Analysis and control of a cascaded bidirectional interleaved DC-DC converters group for grid-to-vehicle and vehicle-to-grid applications

Nesta dissertação são apresentados dois conversores CC-CC interleaved bidirecionais, ambos acoplados por meio de um capacitor central, caracterizando uma estrutura em cascata. A entrada dessa estrutura eletrônica funciona como um ponto de conexão entre a estação de recarga e a bateria do veículo elétrico. Enquanto na outra extremidade encontra-se as conexões do link CC de uma microrrede (eletroposto bidirecional). Assim, a dissertação propõe uma alternativa para determinar um único modelo matemático que representa ambos conversores acoplados, analisando as comutações dos semicondutores de ambos conversores simultaneamente. Por meio desse modelo, a segunda proposta deste trabalho é permitir a bateria do veículo regular a tensão do link CC - aplicando malhas de controladores PI - em condições de ilhamento ou quando não há energia suficiente proveniente das outras fontes da microrrede. Desse modo, esta regulação permite o balanço de potência no link CC, além de utilizar os conceitos Grid-To-Vehicle (G2V) e VehicleTo-Grid (V2G), absorvendo ou fornecendo energia para a rede de distribuição. Como complemento, o trabalho também propõe uma segunda alternativa para essa regulação, inserindo a função adaptativa SoC-sharing nas malhas de controle de um dos conversores, assim como na primeira proposta de regulação. Essa função permite ajustar a corrente da bateria durante a carga/descarga do veículo conforme seu estado de carga e o erro de tensão no link CC, possibilitando um novo balanço energético entre a bateria e as outras fontes da microrrede. Análises de estabilidade e simulações foram desenvolvidas para validar o modelo matemático e as duas alternativas de regulação de tensão propostas.This thesis presents a detailed analysis of two DC-DC bidirectional interleaved converters coupled by a central capacitor. This cascaded structure is then used to regulate the microgrid DC link voltage. In this case, the microgrid is characterized as a bidirectional electric vehicle charging station for charging and discharging of Electric Vehicle (EV) applications. The proposed strategy presented in this dissertation allows us to obtain a single mathematical model for both converters coupled, combining their respective switching intervals and enabling accurate analysis and controllers design. This solution also enables the EV battery - connected to the input of the first converter - to be used to regulate the electric station DC link voltage, which is only connected to the second converter. As a complement, this thesis also proposes an adaptive SoC-sharing function capable to adjust its response depending on the battery State of Charge. In addition, to using the concepts G2V and V2G, absorbing or supplying energy to the distribution grid. Finally, stability analysis and simulations results are used to validate the mathematical model and the proposed voltage regulation strategies