Comparative study of PI and model predictive control of the dual active bridge DC-DC converter

Abstract

The use of renewable sources requires suitable power electronics for integrating energy into the network. For this purpose, bidirectional converters become essential elements. Over the past years, a particular topology of bidirectional converter has attracted the attention of researchers due to its benefits: “The Dual Active Bridge converter”. The operation and control of this topology must be thoroughly studied to increase its performance. In this thesis, a comparative evaluation of PI Control and Model Predictive Control of the DAB converter for use in a unidirectional power transfer application was conducted to choose the best control approach for the system operation. The methodology chosen for this analysis was the investigation of the system operation in three (3) different working scenarios: the steady-state, the dynamic response, and the input voltage change (disturbance). The predictive voltage control approach was developed as an S-Function for simulation in MATLAB.

Yenilenebilir kaynakların kullanımı, enerjiyi ağa entegre etmek için uygun güç elektroniği gerektirir. Bu amaçla çift yönlü dönüştürücüler temel unsurlar haline gelir. Geçtiğimiz yıllarda, çift yönlü dönüştürücünün belirli bir topolojisi, faydaları nedeniyle araştırmacıların dikkatini çekmiştir: “İkili Aktif Köprü dönüştürücü”. Performansını artırmak için bu topolojinin çalışması ve kontrolü kapsamlı bir şekilde incelenmelidir. Bu tezde, sistem çalışması için en iyi kontrol yaklaşımını seçmek için tek yönlü bir güç transferi uygulamasında kullanım için DAB dönüştürücünün PI Kontrolü ve Model Tahminli Kontrolünün karşılaştırmalı bir değerlendirmesi yapılmıştır. Bu analiz için seçilen metodoloji, sistem çalışmasının üç (3) farklı çalışma senaryosunda araştırılmasıydı: kararlı durum, dinamik yanıt ve giriş voltajı değişikliği (bozulma). Tahmini voltaj kontrol yaklaşımı, MATLAB'da simülasyon için bir S-Fonksiyonu olarak geliştirilmiştir.