Design of isolated DC-DC converter for PV integration to MVDC bus

n search of sustainable solutions in the transportation sector to mitigate climate change, a futuristic technology Hyperloop has enormous potential. This is the alternative to air travel due to its capability to reach tremendous speed and a novel approach to transportation. To make the hyperloop a full-fledged technology many innovations have been made by researchers, companies, and the government all over the world. Euro Tube, a non-profit research organization is making the world’s first 3km long test track named Alpha Tube using ½ scale concrete tube of 2.2m diameter, this will serve as a test and development facility for full-scale hyperloop technology research. For power supply in the hyperloop PV panels are placed on the top of the concrete tube making it environmentally friendly. This work focuses on the power distribution of the Hyperloop, the single-line diagram planned by Euro Tube demonstrates that a suitable DC-DC converter will integrate the generated PV to the 3kV MVDC bus. A 2MW linear PV plant is built along the tube; further, a high power, highly efficient isolated DC-DC converter which is specially for PV integration to MVDC bus is studied and PSFB is chosen as a suitable converter. A brief discussion about LVDC and MVDC is also included. The design of the PSFB converter is presented taking the rating of 250kW power, 609V input, and 3kV output. Switching losses of the Sic MOSFET are computed to realize the efficiency of the designed converter. Modeling of PV array using two diodes, losses in semiconductor switches, and MFT losses are displayed. A small signal analysis of PSFB is discussed and with the assistance of an average circuit model of PSFB output voltage controller has been designed. MATLAB/Simulink has been used to validate the designed PSFB converter and the voltage controller under variable input voltage.

Alla ricerca di soluzioni sostenibili nel settore dei trasporti per mitigare il cambiamento climatico, la tecnologia futuristica Hyperloop ha un potenziale enorme. Questa è l'unica alternativa al viaggio aereo grazie alla sua capacità di raggiungere velocità enormi e un nuovo approccio al trasporto. Per rendere l’hyperloop una tecnologia a tutti gli effetti sono state apportate molte innovazioni da ricercatori, aziende e governo di tutto il mondo. Euro Tube, una fondazione di ricerca senza scopo di lucro, sta realizzando la prima pista di prova al mondo lunga 3 km denominata Alpha Tube utilizzando un tubo di cemento di ½ scala da 2,2 m; Servirà come struttura di test e sviluppo per la ricerca sulla tecnologia hyperloop su vasta scala. Per l'alimentazione elettrica nell'hyperloop, i pannelli fotovoltaici sono posizionati sulla parte superiore del tubo di cemento, rendendolo rispettoso dell'ambiente. Questo lavoro si concentra sulla distribuzione di potenza del Hyperloop, uno schema unifilare progettato da Euro Tube dimostra che un convertitore DC-DC adeguato integrerà il fotovoltaico generato al bus MVDC da 3 kV. Lungo il tubo viene quindi costruito un impianto fotovoltaico di linea da 2 MW; Vengono studiati ulteriori convertitori DC-DC isolati ad alta potenza ed efficienza esistenti, appositamente per l'integrazione fotovoltaica nel bus MVDC e PSFB viene scelto come convertitore adatto. È inclusa anche una breve discussione su LVDC e MVDC. Il progetto del convertitore PSFB viene presentato considerando una potenza nominale di 250 kW, ingresso 609 V e uscita 3 kV. Le perdite di commutazione del MOSFET Sic sono calcolate per realizzare l'efficienza del convertitore progettato. Vengono visualizzati la modellazione del campo fotovoltaico utilizzando due diodi, le perdite negli interruttori a semiconduttore e le perdite MFT. Viene discussa un'analisi del piccolo segnale del PSFB ed è stato progettato con l'assistenza di un modello circuitale medio del controller della tensione di uscita del PSFB. MATLAB/Simulink è stato utilizzato per convalidare il convertitore PSFB progettato e il controller di tensione con tensione di ingresso variabile.