energy sources. Tekhnichni nauky ta tekhnolohii. 2018. No 2(12). Pp. 176–189. DOI: https://doi.org/10.25140/2411-5363-2018-2(12)-176-188. (Ukr)
11. Patarroyo-Gutierrez L.D., Hernández Gómez O.M., Jiménez López F.R. El inversor dual buck de inductor simple: control de voltaje y procedimiento para obtener su modelo matemático. Revista EIA. 2024. Vol. 21. No 41. Article no: 4117. Pp. 1–21. DOI: https://doi.org/10.24050/reia.v21i41.1692.
12. Bui D-V., Cha H., Nguyen V-C. Asymmetrical PWM Scheme Balancing Voltages Dual-outputs Interleaved Four-switch Buck-Boost DC-DC Converter. IEEE Ninth International Conference on Communications and Electronics (ICCE), Nha Trang, Vietnam, 27-29 July 2022. Pp. 482–487. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCE55644.2022.9852055.
13. Mirza A.B., Emon A.I., Vala S.S., Luo F.A Comprehensive Analysis of Current Spikes in a Split-Phase Inverter. IEEE Applied Power Electronics Conference and Expo-sition (APEC), Houston, TX, USA, 20-24 March 2022. Pp. 1580–1585. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC43599.2022.9773407.
14. Yurchenko O.M., Martynov D.V., Martynov V.V. Research of a bidirectional voltage converter for application in energy storage system. Pratsi Instytutu Elektrodynamiky NAN Ukrainy. 2023. Vyp. 65. Pp. 121–126. DOI: https://doi.org/10.15407/publishing2023.65.121. (Ukr).
15. Stanley G.R., Bradshaw K.M. Precision DC-to-AC power conversion by optimization of the output current waveform-the half-bridge revisited. IEEE Transactions on Power Electronics. 1999. Vol. 14. No 2. Pp. 372–380. DOI: https://doi.org/10.1109/63.750191.
16. Quin H.A High-Efficiency Grid-Tie Battery Energy Storage System. URL: https://vtechworks.lib.vt.edu/bitstream/10919/29008/1/Qian_H_D_2011_ Revised4.pdf (accessed at 30.03.2026)
17. Akbar F., Khan U.A., Khan A.A., Ahmed H.F., Elkhateb A., Cha H., Park J.-W. Dual-Buck Three-Switch Leg Converters With Reduced Number of Passive Components. IEEE Transactions on Power Electronics. 2022. Vol. 37. No 11. Pp. 13484–13498. DOI: https://doi.org/10.1109/TPEL.2022.3183834.
18. Guo S., Huang A.Q. Control and analysis of the high efficiency split phase PWM inverter. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Fort Worth, TX, USA, 16-20 March 2014. Pp. 2415–2420. DOI: https://doi.org/10.1109/APEC.2014.6803641.
19. Salmon J., Ewanchuk J., Knight A. PWM Inverters Using Split-Wound Coupled Inductors. IEEE Industry Applications Society Annual Meeting, Edmonton, AB, Canada, 05-09 October 2008. Pp. 1–8. DOI: https://doi.org/10.1109/08IAS.2008.299.
20. Gu B., Dominic J., Chen B., Lai J.-S. A high-efficiency single-phase bidirectional AC-DC converter with miniminized common mode voltages for battery energy storage systems. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Denver, CO, USA, 15-19 September 2013. Pp. 5145–5149. DOI: https://doi.org/10.1109/ECCE.2013.6647396.
21. Martynov D.V, Rudenko Yu.V., Martynov V.V. Study of a bidirectional converter using an asymmetric inverter with a magnetically coupled two-winding inductor in an energy storage system. Tekhnichna Elektrodynamika. 2025. No 3. Pp. 15–21. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2025.03.015. (Ukr)
22. Martynov D.V., Rudenko Yu.V., Martynov V.V. Improving the operation of an asymmetric inverter with magnetically coupled inductors for energy storage systems. Electrical Engineering & Electromechanics. 2025. No 4. Pp. 53–8. DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2025.4.07.
23. Zhang Y., Chen Y., Wei L., Jiang J. Asymmetric Full Bridge Bidirectional DC-AC Converter Based on V2G Platform. IEEE 2nd China International Youth Conference on Electrical Engineering (CIYCEE), Chengdu, China. 2021. Pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1109/CIYCEE53554.2021.9676941.
24. Rudenko Yu.V., Shcherba A.A. Analysis of multi-interval processes in semiconductor converters. Kyiv: Pro Format, 2020. 352 p. (Ukr)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2026 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА