DOI: https://doi.org/10.20998/2409-9295.2019.20.13

Оцінка показників бортової акумуляторної системи накопичення енергії залізниці на основі дволанцюгового перетворювача постійної напруги з розділеною комутацією

Владимир Викторович Ивахно, Богдан Александрович Стысло, Людмила Викторовна Фетюхина, Владислав Юрьевич Тихомиров

Анотація


У статті запропонована реалізація бортової акумуляторної системи накопичення енергії залізниці постійного струму - підсилюючого пункту, що забезпечує регламентовані параметри якості електричної енергії в контактній мережі. Показана доцільність застосування узгоджуючого перетворювача, що забезпечує принцип розділеної комутації з метою мінімізації втрат перемикання силових ключів перетворювача. Обґрунтовано розміщення підсилюючого пункту в безпосередній близькості від споживача - на локомотиві або в спеціальному причіпному вагоні. Дана оцінка енергетичних і масогабаритних параметрів системи. Виконано розрахунки, що дозволяють зробити вибір конкретних силових ключів перетворювача. Визначено оптимальну частоту перемикання силових ключів перетворювача, що забезпечує компроміс між габаритними властивостями магнітних елементів і втратами в магнітному матеріалі. Дана оцінка необхідної величини індуктивності розсіювання трансформатора, маси магнітних елементів і акумуляторних батарей.

Ключові слова


БСНЕ; підсилючий пункт; електропостачання залізниці; узгоджуючий перетворювач; розділена комутація; ZVS; ZCS; алгоритм керування силовими ключами; оборотний дволанковий перетворювач

Повний текст:

PDF (Русский)

Посилання


Zhaofeng Li; Shunichiro Hoshina and others. Development of DC/DC Converter for Battery Energy Storage Supporting Railway DC Feeder // IEEE Transactions on Industry Applications. 2016, V.52, p. 4218 – 4224 DOI: 10.1109/TIA.2016.2582724

Sychenko V. Іmproving the quality of voltage in the system of traction power supply of direct current. Sychenko V., Bosiy D., Kosarev E. // The archives of transport. Volume 35, Issue

, 2015, p. 63-70. 3. Ivahno V.V.Zamaruev V.V.Styslo B.A.Blinov A.B. Assimetrichnyj soglasuyushij DC/DC preobrazovatel dlya sistem elektrosnabzheniya s nakopitelyami elektricheskoj energii Vestnik NTU «HPI», Seriya: novye resheniya v sovremennyh tehnologiyah. Harkov : NTU «HPI». – 2018. №26 (1302). T.1. – S. 48-56.

Inoue S. A bidirectional dc-dc converter for an energy storage system with galvanic isolation / S. Inoue, H. Akagi // IEEE Trans. Power Electron.,vol. 22, no. 6, pp. 2299– 2306, Nov. 2007. DOI: 10.1109/TPEL.2007.909248

Zhao B. Overview of Dual-Active-Bridge Isolated Bidirectional DC–DC Converter for High-Frequency-Link PowerConversion System / B. Zhao, Q. Song, W. Liu, Y. Sun // IEEE Trans. Power Electron.,vol. 29, no. 8, pp. 4091 – 4106, Aug. Nov. 2014

A. Chih-Chiang Hua, B. Zong-Wei Syue “Charge and Discharge Characteristics of Lead-Acid Battery and LiFePO4 Battery” The 2010 International Power Electronics Conference - ECCE ASIA -. Sapporo, Japan 21-24 June 2010 рр. 1478 - 1483 doi:10.1109/ipec.2010.5544506

E. Sokol ; V. Zamaruiev ; S. Kryvosheev ; B.Styslo ; V. Makarov “The specificity of electrical energy storage unit application” 2017 IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON) 29 May-2 June 2017 Kiev, Ukraine pp. 432 - 435 DOI: 10.1109/UKRCON.2017.8100524

M. Forouzesh, Y. Siwakoti, S. Gorji, F. Blaabjerg, and B. Lehman. “Step-Up DC–DC Converters: A Comprehensive Review of Voltage-Boosting Techniques, Topologies, and Applications” IEEE transactions on power electronics, vol. 32, no. 12, december 2017 pp. 9143- 9178 doi: 10.1109/tpel.2017.2652318

Kosenko R. Full soft-switching high step-up current-fed DC-DC converters with reduced conduction losses / R. Kosenko, O. Husev, A. Chub //IEEE 5th International Conference on Power Engineering, Energy and Electrical Drives (POWERENG), Riga, 2015, pp. 170-175 DOI: 10.1109/PowerEng.2015.7266313

Ivakhno V. Bidirectional Isolated ZVS DC-DC Converter with Auxiliary Active Switch for High-Power Energy Storage Applications / V. Ivakhno, V. Zamaruiev, B. Styslo, R. Kosenko, A. Blinov // 2017 IEEE First Ukraine Conference on ELECTRICAL AND COMPUTER ENGINEERING (UKRCON) CONFERENCE PROCEEDINGS May 29 – June 2, 2017 Kyiv, Ukraine рр. 589 - 592

Y. Sokol Full soft switching dual DC/DC converter with four-quadrant switch for systems with battery energy storage system /Y. Sokol; V. Ivakhno; V. Zamaruiev; B. Styslo // 2018 IEEE 3rd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems (IEPS) 10-14 Sept. 2018 Kharkiv, Ukraine Page s: 155 - 160

Naayagi R.T Investigating the effect of snubber capacitor on high power IGBT tum-off / R.T. Naayagi, R. Shuttleworth, Forsyth // 1st International Conference on Electrical Energy Systems (ICEES), 2011, pp.50-55, Jan. 2011 doi: 10.1109/ICEES.2011.5725301

O «kriticheskoj» chastote preobrazovaniya dvuhzvennyh preobrazovatelej postoyannogo napryazheniya so zvenom na osnove invertora toka / V.V. Ivahno, V.V. Zamaruev, B.A. Styslo i dr. // Elektrotehnika i elektromehanika – Harkiv: 2016. Spec. vipusk №4(1) Tom 1. s. 31-36.

DataSheet FZ250R65KE3 [Online]. – Access mode: https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-FZ250R65KE3DS-v03_00en_de.pdf?fileId=db3a3043382e8373013895a5f3f6169f

DataSheet FZ1800R12HE4_B9 [Online].– Access mode: https://www.infineon.com/dgdl/InfineonFZ1800R12HE4_B9-DS-v02_04EN.pdf?fileId=db3a30433e4143bd013e46c6e7e2411bSokol Ye.I.,Ivahno V.V.,Zamaruyev V.V. Stislo B.O. Sravnenie pokazatelej effektivnosti razlichnyh shem dvuhzvennyh obratimyh reobrazovatelej s razdelennoj kommutaciej s chetyrehkvadrantnymi klyuchami v silovom kommutatore zvena invertora toka. Visnik NTU «HPI». – Harkiv: NTU «HPI», 2017, 27 (1249). – s. 171-176

https://www.arnoldmagnetics.com/wpcontent/uploads/2017/ 10/6-Mil-Grain-Oriented-Silicon-Steel-Hysteresis-Curve-at400Hz.pdf

https://www.arnoldmagnetics.com/wpcontent/uploads/2017/ 10/6-Mil-Grain-Oriented-Silicon-Steel-Hysteresis-Curve-at800Hz.pdf.

Balyan R. H. Transformatory dlya radioelektroniki. M.: Sovetskoeradio, 1971, 720 s.

G. Bertotti, "General properties of power losses in soft ferromagnetic materials," in IEEE Transactions on Magnetics, vol. 24, no. 1, pp. 621-630, Jan. 1988. doi: 10.1109/20.43994

Vasyutinskij S. Voprosy teorii i raschyota transformatorov / S. B. Vasyutinskij. - Leningrad: Energiya, 1970 - 432 s.

Goncharov Yu.P., Harakteristiki odnofaznyh transformatorov pri peredache napryazhenij i tokov povyshennoj chastoty kvazipryamougolnoj formy / Goncharov Yu.P., Eresko A.V., Zamaruev V.V., Ivahno V.V., Chernetchenko M.A.//Tehnichna elektrodinamika Tematichnij vipusk: Silova elektronika ta energoefektiv¬nist. Ch. 1. -K.: Institut elektrodinamiki NAN Ukrayini, 2010. S. 81-84

Peretvoryuvalna tehnika. Ch2. Za redakciyeyu V.S.Rudenka. - Harkiv: Folio, 2000 – 300 s.Calculation of turn-off power losses generated by an ultrafast diode. 23. AN5028 Application note https://www.st.com/content/ccc/resource/technical/documen t/application_note/group0/2b/f3/cc/22/81/d3/4d/89/DM0038 0483/files/DM00380483.pdf/jcr:content/translations/en.DM 00380483.pdf

The specificity of electrical energy storage unit application / E. Sokol, V. Zamaruiev, S. Kryvosheev and oth. // IEEE First Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON). – Kyiv, 2017. – P. 432 - 435.

Y. Sokol; V. Ivakhno; V. Zamaruiev; B. Styslo. Improving the Quality of Electrical Energy in the Railway Power Supply System 2018 IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO) Page s: 563 - 566 DOI: 10.1109/ELNANO.2018.8477533

A123 SYSTEMS. A123 Automotive Litium-ion Solutions http://www.a123systems.com.