Diseño y simulación de un controlador de factor de potencia digital entrelazado para cargadores de vehículos eléctricos nivel II

Abstract

Electric vehicles chargers are essentially well-controlled power supplies, which supply electric power into the electric vehicle battery taken from the distribution network. These chargers generally produce power quality issues due to their nonlinear characteristics. Adverse effects on the distribution system are well recognized, which include increased magnitude of neutral currents in three-phase systems, overheating in transformers and induction motors, as well as degradation of system voltage waveforms. Several international standards limit the harmonic content due to line currents of equipment connected to distribution network. As a consequence, there is the need for reduction of line current harmonics. This thesis focuses on the design and simulation of continuous conduction mode single-phase power factor controller versus a two-phase interleaving continuous conduction mode power factor controller for on-board chargers in electric vehicles. In particular, theeffect of a set of parallel boost cells based on an inteleaved topology is studied in orden to increase the power density and reduction of distortion. In a power factor controller with two interleaved boost cells, the switching devices operate in an alternative fashion and the two boost converters operate with 180 degrees delay angle. On-board grid-to-vehicle charger consists of an AC-DC converter and an isolated DC-DC converter, which are used to charge high voltage traction batteries in electric vehicles. The power factor correction stage, which is the focus in this thesis, is used to regulate the power quality as well as the output voltage.

Los cargadores de vehículos eléctricos son fuentes de poder controladas, las cuales inyectan energía de la red eléctrica de distribución a la batería del vehículo eléctrico. Estos cargadores normalmente producen algunos problemas vinculados con la calidad de la energía debido a sus características no lineales. Son bien conocidos los efectos adversos en las redes de distribución tales como incremento de las corrientes del neutro en redes trifásicas, sobrecalentamiento en transformadores y motores de inducción, así como también la degradación de la forma de onda del voltaje. Diversos estándares internacionales limitan el contenido armónico en las corrientes de línea en el equipo conectado a las redes de distribución. Como consecuencia, existe la necesidad de reducir los armónicos de las corrientes de línea. Este trabajo de tesis se enfoca en el diseño y simulación de controladores de factor de potencia monofásico en el modo continuo, con respecto a controladores bifásicos entrelazados en el modo continuo, para cargadores a bordo del vehículo eléctrico. En particular, se estudia el efecto de operar varios bloques elevadores en paralelo usando una topología entrelazada con el propósito de incrementar la densidad de potencia y la reducción de la distorsión que se inyecta a la red eléctrica. En el controlador de factor de potencia con dos bloques elevadores operan con un ángulo de desfasamiento de 180 grados. Los cargadores a bordo del tipo red-vehículo consisten de un convertidor CA-CC y un convertidor CC-CC aislado., los cuales se utilizan para cargar la batería de alto voltaje de vehículos eléctricos. La etapa de corrección de factor de potencia, la cual representa la parte medular de esta tesis, se usa para mejorar la calidad de la energía, así como también el voltaje de salida.