سیستم های الکترونیک قدرت برای شارژ فوق سریع وسایل نقلیه الکتریکی طراحی مبدل های چند سطحی بهینه شده با الگوریتم های فراابتکار

و گسترش سریع وسایل نقلیه الکتریکی (EVS) مستلزم توسعه زیرساخت های شارژ کارآمد و سریع است. شارژ فوق سریع (XFC) به عنوان یک فناوری کلیدی برای کاهش زمان توقف و افزایش مقبولیت وسایل نقلیه الکتریکی شناخته می شود. دستیابی به سطوح توان مورد نیاز برای شارژ فوق سریع معمولا (بالای ۳۵۰) کیلووات چالش های قابل توجهی را در طراحی سیستم های الکترونیک قدرت ایجاد می کند. این چالش ها شامل مدیریت تلفات بالا، حفظ کیفیت توان، اطمینان از قابلیت اطمینان شبکه و کاهش حجم و وزن سیستم می باشد. مبدل های چند سطحی (MCS) به دلیل قابلیت های منحصر به فرد در کار با ولتاژها و سطوح توان بالا، کاهش هارمونیک ها و بهبود راندمان گزینه ای ایده آل برای ایستگاه های شارژ فوق سریع هستند. با این حال، طراحی این مبدل ها پیچیده بوده و بهینه سازی همزمان پارامترهای متعددی را می طلبد. این مقاله به بررسی جامع کاربرد مبدل های چند سطحی در سیستم های شارژ فوق سریع وسایل نقلیه الکتریکی می پردازد و بر روی طراحی بهینه شده با استفاده از الگوریتم های فراابتکار متاهیوریستیک تمرکز دارد. پس از مروری بر استانداردهای شارژ، معماری های سیستم و الزامات فنی، انواع توپولوژی های مبدل چند سطحی خنثیساز نقطه ای، پل های H، آبشاری، مبدل های مدولاری چند سطحی و مبدل های منبع سوئیچ شونده برای این کاربرد تحلیل می شوند، سپس چالش های کلیدی طراحی از جمله انتخاب مولفه ها، استراتژی های مدولاسیون، مدیریت حرارتی و یکپارچه سازی با شبکه بررسی می گردد. بخش اصلی مقاله به معرفی و بکارگیری الگوریتم های فراابتکار مانند الگوریتم ژنتیک، بهینه سازی ازدحام ذرات، الگوریتم کلونی زنبور عسل و الگوریتم گرگ خاکستری برای بهینه سازی طراحی مبدل های چند سطحی اختصاص دارد. این بهینه سازی با اهدافی مانند کمینه سازی تلفات کل، کمینه سازی اعوجاج هارمونیک، کاهش حجم کل سیستم و کمینه سازی هزینه انجام می شود. پیاده سازی و شبیه سازی یک مورد مطالعاتی با جزئیات ارائه شده و نتایج با طراحی های متعارف مقایسه می گردد. در نهایت چشم اندازهای آینده از جمله کاربرد نیمه رساناها، یکپارچه سازی ذخیره ساز انرژی و قابلیت های شبکه های هوشمند مورد بحث قرار می گیرد. نتایج این تحقیق نشان می دهد که ترکیب مبدل های چند سطحی با الگوریتم های بهینه سازی پیشرفته می تواند منجر به توسعه سیستم های شارژ فوق سریع فشرده، کارآمد و مقرون به صرفه شود.

کلیدواژه ها:

شارژ فوق سریع ، وسایل نقلیه الکتریکی ، الکترونیک قدرت ، مبدل های چند سطحی ، بهینه سازی