Digital controller design and implementation of parallel bidirectional DC-DC converters for a distribution network

Abstract

The purpose of this thesis was to design and implement a digital controller for a predefined DC-DC converter in a distribution network. The digital controller had certain requirements. First, because of the placement of the converter in the network, the controller needed parallel and bipolar functionality. Second, as the network was designed to enable power transfer in both directions, the controller was required to be bidirectional. In order to achieve these aims, the thesis studied the application requirements and working principles of DC-DC converters suitable for a low voltage direct current distribution network. In addition the problems and operation conditions related to converter functionality were studied from a control standpoint.

This thesis identified and presented problems related to the design of the controller. The controller was designed to circumvent these problems, and the solutions were then tested in a simulation model and also briefly with a hardware test configuration. Initial testing suggested that the controller functions as desired. However, due to limitations of time and the test configuration, it was not possible to verify the stability of the controller precisely.

Tämän diplomityön tarkoituksena oli suunnitella ja toteuttaa digitaalinen ohjain DC-DC-muuttajalle, joka mahdollistaisi rinnankäytön, kaksisuuntaisuuden ja toiminnan osana bipolaarista verkkoa. Työssä tutkittiin käyttösovelluksen laitteelle asettamia vaatimuksia. Tämän lisäksi käytiin yleisesti läpi toimintaperiaatteita suuntaajille, jotka soveltuvat tasasähköllä toteutetun pienjänniteverkon osaksi.

Työssä tunnistettiin ja esitettiin ohjaimen suunnitteluun liittyviä ongelmia. Näiden pohjalta toteutettua ohjainta testattiin simulaatiomallissa ja fyysisellä laitteella. Alustavat testit osoittivat ohjaimen toimintaperiaatteet toimiviksi. Testausympäristön puutteellisuuden ja aikataulun vuoksi ohjaimen stabiilisuuden toteaminen ei onnistunut riittävällä tarkkuudella.