Real-time power conversion: development and validation of an Hardware-in-the-Loop platform for EV charging system

This thesis explores the implementation and experimental validation of a Hardware-in-the-Loop (HIL) system for real-time digital power conversion simulation. The primary objective was to develop a HIL environment capable of simulating a high-power system within the constraints of a 5V microcontroller. The system emulates an on-board charger for electric vehicles, converting three-phase AC power to DC. To achieve this, averaged models of power converters were used, and control algorithms were implemented to ensure both stability and performance. A comprehensive state machine was designed to manage all phases of the converter’s operation, including grid synchronization, startup sequences, and fault detection. The results demonstrate that the developed system can emulate the dynamics of a real circuit effectively, providing a reliable tool for testing control algorithms in realistic, real-time conditions. This thesis also details the hardware configurations, validation methodologies, and experimental test scenarios.

Questa tesi esplora l’implementazione e la validazione sperimentale di un sistema Hardware-in-the-Loop (HIL) per la simulazione in tempo reale della conversione di potenza digitale. L’obiettivo principale è stato lo sviluppo di un ambiente HIL capace di simulare un sistema ad alta potenza all’interno delle limitazioni di un microcontrollore a 5V. Il sistema emula un caricatore di bordo per veicoli elettrici, convertendo potenza trifase da AC a DC. A tal fine, sono stati utilizzati modelli mediati di convertitori di potenza e implementati algoritmi di controllo per garantire stabilità e performance. È stata progettata una macchina a stati completa per gestire tutte le fasi operative del convertitore, inclusi la sincronizzazione alla rete, le sequenze di avvio e la rilevazione di guasti. I risultati ottenuti dimostrano che il sistema sviluppato è in grado di emulare efficacemente le dinamiche di un circuito reale, rappresentando uno strumento affidabile per testare algoritmi di controllo in condizioni realistiche e in tempo reale. Questa tesi include inoltre una descrizione delle configurazioni hardware, delle metodologie di validazione e degli scenari di test sperimentale.